一例充填海藍寶石戒面的寶石學特征研究

朱紅偉,趙瀟雪,李 婷,孫 冰,陳淑祥

(1.山東省社會公正計量行有限公司，山東 濟南 250014；2.國家黃金鉆石制品質量監督檢驗中心，山東 濟南 250014；3.齊魯工業大學(山東省科學院)，山東 濟南 250353)

海藍寶石為天藍色至海藍色或帶綠的藍色的綠柱石，是鈹-鋁硅酸鹽礦物，是綠柱石族寶石中的重要品種之一。海藍寶石以其淡雅、優美、清澈、靚麗的藍色贏得人們的喜愛，海藍寶石象征著沉著、勇敢。海藍寶石主要的處理方法有充填處理和覆膜處理，在市場上常見到的處理海藍寶石一般都是串珠類，寶石級刻面型海藍寶石很少作為處理寶石。吳婷對不同產地的海藍寶石做了細致的光譜分析，趙曉川介紹了染色石英巖仿海藍寶石的鑒定特征，楊如增對熱處理海藍寶石的紅外光譜特征和拉曼光譜特征做了介紹，高寒對新疆海藍寶石的光譜特征進行了描述[1-4]。但刻面型并經充填處理的優質的海藍寶石極少在珠寶市場上出現，因此，筆者通過對此粒充填海藍寶石的系統分析，總結歸納其寶石學特征，以期為同行質檢機構提供鑒定依據。

1 樣品特征

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

圖1 測試樣品Fig.1 Tested sample

2 實驗方法

2.1 常規寶石學測試

采用寶石顯微鏡、折射儀、密度測試、紫外燈等儀器對樣品進行常規寶石學特征測試。

寶石顯微鏡分析采用南京寶光檢測技術有限公司生產的GVMI60型顯微攝像寶石顯微鏡，具有40倍連續變焦功能，并搭載canon佳能EOS600D照相機。

2.2 紅外光譜分析

采用德國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)和透射法對樣品的紅外吸收光譜進行測試，測試條件：室溫25℃，相對濕度40%，分辨率為4 cm-1，掃描次數為32次，測量范圍為反射法400～2000 cm-1，透射法2000～6000 cm-1。

2.3 紫外可見光譜分析

采用廣州標旗光電科技發展股份有限公司的GEM3000型紫外-可見光分光光譜儀，測試條件：測試范圍為220 nm～1100 nm，分辨率0.5 nm，實驗條件積分時間10s，平均掃描次數50，平滑寬度2，室溫25oC，相對濕度45%。

2.4 Diamond ViewTM熒光分析

采用英國DTC生產的Diamond ViewTM熒光觀測儀分析樣品的熒光特征以及內部結構特征，同時可以觀察樣品的磷光特征。儀器采用波長為230 nm的短波紫外線，在白光條件下觀察和調節樣品的位置和準焦點，熒光拍攝是通過彩色CCT攝像機完成的，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EDX 3000Plus型號X射線熒光光譜儀，測試條件：室溫，管壓40kV，峰通道803.5，粗調碼66，管流300mA，濾光片3，準直器4mm，初始化通道2210，初始化元素Ag，測量時間30s，預熱時間300s，初始道50，結束道4095。

3 結果與分析

3.1 常規寶石學特征分析

樣品在正交偏光鏡下呈現四明四暗特征，非均質體，折射率為1.570～1.575，雙折射率為0.005，二色性強：淺藍色-近白色。在365 nm紫外燈下可見面紗狀藍綠色熒光特征(圖2)，而正常情況下天然海藍寶石不應該具有熒光反應，這應引起警示。在寶石顯微鏡下觀察樣品，頂光源反射光下發現樣品裂隙發育，可見通達表面的裂隙痕跡。底光源透射光下可見樣品內部裂隙面呈現紫紅色閃光現象，這是寶石經充填處理的重要證據。此外，樣品內部可見密集的點狀包裹體，呈面紗狀分布，這是海藍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

經紅外吸收光譜反射法測試主要的吸收峰有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的伸縮振動相關，反應了四面體類質同象替代及結構通道中的堿離子含量的變化對結構的影響，及導致的鍵長變化和晶胞參數的變化。810 cm-1、745 cm-1、687 cm-1吸收峰為Be-O伸縮振動所致，595 cm-1吸收峰是環狀硅酸鹽的特征譜峰，532 cm-1、494 cm-1為八面體配位中Al-O振動所致，447 cm-1為O-Si-O彎曲振動所致。樣品的紅外吸收光譜指紋區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，在天然綠柱石中經常可以檢測到此峰位，應該是其內部具有氣液二相包體的原因。3247 cm-1為-OH的伸縮振動所致，3164 cm-1為-CH的伸縮振動所致，5272 cm-1為綠柱石中II型水的特征吸收峰，5431 cm-1為結構中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之間的吸收峰是環氧樹脂的特征吸收峰，局部放大后更容易區分這個區域的特征，3038 cm-1、3054 cm-1是苯環的吸收所致，2964 cm-1是由-CH3的伸縮振動所致，2928 cm-1、2873 cm-1的吸收峰是一CH2的反對稱伸縮振動與對稱伸縮振動所致[8-11]。對2800 cm-1-3100 cm-1范圍內的紅外光譜求二階導數譜圖，通過二階導數圖譜更能有效地分辨充填膠體的紅外吸收光譜峰位(圖4c)。經透射紅外吸收光譜分析可以確定樣品經過了充填處理。

3.3 紫外可見吸收光譜

樣品的紫外可見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，發現樣品的裂隙面具有強藍白色熒光現象(圖6)，產生熒光的原因是由于裂隙面內部的充填膠具有熒光反應[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，發現樣品具有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，不能被光譜儀識別。Fe元素的存在驗證了樣品的紫外可見吸收光譜的特征，進一步說明樣品呈現藍色是由于含有Fe的原因，Fe是其致色元素。

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

4 結論

(1)樣品外觀為淺藍色，透明，玻璃光澤，常規寶石學特征具有天然海藍寶石特征。寶石顯微鏡下裂隙面具有紫紅色閃光現象，應引起警覺。

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

(3)樣品的紫外可見光譜具有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，符合紫外可見光譜的測試結果，同時說明Fe是其呈現藍色的原因。

(4)經Diamond ViewTM熒光特征分析，清晰可見樣品裂隙面具有強藍白色熒光現象，強有力地支持了紅外吸收光譜的分析結果。

(5)經上述分析，該樣品為一粒經充填處理的海藍寶石戒面。