• Michael Miao

剛玉鑑定:紫外可見光(UV-VISIBLE)光譜儀對於深層染色(鈹擴散)處理的鑑定|紅寶石、藍寶石鑑定

更新日期:2月 3


各式顏色鮮豔動人的彩色剛玉,是時下很多消費者的最愛。


藍寶石價值僅次於鑽石,優化處理常見


剛玉家族的藍寶石是珠寶市場上重要的寶石,其聲名僅次於鑽石,銷售量極大。所以出現了很多優化處理,最常見的一度燒熱處理(僅加熱無添加外來物)已被普羅大眾接受。異物填充的優化寶石也不難鑑定,但不常見,主要是以紅寶石為主。再來就是表面擴散或是深層染色鈹擴散處理剛玉;以目前的局勢來說,比較讓鑑定者頭痛的應該就是鈹擴散處理剛玉了。


表面擴散處理


由2003年GIA夏季號的資料可得知,關於擴散處理的剛玉,可追溯自1970年代,Crowning Shield提出一種可由外來的添加物Ti(為藍寶石致色元素)由表面自內為剛玉加色的優化處理方式,但被發現者多為藍色,甚少發現粉紅及橘色寶石,這是剛玉成功經由表面擴散改色的先例。這類表面擴散處理的剛玉,可以把寶石浸入二碘甲烷3.32比重液觀察是否有寶石切割面表層色帶聚集的情況發生以和天然剛玉區別。


深層擴散處理


除了表面擴散的優化處理方式,尚有深層擴散的處理方式。IUPAC(國際理論與應用化學聯盟)將這種將外來物質經由固體移入的過程稱為晶格擴散(Lattice Diffusion)。其實早在2002年之前,泰國的寶石市場就已經發現了鈹處理的剛玉,特別是在日本的市場更風行。2002年初AGTA以精密的元素分析儀器,從那些有問題的剛玉中檢測出了低分子量的鈹元素(Be),以直接證據證明含有鈹元素。


鈹處理


鈹處理剛玉是利用深層擴散(Bulk Diffusion)或晶格擴散(Lattice Diffusion)的原理,使天然剛玉的顏色改變,常見的顏色有黃色、橙色、棕色,特別是讓淡或無色的剛玉產生很完美的黃橙色或者是把粉紅色剛玉變成Padparadcha的顏色及鮮豔的橘色。有時也將帶藍心的紅寶石處理成顏色較好的紅寶石,以及將深色藍寶石的藍降低,使之看起來不那麼的黑。


這種鈹擴散處理過的剛玉,經過了比傳統不添加外來物質更長時間的加熱處理,所以在放大觀察的時候,晶體的內部亦會有一些顯示出較長時間的加熱處理的特徵出現。一般傳統寶石學鑑定,僅需要善用顯微鏡的放大觀察,可發現大部分鈹擴散處理剛玉和一般天然剛玉內含物的不同



由拉曼電腦定位程式(100X顯微鏡下)擷取的圖,可見到剛玉經長時間加熱的證據,中間的晶體由拉曼光譜分析(圖右)得知為金紅石(Rutile)晶體。寶石研究文獻一般稱之為”Blue Core”,為剛玉在長時間高溫加熱下,內含物金紅石分解擴散出的Ti,為晶格擴散黃色剛玉中較常見的現象。


本次實驗主要以藍色剛玉為實驗標的,此次實驗包含三種樣本:


(一)鈹擴散處理藍色剛玉(由高嘉興及日本KIAI提供樣品),並請請雲陽科技代為以Libs偵測,皆具有鈹擴散處理的峰型。

(二)表面擴散處理藍色剛玉。

(三)天然未經人工擴散處理的藍色剛玉。


測試拉曼圖譜結果如下圖:


由上圖的拉曼圖譜可發現剛玉的主要指紋譜峰(378cm-1、416cm-1、750cm-1)都有出現,且整體的峰型約略一致,故無法明顯區分三者;惟中間綠色線圖的表面擴散處理藍色剛玉指紋區的波形較上下兩者不同,推測可能為產地不同所致,後續可針對此議題研究。


因為無法以拉曼光譜儀來鑑定是否確經鈹擴散處理,於是接著進行紫外可見光(UV-Visible)光譜的實驗。紫外可見光(UV-Visible)也是一種光譜偵測儀器,本次測試的紫外可見光儀器可偵測的波長範圍介於200nm~1025nm,涵蓋了長短波紫外光(200~400nm部分)、可見光(約400~700nm部分)以及一部分的近紅外光範圍(約700~1025nm部分)。目前國際的鑑定機構多將此儀器使用在彩鑽的鑑定,包含阿蓋爾(Argyle)粉紅鑽的產地證明、人工輻照處理綠色鑽石的鑑定及一些彩鑽是否為天然色的鑑定。


寶石的美,有一大部分是美在其豐富的顏色,而人的肉眼可以見到的顏色即是可見光譜,都被包含在紫外可見光光譜儀可偵測的範圍。鈹擴散處理剛玉,廣義的來說可算是一種染色優化處理,在鈹的存在下讓顏色較無市場性的剛玉經由晶格擴散的方式,讓顏色變好,但是這是屬於添加外來物質的熱處理,目前仍不被寶石市場接受。所以擴散處理的剛玉和天然剛玉,其顏色的致色型態可能有差別,故也可能因為這些差別,造成肉眼觀察染色優化處理寶石和天然寶石時所產生的異樣感覺。甚至有時一些感覺比較敏銳的人,能夠經由肉眼的觀察,初步的鑑別各種寶石,這原因應該是各種寶石所散發出不同的色相、明暗及飽和度組合,映入人類肉眼時產生的細微差異所致。紫外可見光的原理即是將這些和顏色相關的特徵,轉換成精密儀器可量化出的光譜圖,寶石學家可能可以經由這些偵測出來的光譜,找出天然寶石以及優化處理後寶石的差別,使用在優化處理寶石的鑑定。

實驗的紫外可見光圖譜結果如下:


上圖為表面擴散處理剛玉、天然藍色剛玉以及鈹擴散處理剛玉三類不同樣品的紫外可見光譜圖。


由圖譜可看出來,在450nm附近的峰型(正好為可見光的藍色靛色波長範圍),鈹擴散染色處理藍色剛玉的圖譜要較表面擴散處理以及天然未經人工擴散處理的藍色剛玉曲線的波形起伏大,推測可能因為人工的短時間進行晶格染色成藍色的過程,沒有天然的染色那麼緩慢、平順,故反映在儀器偵測上面的圖譜的線形起伏較劇烈。表面擴散的藍色剛玉因為僅擴散至表面,所以峰型的起伏又較鈹擴散處理藍色剛玉緩和,但仍然比天然剛玉的波形起伏大些。因此可利用紫外可見光來輔助測試出是否為經擴散處理剛玉。


但紫外可見光的光譜終究非直接證據證明寶石中含有過量的鈹元素。目前只能由圖譜波形的平緩或者起伏大,推論出可能有問題的寶石。仍須配合傳統寶石學鑑定及其他儀器,才能更精準確認有問題的鈹擴散處理寶石。本次實驗,主要是以藍色的剛玉為主,後續還需就各種常見顏色的剛玉,如紅色、黃色的剛玉,亦進行各式鑑定分析,合併比對,才能將鈹擴散處理剛玉的鑑定問題解決。


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