钻石的荧光

钻石的荧光 荧光:即物质吸收任何能量后辐射可见光的现象。具有荧光现象的很多，如矿物中的萤石和荧光灯管内涂覆的荧光粉等。根据激发荧光的能量源不同，荧光可分为紫外荧光，光致荧光，热致荧光，阴极射线荧光，生物荧光和放射性辐射荧光等，以及具有时间延迟效应的磷光。最亮的荧光是紫外荧光，例如荧光灯。荧光灯的工作原理是灯管中的汞蒸气在电的激发下辐射紫外线，被内壁的荧光粉所吸收，从而将高能的短波紫外线转换为低能的长波可见光。 钻石的荧光是由于在钻石能级的基态和激发态之间存在着中间态E2造成的，如图2-15所示。当具有荧光的钻石的基态电子受到激发后会由基态E0跃迁到激发态E1。激发态E1和中间态E2都呈不稳定状态，处于激发态和中间态的电子会自动返回基态。其间，电子首先返回到中间态E2，并辐射红外线，也就是热辐射;然后再由中间态E2返回到基态E0，同时辐射可见光。 图2-15 荧光的能级图 图2-16 N3色心的理论计算荧光光谱 荧光的颜色主要取决一吉间态E2与基态E0之间的能量差，能量差越大所产生的荧光的波长越短。荧光虽然不是钻石致色的主要因素，但对钻石颜色的改变却不可轻视，例如，部分黄色钻石具有很强的蓝色此外荧光，很容易在D,Z等级之间提高一个或多个级别。 如前所述，钻石晶体缺陷造成的色心都会产生声了光谱吸收，其吸收光谱由一条零声子线和多个短波长的吸收峰组成。钻石色心的电子在紫外辐射下会跃迁到激发态，然后经中间态返回基态，同时辐射可见光而产生荧光。由色心的声子模型通过理论计算，可以获得声子的受激荧光辐射光谱，图2-16所示为N3色心的理论计算荧光光谱。与图2-6所示的N3色心吸收光谱比较，N3色心的荣耀光谱以415.2NM零声子线为中羽与N3色心吸收光谱呈镜面对称分布大约从415.2NM向长波扩展到500NM。在低温下测量所获得的N3色心的荧光光谱与理论计算所获得的荣耀光谱相吻合。具有N3色心钻石的蓝色紫外荧光基本上都是由N3色心所致。 绝大多数彩色钻石的颜色是由各种色心所产生的，所有色心在紫外辐射下均可辐射荧光，因而绝大多数的彩色钻石都辐射紫外荧光。图1-17是和平的北极光蝴蝶钻石集的紫钻戒灾光照片。根据荧光照片观察，在240颗彩色钻石中只有一颗完全没有荧光，其余239颗都具有不同程度的荧光。这颗无紫外荣耀的钻石的颜色为黑色，在图2-18中以亮色圆圈标出。这颗无柴油外荧光的黑色钻石含有在碍的石墨。因石墨不具有荧光效应只含石墨的钻石不具紫外线荧光。石墨还可以吸收可见光和紫外辐射即使含石墨的黑色钻石也有色心，石墨既可以吸收紫外辐射使之减少荧光辐射又可以吸收荧光辐射产生的可见光，使紫外荧光不可见。如果黑色钻石具有很强的色心，在紫外辐射下钻石层也可辐射足以看见的荧光。根据图2-17，我们可以直接证实具有色心的彩色钻石都具有紫外荧光。 图2-17 和平的北极光蝴蝶钻石 图2-18 和平的北极光蝴蝶钻石 彩色钻石的紫外荧光以蓝色为多，其他颜色包括绿色，黄色，橙色，粉红色和紫色。荧光的强度因具体的彩色钻石而异，与色心的强度成正比，与荣耀的颜色无直接关系。一般情况下，彩 色钻石的紫外荧光对其颜色的影响微乎其微，通常在曝光光源下彩色钻石的紫外荧光不会改变其颜色;只有当彩色钻石在短波可见光辐射下也产生较强荧光时，荧光才会对彩色钻石的颜色产生可以察觉的影响。例如个别黄色钻石具有极强的绿色可见光荧光，使钻石的颜色在曝光下呈绿黄色。这种绿色荧光常常会使钻石呈现乳状绿色“发射”状，使钻石显得不是完全透明。这种明显的绿色荧光是由H3色心在短波可见光激发下产生的。H3色心的零声子线波长为503.2NM，其荧光辐射带向长波扩展，分布在500-580NM之间，峰值位于530-540NM之间，色调为绿色或偏黄的绿色。 日光产生的荧光甚至可以明显地改变钻石的颜色，以至钻石成为“变色”钻石。著者所研究过的著名的56.07CT的“塔维涅”钻石就是由荧光导致变色的典型范例。“塔堆涅”钻石的N3色心在日光下可粗生很强的蓝色荧光，使之在日光下比的白炽灯睛色调明显偏蓝，亮度增加。“塔维涅”钻石在白炽杰下呈现棕色，在日光下呈现棕粉红色，颜色变化明显。 有少数的IA型钻石具有较强的N,色心，但没有紫外荧光。研究发现，IA型钻石的紫外荧光强度与A聚合体的含量成反比。在相同的N,色心强度下，A聚合体的含量越高，紫外荧光强度越低。A聚合体能够湮灭由各种色心导致的钻石紫外荧光，使荧光大大减弱，甚至完全消失。 钻石的紫钻出荧光和阴极射线荧光可以直接显示钻石的晶体结构，对于鉴别人工合成钻石大有帮助。合成钻石基本都是沿立方体的六个面生长，在显微镜下合成钻石的短波紫外荧光图像清晰显示四方形生长纹。只要钻石的紫钻出方形生长纹，就有理由怀疑它是合成钻石。当然部分天然钻石的晶形也呈立方形，紫外图像所显示的生长纹同样呈四方形，需要用其他方法来鉴定。合成钻石的紫钻工灾光图像也有可能显示出错歲死得其所 籽晶，一旦发现籽晶，此钻石一定是合成钻石。 低温上钻石荧光光谱的辐射峰十分明显，这是鉴别钻石各种色心的存在以及相对强度的有效方法。低温下钻石的荧光辐射光谱比低温下测量钻石的吸收光谱分辨率高，而且测量容易，现常用钻石的低温荧光光谱进行钻石鉴定。