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GE寶石級合成翡翠    
GE合成翡翠戒面(圖片來源:GIC 寶石和寶石學雜誌)

GE寶石級合成翡翠

 

中國地質大學(武漢)珠寶學院

 

曹姝旻 亓利劍 郭清宏 盧益新 教授/博士/導師

 

   人工合成翡翠技術的研究始於上世紀60年代。1963年,貝爾(Bell) 和羅茨勃姆發現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,中國吉林大學和中科院長春應用化學所、中科院貴陽地化所等單位也進行了合成翡翠的試驗。但由於實驗條件和設備所限,難以實現硬玉由非晶質向晶質體的全面轉化,同時,致色離子Cr3+難以進入其晶格中,最終合成硬玉樣品屬非寶石級,僅為不等量的硬玉微晶和玻璃體的混合物。上世紀八十年代,美國的通用電氣公司(GE)相繼開始了合成翡翠的研究。2002年,GIA首次對GE寶石級合成翡翠作了簡要的報導。迄今,人們對這類寶石級合成翡翠的特徵瞭解甚少。

GE合成翡翠的CL圖像(圖片來源:GIC 寶石和寶石學雜誌)

 電子探針分析結果表明,GE合成翡翠化學組成相對較純,其主化學成分為:ω(SiO2=59.7461.72%、ω(Al2O3=23.9024.97%、ω(Na2O=13.6514.85%,含微量ω(Cr2O3=0.050.07%、ω(K2O=0.020.04%、ω(CaO=0.020.06%。其中,Cr3+以類質同象形式替代Al3+而佔據MⅠ位;K+Ca2+則替代Na+佔據MⅡ位。與天然翡翠相比,GE合成翡翠化學成分以貧鐵為特徵,且鈣、鎂相對含量明顯偏低。GE合成翡翠多為綠色~黃綠色,半透明,微晶結構為主,局部為斑狀結構,玻璃光澤。折射率:1.66(點測),密度:3.313.37g/cm3。紫外燈下,LW 藍白弱螢光,SW 灰綠中強螢光。

 

 紅外吸收光譜測試結果表明,GE合成翡翠顯示一組(337334703614 cm-1)與天然翡翠截然不同,且由羥基伸縮振動致紅外吸收譜帶。由此證實,GE合成翡翠記憶體在微量的水分子,是在高溫高壓和水的參與下結晶而成。據此可作為鑒別GE合成翡翠的重要證據。圖表明,GE合成翡翠中由νasSi-O-Si)反對稱伸縮振動致紅外吸收強譜帶主要出現在1089 cm-1處,位1154cm-1處僅顯示弱肩峰。反之天然翡翠中,由於鈣、鎂等雜質元素不等量替代鋁,易導致νasSi-O-Si)反對稱伸縮振動致紅外吸收譜帶漂移;由1014946870 cm-1組成的一組紅外吸收譜帶為νasO-Si-O)反對稱伸縮振動所致;由νsSi-O-Si)對稱伸縮振動致紅外吸收譜帶僅出現在752670 cm-1 處;由δ(Si-O)彎曲振動致紅外吸收中強譜帶出現在602cm-1處;541500 cm-1處的紅外吸收譜帶屬ν(MCr-O)伸縮振動所致,與天然翡翠中ν(MCrFe-O)伸縮振動致紅外吸收譜帶表現出的特徵存在一定的差異。整體而言,在紅外光譜指紋區內,GE合成翡翠和天然翡翠的紅外主吸收譜帶差異特徵不甚明顯。

天然和GE合成翡翠的紅外吸收光譜

 拉曼光譜測試結果表明,在GE合成翡翠的鏈狀矽氧骨幹中,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)。圖顯示,GE合成翡翠的拉曼光譜中,由Si-Onb伸縮振動致拉曼譜峰主要出現在1039 cm-1處,988 cm-1拉曼譜峰為Obr-鍵相互作用所致。由Si-Obr伸縮振動致拉曼譜峰位700 cm-1處,而O-Si-O彎曲振動通常出現在521524cm-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徵不明顯。

 

 利用光纖微光譜儀(USB2000)在室溫條件下,採用反射法對GE合成翡翠的可見吸收光譜進行了測試。結果表明(圖),GE合成翡翠的致色離子主要為Cr3+,從Cr3+3d3電子組態導出的自由離子譜項為:基譜項 4F,激發譜項為4P2G2D等。八面體場中,由基譜項 4F分裂為三個能級,即4A24T24T1。在可見光區域內,出現兩個強而寬的吸收帶,即分別由4A2 4T2630nm);4A2 4T1445nm)能級之間躍遷所致。d電子在4A2 4T2 4A2 4T1能級間躍遷過程中,分別吸收1.972.79 eV能量,未被吸收的殘餘能量組合成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+以類質同象形式替代Al3+的現象,因而在可見光藍紫區內,出現由Fe3+外層d電子躍遷6A1 4E + 4A1 (4G) 而導致的437nm弱吸收峰,這與EPMA的分析結果相吻合。

天然和GE合成翡翠的拉曼光譜

 在電子束的激發下,GE合成翡翠多發出很強的亮紅色光,同時,與晶體生長環境相關的微晶CL結構得以顯示。硬玉微晶局部呈平行定向排列或捲曲~微波狀構造,由此而區別于天然翡翠。

 

 綜上,依據GE合成翡翠表現的內部結構、由其羥基伸縮振動致一組特徵的紅外吸收譜帶、貧鐵富鉻的可見吸收光譜及CL發光特徵,有助於鑒別之。

 

(詳文見寶石和寶石學雜誌,2006,第1期)

 

 

 
 
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