Экспериментальное исследование спектров комбинационного рассеяния света исследуемых алмазов

- программа, работающая в блоке управления, для каждого замера формирует задание, которое передается на плату управления;

- последняя вырабатывает управляющие сигналы для соответствующих элементов спектрометра (оптический блок, дискриминатора импульсов);

- управляющие сигналы поступают на высокочастотный синтезатор, который вырабатывает частоту, соответствующую заданной длине волны фильтрации, и на высокочастотный усилитель, который генерирует серию импульсов;

- в соответствии с этими импульсами акустооптический монохроматор периодически открывается и пропускает излучение на заданной длине волны;

- фотоприемник регистрирует это излучение и генерирует импульсы, число которых пропорционально числу падающих фотонов;

- эти импульсы регистрируются дискриминатором импульсов и подсчитываются счетчиком импульсов;

- результирующее значение сигнала (число импульсов) через блок управления передается на управляющий компьютер и принимается в качестве результата отдельного замера;

- полученное значение, отображается на дисплее, запоминается и усредняется по серии измерений (которая идет до исчерпания заданной последовательности операций);

- спектр, содержащий усредненные значения, отображается на дисплее и может быть записан пользователем на магнитный носитель.

4.3 Измерение спектров комбинационного рассеянья света данных бриллиантов

Таблица 4.1

Характеристики природных бриллиантов фантазийных цветов

Образец №	Параметры и характеристики полученных бриллиантов
	Форма огранки	Масса, кар.	Цвет/ Чистота	Дополнительно
990682	Кр-57	0,40	9-4/9	Цвет - фантазийный насыщенный оранжевый, в центральной зоне бриллианта - трещина с графитом, флуоресценция отсутствует
990332	Кр-57	0,35	9-4/10	Цвет - фантазийный темный коричневый, в центральной зоне бриллианта - трещина с графитом. Флуоресценция отсутствует
990207	Кр-57	0,41	9-4/11	Цвет - фантазийный темный розовато-коричневый, включения в центральной зоне - вростки кристаллов алмаза, флуоресценция слабая молочно-желтая
990441	Кр-57	0,30	9-4/10	Цвет - фантазийный яркий желтый, флуоресценция слабая желтая
990018	Кр-57	0,40	9-4/8	Цвет - фантазийный желтый, облако под площадкой образовано мельчайшими светлыми включениями, флуоресценция умеренная желтая
990025	Кр-57	0,50	9-4/10	Цвет - фантазийный темный зеленовато-желтый, включения в виде прозрачных пузырьков, флуоресценция отсутствует
990317	Кр-57	0,32	9-4/8	Цвет - фантазийный насыщенный оранжевато-коричневый, флуоресценция слабая голубая
990130	Кр-57	0,79	9-4/10	Цвет - фантазийный темный коричневато-желтый, флуоресценция сильная желтая с ярко выраженной зональностью
990103	ЭО-81М3	0,67	8-5/7а	Цвет - фантазийный лимонновато-желтый, флуоресценция сильная голубая
990633	ЭО-81М3	0,72	9-4/8	Цвет - фантазийный яркий оранжевый, флуоресценция отсутствует
990123	Ов-69	0,74	9-4/10	Цвет - фантазийный темный оранжевато-коричневый, флуоресценция слабая голубая, дислоцирована только в одном из мысов

Характеристики природных бриллиантов фантазийных цветов представлены в таблице 4.1, а их внешний вид и присутствующие в них дефекты на рисунках 4.5 - 4.10.

а) б) в) г)

д) е) ж) з)

Рис. 4.6. Дефекты в бриллиантах. Номера бриллиантов: №990682 (а, б); №990332 (в, г); №990207 (д, е); №990441 (ж, з)



а) б) в) г)

д) е) ж) з)

Рис 4.8. Дефекты в бриллиантах. Номера бриллиантов: №990018 (а, б); №990025 (в, г); №990317 (д, е); №990130 (ж, з)

а) б) в) г)

д) е)

Рис. 4.10. Дефекты в бриллиантах. Номера бриллиантов: №990103 (а, б); №990633 (в, г); №990123 (д, е)

Таблица. 4.2

Характеристики синтетических ограненных алмазов фантазийных цветов

Образец №	Параметры и характеристики полученных бриллиантов
	Форма огранки	Масса, кар.	Дополнительно
1	И-65М	1,04	Фантазийный интенсивный желтый/5. Флуоресценция отсутствует
2	П-73	1,13	Фантазийный глубокий оранжевый/6. Флуоресценция слабая зеленоватая
3	П-73	1,17	Фантазийный глубокий оранжевый/6. Флуоресценция слабая зеленоватая
4	Кр-57	1,40	Фантазийный глубокий оранжево-красный/6. Флуоресценция слабая зеленоватая с ярко выраженной зональностью.
5	Кр-57	0,73	Фантазийный яркий оранжево-желтый/6. Флуоресценция отсутствует
6	И-65М	1,45	Фантазийный глубокий оранжево-красный/6. Флуоресценция слабая зеленоватая с ярко выраженной зональностью
7	ЭО-89	1,15	Фантазийный глубокий оранжевый/6. Флуоресценция отсутствует
8	Дм-77	1,13	Фантазийный глубокий оранжево-красный/6. Флуоресценция слабая зеленоватая с ярко выраженной зональностью
9	Кр-57	1,03	Фантазийный интенсивный желтый/6. Флуоресценция сильная желто-зеленая
10	ЭО-59	1,64	Фантазийный интенсивный лемоновато-желтый/6. Флуоресценция сильная желто-зеленая

Характеристики синтетических ограненных алмазов фантазийных цветов представлены в таблице 4.2, а внешний их вид и присутствующие в них дефекты на рисунках 4.13 - 4.20.



а) б) в) г) д) е)

Рис. 4.14. Дефекты в бриллиантах: №1 (а; б); №2 (в; г); №3 (д; е)

а) б) в) г) д) е)

Рис. 4.16. Дефекты в бриллиантах: №4 (а; б); №5 (в; г); №6 (д; е)

а) б) в) г) д) е)

Рис. 4.18. Дефекты в бриллиантах: №7 (а; б); №8 (в; г); №9 (д; е)



а) б)

Рис. 4.20. Дефекты в бриллианте: №10 (а; б)

Рис. 4.22. Спектрограммы синтетических ограненных алмазов темно-красной цветовой гаммы



Рис. 4.24. Гистограмма Дл

Табл.4.3

Характеристики природных и синтетических ограненных алмазов с одинаковыми параметрами

Характеристики образца	Происхождение	Дополнительно
И-65М 8-1/7а 0,73 кар	НРНТ	Флуоресценция отсутствует.
Кр-57 8-1/7а 0,73 кар	природное	Флуоресценция отсутствует.

а) б) в) г)

Рис. 4.25. Графическое изображение дефектов: И-65М (а; б), Кр-57 (в; г)

Таблица 4.4

Характеристики природных и синтетических ограненных алмазов с одинаковыми параметрами

Характеристики образца	Происхождение	Дополнительно
Кр-57 6/7а 0,50 кар	НРНТ	Флуоресценция отсутствует.
Кр-57 6/7а 0,50 кар	природное	Флуоресценция отсутствует.

а) б) в) г)

Рис. 4.26. Графическое изображение дефектов: Кр-57 (а; б), Кр-57 (в; г)



Рис. 4.28. Спектрограммы ограненного синтетического и природного алмаза массой 0,50 кар

Выводы: Вид спектрограммы кардинально зависит от положения зонда относительно испытуемого образца:

1). Зонд вплотную прижат к площадке бриллианта

- данный метод максимально применим для получения информативных спектрограмм фотолюминесценции испытуемых образцов,

- для анализа самой линии КРС применим мало

2). Между зондом и площадкой есть зазор порядка 1-2 мм

- В нашем понимании, для анализа КРС этот метод наиболее применим,

- но анализировать фотолюминесценцию не позволяет

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

ГОСТ Р 52913--2008

Методы идентификации бриллиантов

1. Общие положения

1.1. В основе методов идентификации использованы различия между физическими свойствами алмаза и других материалов, используемых для изготовлений имитаций бриллиантов.

Используются различия материалов по:

- теплопроводности;

- плотности;

- электропроводности;

- коэффициенту отражения;

- фотолюминесценции;

- двулучепреломлению.

1.2 Испытуемые образцы предварительно разделяют натри группы по массе, кар:

- св. 0,08 включ.;

- от 0,08 до 0,01 включ.;

- менее 0,01.

Примечание -- Набор методов идентификации для каждой группы различен вследствие разной чувствительности отдельных методов по каждому физическому свойству.

1.3. Перед началом испытаний необходимо убедиться, что испытуемые образцы не имеют поверхностных покрытий.

1.4. Подготовка к контролю

1.4.1. Испытуемые образцы должны быть чистыми, что достигается промывкой их в этиловом ректификованном спирте по ГОСТ 18300.

1.5. При наличии соответствующей документации, подтверждающей происхождение алмазного сырья, из которого были изготовлены бриллианты, их идентификацию не проводят.

2. Проведение контроля

2.1. Схема проведения идентификации для каждой из трех групп представлена на рисунке

2.2. Метод определения имитаций бриллианта по теплопроводности испытуемого образца

2.2.1. Сущность метода

Сущность метода заключается в определении скорости изменения температурь! щупа тестера при контакте с камнем.

2.2.2. Отбор образцов

Для испытаний используют образцы массой более 0,01 кар.

2.2.3. Аппаратура и материалы

Для проведения испытаний применяют зондовые тестеры теплопроводности бриллиантов типа: «PRESIDIUM DUOTESTER», «КЛ-1202», «PDT», «PRM», «GEM TESTER» или «РМиТ».

2.2.4. Проведение контроля

2.2.4.1. Термотестер включают и настраивают (откалибровывают) в соответствии с прилагаемой к нему инструкцией.

2.2.4.2. Зонд тестера в соответствии с прилагаемой к нему инструкцией прижимают к площадке испытуемого образца.

2.2.4.3. Следует проследить за отклонением стрелки или показаниями индикатора тестера.

2.2.4.4. Если испытуемый образец достаточно крупный, процедуру измерений проводят и на больших гранях нижней части образца.

2.2.5. Обработка результатов

2.2.5.1. Если стрелка или индикатор тестера указывает, что одна из частей испытуемого образца не соответствует теплопроводности алмазаили их теплопроводности сильно различаются, необходимо провести проверку, не является ли образец составным, с помощью методов определения имитаций бриллианта в поляризованном свете (2.6) и определения имитаций алмаза по фотолюминесценции (2.7).

2.2.5.2. Если стрелка или индикатор в обоих измерениях указывает, что теплопроводность соответствует алмазу, то следует перейти ктесту на муассонит, т. к. его теплопроводность почти совпадает степлопроводностью некоторых алмазов:

- если испытуемый образец имеет массу более 0,08 кар, тестируют методом гидростатического взвешивания (2.5);

- если испытуемый образец имеет плоские хорошо отполированные поверхности, тестируют на муассонит методом измерения коэффициента отражения света от поверхности образца (2.3);

- если испытуемый образец не имеет плоских хорошо отполированных поверхностей, то дальнейшее тестирование на муассонит может быть проведено методом определения электропроводности (для образцов массой более 0,01 кар) (2.4).

2.3. Метод определения имитаций бриллианта по коэффициенту отражения света от поверхности испытуемого образца

2.3.1. Сущность метода

Сущность метода заключается в определении коэффициента отражения света от поверхности испытуемого образца.

2.3.2. Отбор образцов

Для испытаний используют образцы массой от 0,08 до 0,01 кар, теплопроводность низа и верха которых одинаковы и соответствуют алмазу или муассониту.

2.3.3. Аппаратура и материалы

Для проведения испытаний применяют тестеры для определения коэффициента отражения типа «PRESIDIUM DUOTESTER», «PDT» или «PRM».

2.3.4. Проведение контроля

2.3.4.1. Тестер включают, настраивают и калибруют в соответствии с прилагаемой к нему инструкцией.

2.3.4.2. Испытуемый образец и измерительную площадку тщательно очищают и протирают спиртом.

2.3.4.3. Устанавливают испытуемый образец полированной гранью на измерительную площадку прибора и накрывают его светозащитным колпачком в соответствии с прилагаемой к прибору инструкцией.

2.3.4.4. Нажимают кнопку «Дисплей» и считывают показания индикатора тестера.

2.3.4.5. Сравнивают показания индикатора сданными таблицы на корпусе прибора и определяют, соответствуют ли они коэффициенту отражения алмаза или другого минерала (материала).

2.3.4.6. Повторяют процедуру измерений, немного сместив испытуемый образец с центра площадки.

2.3.5. Обработка результатов

При интерпретации результатов необходимо учитывать, что измерение коэффициента отражения происходит на тонком поверхностном слое и поэтому в случае наличия на испытуемом образце пленочных покрытий будет определен показатель отражения покрытия, а не испытуемого образца.

2.4. Метод определения имитаций бриллианта по электропроводности

2.4.1. Сущность метода

Сущность метода заключается в определении электрического сопротивления испытуемого образца.

2.4.2. Отбор образцов

Для испытаний используют образцы массой от 0,08 до 0,01 кар, теплопроводность низа и верха которых одинаковы и соответствуют алмазу или муассониту.

2.4.3. Аппаратура и материалы

Для проведения измерений применяют зондовые тестеры для оценки электрических свойств камней типа: «КЛ-1202», «GEM TESTER», «РМТ» или РМТИ.

2.4.4. Проведение контроля

2.4.4.1. Тестер включают и настраивают (откалибровывают) в соответствии с прилагаемой к нему инструкцией.

2.4.4.2. Зонд тестера в соответствии с прилагаемой к нему инструкцией прижимают к площадке испытуемого образца.

2.4.4.3. Следят за отклонением стрелки или показаниями индикатора тестера.

2.4.4.4. Если испытуемый образец достаточно крупный, процедуру измерений проводят и на больших гранях нижней части образца.

2.4.5. Обработка результатов

2.4.5.1. Если стрелка или индикатор тестера указывает, что одна из частей испытуемого образца не соответствует электропроводности алмаза или их электропроводности сильно различаются, необходимо провести проверку, не является ли испытуемый образец составным, методами определения имитаций алмаза в поляризованном свете (2.6) и определения алмаза по фотолюминесценции (2.7).

2.4.5.2. Если стрелка или индикатор при обоих измерениях указывает, что электропроводность всех частей испытуемого образца соответствует алмазу, то испытуемый образец следует направить на следующий этап идентификации по коэффициенту отражения света от поверхности испытуемого образца (2.3).

2.5. Метод определения плотности испытуемого образца гидростатическим взвешиванием для идентификации имитаций бриллианта

2.5.1. Сущность метода

2.5.1.1. Сущность метода заключается в определении объема испытуемого образца на основе закона Архимеда путем его двукратного взвешивания на воздухе и в жидкости с известной плотностью.

2.5.2. Отбор образцов

2.5.2.2. Для испытаний используют бриллианты массой 0,08 кар и выше, теплопроводность низа и верха которых одинаковы и соответствуют алмазу или муассониту.

2.5.3. Аппаратурам материалы

2.5.3.1. Для проведения испытаний применяют:

- весы по ГОСТ 24104, оснащенные двумя расположенными друг над другом чашками для образца;

верхней -- сплошной, для взвешивания на воздухе;

нижней -- сетчатой, погруженной в сосуд с дистиллированной водой, для взвешивания испытуемого образца в жидкости;

- набор гирь по ГОСТ 7328;

- воду дистиллированную по ГОСТ 6709;

- термометр метеорологический стеклянный по ГОСТ 112.

2.5.4. Проведение контроля

2.5.4.1. Испытуемый образец помещают на верхнюю чашку весов и проводят взвешивание на воздухе сточ- ностью до 0,0001 г.

2.5.4.2. Испытуемый образец перемещают в воду на нижнюю чашку весов, избегая при этом образования налипших пузырьков воздуха на поверхности образца и нижней чашки.

2.5.4.3. Проводят взвешивание испытуемого образца в воде с точностью 0,0001 г.

2.5.5. Обработка результатов

2.5.5.1. Плотность испытуемого образца рассчитывают по формуле

X=M1pw/(M1-M2),(1)

где М1 -- масса испытуемого образца на воздухе, г; М2 -- масса испытуемого образца в воде, г; pw -- плотность воды при температуре измерений.

2.5.5.2. Ошибка измерений при массе испытуемого образца более 0,08 кар -- менее 3,8 % (0,13 г/см3).

2.6. Метод определения имитаций алмаза в поляризованном свете

2.6.1. Сущность метода

Метод основан на визуальном анализе картин двулучепреломления при просмотре испытуемого образца в поляризованном свете.

2.6.2. Отбор образцов

Для испытаний используют образцы массой более 0,01 кар, теплопроводности низа и верха которых заметно различаются, но соответствуют алмазу или муассониту, или образцы, теплопроводность низа которых измерить не удается.

2.6.3. Аппаратурам материалы 2.6.3.1 Для проведения испытаний применяют:

- оптический длиннофокусный микроскоп просвечивающего типа, оснащенный поляризатором света и вращающимся предметным столиком;

- спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300.

2.6.4. Проведение контроля

2.6.4.1. Наблюдая в окуляр микроскопа, юстировочными винтами совмещают ось вращения предметного столика с оптической осью микроскопа.

2.6.4.2. Испытуемый образец тщательно очищают и протирают спиртом,

2.6.4.3. Устанавливают испытуемый образец на ось вращения предметного столика микроскопа.

2.6.4.4. Наблюдая в окуляр микроскопа, вращением поляризаторов добиваются максимального погасания света.

2.6.4.5. Вращая предметный столик, просматривают интерференционные картины внутри испытуемого образца.

2.6.4.6. Изменяют положение испытуемого образца относительно оптической оси микроскопа и повторяют просмотр.

2.6.5. Обработка результатов

2.6.5.1. При интерпретации результатов необходимо учитывать, что интерференционные полосы сгущаются и деформируются вблизи различных концентраторов напряжений: швов, включений, трещин и т. д. Используя это, необходимо убедиться, что внутри испытуемого образца отсутствуют швы и плоскости склеивания.

2.6.5.2. В случае отсутствия швов и плоскостей склеивания необходимо провести дополнительные испытания согласно 2.3. -- 2.5., исходя из массы испытуемого образца.

2.6.5.3. Если в испытуемом образце имеются швы и плоскости склеивания, испытуемый образец является дублетом алмаз-муассонит.

2.7. Метод определения имитаций алмаза по фотолюминесценции

2.7.1. Сущность метода

2.7.1.1. Сущность метода заключается в возбуждении фотолюминесценции (флюоресценции) бриллианта излучением ультрафиолетового (УФ) источника света.

2.7.1.2. Наблюдение проводят визуально или с лупой при увеличении 2х -- 10*.

2.7.2. Отбор образцов

2.7.2.1. Для испытаний используют образцы массой более 0,01 кар, теплопроводности низа и верха кото- рыхзаметно различаются, но соответствуют алмазу или муассониту, или образцы, теплопроводность низа которых измерить не удается, а также образцы массой менее 0,01 кар.

2.7.3. Аппаратура и материалы

2.7.3.1. Для проведения контроля используют:

- настольный источникУФ света с длинами волн - 365 нм (длинноволновое излучение < W) и - 254 нм (коротковолновое излучение SW) мощностью 8 Вт каждый;

- приборы (рекомендуемые) КЗ-22 фирмы VILDIS; UVT0P-BL-T039 255 нм (Австрия); ртутные лампы ПРК-4 или СВДШ-150, снабженные светофильтрами УФС-2 и Нд365;

- лупу от 2х до 10х увеличения по ГОСТ 25706;

- пинцет ювелирной фирмы RUBIN&SON.

2.7.4. Проведение контроля

2.7,4.1. Прибор (лампу) включают в соответствии с прилагаемой инструкцией.

2.7.4.2. С помощью пинцета исследуемый образец размещают на рабочей поверхности прибора (лампы).

2.7.4.3. Устанавливают наличие свечения исследуемого образца.

2.7.5. Обработка результатов

2.7.5.1.Свечение присутствует -- исследуемый образец является бриллиантом.

2.7.5.2. Свечение отсутствует или заметно различается в нижней и верхней частях испытуемого образца-- необходимо проведение дополнительных испытаний согласно 2.3.--2.5. «и специальных методов исследований, исходя из массы испытуемого образца.

Примечания

1. Группа испытуемых образцов массой менее 0,10 кар ограниченно доступна только фотолюминесцентному анализу и для однозначной идентификации имитаций необходимы специальные методы исследований.

2. Наличие на испытуемых образцах пленочных покрытий радикально искажает результаты измерений коэффициента отражения и электропроводности, поэтомутесты по плотности и теплопроводности не дают однозначного ответа -- необходимы специальные методы исследований.

3. В случае неразрешимых сомнений испытуемые образцы любого размера могут быть подвергнуты специальным рентгеновским дифракционным исследованиям, результаты которых однозначны.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Метод КРС в полной мере удовлетворяет требованиям диагностики по критерию алмаз/имитация даже в том случае если исследуемый образец закреплен в изделии или инструменте.

2. Анализ спектрограмм бриллиантов с НРНТ воздействием позволяет предполагать, что некоторые признаки указанного воздействия могут быть обнаружены (характерная кривая фотолюминесценции, линии на 575 нм). Однако в редких случаях они могут и встречаться и на спектрограммах природных бриллиантов насыщенных цветов. Поэтому вопрос нуждается в более глубокой проработке.

3. Ввиду низкой разрешающей способности спектрометра - порядка 6 обратных см не представляется возможным исследовать на практике возможность диагностики образцов по критерию природа/синтетика на основании величины ширины импульса КРС на его полувысоте. Полуширина пика Рамана в природных и синтетических составляет 2,5…3,5 см-1.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Природные алмазы России // Под ред. В.Б. Кваскова. М.: АО Полярон, 1997.

2. Современные проблемы спектроскопии комбинационного рассеяния света // Под ред. М.М. Сущинского. М.: Наука, 1978. 173 с.

3. Кристаллическая структура минералов // Брегг У., Кларингбулл Г. М.: Мир 1961. 390 с.

4. Минералогический журнал // Н.Б. Решетняк, В.А. Резерский. т. 12, №5, 1990.

5. Природные и синтетические алмазы // Бокий Г.Б., Безрукова Г.Н., Клюев Ю.А. М.: Наука, 1986. 222 с.

Размещено на Allbest.ru