莫祖榮,鄧木林

(廣東省珠寶玉石及貴金屬檢測中心，廣東 廣州 510080)

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(圖1)。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(jī)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(圖2、圖3)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(圖2、圖3)，樹脂光澤～玻璃光澤，斷口處呈貝殼狀斷口(圖2)，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(diǎn)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。

圖1 淺藍(lán)色蛋白石Fig.1 The light blue opal

圖2 帶黃褐皮殼的淺藍(lán)色蛋白石Fig.2 The light blue opal with yellow brown skin

圖3 帶黃褐皮殼的淺藍(lán)色蛋白石Fig.3 light blue opal with with yellow brown skin

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(dòng)能級與轉(zhuǎn)動(dòng)能級的躍遷，分子在振動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，當(dāng)分子振動(dòng)伴隨偶級矩改變時(shí)，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(shí)產(chǎn)出紅外吸收。中紅外1500～400cm-1指紋區(qū)的振動(dòng)與分子機(jī)構(gòu)有關(guān)，機(jī)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(dòng)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(shí)驗(yàn)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2 cm-1，測試范圍400～2000 cm-1，掃描8次，取樣品中的多個(gè)測試點(diǎn)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2 cm-1，測試范圍4000～7500 cm-1，掃描8次，取樣品中的多個(gè)方向測試點(diǎn)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。

3 X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(qiáng)度，以進(jìn)行元素定性和定量的分析。現(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，mid Zb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(圖6)。

圖5 測試樣品紅外光譜圖透射法Fig.5 IR spectrum of sample by transmission method

圖6 Quant’X型X射線熒光光譜圖Fig.6 Quant'X X-ray fluorescence spectrogram

4 紫外-可見分光光度計(jì)

紫外-可見分光光度計(jì)工作原理：在電磁輻射作用下，由寶石中原子、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(qiáng)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(jì)進(jìn)行，積分時(shí)間為20 ms，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480 nm處(圖7)，由于測試樣品的透明度不同變化，吸收帶會(huì)產(chǎn)生一定的位移(圖7)。

圖7 測試樣品紫外-可見分光光度計(jì)Fig.7 the ultraviolet-visible spectrophotometer of the sample tested

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(jī)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(jì)測試吸收主要位于480 nm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(jī)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/T 16552-2017《珠寶玉石 名稱》及GB/T 16553-2017《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。