戴玨 錢偉吉 吳嵩 / 上海市計量測試技術(shù)研究院

0 引言

達(dá)碧茲不是一種寶石，而是一種寶石特殊的生長現(xiàn)象，并不是僅見于祖母綠中，應(yīng)該說凡是三方晶系或者六方晶系的寶石都有可能有達(dá)碧茲。達(dá)碧茲結(jié)構(gòu)由獨(dú)特的六邊形和放射狀旋臂色帶，以及微小云霧狀包裹體構(gòu)成。在達(dá)碧茲這種特殊結(jié)構(gòu)的寶石中，祖母綠有典型的代表性意義，本文研究的寶石主要就是達(dá)碧茲祖母綠。

由于祖母綠的價格比較高昂，而達(dá)碧茲祖母綠的特殊性使其在市場上變得較為稀有，越來越多的人開始關(guān)注這類結(jié)構(gòu)奇特的寶石，這類寶石在市場上也越來越受歡迎。達(dá)碧茲祖母綠的“核”和六條綠“臂”也一直是研究的重點(diǎn)。隨著X射線能譜技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用于寶石學(xué)方面的測試也越來越普及。本文通過X射線熒光能譜測試技術(shù)對達(dá)碧茲祖母綠的光譜學(xué)特征進(jìn)行研究，特別對其“核”和“臂”進(jìn)行研究，對進(jìn)一步確定達(dá)碧茲結(jié)構(gòu)的形成具有重要意義。

1 達(dá)碧茲祖母綠光譜學(xué)特征

達(dá)碧茲祖母綠的結(jié)構(gòu)及X射線熒光光譜。

1.1 實驗儀器

主要儀器為日本島津公司的能量色散型X射線熒光能譜儀EDX-720。

1.2 測試條件

分辨力在150 eV以下；24小時峰漂移不大于5 eV；分析環(huán)境大氣；靶材：銠；管電壓5-50 kV（1 kV/step）；管電流 1-1 000 μA（1 μA/step）；液氮制冷；檢測器有效面積不小于10 mm2。

1.3 方法原理

能量色散型X射線熒光能譜法的基本原理是：當(dāng)樣品被X射線光子所激發(fā)，它就會發(fā)射出樣品中所含元素的特征X射線，每種元素的特征X射線都具有特定的能量。探測這些特征X射線并識別其能量，也就是識別被測樣品中含有哪些元素，這就是定性分析；而具有某種能量的X射線強(qiáng)度的大小，是與被測樣品中能發(fā)射該能量的熒光X射線的元素濃度多少有直接聯(lián)系，測量這些譜線的強(qiáng)度，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，就可以得出被測樣品中各種元素的濃度含量，這就是定量分析。

1.4 測試結(jié)果和分析

達(dá)碧茲祖母綠的特點(diǎn)是石體橫切面有六角形的黑色條紋從中央向外輻射，中間還可以有六角形透明或呈黑色的芯。因其形狀似以前西班牙人用來壓榨甘蔗的磨輪，故取磨輪一詞的發(fā)音為名。

而達(dá)碧茲祖母綠的各種結(jié)晶圖形雖然都保留了六邊形的構(gòu)造，其內(nèi)部的對角線型結(jié)構(gòu)甚至包括晶體芯的六邊形外緣壁的厚度卻變化萬千。有些祖母綠的半徑壁很薄，偶爾會以方解石晶體結(jié)構(gòu)的形式出現(xiàn)；有些以碳酸鹽或半透明礦物形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。在一些情況下，礦物聚集體的校準(zhǔn)排列較為強(qiáng)烈，展現(xiàn)出寬廣且形狀各異的徑向結(jié)構(gòu)，這些徑向結(jié)構(gòu)大多是由不透明礦物，如黃鐵礦等構(gòu)成，這種情況下形成的祖母綠半徑壁很小，呈小平行六面體的形狀。

達(dá)碧茲祖母綠的“核”和“臂”的顏色各不相同，其化學(xué)成分必定也不相同。采用島津EDX-720型X射線熒光能譜儀對樣品進(jìn)行測試，得到樣品成分元素主要有 Si、Fe、Ca、V、Cr等元素，見表 1 和表 2。V、Cr是祖母綠呈綠色的主要致色元素。此外通過對Fe元素的觀察，也可以看出“核”區(qū)、“臂”區(qū)與“扇形生長”區(qū)的區(qū)別，分別見圖1、2、3、4和5。

表1 達(dá)碧茲祖母綠#1 X射線熒光能譜分析

表2 達(dá)碧茲祖母綠#2 X射線熒光能譜分析

2 討論

對達(dá)碧茲祖母綠的研究發(fā)現(xiàn)，其為單晶體，且“核”與其他部分形成于不同的生長階段，具有不同的生長速度，其形成與熔體中富集的各種元素有密切的關(guān)系。

“核”是達(dá)碧茲祖母綠晶體形成的第一步，經(jīng)過X射線熒光能譜儀對于樣品的分析，表明核區(qū)的Fe元素含量最高，顯微觀察發(fā)現(xiàn)，“核”區(qū)有大量的黑色物質(zhì)，推測為Fe的氧化物，在高溫熔體降溫時與剛玉晶體共同析出，散布于“核”區(qū)，并且勾畫出六邊形的邊緣?！氨邸迸c“扇形”區(qū)域是達(dá)碧茲祖母綠晶體形成的第二步，也是結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵。由于在核的形成過程中有其他礦物共晶沉淀，這種共晶沉淀導(dǎo)致界面粗糙化，從而引發(fā)產(chǎn)生各種晶界、缺陷。這種結(jié)構(gòu)對熔體中的雜質(zhì)有很強(qiáng)的吸附能力，導(dǎo)致雜質(zhì)元素在此方向聚集，因此“臂”區(qū)的雜質(zhì)元素含量高于“核”區(qū)，顏色也與“扇形”區(qū)域不同。同時，熔體中的雜質(zhì)元素在“臂”區(qū)富集，也為“扇形”區(qū)域的生長提供了相對穩(wěn)定的環(huán)境，所以該區(qū)域顏色較好，質(zhì)地也較干凈，同時，“扇形”區(qū)域的致色元素V、Cr含量最高，這也同樣印證了該區(qū)域顏色的濃郁與純正。

圖1 達(dá)碧茲祖母綠#1“臂”區(qū)X射線熒光能譜譜圖

圖2 達(dá)碧茲祖母綠#1“核”區(qū)X射線熒光能譜譜圖

圖3 達(dá)碧茲祖母綠#2“臂”區(qū)X射線熒光能譜譜圖

圖4 達(dá)碧茲祖母綠#2“核”區(qū)X射線熒光能譜譜圖

圖5 達(dá)碧茲祖母綠#2“扇形”區(qū)X射線熒光能譜譜圖

3 結(jié)語

用X射線熒光能譜儀來測定達(dá)碧茲祖母綠中的主要與痕量元素，可以對其形成機(jī)理與顏色分布有一定的輔助解釋作用。同時，應(yīng)采用更多檢測手段來對比，從而進(jìn)一步證明此結(jié)果。