2.1測量方法

2.1.1測量儀器

儀器采用芬蘭Kibron EZ-Pi Plus便攜式動態(tài)表面張力儀，可測量被測物體的表面張力和接觸角，測試儀器型號為FTA200(圖2)。該儀器能夠精確地顯示液滴的外觀，并裝備了易于調(diào)整的樣品臺，內(nèi)置計算機(jī)控制的進(jìn)樣系統(tǒng)定位方便，可控制小劑量給樣。使用的控制液滴大小的測試針頭是27 Gauge(圖3)。

圖2 EZ-Pi Plus便攜式動態(tài)表面張力儀

圖3控制液滴大小的針頭(針頭標(biāo)準(zhǔn)：27 Gauge)

2.1.2實(shí)驗樣品及測量過程

(1)實(shí)驗樣品

本次實(shí)驗選用鉆石、鍍膜鉆石、合成碳硅石、合成立方氧化鋯(CZ)、紅寶石、合成紅寶石、藍(lán)寶石、合成藍(lán)寶石、橄欖石、透輝石、長石、黃水晶、碧璽、充填碧璽、托帕石、覆膜托帕石、翡翠、覆膜翡翠、琥珀、覆膜琥珀共計21粒。

選用去離子水作為檢測液體。

實(shí)驗儀器誤差為1%。

(2)測量過程

在相同實(shí)驗條件下分別對21粒待測樣品逐一清洗，進(jìn)行測試并記錄數(shù)據(jù)。具體測量步驟如下。

①用酒精清潔樣品表面。

②將待測樣品放置在樣品臺上，固定寶石并使寶石待測表面水平。

③使用計算機(jī)軟件調(diào)節(jié)控制液體體積及液滴速率，待液滴穩(wěn)定后，微調(diào)樣品臺，使液滴與樣品臺上的樣品觸碰，測量樣品的接觸角。

測試樣品信息及其接觸角測量值見表1。

注：表格中"接觸角測量圖片"列為空，表示原始數(shù)據(jù)中未提供圖片鏈接或路徑。

使用不同顏色標(biāo)識寶石類型：天然、處理、合成

3.寶玉石接觸角的測量結(jié)果和表面張力計算

3.1不同品種和不同處理方法的寶玉石的接觸角

3.1.1不同品種的天然和合成寶玉石的表面接觸角

運(yùn)用FTA200測量天然、合成寶玉石表面接觸角的方法簡便實(shí)用。經(jīng)測試得到15種寶玉石的接觸角數(shù)值分別為：鉆石(56.68°)、合成碳硅石(52.63°)、合成立方氧化鋯(37.79°)、紅寶石(73.99°)、合成紅寶石(77.41°)、藍(lán)寶石(74.95°)、合成藍(lán)寶石(74.42°)、碧璽(58.08°)、橄欖石(59.14°)、透輝石(44.28°)、長石(39.91°)、黃水晶(37.33°)、托帕石(29.48°)、翡翠(44.40°)、琥珀(92.49°)。實(shí)驗數(shù)據(jù)表明不同品種寶玉石有著不同的接觸角值，利用接觸角值可以有效地區(qū)分部分寶玉石品種。本次實(shí)驗與Nassau博士等的實(shí)驗數(shù)據(jù)鉆石(55°~47°)、合成碳硅石(66°~58°)接近，實(shí)驗條件及操作儀器的區(qū)別導(dǎo)致了結(jié)果的偏差。在測試過程中，相同品種的接觸角數(shù)值并不是固定的一個值，存在誤差波動。

3.1.2覆膜處理寶玉石的表面接觸角

本文首次對于經(jīng)過覆膜處理的寶石樣品進(jìn)行測試。實(shí)驗測試數(shù)據(jù)表明，天然鉆石(56.68°)、托帕石(29.48°)、翡翠(44.40°)和琥珀(92.49°)分別與經(jīng)過覆膜的鉆石(33.33°)、托帕石(55.49°、54.04°)、翡翠(50.21°)和琥珀(63.35°、69.48°)的接觸角數(shù)值均有明顯差異。以琥珀樣品為例，天然琥珀樣品019，為一個球形珠切開一半，利用切開的平面測得該樣品接觸角為92.49°；覆藍(lán)綠色膜的琥珀樣品020，圓盤狀，底部平面覆有一層藍(lán)綠色薄膜，測得覆膜平面樣品的接觸角為63.35°；覆棕紅色膜的琥珀樣品021，花朵造型的一部分，表面覆棕紅色薄膜，測得覆膜平面樣品的接觸角為69.48°。樣品019與覆膜樣品020、021的接觸角數(shù)值差異顯著，樣品020與021同為覆膜，但由于膜本身的差異性和測試誤差，實(shí)驗數(shù)值并不相同。

3.1.3充填處理寶玉石的表面接觸角

表1中所列的碧璽樣品013-1和013-2是同一個碧璽樣品的兩部分，013-1的接觸角數(shù)值58.08°為碧璽樣品下半部分無裂隙出露的光滑平面部分的測試數(shù)值，013-2的接觸角數(shù)值45.80°為該碧璽上半部大量裂隙出露并有充填物存在部分的測試數(shù)值，實(shí)驗數(shù)據(jù)表明二者的接觸角數(shù)值存在差異。由于裂隙中存在充填物，理論上液滴處于充填物測試的數(shù)據(jù)和液滴處于碧璽自身表面測試的數(shù)據(jù)不同，以此可以進(jìn)行區(qū)分。但寶石表面的裂隙出露面較小，限于目前針頭的尺寸，27Gauge標(biāo)準(zhǔn)的針頭滴出的液滴會將裂隙處全部覆蓋，并溢出到未充填部分，滴到裂隙表面的液滴不能完全控制在裂隙面內(nèi)，因此受控制液滴針頭大小的影響，測試結(jié)果不能準(zhǔn)確表達(dá)為裂隙中充填物的接觸角數(shù)值。若控制液滴的針頭能夠盡可能小，液滴可以剛好落在充填裂隙的物質(zhì)中，測量出充填物質(zhì)的接觸角數(shù)值，便可進(jìn)行區(qū)分。