一种商贸名称为“泰国猫眼”宝石的特征及鉴定

2021-12-14余炼钢

超硬材料工程 2021年4期

余炼钢

(德宏师范高等专科学校，云南德宏 678400)

0 引言

猫眼效应是指在平行光的照射下，某些以弧面型切磨的宝石表面呈现出一条从一端到另一端可随光源角度变化而灵活移动的光带。猫眼效应的产生必须具备三个条件：一是宝石中含有密集定向排列的针状、纤维状包体或平行管状、纤维状结构；二是宝石须加工成底面平行于包裹体(或结构)所在平面的弧面型；三是切磨定向时使弧面型的长轴垂直于包裹体(或结构)排列的方向[1]。自然界中可产生猫眼效应的宝石品种繁多，如金绿宝石猫眼、碧玺猫眼、海蓝宝石猫眼、方柱石猫眼、石英猫眼等几十种，其中以金绿宝石猫眼最为珍贵，根据珠宝玉石国家标准，只有金绿宝石猫眼无须注明矿物种而直接称为“猫眼”，而其他猫眼类宝石须注明材料名称，如透辉石猫眼、石英猫眼等[2]。此外还有物美价廉的人造玻璃猫眼类饰品。猫眼效应灵动漂亮、琢磨不定，提升了宝石的观赏性和趣味性，受到许多消费者的喜爱。最近，笔者在瑞丽珠宝市场上找到一种商家称之为“泰国猫眼”的品种。其体色金黄、眼线细腻灵活，外观酷似优质金绿宝石猫眼。为弄清其种属，对其做了常规宝石学测试、红外光谱、拉曼光谱、X-射线荧光光谱、紫外-可见光谱等测试分析，发现该饰品材质为玻璃纤维，依据国标定名为玻璃猫眼。本文基于系统的实验测试探讨此类猫眼宝石的特别之处，并为其鉴定提供科学证据。

1 实验样品及基本特征

该样品(图1a)为饱满的蛋面形戒面，尺寸大小为:(11.95×9.52×7.04)mm，金黄色、半透明，明亮的玻璃光泽，顶部曲度较大且抛光良好，底部及腰围均为未抛光的粗磨面。自然光下眼线亮带清晰锐利移动灵活，光纤灯从斜上方照射可见以眼线为分界两侧颜色显著不同，向光一侧颜色较暗呈蜜黄色，背光一侧颜色较亮呈黄白色，十分类似天然金绿宝石特征的“蜜黄-乳白”效应(图1b)。放大观察弧面上呈现一组垂直宝石长轴方向的平行纤维状结构，以及局部同方向排列的的黑色长针状包体(图2a)，从侧面透光观察可见大量形状不规则、分布稀疏的多边形的褐-黑色斑点(图2b)。正交偏光检测隐约见轻微的明暗变化，消光特征不明显。长波紫外光下呈惰性，短波紫外光下呈中等黄绿色荧光。点测折射率为1.52，采用静水称重法测量三次取平均值，测定密度值为2.714g/cm3。综上，实测密度值、折射率值及平行纤维状结构等特征接近玻璃类制品，但未见有玻璃猫眼常见的“蜂巢状”纤维结构[3](图2c)。为验明样品材料种属，采用大型检测仪器做进一步测试。

图1 实验样品及其“乳白-蜜黄”效应Fig.1 Experimental sample and its "milky white-honey yellow" effect

图2 实验样品及普通玻璃猫眼的显微镜下特征Fig.2 Microscopic characteristics of experimental samples and ordinary glass cat's eyea.样品内含平行的黑色长针状包体(40×);b.样品侧面呈现大量多边形的褐-黑色斑点(60×);c.普通玻璃猫眼的“蜂巢状”纤维结构(30×，做对比)

2 实验部分

2.1 红外光谱分析

采用赛默飞世尔科技公司Nicolet is10型红外光谱仪对样品进行红外反射光谱测试，测试条件：扫描范围400～4000 cm-1，背景扫描32次，扫描次数32次，分辨率4 cm-1，波数精度优于0.01cm-1。

红外测试结果显示样品与非晶态SiO2的红外振动特征[4]基本一致，在1200～400范围内出现了1060、464cm-1两处强而宽吸收峰，以及766cm-1处弱吸收峰。其中1060cm-1归属于Si-O-Si的伸缩振动，459cm-1归属于Si-O-Si的弯曲振动，766cm-1是指示非晶态物质的特征吸收峰，归属于Si-Si伸缩振动。红外吸收特征表明样品属玻璃类制品。

图3 样品的红外反射光谱Fig.3 Infrared reflectance spectra of the sample

2.2 拉曼光谱分析

采用B&WTek公司BWS415-785H-GR型珠宝拉曼光谱仪。测试条件：激光波长784.9nm，狭缝宽度：10μm，谱线分辨率为2.1cm-1；积分时间：5s，叠加次数：2次，激光功率365mw(衰减率10%)，测试范围：150～2700cm-1。将样品表面做清洁处理后，置于工作台进行测量，对采集的拉曼谱图做光谱平滑处理。

拉曼测试结果(图4)显示，样品呈现一条连续且宽缓展布的谱带，仅1373cm-1处有一较宽大的拉曼位移峰，其它无其任何强锐散射峰，符合非晶态SiO2类物质的拉曼光谱特征，指示样品材料为玻璃征[5-6]，与红外光谱分析结果一致。

图4 样品的拉曼光谱Fig.4 Raman spectra of the sample

2.3 X射线荧光光谱分析

化学成分分析采用赛默飞世尔科技公司QuantX型X射线荧光光谱仪EDXRF，硅漂移探头(SDD)、电制冷、室温下、真空Vacuum气氛、测试时间为100s。

以2.0mm准直器为测试基准，在样品上选三个不同区域(编号为No1、No2、No3)进行化学组成定性及定量分析，结果显示样品各处物质组成均匀，元素含量较稳定，经归一化处理并计算平均值如表1，主要组分为SiO2，约占70.25%，次要组分含量高低依次为PbO、K2O、CaO、Al2O3、Fe2O3、BaO、MnO、ZnO，符合中铅玻璃的物质组分特点[7]。相比纯的石英组分的硅玻璃，PbO、ZnO、BaO的掺入可以增强光泽及亮度，同时较高的PbO含量(13.8%)使其密度较普通玻璃制品(密度：2.50±g/cm3)更高，CaO、BaO能起到乳浊化效果使之产生半透明外观，金黄色体色则是由微量着色剂Fe2O3及MnO共同作用引起[7-8]。

表1 样品EDXRF化学成分分析结果(wt/%)Table 1 EDXRF chemical composition analysis data of the samples(wt/%)

2.4 紫外-可见光谱分析

测试结果(图5)显示，样品在蓝紫区有以425nm为中心的强而宽的吸收带，从绿区至红区，其吸收程度逐渐减弱。由于成分分析显示样品含着色剂Fe2O3，MnO，致色成因以Fe为主，Mn为辅。基于离子间电荷迁移呈色理论[1、8]推测，蓝紫区吸收带主要由Fe2+-Fe3+间电荷迁移产生的特征吸收，即Fe2+的一个d电子吸收一定能量的光跃迁到Fe3+上，此过程主要吸收了自然光中的蓝紫光及部分蓝绿光，使得样品呈现被吸收光的补色，而极微量的Mn2+对光的选择性吸收可产生橙色调，两者吸收效果的叠加即产生金黄体色。

图5 样品的UV-Vis光谱Fig.5 UV-Vis spectra of the sample

3 讨论

从本项实验数据看，该样品的密度值、折射率值、定性纤维状结构，以及红外吸收光谱特征、拉曼光谱特征、化学组分等均证实为玻璃制品，属于人造猫眼宝石的一种。依据国标《珠宝玉石名称》(GB/T16552-2017)[2]应定名为玻璃猫眼。以“泰国猫眼”的名称来销售只是商家的一种营销手段，消费者在选购此类饰品时应以正规珠宝质检机构出具的鉴定结果为准，不可盲目轻信以免花大价钱买低端货。现就此类猫眼宝石的特别之处做分析探讨：其一，不同于常见玻璃猫眼的是从样品侧面透光观察未见“蜂巢状”纤维结构，玻璃猫眼一般是特定工艺的玻璃纤维制品，其制作过程[10-11]是将高折射率低熔点的光导纤维外套一根低折射率高熔点的无色玻璃管，在电炉中加热熔化，拉制成同心的一次复合纤维，然后切成200nm定长，再将150～300根定长一次复合纤维捆扎成束，切割后插入无色玻璃套管中，加热拉丝产生二次复合纤维。同理产生三次复合纤维，再将三次复合纤维捆成捆，置于模具中加热至软化温度并模压成玻璃猫眼坯料，然后按所需尺寸沿垂直光轴方向切成小段，研磨抛光成弧面型即制成了玻璃猫眼。其眼线亮带垂直于纤维方向，从弧面型的侧面即垂直纤维方向的端面上透光观察可见到近似六边形的“蜂巢状”结构，它是数量众多的微细玻璃纤维的多边形端面紧密拼接而成的形态，也是玻璃猫眼的重要识别特征(图2c)。但此样品中所观察到的是大量分布较稀疏、形状不规则的多边形的褐-黑色斑点。推测其多边形仍是单根微细玻璃纤维的端面形态，但生产工艺与以往的玻璃猫眼制品有所不同。其二，普通玻璃猫眼在平行光下可见1～3条亮带，此类猫眼制品仅见1条锐利而灵活移动的亮带，且在光源斜向照射下产生类似天然金绿宝石特有的“蜜黄-乳白”效应[1-2]，仿制效果更加逼真。因密度、折射率均较金绿宝石猫眼(密度：3.73 g/cm3，折射率1.746～1.755)低得多，光性特征、吸收光谱也不同，常规检测即可区分开来。其三，玻璃猫眼的纤维状结构一般十分细腻完整，除纤维结构本身包含的针管状气泡或空穴外，基本无杂质包体，而本样品中发现了与纤维结构同方向的黑色长针状包体，与天然矿物中的针状包体较为相似，具有一定迷惑性。推测是由熔融态玻璃冷却析晶作用而形成，与高温的玻璃态基质冷却中降温速度不均匀有关，同时CaO、BaO等作为乳浊剂参与了晶体的生长过程[10,12]。