一种合成变石的宝石学研究

王思宇 黄超 陈叶咪 陈璇

广东省地质实验测试中心 广东广州 510080

变石，英文名称Alexandrite,属于BeAl氧化物，其化学分子式为Be2Al2O4,含有Cr,V,Fe等微量致色元素，是金绿宝石的一种非常罕见的品种，由于具有特殊的变色效应而得名。变石色泽动人，颜色富于变化被称为西方赫赫有的五大名贵宝石之一。它的商业名称又称亚历山大石，变石日光下常呈现绿色色调为主的颜色，而在白炽灯或烛光下呈现红色色调为主的颜色，所以又有“白昼里的祖母绿，黑夜里的红宝石”的美誉。随着中国的珠宝行业不断发展，国内外的珠宝贸易交往频繁，中国人已经不仅仅局限于传统的珠宝玉石品种，越来越多的人们都开始青睐变石这一种美丽珍贵的西方宝石。产量的稀少，市场的日益紧俏，导致变石价格不断上涨。目前，国内市场已经出现了人工合成的变石产品。本文中笔者通过常规宝石学测试、红外光谱以及X射线荧光光谱等测试方法，对样品进行分析研究，提供较为系统的基础资料。

图1 样品的显微镜下特征

1 常规宝石学测试

1.1 肉眼观察

笔者测试的样品包括：三粒宝石级圆刻面型合成变石戒面（样品C1至样品C3）及一粒不规则形的合成变石原料（样品C4)。样品日光下体色为蓝绿色色调，白炽灯下可见紫红色色调；透明；圆刻面型合成变石戒面表面抛光良好，合成变石原石表面一侧未抛光另一侧抛光良好。

在归属过程中参考罗红宇[2]等对金绿宝石和变石的矿物红外光谱实验分析结果。天然变石的红外吸收峰主要位于3384cm-1，3020cm-1，2893cm-1，2518cm-1，2362cm-1，979cm-1，879cm-1，790cm-1，749cm-1，671cm-1，649cm-1，572cm-1，555cm-1，532cm-1，513cm-1，439cm-1附近（图 3），其中 3384cm-1，3020cm-1，2893cm-1，2362cm-1为其特征吸收峰；对样品的不同部位进行测试，获得了峰位相对单一的谱图，经与参考谱图对比，发现样品吸收峰主要位于835cm-1，672cm-1，647cm-1，575cm-1，550cm-1，512cm-1，440cm-1附近（图 2）。

1.2 常规宝石学仪器测试分析

对样品进行常规宝石学测试，待测样品的折射率采用刻面法测试，折射率为1.740-1.75；密度采用静水称重法进行测试，密度为3.72-3.76g/cm3；偏光镜下呈现四明四暗现象，滤色镜下变红；LW紫外荧光下呈现强红色荧光,SW紫外荧光下呈现弱红色荧光。

图2 样品的红外图谱

1.3 放大检测：

样品C1至样品C3内可见大量气泡，样品C4内可见大量气液两相包裹体及流体包裹体，包裹体分布于不同层（图1）。经过前人总结分析认为, 类似的“流体包裹体”和“两相包裹体”是部分高温液态物质形成的非晶态玻璃体及其在体积收缩或冷却过程中形成的气泡[1]。

2 红外光谱分析

采用布鲁克TENSOR27型傅立叶变换红外光谱仪对样品进行测试，测试条件：室温为19℃-23℃,湿度为36%-38%,电压为220V,测试范围为4000-500cm-1，分辨率为8cm-1,扫描时间为40s,扫描次数为32次，反射法。

3 X射线荧光光谱仪

采用Thermo Quant＇X能谱仪对样品的化学成分进行了测定，测定条件：电压为20k V，电流自动，温度25℃，测试时间30s。

运用能量色散型X射线荧光谱仪对样品进行定性分析，测试结果显示样品的Cr、Fe、V、Ti、Ca等元素（如图3）。原料大量出现包裹体部分还发现有Sn元素，而无包裹体一侧无Sn元素，笔者猜想可能是在制作过程中用到了Sn元素，但是可能在制作过程中Sn元素挥发掉了。测试结果进一步证实了样品的主要微量元素为Cr、Fe、V、Ti、Ca。相关资料显示，天然变石的主要微量元素有Fe、Cr、Ti、Ca[3]。

图3 样品的X射线荧光光谱图

4 结果

根据常规宝石学测试，结合红外光谱以及X射线荧光光谱测试结果，得出以下主要结论：（1）样品日光下体色为蓝绿色色调，白炽灯下可见紫红色色调;强玻璃光泽;折射率为1.740-1.755；相对密度为3.72-3.76；LW紫外荧光下呈现强红色荧光,SW紫外荧光下呈现弱红色荧光；查尔斯滤色镜观下变红；偏光性下四明四暗；显微镜放大检查内部可见大量气泡及气液两相包裹体、流体包裹体，包裹体分布于不同层。大量气泡密集排列的气泡有对于鉴别样品是天然变石还是合成变石有很好的指示作用。但是合成变石样品中可见类似流体包裹体和气液二相包裹体,给检测工作带来一定的迷惑,应该受到检测者的注意。（2）对样品进行红外光谱测试，结合前人研究[2]，天然变石以2800cm-1-3300cm-1O-H伸缩振动和2362cm－1CO2伸缩振动为特征吸收峰，而样品无此特征吸收。由此可以推断样品为合成变石。（3）X射线荧光光谱仪测试结果进一步证实了样品的主要微量元素为Cr、Fe、V、Ti、Ca。(4)结合其外观、显微镜下特征及光谱分析，综合判定该样品为合成变石，其主要致色元素为 Cr、Fe、V、Ti、Ca。