CN113646623A - 宝石颜色分级处理方法和分级系统 - Google Patents
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Abstract
一种向钻石分配颜色分级的处理方法，包括以下步骤：(i)确定钻石的N3和C‑中心含量；(ii)将钻石的N3和C‑中心含量与来自每个钻石具有先前被分配的颜色分级的多个钻石的先前获取的数据组进行比较；以及(iii)基于钻石的N3和C‑中心含量与所述先前获取的数据组的分级的相关性向钻石分配颜色分级；其中，所述先前获取的数据组包括所述多个钻石中的每个钻石的N3和C‑中心含量与可见光谱中的光学吸光度之间的相关性。
Description
技术领域
本发明涉及一种查明宝石的颜色的系统和处理方法。更具体地，本发明提供一种用于查明钻石颜色的系统和方法。
背景技术
钻石是用于奢侈品，特别是珠宝制品中的关键组成部分，并且具有很高的价值。钻石的价值取决于钻石的几个物理性质。
有四个全球认可的用于评估钻石的质量的标准，其通常被称为4C，它们是净度、颜色、切割和克拉重量。
对于钻石，除了在某些情况下可能具有特别颜色或花哨颜色的钻石颜色外，钻石的价值在很大程度上取决于它的无色性。钻石越无色，分级越高或越好。
通过示例，美国宝石学院(GIA)具有一个从D到Z的颜色分级系统，其中D分级表示完全无色的钻石，并且排列到表示钻石具有大量不希望的颜色的Z分级。
下面显示的是美国宝石学院(GIA)标度，根据该标度应用颜色分级，分级从无色到浅色显示。
GIA颜色分级
尽管人类对不同钻石颜色的视觉识别不一定特别敏感，特别是对于相似分级的钻石，但是颜色的轻微变化能够显著地影响钻石的价值。
几个因素对钻石的颜色做贡献，最常见和最重要的因素是位于钻石内的杂质。在钻石的形成过程期间，杂质容易被掺入并且固有地存在。
氮是天然钻石中找到的最常见的杂质，其产生不希望的黄颜色。钻石中的氮含量越高，颜色越深，因此石头颜色分级越低。钻石内硼的存在也能够影响钻石的钻石颜色，但不太常见。含硼杂质的钻石呈淡蓝色。还有其他杂质也影响钻石颜色，然而这些是罕见的。
除了杂质，钻石内的空位缺陷也对钻石的颜色做贡献。例如，有不同形式的空位，诸如孤立空位、多空位复合体和与杂质结合的空位。
在一些钻石中，由于当钻石被形成时地球深处的形成过程期间的环境压力条件，碳原子可能不形成理想的四面体结构，并且四面体结构可能被变形。天然钻石中残留的这种晶体变形也能够导致颜色变化。
众所周知，对于钻石的颜色的评估，确定钻石的颜色的最认可的行业标准和做法是通过训练过的人眼的使用与标准化颜色的标准化钻石相比。
以GIA为示例，颜色分级人员利用来自具有分类的颜色分级的比色石中的标准比色石被训练几个月。此外，在钻石分级师的颜色分级处理期间，被评估的钻石在受控制的环境中与比色石并排被比较。
受控制的环境是具有白色瓷砖的标准灯箱，以作为背景放置在比色石和颜色正在被评估的测试钻石的后面。在这种标准化的环境下，钻石的颜色能够通过分级师参考具有最接近的颜色的比色石而被分级。
根据GIA颜色评估标准以及其他标准，钻石通常从钻石下方与亭部成约45度角被观察，颜色分级师主要看亭部，并且以从亭部侧朝向钻石的台的方向看。
应用和要求颜色分级师的重复培训，为了使得不同的分级师能够再现相同的评估结果，为了提供颜色分级人员之间的统一性和一致性。
尽管这样的颜色分级处理被广泛使用并且在严格的颜色分级程序下，颜色分级方法论的可靠性和可重复性仍然容易出现不一致，并且这种不一致能够导致不正确的钻石的分级，这能够不利地影响钻石的正确价值。
发明内容
在第一方面中，本发明提供了一种向钻石分配颜色分级的处理方法，所述处理方法包括以下步骤：
(i)确定钻石的N3和C-中心含量；
(ii)将所述钻石的N3和C-中心含量与来自每个钻石具有先前被分配的颜色分级的多个钻石的先前获取的数据组进行比较；以及
(iii)基于所述钻石的N3和C-中心含量与所述先前获取的数据组的分级的相关性向钻石分配颜色分级；
其中，所述先前获取的数据组包括所述多个钻石中的每个钻石的N3和C-中心含量与可见光谱中的光学吸光度之间的相关性。
优选地，钻石的N3和C-中心含量通过电子顺磁共振(EPR)来确定。优选地，所述光学吸光度是紫外可见(UV-Vis)光谱中的N3和C-中心吸光度。N3和C-中心吸光度通过UV-Vis-NIR光谱仪的方式被确定。
优选地，先前被分配到所述多个钻石中的每个钻石的颜色分级是美国宝石学院(GIA)颜色分级。
在第二方面中，本发明提供了一种向钻石分配颜色分级的处理方法，所述处理方法包括以下步骤：
(i)确定钻石在可见光谱中的光学吸光度；
(ii)将所述钻石的光学吸光度与来自每个钻石具有先前被分配的颜色分级的多个钻石的先前获取的数据组进行比较，以及
(iii)基于所述钻石的吸光度与所述先前获取的数据组的分级的相关性向钻石分配颜色分级；
其中，所述先前获取的数据组包括所述多个钻石中的每个钻石的N3和C中心含量与可见光谱中的光学吸光度之间的相关性。
优选地，钻石的N3和C-中心含量通过电子顺磁共振(EPR)来确定。
优选地，所述光学吸光度是紫外可见(UV-Vis)光谱中的N3和C-中心吸光度。优选地，所述N3和C-中心吸光度通过UV-Vis-NIR光谱仪的方式被确定。
先前被分配到所述多个钻石中的每个钻石的颜色分级优选地是美国宝石学院(GIA)颜色分级。
在第三方面中，本发明提供了一种使用计算机化的系统可操作的用于对钻石的颜色进行分级的处理方法，所述计算机化的系统包括可操作地互连在一起的处理器模块和输出模块，所述处理方法包括以下步骤：
(i)从电子顺磁共振(EPR)设备获取指示钻石N3和C中心含量的数据；
(ii)在处理器模块中将从所述电子顺磁共振(EPR)设备导出的数据与多个数据组进行比较，所述多个数据组中的每个对应于多个钻石中的钻石，其中，所述数据组是先前获取的数据，所述先前获取的数据包括所述多个钻石中的每个钻石的N3和C中心含量与在可见光谱中的光学吸光度之间相关性；以及
(iii)从输出模块，响应于从所述电子顺磁共振(EPR)设备的输入导出的数据与来自步骤(ii)的多个数据组中的一个之间的相关性的预定阈值，提供指示钻石的颜色分级的输出信号。
优选地，所述光学吸光度是紫外可见(UV-Vis)光谱中的N3和C-中心吸光度。优选地，所述N3和C-中心吸光度通过UV-Vis-NIR光谱仪的方式被确定。
先前被分配到所述多个钻石中的每个钻石的颜色分级优选地是美国宝石学院(GIA)颜色分级。
在第四方面中，本发明提供了一种使用计算机化的系统可操作的用于对钻石的颜色进行分级的处理方法，所述计算机化系统包括可操作地互连在一起的处理器模块和输出模块，所述处理方法包括以下步骤：
(i)从光吸光度设备获取指示钻石的可见光谱中的光学吸光度的数据；
(ii)在处理器模块中将从所述光吸光度设备导出的数据与多个数据组进行比较，所述多个数据组中的每个对应于多个钻石中的钻石，其中，所述数据组是先前获取的数据，所述先前获取的数据包括所述多个钻石中的每个钻石的N3和C中心含量与在可见光谱中的光学吸光度之间相关性；以及
(iii)从输出模块，响应于从所述光吸光度设备的输入导出的数据与来自步骤(ii)的多个数据组中的一个之间的相关性的预定阈值，提供指示钻石的颜色分级的输出信号。
优选地，所述光学吸光度是紫外可见(UV-Vis)光谱中的N3和C-中心吸光度。优选地，所述N3和C-中心吸光度通过UV-Vis-NIR光谱仪的方式被确定。
先前被分配到所述多个钻石中的每个钻石的颜色分级是美国宝石学院(GIA)颜色分级。
在第五方面中，本发明提供了一种用于对钻石颜色进行分级的系统，所述系统包括：
(i)输入模块，所述输入模块用于接收从电子顺磁共振(EPR)设备获取的指示钻石的N3和C中心含量的数据；
(ii)处理器模块，所述处理器模块用于将从所述电子顺磁共振(EPR)设备导出的数据与多个数据组进行比较，所述多个数据组中的每个对应于多个钻石中的钻石，其中，所述数据组是先前获取的数据，所述先前获取的数据包括所述多个钻石中的每个钻石的N3和C中心含量与在可见光谱中的光学吸光度之间相关性；以及
(iii)输出模块，所述输出模块响应于从所述电子顺磁共振(EPR)设备的输入导出的数据与来自所述处理器模块的多个数据组中的一个之间的相关性的预定阈值，提供指示钻石的颜色分级的输出信号。
优选地，所述光学吸光度是紫外可见(UV-Vis)光谱中的N3和C-中心吸光度。优选地，所述N3和C-中心吸光度通过UV-Vis-NIR光谱仪的方式被确定。
先前被分配到所述多个钻石中的每个钻石的颜色分级优选地是美国宝石学院(GIA)颜色分级。
在第六方面中，本发明提供了一种用于对钻石颜色进行分级的系统，所述系统包括：
(i)输入模块，所述输入模块用于接收从光吸光度设备获取的指示钻石的可见光谱中的光学吸光度的数据；
(ii)处理器模块，所述处理器模块用于将从所述光吸光度设备导出的数据与多个数据组进行比较，所述多个数据组中的每个对应于多个钻石中的钻石，其中，所述数据组是先前获取的数据，所述先前获取的数据包括所述多个钻石中的每个钻石的N3和C中心含量与在可见光谱中的光学吸光度之间相关性；以及
(iii)输出模块，所述输出模块响应于从所述光吸光度设备的输入导出的数据与所述的多个数据组中的一个之间的相关性的预定阈值，提供指示钻石的颜色分级的输出信号。
优选地，所述光学吸光度是紫外可见(UV-Vis)光谱中的N3和C中心吸光度。优选地，所述N3和C-中心吸光度通过UV-Vis-NIR光谱仪的方式被确定。
先前被分配到所述多个钻石中的每个钻石的颜色分级优选地是美国宝石学院GIA颜色分级。
附图说明
为了能够获得上述发明的更准确的理解，将参考在附图中图示的本发明的具体实施例来描述以上简要描述的本发明的更具体的描述。本文中呈现的附图可能未按比例绘制，并且对附图或以下描述中的尺寸的任何参考都特定于公开的实施例。
图1示出本发明的处理方法的第一实施例的流程图；
图2示出本发明的处理方法的第二实施例的流程图；
图3示出根据本发明的系统的第一实施例的示意性表示；
图4示出根据本发明的系统的第二实施例的示意性表示；
图5示出在本发明的验证中使用的钻石的比色石组的D分级至M分级的FTIR光谱；
图6示出具有N3和C-中心的图5的比色组的D分级至M分级钻石的UV-Vis光谱；
图7示出P1和P2中心在3400-3440高斯范围内所示的强度谱；
图8示出比色石组的E、H和L分级钻石的EPR光谱；
图9示出其中P1和P2中心被定位的EPR光谱；
图10示出比色石组的E分级和L分级钻石的EPR光谱，其中两者之间的信号密度差异被呈现；
图11示出用于P1和P2中心自旋计数的光谱的范围选择；
图12示意性地描绘比色石组的每个颜色分级的N3+C-中心EPR强度；
图13示意性地描绘比色石组的每个颜色分级钻石的UV-Vis N3+C-中心吸光度浓度；以及
图14示意性地描绘在UV-Vis和EPR中获得的N3+C-中心强度之间的相关性。
具体实施方式
本发明人已经识别了执行钻石颜色分级的方式的缺点，并且在识别现有技术的问题后，已经提供了克服现有技术的问题的系统和方法，并且提供更加一致和可靠的系统和处理方法。
1.本发明人识别的问题
本发明人发现的问题包括如下：
1.1内在因素——参考比色石
对于颜色分级的标准参考，要求比色石在不同组之间具有非常高的准确性和可重复性。
由于很难从大量匹配标准颜色和其他物理要求的天然钻石中选择比色石，比色石能够是真正的或合成的钻石、氧化锆或其他合适的材料。无论比色石由何种材料制成，为了一致性它们必须是相同组内的相同的尺寸和相同的切割。
然而，由于需要分级的钻石固有地具有不同于比色组的尺寸，为了由分级师进行适当的比较，具有与钻石相似尺寸的比色石组应当被使用，以减少光学比较误差。
固有地，具有涵盖范围以涵盖所有尺寸的钻石以用于评估的比色石组是非常昂贵且在商业上不切实际的。
此外并且更重要的是，每个比色石必须用特定的标准颜色被均匀饱和，以便颜色分级师可以在要被分级的石头与参考石之间进行最佳比较。
比色石的准确性和可用性不仅适用于不同的比色石组，也适用于当进行评估不同时间点的相同的比色石组。
因此，标准比色石组的颜色必须是永久性的，而不随着时间发生任何变化，否则有必要为比色石提供可用的生命周期。在比色石的可用的或能用的寿命到期后，不保证石头的颜色将保持稳定，因此不保证颜色分级评估的准确性和可重复性。
所有上述问题影响准确性和可重复性，并导致高技术难度，并因此导致用于颜色分级目的的比色石组的高生产成本。
1.2外在因素——环境问题
即使以最可靠的比色石并且在保证寿命内使得由于内在因素导致的差异被最小化，固有地使用人眼和人的颜色分级的可靠性和可重复性，将仍然对钻石的正确颜色分级构成问题。
颜色感知是对人类颜色视觉的一种常见心理影响。背景颜色和照明条件的任何差异能够对颜色分级中的错误做贡献。因此，环境参数也可以具有对颜色分级一致性和准确性的影响。
1.3外在因素——人为错误不一致和感知
由于人类视觉的生理影响，即使通过同一颜色分级师，也可能在对许多不同的石头进行评估之前和之后造成疲劳和对于同一钻石执行的不同的判断。如此，由同一人在不同时间对同一钻石的颜色的评估可能产生颜色分级偏差。
即使在严格控制的环境和充分休息的人的情况下，钻石的物理性质也能够影响颜色分级。钻石的切割能够对颜色判断和评估引入物理影响。
钻石非常高的折射率导致光的全内反射和色散，其也能够影响准确的颜色分级。切割在不同钻石之间改变，因此没有用于公平比较的每个钻石的对应的比色石。
因此，在标准化的训练和评估程序下，因为心理、生理和身体的影响，专业颜色分级师在可靠性和可重复性方面仍然面临困难。
1.4消费者视角因素
从消费者的角度来看，通常用于颜色分级和评估的亭部并不是钻石最明显的部分，也不能代表由消费者观察到的钻石视角。
对于大多数珠宝制品，钻石被安装有面向外面的台，这使亭部刻面通常不被人看到或很少被看到。此外，亭部刻面通常被诸如爪、叉齿和边框等镶嵌物掩盖。
因此，现有技术中使用的亭部视角的颜色分级不真正地反映由消费者看到的真实的感知颜色。
1.5物理因素
从现有技术的亭部视角，存在影响钻石颜色分级的其他物理因素，导致提供不充分的颜色分级处理。
一个这样的因素是直接来自白光源的光被钻石外部的亭部刻面反射。这种反射光能够影响颜色分级的准确性，因为反射光的刻面颜色变现得颜色更苍白。
此外，当观察钻石的亭部刻面时，通常处于彼此不同的角度的多个刻面被看到，导致对于分级师不同的颜色印象。
除了圆形明亮式切割钻石外，钻石还能够被切割成不同的款式和切工类型，诸如公主、椭圆形、侯爵夫人、梨形、垫形、祖母绿、阿斯切、雷迪恩和心形切割等。
与具有不同亭部角度的比色组相比，固有地从亭部在45度发出的光线不再是代表性的。因此，这种其他钻石的颜色要在不同方向上被分级。
2.具体发明背景
白色钻石颜色分级是基本的钻石评价之一，并且基于从D到Z范围的标度告知其颜色值，这是主要的行业认可的如上所述的GIA颜色分级标度，在钻石的其他品质中，D是更无色并且更有价值的。
随着钻石分级沿着标度移动，它的颜色逐渐表现得更黄。仅在I型钻石中呈现的这种黄色主要是由于显示为N3中心和C-中心的内部的氮含量。
如上文讨论的，GIA的当前的颜色分级系统基于视觉观察方法，其中，宝石学家将样品与比色石(颜色)组进行比较。然而，这种方法非常主观。
GIA的当前的颜色分级方法基于宝石学家手动和目视，其中钻石在白色背景下的特定灯光下被观察，然后与比色石组进行比较[1]，进一步如上所述。
属于较高颜色分级的钻石呈现无色或接近无色的外观，而那些颜色较黄的钻石被分类为较低的颜色分级。这种颜色的变化主要是由于钻石中N3和C-中心的浓度[2-4]。两个中心的浓度越高，钻石将颜色越黄[3]。
然而，该视觉分级是一种非常主观的方法，且它的完整性受到质疑，因为它完全基于人类的观察和判断进行，并且N3和C-中心浓度的实际数字或量化、影响人类光学可观察现象或发黄的印象的主要贡献因素在由人类进行的这种处理中无法被提供。
存在能够被用于确定钻石中是否存在氮的技术仪器，其包括傅立叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱和紫外-可见光谱等。
对于N3中心，它在415nm处呈现出能够使用拉曼光谱和紫外-可见光谱被测量的明显的峰，而C-中心在477nm波长处呈现吸收连续谱[4]。这些基于光学的仪器能够非常准确地检测钻石中存在的这种缺陷。
然而，正如本发明人已经指出的，难以提供钻石的这种缺陷的准确量化，因为多种因素能够影响读数并且因此影响结果，例如，这些因素包括在获取这种读数期间的样本的方向和覆盖的区域/体积。
相反，电子顺磁共振(EPR)是一种磁共振方法，其以样品中存在的未配对电子的测量为目标[5，6]。因此，来自钻石中存在的其他非顺磁性成分的信号将不被识别，因此不被测量，这有争议地提供了更准确或完整的读数。
N3中心和C-中心是可以利用EPR被测量的顺磁元素[7-9]，并且它的信号会出现在3370到3460高斯范围内的光谱上。
从这种方法获得的读数然后将需要在不同的参数下进行进一步处理，以用于其通过自旋计数的量化方法。[10]
3.本发明的总体发明概念
已经识别了宝石，特别是钻石，更特别是白钻石的颜色分级的缺点的本发明人已经提供了一种方法和系统，其克服现有技术的缺点，包括由本发明人识别的和如上所述的那些。
为了克服这些可重复性和可靠性困难，本发明人已经提供了一种系统和方法以可靠地、重复地和一致地对钻石的颜色进行分级，其消除了在对钻石的颜色进行分析时影响评估的上述内在和外在因素，以及有利地提供了克服消费者观察因素并且提供比现有技术提供的更有用的颜色评估和分级处理的系统和处理方法。
在本发明中，本发明人已经考虑了现有的用于钻石颜色分级的技术的所有缺点，并且已经提供了一个系统和处理方法，其表现出卓越的一致性、可重复性，并且消除了多个比色石组的必要性，以及消除了现有技术和标准化照明条件评估环境中的人为判断的必要性。
本发明人已经注意到，钻石的“颜色”，其是通过人眼光学可评估和可辨别的钻石的发黄的量，必须是颜色评估系统或分级系统中的基准类型特征。
由于钻石的价值或吸引力与颜色(即发黄的量)可相关联，任何标度或系统都必须与这种已知以及行业和市场预期相兼容，并且已知作为“颜色”的“C”是与钻石的价值和/或吸引力有关的四个C中的一个。
因此，虽然可以想象科学的颜色评级或分组处理方法和系统可以存在用于量化与钻石的参数相关联的颜色，任何颜色分级系统和处理方法必须与与钻石相关的颜色的关键因素兼容，这是钻石的发黄程度的光学印象。
现有的比色石组是专业宝石学家查明钻石的颜色的基准，并且为了相关性，这种光学印象必须形成任何钻石颜色评估系统或标度的基石。
根据本发明，本发明人已经提出了一种消除了人为评估和所有上述相关的不一致和不便的处理方法和系统，该处理方法和系统是可重复的，不需要使用不同的比色石组来评估不同尺寸的钻石，并且提供了一种可兼容的分级，并且能够与诸如GIA颜色分级系统的建立的颜色分级系统符合。
3.1预定义的比色组
利用被认为提供光学上适当的分区或分级的相同大小(克拉)的比色钻石组，作为光学认别，或“黄色”的“发黄”的程度，从而该组包括适合用于光学分级和评估的分组程度的可区分的钻石。
3.2吸光度-黄色光学印象
比色组的钻石在适当的波长范围内被分析，以确定吸光度浓度，其提供作为颜色分级的基石的光学效果或发黄的印象。
虽然本发明人已经注意到存在可以以某种方式对人眼对钻石的黄色的光学印象做贡献的钻石的许多方面，诸如杂质、内含物、元素等，本发明人已经注意到并且认为N3中心和C-中心具有钻石的黄色存在的光学印象的主要影响。
因此，虽然本发明在颜色的人类感知边界内通过确定对于例如在室内光和/或跨可见光谱的吸收而在其最广泛的方面适应对钻石的颜色(黄色)的各个贡献方面的认知，本发明人已经发现确定UV可见光谱中的吸光度以确定N3中心(具有415nm处的明显的吸收峰)和C-中心(具有478nm处的吸收连续谱)的吸光度从而蓝色带被吸收是适当的，因为这种蓝色带吸收是导致提供黄色的存在的光学现象并因此提供钻石的颜色的总体效应的原因。
3.3 N3中心和C-中心量化
电子顺磁共振(EPR)被用于对于同一比色组中的钻石的每个通过自旋计数的N3中心和C-中心的量化的测量。
3.4 UV Vis N3中心和C-中心吸光度与N3中心和C-中心量化分级相关性
再者，尽管光学吸光度可以在本发明的范围内在跨其部分的可见光谱范围被确定，如在优选实施例中所利用的，对于对应的颜色分级的比色组中的每个钻石，UV Vis N3中心和C-中心吸光度浓度是比色组中的每个钻石的，其预定的颜色分级3.2的代表与N3中心和C-中心EPR强度相关，以形成参考数据组。
3.5未知钻石的分级
为了对未知钻石的颜色进行分级，N3中心和C-中心EPR强度、或N3中心和C-中心吸光度浓度(或在其他实施例中的可见光谱中的光吸收)被确定用于未知钻石，其读数与在3.4所描述的参考数据组相关，并且在合适的相关性被发现时，分级被应用于未知颜色分级的钻石。
因此，本发明提供一种用于确定钻石颜色分级的系统和方法。
4.本发明的方法和系统的示例
参考图1，示出了根据本发明的用于向钻石分配颜色分级的处理方法100的第一实施例的流程图。
处理方法100包括步骤：(i)确定钻石的N3和C-中心含量(110)；(ii)将所述钻石的N3和C-中心含量与从每个钻石具有先前被分配的颜色分级的多个钻石的先前获取的数据组进行比较(120)以及(iii)根据所述钻石的N3和C-中心含量与所述先前获取的数据组的分级的相关性向钻石分配颜色分级(130)。
先前获取的数据组包括对于所述多个钻石中的每个钻石的N3和C-中心含量与可见光谱中的光学吸光度的相关性。
钻石的N3和C-中心含量优选地由电子顺磁共振(EPR)确定。
光学吸光度优选地是紫外可见(UV-Vis)光谱中的N3和C中心吸光度，并且N3和C-中心吸光度由UV-Vis-NIR光谱仪的方式确定。
先前被分配给所述多个钻石中的每个钻石的颜色分级可以是美国宝石学院(GIA)的颜色分级。可替代地，其他新的现有颜色分级系统可以被实现。
该处理方法可以在计算机化的系统中被实现。
参考图2，示出了根据本发明的用于向钻石分配颜色分级的处理方法200的第二实施例的流程图。
该处理方法包括步骤：(i)确定钻石的可见光谱中的光学吸光度(210)，(ii)将所述钻石的光学吸光度与从每个具有先前被分配的颜色分级的多个钻石先的前获取的数据组进行比较(220)，以及(iii)根据所述钻石的光学吸光度与所述先前获取的数据组的分级的相关性向钻石分配颜色分级(230)。
先前获取的数据组包括N3和C中心含量与所述多个钻石中的每个钻石在可见光谱中的光学吸光度之间的相关性。
图3示出了根据本发明的系统300的第一实施例的示意图。
系统300包括：EPR获取设备310，其用于从电子顺磁共振(EPR)设备获取钻石的N3和C中心含量；处理器320，其用于将从电子顺磁共振(EPR)设备310导出的数据与存储在数据存储330中并且与处理器320通信的多个数据组进行比较，多个数据组中的每个对应于多个钻石中的钻石，其中，数据组是先前被获得的数据，其包括N3和C中心含量与所述多个钻石中的每个钻石在可见光谱中的光学吸光度之间的相关性；以及输出设备330，其响应于从电子顺磁共振(EPR)设备310的输入导出的数据与来自处理器模块的多个数据组中一个之间的相关性的预定阈值，提供指示钻石的颜色分级的输出信号。
图4示出了根据本发明的系统400的第二实施例的示意图。
系统400包括：UV-Vis光谱设备410，其用于从光吸光度设备获取指示钻石在可见光谱中的光学吸光度的数据；处理器420，其用于将从来自UV-Vis光谱设备410的输入模块导出的数据与存储在数据存储器430中并与处理器420通信的多个数据组进行比较，多个数据组中的每个对应于多个钻石中的钻石，其中所述数据组是被先前获取的数据，其包括N3和C中心含量与所述多个钻石中的每个钻石在可见光谱中的光学吸光度之间的相关性；以及输出设备440，其响应于从光吸光度设备的输入导出的数据与多个数据组中的一个之间的相关性的预定阈值，提供指示钻石颜色分级的输出信号。
5.本发明的实验模型和证明
为了验证和证明本发明的适用性，进行了实验性分析。
在实验评价中，在钻石根据现有的GIA分级系统从D到M的颜色分级排列的情况下，比色石组被利用，其由在宝石分级方面具有悠久历史和经验的非常有经验的宝石学家选择和分配。
5.1比色组钻石的钻石类型的FTIR评价
对于每个分级的钻石的FTIR吸光度的输出相对于波长如图5所示。
使用FTIR收集的钻石的比色组的红外吸收光谱示出并证明了该钻石组是IaA类型和IaAB类型。
样品信息被总结在下面的表1中。
表1.具有各自的重量和FTIR结果的D至M分级钻石。
5.2比色组钻石的UV-Vis光谱
如图6所示，UV-Vis吸收光谱被收集用于比色钻石组中的每个钻石。
UV-Vis的测量使用有漫反射附件的Agilent Technologies Cary系列UV-Vis-NIR光谱仪进行，并且在室温下收集。波长范围设置为200-800nm。
如上所述，虽然其他波长的光谱能够被用于本发明的最广泛的方面，本发明人已经选择认为N3和C中心是对于颜色的光学可辨别参数的主要贡献者，其是钻石黄色或发黄的人类感知，并且由于上述原因，使用UV-Vis已经被认为是适当的。
5.3 EPR光谱
比色组的钻石中的每个的EPR光谱用具有SHQE谐振器的Bruker ELEXSYS-II系统被测量和收集。
所有测量均在连续波(CW)条件下进行，并且条件总结如下面的表2。
在获取读数期间，将比色组的每个钻石样品被放置在具有10毫米直径的石英管内。
表2.EPR测量参数和条件
N3中心和C-中心在EPR中分别被命名为P2中心和P1中心，并且两个中心都能够在连续波模式下被检测和测量，如图7所证明的。
5.4实验性评价与模型的讨论
中心峰和两侧上的卫星线，如图3中的箭头所示，对应于P1中心，而P2中心被显示为3400-3440高斯的范围中的线的一个广泛集合。
不同颜色分级的钻石之间的光谱比较如图8所示。
从实验性结果能够看出，P2中心的强度随着它在颜色分级标度上的推进而增强，由此E、H和L分级钻石的EPR光谱被示出。
为了量化钻石中的N3和C-中心含量，集中在P2和P1中心的光谱在更高的功率和调制振幅下被收集。得到的光谱如图9所示，从而示出了其中P1和P2中心被定位的EPR光谱，其被集中在所选择的范围内并且稍后将被用于自旋计数。
如图10所示，不同的颜色分级之间信号强度中的可观察的差异如图10所示，从而E分级和L分级钻石的EPR光谱被提供示出信号强度中的差异。
如从上面图8和图10的测量结果所证明的，颜色分级之间的信号强度中的差异是明显的并且清晰可观察的。信号在沿着分级标度进一步移动时明显增加。P2和P1中心(N3+C-中心)的量化将通过自旋计数被处理。
作为布鲁克的内在量化函数的自旋计数在获得以P2和P1被定位的位置为中心的光谱后进行，如图11所示。
对于自旋计数计算，在执行计算之前需要获得利用的管的内直径值以及管内部样本的高度。
由于考虑到钻石的形状有些不规则，因此钻石在管中所占据的实际高度使用以下公式根据其体积而被计算：
Volume(mm3)＝πr2h，
其中，r是EPR管的内半径，并且h是样本占据的管的高度。
钻石样本的体积能够基于其以克或克拉为单位的重量被转换。自旋计数之后示出的总自旋(自旋/mm3)是样本中的每体积(每mm3)存在的自旋数。
以下被用于计算所使用的样本钻石中的总P2+P1中心自旋：
总P2+P1中心自旋＝样本中的C原子的N/n°
其中N＝S*V
其中，S是由自旋计数给出的自旋数/mm3，并且V是样本的体积。
N3+C-中心的强度(ppm)相对于其各自的克拉重量被归一化，如图12所示。
下面所示的表2总结了以ppm为单位的N3+C-中心的总自旋数。
表3：每个颜色分级的N3+C中心EPR强度。
如所证明的，钻石中的N3+C-中心的强度随着其在颜色分级标度上的分级增加而指数地增加。
此外，增加的趋势也能够在UV-Vis吸收数据中被看出来，如图13所示。
下面的表4总结了以ppm为单位的N3+C-中心的UV-VIS吸收信号的总数。
表4：每个颜色分级的N3+C-中心UV-Vis吸收强度。
然而，注意趋势中存在变化，尤其是参考图13的D至G分级钻石，并且认为这可能与所使用的颜色组的样本量相对小有关而被影响。
所利用的参考颜色组主要由属于高和中色范围的钻石组成。尽管存在一定程度的变化的事实，清楚地示出N3中心和C-中心与颜色分级强烈地相关联，这表明并支持两个中心的浓度越高，钻石的颜色分级越低。
为了进一步的分析，本发明人已经将UV-Vis吸光度结果相对于EPR浓度结果进行绘图，其与诸如GIA颜色分级的颜色分级相比能够被认为是更加独立的变量。如图14所示，指示出具有相当高相关性的幂函数。
此外，注意该结果不面向基于光学的仪器遇到的变量，诸如光路、与样本的距离、覆盖的区域等。
而是，EPR结果根据整个钻石样本中存在的顺磁缺陷(N3和C-中心)的电子自旋数而被计算，从而供应了独立并且自一致的量化结果，并且由此如上所述的N3和C-中心被认为是直接与颜色相关的光学可观察的黄色的主要贡献者。
重要的是，如在本发明中描述和要求保护的，导出的和如图14所示的数据组能够被用作钻石的颜色的分级标准的“标准”数据组。
通过基于可接受且适当的原始比色石组构建用于颜色分级的标准参考数据组，消除多个比色石组的必要性，并且使用基于钻石固有的方面的可重复数据提供标准参考点，从而消除主观性。
此外，由于这种颜色的标准参考数据组基于已经就其颜色分级的适用性给出共识的比色石组而被构建，因此结果分级是立即商业相关的。
更进一步，这种数据组基于归一化的可量化数据，且因此能够被用于对不同尺寸的宝石进行一致的颜色分级。
5.5实验性评价和模型的总结评价
根据本发明，已经示出EPR和UV-Vis光谱通过示出强相关性而成功揭示了N3中心和C-中心浓度与颜色分级标度之间的关系。
已经观察到，随着钻石在颜色分级标度内的前进，N3+C-中心浓度增加。
本发明证明EPR能够仅基于样本中存在的自旋数准确地提供N3和C-中心浓度的实际数字，这是基于仪器利用光学无法实现的量化方法。
因此，确定并且已经证明EPR能够被用作钻石顺磁缺陷的测量和量化的工具，并且能够被用于根据本发明确定钻石的颜色。
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10.Bruker.工业中的EPR.
https://www.bruker.com/products/mr/epr/epr-in-industry.html.
Claims (26)
1.一种向钻石分配颜色分级的处理方法，所述处理方法包括以下步骤：
(i)确定钻石的N3和C-中心含量；
(ii)将所述钻石的N3和C-中心含量与来自每个钻石具有先前被分配的颜色分级的多个钻石的先前获取的数据组进行比较；以及
(iii)基于所述钻石的N3和C-中心含量与所述先前获取的数据组的分级的相关性向钻石分配颜色分级；
其中，所述先前获取的数据组包括所述多个钻石中的每个钻石的N3和C-中心含量与可见光谱中的光学吸光度之间的相关性。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其中，所述钻石的N3和C-中心含量通过电子顺磁共振(EPR)来确定。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的处理方法，其中，所述光学吸光度是紫外可见(UV-Vis)光谱中的N3和C-中心吸光度。
4.根据权利要求3所述的处理方法，其中，所述N3和C-中心吸光度通过UV-Vis-NIR光谱仪的方式被确定。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的处理方法，其中，先前被分配到所述多个钻石中的每个钻石的所述颜色分级是美国宝石学院(GIA)颜色分级。
6.一种向钻石分配颜色分级的处理方法，所述处理方法包括以下步骤：
(i)确定钻石在可见光谱中的光学吸光度；
(ii)将所述钻石的光学吸光度与来自每个钻石具有先前被分配的颜色分级的多个钻石的先前获取的数据组进行比较，以及
(iii)基于所述钻石的吸光度与所述先前获取的数据组的分级的相关性向钻石分配颜色分级；
其中，所述先前获取的数据组包括所述多个钻石中的每个钻石的N3和C中心含量与可见光谱中的光学吸光度之间的相关性。
7.根据权利要求6所述的处理方法，其中，所述钻石的N3和C-中心含量通过电子顺磁共振(EPR)来确定。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的处理方法，其中，所述光学吸光度是紫外可见(UV-Vis)光谱中的N3和C-中心吸光度。
9.根据权利要求8所述的处理方法，其中，所述N3和C-中心吸光度通过UV-Vis-NIR光谱仪的方式被确定。
10.根据权利要求6至9中的任一项所述的处理方法，其中，先前被分配到所述多个钻石中的每个钻石的所述颜色分级是美国宝石学院(GIA)颜色分级。
11.一种使用计算机化的系统可操作的用于对钻石的颜色进行分级的处理方法，所述计算机化的系统包括可操作地互连在一起的处理器模块和输出模块，所述处理方法包括以下步骤：
(i)从电子顺磁共振(EPR)设备获取指示钻石N3和C中心含量的数据；
(ii)在处理器模块中将从所述电子顺磁共振(EPR)设备导出的数据与多个数据组进行比较，所述多个数据组中的每个对应于多个钻石中的钻石，其中，所述数据组是先前获取的数据，所述先前获取的数据包括所述多个钻石中的每个钻石的N3和C中心含量与在可见光谱中的光学吸光度之间相关性；以及
(iii)从输出模块，响应于从所述电子顺磁共振(EPR)设备的输入导出的所述数据与来自步骤(ii)的所述多个数据组中的一个之间的相关性的预定阈值，提供指示所述钻石的所述颜色分级的输出信号。
12.根据权利要求11所述的处理方法，其中，所述光学吸光度是紫外可见(UV-Vis)光谱中的N3和C-中心吸光度。
13.根据权利要求12所述的处理方法，其中，所述N3和C-中心吸光度通过UV-Vis-NIR光谱仪的方式被确定。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的处理方法，其中，先前被分配到所述多个钻石中的每个钻石的所述颜色分级是美国宝石学院(GIA)颜色分级。
15.一种使用计算机化的系统可操作的用于对钻石的颜色进行分级的处理方法，所述计算机化系统包括可操作地互连在一起的处理器模块和输出模块，所述处理方法包括以下步骤：
(i)从光吸光度设备获取指示钻石的可见光谱中的吸光度的数据；
(ii)在处理器模块中将从所述光吸光度设备导出的数据与多个数据组进行比较，所述多个数据组中的每个对应于多个钻石中的钻石，其中，所述数据组是先前获取的数据，所述先前获取的数据包括所述多个钻石中的每个钻石的N3和C中心含量与在可见光谱中的光学吸光度之间相关性；以及
(iii)从输出模块，响应于从所述光吸光度设备的输入导出的所述数据与来自步骤(ii)的所述多个数据组中的一个之间的相关性的预定阈值，提供指示所述钻石的所述颜色分级的输出信号。
16.根据权利要求15的处理方法，其中，所述光学吸光度是紫外可见(UV-Vis)光谱中的N3和C-中心吸光度。
17.根据权利要求18所述的处理方法，其中，所述N3和C-中心吸光度通过UV-Vis-NIR光谱仪的方式被确定。
18.根据权利要求15至18中的任一项所述的处理方法，其中，先前被分配到所述多个钻石中的每个钻石的所述颜色分级是美国宝石学院(GIA)颜色分级。
19.一种用于对钻石颜色进行分级的系统，所述系统包括：
(i)输入模块，所述输入模块用于接收从电子顺磁共振(EPR)设备获取的指示钻石的N3和C中心含量的数据；
(ii)处理器模块，所述处理器模块用于将从所述电子顺磁共振(EPR)设备导出的数据与多个数据组进行比较，所述多个数据组中的每个对应于多个钻石中的钻石，其中，所述数据组是先前获取的数据，所述先前获取的数据包括所述多个钻石中的每个钻石的N3和C中心含量与在可见光谱中的光学吸光度之间相关性；以及
(iii)输出模块，所述输出模块响应于从所述电子顺磁共振(EPR)设备的输入导出的所述数据与来自所述处理器模块的多个数据组中的一个之间的相关性的预定阈值，提供指示所述钻石的所述颜色分级的输出信号。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述光学吸光度是紫外可见(UV-Vis)光谱中的N3和C-中心吸光度。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述N3和C-中心吸光度通过UV-Vis-NIR光谱仪的方式被确定。
22.根据权利要求19至21中的任一项所述的系统，其中，先前被分配到所述多个钻石中的每个钻石的颜色分级是美国宝石学院(GIA)颜色分级。
23.一种用于对钻石颜色进行分级的系统，所述系统包括：
(i)输入模块，所述输入模块用于接收从光吸光度设备获取的指示钻石的可见光谱中的吸光度的数据；
(ii)处理器模块，所述处理器模块用于将从所述光吸光度设备导出的数据与多个数据组进行比较，所述多个数据组中的每个对应于多个钻石中的钻石，其中，所述数据组是先前获取的数据，所述先前获取的数据包括所述多个钻石中的每个钻石的N3和C中心含量与在可见光谱中的光学吸光度之间相关性；以及
(iii)输出模块，所述输出模块响应于从所述光吸光度设备的输入导出的所述数据与所述的多个数据组中的一个之间的相关性的预定阈值，提供指示所述钻石的所述颜色分级的输出信号。
24.根据权利要求23的系统，其中，所述光学吸光度是紫外可见(UV-Vis)光谱中的N3和C-中心吸光度。
25.根据权利要求24所述的系统，其中，所述N3和C-中心吸光度通过UV-Vis-NIR光谱仪的方式被确定。
26.根据权利要求23至25中的任一项所述的系统，其中，先前被分配到所述多个钻石中的每个钻石的所述颜色分级是美国宝石学院(GIA)颜色分级。
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