本文運用現代儀器(FTA200動(dòng)態(tài)接觸角測量?jì)x)測量了15個(gè)天然和合成寶玉石品種(鉆石、合成碳硅石、合成立方氧化鋯、碧璽、托帕石、翡翠、琥珀等)，以及經(jīng)覆膜和充填2種處理方法的寶玉石樣品(鍍膜鉆石、覆膜托帕石、覆膜翡翠、覆膜琥珀、充填碧璽)的表面接觸角，并運用公式計算其表面張力。

接觸角的測量方法根據直接測量物理量的不同可以分為量角法、透過(guò)法、測力法和長(cháng)度法。量角法直觀(guān)，但測試結果受操作者影響，誤差較大；透過(guò)法適用于固體粉末；測力法運用電子天平，讀數較精確，德國KRUSS公司的動(dòng)態(tài)表面能分析儀基于此方法設計制造；長(cháng)度法形式之一的小液滴法(球冠)是當液滴足夠小時(shí)，重力可以忽略，液滴是理想的球冠型，測量在固體平面上小液滴的高度(h)和寬度(2r),二者關(guān)系可以表示為如下公式：

sinθ=2hr/(h2+r2)（1)

通過(guò)測量h和r，可以根據公式(1)計算出接觸角θ。本次實(shí)驗采用的美國FTA公司的表面張力動(dòng)態(tài)接觸角分析系統依據此原理設計制造。該方法受操作者影響較小，誤差小，但公式(1)需滿(mǎn)足一些假設條件，這些條件在實(shí)際測量中可能無(wú)法滿(mǎn)足，如液滴的體積不是非常小，重力影響不能忽略，液滴在粗糙表面、多相表面的接觸角不是軸對稱(chēng)，因此會(huì )帶來(lái)一些誤差。

本次實(shí)驗選用運用此原理的美國FTA儀器，是基于被測樣品的特點(diǎn)，寶玉石本身體積小，對測試液滴的尺寸要求較小，且寶玉石表面經(jīng)過(guò)拋光后較為光滑，可能造成的誤差較小。

測量方法

測量?jì)x器

儀器選用可測量被測物體的表面張力和接觸角的表面張力測試儀，該儀器能夠精確地顯示液滴的外觀(guān)，并裝備了易于調整的樣品臺，內置計算機控制的進(jìn)樣系統定位方便，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。

實(shí)驗樣品及測量過(guò)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、藍寶石、合成藍寶石、橄欖石、透輝石、長(cháng)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(guò)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)行測試并記錄數據。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使用計算機軟件調節控制液體體積及液滴速率，待液滴穩定后，微調樣品臺，使液滴與樣品臺上的樣品觸碰，測量樣品的接觸角。

本次實(shí)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，藍寶石60.1 mN/m，合成藍色寶石60.3 mN/m，橄欖石66.6 mN/m，透輝石70.5 mN/m，長(cháng)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。從表面張力數值的差異可以看出，部分不同品種寶玉石的表面張力數值有較大差異，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值較為接近，如長(cháng)石71.2 mN/m，黃水晶71.5 mN/m。因此，表面張力數值僅可作為寶玉石品種的輔助鑒定依據。