摘要:近幾年在國內外珠寶市場上出現了一種紅色透明長石，其天然性引起了廣泛的爭議。採用常規的寶石學方法、LA-ICP-MS以及紫外-可見分光光度計等測試儀器研究了該紅色長石樣品的寶石學特徵、化學成分及紫外-可見吸收光譜，旨在探討其致色原因。結果表明，該紅色長石樣品屬於中長石; 與黃色長石樣品相比，其化學成分中Cu的質量分數為739X10-6~801X10-6，遠遠高於黃色長石的(1.07X10-6)，而其他微量元素的質量分數則無明顯的差別，故認為Cu可能與其呈紅色有關; 紫外-可見吸收光譜結果顯示，該紅色長石樣品在可見光區的吸收帶主要位於566nm處，推測其可能與Cu對可見光的吸收有關。
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| 紅色(R1~R5)與黃色長石樣品 |
長石是地殼中最主要的造岩礦物之一，其質優者可作為寶石材料。目前，市場上的長石類寶石主要有月光石、日光石、天河石以及暈彩拉長石等具有特殊光學效應的品種，透明、彩色的長石則相對少見，紅色品種更為罕見，確切的產地只有美國的俄勒岡州[1~2]。 2002年，在美國圖桑珠寶展首次出現了一種紅色長石，銷售商聲稱其來自剛果。該寶石為橙紅色與紅色，飽和度高，濃豔動人，單粒可達30 ct[3]。這在當時並未引起重視，但在2005年後，這種紅色長石大量出現，其顏色驚人地一致，透明度也非常好，大多數商家宣稱來自剛果，少數稱來自大陸西藏。因此，該紅色長石在全球範圍內引起了轟動，電視購物網、電腦網站、珠寶商都銷售該寶石，且其價格不菲。對該寶石的產地一直有爭議。在其大量上市前，還未見其確切產地的報導[1]。有很多學者質疑其天然性，認為是經過了擴散處理;也有學者親臨西藏區域，拍下了幾張礦區的照片[4~5]。但仍有人質疑其照片的真實性。因此，筆者對泰國市場上有代表性的5粒紅色長石樣品(銷售商稱其產於剛果)的常規寶石學特徵、化學成分以及紫外-可見吸收光譜進行了初步研究，旨在探討其顏色與化學成分的關係，提供一些基礎資料。
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| 紅色長石樣品的內部特徵 a.條帶狀結構中的黃色充填物 |
1 樣品與測試方法
1.1 外觀特徵
該5粒紅色長石樣品(上圖，樣品R-l~ R-5)主要呈深淺不同的紅色、橙紅色，顏色分佈不均勻，呈條帶狀或層狀，部分樣品的顏色較均勻，透明度較好。
1.2 測試方法
採用常規寶石學方法測試與觀察了樣品的寶石學及其內含物特徵; 再運用LA-ICP-MS分析了有代表性2粒樣品的主要化學成分與微量元素; 最後採用UV-1601型紫外-可見光分光光度計測試了樣品的吸收光譜。同時，與黃色長石樣品(Y-1與Y-2)的測試結果進行了對比研究，比較其化學成分的差異，旨在探求致使紅色長石呈色的化學微量元素資訊。
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| 紅色長石樣品的內部特徵 b.條帶狀結構中的暗色充填物 |
2 結果與分析
2.1 基本特徵
該紅色長石樣品的折射率為1.552~1.562,雙折射率為0.008~0.010，相對密度為2.678~ 2.695，無螢光，多色性不明顯;用掌上型分光鏡觀察，在橙黃區有中等強度的吸收窄帶，紫區有弱吸收;在寶石顯微鏡下觀察，其內部常見平行條帶狀結構(圖)，還可見暗色和黃色充填物(圖，表1)。
表1 樣品的寶石學特徵 Gemmological characteristics of samples
樣號 質量/ct 顏色 折射率 相對密度 紫外螢光 吸收光譜 內部特徵 R-1 1.01 紅色 1.554~1.562 2.686 無 橙黃區有中等強度的吸收窄帶 ，紫區有弱吸收。 平行的板條狀結構。 R-2 0.74 橙紅色 1.552~1.562 2.690 無 平行的似針狀包裹 體。 R-3 1.11 紅色 1.554~1.562 2.678 無 平行的板條狀結構。 R-4 1.16 紅色 1.552~1.560 2.695 無 較均勻 ，局部平行絲狀物。 R-5 1.05 紅色 1.554~1.562 2.688 無 密集的平行絲狀物。 Y-1 1.75 淺黃色 1.560~1.568 2.685 無 無明顯吸收。 內部潔淨。 Y-2 1.08 淺黃色 1.562~1.568 2.680 無 無明顯吸收。 內部潔淨。
2.2 LA-ICP-MS
採用中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源重點實驗室提供的GeoLas2005-Agilent7500a型鐳射燒蝕電感耦合等離子質譜儀(LA-ICP-MS)分析了2粒樣品的化學成分，測試條件:ArF準分子雷射器(193nm)，鐳射剝蝕孔徑為32μm，雷射脈衝頻率為8Hz，雷射脈衝能量為80mJ。其結果見表2。
表2 樣品的化學成分 Chemical compositions of samples
樣號 | Na2O | MgO | Al2O3 | SiO2 | P2O5 | K2O | CaO | TiO2 | MnO | FeOT | 單位 |
R-2 | 5.73 | 0.080 | 27.90 | 55.20 | 0.0024 | 0.45 | 9.94 | 0.064 | 0.0045 | 0.35 | ωB/％ |
R-3 | 5.74 | 0.081 | 28.10 | 55.20 | 0.0045 | 0.45 | 9.81 | 0.064 | 0.0042 | 0.35 | |
Y-1 | 5.04 | 0.079 | 28.90 | 53.80 | 0.0070 | 0.27 | 11.30 | 0.066 | 0.0051 | 0.40 |
樣號 | Li | Sc | V | Cr | Co | Cu | Zn | Ga | Rb | Sr | Ba | La | Ce | 單位 |
R-2 | 54.40 | 0.54 | 1.47 | 0.480 | 0.420 | 801.00 | 2.68 | 20.80 | 0.72 | 1146 | 129.00 | 1.34 | 2.26 | ωB/ 10-6 |
R-3 | 36.30 | 0.43 | 1.68 | 0.035 | 0.430 | 739.00 | 2.77 | 20.70 | 0.81 | 1135 | 130.00 | 1.29 | 2.26 | |
Y-1 | 1.90 | 0.65 | 1.59 | 0.000 | 0.440 | 1.07 | 1.70 | 19.00 | 0.66 | 959 | 90.70 | 1.64 | 2.77 |
註:部分微量元素因質量分數甚微(< 1 X l0-6)以及其在兩種顏色樣品中的質量分數並無明顯差異而未列出; 資料處理方法: 基於所有金屬氧化物100 ％歸一化的獨立內標分析方法獲得常量與微量元素的質量分數[6]
從表2中可以看出，樣品R-2和R-3的化學成分極其接近，主要為Na2O，CaO，Al2O3，和SiO2，平均質量分數分別為5.74％，9.88％，28.00％和55.20％，K2O的質量分數(0.45％)較少，因此，該樣品屬於斜長石系列。根據其Na2O與CaO的質量分數計算出其分子數比例(Ab:An)為51 : 49(略去K2O的影響)，該2粒紅色長石樣品屬於中長石，靠近拉長石端元。紅色樣品的微量元素的質量分數較高的有Fe,Ti,Cu,Mg,Cu和Sr，其他元素的質量分數甚微。與黃色長石樣品相比可知，Fe,Ti,Mn,Mg和Sr的質量分數無明顯差別，但Cu的質量分數卻相差較大，前者中Cu的質量分數為739X10-6~801X10-6，而後者的僅為1.07X10-6，故筆者認為，Cu可能是紅色長石致色的主要元素。
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| 紅色與黃色長石樣品的紫外-可見吸收光譜 |
2.3 紫外-可見吸收光譜
採用日本產UV-1601型紫外-可見分光光度計對紅色長石與黃色長石樣品進行了紫外-可見吸收光譜測試，測試範圍為200~1100nm，分辨率為0.5nm，透射法，室溫，樣品均被磨成雙面拋光平面，其測試結果見圖。從圖可見，紅色長石樣品在可見光區的主要吸收峰位於566nm附近，其吸收光譜整體趨勢為向藍紫區逐漸增強，紅區透過較好，導致其呈現紅色;而黃色長石樣品的主要吸收峰位於382, 422nm處，且382nm處的最強，422nm處的為弱吸收肩峰。
黃色長石樣品位於385,422nm處的尖銳吸收峰與四面體位Fe3+的d-d電子躍遷有關[2,7,8];紅色長石樣品中566nm處的吸收峰與美國俄勒岡州產紅色長石的特徵相似(圖)，推測與Cu有關[2]。因此，筆者認為，Cu是導致紅色長石樣品呈現紅色的主要原因。
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| 俄勒岡紅色長石與摻Cu紅寶石玻璃的紫外-可見吸收光譜 [2] |
3 討論
根據以上測試結果與分析，在該紅色長石樣品中，Cu元素對其顏色有十分重要的作用。但 Cu究竟以怎樣的形式存在於該長石中? 是以微細的雜質包裹體形式存在，還是滲入晶體結構中?
另外，還有一個更重要的問題: Cu元素是否是人為加入?從樣品的內部特徵及顏色分佈上看，其紅色常呈條帶狀沿雙晶面分佈，但也可常看到紅色並不一定都有規律，即使都沿著雙晶面分佈，也不能證實是人工所為，自然界形成的寶石礦物沿著特定方向出溶包裹體的情況也有發生。由於樣品為小顆粒刻面成品，無法瞭解其在宏觀上的顏色分佈特徵。因此，目前尚無確定性證據判斷其為天然或擴散處理的，還需更多的樣品和研究工作進一步確定。
4 結論
通過以上分析，可以得出以下幾點:
1. 紅色長石樣品的折射率為1.552~1.562，雙折射率為0.008~0.010 ; 相對密度為2.678~ 2.695 ; 無螢光，弱多色性; 其分光鏡觀察顯示，在橙黃區有中等強度的吸收帶，紫區有弱吸收;內部常見平行條帶狀結構;
2. LA-ICP-MS測試結果表明，該紅色長石樣品屬於中長石，接近拉長石端元;其Cu的品質分數為739X10-6~801X10-6，遠高於黃色長石樣品中的，推測其紅色應與Cu元素有關;
3. 紫外-可見吸收光譜結果顯示，該紅色長石樣品在可見光區的主要吸收峰位於566nm處，與Cu元素有一定關係。
