热导仪及其他钻石检测仪器

第八节　热导仪及其他钻石检测仪器

一、热导仪

由于在所有宝石中，钻石具有极高的导热性能，因此，热导仪（如图3－65）主要用于鉴别钻石及其仿制品。但热导仪不能区分钻石及合成碳化硅。此外，各种宝石的热导率也有差别，在某些特定的情况下，热导仪也能发挥重要的作用。

图3－65　热导仪

（一）基本原理

1.导热性

物体传递热量的能力。

2.热导率

以穿过给定厚度的材料，使材料升高一定温度所需的能量来度量的，单位W/m·℃，例如，钻石：100～2600W/m·℃。

热导仪是专门为鉴定钻石及其仿制品而设计的一种仪器，其原理是在所有的透明宝石中钻石的热导率最高，其次为蓝宝石。在室温下，钻石的热导率从Ⅰ型的100W/m·℃变化到Ⅱa型的2600W/m·℃，而蓝宝石只有40W/m·℃，要比钻石低2.5倍以上。所以，热导仪一直是分辨钻石和仿钻石的便利仪器。这种情况到2000年才发生一点变化，新问世的合成碳硅石的热导率接近钻石，宝石用的热导仪还不能区别。此外，各种宝石的热导率也有差别，在某些特定的情况下，热导仪也能发挥重要的作用。

（二）结构与工作原理

热导仪包括热探针、电源、放大器和读数表四部分。读数表可由信号灯或鸣叫器代替，显示测试结果。

打开电源加热探头，将探头放于宝石上，宝石受热向周围散热到钻石的导热温度范围，指示灯亮，蜂鸣器鸣叫（或表式表盘中指示针偏转至“钻石”区域）。

（三）测试方法

（1）清洁待测宝石表面，手握金属托或放于金属垫板上（裸钻）；

（2）打开仪器电源，预热。按宝石大小、室温情况调节热导仪（一般指示灯亮3～4小格），手握探测器，以直角对准待测宝石（注意不要接触到金属托架），用力适中；

（3）仪器显示出光和声信号，得到测试结果。

（四）注意事项

（1）测试前不要预热，不要用手接触宝石；

（2）金属探针头对已镶钻石测试时，注意不要触及金属架部分；

（3）金属探针头注意和台面保持垂直，用力适中；

（4）＜0.5ct的未镶钻石，应放在金属垫板上散热测试；

（5）注意钻石是否经过涂层处理，结果可能不准确；

（6）待测宝石的湿度和环境温度会影响测试结果；

（7）合成碳化硅导热性也很好，能使热导仪产生与钻石相同的反应。

（8）探针尖端十分灵敏，操作时要小心，用力适中，当仪器不用时，要盖上盖子以保护探针；

（9）当仪器长时间不使用时，应将电池取出来，避免电池报废后腐蚀和损坏仪器。

二、快速识别钻石类型的仪器

2004年11月15日比利时HRD发布新闻，通告发明了D－Screen（如图3－66），HRD说这种仪器识别钻石的能力很强，体积很小，便于携带，便于操作，是性价比最高的钻石鉴定设备，是第一种可以从无色－近无色的钻石（色级在D到J的范围）中把合成钻石或者高温高压处理钻石识别出来的仪器，D－Screen的工作原理是不同类型的钻石透射紫外光的性能存在差别，不含氮的Ⅱ型钻石透紫外光的能力大于含氮的Ⅰ型钻石。

图3－66　D－Screen

依紫外透光性区别Ⅰ型和Ⅱ型钻石的简便仪器的创意及发明应属瑞士宝石研究所的Haenni博士，由于受到当时GE POL钻石问世的困扰，Haenni博士于2001年开始研制这种仪器，研制的产品称为Diamond Spotter（如图3－67）。

图3－67　Diamond Spotter

功能类似的仪器还有D.Beers在20世纪末（1998年）研制的，最近由GIA英国仪器公司销售的Diamond Sure（如图3－68）。Diamond Sure的工作原理是依据的大多数天然白色钻石具有415nm吸收线，而合成钻石、HPHT处理的白色钻石由于不是Ia型钻石，因而缺失415nm的吸收线，来快速地识别分出Ia型的天然钻石。

图3－68　Diamond Sure

确定钻石的类型还可以用其他的方法。红外光谱是非常的有效和准确方法，可以区别出Ⅰa、Ⅱab、Ⅰb、Ⅱa和Ⅱb等，所以，这些仪器对于已经装备有红外光谱仪的实验室不是非常必要。

三、识别钻石发光图案的仪器

经过Diamond Sure或者Diamond Spotte或者D－Screen挑拣出来的钻石有三种可能：合成钻石、高温高压处理钻石和天然钻石，还需要进一步的鉴定。

合成钻石发光图案具有特征的论文是奥地利Polahno博士于1994年发表在英国宝石协会的J.Gemmology杂志上，Polahno博士发现HTHP方法合成的黄色钻石的阴极发光具有所谓的“沙钟状图案”。后来，进一步表明其他颜色的HPHT合成钻石也具有类似的特征，CVD方法合成的钻石则具有与众不同的橙色发光和纹理。

D.Beers的研究人员改进了使钻石发光性的方法，采用超短波紫外光代替电子束作为荧光的激发源，这样仪器就不需要抽真空，更便于操作和快捷。但是，Diamond View（如图3－69）仅用于钻石的鉴定，不像阴极发光仪还有其他的用途。

图3－69　Diamond View

四、Diamond Plus II

HTHP处理的无色钻石（GE－Pol）的鉴定更为困难，GE公司的副总裁Bill Woodburn认为这种处理是无法准确识别的。瑞士宝石实验室于2000年发表了研究成果，HTHP处理的无色钻石具有637nm的光致发光峰，这个光谱特征需要用激光拉曼光谱仪来识别，如果对样品进行制冷，会得到更可靠的结果。DTC于2005年针对性地研制出称为Diamond Plus的仪器（如图3－70），用于检测HPHT处理的Ⅱ型钻石。Diamond Plus具有易于使用，可进行大量检测，便于携带，相对较便宜的优点，但是，还是需要在液氮制冷的条件下工作。

图3－70　diamond Plus

五、莫桑笔

用热导仪测试钻石和合成碳硅石时，两种材料均会显示为钻石，导致二者通过热导仪测试却无法区分。为此莫桑笔应运而生，用于热导仪测试之后进一步区分钻石和合成碳硅石（如图3－71）。

图3－71　莫桑笔

（一）原　理

天然的钻石多为Ⅰa、ⅠAB、Ⅰb和Ⅱa型的钻石，从物理性质上来说都是为绝缘体，不会导电，除了少量的Ⅱb型钻石为半导体外。

而合成碳硅石则是大多数都会导电，因此，通过莫桑笔的测试可以将钻石和合成碳硅石区分开来。

（二）操作步骤

首先在测试前需要清洁待测宝石，然后打开仪器电源的开关，用拇指与食指捏住莫桑笔两侧的金属感应片，将探头垂直于待测宝石上，观察现象并记录结论。

使莫桑笔鸣叫的为合成碳硅石，不鸣叫的则为钻石（Ⅱb型钻石除外）。

（三）注意事项与局限性

（1）该仪器对彩钻或其他类型的合成钻石的测试无意义；

（2）当测试的是已镶宝石，暴露直径＜1.2mm时，要小心不要让探头触及首饰的金属部分，否则会使仪器鸣叫得出错误的结论；

（3）探针尖端十分灵敏，操作时要小心，用力适中，当仪器不用时，要盖上盖子以保护探针；

（4）当低电指示灯在窗口亮起时，为防止读数不准确，必须停止使用，更换电池；

（5）当仪器长时间不使用时，应将电池取出来，避免电池报废后腐蚀和损坏仪器。