Menu

Идентификация природных, синтетических и обработанных алмазов


Геммологи посвятили много времени и внимания методам идентификации и отделения натуральных алмазов от синтетических и обработанных. Первоначально эти определения основывались на систематических наблюдениях, проводимых с использованием стандартных геммологических инструментов, таких как микроскоп, настольный (или портативный) спектроскоп и ультрафиолетовые (УФ) лампы. Хотя эти инструменты и сейчас остаются ценными для изучения камней, последние достижения в области синтеза алмазов, а также методов облучения и высокотемпературной обработки при высоком давлениии (в дальнейшем - HPHT) потребовали более надежных методов исследований алмазов. Поэтому большинство геммологических лабораторий в настоящее время для обнаружения обработок и синтетики используют более сложные научные методы, такие как абсорбционная и фотолюминесцентная спектроскопия.

Все современные способы идентификации алмазов основаны на системе их квалификации в соответствии с их химическими и физическими свойствами. Система классификации по типам алмаза широко используется в исследованиях алмазов и имеет решающее значение для оценки взаимосвязи между ростом алмаза, цветом и реакцией на обработку. В связи с увеличением количества обработанных и синтетических алмазов на рынке геммологам следует уделять больше внимания более полному пониманию типа алмаза и использованию этих знаний для идентификации алмазов.

Классификация алмаза по типам основана на наличии или отсутствии примесей азота и бора и их конфигурации в алмазной решетке. Подробно о типах алмазов изложено на этой странице сайта.

К сожалению, многие практикующие геммологи не имеют четкого понимания основ классификации алмаза по типам. Эта статья предлагает краткое, специфичное для геммологии руководство по типу алмаза, примесям микроэлементов, включая то, как измеряются примеси, почему важен тип алмаза, как можно его определить с помощью обычных геммологических приборов и обнаружить синтетические и обработанные алмазы.

Почему так важно прежде всего определить тип алмаза?

Во многих случаях геологические условия, которым подвергались природные алмазы во время их образования в течение длительного периода в земле и условия, достигнутые в лаборатории во время обработки или синтеза камня, весьма различны, однако в результате дефекты структурной решетки могут привести к получению природных, обработанных и синтетических алмазов с очень похожими цветами.

Так как тип алмаза отражает его историю, будь то в природе или в лаборатории, и адекватное понимание типа алмаза имеет решающее значение для целей идентификации. Понимая это, геммологу легче принять решение отправлять ли данный камень в специализированную лабораторию для более детального исследования на дорогостоящем оборудовании или он уже сейчас может самостоятельно идентифицировать камень.


Перечень дефектов кристаллической решетки алмаза, не связанных с его типом, которые также влияют на цвет

Некоторые дефекты решетки влияют на цвет алмаза и это не связано с его типом. Большинство таких алмазов избирательно поглощают свет в видимом диапазоне электромагнитного спектра, что можно увидеть с помощью геммологического спектроскопа или спектрометра. Эти дефекты обычно упоминаются в научной и геммологической литературе [1], [2], [3], [4]. Краткое описание каждого из них приводится ниже.

N3 (415 нм): три атома азота окружают свободное место в решетке. В дополнение к желтому цвету «капских» алмазов, алмаз также может производить синее свечение в ответ на длинноволновое УФ-излучение.

N2 (478 нм): это широкое поглощение связано с N3 и является частью хорошо известного «капского» спектра во многих желтых алмазах. Оно также связано с примесями азота.

480 нм: эта широкая полоса является дефектом неизвестного происхождения, который обычно дает желтый или оранжевый цвет в алмазах типа Ia. Сильная желтая флуоресценция характерна для алмазов, окрашенных таким образом.

H4 (496 нм): этот дефект состоит из четырех атомов азота, разделенных двумя вакансиями (не занятое углеродом вакантное место узла кристаллической решетки). Получается, когда вакансия мигрирует через решетку алмаза и соединяется с В-агрегатами азота. H4 приводит к появлению желтого цвета в алмазе.

H3 (503,2 нм): это незаряженный дефект, состоящий из двух атомов азота, разделенных вакансией [т.е. (N-V-N) 0]. Одно только поглощение Н3 создает желтый цвет, в то же время дефект может также вызвать зеленую люминисценцию в ответ на освещение.

3H (503,5 нм): считается, что этот дефект связан с межузельным атомом углерода в алмазной решетке. Он создается радиационным поражением и часто встречается совместно с дефектом GR1. В редких случаях 3H поглощает настолько сильно, что усиливает зеленый цвет, вызванный поглощением GR1.

550 нм: эта широкая полоса плохо изучена и считается связанной с пластической деформацией алмазной решетки. Это наиболее распространенный дефект, который дает розово-красный цвет у природных алмазов, но он также распространен у коричневых камней.

NV0 (575 нм): этот дефект состоит из атома азота, смежного с вакансией; он не имеет электрического заряда. В сочетании с дефектом 637 нм центр NV0 продуцирует розовый цвет у большинства обработанных розовых алмазов, а также у некоторых натуральных розовых камней.

595 нм: эта полоса связана с возникновением дефекта в азотсодержащих алмазах неопределенной структуры. Обычно получается у алмазов после лабораторного облучения и отжига алмаза для получения зеленого, желтого или розового цветов, но также слабо выражена у многих природных зеленых или желтых алмазов естественных цветов.

NV - (637 нм): этот дефект связан с отрицательно заряженным атомом азота, смежным с вакансией. В сочетании с дефектом 575 нм, NV-центр производит розовый цвет в большинстве обработанных розовых бриллиантов, а также в нескольких натуральных камнях.

GR1 (741 нм): этот дефект представляет собой одну незаряженную вакансию в решетке алмаза. Наиболее распространен у натуральных и искусственно облученных голубых или зеленых алмазов типа Ia и IIa. Несмотря на то, что он находится за пределами видимого света (~ 400–700 нм), сильное поглощение GR1 создает полосы на красном конце спектра, что приводит к зеленому или синему цвету.

H2 (986 нм): дефект, который состоит из двух атомов азота, разделенных вакансией [т.е. (N-V-N) -] и имеет отрицательный заряд. Он тесно связан с H3 и обычно упоминается в качестве доказательства обработки HPHT алмазов типа Ia. Иногда H2 (и связанные с ним широкополосные поглощения) могут быть настолько интенсивными, что комбинация H3 и H2 производит сильный зеленый цвет.


Рис. 1 На цвет сильно влияют примеси / дефекты в алмазной решетке. Следовательно, тип алмаза играет важную роль в потенциальных цветах натуральных, синтетических и обработанных камней

Как видите, примеси в алмазе контролируют природу дефектов решетки, которые возникают естественным образом, и их эволюцию в процессе роста или обработки в лаборатории.

Натуральные алмазы часто показывают цвета, которые соответствуют их типу алмаза (рисунок 1). Например, бесцветные, коричневые, розовые и фиолетовые алмазы типа Iа вряд ли были обработаны цветом, тогда как цветные обработанные типа Ia - желтые, оранжевые, красные, синие и зеленые камни встречаются относительно часто.

Природные алмазы типа Ib почти всегда коричневые, желтые или оранжевые, тогда как их искусственно облученные и отожженные аналоги обычно имеют розовый или красный цвет. Обработка HPHT может привести к желтому цвету в неокрашенном алмазе типа Ib. Процессы HPHT могут обесцветить коричневатый алмаз типа IIa или придать ему розовый цвет. В некоторых алмазах типа IIb с помощью HPHT получают синий цвет. Однако обработка HPHT не может обесцветить алмаз типа Ia (за исключением редкого чистого IaB). Поэтому, если геммолог определяет, что бесцветный алмаз относится к типу Ia; обычно нет необходимости отправлять его в геммологическую лабораторию для дальнейшего тестирования (в настоящее время на рынке представлено несколько бесцветных синтетических алмазов типа IIa).

Самые долговременные (т.е. не связанные с поверхностными покрытиями) обработки алмазов добавляют, меняют или удаляют цвет путем реорганизации дефектов в алмазной решетке. Тип алмаза поможет определять, могут ли необходимые дефекты, вызывающие цвет, возникать или разрушаться в процессе обработки для достижения желаемого результата. Облучение для получения зеленого или синего цвета обычно применяется для всех типов алмазов, поэтому в этом случае знание типа камня не очень полезно. Однако, если за облучением следует нагрев до температур 800–1000 ° C для получения желтого или розового цвета, тогда тип исходного материала является критическим. Алмазы типа I часто становятся интенсивно желтыми, оранжевыми, розовыми или красными при облучении с последующим отжигом, тогда как у алмазов типа II редко развиваются такие насыщенные цвета из-за отсутствия примесей (прежде всего N), необходимых для создания сложных дефектов, вызывающие цвет. Следовательно, для геммолога полезно понимать, что алмазы типа II вряд ли подвергались обработке облучением с последующим отжигом.

Обнаружение обработки HPHT требует еще лучшего знания типа алмаза [5], [6]. В большинстве случаев обработка HPHT обесцвечивает только алмаз типа IIa (см. рис. 2). HPHT вызывает изменения в коричневых, деформированных областях в этих камней, обесцвечивая их или делая почти бесцветными. Иногда обработка HPHT может изменить цвет алмаза типа II на розовый или синий. Когда коричневый камень типа I подвергается аналогичным условиям обработки, присутствие примесей N приводит к изменению его цвета на различные оттенки желтого. Таким образом, геммолог, работающий с бесцветными алмазами, может быстро определить, какие из них следует отправить в геммологическую лабораторию, просто проверив, являются ли они типом II или нет. В последнее время комбинация обработки HPHT и облучения с отжигом при низком давлении была использована для создания более интенсивных розовых, красных или оранжевых оттенков в алмазах типа Ia и IIa.


Рис. 2. Эффекты от обработки HPHT сильно зависят от типа исходного алмаза

Синтетические алмазы

За последние несколько лет производство искусственных алмазов, выращенных с применением HPHT, резко возросло, а синтетические алмазы с химическим осаждением из паровой фазы (в дальнейшем - CVD) начали активно выходить на рынок драгоценных камней.

Поэтому геммологи находятся под еще большим давлением при идентификации этих лабораторно выращенных продуктов. Тип алмаза может дать несколько подсказок и в этом отношении. Синтетические алмазы, выращенные в HPHT, относятся почти ко всему типу Ib, который редко встречается в природных алмазах. Те немногие природные алмазы, которые относятся к типу Ib, обычно содержат обильные включения природных минералов и демонстрируют красочные картины полос при деформировании (обсуждаются ниже). Напротив, синтетические алмазы типа Ib, выращенные методом HPHT, содержат только включения металлического флюса (когда вообще присутствуют какие-либо включения), и они, как правило, демонстрируют очень слабую картину деформации или ее отсутствие вообще.

CVD синтетические алмазы чаще всего относятся к типу IIa и обычно имеют почти бесцветный или светло-коричневый цвет. Эти синтетические материалы можно отличить от их аналогов натурального и улучшенного цвета по отсутствию перекрестно заштрихованных узоров «татами» (также см. ниже). Иногда выращенные с применением технологии HPHT или CVD, дают синтетические алмазы типа IIb чудесного голубого цвета. Отсутствие узора «татами» в сочетании с наличием электропроводности может быть использовано для идентификации этих синтетических камней.

Большинство синтетических (типа Ib) алмазов, в настоящее время выставленных на рынке, имеют интенсивный желтый или оранжевый цвета.

Поскольку они реагируют на обработку в основном так же, как и природные алмазы типа Ib, цвета обработанных природных и синтетических алмазов могут быть очень похожими. Ввиду последних достижений в технологиях выращивания синтетических алмазов по технологии CVD, бесцветные алмазы типа IIa также следует рассматривать как возможно синтетические.

Как определяют тип алмаза в геммологической лаборатории

Чтобы определить тип алмаза, ученые должны обнаружить и измерить сопутствующие примеси. Наиболее распространенным методом является инфракрасная спектроскопия с Фурье-преобразованием (FTIR) [1]. Также используют и другие методы определения примесей в алмазе, такие как химический анализ методом ЭПР / ЭCР (спектроскопия электронного парамагнитного резонанса / электронного спинового резонанса) и SIMS (масс-спектрометрия вторичных ионов).

Рис. 3. ИК-спектрометр для определения типа алмаза. Ограненный бриллиант помещают на стол, так, что лучи ИК излучения фокусируются на рундисте камня. и снимают cпектр поглощения из которого видно какого типа алмаз

Некоторые другие методы, такие как химический анализ методом ЭПР / ЭПР (спектроскопия электронного парамагнитного резонанса / электронного спинового резонанса) и SIMS (масс-спектрометрия вторичных ионов), дают возможность измерять примеси в алмазе. Однако последние относятся к разрушающим методам, кроме того, они сложны, дороги и ограничены в объеме предоставляемой ими информации о конфигурации конкретных примесей азота и бора. В отличие от них, Фурье-спектроскопия является неразрушающим и относительно недорогим (для спектрометра) методом. Она предоставляет огромное количество информации о примесях в алмазной решетке. Сущность метода заключается в прохождении через алмаз излучения различных длин волн в инфракрасном диапазоне и количественного измерения поглощения этого излучения. Величина поглощения для различных длин волн дает информацию о взаимодействиях между конфигурациями примесей азота и бора с окружающими атомами углерода.

Каждый тип примесей азота и бора вызывает специфическую и уникальную полосу или полосы поглощения. Сама алмазная решетка также дает свое характерное поглощение. Фурье-спектроскопия может не только идентифицировать образец как алмаз, но и выявить его тип и количество присутствующих примесей.

Обсудим детали ИК спектра алмаза (рис. 4).


Рис. 4. ИК-спектр поглощения алмаза

Прежде всего стоит сказать, что если в видимой и УФ области спектра длины волн измеряют в нанометрах (нм), то в ИК-диапазоне обычно используют термин волновое число (см-1). Преобразование между величинами: 107 / (длина волны в нм) = (волновое число в см−1]). Важнейшие характеристики алмазов находятся в среднем ИК-диапазоне (~ 4000–400 см–1). Для алмаза этот диапазон делится на три зоны, известные как одно-, двух- и трехфононные области - в зависимости от того, как химические связи между атомами углерода (и любыми примесями) в решетке алмаза колеблются под воздействием ИК-энергии. На рисунке 4 показаны эти области для алмазов типа I и типа II.

В однофононной области (от ~ 1332 до ~ 400 см-1) N-примеси, связанные с типом I, образуют характерные поглощения. Важно, что алмазы типа II имеют мало особенностей в этом диапазоне.

Двухфононные (от 2665 до ~ 1332 см-1) и трехфононные (от 4000 до 2665 см-1) области содержат особенности, присущие алмазу, то есть они встречаются у всех типов алмазов. Это вызвано колебанием углерод-углеродных связей алмазной решетки под воздействием инфракрасной энергии. Две эти области также та часть ИК-спектра, где легче всего обнаружить примеси бора [4].

Особенности, вызываемые примесями бора, обычно слабы в однофононной области, но относительно острые и более сильные пики поглощения присутствуют при ~ 2458 см-1 в двухфононной области и при ~ 2930 и ~ 2803 см-1 в трехфононной области, что вызвано влиянием бора в решетке алмаза. В некоторых алмазах типа I другие примеси, которые не влияют на определение типа (например, водород), также могут проявляться в трехфононной области.

Однофононная область для алмазов типа I иллюстрирует отличительные спектральные особенности, являющиеся результатом различных конфигураций примесей N в камнях типа Ia и Ib (рис 4 и рис.5 вверху).


Рис. 5. Идентификация примесей азота и бора и установление их конфигурации

На рисунке 5 показана серия Фурье-спектров, которые последовательно показывают вид примесей азота: от изолированного, одиночного N (определяется при 1344 и ~ 1130 см-1) до агрегированного N (определяется при ~ 1282 см-1) и до B-агрегированного N (определяется при ~ 1175 см-1). Переменные концентрации агрегатов A и B вместе с одним замещающим N создают широкополосный пик в этом диапазоне.

Следует подчеркнуть, что система классификации основана на постепенных переходах между типами, так как «чистых» примеров типа алмазов на самом деле мало.


В природе обычно встречаются алмазы смешанного типа

Большинство алмазов проявляют характерные признаки более чем одного типа алмазов, чему способствуют многие факторы. Первым фактором является процесс агрегации азота. Поначалу, когда кристаллы алмазов только образуются, считается, что все N-примеси присутствуют в решетке как отдельные атомы. Затем, так как алмазы находятся при высоких температурах и давлениях на больших глубинах в земле в течение очень длительных периодов времени, атомы N перемещаются в решетке и объединяются в группы. Когда два атома N объединяются, образуется A-агрегат, а когда объединяются два A-агрегата (с вакансией между ними), образуется B-агрегат. Эта тенденция к агрегации азота помогает объяснить редкость типа Ib по сравнению с природными алмазами типа Ia [11].

Эта постепенная агрегации N-примесей почти завершается для некоторых природных алмазов, что приводит к почти «чистому» типу IaB, но во многих случаях множественные конфигурации примесей азота сосуществуют в монокристалле из-за неполной агрегации [12].

Другим фактором, вызывающим спектры смешанного типа, является то, что большинство алмазов типа I содержат зоны с различными количествами или конфигурациями азота в одном и том же кристалле [13], [14]. Этот факт в сочетании с тем, как ИК-спектры снимаются в ограненном алмазе, делает практически невозможным избежать спектров смешанного типа. Чтобы получить спектр, техник должен ориентировать алмаз так, чтобы ИК-луч мог пройти через него к детектору на противоположная сторона. Ограненные бриллианты заставляют свет отражаться внутри и не проходить непосредственно через него, что затрудняет задачу записи Фурье-спектров. Как правило, алмазы помещаются на специально спроектированную площадку в приборе (см. рис.3), чтобы позволить лучу проходить через противоположные области рундиста, где должно происходить минимальное внутреннее отражение. Поглощение происходит на всем расстоянии (или длине пути), через которое проходит ИК-луч. Таким образом, если какие-либо изменения в N-примесях происходят в алмазе вдоль этого пути, они автоматически складываются вместе для получения ИК-спектра смешанного типа.

На снимке справа: на выращенном HPHT синтетическом алмазе, погруженном в воду, видны зоны роста с различными типами алмазов. Желтая зона - тип Ib, бесцветные зоны типа IIa, а синие зоны - тип IIb. Только у синтетических алмазов могут быть и азотные, и борные примеси в одном и том же кристалле.

Смесь типов алмазов не уникальна для природных камней. Большинство HPHT-синтетических алмазов вырастает как тип Ib. Если они подвергаются воздействию высоких температур при образовании или после, атомы N имеют тенденцию к агрегации и образуют синтетические алмазы типа Ia с остаточными концентрациями изолированных атомов N. Точно так же, при введение бора в камеру роста (N там также присутствует, потому что его трудно исключить из среды) образуется алмаз смешанного типа. Когда появляются видимые цветовые зоны, например, в некоторых синтетических алмазах смешанного типа (Ib + IIa + IIb), как на рисунке справа, различие между зонами различного типа может быть установлено на основа цвета. Это связано с тем, что различные примеси дают разные цвета и это уже наглядно демонстрируется в различных зонах такого алмаза [15].


Помимо обнаружения присутствия и конфигурации примесей азота и бора для определения типа алмаза, анализ Фурье-спектроскопией может определить количественное содержание примесей. Как алмазы типа I, так и типа II могут содержать разные концентрации примесей, что часто оказывают важное влияние на их оптические свойства. Количественное определение производят путем сравнения со стандартным алмазом. Так как интенсивность сигнала зависит от длины пути пучка ИК-излучения, сравнение производят по величине коэффициента поглощения, в расчете которого учтена она учтена. Однако большинство драгоценных алмазов огранены и это затрудняет точное измерение длины пути, а в некоторых случаях даже не возможно.

К счастью, общепризнанно, что коэффициенты поглощения алмаза в большинстве частей двух- и трехфононных областей постоянны. Например, при 2000 см-1 коэффициент поглощения составляет 12,3 см-1. Таким образом, ИК-поглощение при 2000 см-1 пропорционально толщине образца, что позволяет нормализовать любой ИК-спектр, чтобы пренебречь эффектом изменения толщины камня или длины пути (т. е. не имеет значения, насколько свет отражается внутри алмаза - рисунок 6) [7].

Рис.6. Концентрацию каждой формы азота рассчитывают по коэффициенту поглощения при определенной длина волны. Спектр «чистого» алмаза типа IIa вычитается для исключения влияния на коэффициент поглощения внутренних отражений в алмазе (т. е. то, что относится к поглощению углерода). В присутствии несколько форм азота в образце, в данном случае - агрегаты A и B, необходимо устранить искажения полос, так как они перекрываются.

В этом случае пики алмаза собственных двух- и трехфононных областей удаляются путем вычитания спектра чистого типа IIa из спектра исследуемого алмаза, оставляя базовый спектр, показывающий только пики поглощения, вызванные примесями. Интенсивности пиков могут быть измерены и концентрации примесей могут быть рассчитаны по ним с использованием уравнений, полученных из алмазов с известными концентрациями примесей. Конечным результатом является определение абсолютной концентрации примесей различных конфигураций в алмазе. Таким образом рассчитали концентрации примесей азота в большинстве случаев, приведенных в литературе [8], [9], [10].

Что делать практикующему геммологу

В отличие от ученых в университетах и геммологических лабораториях, большинство геммологов не имеют дорогих аналитических инструментов, доступных для повседневного использования. К счастью, некоторые распространенные геммологические инструменты могут дать представление о примесях, присутствующих в алмазе, и, соответственно, о его типе.

Абсорбционный спектр: спектроскоп

Спектроскоп давно использовали для обнаружения обработанных алмазов, но он также предоставляет некоторую информацию о типе алмаза. Это может быть особенно полезно для выявления большинства алмазов типа I. Алмазы типа II (а также некоторые чистые IaA и Ib) редко показывают линии поглощения в спектроскопе. Наличие линии 415 нм (дефект N3) и сопровождающие его линии «капа» 435, 452, 465 и 478 нм указывают на то, что алмаз относится к типу Ia (рис. 7А), поскольку появление этих линий связано с агрегированными примесями азота. По тем же причинам наличие линии при ~ 503 нм (дефект H3) также является хорошим показателем того, что алмаз относится к типу I. Очень сильное общее поглощение до ~ 450 нм может свидетельствовать о большом количестве изолированных, одиночных атомов азота в алмазе типа Ib, но пластическая деформация в некоторых других типах алмазов может привести к аналогичной схеме поглощения [16].

Рис. 7. Простые геммологические тесты для идентификации натуральных алмазов. (А) Тип алмаза Ia часто дает только линию 415 нм с или без дополнительных «капских» линий в спектроскопе. (B) бриллианты типа Ib часто содержат характерные наборы иглоподобныж включений (увеличено в 50 раз). (С) Природные алмазы типа II почти всегда показывают в микроскопе заштрихованный узор «татами» деформации меж скрещенных поляризаторов (увеличено в 40 раз). Микрофотография Ю Ван.

Включения и деформации: гемологический микроскоп

Большинство алмазов содержат кристаллы, которые захвачены растущим кристаллом алмаза. Однако некоторые включения считаются характерными для определенных типов алмазов [17].

Природные алмазы типа Ib часто содержат кластеры мелких игольчатых включений, которые обычно связаны с зонированием желтого цвета и редко встречаются в других типах алмазов (рисунок 7B). Мелкозернистые, узорчатые облака, которые образуют крестообразные формы, распространены в алмазах типа Ia с высокой концентрацией водородных примесей (известных как «звездообразные» алмазы) [18], [19]. Синтетические алмазы типа Ib часто демонстрируют характерное цветовое зонирование или включения металлического флюса [20].

Не деформированный алмаз является оптически изотропным (обладающим одинаковыми свойствами по всем направлениям), что означает, что он выглядит темным во всех направлениях меж скрещенных поляризаторов. Однако почти все природные алмазы имеют некоторую степень искажения решетки, которая образуется в процессе кристаллизации или вызвана пластической деформацией уже после выращивания кристалла. В результате, в геммологическом микроскопе с помощью скрещенных поляризаторов можно увидеть различные схемы деформации и цветов интерференции.

Узор из заштрихованных линий, известный как «татами», считается характерным для природных алмазов II типа и обработанных алмазов (рисунок 7C) [21]. Узор татами также наблюдался в некоторых чистых алмазах типа IaB и типа Ib с очень низкой концентрацией азота [22]. Насколько нам известно, эта картина никогда не наблюдалась в синтетических алмазах любого типа.

Электропроводность: Кондуктометр/Омметр

Еще одно свойство, которое легко проверить, - электропроводность. В 1960-х годах GIA разработала для этой цели геммологический кондуктометр. Это устройство больше не производится, но чувствительный омметр может адекватно определить, является ли алмаз электропроводящим (омметры измеряют удельное сопротивление, которое обратно пропорционально электропроводности). Примеси бора в алмазной решетке приводят к тому, что как природные, так и синтетические алмазы типа IIb являются электропроводными [2], [23]. Никакой другой тип алмаза не показывает это свойство. Иногда алмазы типа IIb также испускают вспышки или искры синего света (известные как электролюминесценция) при тестировании с помощью кондуктометра в темной комнате [24].

Коротковолновая УФ-прозрачность: различные коммерческие / заказные тестеры

С целью отделения природных алмазов от синтетических в De Beers Diamond Trading Co (DTC) разработали два недорогих геммологических прибора: DiamondSure и DiamondView. При тестировании с DiamondSure бесцветные алмазы, опознанные прибором как тип II и тип IaB, направляют для дальнейшего тестирования. Все остальные бриллианты получают ответ «Pass». DiamondView обеспечивает ультра коротковолновые УФ-флуоресцентные изображения алмазов, которые могут показать отличительные расположения секторов роста, характерные для синтетических алмазов. Некоторые типы природных алмазов также показывают характерные картины флуоресценции в DiamondView.

Рис. 8. Натуральные алмазы всех типов в ультракоротковолновом диапазоне УФ с DTC DiamondView показывают характерные цвета и узоры флуоресценции.
Алмазы типа Iа обычно показывают голубую флуоресценцию с волнообразными линиями роста (A), алмазы типа Ib часто флуоресцирует оранжевый с зелеными линиями, что вызвано дефектом H3 (В).
Алмазы типов IIa и IIb обычно показывают синюю флуоресцентную паутинообразную неупорядоченную сетку (С, D). Бриллианты типа IIb почти всегда показывают характерную фосфоресценцию (синюю или красную) в DiamondView.

Алмазы типа Ia обычно показывают голубую флуоресценцию с нерегулярными узорами линий естественного роста. Природные алмазы типа Ib часто показывают ряд зеленых люминесцентных линий на фоне оранжевой флуоресценции, тогда как их синтетические аналоги часто показывают зеленовато-желтые и синие флуоресцентные зоны роста в виде крестообразных узоров [20].

Алмазы типа IIa и IIb обычно демонстрируют сеть перекрещивающихся линий, которые, как считается, обусловлены перегруппировкой в решетке алмаза. Кроме того, алмазы типа IIb почти всегда показывают голубую или красную фосфоресценцию в DiamondView. Одна только голубая фосфоресценция не должна использоваться в качестве доказательства происхождения алмаза, потому что примеси бора в синтетических алмазах типа II, выращенных методом HPHT, также будут давать голубую фосфоресценцию.

На рисунке 9 показан простой УФ тестер.


Рис. 9. Коротковолновая УФ-прозрачность - хороший тест на отделение алмазов типа II от типа I.
,br/>

Это тестер состоит из УФ-лампы, луч коротковолнового излучения которой проходит через щель и падает на алмаз. Над алмазом помещен кристалл шеелита (или другой флуоресцентный материал). Бриллианты типа I поглощают коротковолновое УФ излучение (~ 254 нм), а алмазы типа II позволяют ему свободно пройти (см. спектр внизу слева). В результате, кристалл шеелит флуоресцирует синим цветом в случае с алмазом типа II.

Предупреждение: Коротковолновое УФ излучение вредно для кожи и глаз. Всегда используйте средства защиты и непременно защищайте глаза темными очками!.

Косвенные визуальные доказательства: цвет, флуоресценция, структура исходного алмаза.

Цвет также может дать подсказку о типе алмаза, но требуется большой опыт, чтобы увидеть небольшие различия, которые можно связать с типом алмаза. Репрезентативная гамма цветов для натуральных, обработанных и синтетических алмазов всех четырех типов показана на рисунке 1.

Канареечные желтые и оранжевые цвета очень распространены в алмазах типа Ib, тогда как более светлые соломенно-желтые «капские» алмазы обычно относятся к типу Ia. Сильно бледно-розовые алмазы натурального цвета часто относятся к типу IIa, а более насыщенные натуральные розовые цвета часто относятся к типу Ia. Синие и серые бриллианты обычно относятся к типу IIb.

Наблюдаемая флуоресценция также может дать подсказку о типе алмаза [12]. Многие алмазы типа Ia проявляют голубую флуоресценцию вследствие примесей азота. Алмазы типа Ib часто являются инертными или испускают слабую оранжевую флуоресценцию в длинноволновом и коротковолновом диапазонах УФ-излучения [12].

Обычно синтетические алмазы типа Ib имеют неравномерную флуоресцентную структуру, что помогает в их идентификации. Алмазы типа IIb часто инертны по отношению к длинноволновому УФ-излучению и проявляют слабую голубую флуоресценцию при коротковолновом УФ-излучении, в дополнение к случайной синей или красной фосфоресценции [20].

Алмазы типа IIb часто инертны к длинноволновому УФ-излучению и проявляют слабую голубую флуоресценцию в коротковолновом УФ-излучении, в дополнение к случайной синей или красной фосфоресценции [23].

В отличие от DiamondView, гемологические УФ-лампы излучают низкоэнергетическое УФ-излучение и фосфоресценция алмазов типа IIb не всегда видна.

По каким-то признакам по форме и текстуре поверхности исходного (т.е. добытого или выращенного без какой-либо последующей механической обработки) алмаза можно предположить какого он типа. Например, сортировщики знают, что, в отличие от камней типа I, кристаллы алмаза типа II обычно встречаются в неправильных или сплющенных формах и не имеют четко выраженных кристаллографических граней [25], [26]. Полагают, это связано с тем, что последние испытывают бо́льшие степени разрушения при подъеме к поверхности земли во время извержений кимберлитовых или лампроитовых магм, в то время как алмазы типа I, как правило, сохраняют свою первоначальную кристаллическую структуру во время переноса магмы.

Многократные тесты являются оптимальными при исследовании типа алмаза

Каждое из свойств и геммологических приборов и инструментов, упомянутых выше, дает некоторое представление о типе алмаза без использования Фурье-спектрометра. Однако они наиболее эффективны при совместном использовании. Например, алмазы типа II можно легко отличить от типа I по коротковолновой ультрафиолетовой прозрачности и диаграммам деформации. Типы IIa и IIb могут быть легко разделены на основе электрической проводимости. Большую группу природных алмазов, тип I, немного сложнее подразделить, но при наличие практического опыта все же возможно. Алмазы типа Ia обычно показывают линии спектра 415 нм или «капский» спектр в спектроскопе, а алмазы типа Ib часто демонстрируют сильное общее поглощение от <400 до ~ 450 нм. Наличие игольчатых включений в алмазе типа Ib помогает подкрепить предположение по оценке типа алмаза. В таблице представлена сводная техническая и геммологическая информация для репрезентативных природных алмазов каждого типа.

В работе. [20] опубликована превосходная справочная таблица сыойств выращенных методом HPHT синтетических алмазов, а в работе [27] дана информация для CVD синтетических алмазов.

Выводы

Последние достижения в области выращивания и обработки алмазов привели к большей зависимости от сложных аналитических приборов, позволяющих отличать натуральные от синтетических и обработанных алмазов. Тем не менее, многие стандартные инструменты, используемые геммологами в торговле, эффективны для определения характерных комбинаций свойств алмаза, которые помогают определить тип алмаза и, возможно, идентифицировать обработки и синтетику.

Например, простые наблюдения, такие как перекрещивающиеся узор решетки в бесцветном алмазе и прозрачность для коротковолнового ультрафиолетового излучения указывает на то, что камень, скорее всего, относится к типу IIa и должен быть отправлен в лабораторию для тестирования на предмет обработки HPHT. Точно так же синий алмаз, обладающий электрической проводимостью, относится к типу IIb и также требует лабораторных испытаний. Если синий бриллиант типа IIb не показывает характерную деформацию при просмотре в микроскопе с кросс-поляризованным светом, то он может быть синтетическим. Ярко окрашенный желтый бриллиант, который не показывает линии «капа» в спектроскопе, может быть типа Ib. Если отсутствует характеристика цветового зонирования синтетического происхождения и наблюдаются иглы, подобные тем, которые показаны на рис.8В, это, вероятно, алмаз природного типа Ib.

Это всего лишь несколько ситуаций, когда геммологические тесты могут дать представление о типе алмаза для его идентификации. Информация о типе помогает геммологам оценить вероятность того, что алмаз обработан или является синтетическим, и, наоборот, обеспечивает некоторую степень уверенности в том, что он натуральный и естественно окрашенный. Тем не менее, в постоянно меняющемся мире лечения и синтетики, мы настоятельно рекомендуем геммологам при малейшем сомнении проявлять осторожность и отправлять свои алмазы в геммологическую лабораторию для соотвествующего тестирования.

Характеристики натуральных алмазов в зависимости от их типа

Тип Примеси Наиболее распространенные цвета Фурье спектроскопия Включения УФ флуоресценция Дополнительные сведения
Длинноволновая Коротковолновая
1a Азот (агреги-рованный) Бесцветный, коричневый, желтый, пурпурный, оранжевый, зеленый, фиолетовый Агрегированный N (1282, 1175 см−1) Частые, всех видов Инертны, синяя, желтая, оранжевая Инертны, синяя, желтая, оранжевая 415 нм или «капский» спектр, не прозрачен для коротковолнового УФ
1b Азот (изоли-рованный) Желтый, оранжевый, коричневый Отдельные атомы N (1344, 1130 cм−1) Частые, облака, нити Инертно к слабо оранжевому Инертно к слабо оранжевому Сильное поглощение выше 450 нм, характерные нитееобразные включения
2a Нет Бесцветный, розовый, коричневый, зеленый Нет заметных примесей Редкие, кристаллические Инертны, голубая или оранжевая Инертны, голубая или оранжевая Штриховой узор «татами» с перекрестными штрихами; прозрачны для коротковолнового УФ
2b Бор Голубой, серый Бор (2803, 2458 см-1) Редкие, кристаллические Инертны к слабо голубому Инертны к слабо голубому или желтому Штриховой узор «татами» с перекрестными штрихами; прозрачны для коротковолнового УФ, электропроводны, голубая или розовая фосфоресценция


ЛИТЕРАТУРА

1. Clark C.D., Mitchell E.W.J., Parsons B.J. (1979) Colour centres and optical properties. In J.E. Field, Ed., The Properties of Diamond, Academic Press, London, pp. 23–77.

2. Collins A.T. (1980) Spectroscopic investigation of a canary yellow diamond. Journal of Gemmology, Vol. 17, No. 4, pp. 213–222.

3. Collins A.T. (1982) Colour centres in diamond. Journal of Gemmology, Vol. 18, No. 1, pp. 37–75.

4. Zaitsev A.M. (2001) Optical Properties of Diamond: A Data Handbook. Springer-Verlag, Berlin.

5. Fisher D., Spits R.A. (2000) Spectroscopic evidence of GE POL HPHT-treated natural type IIa diamonds. G&G, Vol. 36, No.1, pp. 42–49.

6. Smith C.P., Bosshart G., Ponahlo J., Hammer V.M.F., Klapper H., Schmetzer K. (2000) GE POL diamonds: Before and after. G&G, Vol. 36, No. 3, pp. 192–215.

7. Tang C.J., Neves A.J., Carmo M.C. (2005) On the two-phonon absorption of CVD diamond films. Diamond and Related Materials, Vol. 14, No. 11/12, pp. 1943–1949.

8. Kiflawi I., Mayer A.E., Spear P.M., Van Wyk J.A., Woods G.S. (1994) Infrared absorption by the single nitrogen and A defect centres in diamond. Philosophical Magazine B, Vol. 69, No. 6, pp. 1141–1147.

9. Boyd S.R., Kiflawi I., Woods G.S. (1994) The relationship between infrared absorption and the A defect concentration in diamond. Philosophical Magazine B, Vol. 69, No. 6, pp.1149–1153.

10. Boyd S.R., Kiflawi I., Woods G.S.(1995) Infrared absorption by the B nitrogen aggregation in diamond. Philosophical Magazine B, Vol. 72, No. 3, pp.351–361.

11. Collins A.T., Connor A., Ly C., Shareef A., Spear P.M. (2005) High-temperature annealing of optical centers in type-I diamond. Journal of Applied Physics, Vol. 97, No. 8, pp. 083517-1 to 083517-10.

12. Hainschwang T., Notari F., Fritsch E., Massi L. (2006) Natural, untreated diamonds showing the A, B and C infrared absorptions (“ABC diamonds”), and the H2 absorption. Diamond and Related Materials, Vol. 15, No. 10, pp. 1555–1564.

13. Breeding C.M. (2005) Lab Notes: Light blue diamond, with type IIb and IIa zones. G&G, Vol. 41, No. 2, pp. 167–168.

14. Chadwick K.M. (2008) Lab Notes: Fancy dark brown-yellow zoned type IIa/IIb diamond. G&G, Vol. 44, No. 4, pp. 364–365.

15. Welbourn C.M., Cooper M., Spear P.M. (1996) De Beers naturalversus synthetic diamond verification instruments. G&G, Vol. 32, No. 3, pp. 156–169.

16. Crowningshield G.R. (1957) Spectroscopic recognition of yellow bombarded diamonds and bibliography of diamond treatment. G&G, Vol. 9, No. 4, pp. 99–104, 117.

17. Crowningshield G.R. (1994) Gem Trade Lab Notes: Characteristic inclusions in fancy-color diamonds. G&G, Vol. 30, No. 1, pp. 41–42.

18. Wang W., Mayerson W. (2002) Symmetrical clouds in diamond: The hydrogen connection. Journal of Gemmology, Vol. 28, No. 3, pp. 143–152.

19. Rondeau B., Fritsch E., Guiraud M., Chalain J-P., Notari F. (2004) Three historical “asteriated” hydrogen-rich diamonds: Growth history and sector-dependent impurity incorporation. Diamond and Related Materials, Vol. 13, No. 9, pp.1658–1673.

20. Shigley J.E., Breeding C.M., Shen A.H. (2004) An updated chart on the characteristics of HPHT-grown synthetic diamonds. G&G, Vol. 40, No. 4, pp. 303–313.

21. Smith C.P., Bosshart G., Ponahlo J., Hammer V.M.F., Klapper H., Schmetzer K. (2000) GE POL diamonds: Before and after. G&G, Vol. 36, No. 3, pp. 192–215.

22. Chalain J.-P. (2003) A type IaB diamond showing a “tatami” strain pattern. G&G, Vol. 39, No. 1, pp. 59–60.

23. King J.M., Moses T.M., Shigley J.E., Welbourn C.M., Lawson S.C., Cooper M. (1998) Characterizing natural-color type IIb blue diamonds. G&G, Vol. 34, No. 4, pp. 246–268.

24. Gumlich H.E., Zeinert A., Mauch R. (1998) Electroluminescence. In D.R. Vij, Ed., Luminescence of Solids, Plenum Press, New York, pp. 221–270.

25. Wilks E., Wilks J. (1991) Properties and Applications of Diamond. Butterworth-Heinemann Ltd., Oxford, UK.

26. Sunagawa I. (2001) A discussion on the origin of irregular shapes of type II diamonds. Journal of Gemmology, Vol. 27, No. 7, pp. 417–425.

27. Wang W., Hall M.S., Moe K.S., Tower J., Moses T.M. (2007) Latest-generation CVD-grown synthetic diamonds from Apollo Diamond Inc. G&G, Vol. 43, No. 4, pp. 294–312.