一例充填海蓝宝石戒面的宝石学特征研究

朱红伟,赵潇雪,李 婷,孙 冰,陈淑祥

(1.山东省社会公正计量行有限公司，山东 济南 250014；2.国家黄金钻石制品质量监督检验中心，山东 济南 250014；3.齐鲁工业大学(山东省科学院)，山东 济南 250353)

海蓝宝石为天蓝色至海蓝色或带绿的蓝色的绿柱石，是铍-铝硅酸盐矿物，是绿柱石族宝石中的重要品种之一。海蓝宝石以其淡雅、优美、清澈、靓丽的蓝色赢得人们的喜爱，海蓝宝石象征着沉着、勇敢。海蓝宝石主要的处理方法有充填处理和覆膜处理，在市场上常见到的处理海蓝宝石一般都是串珠类，宝石级刻面型海蓝宝石很少作为处理宝石。吴婷对不同产地的海蓝宝石做了细致的光谱分析，赵晓川介绍了染色石英岩仿海蓝宝石的鉴定特征，杨如增对热处理海蓝宝石的红外光谱特征和拉曼光谱特征做了介绍，高寒对新疆海蓝宝石的光谱特征进行了描述[1-4]。但刻面型并经充填处理的优质的海蓝宝石极少在珠宝市场上出现，因此，笔者通过对此粒充填海蓝宝石的系统分析，总结归纳其宝石学特征，以期为同行质检机构提供鉴定依据。

1 样品特征

样品为一粒浅蓝色垫型切工的海蓝宝石，透明，玻璃光泽， 质量为0.3988g，尺寸为(7.73×7.73×5.44)mm，肉眼观察与天然海蓝宝石无明显差别，极具欺骗性(图1)。

图1 测试样品Fig.1 Tested sample

2 实验方法

2.1 常规宝石学测试

采用宝石显微镜、折射仪、密度测试、紫外灯等仪器对样品进行常规宝石学特征测试。

宝石显微镜分析采用南京宝光检测技术有限公司生产的GVMI60型显微摄像宝石显微镜，具有40倍连续变焦功能，并搭载canon佳能EOS600D照相机。

2.2 红外光谱分析

采用德国BUKER TENSOR 27型傅里叶变换红外光谱仪，利用反射法(PIKE UPIRTM漫反射附件)和透射法对样品的红外吸收光谱进行测试，测试条件：室温25℃，相对湿度40%，分辨率为4 cm-1，扫描次数为32次，测量范围为反射法400～2000 cm-1，透射法2000～6000 cm-1。

2.3 紫外可见光谱分析

采用广州标旗光电科技发展股份有限公司的GEM3000型紫外-可见光分光光谱仪，测试条件：测试范围为220 nm～1100 nm，分辨率0.5 nm，实验条件积分时间10s，平均扫描次数50，平滑宽度2，室温25oC，相对湿度45%。

2.4 Diamond ViewTM荧光分析

采用英国DTC生产的Diamond ViewTM荧光观测仪分析样品的荧光特征以及内部结构特征，同时可以观察样品的磷光特征。仪器采用波长为230 nm的短波紫外线，在白光条件下观察和调节样品的位置和准焦点，荧光拍摄是通过彩色CCT摄像机完成的，以之记录样品的荧光和磷光特征。

2.5 X射线荧光光谱分析

X射线荧光光谱分析采用江苏天瑞仪器股份有限公司产EDX 3000Plus型号X射线荧光光谱仪，测试条件：室温，管压40kV，峰通道803.5，粗调码66，管流300mA，滤光片3，准直器4mm，初始化通道2210，初始化元素Ag，测量时间30s，预热时间300s，初始道50，结束道4095。

3 结果与分析

3.1 常规宝石学特征分析

样品在正交偏光镜下呈现四明四暗特征，非均质体，折射率为1.570～1.575，双折射率为0.005，二色性强：浅蓝色-近白色。在365 nm紫外灯下可见面纱状蓝绿色荧光特征(图2)，而正常情况下天然海蓝宝石不应该具有荧光反应，这应引起警示。在宝石显微镜下观察样品，顶光源反射光下发现样品裂隙发育，可见通达表面的裂隙痕迹。底光源透射光下可见样品内部裂隙面呈现紫红色闪光现象，这是宝石经充填处理的重要证据。此外，样品内部可见密集的点状包裹体，呈面纱状分布，这是海蓝宝石的鉴定特征之一(图3)。

图2 紫外荧光特征Fig.2 Ultraviolet fluorescence characteristics

图3 放大观察Fig.3 Microscopic observation

3.2 红外吸收光谱分析

经红外吸收光谱反射法测试主要的吸收峰有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(图4a)，其中1234 cm-1、1069 cm-1、1018 cm-1、96 cm-11吸收峰与Si-O的伸缩振动相关，反应了四面体类质同象替代及结构通道中的碱离子含量的变化对结构的影响，及导致的键长变化和晶胞参数的变化。810 cm-1、745 cm-1、687 cm-1吸收峰为Be-O伸缩振动所致，595 cm-1吸收峰是环状硅酸盐的特征谱峰，532 cm-1、494 cm-1为八面体配位中Al-O振动所致，447 cm-1为O-Si-O弯曲振动所致。样品的红外吸收光谱指纹区特征符合绿柱石的红外光谱特征[4-7]。

图4 红外吸收光谱Fig.4 Infrared absorption spectrum

红外吸收光谱透射法测试的主要吸收峰有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(图4b)，其中2358 cm-1吸收峰是由CO2吸收所致，在天然绿柱石中经常可以检测到此峰位，应该是其内部具有气液二相包体的原因。3247 cm-1为-OH的伸缩振动所致，3164 cm-1为-CH的伸缩振动所致，5272 cm-1为绿柱石中II型水的特征吸收峰，5431 cm-1为结构中I型水的吸收所致。2873 cm-1、2928 cm-1、2964 cm-1、3038 cm-1、3054 cm-1一组在2800 cm-1-3100 cm-1之间的吸收峰是环氧树脂的特征吸收峰，局部放大后更容易区分这个区域的特征，3038 cm-1、3054 cm-1是苯环的吸收所致，2964 cm-1是由-CH3的伸缩振动所致，2928 cm-1、2873 cm-1的吸收峰是一CH2的反对称伸缩振动与对称伸缩振动所致[8-11]。对2800 cm-1-3100 cm-1范围内的红外光谱求二阶导数谱图，通过二阶导数图谱更能有效地分辨充填胶体的红外吸收光谱峰位(图4c)。经透射红外吸收光谱分析可以确定样品经过了充填处理。

3.3 紫外可见吸收光谱

样品的紫外可见吸收光谱的特征吸收峰有427 nm、956 nm、820 nm宽吸收带(图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处宽大的吸收带是由于[Fe2(HO)4]2+所致，O2-→Fe3+荷移带吸收边330 nm以下[12]。

图5 紫外可见吸收光谱Fig.5 Ultraviolet-visible absorption spectrum

3.4 Diamond View TM荧光观察

在Diamond ViewTM下观察样品，发现样品的裂隙面具有强蓝白色荧光现象(图6)，产生荧光的原因是由于裂隙面内部的充填胶具有荧光反应[10]。

图6 Diamond View TM 荧光特征Fig.6 Fluorescence characteristic

3.5 X射线荧光光谱

利用X射线荧光光谱仪分析样品具有的元素特征，发现样品具有Fe、Zn、Ga等微量元素(图7)。作为绿柱石的主要成分Be、Al为轻元素，超出仪器的分辨能力，不能被光谱仪识别。Fe元素的存在验证了样品的紫外可见吸收光谱的特征，进一步说明样品呈现蓝色是由于含有Fe的原因，Fe是其致色元素。

图7 X射线荧光光谱Fig.7 X-ray fluorescence spectrum

4 结论

(1)样品外观为浅蓝色，透明，玻璃光泽，常规宝石学特征具有天然海蓝宝石特征。宝石显微镜下裂隙面具有紫红色闪光现象，应引起警觉。

(2)样品的反射红外光谱特征具有海蓝宝石红外光谱特征，透射红外光谱特征具有胶的典型吸收峰2873、2928、2964、3038、3054，证明样品是经过充填处理的。

(3)样品的紫外可见光谱具有Fe的特征吸收峰427 nm和水的特征吸收峰956 nm。X射线荧光光谱分析含有Fe元素，符合紫外可见光谱的测试结果，同时说明Fe是其呈现蓝色的原因。

(4)经Diamond ViewTM荧光特征分析，清晰可见样品裂隙面具有强蓝白色荧光现象，强有力地支持了红外吸收光谱的分析结果。

(5)经上述分析，该样品为一粒经充填处理的海蓝宝石戒面。