尖晶石作为一种珍贵的宝石材料, 因其瑰丽的颜色外观和悠久的历史而广受称赞。 变色效应作为宝石学中一种常见的光学现象, 在变石, 蓝宝石, 尖晶石, 石榴石等宝石中都可以出现。 通常将宝石的变色效应归结为Cr离子和V离子所致, 但是目前有关变色尖晶石的报道较少, 缺乏致色元素和变色机理的研究。 本次研究对象是一颗具有变色效应的尖晶石(在D65光源下呈蓝色, 在A光源下呈蓝紫色), 和两颗不具有变色效应的蓝色尖晶石(两种光源下色调无明显变化)。 运用电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)、 紫外可见光谱仪、 拉曼光谱仪、 光致发光光谱仪获取样品的成分和光谱信息。 LA-ICP-MS化学成分测试结果表明, 三颗尖晶石均为镁铝尖晶石, 主要化学成分为MgO和Al₂O₃, 并含有Fe, V, Cr, Co和Zn等微量元素, 在变色尖晶石中含有较多的Fe离子和微量的Co离子, 不含有Cr离子, 并且变色尖晶石与无变色效应的蓝色尖晶石中V离子含量相近。 变色尖晶石紫外可见吸收光谱具有位于387, 461, 478, 527, 559, 590, 627和668 nm处的吸收峰, 其中387, 461, 478和668 nm吸收峰与Fe离子有关。 559, 590和627 nm处的吸收峰是由Co离子d轨道电子自旋允许跃迁⁴A₂→⁴T₁(⁴P)并经自旋-轨道耦合作用分裂所致。 此外, 四面体配位中的Fe²⁺d—d自旋禁阻跃迁⁵E(D)→³T₁(H)同样在559 nm处产生吸收峰。 由Co离子和Fe离子共同作用, 在559 nm附近产生的吸收宽带是尖晶石产生变色效应的主要原因。 拉曼光谱测试结果显示变色尖晶石与其他两颗蓝色尖晶石无差异, 可见311, 405, 663和765 cm^-1四个特征拉曼位移峰, 依次对应F_2g(1), E_g, F_2g(3)和A_1g振动。 光致发光光谱(PL)测试发现变色尖晶石中处于T_d对称位置的Co²⁺的⁴T₁(P)能级会分裂成为三个子能级, 电子由三个⁴T₁(P)激发态的子能级回落到⁴A₂(F)基态而产生位于686, 650和645 nm处的发光峰。 变色尖晶石中Co离子含量很低, 并且Fe离子含量较高, 受到Fe离子荧光猝灭作用, 样品无红色发光现象。