天然祖母綠與合成祖母綠鑒定探討

胡玉婷

(江西省地質(zhì)局實(shí)驗(yàn)測(cè)試大隊(duì) 江西南昌 330000)

綠柱石成分為鈹鋁硅酸鹽礦物（Be3Al2（Si2O6）3），因致色機(jī)理不同而呈無色、綠色、藍(lán)色、黃色、紅色、粉色等[1]，我們把含有微量元素Cr 和/或V 致色的翠綠色綠柱石定為祖母綠[2]。祖母綠是綠柱石中最為重要和名貴的品種，由于其珍貴稀少性且市場需求量大，合成祖母綠應(yīng)運(yùn)而生。合成祖母綠發(fā)展至今已有百余年歷史，合成技術(shù)成熟，鑒定難度較大，目前市場上常見的合成祖母綠的方法有助溶劑法和水熱法。筆者獲得天然祖母綠、助溶劑法合成祖母綠、水熱法合成祖母綠各一粒，對(duì)其鑒定特征進(jìn)行研究探討。

1 測(cè)試部分

1.1 測(cè)試儀器

檢測(cè)儀器有折射儀、二色鏡、寶石顯微鏡、紫外-可見光譜儀、傅里葉紅外光譜儀。

1.2 測(cè)試結(jié)果

1.2.1 常規(guī)寶石學(xué)特征

測(cè)試所用折射儀、二色鏡、寶石顯微鏡均為FABLE公司生產(chǎn)。

三粒樣品均呈翠綠色；樣品折射率相近，助溶劑法合成祖母綠,較水熱法和天然祖母綠折射率偏低，僅為1.561～1.563，雙折率0.002，所測(cè)天然祖母綠折射率相對(duì)較高；三粒樣品均具有中等程度二色性，藍(lán)綠-翠綠。

天然祖母綠與合成祖母綠的內(nèi)部特征有較大區(qū)別。天然祖母綠內(nèi)部往往具有云母、透閃石-陽起石等礦物包體，以及兩相或三相包體、愈合裂隙、色帶等天然特征；助溶劑法合成祖母綠內(nèi)部常具有云翳狀或花邊狀助溶劑殘余，偶爾可見無色透明的硅鈹石晶體；水熱法合成祖母綠常具有的波狀或鋸齒狀生長紋和色帶，偶爾可見具有金屬光澤由硅鈹石晶體和孔洞組成釘狀包體[3]。

運(yùn)用寶石顯微鏡對(duì)三粒樣品進(jìn)行觀察，天然祖母綠中可見天然兩相及三相包體，助溶劑法合成祖母綠中可見明顯的大片云翳狀黑色助溶劑殘余，水熱法合成祖母綠中可見明顯的水波狀生長紋。內(nèi)部特征可以作為鑒別天然與合成祖母綠依據(jù)之一。具體參數(shù)如表1所示。

表1 天然祖母綠與合成祖母綠寶石學(xué)特征

1.2.2 紫外-可見吸收光譜

紫外-可見光譜儀是運(yùn)用電磁輻射作用于寶石樣品，從而得到寶石中原子、離子、分子的價(jià)電子和分子軌道上的電子在電子能級(jí)間的躍遷而產(chǎn)生的吸收光譜[3]，不同晶體結(jié)構(gòu)的寶石，其所含致色離子不同，從而對(duì)不同波長入射光具有不同程度的選擇性吸收，由此可以作為判定不同寶石品種的依據(jù)。

測(cè)試所用紫外-可見光譜儀為標(biāo)旗公司生產(chǎn)的GEM-3000 型，檢測(cè)積分時(shí)間為100 ms，掃描范圍為230～1 000 nm。

天然祖母綠有Fe2+所致的825～850 nm范圍內(nèi)的特征吸收寬帶；天然祖母綠和水熱法合成祖母綠都有683 nm附近Cr元素所致吸收峰，在372 nm左右有Fe3+所致吸收峰[4]，兩者在955 nm 處有H2O 所致吸收峰[5]，天然祖母綠該峰的相對(duì)吸收強(qiáng)度弱于水熱法合成祖母綠；水熱法合成祖母綠在760 nm 左右有Fe2+～Fe3+所致吸收寬帶[6]，助溶劑法合成祖母綠紫外-可見吸收光譜則不具有上述特征。該方法可以作為這3種寶石的輔助鑒定。檢測(cè)圖譜具體見圖1～圖3。

圖1 天然祖母綠紫外-可見吸收光譜圖

圖2 水熱法合成祖母綠紫外-可見吸收光譜圖

圖3 助溶劑法合成祖母綠紫外-可見吸收光譜圖

1.2.3 紅外吸收光譜

樣品在受到頻率連續(xù)變化的紅外輻射時(shí)，其晶格（分子）、絡(luò)陰離子（團(tuán)）和配位基吸收了某些特定的頻率，并由其振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起偶極矩的變化，導(dǎo)致振動(dòng)（含轉(zhuǎn)動(dòng)）能級(jí)從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，由此產(chǎn)生的特征光譜即為該樣品的特征紅外光譜[7]。紅外光譜儀配備紅外顯微鏡或透、反射附件有多種圖譜采集方法，如直接透射法、表面反射法、衰減全反射（ATR）法、粉末法、顯微紅外光譜法等。該文主要運(yùn)用表面反射法（以下簡稱反射法）和直接透射法（以下簡稱透射法）對(duì)所測(cè)樣品的紅外光譜圖進(jìn)行分析。

該測(cè)試所用傅里葉變換紅外光譜儀為賽默飛世爾科技公司生產(chǎn)的NICOLET-IS5型。

（1）反射法。

實(shí)驗(yàn)所用傅里葉紅外光譜儀反射法設(shè)置分辨率為8 cm-1，掃描次數(shù)為16 s，掃描范圍為4 000 cm-1到400 cm-1。此種方法主要是用于檢測(cè)樣品中紅外指紋區(qū)（1 500 cm-1到400 cm-1）吸收光譜，該區(qū)的振動(dòng)與樣品的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。紅外光譜反射法檢測(cè)出3種寶石指紋區(qū)圖譜基本相同，用此種方法只能確定其寶石種屬，無法對(duì)天然和合成進(jìn)行有效區(qū)分。所測(cè)圖譜見圖4。

圖4 3種寶石紅外吸收光譜圖（反射法）

（2）透射法。

實(shí)驗(yàn)所用的傅里葉紅外光譜儀透射法分辨率為8 cm-1，掃描次數(shù)為300 s，掃描范圍為6 000 cm-1到400 cm-1。由于樣品厚度較大，表現(xiàn)出2 000 cm-1到400 cm-1波數(shù)范圍全吸收，樣品指紋區(qū)吸收光譜不體現(xiàn)在透射法紅外吸收光譜圖中，測(cè)試結(jié)果見圖5～圖7。

圖5 水熱法合成祖母綠紅外吸收光譜圖（透射法）

圖6 助溶劑法合成祖母綠紅外吸收光譜圖（透射法）

圖7 天然祖母綠紅外吸收光譜圖（透射法）

從紅外透射圖可知，助溶劑法合成的祖母綠在3 000 cm-1以上無明顯吸收峰[8]；水熱法合成祖母綠在5 272 cm-1左右有窄而長Ⅱ型水所致的吸收峰，在5 446 cm-1、5 105 cm-1左右有Ⅰ型水所致吸收峰[9]；天然祖母綠在5 267 cm-1附近有較寬的Ⅱ型水所致的吸收峰，在5 583 cm-1有Ⅰ型水所致吸收峰[10]，而另一條吸收峰缺失，根據(jù)紅外光譜圖可以作為天然和合成祖母綠有效鑒定特征之一。

2 結(jié)論

（1）常規(guī)檢測(cè)手段中，通過寶石顯微鏡觀察天然祖母綠中有天然形成的兩相、三相包體，助溶劑法合成祖母綠中有云翳狀黑色助溶劑殘余，水熱法合成祖母綠中可見水波狀生長紋，根據(jù)其內(nèi)部特征不同可進(jìn)行有效區(qū)分。隨著科技的進(jìn)步，人工合成祖母綠的水平越來越高，市面上許多合成祖母綠中很難觀察到特征包體，這時(shí)就需要用大型儀器進(jìn)行進(jìn)一步檢測(cè)。

（2）因天然祖母綠和合成祖母綠中微量元素不同，其紫外-可見吸收光譜不同。

（3）由于助溶劑法合成祖母綠中缺少水分子，紅外光譜顯示其在3 000 cm-1以上無明顯吸收峰可作為鑒別助溶劑法合成祖母綠的有效證據(jù)；天然祖母綠中Ⅰ型水分子紅外吸收相對(duì)強(qiáng)度弱于水熱法合成祖母綠中Ⅰ型水的吸收強(qiáng)度，可以作為其鑒別特征之一。

（4）天然祖母綠和合成祖母綠的鑒定需要用多種方法共同測(cè)試，測(cè)試結(jié)果之間相互驗(yàn)證，從而得出正確的鑒定結(jié)論。