□ TEXT 邱健荣 杜景红 曾威

（1.国家珠宝玉石质量监督检验中心; 2.昆明理工大学材料科学与工程学院）

1引言

钻石的发光性指由于钻石内部存在杂质元素与晶格缺陷，在紫外线光源的激发下产生各种强度、颜色的荧光与磷光。检测鉴定中利用发光性图谱的特征来分析钻石的生长结构特性，判定钻石的天然性，确定钻石类型与某些晶格缺陷具有重要的意义。

在无色钻石日常排查检测过程中绿色荧光的出现频率仅次于蓝白色荧光。作为具有疑问性的绿色荧光钻石，目前针对它的研究资料较少。学者们的研究主要体现在鉴定天然、合成钻石与处理钻石中。在荧光光谱测试方面，严俊等[1],[2]，通过DiamondViewTM观察钻石的生长线与荧光颜色和分布特征，结合红外光谱仪，对钻石类型与荧光进行研究，提到钻石能呈现绿色荧光，但是呈现的原因并没有很明确的说明。兰延等[3]，通过对CVD合成钻石荧光结构检测，发现CVD合成钻石经过高温高压处理，形成晶格缺陷，能够产生绿色荧光；为将这粒无色钻石样品具有绿色荧光的成因做探究，本文通过使用红外光谱仪、宽频诱导发光测试仪[4]（GV5000）、钻石观测仪（DiamondViewTM）、珠宝检测仪(GEM-3000)以及其他检测仪器与工具，对一粒产生绿色荧光的钻石样品进行科学有效的检测。结合钻石的宝石学特性，对钻石样品的检测结果数据进行探究分析，并将钻石荧光颜色规律与钻石内部杂质元素，晶格缺陷进行对比分析，为探究这类具有绿色荧光的无色钻石提供重要的实验与理论依据。

图1 测试样品

2 样品及测试方法

钻石样品是由客户提供的一粒已镶嵌具有绿色荧光的标准圆钻型钻石，见图1，重0.10ct，颜色等级为H，净度等级为VS，内含物特征对于钻石样品的检测鉴定无任何指示意义。在检测实验室条件下，使用尼高力iS5红外光谱仪，采用直接反射方法采集钻石样品在中红外区域（波数范围：4000cm-1～400cm-1）图谱，分辨率8cm-1，扫描次数64次，通过指纹区（波数范围：1500cm-1～400cm-1）的图谱确定的钻石样品类型。使用钻石观测仪（DiamondViewTM）对钻石样品在不同方位、不同放大倍数下的实时紫外荧光结构图像进行观测，并在电脑上使用图像采集软件对荧光结构图像进行采集。使用广州标旗珠宝检测仪（GEM-3000）的紫外可见光照射钻石样品表面，反射测量并采集200nm～1000nm的光谱图像，积分时间为70ms，平均次数为20次。使用雷尼绍inVia共焦显微拉曼光谱仪，采集图谱范围为500～800nm，激光光源为532nm。

3 测试结果及分析

3.1 红外光谱仪测试

钻石样品红外光谱测试结果显示，见图2。钻石样品为ⅠaA型钻石，在400 cm-1至1400cm-1红外区域存在有对杂质氮的吸收，具体吸收峰值为1282cm-1，与双氮原子（A型氮）有关，吸光度较低；1361cm-1的吸收峰与氮片晶有关；2924 cm-1、2848 cm-1的弱吸收峰与杂质氢元素有关。在近红外区未发现有与高温高压处理有关的吸收峰出现。

图2 中红外测试图谱

3.2 钻石观测仪（DiamondViewTM）测试

钻石样品在钻石观测仪（DiamondViewTM）与宽频诱导发光测试仪（GV5000）下荧光颜色整体呈绿色色调，无磷光。不同角度方位观察可见清晰规则的两组生长滑移线与不规则的颜色分区，与晶格缺陷有关，且符合天然钻石的发光图像特征，见图3。

图3 样品在DiamondViewTM下的发光图像

图4 紫外可见光光谱图

图5 光致发光谱图（532nm光源）

3.3 珠宝检测仪（GEM-3000）测试

检测谱图显示钻石样品为Ⅰa型钻石图谱，无415nm特征吸收峰，不存在N3色心。无高温高压处理的986nm特征吸收峰，见图4。

表1 可见光光谱、荧光颜色及成因的对比

3.4 拉曼光谱仪测试

532nm激光器激发条件下可见741nm吸收峰，与辐照损伤有关，见图5。

钻石长期在高温高压的地质条件下形成过程中，其主要的杂质氮元素的聚合状态与存在形式，不仅能够影响钻石类型，还能形成晶格结构缺陷，产生发光中心，从而影响到钻石荧光的颜色与强度[5]。例如：N3色心对紫外光的吸收，能使钻石产生蓝色、蓝白色的荧光[2]。孤氮对紫外光的吸收，能使钻石产生橙红色、橙黄色荧光。

通过结合各个仪器的检测结果与多名专业检测人员的鉴定，确定这粒钻石样品为天然的ⅠaA型钻石，其中杂质氮元素主要存在形式是双氮原子（A型氮）与氮片晶。氮片晶是Ⅰ型钻石中氮杂质的主要存在形式，是钻石中杂质氮原子不断聚集转化后形成的[6]。研究表明，氮片晶对钻石的影响主要体现在钻石晶体内外部的晶格缺陷（除点缺陷外的缺陷）上，例如：钻石晶体的部分表面特征是由出露到表面的氮片晶遭受优先选择腐蚀所致[6]。但是氮片晶的存在并不会对钻石的颜色与荧光上会产生实质性的影响，所以排除了氮片晶会使钻石呈现绿色荧光。

双氮原子及其相关的晶格缺陷对钻石的颜色与荧光具有深远重大的影。与双氮原子有关的主要晶格结构缺陷为H3色心，当钻石的H3色心含量很高时，钻石常常呈鲜艳的黄色、黄绿色、褐色，并使钻石呈现绿色荧光[5]。所检测的钻石样品为天然无色的钻石，与高含量H3色心导致钻石颜色呈黄色、褐色等色调颜色不符，荧光颜色却为绿色。在与其他专业的钻石检测人员研究探讨后，可能是钻石样品所含的与双氮原子有关的晶格结构缺陷较少，无法导致钻石样品呈现出明显的黄色色调，荧光颜色成因上初步认为主要是双氮原子（A型氮）及其有关的晶格缺陷所导致的。

另一方面，从钻石的荧光颜色规律上进行分析。钻石产生的荧光是可见光，其颜色丰富多样，有红色、橙色、黄色、绿色、蓝色等，且荧光强度不一。可见光谱是由红橙黄绿蓝紫形成的可见的连续光谱，波长大致在700nm至400nm。将可见光光谱、荧光颜色、荧光成因与钻石中氮原子聚合演变进行规律上的对比分析，见表1。

按照可见光谱排列，绿色荧光位于橙黄色荧光（孤氮及其晶格缺陷原子引起的）与蓝色荧光（B型氮及其晶格缺陷引起的）之间。杂质氮原子在钻石中的演变过程为孤氮→双氮→B型氮→氮片晶，双氮是介于孤氮向B型氮转化过程中的一个中间状态。绿色荧光与双氮原子一样都处于一种中间状态，所以绿色荧光成因与氮原子在钻石中的聚合演变过程中的双氮原子及其有关的晶格缺陷具有共同点的。

综上所述，这粒钻石的绿色荧光主要是含有少量的双氮原子（A型氮）以及其相关的晶格缺陷引起的。

4总结

本论文通过对钻石样品的检测与分析探究，研究发现：

测试样品为一粒不具有415nm吸收的ⅠaA型低H含量的天然钻石。通过检测结果与分析，具有异与常见蓝白色荧光的绿色荧光无色钻石也可以是天然的钻石，初步认为使这粒钻石样品呈绿色荧光主要是含有少量的双氮原子（A型氮）以及其相关的晶格缺陷所导致。

双氮原子作为钻石中杂质氮原子聚合演变过程中的一种过度状态，既不是氮原子最初的存在形式，也不是最终的存在形式，在合成钻石、处理钻石或者天然钻石中均有可能存在，因此在钻石排查检测过程中，遇到这类具有绿色荧光的钻石，不能简单的仅凭钻石类型，发光图像特征来判断钻石的天然性，还需要结合其他检测手段，图谱特征，综合判断才能确保检测鉴定结论无误。

由于检测的限制，钻石内部晶格本身的复杂性，对钻石样品产生绿色荧光的具体原因并没有深入的探究，仍需进一步做更全面更专业的检测分析。