来自 GIA 鉴定所：刚玉中的铍 — 对蓝色蓝宝石的影响分析
一月 26, 2007
图 1. 已知这组蓝宝石中（1.24-8.00 克拉）较小的宝石经过了铍扩散处理。 四颗较大的宝石在调查期间被标记为经过铍处理。 摄影：C. D. Mengason（C. D. 门格森）。
在 2001-2002 年间，宝石行业见证了经铍扩散处理的“帕帕拉夏” (padparadscha) 刚玉的问世，这种宝石呈现黄色和橙色。 这种经处理的“帕帕拉夏”蓝宝石可以通过宝石表面的黄 - 橙色域来辨别，将宝石放在漫射光源下则很容易看到这种颜色。 这种经铍扩散处理的黄-橙色蓝宝石给宝石鉴定带来更大的挑战，通常需要采取更复杂的化学分析手段，比如二次离子质谱仪 (SIMS) 或激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪 (LA-ICP-MS) 等，来探测铍 (Be) 的痕量级，以此说明宝石的处理情况；铍是一种轻元素，通过宝石鉴定所采用的典型分析方法检测不到这种元素。由于激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪 (LA-ICP-MS) 和二次离子质谱仪 (SIMS) 都需要昂贵复杂的仪器，因此已探索更具成本效益的替代方案。 目前具有成功希望的另一项技术是激光诱导击穿光谱仪 (LIBS) 。 虽然这种技术的使用没有那么复杂，而且可以探测到铍的痕量级，但它的敏感度和精确性却比不上其他两种方法，而相比标准的宝石学仪器（如红外和紫外可见光光谱仪），仍然相对昂贵。
图 2. 在一些经过铍处理的蓝色蓝宝石中，可以看到这些形状和图案不同寻常的云状物。 显微照片由 Shane F. McClure（尚恩·F.·麦克卢尔）拍摄；放大 25 倍。
经铍扩散处理的蓝色蓝宝石。 随着可探测铍的分析方法的日益普及，对刚玉中这种元素的分析也愈加常规化，宝石学实验室目前在国际市场发现了越来越多经这种技术处理的蓝色蓝宝石。 2006 年中期，全日本宝石学协会报告称，他们已经发现数块经铍处理的蓝色蓝宝石（点击此处阅读报告全文）。 随后，Vincent Pardieu（文森特·珀杜）有幸得到 50 块经铍扩散处理的蓝色蓝宝石，然后辗转至曼谷的 AIGS 鉴定所，并送至多个鉴定所进行研究。在这些和其他经铍处理的蓝色蓝宝石中，我们测得的铍含量为大约 4 ppm （百万分比）至超过 20 ppm。
早在 2002 年，GIA 成员与其他研究人员组成的团队与 John Emmett（约翰·艾米特，华盛顿 Brush Prairie 地区，晶体化学）就合作研究过利用铍扩散来处理蓝色蓝宝石的可能性。 正如 Emmett（艾米特）等人发表的文章 （《红宝石和蓝宝石的铍扩散》，见《宝石与宝石学》(Gems & Gemology) 2003 年夏季刊第 84-135 页）所示，可通过铍扩散和随后的加热处理来淡化深蓝色蓝宝石的颜色。
图 3. 一些经铍处理的蓝宝石显示出行状和线状的圆形内含物，酷似螺旋开瓶器。 显微照片由 Shane F. McClure（尚恩·F.·麦克卢尔）拍摄；放大 25 倍。
由于出现了这么多经铍处理的蓝色蓝宝石，GIA 发起了一个广泛的项目，以确定经铍处理的蓝色蓝宝石在有色宝石市场中的供应程度。 鉴定所工作人员使用 GIA 鉴定所的激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪 (LA-ICP-MS) 和一些标准的宝石学技术分析了 500 余颗来自纽约交易场所的蓝宝石；其中大多数都是经热处理的蓝色蓝宝石，但也包含有一些绿色、黄色、橙色和粉红色蓝宝石。 分析这 500 个样本后发现，其中有四颗蓝色蓝宝石一致显示为拥有高含量的（3 ppm 以上）铍元素，证明它们已进行铍扩散处理（图 1）。 经铍扩散处理的蓝色蓝宝石确已进入美国市场。在经铍扩散处理的蓝色蓝宝石中发现的一些特定内含物似乎也能作为判断该处理方式的因素。 这些宝石中有的包含形状不规则的图案式云状物（图 2），有的则包含类似于螺丝锥的呈行状和线状的圆形内含物（图 3），还有的是一些呈球形的云状物围绕在变化多端的晶体周围（图 4）。 但是，并非所有经铍扩散处理的蓝色蓝宝石都有这些内含物，有一些就完全没有。 此外，有些蓝色蓝宝石中虽然检测到铍元素，但并非表示它就经过了扩散处理。
图 4. 经过铍处理的蓝宝石还有个特征，那就是围绕在高度变异的晶体周围的球形云状物。 显微照片由 Shane F. McClure（尚恩·F.·麦克卢尔）拍摄；放大 20 倍。
天然蓝宝石中的铍？纯刚玉中仅会包含氧化铝 (Al2O3)，但实际上，这种矿物总是含有少量其它杂质元素。 例如，未经处理的天然蓝色蓝宝石可能含有约 1,000-10,000 ppm 的铁和钛，这取决于矿石形成时的矿床类型。 黄色蓝宝石通常含有几十 ppm 的镁。 但是，以前并无记录显示未经处理的刚玉中含有铍。 因此，可以假定刚玉中出现的任何铍元素都可用来判断铍处理情况。在上述 500 颗宝石的分析过程中，鉴定所发现其中 17 颗蓝色蓝宝石的铍含量在宝石的不同部位差异甚大。 这与从已知经处理宝石获取的研究结果不一致。 其中一个异常情况来自一颗 2.63 克拉的 圆形明亮式切工蓝色蓝宝石，有明显的证据表明其已经过热处理。
最开始是对这颗蓝宝石腰围上的两个部位进行激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪 (LA-ICP-MS) 分析。分析表明，其中一个部位含有 3.5 ppm 的铍，这与对宝石中带棱角的乳白色云状物边缘的检测结果相一致，但另一个部位（未检测到铍）却没有任何内含物。 进一步的分析显示，云状物中含有高达 13.3 ppm 的铍，但宝石的其他部位基本没有发现铍。 云状物中还含有浓度持续增高的铌 (Nb) 和钽 (Ta)。
图 5. 与铍相关的云状物常常呈极细的颗粒状，在暗场照明下呈乳白色（左）。 但是，在透射光的照射下，通常呈褐色（右）。 这种云状物的平面结构也可以在右边的图像中看到。 显微照片由 Shane F. McClure（尚恩·F.·麦克卢尔）拍摄；放大 20 倍。
这个引发讨论的云状物外观独特，是非常细小的微粒（颗粒尺寸相当小，以至于采用标准的宝石学显微镜都无法观测到单个粒子），呈平面构造，在暗视野光照下呈乳白色，而在透射光照射下则呈现褐色（图 5）。 但有一点必须注意，尽管在所调查的其他样本中也会观察到外观类似的云状物，但并非所有这种云状物都含有铍。 由于这些云状物中的颗粒非常细小，其相位还未最终确定下来。除了这 17 颗宝石，在提交至鉴定所做鉴定报告的蓝色蓝宝石中，鉴定所研究人员也从它们的云状物中检测到痕量铍（以及高含量的钽和铌）。 其中少数的蓝色蓝宝石没有任何经热处理的迹象。 这与 GIA 研究人员收集的样本情况相同，而 AGTA 的 Richard Hughes（理查德·休斯）从马达加斯加依拉卡卡 (Ilakaka) 地区的矿床中获取的蓝宝石也表现出相同的结果。
而在一些已经热处理的样本中，似乎也没有现象表明铍扩散处理能够导致元素分布如此不均匀。 此外，加上对无热处理迹象的蓝宝石的铍检测结果，我们最终确定，刚玉中的微量铍确实是天然形成，或者至少是与一些外来的矿物包含物（形成云状物）一同出现。 为更好地了解这一现象以及云状物的自然特性，除了目前正在开展的研究，GIA 还参与了由 Vincent Pardieu（文森特·珀杜）牵头的一个合作项目（现与位于瑞士卢塞恩 (Lucerne) 的古柏林宝石鉴定所合作），以研究热处理对这些蓝宝石中天然存在的铍元素的影响。 作为该项目的一部分，GIA 曼谷研究机构目前正在使用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪 (LA-ICP-MS) 进行严谨的化学制图。
作者简介
该报告由以下成员编制：来自 GIA 卡尔斯巴德鉴定所的 Andy Shen（沈锡田）、Shane McClure（肖恩·麦克卢尔）和 Mike Breeding（麦克·布里丁）；来自 GIA 曼谷研究中心的 Ken Scarratt（肯·斯卡拉特）；来自 GIA 纽约鉴定所的 Wuyi Wang（王五一）和 Christopher Smith（克里斯托弗·史密斯，目前在美国纽约宝石鉴定所）；来自 GIA 卡尔斯巴德研究中心的 James Shigley（詹姆斯·希格利）。
