天然祖母绿与合成祖母绿鉴定探讨

胡玉婷

(江西省地质局实验测试大队 江西南昌 330000)

绿柱石成分为铍铝硅酸盐矿物（Be3Al2（Si2O6）3），因致色机理不同而呈无色、绿色、蓝色、黄色、红色、粉色等[1]，我们把含有微量元素Cr 和/或V 致色的翠绿色绿柱石定为祖母绿[2]。祖母绿是绿柱石中最为重要和名贵的品种，由于其珍贵稀少性且市场需求量大，合成祖母绿应运而生。合成祖母绿发展至今已有百余年历史，合成技术成熟，鉴定难度较大，目前市场上常见的合成祖母绿的方法有助溶剂法和水热法。笔者获得天然祖母绿、助溶剂法合成祖母绿、水热法合成祖母绿各一粒，对其鉴定特征进行研究探讨。

1 测试部分

1.1 测试仪器

检测仪器有折射仪、二色镜、宝石显微镜、紫外-可见光谱仪、傅里叶红外光谱仪。

1.2 测试结果

1.2.1 常规宝石学特征

测试所用折射仪、二色镜、宝石显微镜均为FABLE公司生产。

三粒样品均呈翠绿色；样品折射率相近，助溶剂法合成祖母绿,较水热法和天然祖母绿折射率偏低，仅为1.561～1.563，双折率0.002，所测天然祖母绿折射率相对较高；三粒样品均具有中等程度二色性，蓝绿-翠绿。

天然祖母绿与合成祖母绿的内部特征有较大区别。天然祖母绿内部往往具有云母、透闪石-阳起石等矿物包体，以及两相或三相包体、愈合裂隙、色带等天然特征；助溶剂法合成祖母绿内部常具有云翳状或花边状助溶剂残余，偶尔可见无色透明的硅铍石晶体；水热法合成祖母绿常具有的波状或锯齿状生长纹和色带，偶尔可见具有金属光泽由硅铍石晶体和孔洞组成钉状包体[3]。

运用宝石显微镜对三粒样品进行观察，天然祖母绿中可见天然两相及三相包体，助溶剂法合成祖母绿中可见明显的大片云翳状黑色助溶剂残余，水热法合成祖母绿中可见明显的水波状生长纹。内部特征可以作为鉴别天然与合成祖母绿依据之一。具体参数如表1所示。

表1 天然祖母绿与合成祖母绿宝石学特征

1.2.2 紫外-可见吸收光谱

紫外-可见光谱仪是运用电磁辐射作用于宝石样品，从而得到宝石中原子、离子、分子的价电子和分子轨道上的电子在电子能级间的跃迁而产生的吸收光谱[3]，不同晶体结构的宝石，其所含致色离子不同，从而对不同波长入射光具有不同程度的选择性吸收，由此可以作为判定不同宝石品种的依据。

测试所用紫外-可见光谱仪为标旗公司生产的GEM-3000 型，检测积分时间为100 ms，扫描范围为230～1 000 nm。

天然祖母绿有Fe2+所致的825～850 nm范围内的特征吸收宽带；天然祖母绿和水热法合成祖母绿都有683 nm附近Cr元素所致吸收峰，在372 nm左右有Fe3+所致吸收峰[4]，两者在955 nm 处有H2O 所致吸收峰[5]，天然祖母绿该峰的相对吸收强度弱于水热法合成祖母绿；水热法合成祖母绿在760 nm 左右有Fe2+～Fe3+所致吸收宽带[6]，助溶剂法合成祖母绿紫外-可见吸收光谱则不具有上述特征。该方法可以作为这3种宝石的辅助鉴定。检测图谱具体见图1～图3。

图1 天然祖母绿紫外-可见吸收光谱图

图2 水热法合成祖母绿紫外-可见吸收光谱图

图3 助溶剂法合成祖母绿紫外-可见吸收光谱图

1.2.3 红外吸收光谱

样品在受到频率连续变化的红外辐射时，其晶格（分子）、络阴离子（团）和配位基吸收了某些特定的频率，并由其振动或转动运动引起偶极矩的变化，导致振动（含转动）能级从基态到激发态的跃迁，由此产生的特征光谱即为该样品的特征红外光谱[7]。红外光谱仪配备红外显微镜或透、反射附件有多种图谱采集方法，如直接透射法、表面反射法、衰减全反射（ATR）法、粉末法、显微红外光谱法等。该文主要运用表面反射法（以下简称反射法）和直接透射法（以下简称透射法）对所测样品的红外光谱图进行分析。

该测试所用傅里叶变换红外光谱仪为赛默飞世尔科技公司生产的NICOLET-IS5型。

（1）反射法。

实验所用傅里叶红外光谱仪反射法设置分辨率为8 cm-1，扫描次数为16 s，扫描范围为4 000 cm-1到400 cm-1。此种方法主要是用于检测样品中红外指纹区（1 500 cm-1到400 cm-1）吸收光谱，该区的振动与样品的分子结构有关。红外光谱反射法检测出3种宝石指纹区图谱基本相同，用此种方法只能确定其宝石种属，无法对天然和合成进行有效区分。所测图谱见图4。

图4 3种宝石红外吸收光谱图（反射法）

（2）透射法。

实验所用的傅里叶红外光谱仪透射法分辨率为8 cm-1，扫描次数为300 s，扫描范围为6 000 cm-1到400 cm-1。由于样品厚度较大，表现出2 000 cm-1到400 cm-1波数范围全吸收，样品指纹区吸收光谱不体现在透射法红外吸收光谱图中，测试结果见图5～图7。

图5 水热法合成祖母绿红外吸收光谱图（透射法）

图6 助溶剂法合成祖母绿红外吸收光谱图（透射法）

图7 天然祖母绿红外吸收光谱图（透射法）

从红外透射图可知，助溶剂法合成的祖母绿在3 000 cm-1以上无明显吸收峰[8]；水热法合成祖母绿在5 272 cm-1左右有窄而长Ⅱ型水所致的吸收峰，在5 446 cm-1、5 105 cm-1左右有Ⅰ型水所致吸收峰[9]；天然祖母绿在5 267 cm-1附近有较宽的Ⅱ型水所致的吸收峰，在5 583 cm-1有Ⅰ型水所致吸收峰[10]，而另一条吸收峰缺失，根据红外光谱图可以作为天然和合成祖母绿有效鉴定特征之一。

2 结论

（1）常规检测手段中，通过宝石显微镜观察天然祖母绿中有天然形成的两相、三相包体，助溶剂法合成祖母绿中有云翳状黑色助溶剂残余，水热法合成祖母绿中可见水波状生长纹，根据其内部特征不同可进行有效区分。随着科技的进步，人工合成祖母绿的水平越来越高，市面上许多合成祖母绿中很难观察到特征包体，这时就需要用大型仪器进行进一步检测。

（2）因天然祖母绿和合成祖母绿中微量元素不同，其紫外-可见吸收光谱不同。

（3）由于助溶剂法合成祖母绿中缺少水分子，红外光谱显示其在3 000 cm-1以上无明显吸收峰可作为鉴别助溶剂法合成祖母绿的有效证据；天然祖母绿中Ⅰ型水分子红外吸收相对强度弱于水热法合成祖母绿中Ⅰ型水的吸收强度，可以作为其鉴别特征之一。

（4）天然祖母绿和合成祖母绿的鉴定需要用多种方法共同测试，测试结果之间相互验证，从而得出正确的鉴定结论。