一種合成變石的寶石學(xué)研究

王思宇 黃超 陳葉咪 陳璇

廣東省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心 廣東廣州 510080

變石，英文名稱Alexandrite,屬于BeAl氧化物，其化學(xué)分子式為Be2Al2O4,含有Cr,V,Fe等微量致色元素，是金綠寶石的一種非常罕見的品種，由于具有特殊的變色效應(yīng)而得名。變石色澤動(dòng)人，顏色富于變化被稱為西方赫赫有的五大名貴寶石之一。它的商業(yè)名稱又稱亞歷山大石，變石日光下常呈現(xiàn)綠色色調(diào)為主的顏色，而在白熾燈或燭光下呈現(xiàn)紅色色調(diào)為主的顏色，所以又有“白晝里的祖母綠，黑夜里的紅寶石”的美譽(yù)。隨著中國(guó)的珠寶行業(yè)不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外的珠寶貿(mào)易交往頻繁，中國(guó)人已經(jīng)不僅僅局限于傳統(tǒng)的珠寶玉石品種，越來越多的人們都開始青睞變石這一種美麗珍貴的西方寶石。產(chǎn)量的稀少，市場(chǎng)的日益緊俏，導(dǎo)致變石價(jià)格不斷上漲。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已經(jīng)出現(xiàn)了人工合成的變石產(chǎn)品。本文中筆者通過常規(guī)寶石學(xué)測(cè)試、紅外光譜以及X射線熒光光譜等測(cè)試方法，對(duì)樣品進(jìn)行分析研究，提供較為系統(tǒng)的基礎(chǔ)資料。

圖1 樣品的顯微鏡下特征

1 常規(guī)寶石學(xué)測(cè)試

1.1 肉眼觀察

筆者測(cè)試的樣品包括：三粒寶石級(jí)圓刻面型合成變石戒面（樣品C1至樣品C3）及一粒不規(guī)則形的合成變石原料（樣品C4)。樣品日光下體色為藍(lán)綠色色調(diào)，白熾燈下可見紫紅色色調(diào)；透明；圓刻面型合成變石戒面表面拋光良好，合成變石原石表面一側(cè)未拋光另一側(cè)拋光良好。

在歸屬過程中參考羅紅宇[2]等對(duì)金綠寶石和變石的礦物紅外光譜實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果。天然變石的紅外吸收峰主要位于3384cm-1，3020cm-1，2893cm-1，2518cm-1，2362cm-1，979cm-1，879cm-1，790cm-1，749cm-1，671cm-1，649cm-1，572cm-1，555cm-1，532cm-1，513cm-1，439cm-1附近（圖 3），其中 3384cm-1，3020cm-1，2893cm-1，2362cm-1為其特征吸收峰；對(duì)樣品的不同部位進(jìn)行測(cè)試，獲得了峰位相對(duì)單一的譜圖，經(jīng)與參考譜圖對(duì)比，發(fā)現(xiàn)樣品吸收峰主要位于835cm-1，672cm-1，647cm-1，575cm-1，550cm-1，512cm-1，440cm-1附近（圖 2）。

1.2 常規(guī)寶石學(xué)儀器測(cè)試分析

對(duì)樣品進(jìn)行常規(guī)寶石學(xué)測(cè)試，待測(cè)樣品的折射率采用刻面法測(cè)試，折射率為1.740-1.75；密度采用靜水稱重法進(jìn)行測(cè)試，密度為3.72-3.76g/cm3；偏光鏡下呈現(xiàn)四明四暗現(xiàn)象，濾色鏡下變紅；LW紫外熒光下呈現(xiàn)強(qiáng)紅色熒光,SW紫外熒光下呈現(xiàn)弱紅色熒光。

圖2 樣品的紅外圖譜

1.3 放大檢測(cè)：

樣品C1至樣品C3內(nèi)可見大量氣泡，樣品C4內(nèi)可見大量氣液兩相包裹體及流體包裹體，包裹體分布于不同層（圖1）。經(jīng)過前人總結(jié)分析認(rèn)為, 類似的“流體包裹體”和“兩相包裹體”是部分高溫液態(tài)物質(zhì)形成的非晶態(tài)玻璃體及其在體積收縮或冷卻過程中形成的氣泡[1]。

2 紅外光譜分析

采用布魯克TENSOR27型傅立葉變換紅外光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件：室溫為19℃-23℃,濕度為36%-38%,電壓為220V,測(cè)試范圍為4000-500cm-1，分辨率為8cm-1,掃描時(shí)間為40s,掃描次數(shù)為32次，反射法。

3 X射線熒光光譜儀

采用Thermo Quant＇X能譜儀對(duì)樣品的化學(xué)成分進(jìn)行了測(cè)定，測(cè)定條件：電壓為20k V，電流自動(dòng)，溫度25℃，測(cè)試時(shí)間30s。

運(yùn)用能量色散型X射線熒光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行定性分析，測(cè)試結(jié)果顯示樣品的Cr、Fe、V、Ti、Ca等元素（如圖3）。原料大量出現(xiàn)包裹體部分還發(fā)現(xiàn)有Sn元素，而無(wú)包裹體一側(cè)無(wú)Sn元素，筆者猜想可能是在制作過程中用到了Sn元素，但是可能在制作過程中Sn元素?fù)]發(fā)掉了。測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了樣品的主要微量元素為Cr、Fe、V、Ti、Ca。相關(guān)資料顯示，天然變石的主要微量元素有Fe、Cr、Ti、Ca[3]。

圖3 樣品的X射線熒光光譜圖

4 結(jié)果

根據(jù)常規(guī)寶石學(xué)測(cè)試，結(jié)合紅外光譜以及X射線熒光光譜測(cè)試結(jié)果，得出以下主要結(jié)論：（1）樣品日光下體色為藍(lán)綠色色調(diào)，白熾燈下可見紫紅色色調(diào);強(qiáng)玻璃光澤;折射率為1.740-1.755；相對(duì)密度為3.72-3.76；LW紫外熒光下呈現(xiàn)強(qiáng)紅色熒光,SW紫外熒光下呈現(xiàn)弱紅色熒光；查爾斯濾色鏡觀下變紅；偏光性下四明四暗；顯微鏡放大檢查內(nèi)部可見大量氣泡及氣液兩相包裹體、流體包裹體，包裹體分布于不同層。大量氣泡密集排列的氣泡有對(duì)于鑒別樣品是天然變石還是合成變石有很好的指示作用。但是合成變石樣品中可見類似流體包裹體和氣液二相包裹體,給檢測(cè)工作帶來一定的迷惑,應(yīng)該受到檢測(cè)者的注意。（2）對(duì)樣品進(jìn)行紅外光譜測(cè)試，結(jié)合前人研究[2]，天然變石以2800cm-1-3300cm-1O-H伸縮振動(dòng)和2362cm－1CO2伸縮振動(dòng)為特征吸收峰，而樣品無(wú)此特征吸收。由此可以推斷樣品為合成變石。（3）X射線熒光光譜儀測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了樣品的主要微量元素為Cr、Fe、V、Ti、Ca。(4)結(jié)合其外觀、顯微鏡下特征及光譜分析，綜合判定該樣品為合成變石，其主要致色元素為 Cr、Fe、V、Ti、Ca。