一種淺藍色蛋白石的寶石學特徵與呈色機理研究

2020-12-26 中寶協雲平臺

利用寶石顯微鏡、折射儀、靜水稱重法、紅外光譜儀、X射線能譜儀及紫外-可見分光光度計對淺藍色蛋白石樣品進行相關測試，結果顯示：樣品外觀呈淺藍色，玻璃光澤，均質體結構，折射率1.45（點測），相對密度2.09～2.11，紅外光譜顯示成分為蛋白石，通過X射線能譜儀測試得出含銅（Cu），紫外-可見分光光度計測試在480nm處有吸收，呈色機理為Cu2+以類質同象形式替代Si4+產生空穴色心所致，該淺藍色玉石樣品為天然蛋白石。

關鍵詞：

淺藍色蛋白石；銅；呈色機理

蛋白石為一種含水的二氧化矽化合物，通常有白色、黑色、橙色、紅色等多種顏色。此前，珠寶批發銷售市場上出現一種商家聲稱為天然色的淺藍色蛋白石（圖1）。為了弄明白該聲稱的淺藍色蛋白石相關寶石學特徵與其顏色呈色機理，以判斷其是否滿足天然蛋白石的寶石學特徵，是否能夠符合國家相關定名標準要求。筆者採集了典型的手標本（圖2、圖3）進行常規寶石學、紅外光譜、X射線能譜、紫外-可見光譜等測試與分析工作。

圖1 淺藍色蛋白石 （樣品由「御世珍寶

一、寶石學特徵

標本樣品外觀整體呈淺藍色，帶有黃褐色的皮殼（圖2、圖3），樹脂光澤～玻璃光澤，斷口處呈貝殼狀斷口（圖2），半透明，正交偏光下觀察表現為全暗的均質體現象，放大觀察可見黑褐色片狀、「樹枝狀」的內含物，用含酒精棉籤擦拭樣品表面未見棉籤上粘有顏色的現象。測試摩氏硬度為5～6，折射率為1.45（點測），採用靜水稱重法測試相對密度，相對密度在2.09～2.11之間。標本樣品觀察的寶石學特徵具蛋白石的特徵，相對密度與折射率測試數值在蛋白石的範圍之內，因此初步把樣品判斷為蛋白石。

圖2/圖3 帶黃褐皮殼的淺藍色蛋白石（

二、紅外光譜儀測試

紅外光譜儀工作原理：紅外光的能量不足以測試樣品產生電子能級的躍遷，只產生振動能級與轉動能級的躍遷，分子在振動與轉動過程中，當分子振動伴隨偶級矩改變時，分子內電荷分布產生交變電場，當其頻率與入射輻射電磁波頻率相等時產出紅外吸收。中紅外1500～400cm-1指紋區的振動與分子機構有關，機構不同的分子顯示不同的紅外吸收帶，可以確定礦物分子組成；近紅外7500～4000cm-1的吸收帶主要與低能電子躍遷，含氫原子團伸縮振動吸收有關，可以確定-0H的存在。現利用Nicolet-IS10型紅外光譜儀對標本樣品進行測試，測試條件為在實驗室溫溼度環境下，首先採用原物漫反射法測試，解析度2 cm-1，測試範圍400～2000 cm-1，掃描8次，取樣品中的多個測試點測試，選取其典型圖譜，該樣品主要峰位位於477，782，972，1112cm-1處；再採用透射法測試，解析度2 cm-1，測試範圍4000～7500 cm-1，掃描8次，取樣品中的多個方向測試點測試，選取其典型圖譜，該樣品主要峰位位於4318，4636，5478，7214cm-1處。紅外測試結果顯示，樣品為含水的二氧化矽化合物，其譜線與蛋白石紅外參考圖譜相似，故推斷樣品的主要礦物成分為蛋白石。

圖4測試樣品紅外光譜圖反射法

圖5測試樣品紅外光譜圖透射法

三、X射線螢光光譜儀測試

X射線螢光光譜儀工作原理：寶石通常由一種或是多種元素組成，當用X射線照射寶石，可激發寶石的各種波長的螢光X射線，光譜儀將混合的螢光X射線按波長或能量分開，並分別測量不同波長或能量的X射線強度，以進行元素定性和定量的分析。現採用賽默飛世公司Quant』X型X射線螢光光譜儀器對標本樣品進行元素定性測試分析，測試條件：在46KV，mid Zb條件下測試60秒。測試圖譜可見樣品中含有明顯的銅(Cu)元素（圖6）。

圖6 Quant』X型X射線螢光光譜圖

四、紫外-可見分光光度計

紫外-可見分光光度計工作原理：在電磁輻射作用下，由寶石中原子、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出的分子吸收光譜，彩色寶石內含的致色元素對不同波長的入射光具有不同強度的選擇性吸收。現採用標旗公司的UV5000紫外-可見分光光度計對樣品進行測試，積分時間20 ms，平均次數20，測試範圍0～700nm。將淺藍色蛋白石樣品拋光面直接置放於反射測試窗口，測試結果顯示，主要吸收位於480 nm處（圖7），由於測試樣品的透明度不同變化，吸收帶會產生了一定位移（圖7）。

圖7測試樣品紫外-可見分光光度計

五、探討與結語

1、利用常規寶石學儀器檢測、觀察與紅外光譜儀的測試，可確定該淺藍綠色樣品為可見黑褐色片狀、「樹枝狀」內含物，主要礦物成分為含水二氧化矽的蛋白石；

2、呈色機理探討：根據X射線螢光光譜儀測試樣品含有明顯的銅(Cu)元素，紫外-可見分光光度計測試吸收主要位於480 nm處，筆者據此推測樣品顏色致色成因主要是主要成分中含雜質元素銅（Cu）引起。它的呈色機理是少量的Cu2+以類質同象的形式替代Si4+形成CuO團，即產生了空穴色心，色心對入射可見光進行了選擇性吸收，使蛋白石呈現出藍色，顏色並不是後期人工加色或染色所致；

3、根據國標GB/T 16552-2017《珠寶玉石 名稱》及GB/T 16553-2017《珠寶玉石 鑑定》的規定，確定該淺藍色樣品可定名為蛋白石。

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