曹姝旻 亓利劍
(中國地質大學珠寶學院,武漢)
人工合成翡翠技術的研究始于上世紀60年代。1963年，貝爾(Bell) 和羅茨勃姆發現翡翠是一種低溫高壓礦物，必須在高壓條件下才能合成，至此開始了真正意義上的翡翠合成研究工作。80年代，我國吉林大學和中科院長春應用化學所、中科院貴陽地化所等單位也進行了合成翡翠的試驗。但由于實驗條件和設備所限,難以實現硬玉由非晶質向晶質體的全面轉化，同時，致色離子Cr3＋難以進入其晶格中，最終合成硬玉樣品屬非寶石級，僅為不等量的硬玉微晶和玻璃體的混合物。上世紀八十年代，美國的通用電氣公司（GE）相繼開始了合成翡翠的研究。2002年，GIA首次對GE寶石級合成翡翠作了簡要的報導。迄今，人們對這類寶石級合成翡翠的特征了解甚少。
電子探針分析結果表明，GE合成翡翠化學組成相對較純，其主化學成分為：ω（SiO2）=59.74～61.72%、ω（Al2O3）=23.90～24.97%、ω（Na2O）=13.65～14.85%，含微量ω（Cr2O3）=0.05～0.07%、ω（K2O）=0.02～0.04%、ω（CaO）=0.02～0.06%。其中，Cr3+以類質同象形式替代Al3+而占據MⅠ位；K+、Ca2+則替代Na+占據MⅡ位。與天然翡翠相比，GE合成翡翠化學成分以貧鐵為特征，且鈣、鎂相對含量明顯偏低。GE合成翡翠多為綠色～黃綠色，半透明，微晶結構為主，局部為斑狀結構，玻璃光澤。折射率：1.66（點測），密度：3.31～3.37g/cm3。紫外燈下，LW 藍白弱熒光，SW 灰綠中強熒光。
紅外吸收光譜測試結果表明，GE合成翡翠顯示一組（3373、3470、3614 cm-1）與天然翡翠截然不同，且由羥基伸縮振動致紅外吸收譜帶。由此證實，GE合成翡翠內存在微量的水分子，是在高溫高壓和水的參與下結晶而成。據此可作為鑒別GE合成翡翠的重要證據。圖2表明，GE合成翡翠中由νas（Si-O-Si）反對稱伸縮振動致紅外吸收強譜帶主要出現在1089 cm-1處，位1154cm-1處僅顯示弱肩峰。反之天然翡翠中，由于鈣、鎂等雜質元素不等量替代鋁，易導致νas（Si-O-Si）反對稱伸縮振動致紅外吸收譜帶漂移；由1014、946、870 cm-1組成的一組紅外吸收譜帶為νas（O-Si-O）反對稱伸縮振動所致；由νs（Si-O-Si）對稱伸縮振動致紅外吸收譜帶僅出現在752、670 cm-1 處；由δ（Si-O）彎曲振動致紅外吸收中強譜帶出現在602cm-1處；541、500 cm-1處的紅外吸收譜帶屬ν（MCr-O）伸縮振動所致，與天然翡翠中ν（MCr，Fe-O）伸縮振動致紅外吸收譜帶表現出的特征存在一定的差異。整體而言，在紅外光譜指紋區內，GE合成翡翠和天然翡翠的紅外主吸收譜帶差異特征不甚明顯。
拉曼光譜測試結果表明，在GE合成翡翠的鏈狀硅氧骨干中，Si-O鍵主要以兩種基本形式存在，即非橋氧（Si-Onb）和橋氧（Si-Obr）。圖3顯示，GE合成翡翠的拉曼光譜中，由Si-Onb伸縮振動致拉曼譜峰主要出現在1039 cm-1處，988 cm-1拉曼譜峰為Obr鍵-鍵相互作用所致。由Si-Obr伸縮振動致拉曼譜峰位700 cm-1處，而O-Si-O彎曲振動通常出現在521～524cm-1處。相比之下，天然翡翠與GE合成翡翠的拉曼譜峰的差異特征不明顯。
利用光纖微光譜儀（USB2000）在室溫條件下，采用反射法對GE合成翡翠的可見吸收光譜進行了測試。結果表明（圖4），GE合成翡翠的致色離子主要為Cr3+，從Cr3+的3d3電子組態導出的自由離子譜項為：基譜項 4F，激發譜項為4P、2G、2D等。八面體場中，由基譜項 4F分裂為三個能級，即4A2、4T2、4T1。在可見光區域內，出現兩個強而寬的吸收帶，即分別由4A2 → 4T2（630nm）；4A2 → 4T1（445nm）能級之間躍遷所致。d電子在4A2 → 4T2和 4A2 → 4T1能級間躍遷過程中，分別吸收1.97和2.79 eV能量，未被吸收的殘余能量組合成GE合成翡翠的顏色。與GE合成翡翠的可見吸收光譜不同之處在于，天然翡翠中普遍存在Fe3+以類質同象形式替代Al3+的現象，因而在可見光藍紫區內，出現由Fe3+外層d電子躍遷6A1 → 4E + 4A1 (4G) 而導致的437nm弱吸收峰，這與EPMA的分析結果相吻合。
在電子束的激發下，GE合成翡翠多發出很強的亮紅色光，同時，與晶體生長環境相關的微晶CL結構得以顯示。硬玉微晶局部呈平行定向排列或卷曲～微波狀構造，由此而區別于天然翡翠。
綜上，依據GE合成翡翠表現的內部結構、由其羥基伸縮振動致一組特征的紅外吸收譜帶、貧鐵富鉻的可見吸收光譜及CL發光特征，有助于鑒別之。
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