钻石与合成钻石的鉴定

徐麟

【摘 要】长期以来，合成钻石或由于粒度小或由于成本昂贵，一直未具有商业价值，对合成钻石的鉴定研究也为人们所忽视。随着合成技术的不断改进和完善，合成钻石已成为商业事实，鉴别天然钻石和合成钻石已成为当务之急。本文从内部结构、紫外荧光、分光检查、红外光谱分析等几个方面对天然钻石及合成钻石的鉴别特征进行简单介绍。

【关键词】钻石 合成钻石 鉴定

钻石有“宝石之王”之称，是当前公认的世上最珍贵的宝石，坚硬无比，光彩璀璨，独一无二。但是天然矿石的储量却极其稀少，加之开采困难，满足不了工业生产及日常消费需求。传统HTHP合成钻石工艺严格，成本高，没有生成商业价值[1]。20世纪90年代之后，钻石合成技术不断改进完善，几乎可以以假乱真，合成钻石已经具备商业事实。我国合成钻石市场不断扩大，目前市场上不少钻石皆是这类合成钻石，鱼目混珠，对钻石市场造成了极大冲击，这给钻石的鉴定又提出了新的课题与挑战。

一、钻石及钻石种类

钻石基本化学元素是C，是一种由碳原子所组成的等轴晶系的天然矿物，为均质体，其中也多含有 N、B、H 等一些微量元素。钻石的密度为3.52（±0.01）g/cm3，摩氏硬度为10，有典型金刚光泽，色散值为0.044，折射率为2.417[2]。钻石最常见的微量元素是N元素，N以类质同象形式替代C进入晶格。氮原子的含量和存在形式对钻石的性质有重要影响，同时也是钻石分类的依据。

天然钻石按照N含量多少及N存在方式的不同可分成如下四种形式：1.Ia型。在这种钻石中N为聚合状态，自然界中的钻石约98%属于这种类型。N的聚合状态多表现为：2个、3个、4-9个N存在。2.Ib型。钻石内N孤立存在，天然的孤氮类钻石非常稀少。3.IIa型。钻石内不含氮或者是N的质量分数很小，小于0.001%。4.IIb型。钻石内含有少量的硼。

二、合成钻石及其分类

合成钻石是指在实验室或工厂里通过一定的技术与工艺流程制造出来的与天然钻石的外观、化学成分和晶体结构完全相同的晶体。

目前合成宝石级钻石的方法主要是高温高压法（HTHP法）和化学气相沉积法（CVD法）[3]。

三、钻石与合成钻石的鉴定

鉴于天然钻石及合成钻石在形成条件上的不同，合成钻石中很多宝石学特征同天然钻石是不同的，这也是两者进行鉴定的主要基础。下面我们从几个方面对天然钻石及合成钻石的鉴定进行阐述。

（一）内部特征

1.包裹体：通过宝石显微镜对两者包裹体进行仔细观察就能够快速、准确地将两者区别出来。如果宝石显微镜下可以见到石榴子石、钻石负晶、顽火辉石或者是透辉石等透明的有色或者是无色的一些矿物包裹体，这就是天然钻石[4]。反之，如果宝石显微镜下可以见到外表大而圆、存在磁性的不透明的矿物包裹体，且包裹体在放射光下可见金属光泽，这就是HTHP合成钻石。而这些金属包裹体大小混杂，形态相似，杂质通过化学分析多为少量铁及金属镍。CVD合成钻石内部包体较少，个别可见到针点状包体，可沿某一个面分布或杂乱分布，还有小的黑色不规则颗粒。CVD合成钻石中不会出现金属包体，也不会有磁性。

2.生长结构：如果钻石净度高，检查中包裹体难以发现，但是对钻石内部生长结构进行系统检查也能够对天然钻石及合成钻石进行区分。如果钻石的腰棱上面或者是附近存在一些原始晶体在表面残留，也就是说出现呈平行规则所排列的一些三角形的凹坑的话，具有这种生长结构的属于天然钻石。而HTHP合成钻石具有树枝状、蕨叶状、阶梯状生长纹；含N的CVD合成钻石在⊥{100}切面上可看到密集的斜条纹，这是CVD含N合成钻石的一个重要鉴别特征，且经高温高压处理后条纹仍然可见。

3.颜色分带：对钻石的色带分布特点进行分析也是区分天然钻石及合成钻石的一个比较有力的依据。将钻石置于散射照明条件之下，如果在此环境下能够在钻石上面观察到呈平行密集分布的褐色色带，这样的钻石就是天然钻石；而如果只能观察到同“砂钟”样生长结构相关的色带的话，这样的钻石就是HTHP合成钻石；在⊥晶体生长方向观察，部分CVD合成钻石可看到颜色的成层分布，含N的褐色合成钻石可见褐色条带，而含B的蓝色合成钻石为蓝色条带。

（二）紫外荧光

在天然钻石及合成钻石区分上，紫外荧光非常有效。紫外荧光下，天然钻石及合成钻石两者在颜色的分布上存在显著差异。紫外荧光下，长波下钻石呈现出蓝白色的荧光，而短波下则呈现为弱黄色荧光，具有这种荧光特点的钻石是天然钻石。并且天然钻石的这种荧光效果多呈带状来分布，效果并不均匀。而如果紫外荧光下，长波及短波下，钻石均呈现黄绿色的荧光，且短波下荧光强度明显高于长波下的荧光强度，那么具有这种荧光特点的钻石是合成钻石。并且合成钻石的这种荧光效果多呈八边形或者是十字形分布。

（三）分光检查

截止到当前为止，对于合成钻石来说，多数宝石级钻石在颜色上是黄色或是黄褐色的。因此在鉴别上需要通过手持式或者是台式的分光镜来进行光谱检查。无色-浅黄色天然钻石具有Cape线，即具有415nm、452nm、465nm和478nm吸收线，在经过辐照退火处理之后，天然钻石会在496nm、503nm、595nm、637nm的位置处显示吸收谱线[5]，特别是415nm吸收线的存在是指示无色-浅黄色钻石为天然钻石的确切证据。用钻石快速鉴定仪做检测时，缺乏415nm吸收谱线不能说明钻石属于合成钻石，需要参照其他特征进行进一步的证明。HTHP合成钻石多会在可见光谱的470～700nm范围位置呈现出吸收带，这主要是因为合成钻石在加工过程中，助溶剂使用的是金属镍（Ni）所引起的。但是当前合成钻石中多数类型为Ib型的合成钻石，因此可见光谱内不会出现明显的吸收峰值。

（四）红外光谱分析

随着检测技术的进一步发展，利用红外光谱分析可以迅速有效地区分天然和合成钻石。天然钻石主要为Ia型，红外光谱分析中含有集合N的吸收峰，如1175cm-1和1282cm-1吸收峰；而HTHP合成钻石多为Ib型，红外光谱分析显示1130cm-1吸收峰，无其他与N有关的伴生峰；对于CVD合成钻石来说，8753cm-1、7354cm-1、6856cm-1、6425cm-1、5564cm-1、3323cm-1、3123cm-1的吸收峰对于含N的CVD合成钻石是有特征的，但经高温高压处理后会消失。其中3123cm-1吸收峰是CVD合成钻石的典型吸收。

（五）光致发光光谱与阴极发光光谱

只有CVD合成钻石才会出现467nm、533nm的吸收峰，但经过高温高压处理后该吸收峰消失。596nm和597nm的吸收可作为含N的合成钻石的鉴别特征，但并不是所有的CVD含N合成钻石都有此两处峰。

（六） 紫外——可见光吸收光谱

356nm、520nm、596nm、625nm处的吸收对于含N的CVD合成钻石具有鉴别意义，但经高温高压处理后会消失。它们不会出现在天然钻石和HTHP合成钻石中。

（七）磁性检查

在HTHP合成钻石内通常会包含一些金属包体，而这些金属包体不论是大还是小，多数都能够通过肉眼观察到。并且这些金属包体多具备磁性，能够被磁铁等一些高强磁性物质所吸引。因此检查中，可将钻石拴系到一条丝线的上面，检查时挡住气流，并让磁铁靠近钻石，轻轻摆动，如果钻石会随着磁铁的来回摆动而呈现出平行摆动，就可以证明是合成钻石；而如果钻石毫无反应，就可以证明是天然钻石。但是需要注意的是，一些天然钻石也会存在一些微弱的磁性，此时需要再参照钻石其他的特征来进行鉴别。

当然这里所提到的对天然钻石及合成钻石进行鉴别的七个方面特征并不一定能够在每个合成钻石中都可以全部出现，在鉴别过程中需要对钻石进行综合鉴定。

四、结语

随着科技的不断进步，合成钻石商业化越来越明显，而钻石检查鉴定工作也更具备挑战性，在鉴别过程中必须更细致全面，需要制定一套系统性的鉴别程序，这样才能够让天然钻石及合成钻石的鉴定方法更为成熟。

注释：

[1]严俊，刘晓波，陶金波等.天然钻石与合成钻石的钻石观测仪鉴定特征研究[J].光学学报，2015，（10）：161-169.

[2]李倩，李文宣.合成及改色钻石的鉴定特征[J].宝石和宝石学杂志，2014，16（6）：21-27.

[3]庞博文.天然钻石与人工合成碳硅石的鉴别分析[J].山东工业技术，2016，（6）：227-227.

[4]严俊，王小祥，陶金波等.天然钻石与合成钻石的特异性光谱初步研究[J].光谱学与光谱分析，2015，（10）：2723-2729.

[5]薛源，何雪梅，谢天琪.高温高压合成黄色钻石颜色成因及改色机理探讨[J].岩石矿物学杂志， 2014，岩石矿物学杂志，2014，（增刊1）：120-130.（S1）：120-130.