楊 曄，陳美華，胡 葳

（中國地質(zhì)大學(xué)珠寶學(xué)院，湖北 武漢 430074）

引言

目前國外已有許多寶石研究機(jī)構(gòu)致力于寶石顏色測(cè)量技術(shù)的研究，并已有成功開發(fā)鉆石測(cè)色儀器的相關(guān)報(bào)道。主要有以下4種儀器的報(bào)道，以色列Gran計(jì)算機(jī)工業(yè)（股份）有限公司生產(chǎn)的DC3000 Gran型鉆石色度計(jì)，金剛石寶石實(shí)驗(yàn)室（Adamas Gemological Laboratory）研制的SAS2000型分光光度計(jì)［1］，國際鉆石實(shí)驗(yàn)室（International Diamond Laboratories）研制的鉆石顏色自動(dòng)分級(jí)儀，Sarin技術(shù)有限公司研制的Colibri分級(jí)儀。而國內(nèi)目前還沒有鉆石顏色分級(jí)儀研發(fā)成功的相關(guān)報(bào)道，本文采用USB4000光纖光譜儀對(duì)I—MN 5個(gè)色級(jí)的鉆石進(jìn)行了測(cè)試，初步探討了這5個(gè)色級(jí)鉆石顏色分級(jí)色度學(xué)參數(shù)的范圍，為以后用儀器對(duì)鉆石顏色進(jìn)行分級(jí)做了初步的探討。

1 研究背景

人眼能識(shí)別顏色的三種特性：色調(diào)、明度、飽和度。這三者即為顏色三要素［2］。

色調(diào)指彩色之間彼此相互區(qū)分的特性，表示紅、黃、綠、藍(lán)、紫等［3］。由光的主波長決定，不同的主波長對(duì)應(yīng)的色調(diào)不同（表1）。

表1 主波長與顏色的對(duì)應(yīng)關(guān)系Table 1 The relationships between dominant wavelength and color

飽和度：指彩色的濃度或彩色光所呈現(xiàn)顏色的深淺和鮮艷程度。對(duì)于同一色調(diào)的彩色光，飽和度越高，顏色就越深。飽和度用興奮純度來表示。

明度：人眼對(duì)所觀察寶石表面的明暗程度的感覺，與進(jìn)入人眼的光亮度相關(guān)，光亮度越大，明度越大。明度用亮度純度來表示。

2 鉆石顏色的測(cè)量實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)采用世界海洋光學(xué)公司生產(chǎn)的USB4000光纖光譜儀進(jìn)行測(cè)試。測(cè)量波長范圍為380～700nm，光纖與鉆石臺(tái)面呈90度反射，常溫測(cè)試，照明光源為D65，視場(chǎng)為20，波長間隔為0.12nm，采集積分時(shí)間為100ms。實(shí)驗(yàn)標(biāo)本為I—MN 5個(gè)色級(jí)（I色級(jí)12顆，J色級(jí)10顆，K色級(jí)13顆，L色級(jí)12顆，MN色級(jí)9顆）55顆顏色為淡黃－黃色的標(biāo)準(zhǔn)圓刻面型鉆石。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析

表2是對(duì)各色級(jí)鉆石所得色度學(xué)參數(shù)的一個(gè)總結(jié)，所測(cè)淡黃色到黃色鉆石的主波長都落在550～590nm范圍內(nèi)，這表示所測(cè)鉆石的色調(diào)為黃色［5］，與眼睛所觀察一致。且隨著色級(jí)的增加，主波長呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)。從興奮純度來看，隨著色級(jí)的增加，鉆石的興奮純度大體呈上升的趨勢(shì)。色度坐標(biāo)中x，y，z分別代表了紅色、綠色、藍(lán)色所占的比例，由表中可以看出，隨著色級(jí)的增加，藍(lán)色所占的比例依次減小，紅色與綠色的和所占的比例在增加，由顏色匹配方程紅色＋綠色＝黃色，可知黃色所占的比例在增加［6］。這與興奮純度顯示的結(jié)果相一致。從亮度純度來看，亮度純度隨著色級(jí)的增加也呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)。表明鉆石色級(jí)增加時(shí)，其接近光譜色顏色的程度越深。

基于本實(shí)驗(yàn)，將所有淡黃色到黃色鉆石標(biāo)本的數(shù)據(jù)通過波長、興奮純度和亮度純度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分類，得出了各色級(jí)的大致范圍（表2）。

表2 各色級(jí)色度學(xué)參數(shù)Table 2 The colorimetry data of different color grade

3.2 色品圖結(jié)果分析

將所得的各個(gè)點(diǎn)投到色品圖上可以更直觀地觀察各色級(jí)之間的相互聯(lián)系與規(guī)律，可對(duì)鉆石標(biāo)本的色度參數(shù)規(guī)律進(jìn)行定性的分析。分別選取了I—MN色級(jí)各1顆鉆石標(biāo)本（編號(hào)分別為289、175、92、41、216）進(jìn)行色品圖規(guī)律的研究（圖1）。將所得的點(diǎn)與光源D65所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)相連并延長，與馬蹄形圖相交的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的波長為570nm左右，表明鉆石色調(diào)為黃色。為了進(jìn)一步觀察其特點(diǎn)，將色品圖進(jìn)行放大（圖2）。在圖2中，5個(gè)色級(jí)的點(diǎn)基本上分布于直線兩側(cè)，且由內(nèi)向外順序依次為I、J、K、L、MN色級(jí)。在色品圖中，越靠近馬蹄形圖中主波長所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，其飽和度就越高。在圖2中，飽和度大小依次為MN＞L＞K＞J＞I。

圖1 I—MN色級(jí)鉆石的色品圖Fig.1 Chromaticity diagram of color grade I to MN

圖2 五個(gè)色級(jí)鉆石局部放大色品圖Fig.2 The amplified chromaticity diagram of five different color grades

3.3 I—MN色級(jí)紫外—可見光光譜的分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，鉆石標(biāo)本具有N3（396、405、417）和 N2（453、480）的吸收峰［7］。雖然480nm的吸收比417nm吸收峰弱很多，但人眼對(duì)光的響應(yīng)在480nm處比417nm處靈敏許多［8］，所以N2對(duì)鉆石顏色的影響大于N3，N2吸收了藍(lán)光，從而使鉆石呈現(xiàn)其補(bǔ)色的顏色，即淡黃色。圖3中，N3中心引起的480nm的吸收峰從弱到強(qiáng)的順序?yàn)镮＜J＜K＜L＜MN，這與鉆石色級(jí)的排列順序一致。這是因?yàn)楫?dāng)鉆石對(duì)藍(lán)光吸收越強(qiáng)時(shí)，黃色消色成分的比例就越少，則黃色的飽和度也就越高［9］。綜上所述，可以通過紫外可見吸收光譜對(duì)鉆石的色調(diào)與飽和度大小進(jìn)行定性的判斷。

圖3 I—MN色級(jí)鉆石紫外吸收光譜對(duì)比Fig.3 UV－Vis absorption spectrum of color grade I to MN

4 結(jié)論

運(yùn)用色度學(xué)原理，對(duì)鉆石色度學(xué)參數(shù)、色品圖和紫外可見吸收光譜的測(cè)定，可以有效地對(duì)鉆石色級(jí)信息進(jìn)行歸納和總結(jié)，進(jìn)而建立鉆石顏色量化體系，并運(yùn)用到實(shí)際分級(jí)工作中。由于標(biāo)本所限，影響鉆石顏色測(cè)試的因素很多，本研究還需要進(jìn)一步的探討，例如從單一影響因素（熒光、切工、鉆石大小等）進(jìn)行探討，研究它們對(duì)鉆石顏色的影響，將大量鉆石測(cè)量所得的數(shù)據(jù)及圖譜進(jìn)行分類總結(jié)，確定各色級(jí)鉆石參數(shù)范圍，并將儀器進(jìn)行改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆石顏色分級(jí)量化的目的。

［1］http：／／www.adamasgem.org／sas2000.html.

［2］湯順青.色度學(xué)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，1990：36－190.

［3］胡威捷，湯順青，朱正芳.現(xiàn)代顏色技術(shù)原理及應(yīng)用［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.

［4］陳福，武麗華，趙恩錄，等.顏色玻璃概論［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［5］王蓉，袁心強(qiáng).翡翠顏色色度學(xué)測(cè)量的可行性研究［J］.寶石和寶石學(xué)雜志，2007，9（2）：20－28.

［6］呂善模.國外羊毛試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)綜述之八—原毛顏色的測(cè)定方法［J］.中國纖檢，2003（4）：32－36.

［7］Collins A.T.Colour centers in diamond［J］.Journal of Gemmology，1982，18 （1）：37－75.

［8］謝先德.中國寶玉石礦物物理學(xué)［M］.廣州：廣東科技出版社，1999：32－46.

［9］Collins A.T.The colour of diamond and how it may be changed［J］.Journal of Gemmology，2001，27（6）：341－359.