通过FTIR光谱进行可靠的金刚石分析

评估从合成钻石的出现，经过处理的钻石和几乎完美的模仿以来，评估宝石的实际价值变得越来越难以变得越来越难以。红外光谱是对钻石进行分类并检测模仿的优雅方式。它可以提供有关石材是否合成，自然的有价值的信息，或者可以使用高压高温技术（HPHT）进行处理。

Bruker Optics为所有典型应用提供合适的工具。他们的工具有助于识别和型测定粗糙和抛光钻石以及近熔钻石和安装的石头。任何可以测试的东西 - 从大型粗钻有数十名克拉的小碎片到亚毫米范围内的小碎片。

• 检测的模仿
• 可靠的类型确定
• 自动筛选
• 抛光和粗糙的钻石
• 镶嵌在珠宝中的钻石

类型分类：更改市场的要求

自20世纪50年代以来，当报告了第一次可重复的金刚石合成方法时，技术已经不断改进。钻石可以合成，适合工业用途以及宝石品质。还制定了治疗，允许合成和天然石材的质量增强。

因此，追求了分析技术，提供有关石头的成因和历史的信息。虽然没有单一指标将提供明确的答案，即石材是合成的，自然的，或经历了一定的质量增强处理，但钻石类型的知识允许广泛的结论。

如何确定钻石类型

钻石不仅仅是对碳的改性：在大多数情况下，在晶格内部存在异物，氢气，硼或氮。金刚石的颜色可以受到这些外部原子的影响及其作为隔离原子的排列，较大的聚集体或对。最重要的杂质是氮气，因此其缺失或存在被用作类型分类系统的基础。

当钻石中含有足够的氮，可以通过红外光谱检测到时，它们就被归类为i型。无法识别出氮的钻石被归类为II型。两种主要类型进一步细分，如Ia(聚集氮)和Ib(分离氮)。此外，还可以确定可能受到高温高压(HPHT)处理的候选者。

如前所述，钻石分类的选择方法是IR光谱。钻石的IR光谱分析曾经是一项经教育专家执行的复杂任务。传统的IR光谱仪庞大，难以操作。所得IR光谱的解释是特别复杂的，因为存在许多不同的混合物和光谱类型。

与HRD Antwerp合作，Bruker正在提供Alpha II Diamond Analyzer（参见图1），这使得能够在光谱学中培训的用户能够在不到一分钟内测量和分类钻石。

高通量筛选附件(HTS-XT)是非常大的样品批量的选择工具，如混战大小的石头，因为它可以在非常短的时间内自动测量和分类大量的样品。FTIR显微镜LUMOS II可以用来测量和目测最小的钻石和珠宝上的复杂排列。

图1:ALPHA II钻石分析仪。

抛光和粗糙的钻石

Bruker根据样本类型和数字提供特定测量需求的正确解决方案。基于非常紧凑且坚固的傅立叶变换-RIR（FTIR）光谱仪Alpha II的Alpha II金刚石分析仪最适合测量单个松散钻石。

它的足迹相当于一本实验书，只有7公斤重。测量过程本身非常简单:钻石被放置在镀金的样品板上，移动到漂移单元(DRIFT =漫反射红外傅里叶变换)内。

在测量和评估过程中，用户界面在测量和评估过程中动态改变其外观。这提供了执行下一步的功能。Alpha II Diamond Analyzer为基于FTIR方法提供了易于使用，自动化和专用的钻石检测和型分析解决方案。它将钻石与模仿或其他珍贵宝石的区分使用FTIR弥漫反射方法区分开来。

阅读下一页：在珠宝中分析宝石和钻石

粗钻石

未经加工的钻石由于形状不规则，需要与抛光钻石不同的测量方法。使用ALPHA II传输模块可以测量未经加工的钻石(见图2)——从小钻石到重达几十克拉的钻石。

不同的测量方法可以组合在一个ALPHA II系统中的粗糙，安装和抛光钻石，因为测量模块很容易在几秒钟内互换。

图2:Alpha II带传输模块。

红外光谱原理

IR光谱使用热辐射，其对人眼不可见，并通过触发晶格或基于分子的振动来相互作用。每种类型的钻石具有特征波长区域，其中发生这些振动。

光被吸收，并且在这些区域中，金刚石在这些区域中的更少或更少是非透明的，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，IR光谱仪系统可以测量这些吸收。

IR光谱是对波长红外光谱范围内的这些吸收强度的曲线图。这包含足够的信息来分类钻石。

图3。IR-Spectrum的钻石。

抛光钻石的测量程序

任何钻石都可以在使用Alpha II钻石分析仪的一分钟内进行分类。首先，测量空镀金样品支架的背景光谱，然后将金刚石放置在中心支架中（图4）。进入仪器后，测量准备开始。该软件提供详细的用户说明（参见图5）。

图4：钻石放置在Alpha II金刚石分析仪的镀金样品架上。

图5：输入样本信息。

使用该红外光谱仪测量和评估需要不到30秒。结果与金刚石的光谱相结合显示（参见图6）。

图6：分析结果的显示。

图7显示了自动生成的PDF报告。该报告可以单击单击单击单击并包含所有所需信息，包括识别结果（菱形或钻石），类型分类和频谱。

图7：钻石分析的PDF报告。

安装钻石

alphai II可用于使用前瞻性的反射模块（如图8所示）从珠宝中测量珠宝的安装石头。石头必须放在孔洞前面，以进行分析。

内置摄像机有助于正确定位石头，因此使用户能够在狭窄的布置中选择性地测量较小的石头。图8中示出了与Alpha II反射模块的内部相机拍摄的0.25克拉钻石的图片。

图8：带有前反射模块的ALPHA II。插图:用集成相机拍摄的钻石照片。

非常小的镶嵌石头

Lumos II FTIR显微镜可用于选择性地测量珠宝中的非常小的安装石头，彼此紧密接触（图9）。Lumos II脱颖而出，因为它的易用性和完整的自动化结合了红外光谱性能和最高质量的样本可视化。它的工作距离为30毫米，以及样品阶段的优异可达性。

图9：荧光显微镜。

可以研究高达40毫米的高达40毫米的样品，而无需任何变化。借助特殊的样品架，可以检查各种珠宝的固定，可以检查安装的石头。

图10展示了带有钻石圈的样品架副，其中整环在图片中显示。在图11中，示出了与根据视觉图像的一个石头的测量作为示例。

图10：钻戒固定在LUMOS II阶段的样品夹虎钳上。

图11：来自环的一块石头的菱形光谱。

光谱清楚地表示IAA型钻石。该光谱显示出来自有机浓度的额外签名，例如来自皮肤脂肪，这对于珠宝中的钻石是典型的。C-H的拉伸振动导致低于3000厘米的双重粉末^-1，这是有机物质的典型。

自动筛选

高吞吐量筛选附件（HTS-XT，见图12）能够自动测量和大量钻石的分类。

钻石放置在特别设计的样板，可提供96,384和1536测量位置。这种测量装置允许测量甚至是非常小的混战大小的钻石，从亚毫米范围到几毫米的钻石。

图12:具有Invenio S光谱仪的HTS-XT高吞吐量配件。

对于一个位置，测量时间约为五秒钟。在测量后自动评估和分类频谱。与Alpha II钻石分析仪一样，基于HTS-XT的分析仪能够区分超过12个不同的菱形类型，并且还能够识别钻石模仿。

FTIR光谱和钻石类型 - 基础知识

钻石一般分为第I类和第II类，其中第II类不含可测量的氮(N)。分类如下:

• IA型：汇总N的钻石
• Ib型:含孤立N的钻石(通常是合成的)
• IaA型:2个N的菱形
• IAB型：钻石与4 n的组
• IIA型：没有n或硼的钻石（潜在的CVD合成）
• IIb型:含硼钻石(灰色或蓝色)

还有许多混合物类型。HTS-XT金刚石分析仪和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。

最重要类型的光谱的示例如图13所示。X轴显示了厘米的波长的倒数值^-1（即，在一分钟内存在多少波），其是IR光谱中的常用单元，以及Y轴的吸收。

图13:具有特征峰位置的不同钻石类型的示例光谱。

通常，泊峰约2800和2460厘米的硼杂质^-1氮杂质的吸收率在500到1500厘米之间^-1．CA 1600和2700厘米之间的强大宽带^-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，关于钻石类型的知识至关重要，因为它可用于检测合成石和可能的HPHT治疗的候选物。特殊兴趣是IIA型和IAB钻石，因为它们通常可以用HPHT处理，以将它们从灰色或棕色变为无色或粉红色。这些颜色的变化显着增加了这些钻石的价值。

相反，由于Ib型钻石在自然界中非常罕见，它们几乎完全是高温高压生长的人造钻石。它们在自然界中稀少的原因是天然钻石在很长一段时间内经受了非常高的压力和温度。在这些条件下，Ib金刚石中孤立的氮原子可以在晶格内移动并聚集成群。

当两个N原子结合时，a -聚集体形成，而两个a -聚集体(它们之间有一个空位)的结合形成b -聚集体。由于合成cvd钻石也有宝石级的，因此IIa型钻石也可以合成，因此可能需要进一步评价。

钻石型	自然	合成的	HPHT增强
IA型	是的	不	不
类型IAB.	是的	不	是的
IIa	罕见（〜1％）	是的	是的
IB型	非常罕见的(< 0.1%)	是的	是的

表格1：与金刚石型有关的无色钻石的发生。

表2：金刚石型分类基于氮气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。该图仅显示“纯”钻石类型，大多数钻石类型是“混合”类型。

此信息已采购，从Bruker Optics提供的材料进行审核和调整。亚博网站下载

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