土耳其蓝玉髓的颜色成因探究

土耳其蓝玉髓是以石英为主的隐晶质集合体，本文利用红外光谱、X射线粉末衍射、X射线荧光能谱和紫外－可见分光光度计进行测试分析，确定了土耳其蓝玉髓的矿物成分及包体特征，并检测到微量元素Cu和Fe的稳定析出，推测其为使样品呈紫蓝色的致色元素。

石英质玉按照矿物成分、结构和外观特征分类，分为显晶质石英质玉、隐晶质石英质玉和具有二氧化硅交代假象的石英质玉；其中隐晶质石英质玉包括玉髓、玛瑙和碧石［1］。玉髓作为以石英为主的隐晶质集合体，因其质地致密细腻、外观晶莹剔透而广泛受到人们的喜爱和关注。玉髓所含微量元素不同，致色成因不同，其显现的颜色也不同，常见灰白色、黄色、红色、绿色、蓝色、紫色等。其中，蓝玉髓和紫玉髓色彩柔和、质地细腻、透明度高，可与天然的蓝紫色、紫蓝色翡翠媲美，又因其经济价值适度而为大众消费者及珠宝师追捧。

蓝玉髓主要产于美国、印度尼西亚、墨西哥和中国台湾［2］，前人针对台湾蓝玉髓的致色因素有所研究，表明台湾蓝玉髓主要由微细矿物硅孔雀石致色，并伴有微量元素类质同象替代［3］。紫玉髓主要产于美国亚利桑那州、印度尼西亚、巴西以及中国的阜新、大同、台湾［4］，前人对其紫色的颜色成因及产地也有所研究，认为其由色心致色［4-6］。色心是晶格缺陷的一种，在宝石晶体结构中的局部范围内，质点的排列偏离其格子构造规律，造成不成对的电子，从而发生能级分裂，吸收光波产生颜色［7］。

产自土耳其的蓝玉髓研究资料甚少，笔者此次采用土耳其蓝玉髓原石，经显微镜放大观察、红外光谱、X射线粉末衍射、X射线荧光能谱和紫外—可见分光光谱分析等测试手段，测试样品元素、探寻致色机理，尝试对土耳其蓝玉髓进行颜色成因的初步探究。

样品与测试方法
1.样品描述

样品为土耳其蓝玉髓原石，外形呈浑圆状，表面被白色、棕黄色皮壳包裹，将样品切开并进行抛光后，可见样品呈玻璃光泽，微透明-半透明，内部呈均匀紫蓝色，隐晶质结构。与普通玛瑙球相比，样品的条带不发育，球体中心未见石英单晶体。

样品外观图2.测试方法

研究采用常规宝石学测试结合红外光谱测试、X射线粉末衍射、X射线荧光能谱测试和紫外－可见分光光度计对样品进行分析研究。

红外光谱测试采用美国尼高力NICOLET 6700型傅里叶变换红外光谱仪，测试条件：漫反射和透射法，分辨率4cm-1，样品扫描次数32次，扫描范围：4000-400cm-1、1000-6000cm-1。

X射线粉末衍射测试采用德国布鲁斯D/max-2200型X射线粉末衍射仪，实验条件：Cu靶（λCu Ka=1.54056Å），石墨片单色器滤波，管压36kV，管流18mA，连续扫描速度4°/min，扫描范围10°~80°（2θ）。

X射线荧光能谱测试采用岛津EDX-7000型X射线荧光光谱仪。

紫外—可见分光光度计测试采用广州标旗电子科技有限公司GEM-3000紫外—可见吸收光谱仪，测试条件：积分时间120s，平均次数20；测试光谱范围：200-1000nm。

测试结果与分析
1.常规宝石学测试

将样品进行常规宝石学测试，采用点测法测得折射率为1.54，采用静水称重法测得相对密度为2.60g/cm3，偏光镜下呈全亮。对样品进行显微放大观察，可见样品围岩部位密集分布白色菱面体包体，往中心部位菱面体包体逐渐减少，在边缘部位形成条带结构。

放大倍数：20样品内部白色菱面体包体

放大倍数：40样品内部白色菱面体包体

放大倍数：10样品内部白色菱面体包体2.红外光谱测试

对样品中心部位进行红外谱线测试，采集到红外反射图谱特征峰分别为1185cm-1、1101cm-1、800cm-1、785cm-1、696cm-1、538cm-1、478cm-1，通过对比标准矿物红外光谱图［8-9］，样品红外光谱中1185cm-1、1101cm-1处两个峰归属于Si-O非对称伸缩振动所致，吸收带宽而强；800cm-1、785cm-1、696cm-1归属于Si-O-Si对称伸缩振动所致，且800cm-1、785cm-1两处中等强度峰是石英族矿物的特征吸收峰；538cm-1、478cm-1归属于Si-O弯曲振动所致。此谱线与石英标准图谱基本吻合。

采集红外透射谱线分别位于5200cm-1、4445cm-1与水的合频谱带吸收，其中5200cm-1为H2O伸缩与弯曲振动的合频谱带，4445cm-1为Si-OH伸缩与弯曲振动的合频谱带。此谱线与天然玉髓中水吸收谱带基本吻合［6］。

样品红外光谱图3.X射线粉末衍射测试

分别在样品中心部位C-1以及围岩部位C-2进行粉末取样，进行X射线粉末衍射测试，测试结果如图4、图5所示。根据查阅标准矿物粉末衍射图谱（ICCD），得到C-1与C-2的物相情况，样品中心部位即C-1位置主要为低温石英（а-石英），含量约为93%，并含有7%的白云石，而围岩部位即C-2位置低温石英（а-石英）及白云石含量降低，约为65%和2%，其余为铁白云石，约为43%。白云石与铁白云石可形成CaMg(CO3)2-CaMn(CO3)2完全类质同象系列，外皮的褐色物质有可能是由于含铁白云石经风化所致。由此可推断，经放大检查发现的白色菱面体包体应为白云石包体。

样品中心部位的X射线粉末衍射图

样品围岩部位的X射线粉末衍射图4.X射线荧光能谱测试

选取样品不同紫蓝色深浅区域进行定量元素分析，测试结果显示玉髓的主要化学成分为SiO2，且不同区域均检测出主要微量元素Cu和Fe。前人研究表明Cu元素和Fe元素作为过渡金属离子通过d电子轨道跃迁及产生空穴色心使玉髓呈现蓝色和紫色调［5、10、11］，而本样品随着测试区域颜色由紫蓝变浅紫蓝，Cu和Fe元素均有稳定析出，且Cu含量高于Fe含量，故推断该样品的蓝色基调为主要致色元素Cu致色，次要致色元素Fe则起到调和色调作用，使本样品最终呈紫蓝色。

5.紫外—可见分光光度计测试

样品的紫外-可见吸收光谱如图6所示，样品在黄绿区550nm左右有强吸收，而蓝紫区与红区光线透过。根据水晶的呈色机理［12］，紫水晶的紫色在紫外—可见分光光谱中对应于542nm的宽吸收，而本样品与水晶均为SiO2石英晶体，因此推断样品发生了“红移”现象，吸收部分的红色光，最终蓝紫区与少量的红区光线透过；依据加法三原色，蓝光与红光混合后形成紫色，而本样品红光只有少量透过，因此本样品最终呈紫蓝色。

样品的紫外-可见吸收光谱结论

采用红外光谱、X射线粉末衍射、X射线荧光能谱和紫外－可见分光光度计对土耳其紫蓝色玉髓样品进行测试分析，得出以下结论：

1.对样品进行红外光谱和X射线粉末衍射测试后，综合分析其结果得出，样品主要矿物成分为石英，并含有少量白云石包体。

2.结合X射线荧光能谱仪和紫外－可见分光光度计测试，样品颜色由深至浅，Cu和Fe元素均有稳定析出，推断该样品主要致色元素为Cu，使基底色调呈蓝色；次要致色元素Fe调和色调，使色调变得更加柔和呈紫蓝色。样品紫外光谱具有550nm强吸收，即发生“红移”现象，蓝紫区和少量红区的光线透过，最终使样品呈紫蓝色。