摘要：山東濟(jì)南中烏新材料有限公司（現(xiàn)為濟(jì)南金剛石科技有限公司）利用六面頂油壓機(jī)生產(chǎn)出大顆粒鉆石，為了掌握這些合成鉆石的品質(zhì)及與天然鉆石的區(qū)分方法，該文采用寬頻誘導(dǎo)發(fā)光光譜儀（GV5000）、紅外光譜儀、鉆石特征光譜檢測儀（PL5000）、激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀和X射線能譜儀，對該公司生產(chǎn)的225粒無色、藍(lán)色和黃色高溫高壓（HPHT）合成鉆石（圖1）進(jìn)行檢測，并與天然鉆石對比。

圖1 部分研究樣品

HPHT合成鉆石樣品的晶體形態(tài)以（100）晶面和（111）晶面共同存在的聚形為主導(dǎo)。選取原石樣品重量在0.402 ~ 0.769 ct，按較好切工比例切磨成圓鉆形刻面裸石后，重量在0.118 ~0.323 ct，出成率在20% ~ 67%之間；凈度級別為VVS ~ P，凈度級別主要受樣品中觸媒金屬包裹體影響（圖2c），這些金屬包裹體使合成鉆石樣品可被磁鐵吸引。

圖2 高溫高壓合成鉆石樣品的顯微特征

（a:種晶殘留凹坑；b：晶面花紋；c:金屬包裹體；d:出露合成鉆石表面的金屬包裹體）

通過GV5000分析，三種顏色樣品均可觀察到立方八面體生長結(jié)構(gòu)發(fā)光圖案，由各晶面中雜質(zhì)缺陷的類型或濃度差異造成。盡管受切割角度和熒光顏色對比度的影響，從裸石樣品的臺面可觀察到十字交叉狀圖案（圖3c），從亭部可見似沙漏狀圖案（圖3d），是其主要鑒定特征之一。

圖3 高溫高壓合成鉆石樣品的熒光圖像特征

（a:藍(lán)色原石樣品；b:黃色原石樣品；c、d:無色裸石樣品）

無色HPHT合成鉆石為強(qiáng)藍(lán)色熒光和磷光，發(fā)光峰位于495 nm，與晶格中的順磁氮有關(guān)；藍(lán)色HPHT合成鉆石為藍(lán)-綠藍(lán)色熒光和藍(lán)色磷光，發(fā)光峰位于501 nm，與晶格中的順磁氮、硼有關(guān)；黃色HPHT合成鉆石為弱綠色熒光和磷光，顯示556 nm和883 nm Ni+相關(guān)發(fā)光峰，這些特征可與絕大多數(shù)的天然鉆石相區(qū)分（圖4）。

圖4 高溫高壓合成鉆石和無色天然鉆石的熒光光譜特征

紅外光譜分析表明（圖5），無色HPHT合成鉆石在1332 ~ 1100 cm-1無明顯氮相關(guān)吸收，在2802 cm-1有B0相關(guān)吸收，為含有少量硼的IIa型；藍(lán)色HPHT合成鉆石位于1294 cm-1有與B-相關(guān)的強(qiáng)吸收，歸屬為IIb型；黃色HPHT合成鉆石位于1130 cm-1和1344 cm-1有與孤氮相關(guān)的明顯吸收，歸屬為Ib型。PL5000光致發(fā)光光譜顯示（圖6），三種顏色HPHT合成鉆石可檢測到659 nm、694 nm、707 nm、714 nm、883 nm等鎳相關(guān)缺陷發(fā)光峰。相比之下，無色和黃色天然鉆石通常為Ia型，具有1282 cm-1和1175 cm-1等聚合氮的紅外光譜吸收，光致發(fā)光光譜通常可檢測到415 nm（N3）零聲子線，由孤氮、硼和鎳等缺陷導(dǎo)致的光譜特征極為罕見。因此，紅外光譜和光致發(fā)光光譜特征可作為重要的鑒別依據(jù)。

圖5 高溫高壓合成鉆石的紅外光譜

圖6 高溫高壓合成鉆石(a至c)和無色天然鉆石(d)的光致發(fā)光光譜

激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀檢測到無色HPHT合成鉆石的出露包裹體主要成分為Fe。X射線能譜分析顯示，對于含包裹體較多的樣品，無色和藍(lán)色HPHT合成鉆石可檢測到Fe，黃色HPHT合成鉆石可檢測到Fe和Ni，為其中包裹體的成分，這可作為HPHT合成鉆石鑒定性特征。

結(jié) 論

綜上所述，綜合利用生長結(jié)構(gòu)熒光圖像、熒光光譜、磷光光譜、紅外吸收光譜、光致發(fā)光光譜和X射線能譜等多種無損檢測手段，可將高溫高壓合成鉆石與天然鉆石區(qū)分開：

（1）與晶體生長結(jié)構(gòu)有關(guān)的立方八面體發(fā)光圖案，是其主要鑒定特征之一；

（2）無色、藍(lán)色和黃色高溫高壓合成鉆石熒光及磷光顏色分別由位于495 nm、501nm和556 nm處的發(fā)光峰引起，可與具有藍(lán)白色熒光的天然鉆石相區(qū)分；

（3）無色、藍(lán)色和黃色HPHT合成鉆石樣品分別為含有少量硼的IIa型、含有硼的IIb型和含有孤氮成分的Ib型，光致發(fā)光光譜檢測到Ni雜質(zhì)缺陷導(dǎo)致的發(fā)光峰，可作為重要的鑒別依據(jù)；

（4）通過X射線能譜分析可檢測到凈度級別較低（SI、P）的樣品中包裹體成分，無色和藍(lán)色合成樣品的內(nèi)部觸媒金屬主要成分為Fe，黃色合成樣品的主要為Fe和Ni，可作為高溫高壓合成鉆石的鑒定性特征。

合成鉆石的特征可因合成環(huán)境中金屬觸媒成分、硼和氮含量、溫壓等條件的改變而發(fā)生變化，對鑒定方法不斷提出新要求和新挑戰(zhàn)，該文為鑒別當(dāng)前合成鉆石提供重要參考。

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梁榕，蘭延，張?zhí)礻柕?山東產(chǎn)大顆粒高溫高壓合成鉆石的多種譜學(xué)方法研究 [J]. 光譜學(xué)與光譜分析，39（6）:1840~ 1845.