用FT-IR光谱对金刚石进行表征

钻石是世界上最受欢迎的宝石之一。此外，许多工业应用都大量使用钻石。

钻石的高价促使人们购买更便宜的类似钻石外观的材料，例如合成莫桑石或立方氧化锆。然而，真正的钻石的价值是基于它的大小、形状和颜色。特定的颜色会产生更高的价格，但是像高压高温(HPHT)这样的特殊处理会改变某些类型钻石的天然颜色。

FTIR光谱是鉴别真伪钻石、确定钻石类型(Ia、Ib、…)的一种有效方法。IIb)，并验证金刚石是否经过高温高压处理。

仪表

用于宝石分析的传统傅里叶变换红外技术包括精密的研究级光谱仪，配有精密的光束冷凝器和液氮冷却的MCT*-探测器。一种非常合适、经济、紧凑的替代方案是FTIR解决方案，该解决方案基于配备了漫反射(DRIFTS)的便携式和健壮的ALPHA II光谱仪。

图1所示。布鲁克光学阿尔法II漫反射附件和样品托盘(阿尔法漂移)。

ALPHA II的特点是：

• 占地面积小(20 x 30厘米)
• 强有力的工具，对结果的信心
• 普遍使用(便携式)
• 触摸屏操作(不需要额外的PC)
• 充分的取样灵活性(固体，粉末，液体，气体)
• 操作简单，不需要液氮
• 负担得起的价格

为了评估钻石，“漫反射”法已被证明是一种简单可靠的测量技术。它涉及在大立体角上从样品收集不同的散射光，与透射测量相比显示出显著的优势。

图2。漫反射测量原理。

在这些情况下，传输测量特别麻烦，因为光束电容器和样品必须精确对齐或定位。此外，这里较低的光通量通常需要使用更灵敏的液氮冷却探测器。这不是漂移测量的情况。

测量程序

使用ALPHA II的FTIR分析宝石涉及一个非常简单的取样程序。一旦用所含的参考金样品完成了背景测量，宝石就被放置在取样杯中。钻石通常是平放在样品架的中心位置。较低对称性的石头(如椭圆形)的长轴沿样品架条定位。不规则形状的未经加工的钻石可能要翻几次才能得到高质量的光谱。包括石头在内的取样杯高度是使用一个旋转旋钮来对样品表面聚焦红外光束进行调整的。最大的信号强度反映了最佳的采样位置。

随后，样品的光谱被获得约30秒。然后将收集到的光谱与某些钻石类型和/或仿制品的参考光谱进行比较，以进行数据评估，以确定钻石样品是否真实，并分别识别其类别。

金刚石的FT-IR光谱

一些典型的金刚石FTIR光谱如图3所示。在1800-2700厘米波长范围内的广泛吸收^-1是因为碳本身。在3100厘米处观察到的尖锐吸收带^-1表示氢含量，而光谱区域在1500 - 1000厘米之间^-1包括氮的吸收。

图3。钻石的中红外光谱。

钻石还是假的？

合成硅藻土(SiC)和立方氧化锆(ZrO₂)是最常见的钻石仿冒品。氧化锆可以很容易地通过常用的“热笔测试”检测出来，但莫桑石可以作为钻石通过，因为它的热特性与钻石过于相似。其他的鉴定方法是基于几个连续的测试，只能由经验丰富的宝石学家进行。

FTIR甚至可以让经验不足的操作人员区分所提到的材料。欧洲杯足球竞彩金刚石、氧化锆和莫桑石的红外光谱如图4所示，这些特定的光谱模式之间的差异非常明显。

图4。钻石和不同仿制品的FT-IR光谱。

哪一种钻石?

钻石一般分为第I类和第II类，其中第II类不含任何可测量的微量氮(N)。分类别包括:

• Ia—>型金刚石，N聚集
• Ib—>型单抗N金刚石(常为合成金刚石)
• IaA ->型菱形，有2组N
• IaB ->型钻石，有4组N
• Type IIa—>不含N或硼的金刚石
• IIb—>型硼金刚石(蓝色或灰色)

IIa型和IaB型通常为棕色或灰色，通过适当的HPHT处理，它们可以转化为粉红色或无色。由于颜色的变化，这些钻石的价值显著增加。I型钻石和II型钻石的区别很明显，因为只有I型钻石的光谱显示了1450 cm之间氮的吸收特征^-1和1000厘米^-1．

图5显示了Ib型和IaB型的特征差异。其峰值为1136厘米^-1和1344厘米^-1是分散单原子氮的典型特征，因此是Ib型^-1是典型的4个氮原子的“b中心”，因此IaB^[1]．

图5。不同类型金刚石的红外光谱。

由于人造钻石通常是Ib型的，氮的峰值在1344厘米^-1被指定为人造钻石的指示物。

总结

非常紧凑和坚固的FT-IR光谱仪，如Bruker Optics ALPHA，可以成为宝石学实验室的一种有价值的仪器。“漫反射”技术似乎是用于宝石分析的最普遍和最简单的方法。FTIR光谱还具有在宝石学其他领域使用的潜力，例如，区分人造祖母绿或铅玻璃处理的红宝石与天然红宝石。

* FTIR傅里叶变换红外
* MCT汞镉碲化物;红外敏感器
^[1]P. thongnopun, S. Ekgasit;多面金刚石及其模拟金刚石的FT-IR光谱金刚石及相关材料14 (2005)1欧洲杯足球竞彩592 - 1599

本信息来源、审查和改编自Bruker Optics提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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