用拉曼光谱研究有色钻石

激光拉曼显微光谱是许多宝石学实验室的标准分析方法。该技术也可用于分析发光发射。被分析的钻石包括天然彩色宝石或经过特殊处理(辐照、加热等)的彩色宝石。

这篇文章描述了一个实验，以了解这些钻石在紫外线激发下产生的光致发光(PL)是否会根据用于宝石着色的技术造成显著差异。事实上，基于PL分析的常规表征能够确定钻石是最初无色的还是经过了脱色处理，如高压高温(HPHT)处理。此外，PL分析可能有助于确认在钻石的颜色增强中使用适当的处理方法。

仪表

该实验涉及使用aLabram hr uv-vis该系统是一个焦距为800mm的集成化、紧凑的拉曼系统，并与内部在632.8nm的17mW He-Ne激光器耦合。该系统也有一个外部入口，提供325纳米线的氦镉激光器。分析的光谱范围在388nm到780nm之间，获得了拉曼扩散和PL发射。

测量条件

对于每个金刚石，测量在室温下进行，在-100℃下进行。实际上，发光带在-100℃下大大锐化，从而使发光发射的结构和强度更容易确定金刚石晶体结构中的发光带向颜色中心分配。

金刚石结构中的颜色中心是由空位和氮原子引起的。它们在菱形型（IB，LAA，实验室）和缺陷中心（N3，H3，H4，N-V）下进行分类。温度监测的阶段使样品能够容易地冷却。

实验结果

捕获天然棕色和黄色菱形的PL光谱，并与相应的颜色增强型钻石的PL光谱进行比较。实验还包括人工紫和绿色钻石的PL光谱分析。

温度效应PL光谱

图1所示的第一个光谱由位于340nm (1332cm)的金刚石拉曼波段组成^-1)，发光波段为400nm ~ 650nm。当温度降低时，发光强度增强，如图2所示。

图1。全光谱的天然棕色金刚石。

图2。室温（a）和-100℃（b）的天然棕色金刚石的光致发光带。

未经处理/处理和退火的棕色钻石

经处理和退火后的棕金刚石的发光光谱在415nm、496nm和503nm处出现了新的波段，分别属于N3、H3和H4体系。这些系统可以通过天然棕金刚石的处理和退火而产生。在400nm-450nm范围内，在415nm处出现了一个新的峰。因此，大约400-450nm的PL可以提供特定处理的特征签名，使钻石变成棕色。天然和处理过的棕色钻石在-100°C下的光谱如图3所示。

图3。天然和处理过的棕色钻石在-100°C下的光谱。

未经处理的/照射和退火的黄色钻石

天然黄色钻石的颜色通常是由于N3系统的存在。因此，天然黄金刚石的发光光谱在415nm处呈现N3体系的特征。

图4。在-100°C的天然和照射黄色钻石的PL带

经辐照和退火处理后的黄金刚石的PL发射光谱在496nm (H3)和503nm (H4)处呈现出其它谱带。这些PL谱带证明了a的能力拉曼光谱仪识别用来增强黄色钻石颜色的特殊处理方法。天然和辐照黄色钻石的PL波段在-100°C被描绘在图4。

经过治疗的绿色钻石

图5。在室温下处理的绿色钻石的PL带。

经过处理过的绿宝石，显示了对应于H3和N3系统的特征（图5）。

辐照紫钻石

图6。在-100°C辐照的紫钻石的PL波段。

辐照后的紫钻石的PL光谱在高波长显示出特定的特征，即N-V中心的特征(图6)。

结论

PL分析与拉曼光谱仪Labram HR能够突出天然棕色和黄色钻石的颜色增强处理。他们还能够记录绿色和紫色钻石的PL签名，并确定和分配负责钻石颜色的缺陷中心。这些结果清楚地证明了拉曼光谱仪通过PL分析探索金刚石结构中的细微缺陷的能力。

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