一種合成變石的寶石學研究

王思宇 黃超 陳葉咪 陳璇

廣東省地質實驗測試中心 廣東廣州 510080

變石，英文名稱Alexandrite,屬于BeAl氧化物，其化學分子式為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而得名。變石色澤動人，顏色富于變化被稱為西方赫赫有的五大名貴寶石之一。它的商業名稱又稱亞歷山大石，變石日光下常呈現綠色色調為主的顏色，而在白熾燈或燭光下呈現紅色色調為主的顏色，所以又有“白晝里的祖母綠，黑夜里的紅寶石”的美譽。隨著中國的珠寶行業不斷發展，國內外的珠寶貿易交往頻繁，中國人已經不僅僅局限于傳統的珠寶玉石品種，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。產量的稀少，市場的日益緊俏，導致變石價格不斷上漲。目前，國內市場已經出現了人工合成的變石產品。本文中筆者通過常規寶石學測試、紅外光譜以及X射線熒光光譜等測試方法，對樣品進行分析研究，提供較為系統的基礎資料。

圖1 樣品的顯微鏡下特征

1 常規寶石學測試

1.1 肉眼觀察

筆者測試的樣品包括：三粒寶石級圓刻面型合成變石戒面（樣品C1至樣品C3）及一粒不規則形的合成變石原料（樣品C4)。樣品日光下體色為藍綠色色調，白熾燈下可見紫紅色色調；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未拋光另一側拋光良好。

在歸屬過程中參考羅紅宇[2]等對金綠寶石和變石的礦物紅外光譜實驗分析結果。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；對樣品的不同部位進行測試，獲得了峰位相對單一的譜圖，經與參考譜圖對比，發現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 常規寶石學儀器測試分析

對樣品進行常規寶石學測試，待測樣品的折射率采用刻面法測試，折射率為1.740-1.75；密度采用靜水稱重法進行測試，密度為3.72-3.76g/cm3；偏光鏡下呈現四明四暗現象，濾色鏡下變紅；LW紫外熒光下呈現強紅色熒光,SW紫外熒光下呈現弱紅色熒光。

圖2 樣品的紅外圖譜

1.3 放大檢測：

樣品C1至樣品C3內可見大量氣泡，樣品C4內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）。經過前人總結分析認為, 類似的“流體包裹體”和“兩相包裹體”是部分高溫液態物質形成的非晶態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樣品進行測試，測試條件：室溫為19℃-23℃,濕度為36%-38%,電壓為220V,測試范圍為4000-500cm-1，分辨率為8cm-1,掃描時間為40s,掃描次數為32次，反射法。

3 X射線熒光光譜儀

采用Thermo Quant＇X能譜儀對樣品的化學成分進行了測定，測定條件：電壓為20k V，電流自動，溫度25℃，測試時間30s。

運用能量色散型X射線熒光譜儀對樣品進行定性分析，測試結果顯示樣品的Cr、Fe、V、Ti、Ca等元素（如圖3）。原料大量出現包裹體部分還發現有Sn元素，而無包裹體一側無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元素揮發掉了。測試結果進一步證實了樣品的主要微量元素為Cr、Fe、V、Ti、Ca。相關資料顯示，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 結果

根據常規寶石學測試，結合紅外光譜以及X射線熒光光譜測試結果，得出以下主要結論：（1）樣品日光下體色為藍綠色色調，白熾燈下可見紫紅色色調;強玻璃光澤;折射率為1.740-1.755；相對密度為3.72-3.76；LW紫外熒光下呈現強紅色熒光,SW紫外熒光下呈現弱紅色熒光；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,給檢測工作帶來一定的迷惑,應該受到檢測者的注意。（2）對樣品進行紅外光譜測試，結合前人研究[2]，天然變石以2800cm-1-3300cm-1O-H伸縮振動和2362cm－1CO2伸縮振動為特征吸收峰，而樣品無此特征吸收。由此可以推斷樣品為合成變石。（3）X射線熒光光譜儀測試結果進一步證實了樣品的主要微量元素為Cr、Fe、V、Ti、Ca。(4)結合其外觀、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。