貓眼石及相似寶石品種的鑒別

秦毅，辛虹瑾，付東陽(yáng)，陳碧莎，羅艷梅

1.湖南省地質(zhì)測(cè)試研究院，長(zhǎng)沙 410007 2.湖南省產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，長(zhǎng)沙 410007 3.長(zhǎng)沙學(xué)院，長(zhǎng)沙 410022

前言

在自然界中還有多種寶玉石都可出現(xiàn)貓眼現(xiàn)象，最常見(jiàn)的有石英、透輝石、碧璽、人造玻璃、長(zhǎng)石、磷灰石、綠柱石、藍(lán)晶石、方柱石、鋰輝石、軟玉和坦桑石等，多達(dá)數(shù)十種，但都不如金綠貓眼珍貴。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16552-2017《珠寶玉石名稱(chēng)》中5.3.1的規(guī)定，具有貓眼效應(yīng)的珠寶玉石在基本名稱(chēng)后加“貓眼”二字，只有金綠寶石貓眼可直接稱(chēng)為“貓眼”。因此，具有貓眼現(xiàn)象的石英、透輝石等寶玉石在標(biāo)識(shí)時(shí)只能標(biāo)注為“石英貓眼”、“透輝石貓眼”等，只有具貓眼現(xiàn)象的金綠寶石才可以直接標(biāo)注為“貓眼石”[7]。商家在銷(xiāo)售中須遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行正確標(biāo)識(shí)，鑒定工作者應(yīng)掌握相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。

貓眼石具有清晰的名稱(chēng)界定和非常典型的鑒別特征。貓眼石相似品種繁多且價(jià)值相差懸殊，僅僅從外觀很難鑒別，極易混淆，給寶玉石消費(fèi)和收藏帶來(lái)了許多困擾。鑒定者必須掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)并且借助先進(jìn)儀器設(shè)備，針對(duì)不同的樣品，采用不同方法，才能快速、有效地進(jìn)行科學(xué)鑒定，從而得到準(zhǔn)確的結(jié)論。

1 貓眼效應(yīng)的形成機(jī)理

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，“貓眼”不是一種寶玉石的名稱(chēng)，而是一種特殊的光學(xué)效應(yīng)。貓眼效應(yīng)的產(chǎn)生是寶玉石內(nèi)的定向包裹體或定向結(jié)構(gòu)對(duì)可見(jiàn)光的折射和反射作用引起的，產(chǎn)生貓眼效應(yīng)的寶玉石必須具備一組密集、定向排列的包裹體或結(jié)構(gòu)，這些包裹體可以是氣液包裹體，也可以是纖維狀、針狀晶體或生長(zhǎng)過(guò)程中留下的管狀負(fù)晶，或晶體的一些片晶、定向解理等[8-12]。將具備這些條件的寶玉石從適當(dāng)?shù)慕嵌却蚰コ苫∶嫘?，入射光發(fā)生分解，部分光折射進(jìn)寶玉石后接觸包裹體再次發(fā)生分解，部分光形成透射，另一部分光則被反射，在弧形表面相交點(diǎn)的軌跡便形成了一條集中的明亮光帶，并且光帶還會(huì)隨著光源或?qū)氂袷臄[動(dòng)而擺動(dòng)[8]。貓眼光學(xué)現(xiàn)象產(chǎn)生的原理如圖1所示[9]。

圖1 貓眼現(xiàn)象產(chǎn)生的原理示意圖[9]Fig.1 Schematic diagram of cat's eye phenomenon[9]

具有貓眼效應(yīng)的寶石中，金綠寶石貓眼、玻璃貓眼、木變石貓眼和石英貓眼等是比較容易鑒定的品種，研究發(fā)現(xiàn)金綠寶石貓眼的折射率最高，密度也最大，貓眼石的黃色、黃綠色主要是由于含F(xiàn)e3+引起，其吸收光譜中心吸收帶在445nm處[8]。

2 貓眼石及相似寶玉石品種的特征

在眾多具有貓眼現(xiàn)象的寶玉石中，有的品種和金綠貓眼石非常相似，如圖2中，貓眼石A1、A2與具有貓眼現(xiàn)象的相似品種B、C、D、E、F和G在外觀及色澤上極易混淆[8]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[13,14]，市場(chǎng)上貓眼石價(jià)格每年的漲幅達(dá)到150%，并且逐年攀升，長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)有波動(dòng)跌價(jià)，所以貓眼石及其相似品種的鑒別和認(rèn)知對(duì)收藏家和愛(ài)好貓眼石的消費(fèi)者尤為重要。

圖2 A1.貓眼石，A2.貓眼石，B.玻璃貓眼，C.碧璽貓眼，D.透輝石貓眼，E.磷灰石貓眼，F(xiàn).木變石貓眼，G.軟玉貓眼[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(xiàn).Wood alexandrite cat's eye，G.Nephrite cat's eye

2.1 貓眼石

寶石界把具有貓眼效應(yīng)的金綠寶石直接稱(chēng)為貓眼石[3]。貓眼石的顏色有多種，多以帶其它色調(diào)的黃色為主，棕黃色、蜜黃色和淡黃綠色是貓眼石的最佳顏色。現(xiàn)在一顆蜜黃色、眼線平直、均勻且連續(xù)而清晰明亮的貓眼石價(jià)格已達(dá)到每克拉數(shù)萬(wàn)元，隨重量增大，其價(jià)格呈幾何倍數(shù)增加。

貓眼石在使用常規(guī)寶石鑒定設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，折射率點(diǎn)測(cè)法常值為1.74～1.75，密度為3.73(±0.02)g/cm3，摩氏硬度為8～8.5，內(nèi)部存在大量細(xì)小、密集、平行排列的絲狀金紅石或管狀包裹體[8]。這些細(xì)長(zhǎng)而且密集的包裹體，使得貓眼效應(yīng)特別明顯，亮線帶位于弧面的中央且細(xì)窄，即使在較弱的光源下也十分清晰，這是其它具貓眼效應(yīng)的寶玉石所不能比擬的效果。在采用紅外吸收光譜儀進(jìn)行鑒定時(shí)，貓眼石具有典型的紅外反射吸收光譜特征，如圖3中A所示，在793cm-1、646cm-1、434cm-1三處具有明顯吸收峰[15]。只有掌握了貓眼石的主要寶石參數(shù)并合理運(yùn)用，才能科學(xué)和準(zhǔn)確地鑒定。

2.2 玻璃貓眼

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16552-2017《珠寶玉石名稱(chēng)》中對(duì)人造寶石和合成寶石的定義，玻璃貓眼是人造寶石，目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的所謂“合成貓眼石”基本都是玻璃貓眼。合成貓眼石可能由于技術(shù)瓶頸或成本因素，市場(chǎng)上暫未見(jiàn)該品種。

玻璃貓眼的貓眼效應(yīng)是將不同的纖維材料熔結(jié)在一起形成馬賽克結(jié)構(gòu)所獲得。這些纖維以四邊形或六邊形排列方式堆積，每平方厘米大約有150000根纖維排列，使用放大鏡即可觀察到側(cè)面呈蜂窩狀纖維結(jié)構(gòu)[8]。玻璃貓眼的顏色豐富，眼線非常明顯、標(biāo)準(zhǔn)、亮麗，貓眼效應(yīng)過(guò)于完美。玻璃貓眼折射率點(diǎn)測(cè)法常值為1.54，密度為2.30～2.46g/cm3，摩氏硬度為5～5.5[16]。采用紅外吸收光譜儀進(jìn)行鑒定時(shí)，玻璃貓眼具有典型玻璃紅外反射吸收光譜特征，如圖3中B所示，在1053cm-1、764cm-1、460cm-1處表現(xiàn)出明顯的吸收峰[15,16]。玻璃的這些典型參數(shù)特點(diǎn)是區(qū)別其它寶玉石的辨別依據(jù)。

阿里見(jiàn)阿東哭，便止住了自己的哭泣。他從未見(jiàn)過(guò)阿東哭，有些驚訝，也有些難過(guò)。他走過(guò)去，用手擦著阿東臉上的淚說(shuō)：“你莫哭。我又要哭了?！闭f(shuō)得阿東幾乎想要號(hào)啕。

2.3 碧璽貓眼

碧璽的礦物名稱(chēng)叫電氣石，化學(xué)成分是較為復(fù)雜的硼硅酸鹽。類(lèi)質(zhì)同象作用使得它的顏色豐富多彩，極少數(shù)的碧璽內(nèi)部存在大量致密且與晶體C軸平行的纖維狀、管狀氣液包裹體，這是碧璽貓眼效應(yīng)形成的原因。黃綠色的碧璽貓眼外觀上和金綠貓眼極其相似，但兩者的物理、化學(xué)特征區(qū)別很明顯。碧璽貓眼的折射率點(diǎn)測(cè)法常值為1.62～1.64，密度為3.06(+0.20, -0.60)g/cm3，摩氏硬度為7～8[8,17,18]，從不同方向觀察其多色性十分顯著。碧璽的紅外反射吸收光譜也十分典型，如圖3中C1和C2所示，由于不同晶體方向的圖譜存在一定差異，其中由[BO3]3-引起的振動(dòng)在1346cm-1、1295cm-1、513cm-1、505cm-1具 有 明 顯 吸 收 峰；在1111cm-1、1029cm-1、991cm-1的吸收峰是O-Si-O的振動(dòng)所致；Si-O-Si的振動(dòng)吸收峰分別表現(xiàn)在837cm-1、789cm-1、715cm-1、631cm-1、505cm-1[15]。碧璽貓眼顏色繁多，而且透明程度不同，這是由于其形成結(jié)構(gòu)不同所引起[19]，所以碧璽貓眼的鑒別方法需要珠寶鑒定者的進(jìn)一步研究從而達(dá)到更準(zhǔn)確的鑒定。

2.4 透輝石貓眼

透輝石是硅酸鹽礦物，化學(xué)式為CaMgSi2O6，折射率點(diǎn)測(cè)法常值為1.67～1.70，密度為3.30(+0.11，-0.07)g/cm3，摩氏硬度為5～6[8,17,18]，玻璃光澤，內(nèi)部含有大量定向排列的管狀、片狀包裹體時(shí)，形成透輝石貓眼。寶石級(jí)的透輝石很少，所以透輝石貓眼價(jià)值也不菲。絕大多數(shù)透輝石貓眼的顏色都較偏深，不像金綠貓眼那樣艷麗。根據(jù)折射率能很好地鑒別透輝石貓眼和貓眼石，紅外吸收光譜更是簡(jiǎn)單、有效的方法。從圖3中D看出透輝石貓眼的紅外反射光譜主要表現(xiàn)在1095cm-1、964cm-1、924cm-1、634cm-1和511cm-1具 有明顯吸收峰[15]。掌握了透輝石的上述寶石參數(shù)特征，就能準(zhǔn)確區(qū)分透輝石貓眼與其它寶石貓眼。

2.5 磷灰石貓眼

磷灰石是一種鈣磷酸鹽礦物，化學(xué)式為Ca5(PO4)3(F,OH,Cl)，常含有微量的Ce、U、Th等稀土元素，稀土元素的種類(lèi)及含量變化導(dǎo)致了其顏色的多樣性。磷灰石貓眼十分稀少且漂亮，多被收藏。磷灰石為玻璃光澤，折射率點(diǎn)測(cè)法常值為1.63，密度為3.18(±0.05)g/cm3，折射率和密度與貓眼石區(qū)別較大。磷灰石的摩氏硬度只有5～5.5[8,17,18]，所以在檢測(cè)和銷(xiāo)售過(guò)程中需要格外注意，避免摩擦。最好的檢測(cè)方法就是紅外吸收光譜法。磷灰石具有典型的紅外反射吸收光譜特征，如圖3中E所示，在1101cm-1、1065cm-1、607cm-1、575cm-1等處有明顯吸收峰，分別是(PO4)3-的伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)[15]。從磷灰石貓眼的基本寶石參數(shù)、摩氏硬度特征和紅外反射吸收光譜，能很好區(qū)別于其它寶石貓眼。

2.6 木變石貓眼

木變石系石棉、堿性角閃石(鈉閃石、鎂鈉閃石、鎂鈉鐵閃石、錳閃石)石棉的硅化產(chǎn)物，亦稱(chēng)為硅化石棉。它是一種石英質(zhì)玉石，是由藍(lán)色鈉閃石石棉被SiO2交代所形成的，在外觀上保留了石棉原有的纖維狀結(jié)構(gòu)，木變石的貓眼效應(yīng)正是由這些密集的纖維狀結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生。木變石貓眼的折射率點(diǎn)測(cè)法常值為1.53～1.54，密度為2.64～2.71g/cm3，摩氏硬度為5～7，玻璃光澤。木變石貓眼的紅外反射吸收光譜特征主要反映的是石英的吸收峰，如圖3中F所示，分別在900～1200cm-1范圍內(nèi)的Si-O伸縮振動(dòng)峰和800cm-1附近的Si-O對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰[11]。木變石貓眼礦床在我國(guó)有發(fā)現(xiàn)，木變石貓眼的系統(tǒng)研究將為消費(fèi)者認(rèn)識(shí)該類(lèi)寶石的特征提供更加完善的依據(jù)。

2.7 軟玉貓眼

軟玉主要礦物成分為透閃石和陽(yáng)起石，化學(xué)成分Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2，非均質(zhì)晶質(zhì)集合體，常呈纖維狀結(jié)構(gòu)，玻璃光澤至油脂光澤。軟玉貓眼是軟玉中的瑰寶，其貓眼效應(yīng)的成因是其內(nèi)部平行生長(zhǎng)的纖維狀結(jié)構(gòu)。軟玉貓眼折射率點(diǎn)測(cè)法常值為1.60～1.62，密 度 為2.95(+0.15，-0.05)g/cm3，摩 氏硬度為6～6.5[15]。圖3中G所示軟玉貓眼紅外反射吸收譜特征峰分別是1138cm-1、1038cm-1、991cm-1、918cm-1、536cm-1、459cm-1[15]。近年來(lái)，在我國(guó)四川省發(fā)現(xiàn)了具有貓眼效應(yīng)的軟玉貓眼，其質(zhì)地溫潤(rùn)、細(xì)膩，光學(xué)性質(zhì)好[20,21]。軟玉貓眼的發(fā)現(xiàn)不僅促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，而且改善了軟玉貓眼礦床資源極其匱乏的狀況，對(duì)它的研究將會(huì)提升對(duì)軟玉貓眼的認(rèn)識(shí)。

3 貓眼石及相似寶玉石品種的鑒別

通過(guò)上述貓眼石及6種相似寶石的介紹可知，雖然它們的寶石學(xué)基本參數(shù)有所差異，貓眼效應(yīng)的成因也有所不同，但其外觀卻很相似，僅憑肉眼和經(jīng)驗(yàn)很難區(qū)分，鑒別時(shí)需要十分細(xì)致。首先，弧面形寶玉石的折射率只能采用點(diǎn)測(cè)法測(cè)定，對(duì)折射率數(shù)值差異較大的寶玉石品種容易區(qū)別，反之則很難判定，例如碧璽貓眼、磷灰石貓眼、軟玉貓眼，它們的折射率點(diǎn)測(cè)常值十分接近，檢測(cè)過(guò)程中很難進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分；第二，利用密度也能鑒別上述寶玉石品種，但需要鑒定者常備各種不同值的比重液，因比重液可能會(huì)對(duì)樣品造成損壞，且要求樣品必須是未鑲嵌的，故不是最好的檢測(cè)手段；第三，利用硬度筆進(jìn)行摩氏硬度測(cè)試，這種有損的檢測(cè)方法僅適用于原石，對(duì)成品、高檔寶石基本不適用；第四，利用先進(jìn)無(wú)損的紅外吸收光譜法進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)比各類(lèi)寶玉石的紅外光譜圖，極易區(qū)別。

表1 貓眼石及6種相似寶石參數(shù)對(duì)比表Table 1 Comparison table of cat's eye stone and its 6 similar gems

圖3 貓眼石極其相似寶玉石品種的紅外光譜。A-貓眼石；B-玻璃貓眼；C1和C2-碧璽貓眼；D-透輝石貓眼；E-磷灰石貓眼；F-木變石貓眼；G-軟玉貓眼紅外光譜圖[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為貓眼石及6種相似寶玉石的折射率點(diǎn)測(cè)值、密度值、摩氏硬度和紅外吸收光譜特征峰的對(duì)比統(tǒng)計(jì)。由表1可知，貓眼石及其6種相似寶玉石的折射率點(diǎn)測(cè)值、密度值、摩氏硬度存在一定差異，能作為鑒別依據(jù)，但存在較大的不確定性和缺陷。從圖3中A-G可知，這些寶玉石品種的紅外光譜具有獨(dú)特性和明顯差異，可以鑒別和區(qū)分它們最簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確且無(wú)損的鑒定方法[15,22]。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)貓眼石和貓眼效應(yīng)形成機(jī)理的詳細(xì)介紹，以及對(duì)與貓眼石相似的6種寶玉石物理特征和光譜特征的綜述，總結(jié)了貓眼石及其相似寶石鑒別方法，為珠寶愛(ài)好者和研究者提供借鑒。

(1)利用折射儀、密度儀和硬度計(jì)等對(duì)貓眼石及其相似品種的基本參數(shù)進(jìn)行測(cè)定是珠寶玉石鑒定工作者必須掌握的基本技能和手段，但僅從上述數(shù)據(jù)對(duì)各種寶石進(jìn)行判斷和定名缺乏可靠性，還需其他方法進(jìn)行驗(yàn)證。

(2)傅立葉變換紅外光譜儀是貓眼石及相似寶玉石品種目前最為有效、準(zhǔn)確、快捷和科學(xué)的鑒定方法。

(3)要準(zhǔn)確鑒別貓眼石及相似寶玉石品種，必須綜合運(yùn)用寶石鑒別的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，研究多種方法，使用先進(jìn)儀器設(shè)備，不斷提高鑒定結(jié)果的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和可靠性。