王 慧，陳美華，鐘祥濤

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

1997年，GIA學(xué)者們收集了16，835顆鉆石標(biāo)本進(jìn)行測(cè)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(jiàn)光同樣可以激發(fā)鉆石的藍(lán)色熒光［3］。近幾年來(lái)，藍(lán)色熒光鉆石的顏色分級(jí)問(wèn)題一直是困擾國(guó)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(yáng)光或熒光燈中的紫外線會(huì)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(duì)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(cè)量各個(gè)色級(jí)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(duì)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(duì)鉆石顏色分級(jí)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(lái)自中國(guó)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(jí)別都在Vs級(jí)別或以上，切工等級(jí)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(guó)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(tái)面呈90度反射，光敏探頭對(duì)反射后的殘余光波進(jìn)行采集，測(cè)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(cè)量波長(zhǎng)范圍為380～700nm，采集積分時(shí)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(duì)光譜功率分布［7］，415nm以下有較強(qiáng)的能量分布，其相對(duì)光譜功率分布曲線如圖1所示。

圖1 CIE D65光源相對(duì)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(zhǎng)

用某一光譜顏色按一定的比例與一個(gè)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(zhǎng)就是樣品的主波長(zhǎng)。顏色的主波長(zhǎng)相當(dāng)于日常生活中觀察到的顏色色調(diào)，具體的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 ［8］ 光譜色的波長(zhǎng)和波長(zhǎng)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(zhǎng)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(lái)，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(zhǎng)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(lái)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(guò)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(wèn)題，目前僅有的報(bào)導(dǎo)為光學(xué)浮區(qū)法生長(zhǎng)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(zhǎng)光譜色的程度，用亮度來(lái)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(zhǎng)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(cè)試結(jié)果，從表2中可以看出：

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

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

（3）對(duì)于同一色級(jí)不同熒光程度的鉆石，隨著熒光強(qiáng)度的增加，除G色級(jí)的278、H色級(jí)的248、I色級(jí)的288、J色級(jí)的283、L色級(jí)的352、162鉆石樣品外，主波長(zhǎng)大體遞增，興奮純度、亮度純度遞減，這表明同一色級(jí)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(lái)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(duì)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(jí)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(cè)量實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，使顏色測(cè)量結(jié)果存在一定的誤差。

根據(jù)表3繪制出各個(gè)色級(jí)不同熒光強(qiáng)度鉆石興奮純度變化圖（見(jiàn)圖3）、各個(gè)色級(jí)不同熒光強(qiáng)度鉆石亮度純度變化圖（見(jiàn)圖4）。

表3 鉆石樣品的主波長(zhǎng)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(duì)于同一色級(jí)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(gè)色級(jí)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(jí)的熒光使鉆石的興奮純度和亮度純度略有降低，M等級(jí)的熒光可使鉆石的興奮純度和亮度純度降低1個(gè)級(jí)別左右，ST等級(jí)的熒光可使鉆石的興奮純度和亮度純度降低約2個(gè)級(jí)別，也就是說(shuō)，弱藍(lán)色熒光使鉆石顏色色級(jí)稍有提升，中等強(qiáng)度藍(lán)色熒光可使鉆石顏色提升1個(gè)色級(jí)，強(qiáng)藍(lán)色熒光可使鉆石顏色提升2個(gè)色級(jí)。

3 結(jié)論

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

2.對(duì)于各個(gè)色級(jí)相同熒光等級(jí)的鉆石，隨著色級(jí)的降低，鉆石的主波長(zhǎng)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(duì)于同一色級(jí)的鉆石，隨著熒光強(qiáng)度的增加，鉆石的主波長(zhǎng)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(gè)色級(jí)，即不同程度的鉆石熒光可使鉆石顏色提升1～2個(gè)色級(jí)，其中弱藍(lán)色熒光使鉆石顏色等級(jí)稍有提升，中等強(qiáng)度藍(lán)色熒光可使鉆石提升1個(gè)色級(jí)，強(qiáng)藍(lán)色熒光可使鉆石顏色提升約2個(gè)色級(jí)。

［1］Thomas M.Moses，Ilene M.Reinitz，Mary L.Johnson，et al.A contribution to understanding the effect of blue fluorescence on the appearance of diamonds［J］.Gems ＆ Gemology，1997：244－259.

［2］H.Dyer and I.Mattews.The fluorescence of diamond［J］.Proceedings of the Royal Society of London.1958，243：320－335.

［3］Michael D.Cowing .The over－grading of blue－fluorescent diamonds：the problem，the proof and the solutions［J］.The Journal of Gemmology，2010，32：38－51.

［4］正則.熒光對(duì)鉆石有什么影響［J］.珠寶科技，2001，12（1）：16.

［5］柯捷.鉆石的顏色分級(jí)［J］.珠寶科技，1996（1）：16－19.

［6］Garry Holloway.Blue Fluorescence in Diamonds［J］.The Australian Gemmologist.2009，23（9）：1－14.

［7］金偉其，胡威捷.輻射度 光度與色度及其測(cè)量［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2006：67.

［8］謝秀穎，孫曉紅，王克河，等.實(shí)用照明設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：15.

［9］荊其誠(chéng)，焦書(shū)蘭，喻柏林，等.色度學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，1979：104－105.