猫眼石及相似宝石品种的鉴别

2021-04-25秦毅辛虹瑾付东阳陈碧莎罗艳梅

中国宝玉石 2021年2期

秦毅，辛虹瑾，付东阳，陈碧莎，罗艳梅

1.湖南省地质测试研究院，长沙 410007 2.湖南省产商品质量监督检验研究院，长沙 410007 3.长沙学院，长沙 410022

前言

在自然界中还有多种宝玉石都可出现猫眼现象，最常见的有石英、透辉石、碧玺、人造玻璃、长石、磷灰石、绿柱石、蓝晶石、方柱石、锂辉石、软玉和坦桑石等，多达数十种，但都不如金绿猫眼珍贵。依据国家标准GB/T16552-2017《珠宝玉石名称》中5.3.1的规定，具有猫眼效应的珠宝玉石在基本名称后加“猫眼”二字，只有金绿宝石猫眼可直接称为“猫眼”。因此，具有猫眼现象的石英、透辉石等宝玉石在标识时只能标注为“石英猫眼”、“透辉石猫眼”等，只有具猫眼现象的金绿宝石才可以直接标注为“猫眼石”[7]。商家在销售中须遵循相关标准进行正确标识，鉴定工作者应掌握相关的专业知识。

猫眼石具有清晰的名称界定和非常典型的鉴别特征。猫眼石相似品种繁多且价值相差悬殊，仅仅从外观很难鉴别，极易混淆，给宝玉石消费和收藏带来了许多困扰。鉴定者必须掌握专业知识并且借助先进仪器设备，针对不同的样品，采用不同方法，才能快速、有效地进行科学鉴定，从而得到准确的结论。

1 猫眼效应的形成机理

严格来说，“猫眼”不是一种宝玉石的名称，而是一种特殊的光学效应。猫眼效应的产生是宝玉石内的定向包裹体或定向结构对可见光的折射和反射作用引起的，产生猫眼效应的宝玉石必须具备一组密集、定向排列的包裹体或结构，这些包裹体可以是气液包裹体，也可以是纤维状、针状晶体或生长过程中留下的管状负晶，或晶体的一些片晶、定向解理等[8-12]。将具备这些条件的宝玉石从适当的角度打磨成弧面形，入射光发生分解，部分光折射进宝玉石后接触包裹体再次发生分解，部分光形成透射，另一部分光则被反射，在弧形表面相交点的轨迹便形成了一条集中的明亮光带，并且光带还会随着光源或宝玉石的摆动而摆动[8]。猫眼光学现象产生的原理如图1所示[9]。

图1 猫眼现象产生的原理示意图[9]Fig.1 Schematic diagram of cat's eye phenomenon[9]

具有猫眼效应的宝石中，金绿宝石猫眼、玻璃猫眼、木变石猫眼和石英猫眼等是比较容易鉴定的品种，研究发现金绿宝石猫眼的折射率最高，密度也最大，猫眼石的黄色、黄绿色主要是由于含Fe3+引起，其吸收光谱中心吸收带在445nm处[8]。

2 猫眼石及相似宝玉石品种的特征

在众多具有猫眼现象的宝玉石中，有的品种和金绿猫眼石非常相似，如图2中，猫眼石A1、A2与具有猫眼现象的相似品种B、C、D、E、F和G在外观及色泽上极易混淆[8]。据文献报道[13,14]，市场上猫眼石价格每年的涨幅达到150%，并且逐年攀升，长期以来没有波动跌价，所以猫眼石及其相似品种的鉴别和认知对收藏家和爱好猫眼石的消费者尤为重要。

图2 A1.猫眼石，A2.猫眼石，B.玻璃猫眼，C.碧玺猫眼，D.透辉石猫眼，E.磷灰石猫眼，F.木变石猫眼，G.软玉猫眼[8]Fig.2 A1.cat's eye，A2.cat's eye，B.Glass cat's eye，C.Tourmaline cat's eye，D.Dioptric cat's eye，E.Apatite cat's eye，F.Wood alexandrite cat's eye，G.Nephrite cat's eye

2.1 猫眼石

宝石界把具有猫眼效应的金绿宝石直接称为猫眼石[3]。猫眼石的颜色有多种，多以带其它色调的黄色为主，棕黄色、蜜黄色和淡黄绿色是猫眼石的最佳颜色。现在一颗蜜黄色、眼线平直、均匀且连续而清晰明亮的猫眼石价格已达到每克拉数万元，随重量增大，其价格呈几何倍数增加。

猫眼石在使用常规宝石鉴定设备进行检测时，折射率点测法常值为1.74～1.75，密度为3.73(±0.02)g/cm3，摩氏硬度为8～8.5，内部存在大量细小、密集、平行排列的丝状金红石或管状包裹体[8]。这些细长而且密集的包裹体，使得猫眼效应特别明显，亮线带位于弧面的中央且细窄，即使在较弱的光源下也十分清晰，这是其它具猫眼效应的宝玉石所不能比拟的效果。在采用红外吸收光谱仪进行鉴定时，猫眼石具有典型的红外反射吸收光谱特征，如图3中A所示，在793cm-1、646cm-1、434cm-1三处具有明显吸收峰[15]。只有掌握了猫眼石的主要宝石参数并合理运用，才能科学和准确地鉴定。

2.2 玻璃猫眼

按照国家标准GB/T16552-2017《珠宝玉石名称》中对人造宝石和合成宝石的定义，玻璃猫眼是人造宝石，目前市场上常见的所谓“合成猫眼石”基本都是玻璃猫眼。合成猫眼石可能由于技术瓶颈或成本因素，市场上暂未见该品种。

玻璃猫眼的猫眼效应是将不同的纤维材料熔结在一起形成马赛克结构所获得。这些纤维以四边形或六边形排列方式堆积，每平方厘米大约有150000根纤维排列，使用放大镜即可观察到侧面呈蜂窝状纤维结构[8]。玻璃猫眼的颜色丰富，眼线非常明显、标准、亮丽，猫眼效应过于完美。玻璃猫眼折射率点测法常值为1.54，密度为2.30～2.46g/cm3，摩氏硬度为5～5.5[16]。采用红外吸收光谱仪进行鉴定时，玻璃猫眼具有典型玻璃红外反射吸收光谱特征，如图3中B所示，在1053cm-1、764cm-1、460cm-1处表现出明显的吸收峰[15,16]。玻璃的这些典型参数特点是区别其它宝玉石的辨别依据。

阿里见阿东哭，便止住了自己的哭泣。他从未见过阿东哭，有些惊讶，也有些难过。他走过去，用手擦着阿东脸上的泪说：“你莫哭。我又要哭了。”说得阿东几乎想要号啕。

2.3 碧玺猫眼

碧玺的矿物名称叫电气石，化学成分是较为复杂的硼硅酸盐。类质同象作用使得它的颜色丰富多彩，极少数的碧玺内部存在大量致密且与晶体C轴平行的纤维状、管状气液包裹体，这是碧玺猫眼效应形成的原因。黄绿色的碧玺猫眼外观上和金绿猫眼极其相似，但两者的物理、化学特征区别很明显。碧玺猫眼的折射率点测法常值为1.62～1.64，密度为3.06(+0.20, -0.60)g/cm3，摩氏硬度为7～8[8,17,18]，从不同方向观察其多色性十分显著。碧玺的红外反射吸收光谱也十分典型，如图3中C1和C2所示，由于不同晶体方向的图谱存在一定差异，其中由[BO3]3-引起的振动在1346cm-1、1295cm-1、513cm-1、505cm-1具有明显吸收峰；在1111cm-1、1029cm-1、991cm-1的吸收峰是O-Si-O的振动所致；Si-O-Si的振动吸收峰分别表现在837cm-1、789cm-1、715cm-1、631cm-1、505cm-1[15]。碧玺猫眼颜色繁多，而且透明程度不同，这是由于其形成结构不同所引起[19]，所以碧玺猫眼的鉴别方法需要珠宝鉴定者的进一步研究从而达到更准确的鉴定。

2.4 透辉石猫眼

透辉石是硅酸盐矿物，化学式为CaMgSi2O6，折射率点测法常值为1.67～1.70，密度为3.30(+0.11，-0.07)g/cm3，摩氏硬度为5～6[8,17,18]，玻璃光泽，内部含有大量定向排列的管状、片状包裹体时，形成透辉石猫眼。宝石级的透辉石很少，所以透辉石猫眼价值也不菲。绝大多数透辉石猫眼的颜色都较偏深，不像金绿猫眼那样艳丽。根据折射率能很好地鉴别透辉石猫眼和猫眼石，红外吸收光谱更是简单、有效的方法。从图3中D看出透辉石猫眼的红外反射光谱主要表现在1095cm-1、964cm-1、924cm-1、634cm-1和511cm-1具有明显吸收峰[15]。掌握了透辉石的上述宝石参数特征，就能准确区分透辉石猫眼与其它宝石猫眼。

2.5 磷灰石猫眼

磷灰石是一种钙磷酸盐矿物，化学式为Ca5(PO4)3(F,OH,Cl)，常含有微量的Ce、U、Th等稀土元素，稀土元素的种类及含量变化导致了其颜色的多样性。磷灰石猫眼十分稀少且漂亮，多被收藏。磷灰石为玻璃光泽，折射率点测法常值为1.63，密度为3.18(±0.05)g/cm3，折射率和密度与猫眼石区别较大。磷灰石的摩氏硬度只有5～5.5[8,17,18]，所以在检测和销售过程中需要格外注意，避免摩擦。最好的检测方法就是红外吸收光谱法。磷灰石具有典型的红外反射吸收光谱特征，如图3中E所示，在1101cm-1、1065cm-1、607cm-1、575cm-1等处有明显吸收峰，分别是(PO4)3-的伸缩振动和弯曲振动[15]。从磷灰石猫眼的基本宝石参数、摩氏硬度特征和红外反射吸收光谱，能很好区别于其它宝石猫眼。

2.6 木变石猫眼

木变石系石棉、碱性角闪石(钠闪石、镁钠闪石、镁钠铁闪石、锰闪石)石棉的硅化产物，亦称为硅化石棉。它是一种石英质玉石，是由蓝色钠闪石石棉被SiO2交代所形成的，在外观上保留了石棉原有的纤维状结构，木变石的猫眼效应正是由这些密集的纤维状结构所产生。木变石猫眼的折射率点测法常值为1.53～1.54，密度为2.64～2.71g/cm3，摩氏硬度为5～7，玻璃光泽。木变石猫眼的红外反射吸收光谱特征主要反映的是石英的吸收峰，如图3中F所示，分别在900～1200cm-1范围内的Si-O伸缩振动峰和800cm-1附近的Si-O对称伸缩振动峰[11]。木变石猫眼矿床在我国有发现，木变石猫眼的系统研究将为消费者认识该类宝石的特征提供更加完善的依据。

2.7 软玉猫眼

软玉主要矿物成分为透闪石和阳起石，化学成分Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2，非均质晶质集合体，常呈纤维状结构，玻璃光泽至油脂光泽。软玉猫眼是软玉中的瑰宝，其猫眼效应的成因是其内部平行生长的纤维状结构。软玉猫眼折射率点测法常值为1.60～1.62，密度为2.95(+0.15，-0.05)g/cm3，摩氏硬度为6～6.5[15]。图3中G所示软玉猫眼红外反射吸收谱特征峰分别是1138cm-1、1038cm-1、991cm-1、918cm-1、536cm-1、459cm-1[15]。近年来，在我国四川省发现了具有猫眼效应的软玉猫眼，其质地温润、细腻，光学性质好[20,21]。软玉猫眼的发现不仅促进当地经济的发展，而且改善了软玉猫眼矿床资源极其匮乏的状况，对它的研究将会提升对软玉猫眼的认识。

3 猫眼石及相似宝玉石品种的鉴别

通过上述猫眼石及6种相似宝石的介绍可知，虽然它们的宝石学基本参数有所差异，猫眼效应的成因也有所不同，但其外观却很相似，仅凭肉眼和经验很难区分，鉴别时需要十分细致。首先，弧面形宝玉石的折射率只能采用点测法测定，对折射率数值差异较大的宝玉石品种容易区别，反之则很难判定，例如碧玺猫眼、磷灰石猫眼、软玉猫眼，它们的折射率点测常值十分接近，检测过程中很难进行准确区分；第二，利用密度也能鉴别上述宝玉石品种，但需要鉴定者常备各种不同值的比重液，因比重液可能会对样品造成损坏，且要求样品必须是未镶嵌的，故不是最好的检测手段；第三，利用硬度笔进行摩氏硬度测试，这种有损的检测方法仅适用于原石，对成品、高档宝石基本不适用；第四，利用先进无损的红外吸收光谱法进行检测，对比各类宝玉石的红外光谱图，极易区别。

表1 猫眼石及6种相似宝石参数对比表Table 1 Comparison table of cat's eye stone and its 6 similar gems

图3 猫眼石极其相似宝玉石品种的红外光谱。A-猫眼石；B-玻璃猫眼；C1和C2-碧玺猫眼；D-透辉石猫眼；E-磷灰石猫眼；F-木变石猫眼；G-软玉猫眼红外光谱图[15]Fig.3 The infrared spectrum of cat's eye stone and its similar gems.A-cat's eye, B-Glass cat's eye, C1 and C2-Tourmaline cat's eye, D-Dioptric cat's eye, E-Apatite cat's eye, F-Wood alexandrite cat's eye, G-Nephrite cat's eye[15]

表1为猫眼石及6种相似宝玉石的折射率点测值、密度值、摩氏硬度和红外吸收光谱特征峰的对比统计。由表1可知，猫眼石及其6种相似宝玉石的折射率点测值、密度值、摩氏硬度存在一定差异，能作为鉴别依据，但存在较大的不确定性和缺陷。从图3中A-G可知，这些宝玉石品种的红外光谱具有独特性和明显差异，可以鉴别和区分它们最简单、快速、准确且无损的鉴定方法[15,22]。