本文运用现代仪器(FTA200动态接触角测量仪)测量了15个天然和合成宝玉石品种(钻石、合成碳硅石、合成立方氧化锆、碧玺、托帕石、翡翠、琥珀等)，以及经覆膜和充填2种处理方法的宝玉石样品(镀膜钻石、覆膜托帕石、覆膜翡翠、覆膜琥珀、充填碧玺)的表面接触角，并运用公式计算其表面张力。

接触角的测量方法根据直接测量物理量的不同可以分为量角法、透过法、测力法和长度法。量角法直观，但测试结果受操作者影响，误差较大；透过法适用于固体粉末；测力法运用电子天平，读数较精确，德国KRUSS公司的动态表面能分析仪基于此方法设计制造；长度法形式之一的小液滴法(球冠)是当液滴足够小时，重力可以忽略，液滴是理想的球冠型，测量在固体平面上小液滴的高度(h)和宽度(2r),二者关系可以表示为如下公式：

sinθ=2hr/(h2+r2)（1)

通过测量h和r，可以根据公式(1)计算出接触角θ。本次实验采用的美国FTA公司的表面张力动态接触角分析系统依据此原理设计制造。该方法受操作者影响较小，误差小，但公式(1)需满足一些假设条件，这些条件在实际测量中可能无法满足，如液滴的体积不是非常小，重力影响不能忽略，液滴在粗糙表面、多相表面的接触角不是轴对称，因此会带来一些误差。

本次实验选用运用此原理的美国FTA仪器，是基于被测样品的特点，宝玉石本身体积小，对测试液滴的尺寸要求较小，且宝玉石表面经过抛光后较为光滑，可能造成的误差较小。

测量方法

测量仪器

仪器选用可测量被测物体的表面张力和接触角的表面张力测试仪，该仪器能够精确地显示液滴的外观，并装备了易于调整的样品台，内置计算机控制的进样系统定位方便，可控制小剂量给样。使用的控制液滴大小的测试针头是27 Gauge。

实验样品及测量过程

(1)实验样品

本次实验选用钻石、镀膜钻石、合成碳硅石、合成立方氧化锆(CZ)、红宝石、合成红宝石、蓝宝石、合成蓝宝石、橄榄石、透辉石、长石、黄水晶、碧玺、充填碧玺、托帕石、覆膜托帕石、翡翠、覆膜翡翠、琥珀、覆膜琥珀共计21粒。

选用去离子水作为检测液体。

实验仪器误差为1%。

(2)测量过程

在相同实验条件下分别对21粒待测样品逐一清洗，进行测试并记录数据。具体测量步骤如下。

①用酒精清洁样品表面。

②将待测样品放置在样品台上，固定宝石并使宝石待测表面水平。

③使用计算机软件调节控制液体体积及液滴速率，待液滴稳定后，微调样品台，使液滴与样品台上的样品触碰，测量样品的接触角。

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。