藍(lán)紫色堇青石的寶石學(xué)特征及顏色成因

成思恩，楊 揚(yáng)，牟若愚

(1．長(zhǎng)春工程學(xué)院 勘查與測(cè)繪工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130022；2．山東科技大學(xué) 礦業(yè)與安全工程學(xué)院，山東 青島 266500)

堇青石，寶石級(jí)品種英文名是lolite，屬斜方晶系，是一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物?；瘜W(xué)成分為Mg2Al4Si5O18，可含有Na、Ca、K、Fe、Mn等元素及CO2、H2O，其中Mg和Fe可完全替換，形成完全類質(zhì)同象[1]。大部分自然界中的堇青石是富鎂的。堇青石由富含鎂、鋁的巖石經(jīng)高級(jí)變質(zhì)作用而形成，是高級(jí)變質(zhì)作用的產(chǎn)物，晶體中常見(jiàn)的包裹體有赤鐵礦、針鐵礦等，當(dāng)這些礦物包體定向排列時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生砂金效應(yīng)[2]。堇青石顏色很豐富，但是只有藍(lán)色和藍(lán)紫色為寶石級(jí)品種。

1 樣品常規(guī)測(cè)試

本次實(shí)驗(yàn)所用的堇青石樣品于江蘇東海水晶城及網(wǎng)絡(luò)渠道采購(gòu)，為6顆顏色由淺至深的藍(lán)紫色的堇青石，未經(jīng)任何優(yōu)化處理，均為橢圓刻面型寶石，半透明至透明，玻璃光澤；寶石大小一致，為6×4 毫米,平均重量約為0.40克拉，將其編為1～6號(hào)。

圖1 堇青石樣品1Fig.1 The picture of the iolite samples

通過(guò)對(duì)這6件樣品進(jìn)行常規(guī)寶石學(xué)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)6顆樣品的折射率、密度有一定程度的變化，樣品6的折射率和密度最高，顏色飽和度也最高。通過(guò)放大觀察包裹體，可見(jiàn)氣液兩相包體、天然礦物包體和裂隙，可排除合成堇青石的可能。樣品多色性很明顯，為明顯的藍(lán)紫/藍(lán)/淡黃，觀察結(jié)果整理如表1所示。

表1 堇青石的常規(guī)寶石學(xué)特征Table 1 The gemological characteristics of lolites

通過(guò)比對(duì)6個(gè)樣品的常規(guī)寶石學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)隨著堇青石顏色由淺到深，密度和折射率都隨顏色加深而不斷增加，三者之間存在著一定的關(guān)系，而雙折率的變化不突出。這可能與樣品中鐵離子濃度有關(guān)，鐵離子通過(guò)類質(zhì)同象取代了其它元素，當(dāng)光線照射進(jìn)入堇青石晶體內(nèi)部時(shí)，鐵離子與之發(fā)生相互作用，延長(zhǎng)光線通過(guò)時(shí)間，使得折射率值偏高。雙折率值與顏色深淺無(wú)關(guān)。

2 紅外光譜測(cè)試

紅外測(cè)試在蘇州中工珠寶檢測(cè)中心完成，儀器型號(hào)為TENSOR 27，用反射法對(duì)指紋區(qū)進(jìn)行測(cè)試，掃描范圍為1600～400 cm-1，分辨率 4cm-1，掃描16次。測(cè)試結(jié)果如圖2?？梢?jiàn)結(jié)構(gòu)基本一致，主要吸收峰為1198cm-1、1146cm-1、964cm-1、906cm-1、770cm-1、748cm-1、676cm-1、617cm-1、580cm-1、485cm-1、446cm-1。其中676cm-1、617cm-1、580cm-1堇青石特征吸收譜帶[3]；1198cm-1、1146cm-1與堇青石中的Si-O-Si非對(duì)稱伸縮振動(dòng)有關(guān)；964cm-1、906cm-1和[AlO4]四面體的伸縮振動(dòng)有關(guān)；770cm-1、748cm-1與堇青石六元環(huán)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)有關(guān)；485cm-1、446cm-1是由[SiO4]四面體的彎曲振動(dòng)產(chǎn)生的。不同譜帶吸收峰有輕微差異，這與類質(zhì)同象有關(guān)。

圖2 樣品的紅外光譜圖Fig.2 The infrared spectrum of samples

3 紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)試

測(cè)試在蘇州中工珠寶檢測(cè)中心完成,儀器型號(hào)為GEM-3000，對(duì)顏色飽和度依次增加的三顆寶石1、3、6進(jìn)行紫外可見(jiàn)光譜測(cè)試。

對(duì)樣品1、3、6的紫外吸收?qǐng)D譜進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)三顆樣品在350～450nm之間有多條弱的吸收帶，在500～650nm之間有寬的吸收帶。350～450nm之間的吸收與氧元素和鐵元素之間的電荷轉(zhuǎn)移有關(guān)，而500～650nm之間的吸收與Fe2+→Fe3+的價(jià)間電荷轉(zhuǎn)移有關(guān)[4]。而且不論是350～450nm之間的弱吸收帶，還是500～650nm之間的寬吸收帶，都是隨著樣品顏色的加深而變強(qiáng)的，這與Fe元素含量增加有密切的聯(lián)系。其中，變化更明顯的是500～650nm之間的寬吸收帶，推測(cè)樣品6因?yàn)樵诰G-紅區(qū)的強(qiáng)吸收，使得其藍(lán)紫色比樣品1、3更明顯。

圖3 樣品1、3、5的紫外吸收譜圖Fig.3 The UV absorption spectra of sample 1，3 and 5

4 X射線熒光能譜儀測(cè)試

為了定性和定量得到樣品所含元素，分析堇青石的顏色成因[33]，選取顏色由淺到深的1、3、6號(hào)樣品，送到南京曉莊學(xué)院做X射線熒光光譜儀測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

該儀器定性可以做到F，定量可以做到Na。另外，由于測(cè)試條件有限，X射線熒光光譜儀無(wú)法區(qū)分同一元素的不同價(jià)態(tài)，如Fe元素含量用Fe2O3表示，但是不代表Fe元素不存在其他價(jià)態(tài)。

表2 樣品的元素組成(%)Table 2 The elements of samples(%)

經(jīng)成分測(cè)試，可知堇青石的組成元素主要為O、Mg、AI、Si，同時(shí)還有Fe、Ca、K等微量元素，其中Mn、Fe是常見(jiàn)的致色元素，堇青石的顏色成因可能與其有關(guān)[5]。

但是經(jīng)數(shù)據(jù)分析，Mn元素的含量與顏色深淺無(wú)明顯聯(lián)系，3號(hào)樣品Mn元素含量最高但是顏色并不是最明顯的，顏色飽和度最高的6號(hào)Mn元素含量只比顏色最淺的1號(hào)含量高，由此認(rèn)為，Mn元素并不是影響堇青石顏色的主要原因。而隨著堇青石樣品的顏色不斷加深，可以看見(jiàn)Fe元素含量的不斷增加，從一號(hào)樣中的0.758%到6號(hào)樣品的2.033%，我們可以得出結(jié)論，藍(lán)紫色堇青石的顏色成因主要和Fe元素含量有關(guān)，F(xiàn)e元素含量越高，堇青石顏色越深，反之亦然。

5 結(jié)論

(1)藍(lán)紫色堇青石的顏色、密度、折射率，三者呈正相關(guān)性，隨著Fe元素含量的提高，堇青石的顏色會(huì)越來(lái)越深，密度和折射率值也會(huì)越來(lái)越高。

(2)紅外光譜測(cè)試表明，樣品的紅外光譜與標(biāo)準(zhǔn)光譜吸收峰一致，676cm-1、617cm-1、580cm-1是堇青石特征吸收譜帶。紫外—可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)試表明，藍(lán)紫色堇青石350～450nm之間有多條弱吸收帶，在500～650nm之間有寬吸收帶，且顏色較深的堇青石相比于顏色較淺的堇青石，其在500～650nm之間吸收更明顯；

(3)X射線熒光能譜儀測(cè)試表示，堇青石的主要組成元素為O、Mg、AI、Si，主要致色元素為Fe，同時(shí)還可能含有Ca、K等元素。Fe元素含量的高低決定堇青石顏色的深淺，F(xiàn)e元素含量越高，堇青石顏色越深。