СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОДЛИННОСТИ ДРАГОЦЕННЫХ КАМНЕЙ Российский патент 1996 года по МПК G01N21/64 G01N21/87 

Изобретение относится к технике спектрально-люминесцентного анализа вещества и может быть использовано на таможнях и в криминалистике для оперативного и точного контроля передвижения драгоценных камней и их подмены другими камнями, в том числе и фальшивыми.

Известен способ контроля подлинности драгоценного камня, вышедшего из контрольного пункта и появившегося на нем второй и последующие разы [1] включающий их облучение ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами и определение цвета возникающей при этом люминесценции. Недостатком этого способа является то, что он не самостоятелен и для надежной диагностики минерального вида требует привлечения других дополнительных методов, что существенно увеличивает затраты времени для контроля.

Известен способ анализа минералов и горных пород [2] включающий в себя их облучение импульсными электронными пучками, регистрацию спектра люминесценции и определение по нему минерального состава горной породы или идентификации минерала. Главным недостатком этого способа является то, что он не дает конкретных методик и рекомендаций по возможности контроля и самого принципа контроля подлинности (не подмены) отдельных драгоценных камней конкретного ювелирного изделия или сырья.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ идентификации люминесцирующих минералов [3] заключающийся в том, что исследуемый образец облучают ультрафиолетовым лазером с плотностью от 0,5 МВт/см² и более, выделяют люминесценцию в определенной области спектра, измеряют ее характеристики, в том числе и интенсивность люминесценции через 10^-7 и 10^-6 с после возбуждения люминесценции, определяют разность измеренных интенсивностей, сравнивают их с аналогичными величинами для эталона и идентифицируют минерал. Недостатками этого способа является то, что: он применим только для "люминесцирующих" под ультрафиолетовым облучением лазера минералов, число которых ограничено; известный способ применяют для идентификации конкретного минерала кассетирита, не являющегося драгоценным камнем; возможность распространения способа на другие минералы не очевидна; в способе не раскрыты принципы "персонификации", т.е. контроля подлинности одного и того же образца минерала при его повторном появлении.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение экспрессности и достоверности контроля подлинности или подмены драгоценных камней "персонификации" камней.

Эта задача осуществляется путем облучения их импульсными электронными пучками, регистрации спектра люминесценции в диапазонах длин волн: (610-780) нм для рубинов, шпинелей, александритов и изумрудов; (450-780) нм для сапфиров; (350-680) нм для драгоценных разновидностей кварца, алмазов и фианитов или в диапазоне (350-780) нм для всех указанных драгоценных камней. Причем эту операцию осуществляют не менее двух раз: первый раз для создания спектрально-люминесцентного паспорта драгоценного камня, при этом информация записывается в цифровом, графическом или ином виде и сопровождается дополнительными сведениями, например, датой составления паспорта, название камня, имя владельца и т.п. и вся эта информация сохраняется. Второй раз операции осуществляют при повторном прохождении камня через контрольный пункт, после чего сравнивают вновь полученную спектрально-люминесцентную информацию с паспортной. При совпадении длин волн характерных спектральных полос и линий с точностью не хуже ±1 нм и формы спектра (относительная интенсивность отдельных спектральных полос и линий) с точностью не хуже 5-10% для каждой спектральной полосы драгоценный камень считают тем же самым, в противном случае констатируется подмена камня.

На фиг. 1 представлены спектры люминесценции ряда драгоценных камней: 1
изумруд; 2 шпинель; 3 александрит; 4 сапфир; 5 рубин; 6 цитрин; 7 - аметист. На фиг. 2 представлен образец спектрально-люминесцентного паспорта камня;
При облучении импульсными электронными пучками драгоценных камней они интенсивно люминесцируют. Параметры электронных пучков подбираются в соответствии с минеральным видом облучаемого камня. Для подбора этих параметров можно использовать, например работу [2] Эту люминесценцию называют импульсной или импульсно-периодической катодолюминесценцией [4] Характерной особенностью такой люминесценции является то, что спектр и его форма для конкретного драгоценного камня есть его постоянные характеристики [4] (фиг. 1). Более того, для каждого отдельного образца драгоценного камня индивидуальность проявляется в тонкой структуре спектральных полос. При этом воспроизводимость положения локальных максимумов интенсивности на шкале длин волн близка к абсолютной и зависит только от точности градуировки спектральных приборов, посредством которых производится регистрация спектра при составлении паспорта и при повторной контрольной проверке. Эти операции могут проводится на разных приборах, градуировка которых в указанном диапазоне длин волн легко осуществляется с точностью не хуже ±1нм. Определение длин волн максимумов спектральных полос (ввиду их относительно большой ширины (фиг. 1) и наличия шумов фотоприемной аппаратуры) также просто осуществляется с такой же точностью. Положение же максимумов иных полос, проявляющихся при подмене камня другим видом такого же цвета или фальшивым, отличается на величину большую, чем 1 нм (фиг. 1). То есть этой точности вполне достаточно для контроля подмены.

Воспроизводимость формы спектра определяется шумом фоторегистрирующей аппаратуры. Эта величина играет существенную роль при проведении контроля подмены камня драгоценным камнем того же вида, например сапфира сапфиром, в том числе и синтетическим, и для привязки длин волн максимумов с указанной выше точностью. Воспроизводимость формы спектра не хуже 10% позволяет проводить такую привязку, а 5% воспроизводимость позволяет осуществить контроль подмены камней камнями того же вида.

В указанных выше диапазонах длин волн сосредоточены характерные спектральные линии и полосы импульсной катодолюминесценции соответствующих драгоценных камней, достаточные для достоверного контроля их подлинности. Расширение указанных диапазонов не приводит к существенному повышению достоверности контроля, но приводит к усложнению и отчасти увеличению времени контроля. В то время как сужение указанных спектральных диапазонов ведет к утере существенной информации и резко снижает качество и достоверность контроля.

Таким образом, длины волн характерных спектральных полос и линий и форма спектра импульсной катодолюминесценции отдельных драгоценных камней являются их объективными, сохраняющимися при повторных облучениях характеристиками и могут быть использованы для контроля подлинности или подмены камня другими близкими к нему по цвету или фальшивыми камнями. Т.е. спектрально-люминесцентный паспорт драгоценного камня является подобием "отпечатка пальца" в криминалистике. При этом время регистрации спектра люминесценции, из-за ее высокой интенсивности, не превышает нескольких секунд [4] при использовании ЭВМ, а время сравнения полученной спектрально-люминесцентной информации с паспортной с использованием ЭВМ и даже визуально не превышает нескольких минут.

Необходимость создания спектрально-люминесцентного паспорта драгоценного камня, типа фиг. 2, очевидна особенно в том случае, когда необходимо установить подлинность (тождественность) камней, подвергнутых вторичному и последующим контролям. В том случае, когда контроль осуществляют на предмет определения вида драгоценного камня, тогда можно пользоваться обобщенными спектрально-люминесцентными паспортами типа фиг. 1 для каждого вида драгоценных камней. Однако в этом случае сравнение следует проводить только на совпадение длин волн спектральных полос и линий люминесценции, так как формы спектра драгоценных камней одной группы могут сильно различаться.

Предлагаемый способ легко поддается автоматизации, что способствует дополнительному повышению его экспрессности, не требует привлечения высоко квалифицированных экспертов ювелиров и минералогов. Способ является неразрушающим, не требует предварительной обработки камня и его выемки из оправы.

Предлагаемый способ был конкретно реализован следующим образом. Указанные на фиг. 1 драгоценные камни облучались импульсными электронными пучками от настольного малогабаритного ускорителя электронов с параметрами: энергия электронов 180 кэВ; плотность электронного тока 100 А/см²; длительность импульса 3•10^-9c; частота повторения импульсов 5 Гц. Световое излучение люминесценции выводилось на входную щель полихроматора, к выходной диафрагме которого был пристыкован многоканальный фотоприемник типа ПЗС-линейки с 512 элементами, соединенный с ЭВМ.

Первоначально регистрировался спектр люминесценции каждого указанного на фиг. 1 камня и на него составлялся паспорт типа, указанного на фиг. 2, и этот паспорт записывался на дискету и сохранялся в таком виде. Повторная регистрация спектра осуществлялась через месяц и через год на той же экспериментальной установке. Совпадение спектральной информации с паспортной оказалось не хуже 0,2 нм по спектральному составу и не хуже 5% по форме спектра.

Использование: изобретение относится к технике спектрально-люминесцентного анализа вещества и может быть использовано на таможнях и в криминалистике для оперативного и точного контроля передвижения драгоценных камней и их подмены другими камнями, в том числе и фальшивыми. Сущность заключается в том, что способ основан на облучении импульсными кратковременными электронными пучками подвергаемых контролю драгоценных камней, регистрации спектра возникающей при этом импульсной катодолюминесценции и сравнении полученного спектра с паспортными данными камня. Причем облучение и регистрацию спектра проводят не менее двух раз: первый раз - для создания спектрально-люминесцентного паспорта камня, второй и последующие разы при непосредственном контроле подлинности камня при его повторных появлениях на контрольном пункте. Регистрацию спектра люминесценции осуществляют в диапазонах длин волн не менее: (610-780) нм - для рубинов, шпинелей, александритов и изумрудов: (450-780) нм - для сапфиров, (350-680) нм - для драгоценных разновидностей кварца, алмазов и фианитов. Способ является неразрушающим, не требует предварительной обработки камня и выемки его из оправы. Реализация способа на практике приводит к значительному повышению экспрессности контроля (не более нескольких минут) и его достоверности. 2 ил.

Способ контроля подлинности драгоценных камней, включающий облучение образца, регистрацию и запись спектра люминесценции образца в заданной области, сравнение характеристик спектра образца с аналогичными величинами для эталона, отличающийся тем, что облучение образца осуществляют сильноточными импульсными элеткронными пучками, а облучение, регистрацию и запись спектра люминесценции образца осуществляют не менее двух раз: первый раз для создания эталона спектрально-люминесцентного паспорта контролируемого камня, второй раз при повторном появлении камня на контрольном пункте, и сравнивают вновь зарегистрированный спектр с паспортными данными, причем при совпадении длин волн спектральных линий и полос с точностью не хуже ±1 нм и формы спектра с точностью не хуже 10% камень считают тем же самым, а в противном случае констатируют подмену, при этом регистрацию люминесценции осуществляют в диапазонах длин волн не менее 610-780 нм для рубинов, шпинелей, александритов и изумрудов; 450-780 нм для сапфиров; 350-680 нм для драгоценных разновидностей кварца, алмазов и фианитов.