3.1.4測量接觸角數(shù)值的影響因素

接觸角值的測量與樣品表面性質(zhì)(粗糙程度、表面單一程度)，表面清潔程度，表面干燥程度及液滴接觸時間、液體種類、液滴體積等均有關(guān)系，此外，測量儀器的精準(zhǔn)度也是重要影響因素之一。本次實驗采用測試液體為去離子水，較Nassau博士等采用的蒸餾水干擾更小，測試結(jié)果更精準(zhǔn)，若條件允許，最佳的測試液體為高純水(二次蒸餾水)，以去除干擾保證實驗的準(zhǔn)確性；采用酒精統(tǒng)一清潔并干燥了測試樣品，與Nassau等采用的清洗劑三氯甲烷不同，清洗劑的影響本文尚未深入研究；測試儀器采用現(xiàn)代表面張力動態(tài)接觸角分析系統(tǒng)美國FTA200，該儀器較Nassau等當(dāng)時的小型簡單裝置有著絕對優(yōu)勢，儀器對于液滴接觸時間和液滴體積的控制精準(zhǔn)，測量數(shù)值誤差相對較小。與此同時，測量實驗顯示出該儀器對于珠寶玉石表面接觸角的測量尚有欠缺，若可在儀器中添加高倍顯微鏡模塊，利用高倍顯微鏡觀察珠寶玉石表面的細(xì)微之處的同時配合更細(xì)的針頭，對于珠寶鑒定領(lǐng)域?qū)⒏舆m用。

3.2表面張力的計算

根據(jù)張遠(yuǎn)超等在研究高聚物表面張力時，采用液態(tài)純凈水利用上述公式(3)計算得出的表面張力數(shù)值具有很好的一致性，利用測量的各品種寶玉石的接觸角，根據(jù)式(3)計算其表面張力。

式中，γSG為固體表面張力，γLG為液體表面張力。

本次實驗已知水的表面張力72.8 mN/m(20℃)，利用公式計算得出各寶玉石品種的表面張力分別為：鉆石67.4 mN/m，合成碳硅石68.6 mN/m，合成立方氧化鋯(CZ)71.5 mN/m，紅寶石60.5 mN/m，合成紅寶石58.8 mN/m，藍(lán)寶石60.1 mN/m，合成藍(lán)色寶石60.3 mN/m，橄欖石66.6 mN/m，透輝石70.5 mN/m，長石71.2 mN/m，黃水晶71.5 mN/m，碧璽67 mN/m，托帕石72.3 mN/m，翡翠70.4 mN/m，琥珀49.9 mN/m。從表面張力數(shù)值的差異可以看出，部分不同品種寶玉石的表面張力數(shù)值有較大差異，如鉆石67.4 mN/m，紅寶石60.5 mN/m，琥珀49.9 mN/m；也有部分其表面張力數(shù)值較為接近，如長石71.2 mN/m，黃水晶71.5 mN/m。因此，表面張力數(shù)值僅可作為寶玉石品種的輔助鑒定依據(jù)。

4.表面接觸角測量方法與傳統(tǒng)檢測方法的對比

4.1與紅外光譜檢測方法對比

目前在各大珠寶鑒定實驗室，紅外光譜檢測已成為日常檢測中最高效的檢測方法之一，能夠基本解決日常的檢測疑難問題，但對于某些樣品須進(jìn)行破壞性測試。例如，對于近來大規(guī)模出現(xiàn)的覆膜琥珀，實驗室均采用紅外光譜測試配合放大檢查、紫外熒光等常規(guī)寶石學(xué)測試進(jìn)行鑒別，對無色覆膜琥珀必須進(jìn)行有損檢測。本次實驗對樣品019、020、021分別進(jìn)行了紅外光譜測試(粉末法)，如圖4所示，覆膜琥珀021、020與天然琥珀019在650~1300 cm-1區(qū)域(圖中陰影部分)內(nèi)吸收峰有明顯差異，依此可進(jìn)行判別。

圖4樣品019、020、021的紅外吸收光譜(KBr粉末法)

a—樣品021琥珀覆棕紅色膜；b—樣品020琥珀覆藍(lán)綠色膜；c—樣品019天然琥珀。

運(yùn)用FTA200動態(tài)接觸角儀對覆膜琥珀表面接觸角的測量可以在不破壞樣品的基礎(chǔ)上進(jìn)行快速的無損檢測，且測試結(jié)果差異明顯，琥珀(92.49°)，覆膜琥珀(63.35°、69.48°，平均值為66.49°)。表面接觸角測量方法可以作為覆膜琥珀無損檢測的有效鑒定手段。

4.2與折射率測量方法對比

折射率測量方法是常規(guī)寶石鑒定中最基礎(chǔ)、最便捷有效的檢測方法之一，能夠基本解決所有寶玉石品種的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測定，但折射率大于1.81的接觸液具有極強(qiáng)的腐蝕性和劇毒，因此對于高折射率寶石的測定帶來困難。例如，鉆石的折射率為2.417，合成碳硅石2.648~2.691，合成立方氧化鋯(CZ)2.15±，折射率無法測定。

運(yùn)用FTA200動態(tài)接觸角儀對表面接觸角的測量，可以有效地區(qū)分鉆石(56.68°)、合成碳硅石(52.63°)、合成立方氧化鋯(37.79°)等不同品種。表面接觸角測量方法安全環(huán)保，可以很好地解決高折射率寶石的品種鑒定，可作為實驗室有效檢測方法和實驗室檢測的輔助鑒定依據(jù)。

5.結(jié)語

本次實驗測量了15個天然、合成寶玉石品種，以及覆膜處理和充填處理2種處理方法共計21粒寶玉石樣品的接觸角數(shù)值，并對經(jīng)過覆膜處理的寶石與天然寶石的表面接觸角進(jìn)行了對比研究，同時與紅外光譜和折射率傳統(tǒng)常規(guī)檢測方法進(jìn)行比較。實驗結(jié)果表明，動態(tài)接觸角測量儀測量準(zhǔn)確、操作簡便，且符合寶玉石無損鑒定的基本原則，具有紅外光譜和折射儀測量缺陷的明顯優(yōu)勢。不同品種和不同處理方法的寶石，運(yùn)用其接觸角和表面張力的差異性可進(jìn)行較好的判別，尤其是對于表面覆膜處理的樣品可進(jìn)行有效區(qū)分。

本文對寶玉石的接觸角和表面張力領(lǐng)域的初步探討，研究結(jié)果可以為解決寶玉石表面覆膜等與表面物性相關(guān)的檢測疑難問題提供參考。實驗發(fā)現(xiàn)，充填處理寶玉石接觸角的測量受測試條件限制具有較大操作難度，本項目組設(shè)想若在儀器中添加高倍顯微鏡模塊，方便觀察樣品微細(xì)特征的基礎(chǔ)上可以開展更深入的研究，對各類珠寶玉石材料采集表面物性數(shù)據(jù)，實現(xiàn)科學(xué)準(zhǔn)確、快速有效的測試和鑒別。