本文運用現代儀器(FTA200動態接觸角測量儀)測量了15個天然和合成寶玉石品種(鑽石、合成碳矽石、合成立方氧化鋯、碧璽、托帕石、翡翠、琥珀等)，以及經覆膜和充填2種處理方法的寶玉石樣品(鍍膜鑽石、覆膜托帕石、覆膜翡翠、覆膜琥珀、充填碧璽)的表麵接觸角，並運用公式計算其表麵張力。

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、透過法、測力法和長度法。量角法直觀，但測試結果受操作者影響，誤差較大；透過法適用於固體粉末；測力法運用電子天平，讀數較精確，德國KRUSS公司的動態表麵能分析儀基於此方法設計製造；長度法形式之一的小液滴法(球冠)是當液滴足夠小時，重力可以忽略，液滴是理想的球冠型，測量在固體平麵上小液滴的高度(h)和寬度(2r),二者關係可以表示為如下公式：

sinθ=2hr/(h2+r2)（1)

通過測量h和r，可以根據公式(1)計算出接觸角θ。本次實驗采用的美國FTA公司的表麵張力動態接觸角分析係統依據此原理設計製造。該方法受操作者影響較小，誤差小，但公式(1)需滿足一些假設條件，這些條件在實際測量中可能無法滿足，如液滴的體積不是非常小，重力影響不能忽略，液滴在粗糙表麵、多相表麵的接觸角不是軸對稱，因此會帶來一些誤差。

本次實驗選用運用此原理的美國FTA儀器，是基於被測樣品的特點，寶玉石本身體積小，對測試液滴的尺寸要求較小，且寶玉石表麵經過拋光後較為光滑，可能造成的誤差較小。

測量方法

測量儀器

儀器選用可測量被測物體的表麵張力和接觸角的表麵張力測試儀，該儀器能夠精確地顯示液滴的外觀，並裝備了易於調整的樣品台，內置計算機控製的進樣係統定位方便，可控製小劑量給樣。使用的控製液滴大小的測試針頭是27 Gauge。

實驗樣品及測量過程

(1)實驗樣品

本次實驗選用鑽石、鍍膜鑽石、合成碳矽石、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。

實驗儀器誤差為1%。

(2)測量過程

在相同實驗條件下分別對21粒待測樣品逐一清洗，進行測試並記錄數據。具體測量步驟如下。

①用酒精清潔樣品表麵。

②將待測樣品放置在樣品台上，固定寶石並使寶石待測表麵水平。

③使用計算機軟件調節控製液體體積及液滴速率，待液滴穩定後，微調樣品台，使液滴與樣品台上的樣品觸碰，測量樣品的接觸角。

本次實驗已知水的表麵張力72.8 mN/m(20℃)，利用公式計算得出各寶玉石品種的表麵張力分別為：鑽石67.4 mN/m，合成碳矽石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。從表麵張力數值的差異可以看出，部分不同品種寶玉石的表麵張力數值有較大差異，如鑽石67.4 mN/m，紅寶石60.5 mN/m，琥珀49.9 mN/m；也有部分其表麵張力數值較為接近，如長石71.2 mN/m，黃水晶71.5 mN/m。因此，表麵張力數值僅可作為寶玉石品種的輔助鑒定依據。