磷灰石是珠宝市场上常见的宝石品种, 因颜色丰富而广受欢迎。 变色磷灰石是稀有品种且价格高昂, 该品种在D65光源（色温6 500 K）下呈黄绿色, A光源（色温2 856 K）下呈粉红色, 其可见光光谱的谱学特征与变色成因未被详细研究。 基于此, 将一颗变色磷灰石晶体, 沿其平行c轴和垂直c轴方向各切下一个薄片并双面平行抛光, 分别测试其可见光光谱与微量元素。 结果发现, 其可见光光谱中谱峰较多: 位于583和578 nm处的吸收双峰强度最强, 位于748和738 nm处的吸收双峰强度中等, 分别位于688和526 nm处的吸收峰, 强度较弱。 还有一些非常微弱的吸收峰, 分别位于514, 483, 473和443 nm处。 位于748和738 nm处的吸收双峰与583和578 nm处的吸收双峰共同造成了红橙光区的透射窗, 583和578 nm处的吸收双峰与526 nm处的吸收峰共同造成了黄绿光区的透射窗。 D65光源和A光源由于相对光谱功率分布不同, 在不同透射窗的透过有所不同, 导致变色磷灰石在不同光源下呈现出不同颜色。 D65光源中黄绿光成分较多, 透过黄绿光区透射窗的成分较多, D65光源下磷灰石呈黄绿色, A光源中红光成分较多, 通过红橙光区透射窗的成分较多, A光源下磷灰石呈粉红色。 因此, 磷灰石的变色效应与位于748和738 nm处的吸收双峰, 位于583和578 nm处的吸收双峰以及位于526 nm处的吸收峰相关。 根据微量元素数据与稀土元素的晶体场理论, 这些吸收峰是由稀土元素钕（Nd）导致。 根据不同晶体方向样品的可见光光谱特征, 平行c轴方向变色效果更好, 建议加工变色磷灰石晶体时宝石台面应尽量平行c轴。 该研究结合微量元素与可见光光谱分析了变色磷灰石的变色成因, 并为其加工切割方向提供了指导。

翠榴石为石榴石家族中最为贵重的亚种, 以其漂亮的外观和稀有性深受欢迎。 尤其是俄罗斯所产翠榴石更是国内外收藏家最为追捧的对象。 前人从不同角度对石榴石族矿物研究较多, 但关于翠榴石的研究较少。 为了探究俄罗斯翠榴石的化学成分及光谱学特征, 运用LA-ICP-MS, IR, Raman和UV-Vis, 对俄罗斯翠榴石进行系统研究, 旨在获得其化学成分尤其是稀土元素特征、 光谱学特征, 分析致色原因, 为其品种鉴定及产地溯源提供重要数据。 化学成分研究表明, 俄罗斯翠榴石几乎为纯的钙铁榴石(Andradite>96.39 Mol.%)。 次要成分中, Cr2O3含量较高, 平均0.502 Wt%, 除此以外还含少量Al, Mn, Ti和V。 其中Cr和V均为石榴石中致绿色的元素。 稀土元素含量总体不高, ∑REE平均4.85 μg·g-1; 且轻稀土元素明显富集, ∑LREE平均4.56 μg·g-1; 重稀土元素相对亏损, ∑HREE平均0.29 μg·g-1, ∑LREE/∑HREE=5.35~100.48。 多数样品显示Eu正异常。 主要拉曼位移为994.5, 873.5, 841.5, 815, 576, 552, 515, 492, 451, 369, 351, 323, 310.5, 295, 263, 234.5和172 cm-1。 拉曼光谱仅可作为翠榴石品种鉴定的手段之一, 对其产地溯源作用不大。 红外光谱研究表明, 指纹区红外反射光谱可以有效鉴别翠榴石, 红外光谱官能团区显示结构水的吸收峰, 表明俄罗斯翠榴石含有少量结构水, 这与其形成过程与热液交代作用有关。 紫外-可见吸收光谱研究显示, 俄罗斯翠榴石在384和440 nm处具明显吸收峰, 436 nm见弱吸收峰, 620 nm附近出现宽缓吸收带, 从500 nm附近至紫外区强烈吸收。 分析认为440 nm吸收带归于八面体位Fe3+的6A1→4A1g+4Eg(G)跃迁所致; 620 nm吸收带归于八面体位Cr3+的4A2g(F)→4T2g(F) d—d跃迁所致, Fe和Cr同为致色元素, O-Fe荷移带及440 nm强吸收带使得钙铁榴石产生黄色、 黄绿色, Cr3+的加入, 产生620 nm宽缓吸收带, 吸收橙黄色光, 使得宝石颜色向绿色端偏移, 显示纯正的绿色。 拉曼光谱、 红外光谱指纹区特征可以用于准确鉴定翠榴石; 稀土元素特征及中红外光谱官能团区结构水特征, 可以为其产地溯源提供重要信息。

碧玺是晶体结构和化学成分都十分复杂的含硼硅酸盐矿物。 在珠宝市场中最为常见的碧玺品种几乎都为锂碧玺和少量镁碧玺, 目前的珠宝专业教材或相关领域的文章都对锂碧玺研究较多, 而镁碧玺却少有涉及。 对六颗产于莫桑比克的黄-棕黄色碧玺刻面宝石进行了宝石学常规测试、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)测试、红外吸收光谱、紫外-可见光吸收光谱、荧光光谱和激光拉曼光谱测试, 以获得碧玺样品的宝石学及谱学特征。 宝石学常规测试表明, 实验样品与一般常见碧玺的物理和光学性质基本符合, 但所有样品在紫外荧光仪短波(254 nm)下具有中-强绿色荧光, 而一般碧玺在短波下为惰性, 此外, 样品中均含有较多的浅色和深色的粒状矿物包裹体, 且不见一般碧玺中常见的长管状包裹体、气液两相包裹体。 激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)分析表明, 实验样品属于镁碧玺, 其平均晶体结构化学式为(Ca0.15Na0.85)1.00(Mg2.89Fe0.02Al0.09)3.00Al6(Si6O18)(B0.95□0.05O3)3(OH)4。 选取包裹体较少的样品进行红外吸收光谱测试, 碧玺样品在2 000～6 000 cm-1区域内有OH和Si—O的振动峰, 说明样品含有结构水。 经过紫外-可见光吸收光谱测试, 样品在400～500 nm内有一宽吸收峰, 谱峰位置在445 nm左右, 这可能与Fe2+-Ti4+的电荷转移和交换耦合的Fe2+-Fe3+离子对有关。 经过荧光光谱测试, 本批碧玺样品在254 nm激发光源下, 产生中-强的绿色荧光, 特征荧光峰为534 nm强峰及475 nm肩峰, 荧光的产生原因与样品中Ti和Fe有关。 对碧玺样品的主体矿物进行激光拉曼测试, 测试结果符合镁电气石的拉曼光谱。 该研究创新主要体现在以下两个方面: (1)研究对象经测试属于镁碧玺, 其谱学特征方面尚未有详细研究; (2)实验样品在短波下具有独特的荧光现象, 这一现象目前还没有其他学者提出, 且笔者对荧光产生的原因进行了分析。

坦桑尼亚Umba出产颜色丰富的刚玉, 该研究对象是一颗来自Umba的具有特殊变色效应的蓝宝石, D65光源(色温6 500 K)下呈现淡黄色, A光源(色温2 856 K)下呈现淡紫红色。 为了研究这颗变色蓝宝石紫外-可见光光谱中的谱峰归属与变色成因, 该研究使用电荷补偿理论来分析此样品紫外-可见光光谱中的谱峰归属。 采用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)对这颗变色蓝宝石进行了测试。 结果发现, 变色蓝宝石紫外-可见光光谱中存在位于377, 388和450 nm处的3个吸收峰和1个以560 nm为中心的宽缓吸收带。 样品的颜色主要受450 nm处吸收峰和以560 nm为中心的吸收带影响, 其中以560 nm为中心的吸收带造成了这颗蓝宝石的变色效应。 根据激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪的测试结果, 样品中主要杂质元素有Fe, Ti, Cr, V和Mg等。 样品紫外-可见光光谱中377, 388和450 nm处的吸收峰是由Fe3+导致。 蓝宝石中的Cr3+, V3+, Fe2+-Ti4+对都可以在560 nm附近产生吸收, 结合电荷补偿理论分析, 刚玉中的Mg2+会优先和Ti4+进行电荷补偿, 样品中Mg含量要稍微高于Ti, 推测样品中几乎所有Ti4+会与Mg2+进行电荷补偿, 因此样品中几乎不会存在Fe2+-Ti4+对。 Fe2+-Ti4+对电荷转移产生的吸收特征具有很强的偏振性, 尤其是在580 nm以后的吸收特征会随着偏振方向的改变而有很明显的变化。 偏振紫外-可见光光谱测试发现以560 nm为中心的吸收带没有明显的偏振性, 进一步验证了样品中几乎没有Fe2+-Ti4+对, 因此以560 nm为中心的吸收带主要是由于Cr3+和V3+造成的。 样品的颜色主要是由Fe3+, Cr3+和V3+引起的, 而变色效应主要是由Cr3+和V3+导致。 结合电荷补偿机制与偏振-紫外可见光光谱来解释这颗变色蓝宝石的紫外-可见光光谱中以560 nm为中心的吸收带的归属, 为研究刚玉紫外-可见光光谱中较为常见的位于560 nm左右吸收带的归属提供了一种新的研究思路。