Способ сортировки алмазов по их цветовому типу

Способ сортировки алмазов по их цветовому типу

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к способам сортировки алмазов и может быть использовано в ювелирном деле. Цель изобретения - повышение точности сортировки. Суть изобретения заключается в том. что цветовой тип алмаза предлагается характеризовать величиной относительной интенсивности рамановского рассеяния в алмазе на различных длинах волн и осуществлять сортировку алмазов исходя из этой величины. 2 з.п. ф-лы. 2 ил., 2 табл.Изобретение относится к определению цвета алмазов, в частности к определению^ цвета алмазов с помощью методов лазернорамановской спектроскопии.Цвет драгоценных камней, таких как алмазы, обычно определяют субъективным способом. Так. специалист в данной области изучает алмаз визуально и после этого, выражает свое мнение от^юсительно этого алмаза. Однако такая процедура является медленной, требует высокой квалификаций и из-за ее субъективности подвержена ошибкам.'Рамановский сигнал алмаза является гораздо более интенсивным, чем у других материалов, так как в алмазе имеются только углерод-углеродные связи и рамановский сигнал алмаза находится в положении, далеком от рамановских сигналов других материалов. Таким образом, рамановский сигнал алмаза является весьма специфическим. Крометого, так как в алмазе имеются углерод-углеродные связи только одного типа, здесь получается лишь один рамановский сигнал, который легко отличить от сопутствующей широкополосной флюоресценции.На фиг. 1 изображена схема устройства для определения цветового типа алмазов по предлагаемому способу; на фиг. 2 - схема устройства для сортировки алмазов согласно их цветовому типу по предлагаемому способу.Предлагаемый способ может быть использован для определения цветового типа алмаза путем испускания на алмаз лазерного излучения определенной интенсивности при двух или более различных заранее определенных длинах волн, причем это лазерное излучение способно создавать рамановское излучение, рассеиваемое от алмаза: измерения интенсивности рассей-(Лс^о о ю ю ю>&Сл)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ,РЕСПУБЛИК (я)з 6 01 N 21/87

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4356494/25 (86) PCT/GB 88/00022 от 14.01.88 (22) 15.08.88 (31) 8700917 (32).16,01.87 (33) GB (46) 30.01.92. Бюл. N. 4 (71) Дзе Бритиш Петролеум Компани, п.с.л. (6В) (72) Хитер Джейн Боули, Дональд Лесли Геррард (6В) (53) 535.24 (088.8) . (56) Заявка Франции N. 2496888, кл. G 01 N 21/87, 1982.

Патент США N. 4527895, кл. G 01 J 3/52, G 01 N 21/87, 1985.

Изобретение относится к определению цвета алмазов, в частности к определению цвета алмазов с помощью методов лазернорамановской спектроскопии.

Цвет драгоценных камней, таких как ал-. мазы, обычно определяют субъективным способом. Так, специалист в данной области изучает алмаз визуально и после этого выражает свое мнение относительно этого алмаза. Однако такая процедура является медленной, требует высокой квалификации и иэ-за ее субъективности подвержена ошибкам.

Рамановский сигнал алмаза является гораздо более интенсивным, чем у других . материалов, так как в алмазе имеются только углерод-углеродные связи и рамановский сигнал алмаза находится в положении, далеком от рамановских сигналов других материалов. Таким образом, рамановский сигнал алмаза является весьма специфиче„„5LI„„1709929 АЗ (54) СПОСОБ СОРТИРОВКИ АЛМАЗОВ ПО

ИХ ЦВЕТОВОМУ ТИПУ (57) Изобретение относится к способам сортировки алмазов и может быть использовано в ювелирном деле. Цель изобретения— повышение точности сортировки. Суть изобретения заключается в том, что цветовой тип алмаза предлагается характеризовать величиной относительной интенсивности рамановского рассеяния в алмазе на различных длинах волн и осуществлять сортировку алмазов исходя иэ этой величины. 2 э.п. ф-лы, 2 ил„2 табл. ским. Кроме того, так как в алмазе имеются углерод-углеродные связи только одного типа, здесь получается лишь один рамановский сигнал, который легко отличить от сопутствующей широкополосной флюоресценции.

На фиг. 1 изображена схема устройства для определения цветового типа алмазов по предлагаемому способу; на фиг. 2 — схема устройства для сортировки алмазов согласно их цветовому типу по предлагаемому способу.

Предлагаемый способ может быть использован для определения цветового типа алмаза путем испускания на алмаз лазерного излучения определенной интенсивности при двух или более различных заранее onререае х длинах волн, причем это.лазерное излучение способно создавать рамановское излучение, рассеиваемое от алмаза; измерения интенсивности рассеи1709929 ваемого от алмаза рамановского излучения для каждой иэ длин волн падающего лазерного излучения; генерирования численной величины, характеризующей цветовой тип алмаза, на основе измеренных интенсивностей рассеянного рамановского излучения для двух или более различных длим волн падающего лазерного излучения, а также путем сравнения генерированной численной величины с численными величинами для алмазов известного цветового типа, в результате чего определяется цветовой тип алмаза. Предпочтительно, чтобы численная величина представляла собой относительную интенсивность, генерируемую из отношения интенсивностей рассеянного рамановского излучения для двух раэличkblx длин волн падающего лазерного излучения. Численные величины могут

15 сравниваться с помощью ЭВМ или микро20 процессора.

Предпочтительно, чтобы алмазы принадлежали к одному диапазону размеров.

Поэтому может оказаться необходимым проведения сортировки алмазов по диапазонам размеров перед тем, как использовать предлагаемые способ и устройство.

Изобретение может быть использовано для определения свойств как шлифованных, так и нешлифованных алмазов. с помощью держателя, Алмаз может облу45 чаться лазерным излучением во время его схода с конца ленты конвейера и т.д. Предпочтительно, чтобы ориентация алмазов относительно падающего лазерного излучения была одной и той же для всех

50 лазеров, если их используется несколько.

Рассеиваемое от алмазов рамановское излучение отфильтровывается от других типов излучения с помощью оптических приспособлений, таких как собирающая оптика 55 и монохроматор. Для измерения интенсивности рамановского излучения может быть использован детектор, такой как фотоумножитель или многоканальный детектор (на пример, детектор с диодной решеткой), Для

Алмаз может облучаться лазерным из, лучением двух или более длин волн (одновременно или последовательно).

Источник лазерного излучения может представлять собой один лазер. способный 35 работать при двух или более различных заранее определенных длинах волн (одновременно или последовательно). Как вариант, могут использоваться два или более лазера, каждый из которых способен работать при 40 одной или более различных заранее опреде-. ленных длинах волн (одновременно или последовательно). Алмаз может удерживаться или поддерживаться в лазерном излучении измерения интенсивности рассеянного излучения при двух или более различных длинах волн падающего излучения одновременно могут быть использованы несколько детекторов или один многоканальный детектор.

Изобретение может быть приспособлено к дискретному или непрерывному способу выделения алмазов в группы с известным цветом и качеством иэ алмазоподобных материалов, Сортировка алмазов может производиться одновременно по цветовому типу и.качеству.

Предусматривается, что предлагаемый способ может быть использован применительно как к натуральным, так и искусственным алмазам. Так как предполагается, что у искусственных алмазов цветовой тип характеризует. твердость алмаза, предлагаемые способ и устройство могут использоваться для определения твердости искусственных алмазов.

Пример. Устройство для реализации способа (фиг. 1) содержит источники 1 и 2 лазерных излучений 3 и 4, способных создавать рамановское рассеяние излучения 5 от алмаза 6, Каждый источник работает в одноволновом режиме, т.в. в один момент времени испускается излучение только с одной длиной волны. В данном примере длина волны лазерного излучения 3 от источника 1 может быть изменена, и интенсивность рамановского излучения может быть измерена при двух значениях длины волн падающего лазерного излучения, Лазер, ис-. пользовавшийся в качестве источника 1, представляет собой аргонно-ионный лазер

"Спектра физикс". модель 2020,. способный создавать излучение с длиной волны 488 и

514,5 нм. Лазер, использовавшийся в качестве йсточника 2, работает в режиме с одной длиной волны, т.е; лазерное излучение 4 имеет одну длину волны. В данном примере лазер 2 представляет собой криптонно-ионный лазер "Спектра физикс", модель 164, способный создавать излучение с длиной волны 647,1 нм. Оба лазера работают в "световом" режиме при мощности 50 мВт, чем поддерживается постоянный фотонный поток.

Держатель 7 алмаза удерживает алмаз

6 в лазерных излучениях 3 и 4 и обеспечивает возможность изменения ориентации алмаза относительно направления лазерного излучения, При работе устройства измерение рас-сеянного рамановского излучения 5 осуществляют с помощью лазерно-рамановского спектрометра 8 "Анаспек 36", содержащего собирающую оптику 9. монохроматор 10 и

1709929

50

55 детектор 11 "Ретикон"; тип 3, с усиленной диодной решеткой, Могут использоваться также и другие детекторы, например фотоумножитель. Детектор создает цифровой выходной сигнал 12, который является мерой интенсивности рассеянного рамановского излучения 5, При работе устройства алмаз 6 удерживается в держателе 7, и лазерные излучения

3 и 4 с различными длинами волн от лазеров

1 и 2 последовательно.испускаются на алмаз 6. Положение алмаза 6 в держателе 7 оптимизируется на получение максимальной интенсивности рассеянного рамановского излучения 5 на детекторе 1 1.

Максимальную интенсивность рассеянного рамановского излучения измеряют для нескольких ориентаций алмаза при каждой из длин волн падающего лазерного излучения.

Полное время аккумуляции (время, потребное для подсчета числа фотонов в рассеянном рамановском излучении) равно порядка

1 с. Потребное время аккумуляции зависит от частоты падающего лазерного излучения и цветового типа алмаза. Максимальные ин-. тенсивности рассеянного рамановского из- лучения выражаются числом фотоное, подсчитанных в 1 с. Так как наблюдавшийся разброс таких интенсивностей при различных ориентациях алмаза мал, вычисляют среднее значение интенсивностей рамановского сигнала для алмаза, которое здесь называется средней рамановской интенсивностью. Среднюю рамановскую интенсивность определяют для каждой иэ трех длин волн падающего лазерного излучения (514,5; 488 и 647,1 нм) последовательно. Апмазы 13 перемещаются на движущемся конвейере 14 через луч лазерного излучения 15 от лазера 16. Последний способен работать при двух или более различных заранее определенных длинах волн одновременно (вселинейный режим). Рамановское излучение 17, рассеиваемое от каждого алмаза, измеряется с помощью спектрометра 18, включающего в себя собирающую оптику

19, монохроматор 20 и многоканальный детектор 21. Последний создает цифровые-выходные сигналы 22; которые являются мерой интенсивности рассеянного рамановского излучения при двух или более длинах волн падающего лазерного излучения. Микропроцессор 23 создает числен- ную величину, характеризующую цветовой тип алмаза, иэ измеренных интенсивностей и передает соответствующий сигнал по линии 24 с целью включения разделителя 25 в соответствии с генерированной численной величиной. Предпочтительно, чтобы численная величина представляла собой относительную интенсивность, генерируемую из соотношения интенсивностей рассеянного рамановского излучения для двух различных длин волн падающего лазерного излучения. Разделитель 25 сортирует алмазы. направляя их в коллекторы 26 в соответствии с генерированной численной величиной и, следовательно, их цветовым типом. Разделитель 25 может представлять собой группу обычных газовых эжекторов и т.д.

В табл. 1 приведены результаты для алмазов желтого типа классов 1 — 7.

В табл. 2 приведены результаты для алмазов зеленого типа классов 1 — 6, причем класс 1 означает наивысшее качество, а класс 7 — самое низкое качество,, Цвета и качества первоначально определяют с помощью обычной субьективной оценки, Средние рамановские интенсивности для каждой из трех длин волн падающего лазерного излучения приведены для пяти партий алмазов (где это возможно) для каждого класса качества и каждого цветового типа. Средние рамановские интенсивности в каждом случае вычисляют из пяти различных ориентаций алмаза в держателе. Установлено, что s каждом случае ориентация алмаза мало отражается на интенсивности рамановского сигнала ввиду наличия в алмазе тетраэдрического вида растяжения углерод-углеродных связей.

В табл. 1 и 2 приведены также относительные интенсивности, которые определяются как отношение средних рамановских. интенсивностей, т,е. l5t4,5, f488 и (514.5/l64l.1 где l6>4,ü — средняя рамановская интенсивность для падающего лазерного излучения с длиной волны 515,5 нм и т.д.

Изданных табл. 1 и 2 видно, что относительные интенсивности являются более или менее постоянными и характеризуют цветовой тип, т.е. желтые алмазы имеют относительные интенсивности около 7 и 8, а зеленые алмазы — около 4.

Из данного примера можно сделать вывод, что принадлежность алмазов, цветовой тип которых неизвестен, может быть определена путем сравнения полученных относительных интенсивностей неизвестных алмазов с полученными относительными интенсивностями алмазов, цветовой тип ко- . торых.известен, Формула изобретения

1, Способ сортировки алмазов по их цветовому типу, заключающийся в том, что направляют на алмаз излучение известной интенсивности, регистрируют излучение после его взаимодействия с алмазом и судят о

1709929 гистрированных интенсивностей рамановского рассеяния на различных длинах волн, 2, Способ по п.1, отл и ч а ю щи и с я тем, что на алмаз направляют излучение с длиной волн 488,0, 514,5 или 647,5 нм.

3. Способ по и. 1, о т rt и ч а ю щи и с я тем, что алмазы перед определением их цветового типа сортируют по размерным диапазонам. цветовом типе алмаза, î r л и ч э ю шийся тем, что, с целью повышения точности сортировки, на алмаз направляют излучение с известной интенсивностью на по крайней мере двух длинах волн, способное вызвать рамановское рассеяние, регистрируют интенсивность рамановского рассеяния для каждой из указанных длин волн и судят о цветовом типе алмазов по отношению зареТаблица1

Интенсивность рамановского рассеяний, импlс

Класс Образец

Относительные интенсивности

° »

647,5 нм

24736

25136

25093

8,11

7,98

7,99

200613

200588

200492

28055

7,09

7,15

7,11

28198

22732

160490:, 160101

159376

15&954

158627

133461

133968

133919

> 133888>

1116204

116201

11 5972

115927

1158&3

103467

102978

7,95

8,01

7,,99

8,13

8,04

7,99

- 8,15

8,06

8,10

7,99

7 99

7 90

8,10

8,06

7, 938,00 . 8,09.7,06

7,10

7 12

7 01

6,98

7,03

7,10

6,99

7903

7в10

7,01

7,04

7 13

6,99

7,10

7,11

7,03

22549

22384

22726

18789

18019

18898

18716

16374

16502

16257

163)5

114549

14649

»»

11523

11386

11360.

100733

7,05

7,89

8,01, 7,96

»

7,88

° »

80834

80609

80183

74958

7,03

7,01

6,99

7,05

6,98

3

5.

2

4

2

4

2

3 .4

2

4

1

3

5

3

488,0 нм 514,5 нм. 20187

19988

19947

19551

19729

16704

16374

16497

16419

16621

14536

14708

14314

14376

14608

12927

12722

° »

»

10186

1 0246

10062

10067

9512 г

514 ЮФ 5% 6+7

° »

1709929

Та б ли ца2 раманов ского рассеяния, Образец

Класс

Относительные интенсивности е

514,5 нм 647,5 нм

Т /Т9Щ Х (/ТФФ 7

Ф г

2

4

5.

3

5

2

4

1

3

5

2

4

1

3

Интенсивность имп/с

488 нм

16363

16424

16443

15840 .

12247

12114

12006

12139

12103

»242

11058

10908

1085"

10641

10293

9876

9653

9824

8608

8147

7017

6067

3546

977

67326

66839

65814

65787

9658

49616

49383

49072

45301

45273

44796

43317

41759

40958

40531

39467

39401

35289

31642

27677

23552

3584

16988

16737

16352

16506

15989

12093

12279

12059

12241

11987

11146

11206

11032

10669

10789

10351

9877

10063

9821

9712 . 8750

8229

7719

7089

3599

493

4,01

4,11

4,07

4,00

4,15

4,06

4,01

4,13

4,07

4,05

4,03

4,09

4,01

4,06

4,09

4,06

4,11

4,10

4,09

4,01

4,10

4,01

3,99

3 94

3,88

3,96

3,67

3>96

4,02

4,09

3,98

4,11 4,11

4,04

4,11

4,03

4,09

4,06

4,04

4,06

4,13

4,03

" 03

4,15

4,03

4 02

4,06

4 03

3,97 .

4,10

3,90 .

3,85

3,89

3,61

1709929

26 Ж Ж

Составитель В.Калечиц

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор M.Ïåòðîâà

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101.сЗаказ 441: Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская нзб., 4!5