祖母绿为绿柱石族中铬(Cr)、 钒(V)共同致色的宝石种, 合成历史悠久, 技术不断改进, 新配方产品不时出现。 近期市场上出现一种新型水热法合成祖母绿, 颜色亮丽, 外观可与哥伦比亚天然祖母绿媲美, 经初步分析发现其为V致色合成祖母绿。 为了探究其特征, 运用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)、 紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)分光光度计进行详细研究, 旨在获得其化学成分中致色元素含量及UV-Vis-NIR吸收光谱特征, 分析致色原因, 并寻求与天然祖母绿的相区别的方法, 为检测机构提供重要数据信息。 化学成分研究表明, 该合成祖母绿为纯V致色, 具有富V贫铁(Fe)的特征, 铜(Cu)在不同批次样品中, 含量差别较大, 而Cr及其他致色元素含量大多低于检测限。 作为对比的传统富Fe型水热法合成祖母绿样品, 则具有高Cr高Fe的特征。 此外, 含有较高的镍(Ni)及微量钛(Ti), 锰(Mn), Cu, 而V含量则低于检测限。 新型合成祖母绿的紫外-可见吸收光谱呈现典型的钒元素的吸收光谱特征, 在紫区430 nm、 橙红区617 nm处显示两个宽大的吸收带。 此外在约390和680 nm附近分别有一肩峰, 多数样品在756 nm处有一弱吸收峰。 430 nm吸收带归属于V³⁺的d电子[³T_1g(³F)→³T_1g(³P)]自旋允许跃迁, 617 nm吸收带归属于V³⁺的d电子的³T_1g(³F)→³T_2g(³F)自旋允许跃迁, 756 nm吸收峰为Cu²⁺所致, 该吸收光谱特征与传统富Fe型合成祖母绿明显不同。 天然祖母绿大多具Fe³⁺, Fe²⁺及Cr³⁺的吸收光谱组合特征, 较容易与该合成祖母绿区分; 少数纯V致色天然祖母绿, 虽然同样具有V元素特征的吸收峰, 但由于同时具有在810830 nm附近Fe²⁺的特征吸收带, 也能与富V型合成祖母绿区别。 近红外区, 主要在1 402, 1 467和1 895 nm处显示I型水相关吸收峰, 也可与天然祖母绿区别。 紫外-可见-近红外光谱是鉴定天然祖母绿与合成祖母绿的一个有效手段, 但要结合其他鉴定信息, 如包裹体、 分子振动光谱等, 避免新合成配方祖母绿的出现而导致错误的鉴定结论。

巴基斯坦Swat矿区祖母绿以饱和绿色和高净度著称, 其价格逐年攀升, 如何有效鉴别Swat矿区祖母绿的特征成为当前的研究热点。 采用常规宝石学仪器、 电感耦合等离子质谱、 红外光谱、 拉曼光谱和紫外-可见吸收光谱对该矿区祖母绿的宝石学及谱学特征进行研究, 并探讨其颜色成因。 结果显示: (1)Swat矿区祖母绿晶体常为六方柱状, 且净度较高。 样品颜色呈明亮的绿色, 具有中等至强的二色性(黄绿/蓝绿色)。 折射率偏高, 约1.588~1.599, 与晶体碱金属含量高有关。 (2)晶体中部分Al与Mg, Fe, Cr等发生类质同象置换。 其中替换最多的是Mg元素, 含量达11 402~12 979 ppma(平均为12 446 ppma); Fe和Cr元素次之(平均含量分别为2 390和2 199 ppma)。 样品中碱金属元素(Na, K, Rb, Cs)含量很高, 总量约14 201~16 136 ppma, 平均为15 183 ppma。 (3)红外光谱显示指纹区1 312, 1 152, 983, 838, 701, 616和559 cm^-1处的吸收峰, 由[Si₆O₁₈]等基团振动所致。 近红外区可见较强的Ⅱ型水振动相关吸收峰(7 074 cm^-1), 说明样品中存在较多Ⅱ型水, 与晶体中碱金属离子含量较高相符。 拉曼光谱显示324, 399, 516, 685和1 067 cm^-1等祖母绿的拉曼位移, 并检测到气液包裹体相关的H₂O (3 595 cm^-1)、 CO₂(1 284和1 284 cm^-1)和N₂(2 327 cm^-1)以及伴生矿物滑石和磁铁矿的拉曼位移。 (4)紫外可见-吸收光谱(UV-Vis)测试结果显示有Cr³⁺(688~641 nm), V³⁺(610 nm), Fe²⁺(860 nm)和Fe³⁺(375 nm)相对应的吸收峰。 样品中Fe元素含量为1 124~3 561 ppma, Cr元素含量为730~3 077 ppma, V元素含量较少, 为28.01~263.9 ppma。 不同样品中Cr元素含量差距较大, V元素含量差距小, Cr和V离子数比值约3.43~60.05。 随着样品颜色饱和度增加, Cr元素含量急剧增大, V元素含量增加极少, Fe元素含量反而降低。 推测Swat矿区祖母绿主要致色元素为Cr, 其次为V, 其色调和荧光可能受Fe元素影响。