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宝石鉴定的神器——XRF

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人气:-发表时间:2018-10-26 14:48【

X-Ray Fluorescence



说到珠宝鉴定师,你一定认为是一群拥有火眼金睛,一眼辨真假的孙悟空。如果你要这样夸小吉,我也是不反驳哒o(* ̄▽ ̄*)ブ

在科技快速发展的21世纪,珠宝鉴定师的日常除了肉眼观察和常规宝石学特征测试,还会用到现代仪器对宝石结构和成分进行分析,例如FTIR、XRF、EPMA等等。

今天,大家一起来了解在元素测试方面十分利害的XRF~

用途一:判定宝石亚种

01

石榴石族宝石的亚种判定

石榴石族矿物存在着广泛的类质同象替代,因此每一种石榴石的化学成分亦有较大变化。

图1:纳米比亚翠榴石,最大的一颗超过9克拉

其中翠榴石(钙铁榴石)和沙弗莱石(铬钒钙铝榴石)同属绿色系的石榴石。翠榴石含Cr,具有鲜嫩的绿色调和超强的火彩(色散值0.057,高于钻石),沙弗莱石由于含Cr、V而呈现鲜艳的绿色,净度通常也很高,因此这两种绿色宝石都非常受欢迎。

但是翠榴石的产量稀少,且难有大晶体产出,1克拉以上的优质翠榴石已经非常难得。因此,翠榴石和沙弗莱石在市场上的价值也存在差异。

表1:沙弗莱石(Tsavorite)和翠榴石(Demantoid)部分元素对比(单位:ppm)


(ppm:浓度单位,表示百万分之一)

二者颜色相近,由于同属石榴石族,存在一些共性,因此肉眼区分会有不确定性。虽然通过折射率、包裹体等特征能将二者区分,但是成分分析无疑是最准确的证据。

利用XRF可以分析石榴石是钙铝榴石还是钙铁榴石,再加上颜色和其它致色元素的共同判定(表1),就能准确地将两种石榴石分开。

02

帕拉伊巴碧玺的判定

帕拉伊巴碧玺是碧玺中的名贵品种,因最早产出于巴西的帕拉伊巴州而得名,后来指富Cu(铜)、Mn(锰)的蓝色、绿色、蓝紫色碧玺。


图3:一颗颜色为Neon Blue(霓虹蓝)的Paraíba碧玺

通常情况下, Cu(铜)、Mn(锰)元素的含量约在几千ppm,以此与Fe致色的蓝色碧玺区分(表2)。

表2:部分Paraíba碧玺的Cu、Mn元素含量(单位:ppm)


用途三:研究彩色宝石颜色成因

01

西瓜碧玺(多色碧玺)的颜色成因

碧玺颜色十分丰富,是不可多见的能承包彩虹色的宝石品种。由于电气石色带十分发育,常在一个单晶体上出现红色、绿色的二色色带或三色色带,或以C轴为中心由里向外形成色环,外红内绿则称西瓜碧玺,曾因深受慈禧太后的喜爱而广为人知。


图5:一颗98.372克拉的多色碧玺

颜色优质净度高的大颗粒多色碧玺价格昂贵。它的渐变色也引起了大家对于颜色成因的好奇,因此用XRF对一些西瓜碧玺进行了元素线扫描分析。

图6:多色碧玺的Mn、Fe元素2组线扫描的结果

大家发现,Fe(铁)和Mn(锰)元素的含量,随着颜色由红向黄再向绿色的过渡均呈现上升趋势,其中以Fe元素的幅度较大,而其他元素无明显规律(图6)。

因此大家有理由相信,Fe元素对多色碧玺的呈色具有重大意义。具体如何影响,有待进一步测试研究。

02

蓝方石的呈色机理

蓝方石属于方钠石族矿物,是一种非常稀少的宝石,宝石级产出极低,颗粒通常很小,超过1克拉的可谓极其罕见。

图7:一枚0.34ct的蓝方石(Hauyne)戒指

蓝方石呈现深邃的蓝色,甚至比蓝宝石的蓝更多了一种帕拉伊巴蓝的霓虹感,外观十分美丽。

GUILD实验室有幸收到一颗0.34克拉的蓝方石戒指(图7),大家对它进行了宝石学测试。

蓝方石的理想化学式为(Na,Ca)4-8Al6Si6(O,S)24(SO4,Cl)1-2,大家测得的主量元素比例与之相符,结合其他宝石学特征,可确定这是一颗蓝方石。


图8:左:正常光源下  右:查尔斯滤色镜下


图9:蓝方石的UV-VIS图谱

查尔斯滤色镜下样品呈现鲜艳的红色(图8),而大家可以看到在UV-VIS(紫外-可见)的测试中,除了红区和蓝区,其他区域的光都被吸取(图9),恰好与在日光下和滤色镜下的呈色相呼应。

表3:该蓝方石样品的部分化学成分表(单位:ppm)


而后对它进行了XRF测试(表3),综合判定,大家有理由认为蓝方石呈现蓝色与Fe元素有关。

总 结

XRF作为一种相对耗时少,无损,制样简单的元素分析仪器,在彩色宝石的检测工作中发挥了不少的作用,而微量元素分析也越来越重要。

GUILD实验室近40年来致力于建立和完善宝石数据库,丰富完备的宝石数据库是宝石鉴定和产地判定准确性的科学保障。

注:如无特殊说明,文中的数据均为半定量方法测试。

文章转自:GUILD 小吉



此文关键字:XRF 元素分析仪器

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