一種淺藍(lán)色蛋白石的寶石學(xué)特征與呈色機理研究

　　摘要: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(lán)色蛋白石樣品進(jìn)行相關(guān)測試，結(jié)果顯示:樣品外觀呈淺藍(lán)色，玻璃光澤，均質(zhì)體結(jié)構(gòu)，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(zhì)同象形式替代Si4+產(chǎn)生空穴色心所致，該淺藍(lán)色玉石樣品為天然蛋白石。

　　關(guān)鍵詞:淺藍(lán)色蛋白石;銅;呈色機理;寶石學(xué)特征

　　相關(guān)論文投稿刊物：《光譜儀器與分析》堅持為社會主義服務(wù)的方向，堅持以馬克思列寧主義、毛澤東思想和鄧小平理論為指導(dǎo)，貫徹“百花齊放、百家爭鳴”和“古為今用、洋為中用”的方針，堅持實事求是、理論與實際相結(jié)合的嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)，傳播先進(jìn)的科學(xué)文化知識，弘揚民族優(yōu)秀科學(xué)文化，促進(jìn)國際科學(xué)文化交流，探索防災(zāi)科技教育、教學(xué)及管理諸方面的規(guī)律，活躍教學(xué)與科研的學(xué)術(shù)風(fēng)氣，為教學(xué)與科研服務(wù)。

　　蛋白石是一種含水的二氧化硅化合物，通常有白色、黑色、橙色、紅色等多種顏色。近期，珠寶批發(fā)銷售市場上出現(xiàn)一種商家聲稱為天然色的淺藍(lán)色蛋白石。為了弄明白該聲稱的淺藍(lán)色蛋白石相關(guān)寶石學(xué)特征與其顏色呈色機理，以判斷其是否滿足天然蛋白石的寶石學(xué)特征，是否能夠符合國家相關(guān)定名標(biāo)準(zhǔn)要求。筆者采集了典型的手標(biāo)本進(jìn)行常規(guī)寶石學(xué)、紅外光譜、X射線能譜、紫外-可見光譜等測試與分析工作。

　　1寶石學(xué)特征

　　標(biāo)本樣品外觀整體呈淺藍(lán)色，帶有黃褐色的皮殼，樹脂光澤~玻璃光澤，斷口處呈貝殼狀斷口，半透明，正交偏光下觀察表現(xiàn)為全暗的均質(zhì)體現(xiàn)象，放大觀察可見黑褐色片狀、“樹枝狀”的內(nèi)含物，用含酒精棉簽擦拭樣品表面未見棉簽上粘有顏色的現(xiàn)象。測試摩氏硬度為5~6，折射率為1.45(點測)，采用靜水稱重法測試相對密度，相對密度在2.09~2.11之間。標(biāo)本樣品觀察的寶石學(xué)特征具蛋白石的特征，相對密度與折射率測試數(shù)值在蛋白石的范圍之內(nèi)，因此初步判斷樣品為蛋白石。

　　2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(chǎn)生電子能級的躍遷，只產(chǎn)生振動能級與轉(zhuǎn)動能級的躍遷，分子在振動與轉(zhuǎn)動過程中，當(dāng)分子振動伴隨偶級矩改變時，分子內(nèi)電荷分布產(chǎn)生交變電場，當(dāng)其頻率與入射輻射電磁波頻率相等時產(chǎn)出紅外吸收。中紅外1500~400cm-1指紋區(qū)的振動與分子機構(gòu)有關(guān)，機構(gòu)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(tuán)伸縮振動吸收有關(guān)，可以確定-OH的存在。

　　現(xiàn)利用Nicolet-IS10型紅外光譜儀對標(biāo)本樣品進(jìn)行測試，測試條件為在實驗室室溫和濕度環(huán)境下，首先采用原物漫反射法測試，分辨率2cm-1，測試范圍400~2000cm-1，掃描8次，取樣品中的多個測試點測試，選取其典型圖譜，該樣品主要峰位位于477，782，972，1112cm-1處;再采用透射法測試，分辨率2cm-1，測試范圍4000~7500cm-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，該樣品主要峰位位于4318，4636，5478，7214cm-1處。紅外測試結(jié)果顯示，樣品為含水的二氧化硅化合物，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。

　　3X射線熒光光譜儀測試

　　X射線熒光光譜儀工作原理:寶石通常由一種或多種元素組成，當(dāng)用X射線照射寶石，可激發(fā)寶石的各種波長的熒光X射線，光譜儀將混合的熒光X射線按波長或能量分開，并分別測量不同波長或能量的X射線強度，以進(jìn)行元素定性和定量的分析�，F(xiàn)采用賽默飛世公司Quant’X型X射線熒光光譜儀器對標(biāo)本樣品進(jìn)行元素定性測試分析，測試條件:在46kV，midZb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。

　　4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(chǎn)出的分子吸收光譜，彩色寶石內(nèi)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。測試采用標(biāo)旗公司的UV5000紫外-可見分光光度計進(jìn)行，積分時間為20ms，平均次數(shù)20，測試范圍0~700nm。將淺藍(lán)色蛋白石樣品拋光面直接置放于反射測試窗口，測試結(jié)果顯示，主要吸收位于480nm處，由于測試樣品的透明度不同變化，吸收帶會產(chǎn)生一定的位移。

　　5探討與結(jié)語

　　(1)利用常規(guī)寶石學(xué)儀器檢測、觀察與紅外光譜儀的測試，可確定該淺藍(lán)色樣品為可見黑褐色片狀、“樹枝狀”內(nèi)含物，主要礦物成分為含水二氧化硅的蛋白石;(2)呈色機理探討:根據(jù)X射線熒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于480nm處，筆者據(jù)此推測樣品顏色致色成因主要是主要成分中含雜質(zhì)元素銅(Cu)引起。它的呈色機理是少量的Cu2+以類質(zhì)同象的形式替代Si4+形成CuO團(tuán)，即產(chǎn)生了空穴色心，色心對入射可見光進(jìn)行了選擇性吸收，使蛋白石呈現(xiàn)出藍(lán)色，顏色并不是后期人工加色或染色所致;(3)根據(jù)國標(biāo)GB/T16552-2017《珠寶玉石名稱》及GB/T16553-2017《珠寶玉石鑒定》的規(guī)定，確定該淺藍(lán)色樣品可定名為蛋白石。

　　參考文獻(xiàn):

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　　[4]國家珠寶玉石質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心.珠寶玉石名稱:GB/T16552-2017[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.10.

　　[5]國家珠寶玉石質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心.珠寶玉石鑒定:GB/T16553-2017[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.10.

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