GE宝石级合成翡翠的鉴定特征

2020-04-23 zsdown520  774  收藏  管理
人工合成翡翠技术的研究始于上世纪60年代。1963年,贝尔(Bell)和罗茨勃姆发现翡翠是一种低温高压矿物,必须在高压条件下才能合成,至此开始了真正意义上的翡翠合成研究工作。80年代,我国吉林大学和中科院长春应用化学所、中科院贵阳地化所等单位也进行了合成翡翠的试验。但由于实验条件和设备所限,难以实现硬玉由非晶质向晶质体的全面转化,同时,致色离子Cr3+难以进入其晶格中,最终合成硬玉样品属非宝石级,仅为不等量的硬玉微晶和玻璃体的混合物。上世纪八十年代,美国的通用电气公司(GE)相继开始了合成翡翠的研究。2002年,GIA首次对GE宝石级合成翡翠作了简要的报导。迄今,人们对这类宝石级合成翡翠的特征了解甚少。

电子探针分析结果表明,GE合成翡翠化学组成相对较纯,其主化学成分为:ω(SiO2)=59.74~61.72%、ω(Al2O3)=23.90~24.97%、ω(Na2O)=13.65~14.85%,含微量ω(Cr2O3)=0.05~0.07%、ω(K2O)=0.02~0.04%、ω(CaO)=0.02~0.06%。其中,Cr3+以类质同象形式替代Al3+而占据MⅠ位;K+、Ca2+则替代Na+占据MⅡ位。与天然翡翠相比,GE合成翡翠化学成分以贫铁为特征,且钙、镁相对含量明显偏低。GE合成翡翠多为绿色~黄绿色,半透明,微晶结构为主,局部为斑状结构,玻璃光泽。折射率:1.66(点测),密度:3.31~3.37g/cm3。紫外灯下,LW 蓝白弱荧光,SW 灰绿中强荧光。

红外吸收光谱测试结果表明,GE合成翡翠显示一组(3373、3470、3614 cm-1)与天然翡翠截然不同,且由羟基伸缩振动致红外吸收谱带。由此证实,GE合成翡翠内存在微量的水分子,是在高温高压和水的参与下结晶而成。据此可作为鉴别GE合成翡翠的重要证据。表明,GE合成翡翠中由νas(Si-O-Si)反对称伸缩振动致红外吸收强谱带主要出现在1089 cm-1处,位1154cm-1处仅显示弱肩峰。反之天然翡翠中,由于钙、镁等杂质元素不等量替代铝,易导致νas(Si-O-Si)反对称伸缩振动致红外吸收谱带漂移;由1014、946、870 cm-1组成的一组红外吸收谱带为νas(O-Si-O)反对称伸缩振动所致;由νs(Si-O-Si)对称伸缩振动致红外吸收谱带仅出现在752、670 cm-1 处;由δ(Si-O)弯曲振动致红外吸收中强谱带出现在602cm-1处;541、500 cm-1处的红外吸收谱带属ν(MCr-O)伸缩振动所致,与天然翡翠中ν(MCr,Fe-O)伸缩振动致红外吸收谱带表现出的特征存在一定的差异。整体而言,在红外光谱指纹区内,GE合成翡翠和天然翡翠的红外主吸收谱带差异特征不甚明显。

拉曼光谱测试结果表明,在GE合成翡翠的链状硅氧骨干中,Si-O键主要以两种基本形式存在,即非桥氧(Si-Onb)和桥氧(Si-Obr)。GE合成翡翠的拉曼光谱中,由Si-Onb伸缩振动致拉曼谱峰主要出现在1039 cm-1处,988 cm-1拉曼谱峰为Obr键-键相互作用所致。由Si-Obr伸缩振动致拉曼谱峰位700 cm-1处,而O-Si-O弯曲振动通常出现在521~524cm-1处。相比之下,天然翡翠与GE合成翡翠的拉曼谱峰的差异特征不明显。

利用光纤微光谱仪(USB2000)在室温条件下,采用反射法对GE合成翡翠的可见吸收光谱进行了测试。结果表明,GE合成翡翠的致色离子主要为Cr3+,从Cr3+的3d3电子组态导出的自由离子谱项为:基谱项 4F,激发谱项为4P、2G、2D等。八面体场中,由基谱项 4F分裂为三个能级,即4A2、4T2、4T1。在可见光区域内,出现两个强而宽的吸收带,即分别由4A2 → 4T2(630nm);4A2 → 4T1(445nm)能级之间跃迁所致。d电子在4A2 → 4T2和 4A2 → 4T1能级间跃迁过程中,分别吸收1.97和2.79 eV能量,未被吸收的残余能量组合成GE合成翡翠的颜色。与GE合成翡翠的可见吸收光谱不同之处在于,天然翡翠中普遍存在Fe3+以类质同象形式替代Al3+的现象,因而在可见光蓝紫区内,出现由Fe3+外层d电子跃迁6A1 → 4E + 4A1 (4G) 而导致的437nm弱吸收峰,这与EPMA的分析结果相吻合。

在电子束的激发下,GE合成翡翠多发出很强的亮红色光,同时,与晶体生长环境相关的微晶CL结构得以显示。硬玉微晶局部呈平行定向排列或卷曲~微波状构造,由此而区别于天然翡翠。

综上,依据GE合成翡翠表现的内部结构、由其羟基伸缩振动致一组特征的红外吸收谱带、贫铁富铬的可见吸收光谱及CL发光特征,有助于鉴别之。

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