CN108709900A - 钻石快速批量筛选检测仪及钻石批量筛选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了钻石快速批量筛选检测仪及钻石批量筛选方法，属于测量测试的技术领域，尤其涉及利用光学手段检测天然钻石的技术领域。该检测仪包括：样品腔、托盘、X射线管、X射线高压电源、波长不同的两个紫外光源、照相机、白光光源、可伸缩机械臂、固定在可伸缩机械臂臂杆末端的X射线显示屏、控制器，通过可伸缩机械臂将用于显示X射线成像的显示屏传递至照相机镜头与样品成像平面之间，透视成像光学元件X射线管和显示屏分别位于样品两侧，将X射线荧光照片和磷光照片及影像照片、紫外线荧光照片、紫外线磷光照片与样品原始位置照片对比实现了从样品中快速批量地检出各类非天然钻石。
Description
技术领域
本发明公开了钻石快速批量筛选检测仪及钻石批量筛选方法，属于测量测试的技术领域，尤其涉及利用光学手段检测天然钻石的技术领域。
背景技术
钻石是由碳元素组成的无色晶体，是目前已知的自然存在的最硬的物质。钻石的折射率高，在光线的作用下，钻石变得耀眼生辉，所以钻石珠宝一直是时尚人士的追求。钻石的价格由于产量有限而居高不下，但钻石的需求量却逐年增长，有一些商人就开始寻找钻石的替代品，制造出人造钻石和实验室合成钻石，而一些不法商人就会将合成钻石混入天然钻石中以冒充天然钻石销售。通常达到一定尺寸的钻石都会经过珠宝检测实验室检测，实验室出具相应的检测证书标注钻石的类型和品质。对于很小尺寸的钻石而言，如0.01-0.05克拉的钻石（厘钻），实验室检测证书的价格可能已经高于这类钻石本身的价值，所以这些小尺寸钻石是没有证书来保障其真伪的，而这类小尺寸钻石的用量又非常大，比如一个戒指上可能镶嵌了一颗大尺寸的钻石，但是周围镶嵌了几十颗厘钻。而对于一次就会采购几百甚至几千颗厘钻的珠宝生产企业来说，他们需要快速地确认自己所采购的这些钻石中没有用人造钻石或实验室合成钻石冒充的天然钻石，买珠宝的客户也希望自己买到的钻石都是天然的，因此，需要从购买的钻石中筛选出天然钻石。
以前所提到的人造钻石通常是指立方氧化锆(Cubic Zirconia)和莫桑石（Moissanite），这是两种成本较低的人造钻石，立方氧化锆成本更低。人造钻石尤其是莫桑石外表同样闪闪发光，一般人难以区别钻石和这些人造钻石。专业人员借助硬度、比重、折射率等方法来区分立方氧化锆和莫桑石及天然钻石。
近两年，市场上出现了两种实验室合成钻石：HPHT（High Pressure HighTemperature,高温高压）钻石和CVD（Chemical Vapor Deposition，化学气相沉淀）钻石，它们是在实验室内利用特殊的设备制备生长出来的钻石，这不同于前面提到的人造钻石，由于HPHT和CVD钻石都是由碳元素组成且结构与天然钻石非常接近，所以其硬度、折射率、密度等指标都和天然钻石一样，即便是专业人员用以前的常规检测方法也无法区分天然钻石和实验室合成钻石。
根据对天然钻石和HPHT及CVD的深入研究，人们发现它们对于紫外线的光学反应是不同的：大多数天然钻石在紫外线的照射下会呈现蓝色的荧光，而当紫外线关闭时，荧光也会消失；而小部分的天然钻石会在紫外线的照射下呈现强荧光，紫外线关闭后仍然会有微弱的发光（深蓝色或弱黄色），我们称之为磷光；HPHT在不同波长紫外线的照射下无荧光或有弱荧光，但当紫外线关闭时，HPHT会呈现海蓝色（或浅蓝色）磷光；CVD在紫外线的照射下会出现弱的蓝色荧光，关闭紫外线后呈现绿色或橙色磷光。
根据这种光学特点，市场上有了利用紫外线检测天然钻石/CVD/HPHT的仪器，但是这种仪器只能用于天然钻石和HPHT及部分CVD的鉴别。由于CVD的生产商希望CVD更接近于天然钻石，已经通过对CVD的工艺的改变生产出可以不产生磷光的CVD，改进工艺后的CVD光学性能就更加接近天然钻石，紫外线仪器已经无法检测这类改进工艺后的CVD。利用拉曼光谱仪根据某些特定的波长能够检测这类无荧光或蓝色荧光且无磷光CVD，采用DiamondView根据钻石的生长纹也能够检测这类无荧光或蓝色荧光且无磷光CVD，但这两种方法都只能一颗一颗地检测，并且鉴别样品的尺寸要大于0.05ct。目前对于所有仪器的厂家来说，如何从钻石中快速批量地检测出这类更接近天然钻石的无荧光或蓝色荧光且无磷光CVD成为一个难题。
除了上述的合成钻石和人造钻石外，还有一些无色的宝石和钻石很像，如：无色钆镓榴石仿钻（GGG，Gadolinium Gallium Garnet）、无色蓝宝石（White Sapphire）、水晶。珠宝商批量购买小钻石的时候，在无法确认天然钻石中是否参杂HPHT和CVD的同时也无法确认这些小钻石中是否混有立方氧化锆和莫桑石及无色宝石，目前世界上还没有一台仪器可以批量地快速分辨天然钻石和非天然钻石。
发明内容
本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了能够从无色天然钻石中批量筛选出所有种类无色非天然钻石的快速批量筛选方法及检测仪，解决了目前没有仪器能够从无色天然钻石中批量筛选出所有种类无色非天然钻石的技术问题。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
钻石快速批量筛选检测仪，包括：样品腔、置于样品腔内的托盘、向托盘底部照射X射线的X射线管、向X射线管施加高压的X射线高压电源、向托盘正面照射紫外线的第一紫外光源和第二紫外光源、拍摄托盘正面图像的照相机、置于照相机镜头处的白光光源、可伸缩机械臂、固定在可伸缩机械臂臂杆末端的X射线显示屏、控制器，第一紫外光源、第二紫外光源为不同波长的紫外光源，可伸缩机械臂在收到控制器发送的控制信号时将X射线显示屏伸展至托盘正面和照相机镜头之间的空间内或收缩臂杆至原始位置，第一紫外光源、第二紫外光源、白光光源、X射线高压电源在收到控制器指令时开启或关闭。
进一步的，钻石快速批量筛选检测仪还包括向X射线高压电源供电的电源。
进一步的，钻石快速批量筛选检测仪中，第一紫外光源为连续波长紫外光源。
进一步的，钻石快速批量筛选检测仪中，第二紫外光源为长波紫外光源。
钻石批量筛选方法，通过上述检测仪实现，开启白光光源后获取记录样品原始位置的照片，关闭白光光源并开启X射线高压电源后获取X射线荧光照片，操作可伸缩机械臂将X射线显示屏伸展至托盘正面和照相机镜头之间的空间内后获取X射线影像照片，关闭X射线高压电源的瞬间获取X射线磷光照片，开启第二紫外光源后获取紫外线荧光照片，关闭第二紫外光源并开启第一紫外光源，在第一紫外光源连续照射样品数秒后关闭第一紫外光源，获取紫外线磷光照片，分别将X射线荧光照片、X射线影像照片、X射线磷光照片、紫外线荧光照片、紫外线磷光照片与样品原始位置的照片叠加对比样品的荧光成像、磷光成像及X射线影像，深蓝色X射线荧光、无X射线磷光、无X射线影像、长波紫外线下显蓝色荧光、连续波长紫外照射后无磷光的样品以及深蓝色X射线荧光、无X射线磷光、无X射线影像、长波紫外线下无荧光或显黄色荧光或显绿色荧光、连续波长紫外照射后无磷光的样品为天然钻石，无X射线荧光、无X射线磷光、无X射线影像、长波紫外线下有蓝色荧光、连续波长紫外照射后呈现绿色磷光或橙色磷光的样品为具有紫外磷光的CVD，无X射线荧光、无X射线磷光、有浅颜色X射线影像、长波紫外线下有蓝色或蓝紫色荧光、连续波长紫外照射后无磷光的样品为不具有紫外磷光的CVD。
进一步的，钻石批量筛选方法中，有浅蓝色X射线荧光、有浅蓝色X射线磷光、无X射线影像、长波紫外线下无荧光、连续波长紫外照射后呈现浅蓝色磷光的样品为HPHT。
进一步的，钻石批量筛选方法中，无X射线荧光、无X射线磷光、有深颜色X射线影像、长波紫外线下无荧光、连续波长紫外照射后无磷光的样品为立方氧化锆。
进一步的，钻石批量筛选方法中，无X射线荧光、无X射线磷光、有略深颜色X射线影像、长波紫外线下无荧光、连续波长紫外照射后无磷光的样品为莫桑石。
进一步的，钻石批量筛选方法中，有暗红色X射线荧光、无X射线磷光、有深颜色X射线影像、长波紫外线下无荧光、连续波长紫外照射后无磷光的样品为钆镓榴石。
进一步的，钻石批量筛选方法中，有深颜色X射线影像的样品为玻璃及其它仿钻。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：引入了波长比紫外线短的X射线作为激发光源，并选用长波长紫外光源和连续波长紫外光源作为激发光源，通过可伸缩机械臂将用于显示X射线成像的显示屏传递至照相机镜头与样品成像平面之间，成像光学元件X射线管和显示屏分别位于样品的两侧，相机既能拍摄到X射线的透视影像又能拍摄到紫外照射下的荧光照片和紫外照射后的磷光照片，将X射线荧光照片和磷光照片及影像照片、紫外线荧光照片、紫外线磷光照片与样品原始位置照片对比，总结出天然钻石、人造钻石、合成钻石、无色宝石、仿钻的光学成像特性，使用者借助本申请公开的检测仪能够从样品中快速批量地检出各类无色非天然钻石。
附图说明
图1为钻石快速批量筛选检测仪的结构图。
图中标号说明：1、电源，2、X射线高压电源，3、X射线管，4、可伸缩机械臂，5、X射线显示屏，6、照相机，7、托盘，8、控制器，9、白光光源，10、第一紫外光源，11、第二紫外光源,12、样品腔。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
常用紫外线波长在190nm-400nm，用紫外线照射激发样品时，紫外光源发射紫外线的同时释放出蓝色的可见光，这种可见光会对样品荧光颜色的观察产生影响。另外，天然钻石在紫外线照射下呈现蓝色荧光而在关闭紫外线后无磷光，为了使CVD特性更加接近天然钻石，CVD的生产厂家也对市场上的仪器进行研究，经过特殊工艺使得CVD经过紫外线照射不产生磷光，这样就可以骗过市场上的紫外线仪器。经过研究和大量实验，我们采用紫外线和比紫外线波长更短的X射线作为激发光源。
本申请公开的钻石快速批量筛选检测仪如图1所示，包括：样品腔12、托盘7、向托盘底部照射X射线的X射线管3、向托盘正面照射紫外线的第一紫外光源10和第二紫外光源11、拍摄托盘正面高清图像的照相机6、置于照相机镜头处的白光光源9、可伸缩机械臂4、固定在可伸缩机械臂4臂杆末端的X射线显示屏5、控制可伸缩机械臂动作的控制器8。
X射线由X射线管发射，X射线管是一个高真空的玻璃管，需要在高电压下才能产生X射线。电源1用于给X射线高压电源2供电，X射线高压电源产生的高压输出到X射线管3使X射线管3产生X射线。白光光源9用于在测试前给照相机6提供补光。第一紫外光源10和第二紫外光源11是不同波长的紫外光源，例如，第一紫外光源10为160-400nm的连续波长紫外光源，第二紫外光源11为365nm的长波紫外光源。
由于很多材料对紫外线有阻隔的作用，为了使样品能够充分受到紫外线的照射激发，照相机能够拍摄到样品的荧光照片和磷光照片，紫外线光源和照相机都位于样品的同一侧。由于X射线波长更短且穿透能力更强，所以可用X射线做透视成像，透视成像光学元件的X射线管和显示屏分别位于样品的两侧，X射线照射到样品上，有的样品会吸收一部分X射线，穿透过去的X射线会在显示屏上呈现出部分样品的透视影像，所以相机要在显示屏的背面进行拍照。为了使相机既能拍摄到X射线的透视影像又能拍摄到紫外照射下的荧光照片和紫外照射后的磷光照片，我们在这个光路中加入一个机械部件，在拍摄X射线影像照片的时候，将X射线的成像显示屏送到托盘上方用于呈现样品的透视影像，照相机拍摄显示屏背面照片。
测试之前，将样品放置于托盘7上，将托盘7放入仪器的样品腔12内，关上样品腔门，确保照相机6聚焦在托盘上的样品。
开始检测，控制器控制白光光源、X射线光源和两个紫外光源的开启以及可伸缩机械臂的动作，采集样品的6张照片：记录样品原始位置的照片1、X射荧光照片2、X射线影像照片3、X射线磷光照片4、紫外线荧光照片5、紫外线磷光照片6。将照片2至6分别与照片1叠加来确定非天然钻石的位置进而批量筛选出非天然钻石。
照片1的获取：控制器8开启白光光源9并控制照相机6获取样品在白光照明下的照片1，获取照片1后，控制器8关闭白光光源9。
照片2的获取：控制器8控制X射线高压电源2产生高压，X射线管3在高压的作用下产生X射线，X射线照射到样品上，样品产生荧光，控制器8控制照相机6拍摄X射线荧光照片2。
照片3的获取：控制器8控制可伸缩机械臂4将X射线显示屏5运送到样品区域的上方，X射线显示屏5上呈现出样品的X射线影像，控制器8控制照相机6拍摄X射线显示屏5背面的照片，即，获取X射线影像照片3，拍摄好X射线影像照片3后，控制器8控制可伸缩机械臂4将X射线显示屏5运送回原始位置。
照片4的获取：控制器8向X射线高压电源2发出关闭X射线的指令，在X射线关闭的瞬间，控制器8控制照相机6获取X射线磷光照片4。
照片5的获取：控制器8开启第二紫外光源（波长365nm）11，并控制照相机6获取长波紫外光照射下的荧光照片5，拍摄好长波紫外线荧光照片5后，控制器8关闭第二紫外光源。
照片6的获取：控制器8开启第一紫外光源10，n秒后关闭第一紫外光源10，同时，控制照相机6获取连续波长紫外线照射后的磷光照片6。
在开始测试前的准备工作中，需要调节照相机以使其聚焦到托盘内的样品表面，照相机拍摄的照片1、照片2、照片4、照片5、照片6都是在样品表面成像的，而照片3是在X射线显示屏的背面成像的，即，照片3的成像面距离照相机6更近，所以照片3记录的影像被放大，这样照片3中的样品尺寸大于照片1 中样品的原始尺寸，如果两张照片直接叠加，相应的样品的位置无法对齐，这样就无法准确找出有问题的样品的位置。所以需要对照片3进行一定比例的缩小处理以使其记录的样品尺寸与照片1相同，以某一点为原点对缩小尺寸后的照片3进行平移以使该原点和照片1中的对应点相重合，这样才能实现照片3和照片1的叠加对比。
经试验，我们发现：
（1）叠加照片1和照片2时：X射线荧光照片上深蓝色荧光区域处的样品为天然钻石，X射线荧光照片上浅蓝色荧光区域处的样品为HPHT钻石，X射线荧光照片上暗红色荧光区处的样品为钆镓榴石；
（2）叠加照片1和照片3：X射线影像图片上浅色影像处的样品为无磷光CVD，X射线影像图片上深色区域处的样品为人造立方氧化锆或莫桑石或钆镓榴石或其它仿钻；
（3）叠加照片1和照片4：X射线磷光照片上浅蓝色磷光区域处的样品为HPHT；
（4）叠加照片1和照片5：长波紫外线荧光照片上蓝荧光区域处的样品为天然钻石，长波紫外线荧光照片上暗蓝荧光区域处的样品为CVD；
（5）叠加照片1和照片6：连续波长紫外线磷光照片上蓝色磷光区域处的样品为HPHT，连续波长紫外线磷光照片上绿色磷光区域处的样品为有磷光CVD。
我们总结出天然钻石、人造钻石、合成钻石、无色宝石、仿钻具有如下的光学成像特性：
（1）天然钻石具备以下特点：有深蓝色X射线荧光，无X射线磷光，无X射线影像，长波紫外线下大多数显蓝色荧光而少数无荧光或显黄色荧光或绿色荧光，连续波长紫外照射后无磷光；
（2）HPHT具备以下特点：有浅蓝色X射线荧光，有浅蓝色X射线磷光，无X射线影像，长波紫外线下无荧光，连续波长紫外照射后呈现浅蓝色磷光；
（3）具有紫外磷光的CVD具备以下特点：无X射线荧光，无X射线磷光，无X射线影像，长波紫外线下有蓝色荧光，连续波长紫外照射后呈现绿色磷光或橙色磷光；不具有紫外磷光的CVD具备以下特点：无X射线荧光，无X射线磷光，有颜色浅的X射线影像，长波紫外线下有蓝色或蓝紫色荧光，连续波长紫外照射后无磷光；
（4）立方氧化锆具备以下特点：无X射线荧光，无X射线磷光，有颜色深的X射线影像，长波紫外线下无荧光，连续波长紫外照射后无磷光；
（5）莫桑石具备以下特点：无X射线荧光，无X射线磷光，有颜色略深的X射线影像，长波紫外线下无荧光，连续波长紫外照射后无磷光；
（6）钆镓榴石具备以下特点：有暗红色X射线荧光，无X射线磷光，有颜色深的X射线影像，长波紫外线下无荧光，连续波长紫外照射后无磷光；
（7）玻璃及其他仿钻具备以下特点：有颜色深的X射线影像。
遵循上述光学特性，使用者根据照片比对结果即可批量筛选出非天然钻石。
Claims (10)
1.钻石快速批量筛选检测仪，其特征在于，包括：样品腔（12）、置于样品腔内的托盘（7）、向托盘底部照射X射线的X射线管（3）、向X射线管（3）施加高压的X射线高压电源（2）、向托盘正面照射紫外线的第一紫外光源（10）和第二紫外光源（11）、拍摄托盘正面图像的照相机（6）、置于照相机镜头处的白光光源（9）、可伸缩机械臂（4）、固定在可伸缩机械臂（4）臂杆末端的X射线显示屏（5）、控制器（8），第一紫外光源（10）、第二紫外光源（11）为不同波长的紫外光源，所述可伸缩机械臂在收到控制器发送的控制信号时将X射线显示屏伸展至托盘正面和照相机镜头之间的空间内或收缩臂杆至原始位置，第一紫外光源（10）、第二紫外光源（11）、白光光源（9）、X射线高压电源（2）在收到控制器（8）指令时开启或关闭。
2.根据权利要求1所述钻石快速批量筛选检测仪，其特征在于，所述检测仪还包括向X射线高压电源（2）供电的电源（1）。
3.根据权利要求1所述钻石快速批量筛选检测仪，其特征在于，第一紫外光源（10）为连续波长紫外光源。
4.根据权利要求1所述钻石快速批量筛选检测仪，其特征在于，第二紫外光源（11）为长波紫外光源。
5.钻石批量筛选方法，其特征在于，通过权利要求1所述检测仪实现，开启白光光源后获取记录样品原始位置的照片，关闭白光光源并开启X射线高压电源后获取X射线荧光照片，操作可伸缩机械臂将X射线显示屏伸展至托盘正面和照相机镜头之间的空间内后获取X射线影像照片，关闭X射线高压电源的瞬间获取X射线磷光照片，开启第二紫外光源后获取紫外线荧光照片，关闭第二紫外光源并开启第一紫外光源，在第一紫外光源连续照射样品数秒后关闭第一紫外光源，获取紫外线磷光照片，分别将X射线荧光照片、X射线影像照片、X射线磷光照片、紫外线荧光照片、紫外线磷光照片与样品原始位置的照片叠加对比样品的荧光成像、磷光成像及X射线影像，深蓝色X射线荧光、无X射线磷光、无X射线影像、长波紫外线下显蓝色荧光、连续波长紫外照射后无磷光的样品以及深蓝色X射线荧光、无X射线磷光、无X射线影像、长波紫外线下无荧光或显黄色荧光或显绿色荧光、连续波长紫外照射后无磷光的样品为天然钻石，无X射线荧光、无X射线磷光、无X射线影像、长波紫外线下有蓝色荧光、连续波长紫外照射后呈现绿色磷光或橙色磷光的样品为具有紫外磷光的CVD，无X射线荧光、无X射线磷光、有浅颜色X射线影像、长波紫外线下有蓝色或蓝紫色荧光、连续波长紫外照射后无磷光的样品为不具有紫外磷光的CVD。
6.根据权利要求5所述钻石批量筛选方法，其特征在于，有浅蓝色X射线荧光、有浅蓝色X射线磷光、无X射线影像、长波紫外线下无荧光、连续波长紫外照射后呈现浅蓝色磷光的样品为HPHT。
7.根据权利要求5所述钻石批量筛选方法，其特征在于，无X射线荧光、无X射线磷光、有深颜色X射线影像、长波紫外线下无荧光、连续波长紫外照射后无磷光的样品为立方氧化锆。
8.根据权利要求5所述钻石批量筛选方法，其特征在于，无X射线荧光、无X射线磷光、有略深颜色X射线影像、长波紫外线下无荧光、连续波长紫外照射后无磷光的样品为莫桑石。
9.根据权利要求5所述钻石批量筛选方法，其特征在于，有暗红色X射线荧光、无X射线磷光、有深颜色X射线影像、长波紫外线下无荧光、连续波长紫外照射后无磷光的样品为钆镓榴石。
10.根据权利要求5所述钻石批量筛选方法，其特征在于，有深颜色X射线影像的样品为玻璃及其它仿钻。
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