王 慧，陳美華，鐘祥濤

（1.中國地質(zhì)大學(xué)珠寶學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.揭陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電與電子工程系，廣東 揭陽 522000）

1997年，GIA學(xué)者們收集了16，835顆鉆石標(biāo)本進(jìn)行測試，研究發(fā)現(xiàn)，有5，710顆鉆石含有明顯的熒光，且藍(lán)色熒光者占了其中的97%［1］。研究表明，鉆石的藍(lán)色熒光是由 N3色心的存在而引起的［2］。2010年，F(xiàn)GA的學(xué)者們研究發(fā)現(xiàn)，不僅僅是紫外光，415nm以下的紫外可見光同樣可以激發(fā)鉆石的藍(lán)色熒光［3］。近幾年來，藍(lán)色熒光鉆石的顏色分級問題一直是困擾國內(nèi)外廣大珠寶專家學(xué)者們的難題，普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為太陽光或熒光燈中的紫外線會激發(fā)鉆石的藍(lán)色熒光，使鉆石顏色看上去比真實(shí)的顏色要更白一些，但對于其具體的影響程度尚未有系統(tǒng)的定論［4-6］。筆者采用USB4000光纖光譜儀測量各個色級不同熒光程度的鉆石樣品的色度學(xué)參數(shù)，根據(jù)色度學(xué)原理計(jì)算鉆石樣品的興奮純度和亮度純度，對鉆石的顏色指標(biāo)進(jìn)行定量化分析，旨在為藍(lán)色熒光對鉆石顏色分級的影響提供理論依據(jù)。

1 樣品和實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

供實(shí)驗(yàn)用的1套比色石樣品和43顆鉆石樣品均來自中國地質(zhì)大學(xué)珠寶學(xué)院（GIC）寶石實(shí)驗(yàn)室。所有的鉆石樣品都為圓鉆型切工，大多數(shù)的凈度級別都在Vs級別或以上，切工等級為好或優(yōu)，重量均在0.35ct左右，有熒光的鉆石均為藍(lán)色熒光。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

采用美國海洋光學(xué)公司生產(chǎn)的USB4000微型光纖光譜儀，光纖在黑暗的背景下照射鉆石樣品，光纖與鉆石臺面呈90度反射，光敏探頭對反射后的殘余光波進(jìn)行采集，測試鉆石樣品的CIE1931色度學(xué)參數(shù)。選用CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體D65作為參照光源，測量波長范圍為380～700nm，采集積分時間為200ms，平滑次數(shù)12次，室溫。

D65光源的標(biāo)準(zhǔn)照明體是CIE優(yōu)先推薦采用的標(biāo)準(zhǔn)照明體，具有與日光很相近的相對光譜功率分布［7］，415nm以下有較強(qiáng)的能量分布，其相對光譜功率分布曲線如圖1所示。

圖1 CIE D65光源相對光譜功率分布Fig.1 The relative spectral power distribution of CIE standard illuminant D65

1.3 實(shí)驗(yàn)分析原理

1.3.1 主波長

用某一光譜顏色按一定的比例與一個確定的參照光源（如本實(shí)驗(yàn)所采用的標(biāo)準(zhǔn)體D65）相混合而匹配出樣品色，該光譜色的波長就是樣品的主波長。顏色的主波長相當(dāng)于日常生活中觀察到的顏色色調(diào)，具體的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 ［8］ 光譜色的波長和波長范圍Table 1 ［8］ The wavelength and the wavelength range of spectrum colors

1.3.2 色純度

色純度是指樣品的顏色同主波長光譜色的接近程度，包括興奮純度和亮度純度兩種。

將光譜色所有的坐標(biāo)點(diǎn)連接起來，得到了馬蹄形曲線，此曲線稱為CIEx－y色品圖的光譜軌跡，如圖2所示。

興奮純度（Pe）：興奮純度表示主波長的光譜色被白光沖淡的程度。興奮純度在色品圖上用參照光源點(diǎn)到樣品色度點(diǎn)的距離與參照光源點(diǎn)到光譜色度點(diǎn)的距離的比率來表示［9］。如圖2所示，C代表參照光源點(diǎn)，C1為樣品的色度點(diǎn)，C2為光譜軌跡上的點(diǎn)，則：Pe＝CC1／CC2＝（x－x0）／（xλ－x0）或 Pe＝CC1／CC2＝ （y－y0）／（yλ－y0）。

Y3Ga5O12(YGG)晶體可以看做是用離子半徑更大的Ga3+取代YAG晶體中的Al3+，這種取代導(dǎo)致晶體的晶格間距擴(kuò)大，有利于Nd3+的摻入．與YAG晶體類似，YGG晶體具有高的化學(xué)穩(wěn)定性、硬度、熱導(dǎo)率(9 W/mK)和光學(xué)均勻性，以及有適合稀土離子或者過渡金屬離子取代的格位[15]．由于Nd∶YGG晶體熔點(diǎn)較高且存在氧化鎵揮發(fā)的問題，目前僅有的報導(dǎo)為光學(xué)浮區(qū)法生長的Nd∶YGG單晶．

由興奮純度定義可知，樣品點(diǎn)C1越接近光譜軌跡點(diǎn)C2，則樣品顏色飽和度越高，反之則越低。

亮度純度（Pc）：當(dāng)樣品顏色的純度，即樣品色接近同一主波長光譜色的程度，用亮度來表示，即為亮度純度，Pc＝Pe＊yλ／y1。

本次實(shí)驗(yàn)選用的參照光源為標(biāo)準(zhǔn)照明體D65，其光源的色度坐標(biāo)為x0＝0.3127、y0＝0.329。xλ、yλ為光譜軌跡上的色度點(diǎn)的坐標(biāo)，這些均可根據(jù)主波長的值查CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者等能光譜軌跡色品坐標(biāo)得到。

圖2 顏色興奮純度Fig.2 Color purity excitation

2 結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

表2為8顆比色石和43顆鉆石樣品的色度學(xué)參數(shù)測試結(jié)果，從表2中可以看出：

（1）所測鉆石的主波長都在570～590nm范圍內(nèi)，這表明所測鉆石的色調(diào)為黃色，與肉眼所觀察一致。

（2）對于不同色級相同熒光強(qiáng)度的鉆石樣品，除G色級的278、H色級的248、I色級的288、J色級的283、L色級的352、162鉆石樣品外，隨著色級的降低，主波長遞減，興奮純度、亮度純度遞增，這表明隨著色級的增加，樣品的黃色調(diào)增強(qiáng)，與肉眼所觀察的一致。

（3）對于同一色級不同熒光程度的鉆石，隨著熒光強(qiáng)度的增加，除G色級的278、H色級的248、I色級的288、J色級的283、L色級的352、162鉆石樣品外，主波長大體遞增，興奮純度、亮度純度遞減，這表明同一色級鉆石樣品隨著熒光程度的增加，黃色調(diào)減弱，即熒光使鉆石看起來更白。

表2 鉆石樣品色度學(xué)參數(shù)Table 2 Chromaticity parameters of diamond samples

續(xù)表2

（4）對278、248、288、283、352、162這6顆樣品的“4C”參數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，這幾顆樣品或切工、或凈度等級不高，或重量與其他樣品（0.35ct左右）差距太大，可能是切工、凈度、重量等因素影響了顏色測量實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，使顏色測量結(jié)果存在一定的誤差。

根據(jù)表3繪制出各個色級不同熒光強(qiáng)度鉆石興奮純度變化圖（見圖3）、各個色級不同熒光強(qiáng)度鉆石亮度純度變化圖（見圖4）。

表3 鉆石樣品的主波長和色純度Table 3 Dominant wavelength and color purity of diamond samples

圖3 鉆石樣品的興奮純度Fig.3 Excitation purity of diamond samples

圖4 鉆石樣品的亮度純度Fig.4 Excitation purity of diamond samples

從圖3、圖4可以看出：對于同一色級不同熒光強(qiáng)度的鉆石，隨著熒光強(qiáng)度的增加，鉆石樣品各個色級的興奮純度和亮度純度遞減，即鉆石的黃色調(diào)飽和度降低，顏色變淺。其中，F(xiàn)等級的熒光使鉆石的興奮純度和亮度純度略有降低，M等級的熒光可使鉆石的興奮純度和亮度純度降低1個級別左右，ST等級的熒光可使鉆石的興奮純度和亮度純度降低約2個級別，也就是說，弱藍(lán)色熒光使鉆石顏色色級稍有提升，中等強(qiáng)度藍(lán)色熒光可使鉆石顏色提升1個色級，強(qiáng)藍(lán)色熒光可使鉆石顏色提升2個色級。

3 結(jié)論

1.所測的淡黃色和黃色鉆石主波長都落在550～590nm范圍內(nèi)，即表明所測的鉆石色度為黃色，與眼睛觀察的一致。

2.對于各個色級相同熒光等級的鉆石，隨著色級的降低，鉆石的主波長遞減，興奮純度和亮度純度遞增，即鉆石的飽和度增加，黃色調(diào)增強(qiáng)。

3.對于同一色級的鉆石，隨著熒光強(qiáng)度的增加，鉆石的主波長遞增，興奮純度和亮度純度遞減，強(qiáng)熒光至弱熒光可使鉆石的興奮純度和亮度純度上升1到2個色級，即不同程度的鉆石熒光可使鉆石顏色提升1～2個色級，其中弱藍(lán)色熒光使鉆石顏色等級稍有提升，中等強(qiáng)度藍(lán)色熒光可使鉆石提升1個色級，強(qiáng)藍(lán)色熒光可使鉆石顏色提升約2個色級。

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