(www.azom.com) - Лазерная рамановская микроспектроскопия является стандартным аналитическим методом, применяемым во многих геммологических лабораториях. Этот метод также эффективен для проведения анализа люминесценции. Набор проанализированных бриллиантов включает натуральные цветные драгоценные камни или драгоценные камни, у которых проведено усилением цвета с помощью специальной обработки (облучение, нагрев и т.д.).
В этой статье описывается эксперимент, помогающий понять, вызывает ли фотолюминесценция (PL), создаваемая возбуждением этих бриллиантов в УФ области спектра, значительные изменения, основываясь на методе, используемом для окрашивания драгоценных камней. На самом деле, рутинные характеристики, основанные на данных анализа фотолюминесценции, позволяют определить, является ли бриллиант первоначально бесцветным или подвергся обработке по обесцвечиванию, например, обработке с помощью высокой температуры под высоким давлением (НТНР). Кроме того, фотолюминесценция может быть полезной для подтверждения применения соответствующей обработки по усилению цвета бриллианта.
Оборудование
В этом эксперименте используется оборудование LabRAM HR UV-Vis и компактная система комбинационного рассеяния с фокусным расстоянием 800 мм и имеющая внутренний He-Ne лазер мощностью 17 мВт при 632,8 нм. Система также имеет внешний вход для обеспечения линии гелиево-кадмиевого лазера 325 нм. Анализируемый спектральный диапазон охватывает широкую область от 388 нм до 780 нм, захватывая комбинационное рассеяние и фотолюминесценцию.
Условия проведения измерений
Для каждого бриллианта измерения проводились при комнатной температуре и при температуре минус 100°C. В действительности, полосы люминесценции становились резче при температуре минус 100°C, тем самым облегчая определение структуры и интенсивности люминесценции при 100оС и отнесение полос люминесценции к центрам окраски в кристаллографической структуре бриллианта.
Образование центров окраски в структуре бриллианта вызвано вакансиями в атомах азота. Они разделены на категории по типам бриллиантов (Ib, laA, laB) и центрам дефектов (N3, H3, H4, N-V). Стадия мониторинга температуры позволяет образцам охлаждаться без труда.
Результаты экспериментов
Были уловлены спектры фотолюминесценции природных коричневых и желтых бриллиантов, и было проведено сравнение их со спектрами фотолюминесценции соответствующих бриллиантов, прошедших обработку по усилению цвета. Этот эксперимент также включал анализ спектров фотолюминесценции искусственных фиолетовых и зеленых бриллиантов.
Влияние температуры на спектры фотолюминесценции
Первый спектр, показанный на рисунке 1, состоит из полосы комбинационного рассеяния бриллианта, расположенной на длине волны 340 нм (1332 см-1), с полосами люминесценции от 400 нм до 650 нм. Люминесценция становится более резкой и интенсивной при понижении температуры, как видно из Рис. 2.
Необработанные/обработанные и подвергнутые отжигу коричневые бриллианты
Спектр фотолюминесценции обработанных и подвергнутых отжигу коричневых бриллиантов показывает новые полосы на отметках 415 нм, 496 нм и 503 нм, которые относятся к системам N3, H3 и H4, соответственно. Эти системы могут быть созданы с помощью обработки и отжига природных коричневых бриллиантов. Кроме того, в диапазоне 400 нм – 450 нм имеется модификация в спектре с новым пиком на отметке 415 нм. Следовательно, фотолюминесценция, испускаемая примерно с отметки 400 – 450 нм, может дать характерные признаки специальной обработки, которая придает бриллианту коричневый цвет. Спектры природных и обработанных коричневых бриллиантов при температуре минус 100°C, показаны на Рис. 3.
Необработанные/облученные и подвергнутые отжигу желтые бриллианты
Цвет природных желтых бриллиантов обычно объясняется присутствием системы N3. Следовательно, спектр люминесценции природных желтых бриллиантов показывает полосу на длине волны 415 нм, характерной для системы N3.
Спектр фотолюминесценции облученных и подвергнутых отжигу желтых бриллиантов показывает другие полосы фотолюминесценции при длине волны 496 нм (H3) и 503 нм (H4).
Эти последние полосы фотолюминесценции подтверждают способность рамановского спектрометра идентифицировать специальную обработку, применяемую для усиления цвета желтых бриллиантов. Полосы фотолюминесценции природных и облученных желтых бриллиантов при температуре минус 100°C, показаны на Рис. 4.
Спектр фотолюминесценции облученного фиолетового бриллианта показывает специфические свойства при больших значениях длины волны, которые характерны для центров N-V (рисунок 6).
Вывод
Анализы фотолюминесценции, проведенные с помощью рамановского спектрометра LabRAM HR, способны выявить обработку по усилению цвета, проведенную для природных коричневых и желтых бриллиантов. Они также могут регистрировать признаки фотолюминесценции зеленых и фиолетовых бриллиантов, а также определять и относить к центрам дефектов, ответственным за цвет бриллианта. Эти результаты ясно показывают способность рамановского спектрометра определять мелкие дефекты в структуре бриллианта с помощью анализа фотолюминесценции.
