曹姝旻 亓利劍
(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)珠寶學(xué)院,武漢)
人工合成翡翠技術(shù)的研究始于上世紀(jì)60年代。1963年，貝爾(Bell) 和羅茨勃姆發(fā)現(xiàn)翡翠是一種低溫高壓礦物，必須在高壓條件下才能合成，至此開始了真正意義上的翡翠合成研究工作。80年代，我國(guó)吉林大學(xué)和中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)所、中科院貴陽地化所等單位也進(jìn)行了合成翡翠的試驗(yàn)。但由于實(shí)驗(yàn)條件和設(shè)備所限,難以實(shí)現(xiàn)硬玉由非晶質(zhì)向晶質(zhì)體的全面轉(zhuǎn)化，同時(shí)，致色離子Cr3＋難以進(jìn)入其晶格中，最終合成硬玉樣品屬非寶石級(jí)，僅為不等量的硬玉微晶和玻璃體的混合物。上世紀(jì)八十年代，美國(guó)的通用電氣公司（GE）相繼開始了合成翡翠的研究。2002年，GIA首次對(duì)GE寶石級(jí)合成翡翠作了簡(jiǎn)要的報(bào)導(dǎo)。迄今，人們對(duì)這類寶石級(jí)合成翡翠的特征了解甚少。
電子探針分析結(jié)果表明，GE合成翡翠化學(xué)組成相對(duì)較純，其主化學(xué)成分為：ω（SiO2）=59.74～61.72%、ω（Al2O3）=23.90～24.97%、ω（Na2O）=13.65～14.85%，含微量ω（Cr2O3）=0.05～0.07%、ω（K2O）=0.02～0.04%、ω（CaO）=0.02～0.06%。其中，Cr3+以類質(zhì)同象形式替代Al3+而占據(jù)MⅠ位；K+、Ca2+則替代Na+占據(jù)MⅡ位。與天然翡翠相比，GE合成翡翠化學(xué)成分以貧鐵為特征，且鈣、鎂相對(duì)含量明顯偏低。GE合成翡翠多為綠色～黃綠色，半透明，微晶結(jié)構(gòu)為主，局部為斑狀結(jié)構(gòu)，玻璃光澤。折射率：1.66（點(diǎn)測(cè)），密度：3.31～3.37g/cm3。紫外燈下，LW 藍(lán)白弱熒光，SW 灰綠中強(qiáng)熒光。
紅外吸收光譜測(cè)試結(jié)果表明，GE合成翡翠顯示一組（3373、3470、3614 cm-1）與天然翡翠截然不同，且由羥基伸縮振動(dòng)致紅外吸收譜帶。由此證實(shí)，GE合成翡翠內(nèi)存在微量的水分子，是在高溫高壓和水的參與下結(jié)晶而成。據(jù)此可作為鑒別GE合成翡翠的重要證據(jù)。圖2表明，GE合成翡翠中由νas（Si-O-Si）反對(duì)稱伸縮振動(dòng)致紅外吸收強(qiáng)譜帶主要出現(xiàn)在1089 cm-1處，位1154cm-1處僅顯示弱肩峰。反之天然翡翠中，由于鈣、鎂等雜質(zhì)元素不等量替代鋁，易導(dǎo)致νas（Si-O-Si）反對(duì)稱伸縮振動(dòng)致紅外吸收譜帶漂移；由1014、946、870 cm-1組成的一組紅外吸收譜帶為νas（O-Si-O）反對(duì)稱伸縮振動(dòng)所致；由νs（Si-O-Si）對(duì)稱伸縮振動(dòng)致紅外吸收譜帶僅出現(xiàn)在752、670 cm-1 處；由δ（Si-O）彎曲振動(dòng)致紅外吸收中強(qiáng)譜帶出現(xiàn)在602cm-1處；541、500 cm-1處的紅外吸收譜帶屬ν（MCr-O）伸縮振動(dòng)所致，與天然翡翠中ν（MCr，F(xiàn)e-O）伸縮振動(dòng)致紅外吸收譜帶表現(xiàn)出的特征存在一定的差異。整體而言，在紅外光譜指紋區(qū)內(nèi)，GE合成翡翠和天然翡翠的紅外主吸收譜帶差異特征不甚明顯。
拉曼光譜測(cè)試結(jié)果表明，在GE合成翡翠的鏈狀硅氧骨干中，Si-O鍵主要以兩種基本形式存在，即非橋氧（Si-Onb）和橋氧（Si-Obr）。圖3顯示，GE合成翡翠的拉曼光譜中，由Si-Onb伸縮振動(dòng)致拉曼譜峰主要出現(xiàn)在1039 cm-1處，988 cm-1拉曼譜峰為Obr鍵-鍵相互作用所致。由Si-Obr伸縮振動(dòng)致拉曼譜峰位700 cm-1處，而O-Si-O彎曲振動(dòng)通常出現(xiàn)在521～524cm-1處。相比之下，天然翡翠與GE合成翡翠的拉曼譜峰的差異特征不明顯。
利用光纖微光譜儀（USB2000）在室溫條件下，采用反射法對(duì)GE合成翡翠的可見吸收光譜進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明（圖4），GE合成翡翠的致色離子主要為Cr3+，從Cr3+的3d3電子組態(tài)導(dǎo)出的自由離子譜項(xiàng)為：基譜項(xiàng) 4F，激發(fā)譜項(xiàng)為4P、2G、2D等。八面體場(chǎng)中，由基譜項(xiàng) 4F分裂為三個(gè)能級(jí)，即4A2、4T2、4T1。在可見光區(qū)域內(nèi)，出現(xiàn)兩個(gè)強(qiáng)而寬的吸收帶，即分別由4A2 → 4T2（630nm）；4A2 → 4T1（445nm）能級(jí)之間躍遷所致。d電子在4A2 → 4T2和 4A2 → 4T1能級(jí)間躍遷過程中，分別吸收1.97和2.79 eV能量，未被吸收的殘余能量組合成GE合成翡翠的顏色。與GE合成翡翠的可見吸收光譜不同之處在于，天然翡翠中普遍存在Fe3+以類質(zhì)同象形式替代Al3+的現(xiàn)象，因而在可見光藍(lán)紫區(qū)內(nèi)，出現(xiàn)由Fe3+外層d電子躍遷6A1 → 4E + 4A1 (4G) 而導(dǎo)致的437nm弱吸收峰，這與EPMA的分析結(jié)果相吻合。
在電子束的激發(fā)下，GE合成翡翠多發(fā)出很強(qiáng)的亮紅色光，同時(shí)，與晶體生長(zhǎng)環(huán)境相關(guān)的微晶CL結(jié)構(gòu)得以顯示。硬玉微晶局部呈平行定向排列或卷曲～微波狀構(gòu)造，由此而區(qū)別于天然翡翠。
綜上，依據(jù)GE合成翡翠表現(xiàn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、由其羥基伸縮振動(dòng)致一組特征的紅外吸收譜帶、貧鐵富鉻的可見吸收光譜及CL發(fā)光特征，有助于鑒別之。
您的位置：
唐山創(chuàng)元教育咨詢有限公司 電話：400-660-5933 地址：唐山市高新區(qū)建設(shè)北路170號(hào)冀東新聞中心9層 合作網(wǎng)站: