电气石属三方晶系的硼铝硅酸盐, 主要有铁电气石、 锂电气石、 镁电气石、 钠-锰电气石等品种, 因含不同的过渡元素或色心而呈绿、 蓝、 黄、 红、 粉、 棕和黑色。 选取棕褐色电气石样品在还原和中性气氛加热3 h, 结果显示, 600 ℃晶体出现大量裂隙; 500和450 ℃棕褐色调减弱, 透明度大大提升, 500 ℃裂隙稍多; 350 ℃加热, 样品变绿黄棕色; 250 ℃加热样品略微变浅, 仍为棕褐色调; 加热后//c轴切面见明显绿色与棕色二色性, 垂直c轴切面, 即{0001}面, 为棕色; 综合显示, 最佳变色温度在450~500 ℃。 利用X射线荧光光谱(XRF)、 红外吸收光谱(IR)和紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)对热处理前后样品进行分析, 样品属于富Mn和Fe的锂电气石。 样品中红外特征吸收峰在3 800~3 400, 1 350~1 250, 1 200~800与800 cm^-1, 近红外光谱有4 720, 4 597, 4 537, 4 441, 4 343, 4 203和4 170 cm^-1特征峰。 热处理后, 由M—OH(M为Al, Mg, Fe和Mn等)伸缩和弯曲振动所致的3 800~3 400 cm^-1吸收峰减弱, 600 ℃消失, 与加热失水行为导致的结构水弯曲/伸缩振动减弱有关; 近红外光谱4 170和4 720 cm^-1吸收消失。 棕褐色电气石在//c轴切面的可见光范围内具有715, 540和417 nm吸收带, 依次为Fe²⁺d—d(⁵T_2g→⁵E_g)跃迁、 Fe²⁺→Fe³⁺(IVCT)、 Fe²⁺→Ti⁴⁺(IVCT)所致。 样品具有高的Mn含量, 417 nm附近的吸收可能存在Mn²⁺d—d (⁶A_1g→⁴A_1g, ⁴T_Eg)自旋禁阻跃迁产生的413/414 nm叠加。 热处理使Mn³⁺还原成Mn²⁺, Mn²⁺增加导致414 nm吸收峰增强, 因此417 nm附近吸收带变化不大。 同时, 热处理后与Mn³⁺有关的520 nm吸收也同时消失, 520 nm吸收带的存在也可能是540 nm吸收带呈非对称吸收峰的原因。 450 ℃以上热处理后, 715和417 nm吸收带变化不大, 位于绿光区的540 nm吸收带消失, 分析认为加热使得部分Fe³⁺还原为Fe²⁺, 导致Fe²⁺→Fe³⁺(IVCT)减少, 在//c轴切面上540 nm吸收显著减弱。 540 nm吸收带在绿色光区域, 其消失导致绿色光透过, 样品呈绿色。

绿柱石族宝石属六方晶系的铍-铝硅酸盐矿物, 因含不同微量元素而呈绿、 蓝、 黄、 红、 粉、 棕和黑色。 绿黄色绿柱石和海蓝宝石常由不同价态的铁离子致色, Fe³⁺和Fe²⁺可以赋存于四面体位(Fe42+)、 八面体位(Fe63+)和结构通道中([Fe₂(OH)₄]²⁺), 随着配位离子含量的改变, 其颜色呈现变化。 绿黄色绿柱石经热处理可以获得浅蓝色海蓝宝石, 300~550 ℃还原和氧化条件连续阶段性加热样品颜色依次呈浅绿色、 淡黄绿色、 浅黄色、 淡蓝色和浅蓝色, 550~600 ℃褪色为淡蓝色, 最佳颜色出现在500~550 ℃。 利用中红外吸收光谱(mid FT-IR) 、 紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)和电子自旋共振波谱(EPR)对热处理前后绿柱石样品进行分析。 Mid FT-IR光谱显示, 样品热处理后与天然绿黄色绿柱石具有相似吸收光谱, 归属于[Si₆O₁₈]基团特征振动的1 250~600 cm^-1区吸收峰向低波数方向偏移, 峰值强度同时出现不同程度减弱, 推测与通道中的Fe³⁺被还原为Fe²⁺导致的Fe³⁺—O^2-电荷迁移强度减弱和加热失水行为导致的结构水弯曲振动减弱有关。 UV-Vis吸收光谱显示, 还原和氧化气氛中的热处理绿柱石光谱特征基本一致, 与天然样品相比, 紫外-可见光区归属于O^2-—Fe³⁺电荷迁移的吸收峰向紫外区方向迁移形成322 nm吸收峰, ⁶A_1g→⁴T_2g跃迁向紫区偏移产生370 nm附近吸收峰, ⁶A_1g→⁴E_g+⁴A_1g跃迁向红区偏移产生427 nm附近吸收峰, 导致Fe³⁺禁戒跃迁减弱, 样品黄色调消失; 红区823 nm附近的宽吸收带增强且向可见光区偏移指示结构通道中Fe²⁺含量增加, 最终使样品呈现蓝色色调。 EPR谱显示天然绿黄色绿柱石Al—O八面体和结构通道中存在Fe³⁺和Mn²⁺及OH自由基。 结合UV-Vis结果分析认为, 还原和氧化气氛热处理后样品结构通道中Fe³⁺还原为Fe²⁺, Al—O八面体中的Fe³⁺禁戒跃迁减弱, 二者共同作用使样品颜色逐渐由绿黄色转变为浅蓝色。