鉴定与仪器

放大是第一项检测，也是用得最多的一项。标准放大镜是 10 倍三合透镜：三片胶合透镜，可以校正颜色镶边（色差）和边缘模糊（球差）。10 倍是钻石净度分级的基准放大倍数。美国联邦贸易委员会把“无瑕”一词限定于这样的宝石：由熟悉钻石分级的人员在充分照明下，用经过校正的 10 倍放大镜检查，看不到表面瑕疵。倍数更高的手持透镜视场更窄、景深更浅，因而更难使用。

宝石显微镜是一台双目体视显微镜，照明方式专为宝石设计。在暗域照明下，挡板遮住直射光，包裹体便在黑色背景上发亮。明域照明把低浮雕特征和弧形生长纹显示为暗色形状，顶光或光纤灯则能显出抛光痕和凹坑。把宝石浸在液体中可以减少表面反射，使色带更容易看清。GIA 指出，显微镜能看出多少，取决于操作者，而操作者需要多年训练。

宝石学家要寻找具有诊断意义的特征：焰熔法合成刚玉中的弧形生长纹和气泡，助熔剂法宝石中的助熔剂指纹状包裹体和铂金片，合成碳硅石（莫桑石）中成双的刻面棱交汇处，以及处理钻石中沿充填裂隙出现的闪光效应。

折射仪依据临界角测定折射率（RI）。一个平整刻面搁在高密度玻璃半圆柱上，中间以一滴接触液相连，内部标尺上明暗交界的位置即为该宝石的折射率，在黄光下读取。转动非均质体宝石会得到两个读数，其差值即双折射率，而两个读数的移动方式可以显示宝石是一轴晶还是二轴晶。弧面型宝石则给出一个模糊的点状读数。GIA 所用接触液的折射率为 1.81，高于此值便读不出来，因此高型锆石、合成立方氧化锆、钻石以及折射率处于上限的石榴石都看不到交界线，记作超出量程。

偏光镜把宝石置于两片正交的偏光片之间。均质体宝石转动一周始终保持黑暗；非均质体每转 90° 消光一次；玉髓一类的显微晶质集合体则始终明亮。内部应变会使均质体宝石出现异常双折射，转动检偏镜即可把它与真正的双折射区分开。加装锥光镜可以得到干涉图，用以区分一轴晶与二轴晶。

二色镜把多色性的几种颜色并排显示：一轴晶两种，二轴晶三种，均质体则没有。

手持分光镜把穿过宝石的光展开成光谱，被吸收的波长在其中表现为暗线和暗带。棱镜式仪器把蓝端拉长；光栅式仪器则把可见光范围展开得更为均匀。有几种图案具有诊断意义：铬在红宝石中给出 694 nm 处的一条窄线；刚玉中的铁在含量超过约 150 ppma 之后，在 377、388 和 450 nm 附近产生特征；锆石则显出一组谱线，宝石学家称之为风琴管状光谱。GIA 把手持分光镜列为最难掌握的便携仪器之一。

查尔斯滤色镜只透过两段窄带的光，用于筛查某些绿色、红色和蓝色宝石，以及检出玉髓中的染料。这类滤色镜有助于鉴定，但不用作最终结论。

紫外灯用于检验荧光和磷光，长波为 365 nm，短波为 254 nm。没有反应并不能证明宝石未经处理，发光性也只是半定量的。

静水天平依据阿基米德原理测定相对密度：空气中的重量除以在水中失去的重量。滴一滴洗涤剂可以降低表面张力。这种方法较慢，对极小或多孔的宝石并不可靠，但能区分密度不同的相似品。

钻石的导热性优于其他任何宝石材料，手持热导仪正是依靠这一点。加热的金属探针接触宝石，仪器测量热量散失的快慢。合成立方氧化锆、玻璃、钇铝榴石（YAG）、钆镓榴石（GGG）、钛酸锶和无色蓝宝石导热性差，检测不通过；钻石则通过。

合成碳硅石在 1990 年代后期进入首饰市场时使这项检测失效。GIA 当时报告称，它的热学性质与钻石太过接近，热导探针对它的反应与对钻石一样。后来的多功能检测仪增加了导电性一项，因为碳硅石是半导体。含硼的 IIb 型钻石，无论天然还是实验室培育，同样导电。用放大镜可以迅速复核：碳硅石是非均质体，因此背面的刻面棱交汇处看起来成双，而且它比钻石轻，相对密度为 3.22，钻石为 3.52。

无论热导还是电导探针，都无法把天然钻石与实验室培育钻石分开，因为两者是同一种碳晶体。这需要光谱筛查，GIA 声明没有哪一种快速、低成本的筛查工具能识别出全部实验室培育钻石。GIA 的 iD100 之类的设备，可在两秒之内检测 0.9 mm 及以上的裸石或已镶嵌的无色至接近无色宝石，给出“通过”或“送检”。被判送检的宝石转交实验室。

大型实验室还配备探查结构和化学成分的仪器，多数为无损检测。

FTIR（傅里叶变换红外）光谱记录红外吸收。它通过检测氮和硼确定钻石类型，并能揭示玉石中的聚合物充填以及刚玉中某些处理的痕迹。紫外-可见-近红外光谱测量从紫外到近红外的吸收，用以确定颜色成因；为使谱线更锐利，要用液氮冷却宝石。拉曼光谱把激光对准一个点，读取散射光中微小的能量位移，这种振动指纹可以识别宝石或表面之下的包裹体，对透明至半透明材料效果最好。光致发光（PL）光谱同样由激光激发，通常在液氮温度下进行，能检出十亿分之一量级的缺陷，是区分天然、实验室培育和处理钻石的核心手段。DiamondView 在 225 nm 以下的紫外光下对发光成像，以显示生长纹。

化学分析方面，EDXRF（能量色散 X 射线荧光）读取各元素的特征 X 射线，但检测不到比钠更轻的元素，因此测不出刚玉中的铍。LA-ICP-MS（激光剥蚀电感耦合等离子体质谱）把一小点材料气化，留下一个直径约 50 µm 的坑，通常打在腰棱上，可测定 1 ppm 以下的多数微量元素，重元素可测到十亿分之一量级。对珍珠则用 X 射线照相和显微 CT 对内部结构成像，不过已镶嵌的珍珠一般要先取下。

宝石的微量元素反映了它所由生成的岩石和流体，因此实验室把一颗宝石的化学成分、包裹体和光谱与产地已知的参比样品作比对。这一方法在 2000 年代初大为扩展，当时各实验室为检出刚玉中的铍扩散而引入 LA-ICP-MS，随后发现同样的数据也可用来区分矿床。

对蓝色蓝宝石，GIA 使用镁、钛、钒、铁和镓。它先用 880 nm 吸收带筛查，把变质成因的宝石与玄武岩有关的宝石分开，再把未知样品与成分相近的参比宝石作图比对，只有在包裹体、化学成分和光谱三者一致时才接受某个产地结论。珀卡及其同事在 2007 年指出，岩浆成因蓝宝石镓高镁低，Ga/Mg 比值大于 10，而变质成因蓝宝石则低于这一数值。

包裹体还增添了时间维度。SSEF 的 GemTOF 是一台 2016 年 7 月安装的飞行时间 LA-ICP-MS，可一次记录几乎整个元素周期表，并能依据铀和铅为锆石包裹体定年。这些包裹体的拉曼光谱同样有用：地质年龄较轻的克什米尔蓝宝石中的锆石给出窄峰，而马达加斯加蓝宝石中年代较老、蜕晶化程度较高的锆石则给出宽带。

这种方法有实实在在的局限。GIA 报告称，不同产地的宝石常常重叠到无法判定产地的程度，此时宁可出具结论不确定的意见，也不去猜测。