一例充填海藍(lán)寶石戒面的寶石學(xué)特征研究

朱紅偉,趙瀟雪,李 婷,孫 冰,陳淑祥

(1.山東省社會(huì)公正計(jì)量行有限公司，山東 濟(jì)南 250014；2.國(guó)家黃金鉆石制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，山東 濟(jì)南 250014；3.齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院)，山東 濟(jì)南 250353)

海藍(lán)寶石為天藍(lán)色至海藍(lán)色或帶綠的藍(lán)色的綠柱石，是鈹-鋁硅酸鹽礦物，是綠柱石族寶石中的重要品種之一。海藍(lán)寶石以其淡雅、優(yōu)美、清澈、靚麗的藍(lán)色贏得人們的喜愛(ài)，海藍(lán)寶石象征著沉著、勇敢。海藍(lán)寶石主要的處理方法有充填處理和覆膜處理，在市場(chǎng)上常見(jiàn)到的處理海藍(lán)寶石一般都是串珠類(lèi)，寶石級(jí)刻面型海藍(lán)寶石很少作為處理寶石。吳婷對(duì)不同產(chǎn)地的海藍(lán)寶石做了細(xì)致的光譜分析，趙曉川介紹了染色石英巖仿海藍(lán)寶石的鑒定特征，楊如增對(duì)熱處理海藍(lán)寶石的紅外光譜特征和拉曼光譜特征做了介紹，高寒對(duì)新疆海藍(lán)寶石的光譜特征進(jìn)行了描述[1-4]。但刻面型并經(jīng)充填處理的優(yōu)質(zhì)的海藍(lán)寶石極少在珠寶市場(chǎng)上出現(xiàn)，因此，筆者通過(guò)對(duì)此粒充填海藍(lán)寶石的系統(tǒng)分析，總結(jié)歸納其寶石學(xué)特征，以期為同行質(zhì)檢機(jī)構(gòu)提供鑒定依據(jù)。

1 樣品特征

樣品為一粒淺藍(lán)色墊型切工的海藍(lán)寶石，透明，玻璃光澤， 質(zhì)量為0.3988g，尺寸為(7.73×7.73×5.44)mm，肉眼觀察與天然海藍(lán)寶石無(wú)明顯差別，極具欺騙性(圖1)。

圖1 測(cè)試樣品Fig.1 Tested sample

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 常規(guī)寶石學(xué)測(cè)試

采用寶石顯微鏡、折射儀、密度測(cè)試、紫外燈等儀器對(duì)樣品進(jìn)行常規(guī)寶石學(xué)特征測(cè)試。

寶石顯微鏡分析采用南京寶光檢測(cè)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的GVMI60型顯微攝像寶石顯微鏡，具有40倍連續(xù)變焦功能，并搭載canon佳能EOS600D照相機(jī)。

2.2 紅外光譜分析

采用德國(guó)BUKER TENSOR 27型傅里葉變換紅外光譜儀，利用反射法(PIKE UPIRTM漫反射附件)和透射法對(duì)樣品的紅外吸收光譜進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件：室溫25℃，相對(duì)濕度40%，分辨率為4 cm-1，掃描次數(shù)為32次，測(cè)量范圍為反射法400～2000 cm-1，透射法2000～6000 cm-1。

2.3 紫外可見(jiàn)光譜分析

采用廣州標(biāo)旗光電科技發(fā)展股份有限公司的GEM3000型紫外-可見(jiàn)光分光光譜儀，測(cè)試條件：測(cè)試范圍為220 nm～1100 nm，分辨率0.5 nm，實(shí)驗(yàn)條件積分時(shí)間10s，平均掃描次數(shù)50，平滑寬度2，室溫25oC，相對(duì)濕度45%。

2.4 Diamond ViewTM熒光分析

采用英國(guó)DTC生產(chǎn)的Diamond ViewTM熒光觀測(cè)儀分析樣品的熒光特征以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，同時(shí)可以觀察樣品的磷光特征。儀器采用波長(zhǎng)為230 nm的短波紫外線，在白光條件下觀察和調(diào)節(jié)樣品的位置和準(zhǔn)焦點(diǎn)，熒光拍攝是通過(guò)彩色CCT攝像機(jī)完成的，以之記錄樣品的熒光和磷光特征。

2.5 X射線熒光光譜分析

X射線熒光光譜分析采用江蘇天瑞儀器股份有限公司產(chǎn)EDX 3000Plus型號(hào)X射線熒光光譜儀，測(cè)試條件：室溫，管壓40kV，峰通道803.5，粗調(diào)碼66，管流300mA，濾光片3，準(zhǔn)直器4mm，初始化通道2210，初始化元素Ag，測(cè)量時(shí)間30s，預(yù)熱時(shí)間300s，初始道50，結(jié)束道4095。

3 結(jié)果與分析

3.1 常規(guī)寶石學(xué)特征分析

樣品在正交偏光鏡下呈現(xiàn)四明四暗特征，非均質(zhì)體，折射率為1.570～1.575，雙折射率為0.005，二色性強(qiáng)：淺藍(lán)色-近白色。在365 nm紫外燈下可見(jiàn)面紗狀藍(lán)綠色熒光特征(圖2)，而正常情況下天然海藍(lán)寶石不應(yīng)該具有熒光反應(yīng)，這應(yīng)引起警示。在寶石顯微鏡下觀察樣品，頂光源反射光下發(fā)現(xiàn)樣品裂隙發(fā)育，可見(jiàn)通達(dá)表面的裂隙痕跡。底光源透射光下可見(jiàn)樣品內(nèi)部裂隙面呈現(xiàn)紫紅色閃光現(xiàn)象，這是寶石經(jīng)充填處理的重要證據(jù)。此外，樣品內(nèi)部可見(jiàn)密集的點(diǎn)狀包裹體，呈面紗狀分布，這是海藍(lán)寶石的鑒定特征之一(圖3)。

圖2 紫外熒光特征Fig.2 Ultraviolet fluorescence characteristics

圖3 放大觀察Fig.3 Microscopic observation

3.2 紅外吸收光譜分析

經(jīng)紅外吸收光譜反射法測(cè)試主要的吸收峰有1234 cm-1、1069 cm-1、1018 cm-1、961 cm-1、810 cm-1、745 cm-1、687 cm-1、594 cm-1、532 cm-1、494 cm-1、447 cm-1(圖4a)，其中1234 cm-1、1069 cm-1、1018 cm-1、96 cm-11吸收峰與Si-O的伸縮振動(dòng)相關(guān)，反應(yīng)了四面體類(lèi)質(zhì)同象替代及結(jié)構(gòu)通道中的堿離子含量的變化對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，及導(dǎo)致的鍵長(zhǎng)變化和晶胞參數(shù)的變化。810 cm-1、745 cm-1、687 cm-1吸收峰為Be-O伸縮振動(dòng)所致，595 cm-1吸收峰是環(huán)狀硅酸鹽的特征譜峰，532 cm-1、494 cm-1為八面體配位中Al-O振動(dòng)所致，447 cm-1為O-Si-O彎曲振動(dòng)所致。樣品的紅外吸收光譜指紋區(qū)特征符合綠柱石的紅外光譜特征[4-7]。

圖4 紅外吸收光譜Fig.4 Infrared absorption spectrum

紅外吸收光譜透射法測(cè)試的主要吸收峰有2350 cm-1、2730 cm-1、2758 cm-1、2873 cm-1、2928 cm-1、2964 cm-1、3038 cm-1、3054 cm-1、3110 cm-1、3164 cm-1、3247 cm-1(圖4b)，其中2358 cm-1吸收峰是由CO2吸收所致，在天然綠柱石中經(jīng)?？梢詸z測(cè)到此峰位，應(yīng)該是其內(nèi)部具有氣液二相包體的原因。3247 cm-1為-OH的伸縮振動(dòng)所致，3164 cm-1為-CH的伸縮振動(dòng)所致，5272 cm-1為綠柱石中II型水的特征吸收峰，5431 cm-1為結(jié)構(gòu)中I型水的吸收所致。2873 cm-1、2928 cm-1、2964 cm-1、3038 cm-1、3054 cm-1一組在2800 cm-1-3100 cm-1之間的吸收峰是環(huán)氧樹(shù)脂的特征吸收峰，局部放大后更容易區(qū)分這個(gè)區(qū)域的特征，3038 cm-1、3054 cm-1是苯環(huán)的吸收所致，2964 cm-1是由-CH3的伸縮振動(dòng)所致，2928 cm-1、2873 cm-1的吸收峰是一CH2的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)與對(duì)稱伸縮振動(dòng)所致[8-11]。對(duì)2800 cm-1-3100 cm-1范圍內(nèi)的紅外光譜求二階導(dǎo)數(shù)譜圖，通過(guò)二階導(dǎo)數(shù)圖譜更能有效地分辨充填膠體的紅外吸收光譜峰位(圖4c)。經(jīng)透射紅外吸收光譜分析可以確定樣品經(jīng)過(guò)了充填處理。

3.3 紫外可見(jiàn)吸收光譜

樣品的紫外可見(jiàn)吸收光譜的特征吸收峰有427 nm、956 nm、820 nm寬吸收帶(圖5)，427 nm吸收峰是由于Fe2+元素所致，956 nm吸收峰是水的特征吸收峰，820 nm處寬大的吸收帶是由于[Fe2(HO)4]2+所致，O2-→Fe3+荷移帶吸收邊330 nm以下[12]。

圖5 紫外可見(jiàn)吸收光譜Fig.5 Ultraviolet-visible absorption spectrum

3.4 Diamond View TM熒光觀察

在Diamond ViewTM下觀察樣品，發(fā)現(xiàn)樣品的裂隙面具有強(qiáng)藍(lán)白色熒光現(xiàn)象(圖6)，產(chǎn)生熒光的原因是由于裂隙面內(nèi)部的充填膠具有熒光反應(yīng)[10]。

圖6 Diamond View TM 熒光特征Fig.6 Fluorescence characteristic

3.5 X射線熒光光譜

利用X射線熒光光譜儀分析樣品具有的元素特征，發(fā)現(xiàn)樣品具有Fe、Zn、Ga等微量元素(圖7)。作為綠柱石的主要成分Be、Al為輕元素，超出儀器的分辨能力，不能被光譜儀識(shí)別。Fe元素的存在驗(yàn)證了樣品的紫外可見(jiàn)吸收光譜的特征，進(jìn)一步說(shuō)明樣品呈現(xiàn)藍(lán)色是由于含有Fe的原因，F(xiàn)e是其致色元素。

圖7 X射線熒光光譜Fig.7 X-ray fluorescence spectrum

4 結(jié)論

(1)樣品外觀為淺藍(lán)色，透明，玻璃光澤，常規(guī)寶石學(xué)特征具有天然海藍(lán)寶石特征。寶石顯微鏡下裂隙面具有紫紅色閃光現(xiàn)象，應(yīng)引起警覺(jué)。

(2)樣品的反射紅外光譜特征具有海藍(lán)寶石紅外光譜特征，透射紅外光譜特征具有膠的典型吸收峰2873、2928、2964、3038、3054，證明樣品是經(jīng)過(guò)充填處理的。

(3)樣品的紫外可見(jiàn)光譜具有Fe的特征吸收峰427 nm和水的特征吸收峰956 nm。X射線熒光光譜分析含有Fe元素，符合紫外可見(jiàn)光譜的測(cè)試結(jié)果，同時(shí)說(shuō)明Fe是其呈現(xiàn)藍(lán)色的原因。

(4)經(jīng)Diamond ViewTM熒光特征分析，清晰可見(jiàn)樣品裂隙面具有強(qiáng)藍(lán)白色熒光現(xiàn)象，強(qiáng)有力地支持了紅外吸收光譜的分析結(jié)果。

(5)經(jīng)上述分析，該樣品為一粒經(jīng)充填處理的海藍(lán)寶石戒面。