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紅色長石的寶石學特徵研究    

 

裴景成   中國地質大學(武漢)珠寶學院講師/ 博士研究生

謝浩        中國地質大學(武漢)江城學院講師/ 博士研究生

( 寶石與寶石學雜誌,第11卷 第3期 11-14頁,2009年9月)    

摘要:近幾年在國內外珠寶市場上出現了一種紅色透明長石,其天然性引起了廣泛的爭議。採用常規的寶石學方法、LA-ICP-MS以及紫外-可見分光光度計等測試儀器研究了該紅色長石樣品的寶石學特徵、化學成分及紫外-可見吸收光譜,旨在探討其致色原因。結果表明,該紅色長石樣品屬於中長石; 與黃色長石樣品相比,其化學成分中Cu的質量分數為739X10-6~801X10-6,遠遠高於黃色長石的(1.07X10-6),而其他微量元素的質量分數則無明顯的差別,故認為Cu可能與其呈紅色有關;  紫外-可見吸收光譜結果顯示,該紅色長石樣品在可見光區的吸收帶主要位於566nm處,推測其可能與Cu對可見光的吸收有關。

紅色(R1~R5)與黃色長石樣品

長石是地殼中最主要的造岩礦物之一,其質優者可作為寶石材料。目前,市場上的長石類寶石主要有月光石、日光石、天河石以及暈彩拉長石等具有特殊光學效應的品種,透明、彩色的長石則相對少見,紅色品種更為罕見,確切的產地只有美國的俄勒岡州[1~2] 2002年,在美國圖桑珠寶展首次出現了一種紅色長石,銷售商聲稱其來自剛果。該寶石為橙紅色與紅色,飽和度高,濃豔動人,單粒可達30 ct[3]。這在當時並未引起重視,但在2005年後,這種紅色長石大量出現,其顏色驚人地一致,透明度也非常好,大多數商家宣稱來自剛果,少數稱來自大陸西藏。因此,該紅色長石在全球範圍內引起了轟動,電視購物網、電腦網站、珠寶商都銷售該寶石,且其價格不菲。對該寶石的產地一直有爭議。在其大量上市前,還未見其確切產地的報導[1]。有很多學者質疑其天然性,認為是經過了擴散處理;也有學者親臨西藏區域,拍下了幾張礦區的照片[4~5]。但仍有人質疑其照片的真實性。因此,筆者對泰國市場上有代表性的5粒紅色長石樣品(銷售商稱其產於剛果)的常規寶石學特徵、化學成分以及紫外-可見吸收光譜進行了初步研究,旨在探討其顏色與化學成分的關係,提供一些基礎資料。

紅色長石樣品的內部特徵 a.條帶狀結構中的黃色充填物

1 樣品與測試方法

1.1 外觀特徵

5粒紅色長石樣品(上圖,樣品R-l~ R-5)主要呈深淺不同的紅色、橙紅色,顏色分佈不均勻,呈條帶狀或層狀,部分樣品的顏色較均勻,透明度較好。

1.2 測試方法

採用常規寶石學方法測試與觀察了樣品的寶石學及其內含物特徵; 再運用LA-ICP-MS分析了有代表性2粒樣品的主要化學成分與微量元素; 最後採用UV-1601型紫外-可見光分光光度計測試了樣品的吸收光譜。同時,與黃色長石樣品(Y-1Y-2)的測試結果進行了對比研究,比較其化學成分的差異,旨在探求致使紅色長石呈色的化學微量元素資訊。

紅色長石樣品的內部特徵 b.條帶狀結構中的暗色充填物

 

2 結果與分析

2.1 基本特徵

該紅色長石樣品的折射率為1.552~1.562,雙折射率為0.008~0.010相對密度為2.678~ 2.695,無螢光,多色性不明顯;用掌上型分光鏡觀察,在橙黃區有中等強度的吸收窄帶,紫區有弱吸收;在寶石顯微鏡下觀察,其內部常見平行條帶狀結構(),還可見暗色和黃色充填物(圖,表1)

表1  樣品的寶石學特徵    Gemmological characteristics of samples

樣號

質量/ct

顏色

折射率

相對密度

紫外螢光

吸收光譜

內部特徵

R-1

1.01

紅色

1.554~1.562

2.686

橙黃區有中等強度的吸收窄帶 ,紫區有弱吸收。

 

平行的板條狀結構。

R-2

0.74

橙紅色

1.552~1.562

2.690

 

平行的似針狀包裹 體。

R-3

1.11

紅色

1.554~1.562

2.678

 

平行的板條狀結構。

R-4

1.16

紅色

1.552~1.560

2.695

 

較均勻 ,局部平行絲狀物。

R-5

1.05

紅色

1.554~1.562

2.688

 

密集的平行絲狀物。

Y-1

1.75

淺黃色

1.560~1.568

2.685

無明顯吸收。

內部潔淨。

Y-2

1.08

淺黃色

1.562~1.568

2.680

無明顯吸收。

內部潔淨。

 

2.2  LA-ICP-MS

採用中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源重點實驗室提供的GeoLas2005-Agilent7500a型鐳射燒蝕電感耦合等離子質譜儀(LA-ICP-MS)分析了2粒樣品的化學成分,測試條件:ArF準分子雷射器(193nm),鐳射剝蝕孔徑為32μm,雷射脈衝頻率為8Hz,雷射脈衝能量為80mJ。其結果見表2

2 樣品的化學成分  Chemical compositions of samples

樣號

 

Na2O

MgO

Al2O3

SiO2

P2O5

K2O

CaO

TiO2

MnO

FeOT

單位

R-2

5.73

0.080

27.90

55.20

0.0024

0.45

9.94

0.064

0.0045

0.35

 

ωB/

R-3

5.74

0.081

28.10

55.20

0.0045

0.45

9.81

0.064

0.0042

0.35

Y-1

5.04

0.079

28.90

53.80

0.0070

0.27

11.30

0.066

0.0051

0.40

樣號

Li

Sc

V

Cr

Co

Cu

Zn

Ga

Rb

Sr

Ba

La

Ce

單位

R-2

54.40

0.54

1.47

0.480

0.420

801.00

2.68

20.80

0.72

1146

129.00

1.34

2.26

 

ωB/

10-6

R-3

36.30

0.43

1.68

0.035

0.430

739.00

2.77

20.70

0.81

1135

130.00

1.29

2.26

Y-1

1.90

0.65

1.59

0.000

0.440

1.07

1.70

19.00

0.66

959

90.70

1.64

2.77

:部分微量元素因質量分數甚微(< 1 X l0-6)以及其在兩種顏色樣品中的質量分數並無明顯差異而未列出; 資料處理方法: 基於所有金屬氧化物100 %歸一化的獨立內標分析方法獲得常量與微量元素的質量分數[6]

 

從表2中可以看出,樣品R-2R-3的化學成分極其接近,主要為Na2OCaOAl2O3,和SiO2,平均質量分數分別為5.749.88%,28.0055.20K2O的質量分數(0.45)較少,因此,該樣品屬於斜長石系列。根據其Na2OCaO的質量分數計算出其分子數比例(Ab:An)51 : 49(略去K2O的影響),該2粒紅色長石樣品屬於中長石,靠近拉長石端元。紅色樣品的微量元素的質量分數較高的有Fe,Ti,Cu,Mg,CuSr,其他元素的質量分數甚微。與黃色長石樣品相比可知,Fe,Ti,Mn,MgSr的質量分數無明顯差別,但Cu的質量分數卻相差較大,前者中Cu的質量分數為739X10-6~801X10-6,而後者的僅為1.07X10-6故筆者認為,Cu

紅色與黃色長石樣品的紫外-可見吸收光譜

2.3 紫外-可見吸收光譜

採用日本產UV-1601型紫外-可見分光光度計對紅色長石與黃色長石樣品進行了紫外-可見吸收光譜測試,測試範圍為200~1100nm,分辨率為0.5nm,透射法,室溫,樣品均被磨成雙面拋光平面,其測試結果見圖。從圖可見,紅色長石樣品在可見光區的主要吸收峰位於566nm附近,其吸收光譜整體趨勢為向藍紫區逐漸增強,紅區透過較好,導致其呈現紅色;而黃色長石樣品的主要吸收峰位於382, 422nm處,且382nm處的最強,422nm處的為弱吸收肩峰。

黃色長石樣品位於385,422nm處的尖銳吸收峰與四面體位Fe3+d-d電子躍遷有關[2,7,8];紅色長石樣品中566nm處的吸收峰與美國俄勒岡州產紅色長石的特徵相似(),推測與Cu有關[2]。因此,筆者認為,Cu是導致紅色長石樣品呈現紅色的主要原因。

俄勒岡紅色長石與摻Cu紅寶石玻璃的紫外-可見吸收光譜 [2]

3 討論

根據以上測試結果與分析,在該紅色長石樣品中,Cu元素對其顏色有十分重要的作用。但 Cu究竟以怎樣的形式存在於該長石中? 是以微細的雜質包裹體形式存在,還是滲入晶體結構中?

另外,還有一個更重要的問題: Cu元素是否是人為加入?從樣品的內部特徵及顏色分佈上看,其紅色常呈條帶狀沿雙晶面分佈,但也可常看到紅色並不一定都有規律,即使都沿著雙晶面分佈,也不能證實是人工所為,自然界形成的寶石礦物沿著特定方向出溶包裹體的情況也有發生。由於樣品為小顆粒刻面成品,無法瞭解其在宏觀上的顏色分佈特徵。因此,目前尚無確定性證據判斷其為天然或擴散處理的,還需更多的樣品和研究工作進一步確定。

4 結論

通過以上分析,可以得出以下幾點:

1. 紅色長石樣品的折射率為1.552~1.562雙折射率為0.008~0.010 ; 相對密度為2.678~ 2.695 ; 無螢光,弱多色性; 其分光鏡觀察顯示,在橙黃區有中等強度的吸收帶,紫區有弱吸收;內部常見平行條帶狀結構;

2. LA-ICP-MS測試結果表明,該紅色長石樣品屬於中長石,接近拉長石端元;Cu的品質分數為739X10-6~801X10-6,遠高於黃色長石樣品中的,推測其紅色應與Cu元素有關;

3. 紫外-可見吸收光譜結果顯示,該紅色長石樣品在可見光區的主要吸收峰位於566nm處,與Cu元素有一定關係。

參考文獻

[1] Kamolwan Thirangoon. Effects of heating and copper diffusion on feldspar-An on-going research[EB/OL].  www.gia.edu/research-resources, 2009-04.

[2] Anne M Hofmeister George R Rossman. Exsolution of metallic copper from Lake County labradorite [J ]. Geology,1985,13(9):644-647.

[3] Gem news: Red andesine feldspar from Congo[J], Gems & Gemology,2002,38(2):94-95.

[4] Gem news international: visit to andesine mines in Tibet and Inner Mongolia[J]. Gems & Gemology,2008,44(4) :369-371.

[5] Gem news international: gemological properties of andesine collected in Tibet and Inner Mongolia[J]. Gems & Gemology2008,44(4):371-373.

[6] Yongsheng Liu, Zhaochu Hu, Shan Gao, et al. In situ analysis of major and trace elements of anhydrous minerals by LA-ICP-MS without applying an internal standard [J].Chemical Geology ,2008,257(1):34-43.

[7] 陳道前. 山東藍寶石中Fe3+電子躍遷譜帶的指派[J]. 西南工學院學報,1995,10(4): 98-101.

[8] 馬爾福寧. 礦物物理學導論[M]. 李高山 等譯. 北京:地質出版社,1984. 170-177.

 

 
 
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