一種淺藍色蛋白石的寶石學特征與呈色機理研究

莫祖榮,鄧木林

(廣東省珠寶玉石及貴金屬檢測中心，廣東 廣州 510080)

蛋白石是一種含水的二氧化硅化合物，通常有白色、黑色、橙色、紅色等多種顏色。近期，珠寶批發(fā)銷售市場上出現(xiàn)一種商家聲稱為天然色的淺藍色蛋白石(圖1)。為了弄明白該聲稱的淺藍色蛋白石相關寶石學特征與其顏色呈色機理，以判斷其是否滿足天然蛋白石的寶石學特征，是否能夠符合國家相關定名標準要求。筆者采集了典型的手標本(圖2、圖3)進行常規(guī)寶石學、紅外光譜、X射線能譜、紫外-可見光譜等測試與分析工作。

1 寶石學特征

標本樣品外觀整體呈淺藍色，帶有黃褐色的皮殼(圖2、圖3)，樹脂光澤～玻璃光澤，斷口處呈貝殼狀斷口(圖2)，半透明，正交偏光下觀察表現(xiàn)為全暗的均質(zhì)體現(xiàn)象，放大觀察可見黑褐色片狀、“樹枝狀”的內(nèi)含物，用含酒精棉簽擦拭樣品表面未見棉簽上粘有顏色的現(xiàn)象。測試摩氏硬度為5～6，折射率為1.45(點測)，采用靜水稱重法測試相對密度，相對密度在2.09～2.11之間。標本樣品觀察的寶石學特征具蛋白石的特征，相對密度與折射率測試數(shù)值在蛋白石的范圍之內(nèi)，因此初步判斷樣品為蛋白石。

圖1 淺藍色蛋白石Fig.1 The light blue opal

圖2 帶黃褐皮殼的淺藍色蛋白石Fig.2 The light blue opal with yellow brown skin

圖3 帶黃褐皮殼的淺藍色蛋白石Fig.3 light blue opal with with yellow brown skin

2 紅外光譜儀測試

紅外光譜儀工作原理：紅外光的能量不足以測試樣品產(chǎn)生電子能級的躍遷，只產(chǎn)生振動能級與轉(zhuǎn)動能級的躍遷，分子在振動與轉(zhuǎn)動過程中，當分子振動伴隨偶級矩改變時，分子內(nèi)電荷分布產(chǎn)生交變電場，當其頻率與入射輻射電磁波頻率相等時產(chǎn)出紅外吸收。中紅外1500～400cm-1指紋區(qū)的振動與分子機構有關，機構不同的分子顯示不同的紅外吸收帶，可以確定礦物分子組成；近紅外7500～4000cm-1的吸收帶主要與低能電子躍遷，含氫原子團伸縮振動吸收有關，可以確定-OH的存在?，F(xiàn)利用Nicolet-IS10型紅外光譜儀對標本樣品進行測試，測試條件為在實驗室室溫和濕度環(huán)境下，首先采用原物漫反射法測試，分辨率2 cm-1，測試范圍400～2000 cm-1，掃描8次，取樣品中的多個測試點測試，選取其典型圖譜，該樣品主要峰位位于477，782，972，1112cm-1處；再采用透射法測試，分辨率2 cm-1，測試范圍4000～7500 cm-1，掃描8次，取樣品中的多個方向測試點測試，選取其典型圖譜，該樣品主要峰位位于4318，4636，5478，7214cm-1處。紅外測試結果顯示，樣品為含水的二氧化硅化合物，其譜線與蛋白石紅外參考圖譜相似，故推斷樣品的主要礦物成分為蛋白石。

3 X射線熒光光譜儀測試

X射線熒光光譜儀工作原理：寶石通常由一種或多種元素組成，當用X射線照射寶石，可激發(fā)寶石的各種波長的熒光X射線，光譜儀將混合的熒光X射線按波長或能量分開，并分別測量不同波長或能量的X射線強度，以進行元素定性和定量的分析?，F(xiàn)采用賽默飛世公司Quant’X型X射線熒光光譜儀器對標本樣品進行元素定性測試分析，測試條件：在46kV，mid Zb條件下測試60秒。測試圖譜可見，樣品中含有明顯的銅(Cu)元素(圖6)。

圖5 測試樣品紅外光譜圖透射法Fig.5 IR spectrum of sample by transmission method

圖6 Quant’X型X射線熒光光譜圖Fig.6 Quant'X X-ray fluorescence spectrogram

4 紫外-可見分光光度計

紫外-可見分光光度計工作原理：在電磁輻射作用下，由寶石中原子、離子、分子的價電子和分子軌道上的電子在電子能級間的躍遷而產(chǎn)出的分子吸收光譜，彩色寶石內(nèi)含的致色元素對不同波長的入射光具有不同強度的選擇性吸收。測試采用標旗公司的UV5000紫外-可見分光光度計進行，積分時間為20 ms，平均次數(shù)20，測試范圍0～700nm。將淺藍色蛋白石樣品拋光面直接置放于反射測試窗口，測試結果顯示，主要吸收位于480 nm處(圖7)，由于測試樣品的透明度不同變化，吸收帶會產(chǎn)生一定的位移(圖7)。

圖7 測試樣品紫外-可見分光光度計Fig.7 the ultraviolet-visible spectrophotometer of the sample tested

5 探討與結語

(1)利用常規(guī)寶石學儀器檢測、觀察與紅外光譜儀的測試，可確定該淺藍色樣品為可見黑褐色片狀、“樹枝狀”內(nèi)含物，主要礦物成分為含水二氧化硅的蛋白石；

(2)呈色機理探討：根據(jù)X射線熒光光譜儀測試樣品含有明顯的銅(Cu)元素，紫外-可見分光光度計測試吸收主要位于480 nm處，筆者據(jù)此推測樣品顏色致色成因主要是主要成分中含雜質(zhì)元素銅(Cu)引起。它的呈色機理是少量的Cu2+以類質(zhì)同象的形式替代Si4+形成CuO團，即產(chǎn)生了空穴色心，色心對入射可見光進行了選擇性吸收，使蛋白石呈現(xiàn)出藍色，顏色并不是后期人工加色或染色所致；

(3)根據(jù)國標GB/T 16552-2017《珠寶玉石 名稱》及GB/T 16553-2017《珠寶玉石 鑒定》的規(guī)定，確定該淺藍色樣品可定名為蛋白石。