第十一节 钻石鉴定相关仪器
一、热导仪
物质的热能可通过三种方式进行传递：传导、对流和辐射。在室温条件下，主要是传导。
热有四种固有的特性，即热导率、热扩散率、传热系数和比热容。其中热导率对于物质而言是一常数，表示每秒钟通过一定厚度的物质的热量。热导率的测量单位为瓦特每米每摄氏度(W/m · ℃)。热
导仪是根据宝石的导热性能设计并制造的，它是一种用途较为专一的鉴定仪器。由于在所有宝石中，钻石具有极高的导热性能，因此，热导仪主要用于鉴别钻石及其仿制品。
(一)设计原理
对于非均质体晶体而言，因为晶体结构的异向性，不同方向热导率不同。
通常认为热量的传递是通过自由电子和光子进行的。因此，金属的热导率较非金属大,非晶质体中由于结构单元的无序性，光子产生更多的散射，因此晶体的热导率(入)较非晶体大。然而钻石是一例外，虽为非金属，但其热导率却比金属还要大(见表2-1—4)。其原因是，钻石的热导率与钻石晶体中碳原子振动或共振频率有关。在钻石晶体中，C原子非常轻，而结合的键力却很强。因此，原子的震动或共振频率非常高，并且C原子振动时消耗的能量非常小，热量可以非常迅速地传过钻石而不会被吸收。
(二) 结构
热导仪包括热探针、电源、放大器和读数表四部分。读数表可由信号灯或呜叫器代替，显示测试结果。电源为热探针供热，并为整个仪器供电。整个热导仪的关键元件是热探针，仪器内部结构如图所示。
电热元件为铜针，铜针两端连接仪表形成电路，即组成了热电偶。接通电源，经预热，铜针升至一定温度即可测试。当铜针外端与宝石表面接触时，热量传递给宝石，铜针外端降温，温度变化通过热电偶测出，再经过放大器和读数表或蜂鸣器显示结果。
(三) 测试
1)待测宝石必须干燥和干净，测试应在室温下进行。
2)打开仪器开关，预热。手握探测器，以直角对准测试宝石，若探头接触了金属托，许多仪器会自动发出警报声。
3)施加一定的压力，仪器显示出光和声信号，得到测试结果。
(四) 注意事项
1)热导仪的探头非常精细，因此在使用过程中，必须小心以免损坏。使用完毕应立即盖上保护罩。
2)电池电力不足时应及时更换，以免测量结果不准确。
3)长时间不使用，应将电池取出，以免造成仪器的腐蚀与损坏。
4)定期清洁探头，测试前将探头在一张软纸上轻擦即可。
5)测试裸石时，应使用金属托盘作为底托，热导仪通常有此附件。测试小粒宝石，如分钻，光和声信号可能不会很强。
6)在测试时，铜针应尽可能与测试宝石表面垂直接触。
7)宝石表面应干净、干燥，排除宝石之外的干扰。
8)尽量控制室内空气的流通，如不要急促呼吸，不要正对空调或窗户测试。
二、钻石确认仪(DiamondSureTM)
钻石确认仪(DiamondSureTM)是一种快速的天然钻石筛选仪器，可以检测 重量在0.10—10ct范围内的无色一浅黄色(Cape系列)抛光钻石，它可以在各种环境下对已切磨钻石进行鉴定、对有怀疑的样品建议做进一步检测分析。但是被”建议做进一步检测“的样品，样品必须经附加检验才可确认其准确的产品类别，因为该仪器尚不能识别某些罕见天然钻石(大约占所有普通钻石的1％～2％)。钻石确认仪主要用于检测无色或基本无色的钻石。通常来讲，棕色天然钻石或其他彩色天然钻石鉴别后很容易显示“请进一步检测”，但天然黄钻石例外。该仪器可以鉴别黄色合成钻石与天然黄色钻石。钻石确认仪并不适用于其他宝石或钻石仿制晶的鉴别分类，也不能用于检测天然钻石进行了何种人工处理，如裂缝填充、辐照或热处理等。
钻石确认仪操作简便，既可用来检测未镶嵌的钻石，也可检测简单镶嵌过的钻石。检测时，将抛光的待测样品台面朝下放在光纤点中心位置、按“检测”键，这时仪器将自动检测并分析样品的可见光吸收光谱，几秒钟后显示屏上将出现测试结果。如果样品处于良好的检测状态、操作准确，会有以下几种结果之一出现在液晶显示屏上：
1)显示“通过”说明样品为天然钻石，无需做进一步检测。
2)显示“通过，请作热仪检测”的样品，如果在热导仪检测时显示为“钻石”，则该样品为天然钻石。合成立方氧化锆在钻石确认仪上也显示这样的结果，但热导仪检测不会显示为钻石。
3)显示“建议作进一步检测”，如合成钻石将会显示这一结果或者是以下两种结果之一。许多钻石仿制晶也会显示这一结果，偶尔在检测天然钻石时也会出现这种信息，尤其是彩色钻石，但是通过常规宝石鉴定就可以确认。
4)显示“请进一步检测(Іb型成分)”：Іb型成分是黄色合成钻石的特点。在极少数情况下，天然钻石也可能显示此特性(这种极少的天然钻石则被称为“金丝雀黄”)。大部分浅黄色合成钻石经检测都会显示此结果。
5)显示“请进一步检测 (Ⅱ型)”：所有无色天然Ⅱ型钻石、合成Ⅱ型钻石以及钻石仿制品都会显示如此结果。偶尔也会有I型钻石检测后显示此信息。如果需要鉴定类别，该仪器的检测结果还需要通过红外吸收光谱分析确认。
6)显示“请进一步测试(碳硅石检测)”：碳硅石一般都能被钻石确认仪辨识，大部分都会显示本条信息。进行一些简单的宝石鉴定测试就可区别碳硅石和钻石。
实验性检测表明天然钻石中大约只有1％的天然钻石在钻石确认仪检测会被要求“建议作进一步检测”，这其中包括了稀少的Ⅱ型钻石和极少部分Ib型钻石，这并不能肯定它们就是合成钻石或钻石仿制晶，这种情况下常规的宝石学方法鉴定是不可缺少的。
总之，钻石确认仪是一种天然钻石快速分辨仪器，易于操作，能将所有的合成品及仿
制品筛选出去，能识别Ⅱ型钻石和合成碳硅石。DTC对60万粒天然钻石样品进行过测试，98％的天然钻石样品“通过”钻石确认仪检测，不需要其他检测；仅不到2％的样品需要做其他的检测，以判断其是否为天然钻石。
三、钻石观测仪(DiamondViewTM )
DiamondViewTM是DiamondSureTM的绝好补充，运用钻石观测仪对样品的荧光图谱进行分析，可对被钻石确认仪“建议作进一步检测” 的样品做准确鉴定。当然，DiamondViewTM也可以作为检测或研究仪器单独使用。DiamondViewTM的原理是依据天然钻石与合成钻石的荧光图谱显示不同的生长结构，合成钻石在短波紫外光下呈现特征的生长区结构荧光图谱，从而可与天然钻石相区分。DiamondViewTM的组成部分包括：电脑及显示屏，照相装置，真空夹持镊子及其他辅助元件。
使用时将已抛光的钻石样品置于真空样品仓的短波紫外光下，电脑显示屏上会出现样品的紫外荧光图谱，操作者可方便地对焦于样品表明并选择适当的放大率。按“UV”(即紫外光)键，可见光关闭，紫外光打开，当显示屏上出现合适的图谱时，按“Capture”(即抓图)键，图像会保留在显示屏上。紫外灯熄灭后，显示屏会自动出现磷光图谱，以作检查。通常情况下近无色的天然钻石磷光很弱，而HTHP合成钻石磷光都很强、持续时间也长。磷光图谱会显示在屏幕的右下角。
与DiamondViewTM连接的电脑中存有各种天然和合成钻石的紫外荧光图样，可直接将待测样品的荧光图样与之对比，从而得出结论。
总之，对钻石确认仪“建议作进一步检测”的样品，可借助钻石观测仪作荧光图谱分析。钻石观测仪可利用强短波紫外灯照射样品，激发样品获取荧光图谱，如HPHT合成钻石的荧光图谱显示特别的几何型生长区结构，从而达到进一步检测的目的。
四、590型无色合成碳硅石／钻石测试仪
用热导仪测试钻石和合成碳硅石时，两种材料均显示为钻石，二者无法区分。为此美国C3公司设计了590型测试仪，用于热导仪测试之后进一步区分钻石和合成碳硅石。590型测试仪体积小，携带方便，用途专一，操作简便。
590型测试仪为精密光导纤维电子仪器，必须在正常温度、湿度下使用，不得储存在有化学晶的地方。光导纤维探头的端部应保持清洁。清洁探头时，应使用蘸过酒精的棉签
轻轻擦拭其端部，然后用柔软的棉布擦干。由于光导纤维探头从测试仪中伸出，所以必须小心操作，以免对其造成损伤。590型测试仪在不用时，必须把防护滑板盖住测试口以保护探头。不得用手指直接触摸从590型测试仪的窗口可以看见的卤灯，因为卤灯在点亮后温度很高，皮肤上的盐分和油分对其有损坏。应用清洁的塑料或布擦拭卤灯，如果卤灯被手指触摸到，必须在使用前用酒精棉签擦拭干净。
五、反射仪
在宝石鉴定中，反射仪主要用于测试折射率超过标准折射仪极限的高折射率宝石的近似折射率，如人造钇铝榴石、钆镓榴石、钛酸锶、合成立方氧化锆、钻石等。
(一) 原理 反射率是指单位时间内从界面单位面积上反射光的强度与入射光的强度之比。宝石对光线的反射程度取决于该宝石的分子结构和成分，还取决于宝石表面的抛光程度。 反射仪是根据宝石的反射率性质设计的一种仪器，它可以测量从宝石表面返回的光量。宝石的反射率与折射率之间存在准线性关系，即： 反射率：反射光线的强度／入射光线的强度=(n1一n2)2／(n1+n2)2 式中：n1——宝石的折射率； n2——周围介质的折射率，空气的折射率为1。 根据各种宝石的折射率，可以依上式计算出各种宝石的反射率。由于宝石的折射率有一定的变化范围，因此宝石的反射率也存在一定变化范围。
(二) 反射仪的结构和使用
LC特朗姆帕(Trumper)于1959年设计出了世界上第一台测定宝石反射率的仪器。目前采用电子反射仪，利用远红外线发光二极管作为入射光源，用袖珍的光电管检测从宝石表面反射的光量，从而达到鉴定宝石品种的作用。
反射仪的右上角(或下半部)有一个圆形测光孔，孔内构造如图所示。内部有一个发光二极管和一个光电接收器。测试时，将宝石抛光良好的台面对准测光孔，盖好遮光罩，打开开关。仪器通电后二极管发出一束波长930nm的红外光，以大致7°-10°的入射角射到宝石台面上，经台面反射后，射人光电管的接收器。接收器的光电管产生光电流，所产生的电流大小与从宝石台面
反射回的光的强度成正比。光电流传到反射仪的仪表显示器中， 通过指针偏转所指的刻度，即可知道所测宝石的品种。
反射仪显示器上的刻度，分为高、低两档。低档反射率范围是2.78％一8％；高档反射率范围是8％以上。两档在测定时可由按钮变换。只有宝石的折射率大于1.80，即反射率高于8％时，才适用于反射仪。
(三) 使用反射仪的注意事项
目前，大多型号的反射仪已把反射率转换成了折射率，但其测量精度不如常规折射仪，只能达到±0.05。使用反射仪应注意以下事项：
1)对于折射率低于1.80的宝石，不宜使用反射仪，尽量用折射仪来测定。
2)所测样品必须具有抛光良好的平面且大于测试孔，否则接收不到仪器信号或导致读数过低。
3)样品内部的包体的反光可导致读数出现偏差。
4)每个样品从多个方向测量，以保证结论的准确性。
5)样品表面要求洁净无污物，否则影响光的反射，导致结论错误。
6)可以将热导仪和反射仪结合使用。
另外，应特别注意合成碳硅石在空气或氧气中经高温处理后，表面可形成一层的二氧化硅薄膜，降低了合成碳硅石的反射率，使其在反射仪上的读数与钻石相似。
