保山南紅瑪瑙的顯微特征研究

許 艷

（保山學院 工程技術學院，云南 保山 678000）

瑪瑙屬天然礦物，我國瑪瑙資源物產豐富，其中云南保山南紅主要賦存第四系地層，屬云南特色珠寶品種，一度被深加工成為各類工藝品，市場關注度和價值極高。同樣保山南紅瑪瑙作為國寶“永子”的重要特定原料，對非遺的傳承有極高的價值與深遠的影響意義[1]。

除云南保山南紅瑪瑙外，我國還產有四川涼山南紅瑪瑙[2]，遼寧阜新北紅瑪瑙等[3]。盡管大量的研究報道了瑪瑙主要由石英組成，瑪瑙的主要成分為SiO2，但由于地層、構造、礦床等差異，不同產區(qū)瑪瑙結構有明顯差異。

目前，學術界對保山南紅瑪瑙的研究還未形成體系，目前針對南紅瑪瑙的研究大量集中在色度學研究[4]、基本寶石學特征研究[5]、譜學特征研究[6]，而針對保山南紅瑪瑙的顯微特征研究還少有報道。掃描電鏡在不同領域擁有廣泛的應用[7]?；诓煌a區(qū)瑪瑙在結構上的明顯差異，本研究通過掃描電鏡解析保山南紅瑪瑙的微觀結構特征，通過能譜掃描分析不同微觀結構的元素重量百分比與原子百分比。這對建立保山南紅瑪瑙完善的研究體系具有重要意義，同樣地，對保山南紅瑪瑙的鑒定與鑒別提供重要參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料來源

本次研究用的南紅瑪瑙采自云南省保山市隆陽區(qū)楊柳鄉(xiāng)，顏色呈現(xiàn)淺紅色，有較多裂隙，肉眼觀察可見大面積為隱晶質結構，局部呈現(xiàn)晶質，斷面光澤柔和。獲取的實驗材料先用去離子水超聲清洗120 s，去除表面物理吸附的各類雜質。然后采用真空干燥箱40℃真空干燥48 h。經(jīng)超聲清洗和真空干燥后的試驗樣本用于開展后續(xù)研究。

1.2 掃描電鏡分析

經(jīng)過超聲清洗和真空干燥的實驗樣品，首先進行真空濺射噴金處理（噴金靶材：金靶合金），使樣本表面產生導電性，使用掃描電子顯微鏡（捷克：TESCAN MIRA LMS）分別對樣品斷面處微觀組織結構進行觀察并拍攝保存。拍攝成像過程中，探測器類型為SE，電子束強度為15 keV，放大倍數(shù)為200倍-20 000倍不等。

1.3 能譜分析

掃描電子顯微鏡與X射線能譜（EDS）分析儀集成，能譜儀型號為OXFORD。采用能譜掃描的方式分別對南紅瑪瑙測試樣品表面在五個不同微觀形貌位置進行點掃，獲取南紅瑪瑙的能譜圖、重量百分比、原子百分比等信息。

2 結果分析

2.1 保山南紅瑪瑙微觀結構

保山南紅瑪瑙電鏡掃描電鏡成像結果如圖1所示，圖1（a）為放大倍數(shù)為200倍時的成像結果，可以直觀地觀察到南紅瑪瑙表面微觀形貌主要分為兩個區(qū)域，其一為表面布滿突起的粗糙結構，其二為相對平整光滑的表面形貌，分別在圖1（a）中用方框b和方框c標識。為進一步探究其微觀尺度的結構與形貌，分別對兩個不同區(qū)域放大至500倍，其微觀形貌對應圖1（b）和圖1（c）。繼續(xù)放大SEM圖像至2 000倍，5 000倍和100 000倍，圖1（b）和圖（1）c的微尺度結構分別如圖1（d）-（f）和圖1（g）-（i）所示。由圖1（d）-（f），我們發(fā)現(xiàn)，在微觀尺度上其呈現(xiàn)出且具有孔洞結構的塊狀物質堆積狀態(tài)，我們推測這可能是鐵礦物質等浮于石英基底上導致的。此外，由圖1（g）-（i）依舊可見，此處同樣在微觀尺度表現(xiàn)出有少量結晶塊堆積在表面。

圖1 保山南紅瑪瑙SEM

另外，我們發(fā)現(xiàn)在圖1（a）右上角，表面附著有絲狀結構，在圖1（d）和圖1（e）中，同樣發(fā)現(xiàn)了類似的結構，這在此前研究人員報道的四川涼山南紅瑪瑙和遼寧阜新北紅瑪瑙中是從未被提及的[2,3]。

2.2 能譜分析結果

為進一步探究南紅瑪瑙不同微觀結構物質元素組成的差異，采用能譜掃描如圖2所示，分別對5個不同區(qū)域開展能譜掃描分析。

圖2 能譜分析

南紅瑪瑙能譜分析結果分別如圖3和表1所示。結果發(fā)現(xiàn)在圖1（b）類區(qū)域和圖1（c）類區(qū)域，Si元素和O元素表現(xiàn)出了相似的結果，而最主要的差異為Al元素和Ca元素含量的不同。這與先前研究人員對瑪瑙的報道結論一致，保山南紅瑪瑙主要成分同樣為SiO2。而圖1（b）類區(qū)域的能譜掃描結果驗證了我們在掃描電鏡結果分析過程中的推測，其表面堆積物質極大可能為鋁鐵礦。

圖3 南紅瑪瑙能譜分析結果

表1 南紅瑪瑙元素百分比能譜分析結果

由表1可以更加直觀地分析，EDS1-EDS3的Al元素重量百分比和原子百分比均明顯高于和EDS4和EDS5，Ca元素的重量百分比明顯高于和EDS4和EDS5，原子百分比與EDS4和EDS5相近。Fe元素在EDS4處重量百分比與其他測點存在明顯差異。這進一步證明了圖1（b）類區(qū)域存在鋁鐵礦堆積。

3 結論

對保山南紅瑪瑙顯微放大觀察并成像，對微觀結構與能譜進行了測試分析，得出以下結論：

外觀上，保山南紅瑪瑙顏色呈現(xiàn)淺紅色，整體呈半透明，有較多裂隙，肉眼觀察可見大面積為隱晶質結構，局部呈現(xiàn)晶質，斷面光澤柔和。

經(jīng)顯微放大可見，保山南紅瑪瑙在微觀形貌上主要呈現(xiàn)出表面布滿突起的粗糙結構和相對平整光滑的表面形貌兩種微觀尺度上的結構，產生這種表面差異的主要原因是表面堆積物的非均勻分布引起的。

能譜分析結果表明，保山南紅瑪瑙主要礦物為石英，主要化學成分為SiO2，表面堆積物質主要為鋁鐵礦。

相較四川涼山南紅瑪瑙和遼寧阜新北紅瑪瑙，保山南紅瑪瑙在顯微特征上表現(xiàn)出了其獨特的性質，保山南紅瑪瑙表面微觀結構上附著有獨特的絲狀結構，其表面微觀結構出現(xiàn)明顯的分區(qū)差異。這對保山南紅瑪瑙品質鑒定鑒別提供重要參考。