錢偉吉 封卓然 陸曉穎 / 1.上海市計量測試技術(shù)研究院；2.國家金銀制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（上海）；.上海浦東海關(guān)

0 引言

黑色鉆石又稱黑色金剛石，是一種在中非共和國及巴西沖積礦床發(fā)現(xiàn)的天然金剛石，在西伯利亞也有出產(chǎn)，可見多晶和單晶兩種形態(tài)。黑色鉆石常為透明至不透明，絕大多數(shù)天然黑色鉆石的顏色是由于晶體中含有大量的石墨、硫化物、磁鐵礦、赤鐵礦或其他鐵質(zhì)礦物包裹體所致，其中石墨包裹體較為常見[1]。近年來天然單晶黑色鉆石廣泛地用于珠寶首飾飾品中，而有關(guān)黑色鉆石的鑒定特征也受到了相應(yīng)的關(guān)注和研究。本文通過對大量樣品的篩選后，選取目前市場上常見的3顆樣品，對其放大觀察、紅外光譜測試、鉆石熒光觀察儀（DiamondViewTM）熒光圖像分析及拉曼光譜測試，開展鑒定特征的研究。

1 樣品的選取和實驗方法

選取3顆標記為1～3號的樣品（圖1）進行研究。通過肉眼觀察，3顆樣品均為標準圓鉆型切工、體色為黑色、金剛光澤、不透明至透明，質(zhì)量分別為1.40 ct、1.12 ct、0.98 ct（1 ct=0.2 g）。對 3 顆樣品分別進行寶石顯微鏡下放大觀察、DiamondViewTM熒光圖像分析、紅外吸收光譜、拉曼光譜光致發(fā)光譜特征分析。

圖1 樣品1～3號實物照片

2 實驗過程和結(jié)果

2.1 放大觀察

通過寶石顯微鏡放大觀察3顆樣品的內(nèi)部包裹體，為點狀、鱗片狀彌散分布，在透射光下可見其內(nèi)部裂隙發(fā)育。

1號樣品整體潔凈透明，表面未見裂隙，在透射光下觀察包裹體，主要為細小顆粒物集中分布，無包裹體存在的區(qū)域形成無色透明的十字圖案，有包裹體聚集的大部分區(qū)域呈灰黑色[2]。2號樣品整體呈不透明黑色，放大觀察其內(nèi)部中心有透明核心區(qū)域且延伸至臺面。3號樣品主體呈不透明黑色，未見透明區(qū)域。

圖2 1～3號樣品放大觀察特征

2.2 DiamondViewTM熒光圖像分析

使用DiamondViewTM對3顆樣品進行觀察并分析。1號樣品的熒光圖像以黃綠色熒光為主并伴有藍色環(huán)帶，可見4個熒光惰性區(qū)域，4個區(qū)域的方向與八面體方向平行。在同一個區(qū)域用日光可見鉆石內(nèi)部大量暗色包裹體聚合，位置與黃綠色環(huán)帶熒光帶一致[3]。2號樣品有透明核心區(qū)域，在紫外熒光下圖像可見明顯的天然生長帶，中心透明核心區(qū)域，顯示為較均勻的藍色熒光。3號樣品的紫外熒光圖像無明顯結(jié)構(gòu)特征[4]。

圖3 1～3號樣品DiamondViewTM熒光圖像

2.3 紅外吸收光譜特征

采用Nicolet iS50 FT-IR，室溫下對3顆樣品分別進行測試，測試分辨力為4，掃描次數(shù)32次，1號樣品測試結(jié)果為含氮量濃度較高的Ⅰa型鉆石，較強的吸收峰出現(xiàn)于1 405 cm-1、2 785 cm-1、3 050 cm-1、3 107 cm-1、3 154 cm-1、3 236 cm-1、4 169 cm-1、4 496 cm-1；在中紅外 1 300～1 100 cm-1區(qū)域有氮吸收引起的吸收譜帶。2號、3號樣品無法獲得有效的紅外反射光譜。

2.4 拉曼光譜特征

使用顯微共聚焦拉曼光譜儀對樣品進行拉曼光譜和光致發(fā)光光譜分析。測試條件為532 nm激光器；激光能量：10 mW；測試范圍250 ～ 640 cm-1；積分時間：5 s。黑色鉆石樣品的拉曼散射特征峰位于1 332 cm-1處，指示拉曼的D峰。黑色鉆石內(nèi)部可見細小的片狀石墨包裹體，所以在1 587 cm-1處指示了石墨的拉曼散射特征峰（見圖5）[5]。用拉曼光譜儀的光致發(fā)光分別對2號樣品的含石墨生長環(huán)帶及透明核心區(qū)域進行測試，圖譜顯示為581 nm、607 nm、612 nm（見圖6）。3號樣品在常溫和低溫下的光致發(fā)光圖譜均顯示為581 nm、612 nm、658 nm（見圖7）。

圖4 1號樣品紅外反射光譜圖

圖5 黑色鉆石拉曼散射圖譜

圖6 2號樣品光致發(fā)光圖譜

圖7 3號樣品光致發(fā)光圖譜

3 結(jié)語

通過放大觀察和拉曼光譜分析，可以確定黑色鉆石的致色原因為內(nèi)部大量暗色點狀包裹體沿立方體生長區(qū)域聚合分布，產(chǎn)生黑色體色，無暗色包裹體區(qū)域呈無色透明。通過DiamondViewTM熒光圖像觀察，部分天然單晶黑色鉆石會具有特殊的熒光圖像，表現(xiàn)為幾何生長分區(qū)結(jié)構(gòu)。部分黑色鉆石無法獲得有效的紅外反射光譜，運用這種特殊現(xiàn)象可以快速地與其他黑色系列寶石區(qū)分，如黑色碳硅石、黑色尖晶石等，這些寶石在紅外反射光譜下都有相對應(yīng)的圖譜。