通过FTIR光谱进行可靠的钻石分析

自从人造钻石、经过处理的钻石和近乎完美的仿制品出现以来，评估一颗宝石的真正价值变得越来越难。红外光谱是一种很好的钻石分类和仿钻石探测方法。它可以提供有价值的信息，以确定石材是人造的、天然的还是可以使用高压高温技术(HPHT)处理。

布鲁克光学为所有典型应用提供正确的工具。他们的工具有助于鉴定和类型确定的粗糙和抛光钻石，以及混战大小的钻石和安装的石头。任何东西都可以测试——从几十克拉的粗钻到亚毫米范围的小碎片。

• 仿冒品的检测
• 可靠的类型确定
• 自动筛选
• 抛光和未加工钻石
• 镶嵌在珠宝上的钻石

类型分类：不断变化的市场要求

自20世纪50年代首次报道可重复使用的金刚石合成工艺以来，技术不断改进。合成的钻石具有适合工业用途和宝石质量的特性。还开发了处理方法，可以提高合成石材和天然石材的质量。

因此，提供有关石头起源和历史信息的分析技术备受追捧。虽然没有一个单一的指标可以给出关于钻石是人造的、天然的还是经过了某些质量提升处理的明确答案，但对钻石类型的了解可以得出广泛的结论。

如何确定钻石类型

金刚石不仅仅是碳的修饰物：在大多数情况下，晶格中存在氢、硼或氮等外来原子。钻石的颜色可能会受到这些外来原子及其作为孤立原子、较大聚集体或成对排列的影响。最重要的杂质是氮，因此它的缺失或存在被用作类型分类系统的基础。

当钻石含有足够的氮，可通过红外光谱检测时，将其归类为I型。无法识别氮的钻石归类为II型。这两种主要类型进一步细分，例如分为Ia（聚合氮）和Ib（分离氮）。此外，还可以确定可能接受高压-温度（HPHT）处理的候选者。

如前所述，钻石分类的选择方法是红外光谱法。钻石的红外光谱分析过去是一项复杂的任务，必须由受过教育的专家来完成。传统的红外光谱仪体积庞大，操作困难。由于存在许多不同的混合物和光谱类型，因此对产生的红外光谱的解释特别复杂。

在与安特卫普人力资源开发公司的合作中，布鲁克提供了ALPHA II钻石分析仪(见图1)，使未经光谱训练的用户能够在不到一分钟的时间内测量和分类钻石。

高通量筛选附件（HTS-XT）是非常大样本批次（如近战大小的石头）的首选工具，因为它能够在非常短的时间内自动测量和分类大量样本。FTIR显微镜LUMOS II可用于测量和目视检查最小的钻石和珠宝上的复杂排列。

图1：阿尔法II钻石分析仪。

抛光和未经加工的钻石

布鲁克提供正确的解决方案，以具体的测量需求，取决于样品类型和数量。ALPHA II钻石分析仪，基于非常紧凑和强大的傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪ALPHA II，是测量单个松散钻石的最佳选择。

它有一本实验书的足迹，只有7公斤重。测量过程本身非常简单：将钻石放在镀金样品板上，并移动到漂移装置内（漂移=漫反射红外傅里叶变换）。

在测量和评价过程中，用户界面的外观会发生动态变化。这提供了执行下一步的功能。ALPHA II钻石分析仪为基于FTIR方法的钻石检测和类型分析提供了一个易于使用、自动化和专用的解决方案。它使用FTIR漫反射法将钻石与仿制品或其他珍贵宝石区分开来。

阅读下一篇：分析珠宝中的宝石和钻石

毛坯钻石

由于形状不规则，毛坯钻石需要与抛光钻石不同的测量方法。可以使用ALPHA II传输模块测量毛坯钻石（见图2）——从小钻石到重量高达几十克拉的钻石。

在一个ALPHA II系统中，可以组合不同的测量方法来测量粗糙钻石、镶嵌钻石和抛光钻石，因为测量模块很容易在几秒钟内互换。

图2：带传输模块的ALPHA II。

红外光谱原理

红外光谱利用人眼看不见的热辐射，通过触发晶格或分子振动与物质相互作用。每一种钻石都有其特有的波长区域。

光被吸收，钻石在这些区域或多或少是不透明的，因为红外光的能量在这些特定波长处被转换成振动运动。通过适当的测量设置，红外光谱仪系统可以测量这些吸收。

红外光谱是这些吸收在红外光谱范围内的强度与波长的关系图。这包含了足够的信息来对钻石进行分类。

图3。红外光谱的钻石。

抛光钻石的测量程序

任何钻石都可以在一分钟内使用ALPHA II钻石分析仪进行分类。首先，测量空镀金样品架的背景光谱，然后将钻石放置在中心支架中（图4）。进入仪器后，即可开始测量。软件给出了详细的用户说明（见图5）。

图4：钻石放置在ALPHA II钻石分析仪的镀金样品支架上。

图5：输入样本信息。

使用该红外光谱仪进行测量和评估所需时间不到30秒。结果与钻石的光谱结合显示（见图6）。

图6：显示分析结果。

图7显示了自动生成的PDF报告。只需单击鼠标即可打开报告，其中包含所有必需的信息，包括识别结果（钻石或非钻石）、类型分类和光谱。

图7：钻石分析的PDF报告。

镶嵌钻石

ALPHA II可用于使用前视反射模块（如图8所示）测量珠宝上安装的宝石。为了进行分析，必须将石头放在孔径孔的前面。

内置摄像头有助于正确定位石头，因此用户可以有选择地测量狭窄排列中更小的石头。图8显示了使用ALPHA II反射模块的内部摄像头拍摄的0.25克拉钻石的照片。

图8:带前反射模块的ALPHA II。插图：用集成照相机拍摄的钻石照片。

非常小的镶嵌石头

LUMOS II FTIR显微镜可以用来选择性地测量非常小的镶嵌在珠宝中彼此密切接触的石头(图9)。LUMOS II脱颖而出是因为它的易用性和全自动化结合了最高质量的红外光谱性能和样品可视化。工作距离大，可达30mm，试样阶段可达性好。

图9:LUMOS II FTIR显微镜。

可以在不改变硬件的情况下调查高度不超过40 mm的样品。借助一种特殊的样品夹虎钳，可以固定各种珠宝，可以检查镶嵌的宝石。

图10展示了带有钻石戒指的样品夹持器虎钳，整个戒指如插图所示。在图11中，其中一块石头的测量以及相应的视觉图像显示为示例。

图10：钻石戒指固定在LUMOS II级样品架虎钳上。

图11：戒指上一颗钻石的钻石光谱。

光谱清楚地表明是IaA型钻石。光谱显示了来自有机物浓度的额外特征，例如皮肤脂肪，这是珠宝中钻石的典型特征。C-H的拉伸振动导致3000 cm以下的双峰值^-1，这是有机物质的典型特征。

自动筛选

高通量筛选附件（HTS-XT，见图12）能够自动测量和分类大量钻石。

钻石放置在专门设计的样板中，可提供96、384和1536个测量位置。这种测量设置允许测量甚至非常小的近战大小的钻石，从亚毫米范围到几毫米的钻石。

图12：HTS-XT高通量附件，配备INVENIO S光谱仪。

对于一个位置，测量时间约为5秒。光谱在测量后自动评估和分类。与ALPHA II钻石分析仪一样，基于HTS-XT的分析仪能够区分12种以上不同的钻石类型，还能够识别仿钻石。

红外光谱和金刚石类型-基础

钻石一般分为I型和II型，其中II型不含可测量的氮（N）。子类型如下所示：

• Ia型:N聚合金刚石
• Ib型：含孤立N的金刚石（通常为合成）
• IaA型：具有2个N组的钻石
• IaB型：具有4个N组的钻石
• IIa型:不含N或硼的金刚石(可能是CVD合成的)
• IIb型：含硼金刚石（灰色或蓝色）

也有许多混合类型。在HTS-XT钻石分析仪和ALPHA II钻石分析仪中使用的分析软件可以区分超过12种不同类型的钻石。

最重要类型的光谱示例如图13所示。x轴以厘米为单位显示波长的倒数值^-1(即一分钟内有多少波)，这是红外光谱中常用的单位，y轴是吸收。

图13：具有特征峰位置的不同钻石类型的示例光谱。

通常，硼杂质的峰值在2800和2460厘米左右^-1氮杂质的吸附量在500到1500厘米之间^-1. 约1600至2700厘米之间的强而宽的条带^-1被称为声子带，是所有钻石的特征。这是一个很好的标记，可以用来区分仿制品和钻石。

解释类型信息

在许多情况下，对钻石类型的了解是至关重要的，因为它可用于检测人造宝石和可能的HPHT处理候选材料。特别令人感兴趣的是IIa型和IaB型钻石，因为它们通常可以进行HPHT处理，使其从灰色或棕色变为无色或粉色。这些颜色的变化显著增加了这些钻石的价值。

相反，由于Ib型钻石在自然界非常罕见，它们几乎完全是HPHT生长的合成宝石。天然钻石之所以稀有，是因为天然钻石在很长一段时间内承受着极高的压力和温度。在这些条件下，Ib钻石中孤立的氮原子可以在晶格中移动并聚集成团。

当两个N原子结合时形成A-聚集体，而两个A-聚集体的结合（它们之间有一个空位）形成B-聚集体。由于人造CVD钻石也有宝石质量，IIa类钻石也可以是人造钻石，因此可能需要进一步评估。

菱形	自然的	合成	羟色胺增强
非常重要的语音数据	对	不	不
IaB类型	对	不	对
快缩红肌	罕见的(~ 1%)	对	对
语音数据	非常罕见（<0.1%）	对	对

表1：与钻石类型有关的无色或接近无色钻石的发生。

表2:金刚石类型的分类是基于氮和硼杂质的存在或不存在及其在金刚石晶格中的特定配置。这个图表只显示“纯”钻石类型，大多数钻石类型是“混合”类型。

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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