首页 / 新闻动态 / 行业资讯

合成钻石与天然钻石的未来检测之路

阅读量 : 1000        日期 : 2016-6-23

 “随着技术的进步,合成钻石可以做的越来越大,越来越好,由此也需要对这些钻石进行更好的检测。有些人在钻石贸易中担心不法商贩试图将合成钻石冒充天然钻石,因为在实验室培育的钻石,目前已经成长的更白且更干净。然而,宝石学家有信心有方法能够检测到任何合成钻石。这并不是说宝石学家认为合成钻石生产商想在猫捉老鼠的游戏中逃脱检测。国际宝石学院(IGI)宝石学家David Weinstein说:“我相信他们正在努力改善使其越来越尽完美,使其尽可能变得漂亮,而不是为了迷惑我们”。”

 

 

一、寻找合适的仪器
 
  全球主要的宝石检测实验室都采用类似的流程来检测钻石,虽然每个实验室可能会使用不同的方法和机器来确定它们是否是天然的、合成的、仿钻石或经人工处理的钻石。
 
  所有无色的钻石首先经过筛选和测试,看他们是否是I型,I型钻石占到所有天然钻石的98%。
 
  任何被确定为II型钻石都需要做进一步的测试。筛选有很多方法包括红外光谱(IR),紫外吸收光谱(UV),紫外线透射光宽频诱导发光成像分析法(光致发光光谱)(PL)。这些机器可以准确识别出大约97%的天然钻石,约3%的钻石将被标记做进一步的测试。如果是深黄和棕色的Ib型钻石,将直接转去做最终确定的检测。
 
  标记为需要进一步测试的钻石将经历更详细的过程,以便最终确认。这些过程包括由专人对其杂质元素,晶体结构,电磁波吸收,磷光和荧光等进行检测。
 
  红外光谱能测试出钻石中不同的元素所吸收的不同波长的电磁辐射。不同类型会吸收特定波长的红外光。
 
  紫外吸收,类似的红外光谱,I型钻石会吸收紫外线中的特定波长,可以通过这点来检测。
 
  紫外透射法是看某些特定波段光是否可以通过钻石。天然Ia型钻石在紫外光下不透明,而无色的IIa型钻石紫外光可透过。
 
  紫外线透射光宽频诱导发光成像分析法(光致发光成像技术)可测试钻石的荧光颜色,磷光颜色强度和持续时间,当激发钻石发荧光的紫外光源被切断之后,看钻石是否持续发光。天然Ia型钻石往往是蓝色荧光但没有磷光,当观察到发其他颜色的磷光或持续发磷光的钻石时都需要做进一步的测试。
 
二、钻石类型
 
  检测仪器首先测试样品是否为Ia型,因为目前的合成方式,不管是高压高温合成法(HPHT)还是化学气相沉积法(CVD)都无法合成出Ia型钻石。天然钻石有可能是所有类型Ia和Ib,IIa和IIb中的任何一种,但HPHT钻石只可能是Ib,IIa或者IIb型,CVD合成钻石仅可能是IIa和IIb。 I型钻石含氮,II型钻石不含氮。
 
  正如前面提到的,绝大部分的天然白钻都是Ia型,也有少许天然白色钻石是IIa型,虽然这是极为罕见的。同样,化学气象沉淀法合成钻石,这种方法合成的钻石通常不含氮元素。 
 
  CGL-GRS瑞士和加拿大宝石实验室的总裁和首席宝石学家Branko Deljanin说,在不远的将来,合成钻石生产商会随着合成技术进步和产量的增加,将获得更大的钻石话语权,及影响合成钻石的类型,这将导致大量通过筛选钻石类型来区分合成钻石的仪器不能使用。但是他也不能确定这种事情何时会发生。
 
三、可用的设备
 
  市售多种设备供实验室用来分析和观测合成钻石,这些设备从简单的手持式到复杂的能自动筛选分装再做进一步分析的专业设备一应俱全。能够分析是天然钻石还是需要做进一步确认的设备有如下几种:
 
1、DiamondSure,来自戴比尔斯,通过紫外线吸收的原理,能快速的筛选无色或接近无色的钻石,重量从0.10克拉到10克拉,无论镶嵌或者裸钻,都可以分辨出钻石是天然还是处理过亦或是仿制品,测量每个钻石需要数秒钟。
 
2、DiamondPlus,来自戴比尔斯,主要是为了检测高温高压处理的钻石,当然它也能够检测化学气相沉积法合成钻石,通过激光激发光致发光成像分析方法。能够检测从0.05克拉到10克拉的样品,钻石样品必须浸没在液氮中。
 
3、统包货自动筛选仪(AMS),来自戴比尔斯,通过紫外线吸收的原理能够快速筛选出合成钻石和仿钻石,重量从0.01克拉到20克拉,该仪器支持一次高达500克拉的钻石样品,每小时能检测大概360粒样品。
 
4、DiamondCheck,来自GIA,用红外光谱来快速筛选0.01克拉至10克拉钻石样品。别的设备都只能检测无色或者接近无色的钻石,但 DiamondCheck可以筛选粉色钻石, DiamondCheck还可以筛选高温高压处理过的钻石或者仿钻石。
 
5、D-Screen,来自安特卫普的HRD,使用紫外吸收光谱来分辨钻石是否为天然,还是高温高压处理钻石或是合成钻石。D-Screen不能筛选出仿钻石,仅用于筛选颜色从D到J的钻石。
 
6、M-Screen,来自安特卫普HRD,使用紫外吸收光谱来筛选颜色从D到J,重量从0.01ct到0.20ct的统包货,可以区分出天然钻石,合成钻石,仿钻石和人工处理钻石。HRD表示:该设备可以每小时筛选7200-10800粒钻石。
 
7、GV5000,宽频诱导发光测试仪,来自中国的国家珠宝玉石质量监督检验中心(NGTC),采用紫外线透射光宽频诱导发光成像分析法筛选裸钻或者镶嵌钻石,重量从0.002克拉到8克拉(钻石直径从1mm-25mm都可以)。
 
  该设备除了能筛选别的设备都筛选不了的小钻石之外,GV5000还可以筛选各类荧光的钻石或者是镶嵌钻石。该设备能筛选大小为0.01ct的钻石大约每小时12000粒。
 
  这些没有通过筛选的样品是否为天然钻石需要由宝石学家来最终认定,市售用于最终测试的设备包括:
 
1、DiamondView,来自戴比尔斯,通过观察样品在短波紫外线照射下产生的宽频诱导发光图像来检测。该设备能检测重量从0.05克拉到10克拉的钻石,以及重量从0.01ct到0.20ct的统包货。该设备主要用于裸钻,但某些镶嵌钻石如果符合要求也可以检测。
 
2、阿尔法钻石分析器,来自安特卫普HRD,使用红外光谱来分析钻石类型 – 比如I型和II型。该设备还能测试的钻石是否为合成钻石,处理钻石或仿钻石。
 
四、分级的不同
 
  世界各地的各宝石实验室不仅提供钻石的检测服务,而且还提供合成钻石的分级报告。GIA实验室对合成钻石的分级报告一般使用较大范围来描述,比如颜色分级写“无色”、“接近无色”,净度写“VS”、“SI”,不会分小级,这和常规的钻石分级报告有所不同。GIA的网站上对此有说明,之所以对合成钻石这样分级是因为现阶段合成钻石的量太小。GIA的执行副总裁兼首席实验室研究员汤姆·摩西补充说,合成钻石商对合成颜色等级低的钻石不怎么感兴趣。“如果我们看到市场需要越来越大的合成钻石,合成钻石商也能不断提高产量和质量达到一定的水平,我们可能也会改变现有的合成钻石分级报告,但现阶段实在没有必要。”但其他实验室对收到的合成钻石和天然钻石的分级是一样的。
 
五、肉眼及放大镜观察
 
  “合成钻石是不可能用肉眼区分的。放大镜下也许可以发现一颗人造钻石,前提是包含有可见的特征包裹体,尤其是高温高压合成钻石。” Moses说,并解释道,高温高压合成钻石的过程中可能会留下一些金属包裹体。然而合成钻石商的质量检验人也知道别人要找这些特征包裹体,因此在切割HPHT合成钻石过程中都会尽量切除或者遮蔽掉。Moses还表示放大镜对CVD合成钻石的检测完全没有帮助,因为CVD合成钻石没有类似的包裹体。
 
  还一些基本工具可以用于检测合成钻石。这些工具包括简单的磁铁到手持的“钻石测试”设备,该设备可以测试导热和导电性,密度和折射。另外的方法还包括使用常规的UV灯,交叉偏振滤光器,显微镜,一个简单的组合依然能得到准确的结果,但常常被珠宝商忽视,Deljanin说。这些方法可以快速的检测到合成钻石和仿钻石的一些特征。但是Moses也指出,“绝大部分对合成钻石的检测还是依靠一些专门的仪器,毕竟这类设备能为检测的准确性提供更好的保证”。
 
六、高温高压合成钻石 VS 化学气象沉淀法合成钻石
 
  为了准确的检测一个被标记需要做进一步检测的样品到底是天然钻石还是合成钻石,是哪种方法合成的钻石,这需要大量的设备去检测样品的方方面面。一台机器通常设计为专注于检测钻石某一个方面的特性。“没有一种神奇的机器,一次可以做的一切。” Deljanin写到。
 
  HPHT合成钻石和CVD合成钻石有以下几点不同:
 
1、晶体结构:HPHT合成钻石是按照立方八面体结构生长,特种照明下呈现“沙漏”状,而CVD合成钻石是层状生长,特种照明下能观察到条纹。天然钻石是按照三角形环状生长,也被称为“三角形纹理”。当钻石在高强度的紫外线下会发出荧光,或者吸收辐射之后发光,这种光下能观测到钻石的生长方式。“沙漏”结构被认为是HPHT合成钻石的鉴定特征,但是在2013年,GIA展示了一种极其罕见的天然钻石也呈现出这种立方八面体结构。
 
2、 除了观测生长类型之外,还可以通过交叉偏振镜观察,去检测一些晶体扭曲特征。这些晶体扭曲导致出现光的双折射。 HPHT钻石通常没有晶体扭曲或者非常小。天然钻石通常会显示出其形成过程中产生的“榻榻米”状,或斑驳图案。但是,CVD金刚石还可以显示类似于天然钻石扭曲特征。
 
3、发光特征:绝大部分天然白色和接近白色的钻石能发出蓝色荧光而没有磷光. 极少部分钻石的颜色这些天然钻石也可以发出绿色到黄色的荧光。白色和接近白色的HPHT钻石倾向于显示蓝绿色荧光,并且在紫外光源关掉之后的三秒到一分钟都能显出强烈的蓝绿色磷光。据NGTC深圳珠宝研究所所长蓝延的介绍,他的研究所看到的所有白色和接近白色的HPHT合成钻石都能够发荧光,同时有磷光。 CVD合成钻石可以发绿蓝色,绿色,红色,橙色等荧光。
 
4、包裹体:在显微镜下,HPHT合成钻石可见棒状金属包裹体,也可能是板状或者不规则形状。这些包裹体通常是在生长过程中所使用的金属溶剂的副产物。 CVD合成钻石因为能更好的控制生长环境所以经常没有包裹体,但在生长面上可能会有黑色碳质包裹体。 GIA曾经报道过CVD合成钻石的包裹体,有时像天然钻石的包裹体。
 
七、合成钻石的未来
 
  虽然合成钻石技术在上世纪50年代问世以来经历了漫长的道路,在近几年确实有了很大的进步。据GIA的数据,直到2014年IIa / b型的HPHT合成钻石才对市场造成了冲击。随着时间的推移,Deljanin坚信业界将能看到更大,更干净的合成钻石。他总结道:“合成钻石技术将随着珠宝界的发展而发展”。(作者: Shuan Sim;翻译:国家珠宝玉石质量监督检验中心 陆太进、张扬帆、刘洋)