3.1.4测量接触角数值的影响因素

接触角值的测量与样品表面性质(粗糙程度、表面单一程度)，表面清洁程度，表面干燥程度及液滴接触时间、液体种类、液滴体积等均有关系，此外，测量仪器的精准度也是重要影响因素之一。本次实验采用测试液体为去离子水，较Nassau博士等采用的蒸馏水干扰更小，测试结果更精准，若条件允许，最佳的测试液体为高纯水(二次蒸馏水)，以去除干扰保证实验的准确性；采用酒精统一清洁并干燥了测试样品，与Nassau等采用的清洗剂三氯甲烷不同，清洗剂的影响本文尚未深入研究；测试仪器采用现代表面张力动态接触角分析系统美国FTA200，该仪器较Nassau等当时的小型简单装置有着绝对优势，仪器对于液滴接触时间和液滴体积的控制精准，测量数值误差相对较小。与此同时，测量实验显示出该仪器对于珠宝玉石表面接触角的测量尚有欠缺，若可在仪器中添加高倍显微镜模块，利用高倍显微镜观察珠宝玉石表面的细微之处的同时配合更细的针头，对于珠宝鉴定领域将更加适用。

3.2表面张力的计算

根据张远超等在研究高聚物表面张力时，采用液态纯净水利用上述公式(3)计算得出的表面张力数值具有很好的一致性，利用测量的各品种宝玉石的接触角，根据式(3)计算其表面张力。

式中，γSG为固体表面张力，γLG为液体表面张力。

本次实验已知水的表面张力72.8 mN/m(20℃)，利用公式计算得出各宝玉石品种的表面张力分别为：钻石67.4 mN/m，合成碳硅石68.6 mN/m，合成立方氧化锆(CZ)71.5 mN/m，红宝石60.5 mN/m，合成红宝石58.8 mN/m，蓝宝石60.1 mN/m，合成蓝色宝石60.3 mN/m，橄榄石66.6 mN/m，透辉石70.5 mN/m，长石71.2 mN/m，黄水晶71.5 mN/m，碧玺67 mN/m，托帕石72.3 mN/m，翡翠70.4 mN/m，琥珀49.9 mN/m。从表面张力数值的差异可以看出，部分不同品种宝玉石的表面张力数值有较大差异，如钻石67.4 mN/m，红宝石60.5 mN/m，琥珀49.9 mN/m；也有部分其表面张力数值较为接近，如长石71.2 mN/m，黄水晶71.5 mN/m。因此，表面张力数值仅可作为宝玉石品种的辅助鉴定依据。

4.表面接触角测量方法与传统检测方法的对比

4.1与红外光谱检测方法对比

目前在各大珠宝鉴定实验室，红外光谱检测已成为日常检测中最高效的检测方法之一，能够基本解决日常的检测疑难问题，但对于某些样品须进行破坏性测试。例如，对于近来大规模出现的覆膜琥珀，实验室均采用红外光谱测试配合放大检查、紫外荧光等常规宝石学测试进行鉴别，对无色覆膜琥珀必须进行有损检测。本次实验对样品019、020、021分别进行了红外光谱测试(粉末法)，如图4所示，覆膜琥珀021、020与天然琥珀019在650~1300 cm-1区域(图中阴影部分)内吸收峰有明显差异，依此可进行判别。

图4样品019、020、021的红外吸收光谱(KBr粉末法)

a—样品021琥珀覆棕红色膜；b—样品020琥珀覆蓝绿色膜；c—样品019天然琥珀。

运用FTA200动态接触角仪对覆膜琥珀表面接触角的测量可以在不破坏样品的基础上进行快速的无损检测，且测试结果差异明显，琥珀(92.49°)，覆膜琥珀(63.35°、69.48°，平均值为66.49°)。表面接触角测量方法可以作为覆膜琥珀无损检测的有效鉴定手段。

4.2与折射率测量方法对比

折射率测量方法是常规宝石鉴定中最基础、最便捷有效的检测方法之一，能够基本解决所有宝玉石品种的基础数据测定，但折射率大于1.81的接触液具有极强的腐蚀性和剧毒，因此对于高折射率宝石的测定带来困难。例如，钻石的折射率为2.417，合成碳硅石2.648~2.691，合成立方氧化锆(CZ)2.15±，折射率无法测定。

运用FTA200动态接触角仪对表面接触角的测量，可以有效地区分钻石(56.68°)、合成碳硅石(52.63°)、合成立方氧化锆(37.79°)等不同品种。表面接触角测量方法安全环保，可以很好地解决高折射率宝石的品种鉴定，可作为实验室有效检测方法和实验室检测的辅助鉴定依据。

5.结语

本次实验测量了15个天然、合成宝玉石品种，以及覆膜处理和充填处理2种处理方法共计21粒宝玉石样品的接触角数值，并对经过覆膜处理的宝石与天然宝石的表面接触角进行了对比研究，同时与红外光谱和折射率传统常规检测方法进行比较。实验结果表明，动态接触角测量仪测量准确、操作简便，且符合宝玉石无损鉴定的基本原则，具有红外光谱和折射仪测量缺陷的明显优势。不同品种和不同处理方法的宝石，运用其接触角和表面张力的差异性可进行较好的判别，尤其是对于表面覆膜处理的样品可进行有效区分。

本文对宝玉石的接触角和表面张力领域的初步探讨，研究结果可以为解决宝玉石表面覆膜等与表面物性相关的检测疑难问题提供参考。实验发现，充填处理宝玉石接触角的测量受测试条件限制具有较大操作难度，本项目组设想若在仪器中添加高倍显微镜模块，方便观察样品微细特征的基础上可以开展更深入的研究，对各类珠宝玉石材料采集表面物性数据，实现科学准确、快速有效的测试和鉴别。