一种基于以405nm为激发波长的拉曼光谱判断钻石类型与颜色等级的方法与流程

1.本发明属于钻石检测技术领域，具体涉及一种基于以405nm为激发波长的拉曼光谱判断钻石类型与颜色等级的方法，该方法能够用于判定的钻石类型即是否含有杂质n元素及钻石颜色等级判定。


背景技术：

2.钻石，属于天然宝玉石矿物之一，因其具有“永恒”及“鉴贞爱情”等美好寓意，深受珠宝爱好者、特别是年轻消费群体的喜爱。与此同时，钻石具有极佳的硬度及稳定性，特别是优异的光学特性及超宽禁带等特征，一直是半导体材料、量子信息处理及量子计算研究领域的经典研究对象。鉴于钻石在珠宝与工业应用上的巨大市场及天然钻石资源的日渐匮乏，科研人员自上世纪50年代就开始对人工合成钻石的生产制备进行研究。近些年，钻石在应用、性能、品质等级（大小、净度、颜色等）上都发生了质的提升。显而易见，合成钻石工业的进步，极大地促进了新材料产业的迅猛发展。同时，也给宝石级钻石消费市场带来了深远的影响。
3.众所周知，在合成钻石制备及优化处理技术不断更迭提升的同时，合成钻石的检测也反向为制备或优化处理工艺的改进升级提供理论依据与技术支撑。其中，涉及合成钻石的光谱检测技术在助力其制备工艺、品质提升及产品向多元化发展上发挥着极为重要的推动作用。就钻石相关的光谱检测技术而言，相关工作主要聚焦在应用光谱设备探究钻石晶体结构特征、光学缺陷及缺陷对钻石颜色、荧光产生的影响机制，如荧光光谱、光致（pl）光谱、红外（ir）光谱、阴极发光光谱、电子顺磁共振光谱、拉曼（raman）、紫外可见（uv-vis）漫反射光谱等。其中，在上述众多的光谱研究方法中，利用在液氮温度下、多个激发波长开展钻石pl光谱检测则是最为主要的研究手段。然而，相比钻石的pl光谱研究，raman光谱在探究钻石晶体结构、光学缺陷特征上同样具有极重要且广泛的应用，但相比钻石的pl光谱研究，有关不同激发波长下钻石raman光谱的探究工作则相对较少，特别是在室温下、基于同一激发波长不同激发能量或同一激发波长不同光栅条件下就不同类型钻石的raman 光谱的研究工作则更为少见。因此，开展相关激发波长下钻石的raman光谱特征的深入研究对于系统认知钻石的光谱学及其晶体结构特征具有重要的研究意义。
4.与此同时，直至目前就钻石的类型分类依据而言，全都基于样品在ir光谱检测中光谱特征峰位信息进而对样品予以类型的定性。然而，在日常基于ir光谱对钻石样品类型判定的检测中不难发现，在钻石的ir漫反射光谱的信息采集时，ir光谱设备对待检样品的形貌特征（是否有局部区域的较平整表面）、表面的水分赋存及样品直径大小需有一定的要求，特别是要求样品的大小需大于检测窗口。因此，上述种种因素对红外谱图的采集质量产生较大的影响，进而给结果的定性带来一定的风险。且更值得指出的是，因钻石中杂质n元素对钻石的颜色等级产生较重要的影响，在当前钻石颜色定性主要依靠检测人员的主观经验予以确定的背景下，因在长时间工作强度下导致视觉疲劳及商业利益等人为因素可对钻
石颜色的定性结果产生一定的影响。因此，可以基于以405nm为激发波长的raman光谱中n杂质特征峰的强弱为钻石颜色等级的判定提供理论支撑。


技术实现要素：

5.针对目前钻石拉曼光谱研究的缺陷及当前红外光谱仪在钻石类型检测特别是针对厘石类型检测技术的短板问题，本发明的目的在于设计提供一种基于以405nm为激发波长的拉曼光谱判断钻石类型与颜色等级的方法，具体通过以下技术方案加以实现：所述的一种基于以405nm为激发波长的拉曼光谱判断钻石类型与颜色等级的方法，该方法选用激光光源波长为405nm的拉曼光谱仪，激光功率为30mw，判断钻石类型及颜色等级，具体检测步骤如下：1）对待检样品进行拉曼光谱检测，激发波长为405nm，采集样品信息的物镜设置为50倍或100倍，所得的光谱图的横坐标为拉曼位移，拉曼光谱仪的收集范围在100-4000cm-1
；2）依据步骤1）所获得的拉曼谱图中在1331-1333cm-1
处是否存明显且锐利的特征峰，初定判定所采集的样品是否为钻石材质；a）拉曼谱图中在1331-1333cm-1
处无明显特征峰，可判定所检样品为非钻石，无需对样品的类型进一步分类；b）拉曼谱图中在1331-1333cm-1
处存在明显且锐利的特征峰时，判定所检样品为钻石，需对样品的类型进一步分类；3）对步骤2）中判定为钻石的样品再次进行拉曼光谱特征峰的识别、归属定性，进而确定钻石的类型；针对步骤3）中的样品进行raman光谱检测（光谱经基线校正），其中激发波长的能量可递增至100%，若待检钻石样品对应的raman光谱中在628、1332、1920、2159、2584与3040cm-1
附近处存在特征峰（上述各特征峰可以不同时存在，但628cm-1
的特征峰必须存在，即上述特征峰位中628cm-1
的峰强最强），可判定该类钻石415型，即含集合n杂质，且为ia型天然钻石；同时，需进一步说明的是，上述特征峰位越强即杂质n元素的含量越大，对钻石颜色的影响越大，钻石的颜色等级则较低；若待检钻石样品对应的raman光谱中在628cm-1
附近无特征峰（其中raman光谱检测中激发波长的能量值可设置至100%），此时初定该类钻石为非415nm型，或低于以405nm为激发波长的raman光谱的检出限。
6.进一步地，415nm型的钻石的晶体结构中存在415nm零声子线。
7.进一步地，待检样品进行拉曼光谱检测时，鉴于钻石样品中n杂质的赋存位置存在不同晶面的择优取向性，采用在待检样品的表面予以多点测试或采用局部的面扫。
8.进一步地，步骤1）中，待检样品的形貌无特殊限定，质量大小为厘石至克拉钻。
9.进一步地，进行样品拉曼光谱采集检测时，激发波长的能量设定以不湮灭钻石样品的特征峰为宜。
10.本发明利用拉曼光谱初步判断钻石类型及颜色等级的方法，其具有方法准确、无损、快速，可为钻石的天然与合成属性及颜色等级的定性提供普适、便捷的指向性鉴定依据,并为钻石市场的健康稳定发展提供强有力的智力保障。
附图说明
11.图1为以405nm、532nm与785nm 为激发波长时，同一批次钻石（颜色分别为d～l色的标准比色石）的raman 光谱的异同特征；图2为实施例1样品（cvd合成钻石，无415nm型）在以405nm 为激发波长下raman 光谱；图3为实施例2样品（无色近无色hthp合成钻石，无415nm型）在以405nm 为激发波长下raman 光谱；图4为实施例3样品（天然钻石，415型且含较低浓度415nm）在以405nm 为激发波长下raman 光谱；图5为实施例4样品(高温高压合成黄色钻石)在以405nm 为激发波长下raman 光谱；图6为实施例5样品（天然钻石）在以405nm 为激发波长下raman光谱。
具体实施方式
12.以下根据说明书附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述，以便更好地理解本技术方案。
13.本发明方法相较于ir光谱设备对待检样品的形貌特征（是否有局部区域的较平整表面）、表面的水分赋存及样品直径大小需有一定的要求，特别是要求样品的大小需大于检测窗口的要求，raman光谱对样品形貌、直径大小等无苛刻的要求，且在以405nm为激发波长的条件下，可实现钻石晶体结构中杂质n元素的检测如n3，见图1，进而实现对钻石类型的初步定性，对比图1中的图a～c可见，仅当以405nm为激发波长时，在其对应的raman光谱中方可检测到钻石样品中归属于n3系列的特征峰，其中约628cm-1
处的特征峰最为突出。
14.实施例1对待检样品进行raman光谱检测。其中激发波长为405nm，激光能量参数设置为0.0001%～10%。采集样品信息的物镜设置为100倍，所述的光谱图的横坐标为拉曼位移（raman shift/cm-1
），记录范围为100～4000cm-1
；
②
依据步骤所得样品的raman光谱，如图2所示，谱图中在1331-1333cm-1
处存在明显且锐利的特征峰时，判定所检样品为钻石，对该钻石类样品需进一步予以类型的判别；对步骤
②
中判定该钻石的raman光谱特征峰的识别，其对应的raman光谱中在628、1332、1920、2159、2584 与3040cm-1
附近处均不存在特征峰可判定该类钻石为非415nm型，且钻石的合成属性较大。
15.实施例2对待检样品进行raman光谱检测。其中激发波长为405nm，激光能量参数设置为0.0001%～10%。采集样品信息的物镜设置为50倍，所述的光谱图的横坐标为拉曼位移（raman shift/cm-1
），记录范围为100～4000cm-1
；
②
依据步骤所得样品的raman光谱，如图3所示，谱图中在1331-1333cm-1
处存在
明显且锐利的特征峰时，判定所检样品为钻石，对该钻石类样品需进一步予以类型的判别；对步骤
②
中判定该钻石的raman光谱特征峰的识别，其对应的raman光谱中在628、1332、1920、2159、2584 与3040cm-1
附近处均不存在特征峰，据此可判定该类钻石为非415nm型，且钻石的合成属性较大。
16.实施例3对待检样品进行raman光谱检测。其中激发波长为405nm，激光能量参数设置为0.05%～5%。采集样品信息的物镜设置为100倍，所述的光谱图的横坐标为拉曼位移（raman shift/cm-1
），记录范围为100～4000cm-1
；
②
依据步骤所得样品的raman光谱，如图所示，谱图中在1331-1333cm-1
处存在明显且锐利的特征峰时，判定所检样品为钻石，对该钻石类样品需进一步予以类型的判别；对步骤
②
中判定该钻石的raman光谱特征峰的识别，其对应的raman光谱中除了明显可见1332cm-1
处的特征峰外，随着激发能量的增加，可见在628cm-1
附近处存在较弱的特征峰，据此可判定该类钻石为415nm型，且415nm对应的钻石中n3的浓度较低，同时钻石的属性为天然钻石。
17.实施例4对待检样品进行raman光谱检测。其中激发波长为405nm，激光能量参数设置为0.0001%～10%。采集样品信息的物镜设置为100倍，所述的光谱图的横坐标为拉曼位移（raman shift/cm-1
），记录范围为100～4000cm-1
；
②
依据步骤所得样品的raman光谱，如图5所示，谱图中在1331-1333cm-1
处存在明显且锐利的特征峰时，判定所检样品为钻石，对该钻石类样品需进一步予以类型的判别；对步骤
②
中判定该钻石的raman光谱特征峰的识别，其对应的raman光谱中在628、1332、1920、2159、2584 与3040cm-1
附近处均不存在特征峰，据此可判定该类钻石为非415nm型，且钻石的合成属性较大。
18.实施例5对待检样品进行raman光谱检测。其中激发波长为405nm，激光能量参数设置为0.0001%～0.5%。采集样品信息的物镜设置为100倍，所述的光谱图的横坐标为拉曼位移（raman shift/cm-1
），记录范围为100～4000cm-1
；
②
依据步骤所得样品的raman光谱，如图6所示，谱图中在1331-1333cm-1
处存在明显且锐利的特征峰时，判定所检样品为钻石，对该钻石类样品需进一步予以类型的判别；对步骤
②
中判定该钻石的raman光谱特征峰的识别，其对应的raman光谱中明显可见在628、1332、1920、2159、2584 与3040cm-1
附近处存在特征峰，据此可判定该类钻石为415nm型，且其对应的钻石晶格中n3的浓度较大，且钻石的属性为天然钻石。