1、25中国宝玉石CHINA GEMS&JADES176 期页2023 年 2 月Feb.2023中国宝玉石CHINA GEMS&JADES“薰衣草”紫晶的宝石学特征研究刘良瑀1,2，宋彦军2,3*1.中国地质大学（北京）珠宝学院，北京 1000832.河北地质大学宝石与材料学院，石家庄 0500313.河北地质大学珠宝检测中心，石家庄 050031摘要：“薰衣草”紫晶呈淡紫色，内部不通透，呈现丝绒质感，是近年来水晶市场出现的新品种。本文采用常规宝石学检测，红外光谱、激光拉曼光谱、紫外可见光谱测试以及激光照射对“薰衣草”紫晶的宝石学特征做了系统的研究。红外光谱、激光拉曼光谱以及紫外可见光谱均显示“
2、薰衣草”紫晶主体为单晶石英。此外，对样品的拉曼图谱基线校正后，发现“薰衣草”紫晶拉曼特征峰普遍向低波数偏移2.33.3 cm-1，表明其内部微小包体的存在使石英晶格产生了内应力。样品经激光照射时出现丁达尔效应，认为其呈现的丝绒感是由内部包裹体对光散射造成的，且包裹体为非物质型或与水晶本体成分相同的纳米级包裹体。关键词：“薰衣草”紫晶；包裹体；光散射中图分类号：P575.4 文献标识码：A 文章编号：1002-1442(2023)02-0025-09Study on Gemological Characteristics of lavender AmethystLIU Liangyu1,2,SO
3、NG Yanjun2,3*1.School of Gemmology,China University of Geosciences(Beijing),Beijing 1000832.College of Gemmology and Materials,Hebei GEO University,Shijiazhuang 0500313.Gemstones Testing Center of Hebei GEO University,Shijiazhuang 050031ABSTRACT:Lavender amethyst is light purple,with impermeable int
4、erior and velvet texture.It is a new variety in the crystal market in recent years.In this paper,the gemological characteristics of lavender amethyst were systematically studied by conventional gemological detection,infrared spectroscopy,laser Raman spectroscopy,ultraviolet visible spectroscopy and
5、laser irradiation.Infrared spectrum,laser Raman spectrum and ultraviolet visible spectrum all show that the main body of lavender amethyst is single crystal quartz.In addition,after the baseline correction of the Raman spectrum of the sample,it was found that the Raman characteristic peak of lavende
6、r 收稿日期:2022-08-16，接受日期:2022-10-03作者简介:刘良瑀(1999-)，女，硕士研究生，材料与化工，Email:通讯作者:宋彦军(1988-)，男，讲师，宝石及矿物材料，Email:25-3326理论研究176 期刘良瑀 等|“薰衣草”紫晶的宝石学特征研究前言水晶主要成分为 SiO2，纯净时无色，其内部不同杂质微量元素导致其呈现不同颜色。水晶中常见气、液两相包裹体，固、液、气三相包裹体，负晶，金红石、电气石等矿物包裹体以及色带等。紫晶，常为浅紫到深紫色，颜色分布不均匀。通常人们将颜色深浅适中、纯正、分布均匀且净度、透明度高、颗粒大的紫晶视为上等品。紫晶中除含有与水晶一
7、致的内含物外，还会出现“斑马纹”以及球状、小液滴状不透明的深褐色金属矿物等较为特征的包裹体1。早在 20 世纪初已有学者确定铁元素是紫晶的致色元素2。之后学者们从不同方面对紫晶研究，证实了该结论，如通过吸收光谱3、电子顺磁共振研究4-6，得出紫晶是 Fe4+缺陷致色，即由氧离子与铁离子之间的电荷转移 Fe4+O2-Fe3+O-而呈色4；Mclaren等学者研究紫晶中巴西双晶律、聚片双晶结构以及Cohen 做的紫晶电扩散实验，均得出位于紫晶结构间隙中的铁元素杂质会影响其颜色的形成7,8，且紫晶中铁元素含量越多，颜色越深。近年，有学者研究发现紫晶中铁元素的分布具有极强的方向选择性9，大量赋存于紫晶
8、色心的缺陷出现在特定方向。紫晶色心在 540 nm 处的增强和辐照剂量成正比，辐照可使紫晶结构中的Fe3+取代Si4+有效增强紫色色调1。此外，经辐照处理的紫晶中存在 228 nm 的紫外光特征吸收峰和 3620 cm-1的红外特征吸收峰10。热处理常会使紫晶 540 nm 的吸收峰减弱甚至消失11，同时使其变为黄色，这主要与 Fe3+和 O-的空穴色心有关12。一般在氧化环境中对紫晶进行热处理，500C 左右紫色褪去，550C 左右紫色向黄色转变13，转变后的颜色与其材料本身颜色的深浅有关，原本颜色深的紫晶改色后呈现的黄色也深12。天然紫晶中常见的巴西双晶一般沿正菱面体方向发育，呈聚片双晶状
9、，在显微镜下表现为“斑马纹”状的愈合裂隙，在正交偏光镜下可见布儒斯特纹消光，利用锥光球还可见螺旋桨状干涉图14。前人对紫晶的研究集中在其致色机理、改色以及天然紫晶与合成紫晶的鉴别方面，对紫晶的内部包裹体研究较少。“薰衣草”紫晶是一种颜色较浅的紫晶，颜色与传统的巴西紫晶更为接近，但其内部肉眼可见的包裹体甚少，而相比于乌拉圭紫晶，“薰衣草”紫晶颜色更浅，放大镜下观察可隐约察觉其内部有极其细小的包裹体，呈现出朦胧的丝绒质感，导致其市场价值比普通紫晶高。目前，对“薰衣草”紫晶的研究较少。基于此，本文将“薰衣草”紫晶与普通紫晶做对比，采用常规宝石学检测，红外光谱、激光拉曼光谱、紫外可见光谱测试以及激光照
10、射对“薰衣草”紫晶的宝石学特征进行系统研究。研究表明，“薰衣草”紫晶属于天然紫晶，其内部含有大量纳米级细微包裹体，该包裹体为非物质型或与基体水晶成分相同，经光散射产生朦胧感。1 样品描述和测试方法1.1 样品描述本实验共收集了 8 颗样品，其中 4 颗为普通紫晶样品（图 1-a，A1、A2、A3、A4），4 颗为“薰衣草”紫晶样品（图 1-b，X1、X2、X3、X4）。普通紫晶样品颜色较深且分布不均匀，内含物较多，透明度较差；“薰衣草”紫晶样品颜色浅，内部较干净，透明度高。详细描述见表 1。amethyst generally shifted 2.33.3 cm-1 to the low wa
11、ve number,indicating that the existence of its internal micro inclusions caused internal stress in the quartz lattice.The Tindall effect appears when the sample is irradiated by laser.It is believed that the velvet sensation is caused by the scattering of light by the internal inclusions,and the inc
12、lusions are immaterial or nano scale inclusions with the same composition as the crystal body.KEY WORDS:lavender amethyst;inclusion;light scatterin27理论研究176 期刘良瑀 等|“薰衣草”紫晶的宝石学特征研究1.2 测试方法本次所有紫晶样品的宝石学特征检测与研究均于河北地质大学珠宝检测中心进行，测试项目主要包括常规宝石学特征检测，红外光谱、拉曼光谱以及紫外可见光谱测试。测试人：刘良瑀、宋彦军。红外光谱能够根据宝石特征，如红外吸收带数、波数和位移、
13、谱带强度、光谱形状等，对宝石进行定性表征，从而获取其内部信息1，如分析宝石内部的分子结构。本次采用美国赛默飞世尔 IS5 型傅里叶变换红外光谱仪，测试范围为 4004000 cm-1，扫描次数 32 次，分辨率 4 cm-1，使用直接反射法以及透射法进行测试。拉曼光谱灵敏度高、分辨率高、检测速度快且无损，适用于宝石内部具 1 m 的单流体包裹体及各种固体矿物包裹体的鉴别与研究1。本次测试使用英国雷尼绍 InVia 型显微共聚焦激光拉曼光谱仪，其激光波长为 785 nm 和 532 nm 选择性切换，测试范围 1002000 cm-1，曝光时间 10 s，叠加 3 次。紫外可见吸收光谱可用于检测
14、宝石是否经过图1 a-普通紫晶样品;b-“薰衣草”紫晶样品Fig.1 a-Ordinary amethyst sample;b-lavender amethyst sample表1 八颗样品描述Table 1 Description of eight samples编号描述A1紫晶原石，不规则状，大小约18 mm22 mm，颜色为深紫色，颜色分布不均匀，透明度低，内部有大量裂隙，黑色、黄褐色固态矿物包裹体，表面有大量磕损造成的凹坑。A2紫晶原石，不规则状，大小约 18 mm19 mm，颜色为紫色，分布不均匀，内深外浅，透明度低，内部有大量裂隙，部分裂隙处可见黄褐色矿物侵入。A3紫晶原石，不规则
15、状，贝壳状断口，大小约 18 mm20 mm，颜色为紫色，颜色分布相对均匀，内部有裂隙，少量黑色矿物包裹体沿裂隙分布，气液两相包裹体，整体来看比较通透。A4不规则板状，大小约 17 mm17 mm，厚约 3 mm，表面进行抛光处理，颜色为深紫色，颜色分布不均匀，内部有裂隙，黑体矿物包裹体，一条平直的色带，透明度一般。X1紫晶原石，不规则状，具贝壳状断口，大小约 27 mm28 mm，颜色为浅紫色，颜色分布均匀，透明度较好，内部有愈合裂隙。X2不规则板状，大小约 19 mm31 mm，厚约 4 mm，颜色为浅紫色，颜色分布均匀，透明度较好，表面呈磨砂面，内部有明显裂隙，有光照时，部分小裂隙处呈现
16、似金属闪光，而大裂隙处呈现七彩干涉色。X3不规则板状，大小约 16 mm23 mm，厚约 3 mm，表面为抛光面，可见抛光纹，颜色为浅紫色，透明度好，内部有少量裂隙。X4刻面，祖母绿琢型，大小约 11 mm13 mm，颜色为浅紫色，颜色分布均匀，透明度好，表面可见抛光纹，底部有极细小的磕损，内部纯净，未在显微镜下看到任何包裹体。28理论研究176 期刘良瑀 等|“薰衣草”紫晶的宝石学特征研究人工优化，区分天然宝石和人工合成宝石，探索宝石的显色机理等1。本次测试使用国产标旗 GEM-3000型紫外可见光谱仪，测试波段 2201000 nm，积分时间 120 ms。激光笔属于半导体激光器，它具有能量输出稳定，体积小，结构简单，成本低等优点，激光笔可为光学实验提供较好的光源15。本次实验所用的激光笔经标定测试红色、绿色、蓝色及紫色激光的波长分别为652 nm、532 nm、448 nm 以及 386 nm。2 测试与讨论2.1 常规宝石学测试经测试“薰衣草”紫晶的折射率（1.5441.553）、相对密度（2.652.67）以及长、短波紫外光照射下的现象（呈惰性）均与普通紫晶一致。由于“薰衣草