钻石颜色分级的定量探讨①

杨 晔，陈美华，胡 葳

（中国地质大学珠宝学院，湖北 武汉 430074）

引言

目前国外已有许多宝石研究机构致力于宝石颜色测量技术的研究，并已有成功开发钻石测色仪器的相关报道。主要有以下4种仪器的报道，以色列Gran计算机工业（股份）有限公司生产的DC3000 Gran型钻石色度计，金刚石宝石实验室（Adamas Gemological Laboratory）研制的SAS2000型分光光度计［1］，国际钻石实验室（International Diamond Laboratories）研制的钻石颜色自动分级仪，Sarin技术有限公司研制的Colibri分级仪。而国内目前还没有钻石颜色分级仪研发成功的相关报道，本文采用USB4000光纤光谱仪对I—MN 5个色级的钻石进行了测试，初步探讨了这5个色级钻石颜色分级色度学参数的范围，为以后用仪器对钻石颜色进行分级做了初步的探讨。

1 研究背景

人眼能识别颜色的三种特性：色调、明度、饱和度。这三者即为颜色三要素［2］。

色调指彩色之间彼此相互区分的特性，表示红、黄、绿、蓝、紫等［3］。由光的主波长决定，不同的主波长对应的色调不同（表1）。

表1 主波长与颜色的对应关系Table 1 The relationships between dominant wavelength and color

饱和度：指彩色的浓度或彩色光所呈现颜色的深浅和鲜艳程度。对于同一色调的彩色光，饱和度越高，颜色就越深。饱和度用兴奋纯度来表示。

明度：人眼对所观察宝石表面的明暗程度的感觉，与进入人眼的光亮度相关，光亮度越大，明度越大。明度用亮度纯度来表示。

2 钻石颜色的测量实验

本实验采用世界海洋光学公司生产的USB4000光纤光谱仪进行测试。测量波长范围为380～700nm，光纤与钻石台面呈90度反射，常温测试，照明光源为D65，视场为20，波长间隔为0.12nm，采集积分时间为100ms。实验标本为I—MN 5个色级（I色级12颗，J色级10颗，K色级13颗，L色级12颗，MN色级9颗）55颗颜色为淡黄－黄色的标准圆刻面型钻石。

3 实验结果

3.1 实验数据的分析

表2是对各色级钻石所得色度学参数的一个总结，所测淡黄色到黄色钻石的主波长都落在550～590nm范围内，这表示所测钻石的色调为黄色［5］，与眼睛所观察一致。且随着色级的增加，主波长呈现递减的趋势。从兴奋纯度来看，随着色级的增加，钻石的兴奋纯度大体呈上升的趋势。色度坐标中x，y，z分别代表了红色、绿色、蓝色所占的比例，由表中可以看出，随着色级的增加，蓝色所占的比例依次减小，红色与绿色的和所占的比例在增加，由颜色匹配方程红色＋绿色＝黄色，可知黄色所占的比例在增加［6］。这与兴奋纯度显示的结果相一致。从亮度纯度来看，亮度纯度随着色级的增加也呈现递增的趋势。表明钻石色级增加时，其接近光谱色颜色的程度越深。

基于本实验，将所有淡黄色到黄色钻石标本的数据通过波长、兴奋纯度和亮度纯度进行统计和分类，得出了各色级的大致范围（表2）。

表2 各色级色度学参数Table 2 The colorimetry data of different color grade

3.2 色品图结果分析

将所得的各个点投到色品图上可以更直观地观察各色级之间的相互联系与规律，可对钻石标本的色度参数规律进行定性的分析。分别选取了I—MN色级各1颗钻石标本（编号分别为289、175、92、41、216）进行色品图规律的研究（图1）。将所得的点与光源D65所对应的坐标相连并延长，与马蹄形图相交的点所对应的波长为570nm左右，表明钻石色调为黄色。为了进一步观察其特点，将色品图进行放大（图2）。在图2中，5个色级的点基本上分布于直线两侧，且由内向外顺序依次为I、J、K、L、MN色级。在色品图中，越靠近马蹄形图中主波长所对应的点，其饱和度就越高。在图2中，饱和度大小依次为MN＞L＞K＞J＞I。

图1 I—MN色级钻石的色品图Fig.1 Chromaticity diagram of color grade I to MN

图2 五个色级钻石局部放大色品图Fig.2 The amplified chromaticity diagram of five different color grades

3.3 I—MN色级紫外—可见光光谱的分析

实验结果如图3所示，钻石标本具有N3（396、405、417）和 N2（453、480）的吸收峰［7］。虽然480nm的吸收比417nm吸收峰弱很多，但人眼对光的响应在480nm处比417nm处灵敏许多［8］，所以N2对钻石颜色的影响大于N3，N2吸收了蓝光，从而使钻石呈现其补色的颜色，即淡黄色。图3中，N3中心引起的480nm的吸收峰从弱到强的顺序为I＜J＜K＜L＜MN，这与钻石色级的排列顺序一致。这是因为当钻石对蓝光吸收越强时，黄色消色成分的比例就越少，则黄色的饱和度也就越高［9］。综上所述，可以通过紫外可见吸收光谱对钻石的色调与饱和度大小进行定性的判断。

图3 I—MN色级钻石紫外吸收光谱对比Fig.3 UV－Vis absorption spectrum of color grade I to MN

4 结论

运用色度学原理，对钻石色度学参数、色品图和紫外可见吸收光谱的测定，可以有效地对钻石色级信息进行归纳和总结，进而建立钻石颜色量化体系，并运用到实际分级工作中。由于标本所限，影响钻石颜色测试的因素很多，本研究还需要进一步的探讨，例如从单一影响因素（荧光、切工、钻石大小等）进行探讨，研究它们对钻石颜色的影响，将大量钻石测量所得的数据及图谱进行分类总结，确定各色级钻石参数范围，并将仪器进行改进，最终实现对钻石颜色分级量化的目的。

［1］http：／／www.adamasgem.org／sas2000.html.

［2］汤順青.色度学［M］.北京：北京理工大学出版社，1990：36－190.

［3］胡威捷，汤顺青，朱正芳.现代颜色技术原理及应用［M］.北京：北京理工大学出版社，2007.

［4］陈福，武丽华，赵恩录，等.颜色玻璃概论［M］.北京：化学工业出版社，2009.

［5］王蓉，袁心强.翡翠颜色色度学测量的可行性研究［J］.宝石和宝石学杂志，2007，9（2）：20－28.

［6］吕善模.国外羊毛试验方法标准综述之八—原毛颜色的测定方法［J］.中国纤检，2003（4）：32－36.

［7］Collins A.T.Colour centers in diamond［J］.Journal of Gemmology，1982，18 （1）：37－75.

［8］谢先德.中国宝玉石矿物物理学［M］.广州：广东科技出版社，1999：32－46.

［9］Collins A.T.The colour of diamond and how it may be changed［J］.Journal of Gemmology，2001，27（6）：341－359.