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摘要：山东济南中乌新材料有限公司（现为济南金刚石科技有限公司）利用六面顶油压机生产出大颗粒钻石，为了掌握这些合成钻石的品质及与天然钻石的区分方法，该文采用宽频诱导发光光谱仪（GV5000）、红外光谱仪、钻石特征光谱检测仪（PL5000）、激光诱导击穿光谱仪和X射线能谱仪，对该公司生产的225粒无色、蓝色和黄色高温高压（HPHT）合成钻石（图1）进行检测，并与天然钻石对比。

图1 部分研究样品

HPHT合成钻石样品的晶体形态以（100）晶面和（111）晶面共同存在的聚形为主导。选取原石样品重量在0.402 ~ 0.769 ct，按较好切工比例切磨成圆钻形刻面裸石后，重量在0.118 ~0.323 ct，出成率在20% ~ 67%之间；净度级别为VVS ~ P，净度级别主要受样品中触媒金属包裹体影响（图2c），这些金属包裹体使合成钻石样品可被磁铁吸引。

图2 高温高压合成钻石样品的显微特征

（a:种晶残留凹坑；b：晶面花纹；c:金属包裹体；d:出露合成钻石表面的金属包裹体）

通过GV5000分析，三种颜色样品均可观察到立方八面体生长结构发光图案，由各晶面中杂质缺陷的类型或浓度差异造成。尽管受切割角度和荧光颜色对比度的影响，从裸石样品的台面可观察到十字交叉状图案（图3c），从亭部可见似沙漏状图案（图3d），是其主要鉴定特征之一。

图3 高温高压合成钻石样品的荧光图像特征

（a:蓝色原石样品；b:黄色原石样品；c、d:无色裸石样品）

无色HPHT合成钻石为强蓝色荧光和磷光，发光峰位于495 nm，与晶格中的顺磁氮有关；蓝色HPHT合成钻石为蓝-绿蓝色荧光和蓝色磷光，发光峰位于501 nm，与晶格中的顺磁氮、硼有关；黄色HPHT合成钻石为弱绿色荧光和磷光，显示556 nm和883 nm Ni+相关发光峰，这些特征可与绝大多数的天然钻石相区分（图4）。

图4 高温高压合成钻石和无色天然钻石的荧光光谱特征

红外光谱分析表明（图5），无色HPHT合成钻石在1332 ~ 1100 cm-1无明显氮相关吸收，在2802 cm-1有B0相关吸收，为含有少量硼的IIa型；蓝色HPHT合成钻石位于1294 cm-1有与B-相关的强吸收，归属为IIb型；黄色HPHT合成钻石位于1130 cm-1和1344 cm-1有与孤氮相关的明显吸收，归属为Ib型。PL5000光致发光光谱显示（图6），三种颜色HPHT合成钻石可检测到659 nm、694 nm、707 nm、714 nm、883 nm等镍相关缺陷发光峰。相比之下，无色和黄色天然钻石通常为Ia型，具有1282 cm-1和1175 cm-1等聚合氮的红外光谱吸收，光致发光光谱通常可检测到415 nm（N3）零声子线，由孤氮、硼和镍等缺陷导致的光谱特征极为罕见。因此，红外光谱和光致发光光谱特征可作为重要的鉴别依据。

图5 高温高压合成钻石的红外光谱

图6 高温高压合成钻石(a至c)和无色天然钻石(d)的光致发光光谱

激光诱导击穿光谱仪检测到无色HPHT合成钻石的出露包裹体主要成分为Fe。X射线能谱分析显示，对于含包裹体较多的样品，无色和蓝色HPHT合成钻石可检测到Fe，黄色HPHT合成钻石可检测到Fe和Ni，为其中包裹体的成分，这可作为HPHT合成钻石鉴定性特征。

结 论

综上所述，综合利用生长结构荧光图像、荧光光谱、磷光光谱、红外吸收光谱、光致发光光谱和X射线能谱等多种无损检测手段，可将高温高压合成钻石与天然钻石区分开：

（1）与晶体生长结构有关的立方八面体发光图案，是其主要鉴定特征之一；

（2）无色、蓝色和黄色高温高压合成钻石荧光及磷光颜色分别由位于495 nm、501nm和556 nm处的发光峰引起，可与具有蓝白色荧光的天然钻石相区分；

（3）无色、蓝色和黄色HPHT合成钻石样品分别为含有少量硼的IIa型、含有硼的IIb型和含有孤氮成分的Ib型，光致发光光谱检测到Ni杂质缺陷导致的发光峰，可作为重要的鉴别依据；

（4）通过X射线能谱分析可检测到净度级别较低（SI、P）的样品中包裹体成分，无色和蓝色合成样品的内部触媒金属主要成分为Fe，黄色合成样品的主要为Fe和Ni，可作为高温高压合成钻石的鉴定性特征。

合成钻石的特征可因合成环境中金属触媒成分、硼和氮含量、温压等条件的改变而发生变化，对鉴定方法不断提出新要求和新挑战，该文为鉴别当前合成钻石提供重要参考。

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梁榕，兰延，张天阳等.山东产大颗粒高温高压合成钻石的多种谱学方法研究 [J]. 光谱学与光谱分析，39（6）:1840~ 1845.