天然祖母綠與合成祖母綠鑒定探討

胡玉婷

(江西省地質局實驗測試大隊 江西南昌 330000)

綠柱石成分為鈹鋁硅酸鹽礦物（Be3Al2（Si2O6）3），因致色機理不同而呈無色、綠色、藍色、黃色、紅色、粉色等[1]，我們把含有微量元素Cr 和/或V 致色的翠綠色綠柱石定為祖母綠[2]。祖母綠是綠柱石中最為重要和名貴的品種，由于其珍貴稀少性且市場需求量大，合成祖母綠應運而生。合成祖母綠發展至今已有百余年歷史，合成技術成熟，鑒定難度較大，目前市場上常見的合成祖母綠的方法有助溶劑法和水熱法。筆者獲得天然祖母綠、助溶劑法合成祖母綠、水熱法合成祖母綠各一粒，對其鑒定特征進行研究探討。

1 測試部分

1.1 測試儀器

檢測儀器有折射儀、二色鏡、寶石顯微鏡、紫外-可見光譜儀、傅里葉紅外光譜儀。

1.2 測試結果

1.2.1 常規寶石學特征

測試所用折射儀、二色鏡、寶石顯微鏡均為FABLE公司生產。

三粒樣品均呈翠綠色；樣品折射率相近，助溶劑法合成祖母綠,較水熱法和天然祖母綠折射率偏低，僅為1.561～1.563，雙折率0.002，所測天然祖母綠折射率相對較高；三粒樣品均具有中等程度二色性，藍綠-翠綠。

天然祖母綠與合成祖母綠的內部特征有較大區別。天然祖母綠內部往往具有云母、透閃石-陽起石等礦物包體，以及兩相或三相包體、愈合裂隙、色帶等天然特征；助溶劑法合成祖母綠內部常具有云翳狀或花邊狀助溶劑殘余，偶爾可見無色透明的硅鈹石晶體；水熱法合成祖母綠常具有的波狀或鋸齒狀生長紋和色帶，偶爾可見具有金屬光澤由硅鈹石晶體和孔洞組成釘狀包體[3]。

運用寶石顯微鏡對三粒樣品進行觀察，天然祖母綠中可見天然兩相及三相包體，助溶劑法合成祖母綠中可見明顯的大片云翳狀黑色助溶劑殘余，水熱法合成祖母綠中可見明顯的水波狀生長紋。內部特征可以作為鑒別天然與合成祖母綠依據之一。具體參數如表1所示。

表1 天然祖母綠與合成祖母綠寶石學特征

1.2.2 紫外-可見吸收光譜

紫外-可見光譜儀是運用電磁輻射作用于寶石樣品，從而得到寶石中原子、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生的吸收光譜[3]，不同晶體結構的寶石，其所含致色離子不同，從而對不同波長入射光具有不同程度的選擇性吸收，由此可以作為判定不同寶石品種的依據。

測試所用紫外-可見光譜儀為標旗公司生產的GEM-3000 型，檢測積分時間為100 ms，掃描范圍為230～1 000 nm。

天然祖母綠有Fe2+所致的825～850 nm范圍內的特征吸收寬帶；天然祖母綠和水熱法合成祖母綠都有683 nm附近Cr元素所致吸收峰，在372 nm左右有Fe3+所致吸收峰[4]，兩者在955 nm 處有H2O 所致吸收峰[5]，天然祖母綠該峰的相對吸收強度弱于水熱法合成祖母綠；水熱法合成祖母綠在760 nm 左右有Fe2+～Fe3+所致吸收寬帶[6]，助溶劑法合成祖母綠紫外-可見吸收光譜則不具有上述特征。該方法可以作為這3種寶石的輔助鑒定。檢測圖譜具體見圖1～圖3。

圖1 天然祖母綠紫外-可見吸收光譜圖

圖2 水熱法合成祖母綠紫外-可見吸收光譜圖

圖3 助溶劑法合成祖母綠紫外-可見吸收光譜圖

1.2.3 紅外吸收光譜

樣品在受到頻率連續變化的紅外輻射時，其晶格（分子）、絡陰離子（團）和配位基吸收了某些特定的頻率，并由其振動或轉動運動引起偶極矩的變化，導致振動（含轉動）能級從基態到激發態的躍遷，由此產生的特征光譜即為該樣品的特征紅外光譜[7]。紅外光譜儀配備紅外顯微鏡或透、反射附件有多種圖譜采集方法，如直接透射法、表面反射法、衰減全反射（ATR）法、粉末法、顯微紅外光譜法等。該文主要運用表面反射法（以下簡稱反射法）和直接透射法（以下簡稱透射法）對所測樣品的紅外光譜圖進行分析。

該測試所用傅里葉變換紅外光譜儀為賽默飛世爾科技公司生產的NICOLET-IS5型。

（1）反射法。

實驗所用傅里葉紅外光譜儀反射法設置分辨率為8 cm-1，掃描次數為16 s，掃描范圍為4 000 cm-1到400 cm-1。此種方法主要是用于檢測樣品中紅外指紋區（1 500 cm-1到400 cm-1）吸收光譜，該區的振動與樣品的分子結構有關。紅外光譜反射法檢測出3種寶石指紋區圖譜基本相同，用此種方法只能確定其寶石種屬，無法對天然和合成進行有效區分。所測圖譜見圖4。

圖4 3種寶石紅外吸收光譜圖（反射法）

（2）透射法。

實驗所用的傅里葉紅外光譜儀透射法分辨率為8 cm-1，掃描次數為300 s，掃描范圍為6 000 cm-1到400 cm-1。由于樣品厚度較大，表現出2 000 cm-1到400 cm-1波數范圍全吸收，樣品指紋區吸收光譜不體現在透射法紅外吸收光譜圖中，測試結果見圖5～圖7。

圖5 水熱法合成祖母綠紅外吸收光譜圖（透射法）

圖6 助溶劑法合成祖母綠紅外吸收光譜圖（透射法）

圖7 天然祖母綠紅外吸收光譜圖（透射法）

從紅外透射圖可知，助溶劑法合成的祖母綠在3 000 cm-1以上無明顯吸收峰[8]；水熱法合成祖母綠在5 272 cm-1左右有窄而長Ⅱ型水所致的吸收峰，在5 446 cm-1、5 105 cm-1左右有Ⅰ型水所致吸收峰[9]；天然祖母綠在5 267 cm-1附近有較寬的Ⅱ型水所致的吸收峰，在5 583 cm-1有Ⅰ型水所致吸收峰[10]，而另一條吸收峰缺失，根據紅外光譜圖可以作為天然和合成祖母綠有效鑒定特征之一。

2 結論

（1）常規檢測手段中，通過寶石顯微鏡觀察天然祖母綠中有天然形成的兩相、三相包體，助溶劑法合成祖母綠中有云翳狀黑色助溶劑殘余，水熱法合成祖母綠中可見水波狀生長紋，根據其內部特征不同可進行有效區分。隨著科技的進步，人工合成祖母綠的水平越來越高，市面上許多合成祖母綠中很難觀察到特征包體，這時就需要用大型儀器進行進一步檢測。

（2）因天然祖母綠和合成祖母綠中微量元素不同，其紫外-可見吸收光譜不同。

（3）由于助溶劑法合成祖母綠中缺少水分子，紅外光譜顯示其在3 000 cm-1以上無明顯吸收峰可作為鑒別助溶劑法合成祖母綠的有效證據；天然祖母綠中Ⅰ型水分子紅外吸收相對強度弱于水熱法合成祖母綠中Ⅰ型水的吸收強度，可以作為其鑒別特征之一。

（4）天然祖母綠和合成祖母綠的鑒定需要用多種方法共同測試，測試結果之間相互驗證，從而得出正確的鑒定結論。