特征

含钒和铬的有“颜色变化”的镁铝榴石柘榴石

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一种有趣的粉红色镁铝榴石柘榴石,可能产自坦桑尼亚的莫罗戈罗,在白炽灯 A(左)和与日光等同的灯 D65(右)下展示。 可以看出明显的颜色差异。 从左至右依次为:一颗 2.51 克拉由 Todd Wacks(托德·瓦克斯)打造的改良圆形明亮式刻面宝石、一颗 7.61 克拉由 Meg Berry(梅格·贝瑞)打造的改良圆形明亮式刻面宝石、一颗 13.09 克拉由 Todd Wacks(托德·瓦克斯)打造的改良圆形明亮式刻面宝石,以及 31.90 克拉和 6.00 克拉原石。 其中 2.51 克拉和 13.09 克拉的刻面宝石用作本次研究。 摄影:Robert Weldon(罗伯特·韦尔登)/GIA。

这篇经同行评议的专题文章(由三名 GIA 年轻研究科学家 Ziyin Sun(孙子因,英文名“Nick”)、Aaron Palke(亚伦·保克)以及Nathan Renfro(南森·伦夫洛)合著)简述了有趣而吸引人的坦桑尼亚变色柘榴石,它最近重返 2015 年 Tucson Gem Show(图森宝石展览会)的有色宝石市场。 这篇文章的 PDF 版本可在此处下载,并将刊登在 《宝石与宝石学》(Gems & Gemology) 2015 年秋季刊的印刷版和电子版上。

研究的样品由宝石经销商和切割师 Todd Wacks(托德·瓦克斯)、Jason Doubrava(杰森·道布拉瓦)、Jeff Hapeman(杰夫·海皮曼)和 Meg Berry(梅格·贝瑞)提供。 据 Wacks(瓦克斯)称,这些柘榴石于大约 1988 年产自坦桑尼亚的莫罗戈罗,并在保险箱内存放了近 30 年。 这些样品的提供者在 2015 年图森宝石展开始前三到四个月获得这些原石。 他们从材料中切割宝石后,发现这些宝石显示出紫色到粉红色明显的颜色变化。 Wacks(瓦克斯)意识到这些宝石不像他以前见过的任何一种柘榴石,于是他决定为这种宝石开辟一个市场。 在与荧光灯等效的照明下,较大的宝石与顶级紫水晶相似,而在白炽灯下,则与流行的粉红色碧玺类似。

在 Wacks(瓦克斯)向 GIA 位于卡尔斯巴德的鉴定所提交一块宝石用于分析之后,这种材料引起了作者的注意。 其他组员在后续研究中整理出一套有代表性的样品,用于更细致的检验。 这项研究的研究对象包括 32 块经打磨的原石样品,总重量达 31.90 克拉,全面审查了这种极具吸引力的材料的内含物,同时在不同照明条件下对其颜色进行量化分析。 标准测试显示了其与镁铝榴石柘榴石的特性一致,以及在白炽灯和与日光等效的光下明显的颜色差异。 一个重要的发现是,较大的宝石(包括分别为 13.88 克拉和 13.90 克拉的两颗刻面宝石)显示出最明显的“颜色变化”。

宝石原石被加工成圆片以定向内含物,从而实现尽可能最佳的显微摄影效果。 研究人员发现这种宝石含有大量的矿物晶体,其中包括石英、磷灰石、硫化物和金红石。 研究人员采集拉曼光谱来最终确定这些矿物内含物。 此外,还可观察到生长管、指纹状内含物以及负晶体。

研究人员使用了激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪 (LA-ICP-MS) 对 11 个样品进行分析,以确定其化学组成。 LA-ICP-MS 分析证实了这种柘榴石主要为镁铝榴石 (68.92–72.90 mol.%)、钙铝榴石 (4.88–5.61 mol.%)、锰铝榴石 (9.55–15.08 mol.%) 和铁铝榴石 (5.66–10.14 mol.%),以及少量其他种类的柘榴石。 相较于更为常见的宝石级镁铝榴石,这种材料的钒和铬含量较高。

三个样品被切割成各种厚度的圆片,用于紫外线-可见光-近红外 (UV-Vis-NIR) 光谱法分析。 这样做是为了研究更大的宝石(光线穿过这种材料的距离更长)能产生最明显的颜色变化这一认知。 较大宝石的光谱通过从已知厚度的圆片收集而来的光谱相乘推测得出。 这使得作者能够计算出切割自这种材料的圆形明亮式宝石的最佳尺寸,以在不同照明条件下显示颜色的最大区别,从而得到最显著的“颜色变化”效果。 研究人员的色度分析以物理学家兼《宝石与宝石学》(G & G) 资深投稿人 John Emmett(约翰·埃米特)博士的文章为依据。

“这是一个令人兴奋的项目,不仅仅是因为我们能够研究这么棒的宝石材料,而且还因为我们有机会来磨练自己的技能,同时将我们先进的测试方法运用于色彩感知的深入研究”,孙先生说, “首先,我们必须开发一种技术来准确无误地纠正光反射损耗的紫外线 - 可见光 (UV-Vis) 光谱,从而推断出特定大小和形状的刻面柘榴石的薄圆片颜色。 了解这种材料的颜色特性要求我们能够准确地测量该化学反应。 这就是我们为何必须要开发自己的方法来确定复合固态溶液中色基含量的原因,就像使用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪 (LA-ICP-MS) 来分析柘榴石。”