《宝石与宝石学》(Gems & Gemology, G&G) 2015 年夏季刊:双星光效应、显微摄影指南、来自塔吉克斯坦的红宝石、全新的微观世界版块


Placeholder Alt Text
Nathan Renfro(南森·伦弗洛)在这一期发表的文章探讨了图像处理软件及照明技术在现代数字显微摄影中的应用。 封面图片展示了钻石晶体表面上变形的三角凹痕,该钻石晶体产自位于科罗拉多州-怀俄明州边境的 Kelsey Lake(凯尔西湖)矿。 此微分干涉相差图像使用尼康 Eclipse LV100 显微镜(装有 20 倍物镜)和佳能 6D 相机拍摄。 Helicon Focus 堆叠软件用于扩展图像的景深,这张图是通过将 70 张显微照片堆叠处理成一张图像而成。 垂直视野为 0.49 毫米。 图片由 Nathan Renfro(南森·伦弗洛)提供。

星光效应是宝石界最迷人的特殊光学效应之一,《宝石与宝石学》(Gems & Gemology, G&G) 夏季刊深入探究了刚玉和石英中形成双色双星现象的原因。 该刊物还为宝石学家提供了如何拍摄宝石内含物显微照片的方法,并带我们探寻人迹罕至的红宝石产地——位于塔吉克斯坦的Snezhnoe。 此外,《宝石与宝石学》(Gems & Gemology, G&G) 首次推出名为微观世界的全新版块,深入探究宝石内部,探究各种内含物和宝石的“内部空间”。

红宝石、蓝宝石和石英中的双色双星:原因和历史渊源

将近 30 年来,因为一系列主要由 Linde Air Products Co.(林德航空用品有限公司)生产的合成品,双色双星红宝石和蓝宝石 在时尚珠宝市场广为所知。 在全世界各个不同产地偶尔也能找到这样的天然宝石。 双色指的是双星的颜色,其中一种为白色,另一种则与宝石本身体色想匹配。

作者之一于 2010 年在曼谷购买了这颗这颗粉红色的合成蓝宝石,同时呈现出白色的六射星和粉红色星。 该凸圆面的尺寸为 14.4×11.2 毫米,重量为 12.37 克拉。 照片由 M.P. Steinbach(M.P. 斯坦巴克)友情提供。

除了 Linde(林德公司)生产的合成品外,作者们还研究了产自缅甸的紫色-粉红色天然蓝宝石、各个不同制造商最近生产的合成品、来自印度和巴西的天然石英(也呈现该现象)。作者包括 Karl Schmetzer(卡尔·施梅策)、Martin Steinbach(马丁·斯坦巴克)、H. Albert Gilg(H.·阿尔伯特·吉尔格)和 Andrea Blake(安德里亚·布莱克)。

研究人员指出,通常的白色星光现象是由微小的金红石针状物引起,这些针状物反射和散射素面宝石弧形圆顶表面的光。 体色星光也是由这些金红石内含物引起,他们反射和散射宝石内更深处发出的光。

石英的这两种星光现象也是因针状金红石内含物引起。

研究人员重新打磨了一些合成品,发现重新打磨圆顶部分后,白色星光会消失;而重新打磨底部后,体色星光消失。 这表明,该材料经过扩散处理,因为针状内含物只限于表面。

宝石学家数字显微摄影

显微摄影,借助显微镜拍摄微小的宝石内含物,可作研究和艺术之用。

直到近年,业内从业人员还是使用胶卷摄影方法而非数字摄影方法,因为胶卷摄影方法一度能提供出众的颜色呈现和高分辨率。 但是,数字显微摄影已取得很大进展,在许多方面都优于胶卷式摄影。此外,摄影师还可立即看到结果,并轻松调整图像。

此澳大利亚蛋白石中的黑色氧化锰“羽状物”是一个很好的例子,诠释了艺术与科学在宝石学中的融合。 显微摄影:Nathan Renfro(南森·兰弗罗),视野为 5.85 毫米。 注意:除非另有说明,本文中的视野均指水平视野。

这篇文章的作者为 GIA 研究员 Nathan Renfro(南森·伦弗洛),本文详细介绍了显微摄影的基本方面,包括选择合适的宝石学显微镜和数码相机。 需要注意的是,要确保相机具有遥控功能、振动控制并能拍摄分辨率非常高的图像。

作者引导读者了解这些步骤,包括将摄像机安装到显微镜、清洗宝石和设置适当的照明。 暗场照明(一般是宝石学检查的规范)对显微摄影来说并不总是最好的,因为内含物和背景之间的反差非常强烈。 灰尘颗粒和划痕变得十分突出。 因此,摄影者应能应用各种照明技术,例如明场、漫射、光纤、偏振、紫外线和比较罕为人知的微分干涉差系统(有时需结合使用)。

如任何摄影工作一样,拍摄图像仅仅是第一步。 进行处理,使图像呈现尽可能接近实际物品,超越简单的 Photoshop处理工作,则是第二步。 这就需要能改善聚焦的处理软件 - 必须能扩大景深,因为放大倍率高且焦距非常近。 高动态范围 (HDR) 软件对调节处理过亮或过暗区域和强化细节部分也很关键。 有些相机,包括手机,也拥有内置 HDR 功能。 最后,它还可包含基准尺(指示所用的放大倍率和视场的大小),以得到最终的图像。

来自塔吉克斯坦 Snezhnoe 的红宝石和蓝宝石

红宝石是世界上人们最想得到的宝石之一。 在本文中,来自俄罗斯、德国和塔吉克斯坦的矿物学家和教育工作者团队对塔吉克斯坦 Snezhnoe 一处鲜为人知的矿床进行了报道,该矿床的位置非常接近塔吉克斯坦与中国西部边境。

左:产自 Snezhnoe 的红宝石内含有褐色棱柱状的金红石内含物。 显微拍摄:Elena S. Sorokina(埃琳娜·S.·索罗金娜),放大 35 倍。 右:粉红色蓝宝石(产自矿床)中的锆石 (Zr) 和金红石 (Rt) 内含物的反向散射电子图像(Cal = 方解石,Mrg = 珍珠云母)。 来自 Sorokina(索罗金娜)(2011 年)。

该矿床发现于 1980 年,当时塔吉克斯坦仍然是苏联的一部分。 苏联当局估计储量有“数十万克拉的宝石级刚玉”,但自发现起至 1990 年期间进行的开采并没有公开实际产量数字。 矿场已在过去十年中得以恢复,但国有企业仍未披露生产量。

Snezhnoe 红宝石矿床位于地下约 20 至 25 英尺深处的大理岩层之间。 作者分析了早期开采的几十块含有红宝石的岩石,发现宝石的颜色从粉红色蓝宝石、紫红至鲜红不等,鲜红色的铬含量与著名的抹谷红宝石相似。 研究人员(Elena Sorokina(埃琳娜·索罗金娜)及合著者)发现,Snezhnoe 的宝石具有独特的内含物,这些内含物是产自其他任何产地的红宝石所不具有的:褐帘石、铬云母和白云母。 可利用这些特征帮助宝石学家确定这些宝石的产地。

微观世界

微观世界版块首次亮相,这次向读者展示的是多明尼加琥珀(有 3000 万年历史、已打磨、含有长腿螨虫)以及深绿色磷灰石(断开后显示出具有迷人的橙色的方解石内含物)。 放大后,球形内含物的表面为圆形且呈橙色,有点类似面具,其中有紫色氟石包裹体,类似“眼睛”的形状。微观世界团队,包括 Nathan Renfro(南森·伦弗洛)、Elise Skalwold(伊莉斯·斯卡沃尔德)和 John Koivula(约翰·科伊武拉),他们还研究了双色双猫眼效应素面碧玺,该碧玺一侧猫眼呈粉红色,而另一侧猫眼眼线则呈无色,尽管通过显微观察发现引起猫眼效应的生长管(清楚地显示于显微照片中)只存在于无色猫眼部分。

实验室笔记

钻石

GIA 曼谷鉴定所检查了 6 颗米粒钻大小的无色高温高压合成钻石,重量从 0.005 克拉至 0.01 克拉不等。 这些合成品是用于研究的样品,没有呈现能明显揭示其本质的内含物或明显的吸收线。 DiamondView 设备显示蓝色或绿色荧光和合成品特有的生长图案。

三颗 LPHT 热锻的 CVD 合成钻石:彩深褐橙粉红色的 0.37 克拉钻石(左上)、彩深褐-粉红色的 0.31 克拉钻石(中上)和彩褐-粉红色的 0.25 克拉钻石(右上)。 它们的 DiamondView 图像(底行)显示橙色荧光,带有线性增长条纹。

此外,纽约鉴定所检查了三颗粉红色至褐色的 CVD 生长钻石,这些钻石进一步经过低压高温 (LPHT) 处理。 这些钻石分别重 0.37、0.31 和 0.25 克拉,经加热及低压处理,以提升其颜色。 DiamondView 成像显示这些钻石有橙色荧光和线性生长条纹,是 CVD 合成品的典型特征。

这颗 1.18 克拉的浓彩蓝色钻石最近在纽约鉴定所检测。

纽约鉴定所检验了 1.18 克拉的 IIB 型浓彩蓝色钻石,该钻石显示出极高的硼含量 - 5.84 ppm。 大多数蓝色钻石,像 IIb 型 Hope Diamond(霍普钻),其硼含量介于 0.24 ppm 至 0.36 ppm 之间。 这是 GIA 研究人员所见到的最高的天然钻石硼含量。

另一颗非凡的 IIb 型钻石是一颗重 1.42 克拉的天然 彩灰紫色钻石,是提交至卡尔斯巴德鉴定所的检测品。 其颜色与极强的光致发光现象使这颗钻石非比寻常。

珍珠

GIA 研究人员检验了一些不寻常的人工养殖珍珠,有一颗是奶油色和白色异形大珍珠,一头有独特的半透明环状物。 经检验,珍珠为拼合而成,已断裂的区域上涂有新的珍珠层。 检验的第二件物品是中国的人工养殖珍珠项链,呈现浓郁的粉红紫色。 试验显示珍珠是在淡水中养殖的,表明中国生产商养殖的珍珠越来越大、质量越来越高。

蓝宝石

过去十年里,铍扩散和铅玻璃填充处理方法已广为人知。 GIA 卡尔斯巴德鉴定所最近检验了一颗 4.25 克拉的 橙色蓝宝石,该蓝宝石经过这两种处理。 放大后可发现很多裂缝填充有玻璃。 进一步测试显示,该蓝宝石经过铍 (Be) 处理。 因为铍 (Be) 处理需要的温度(1800 至 1850 ℃)比玻璃填充(900 至 1400 ℃)高得多,所以必须首先进行铍扩散处理。 这是 GIA 第一次遇到同时经过这两种方法处理的宝石。

Russell Shor(罗素·绍尔)是 GIA 卡尔斯巴德的资深行业分析师。

《宝石与宝石学》(Gems & Gemology) 是美国宝石研究院的科研季刊,自 1934 年以来持续报道宝石学研究的最新进展。 《宝石与宝石学》(Gems & Gemology, G&G) 简报介绍了该期刊最新刊物的内容概要。