三维荧光光谱在钻石鉴定中的应用 | 前沿用户报道

三维荧光光谱是20世纪80年代发展起来的一种新的荧光分析技术，能够获得激发波长和发射波长同时变化时的荧光强度信息，在珠宝玉石的测试与研究中具有广阔的应用前景。

何雪梅教授科研团队针对16颗无色、红色、黄色系列钻石样品进行了三维荧光光谱的采集和分析，根据样品的发光性特征对其成因来源进行初步判断，为无色、红色和黄色系列不同成因钻石的鉴别提供了新的思路。

本实验用于研究与测试的钻石样品共16个，可分为无色-近无色、粉色-红色和黄色-绿黄色系列，样品类型为天然钻石、高温高压（HPHT）合成钻石、化学气相沉积（CVD）合成钻石样品及经过优化处理的钻石，样品基本特征如图1和表1所示。

表2 钻石样品的不同色心

将无色系列代表性样品 T3、P1、C2进行三维荧光光谱检测，测试结果如图2。无色系列钻石的三维荧光光谱均沿着瑞利线分布，天然钻石样品T3最强的荧光峰表征为356 nm(λEX)/372 nm(λEM)，荧光峰强度达17555，最佳激发在304～370 nm。HPHT 合成钻石样品 P1的荧光光谱图相对 T3趋向于红移，荧光强峰表征为354 nm(λEX)/370 nm(λEM)，荧光峰强度高达25185，最佳激发在305 nm～380 nm 区域。CVD 合成钻石样品 C2的荧光光谱强度相比样品T3、P1明显较弱，较强峰可表征为352 nm(λEX)/368 nm(λEM)，荧光峰强度仅为6775，最佳激发在302～365 nm。综合而言，无色钻石的三维荧光光谱相互间不存在明显差异。

图2 无色系列钻石样品的三维荧光光谱及三维荧光等高线谱

对红色系列钻石样品进行三维荧光光谱测试，结果如图3。经过辐照、HPHT 处理的 CVD 合成钻石样品R1在激发波长250～700 nm 间出现三个荧光峰，其中最强的荧光峰表征为308 nm(λEX)/323 nm(λEM)。值得注意的是浅粉红色样品R1在518 nm(λEX)/721 nm(λEM) 处出现一处明显的强荧光峰，伴有560～820 nm 范围的宽荧光带。HPHT合成钻石样品R2的强峰与次强峰可以表征为304 nm(λEX)/323 nm(λEM)、352 nm(λEX)/370 nm(λEM)，与样品 R1 的发光特征相似，第三个荧光峰可以表征为568 nm(λEX)/731 nm(λEM)，并伴有651-834nm 的波段。HPHT 处理的天然钻石样品 R3 在250～400 nm 的激发波长范围内出现四个荧光峰，为防止弱峰被强峰覆盖遮掩，分为 EX=400～600、EX=250～400 两个范围进行光谱描述，这四个荧光峰分别位于560 nm(λEX)/680 nm(λEM)、466 nm(λEX)/521 nm(λEM)、310 nm(λEX)/667 nm(λEM)和394 nm(λEX)/441 nm(λEM)。较为明显的是，在250～600 nm 区间激发时，均出现640～790 nm 波段的荧光发光带，该发光带位于红光波段，与样品在可见光激发下出现的橙红色荧光相一致。

图3 红色系列钻石样品的三维荧光光谱

黄色系列钻石样品的三维荧光光谱测试结果如图4所示。天然钻石样品Y1在激发波长250～700 nm 间出现三个荧光峰，可表征为348 nm(λEX)/374 nm(λEM)、320 nm(λEX)/330 nm(λEM)和位于红区波段的370 nm(λEX)/560 nm(λEM)。辐照、HPHT 处理的天然钻石样品 Y2 的发光样式表现为蓝端的两个荧光峰及蓝绿区的一个荧光峰，蓝绿区荧光峰可表征为394 nm(λEX)/445 nm(λEM)。HPHT 合成样品 Y3 的发光样式显示为仅在蓝端出现两个弱小的荧光峰，可表征为305 nm(λEX)/325 nm(λEM)和348 nm(λEX)/370 nm(λEM)。HPHT 处理的天然钻石样品 Y4 在443nm 处有荧光峰，并伴有260～500 nm 的宽荧光带，相应的激发波长为397 nm，同时在520nm 处有荧光峰。推测该处存在的520 nm 荧光峰可能是导致样品呈黄绿色荧光的原因。

图4 黄色系列钻石样品的三维荧光光谱

天然、HPHT合成、CVD 合成无色钻石样品的三维荧光光谱的荧光峰位置基本一致，只是强度略有不同。HPHT 合成钻石的荧光强度较强，天然钻石次之，CVD 合成钻石的荧光强度较弱。

红色系列钻石样品的三维荧光光谱大致相似，略有不同。相同之处在于它们都具有 NV0、NV-色心，多存在三个荧光峰，即两个与无色钻石样品类似的荧光峰（328、372nm附近），一个位于红光区的荧光峰（518nm附近）。不同之处如下：经过辐照、HPHT 处理的 CVD 合成钻石样品 R1的二阶瑞丽线附近有荧光发光现象，大致发光区域为590-750nm;HPHT 合成钻石样品R2的第三个荧光峰相对红移且较窄；HPHT 处理的天然钻石样品R3在250~400nm 激发波长范围内出现了4个荧光峰（560、466、310、394nm），在250~600nm 区间激发时，均出现640～790 nm 波段的荧光发光带，该发光带位于红光波段，与样品在可见光激发下出现的橙红色荧光相一致。

黄色系列钻石的三维荧光光谱则较为复杂，各有差异。相同之处在于它们都具有 NV0、NV-色心，荧光多集中在300～400 nm 波段。不同之处如下：天然黄色钻石样品 Y1除了上述的色心之外还含有N2色心，在470～700 nm 波段出现了宽的荧光带；辐照、HPHT 处理之后的黄色钻石样品 Y2并没有检测到 GR1，推测是 GR1中心空位转化为了 V-,形成了 NV-色心，其第三个荧光峰相对未经处理的天然黄色钻石样品 Y1蓝移；HPHT 合成黄色钻石样品 Y3光谱中仅显示两个荧光峰，且在520 nm 处有微弱发光；HPHT 处理的天然钻石样品 Y4在443nm 处有荧光峰，并伴有260～500 nm 的宽荧光带，相应的激发波长为397 nm，同时在520nm 处有荧光峰。推测该处存在的520 nm 荧光峰可能是导致样品呈黄绿色荧光的原因。

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