一种天蓝色合成尖晶石的宝石学特征

陈能香,李锐,徐志

(广东省地质实验测试中心,广东省珠宝玉石及贵金属检测中心,广东广州 510080)

一种天蓝色合成尖晶石的宝石学特征

陈能香,李锐,徐志

(广东省地质实验测试中心,广东省珠宝玉石及贵金属检测中心,广东广州 510080)

近期,作者在检测过程中发现一块天蓝色,不透明的矿物集合体原料,外观上与针钠钙石相似,为了确定该原料的矿物组成和准确定名,通过常规仪器测试、红外光谱仪以及X射线粉末衍射仪等测试对样品进行分析,结果显示样品主要矿物组成为合成尖晶石。利用紫外-可见吸收光谱仪,X射线荧光光谱仪对样品进行测试分析,结果显示样品含有Ca、K、Ni、Al、Si、Cl、Fe、Ti、Y等元素,判断其致色元素为Fe、Ti、Ni。

合成尖晶石;矿物组成;致色元素

尖晶石是一种常见的中档宝石,颜色丰富,可有无色、红色、黄色、褐色、蓝色、绿色等多种颜色。尖晶石自古以来就深受人们喜爱,天然蓝色尖晶石在镶嵌首饰中常代替海蓝宝石与蓝宝石等。但由于天然蓝色尖晶石品种稀少,所以合成蓝色尖晶石在市场上占有较大份额,是合成尖晶石中最为普遍的品种,并大量应用于珠宝、服饰等时尚领域及耐火材料、纳米材料等工业领域[1]。

市场上出现的合成尖晶石多以焰熔法合成为主,也有助熔剂法等合成的,常见的都是单晶体,少见集合体。该种矿物集合体呈天蓝色,颜色外观与针钠钙石相似,容易与其相混淆。为确定该原料的品种,笔者通过常规宝石学测试、红外光谱、X射线粉末衍射、紫外-可见吸收光谱以及X射线荧光光谱等测试方法,对样品进行矿物成分和微量元素的分析。

1 宝石学特征

本文研究样品为一块天蓝色原料,样品呈不规则块状、不透明、表面未抛光。肉眼观察,该样品颜色和外观与针钠钙石相似(图1a)。显微镜下观察,样品的平滑面可见“格子状”构造(图1b、图1c);断口处可见八面体晶粒密集规则排列(图1d)。

对样品进行常规宝石测试。采用静水称重法进行密度测试,得出该样品的相对密度为3.19;长波紫外光下,样品呈惰性,短波紫外光下,样品呈强蓝白色荧光;查尔斯滤色镜下,样品不变红。

图1 样品外观及镜下特征Fig.1 Apperarance of sample and its features under microscope

2 红外光谱分析

采用布鲁克TENSOR27型傅立叶变换红外光谱仪对样品进行测试,测试条件:漫反射法,分辨率为8 cm-1,扫描次数为32次,测试范围为1800～400 cm-1。

对样品的不同部位进行测试,获得了峰位相对单一的谱图,经与参考谱图对比,发现样品在900～400cm-1范围内的特征吸收峰与尖晶石的参考谱图具有很高的相似度(图2),但鉴于矿物的红外光谱宽化严重,分辨率低等特点,认为该样品仅根据红外不能准确定性,因此,对其进行了XRD测试。

图2 样品的红外光谱对比图Fig.2 Infrared spectra of the sample

3 X射线粉末衍射

采用Rigaku D/MAX-3型X射线粉末衍射仪进行测试,测试条件:Cu靶,电压30k V,电流40m A,扫描步长0.02°。通过将样品的X射线粉末衍射测试图谱与PDF-2标准图谱对比,样品谱图与尖晶石(PDF 21-1152)基本吻合(图3)。

图3 样品的X射线粉末衍射图谱(与尖晶石基本吻合)Fig.3 X-ray powder diffraction pattern of sample

4 紫外-可见吸收光谱

采用广州标旗电子科技有限公司生产的GEM-3000紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis)对样品的紫外-可见吸收光谱进行测试。测试条件:波段范围240～1000nm,积分时间为130ms,采用反射法测试。紫外-可见吸收光谱显示,样品在360～380nm之间有强吸收带,570～640nm之间有强吸收带,分别在440nm、764nm处存在弱吸收峰(图4)。360～380nm和440nm吸收为Fe离子和Ti离子吸收谱, 570～640nm吸收带为Ni离子吸收谱。因此推断:样品的主要致色元素为Fe、Ti和Ni。

5 X射线荧光光谱仪

图4 样品的紫外-可见吸收光谱Fig.4 UV-Visible spectrum of the sample

采用Thermo Quant'X能谱仪对样品的化学成分进行了测定,测定条件:电压为20k V,电流自动,温度25℃,测试时间30s。运用能量色散型X射线荧光光谱仪对样品进行定性分析,测试结果显示,样品的Ca、K、Ni、Al、Si元素含量较高,另外含有少量的Cl、 Fe、Ti、Y等元素(图5)。测试结果进一步证实了样品的主要致色元素为Fe、Ti和Ni。

图5 样品的X射线荧光光谱图Fig.5 X-ray fluorescence spectra of the sample

6 结论

根据常规宝石学测试,结合红外光谱、X射线粉末衍射、紫外-可见吸收光谱以及X射线荧光光谱测试结果,得出以下主要结论:

(1)该原料呈均匀的天蓝色,“格子状”构造发育,八面体晶粒密集规则排列,样品空隙较多,相对密度较低,紫外荧光灯下短波比长波强,由此可以推断样品为人工合成的。

(2)红外光谱测试和X射线粉末衍射测试分析结果表明,该样品主要组成矿物成分为尖晶石。

(3)紫外-可见光谱和X射线荧光光谱分析结果表明,样品的主要致色元素为Fe、Ti和Ni。

(4)结合其外观、显微镜下特征及光谱分析,综合判定该样品为合成尖晶石,其主要致色元素为Fe、Ti和Ni。

[1] 张佳静.合成蓝色尖晶石的定量表征及其影响因素研究[D].中国地质大学(北京).硕士学位论文,2012,5.

[2] GB/T 16553-2010,珠宝玉石鉴定。

Gemmological Characteristics of An Azure Synthetic Spinel

CHEN Neng-xiang,LI Rui,XU Zhi
(Guangdong Province Research Center for Geoanalysis;Guangdong Gemstones&Precious Metals Testing Center,Guangzhou,China 510080)

Recently,a piece of azure opaque multimineral aggregate material which is similar to pectolite in appearance was found during detection process by the author.In order to identify its mineral component and to name it correctly,the sample has been analysed through conventional gemological testing,infrared spectroscopy,X-ray fluorescence spectroscopy and X-ray power diffractometry,etc.The result shows that the main mineral component is spinel.Test analysis by ultraviolet-visible spectroscopy and x-ray fluorescence spectrometer shows that the sample contains elements such as Ca,K,Ni,Al,Si, Cl,Fe,Ti and Y.It is estimated that the coloring elements of it are Fe,Ti and Ni.

synthetic spinel;mineral component;coloring element

TS933

A

1673-1433(2015)06-0056-04

2015-08-15

陈能香(1987-),女,宝石及材料工艺学专业,主要从事珠宝鉴定工作。

李锐,邮箱:113127434@qq.com

陈能香,李锐,徐志,等.一种天蓝色合成尖晶石的宝石学特征[J].超硬材料工程,2015,27(6):56-59.