不同产地翡翠的紫外-可见吸收光谱特征研究

马 平，沈锡田，仲 源，罗 恒

1.中国地质大学(武汉)珠宝学院，湖北 武汉 430074 2.湖北国土资源职业学院，湖北 武汉 430090

引 言

翡翠被誉为“玉石之王”，是由硬玉为主要矿物成分的岩石，通常存在于高压低温成因的蛇纹岩混杂岩体内，被认为是洋壳俯冲作用的产物，目前在国际珠宝市场宝石级的翡翠主要来自缅甸。翡翠矿床成矿条件极其苛刻，翡翠资源的稀缺性使得行业内对新产地品种的关注度提升，由于地质背景及成矿环境的相似性，危地马拉、俄罗斯等地也有商业级硬玉岩(翡翠)产出，缅甸翡翠在颜色、透明度、质地、净度等方面有较高品质。随着缅甸翡翠资源的逐渐枯竭，而市场对之需求却日益剧增。为了满足市场的强烈需求，来自其他产地的翡翠冒充缅甸翡翠获取价格上涨。迫切需要一种可靠的定量方法来确定地理起源，保护翡翠消费者利益。

由于不同产地翡翠具有相似的标准宝石学性质，如颜色、透明度、光泽、折射率、比重和主要元素组成，有研究运用岩相学与矿物学分析方法对危地马拉和缅甸的硬玉岩的成因及成矿地质背景进行过较为广泛的研究。从不同产地翡翠生成时代、矿物组合、硬玉中端员组分的含量等方面探讨不同产地翡翠。

研究中采用紫外-可见分光光度计对缅甸、俄罗斯、危地马拉翡翠进行系统测试分析，发现不同产地翡翠品种其紫外-可见吸收光谱峰强度存在一定的差异。采用紫外-可见分光光度计、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪获得三地翡翠样品的化学成分与谱学特征，探讨三个产地翡翠样品紫外-可见吸收光谱峰值与化学元素含量的相关性，为翡翠产地快速鉴别提供谱学依据与理论基础。

1 实验部分

1.1 样品

我国主要的翡翠市场收集来自缅甸、危地马拉、俄罗斯3个国家的翡翠样品，样品选取市场上不同产地代表性翡翠，在中国地质大学(武汉)珠宝学院宝石实验室中，经过珠宝常规仪器鉴定和确认，不同产地翡翠的宝石学性质一致。

收集了22个翡翠样品测试。为了避免厚度对测试结果的影响，将每个样品制作为薄片，厚度为1 mm，其中缅甸翡翠7个、危地马拉翡翠8个、俄罗斯翡翠7个(见表1、图1)。

表1 不同产地翡翠样品

图1 缅甸、危地马拉、俄罗斯翡翠样品

1.2 方法

原位微区主微量元素质量分析在武汉上谱分析科技有限责任公司利用LA-ICP-MS完成, 详细的仪器参数和分析流程见文献[1-3]。GeolasPro激光剥蚀系统由COMPexPro102ArF193nm准分子激光器和MicroLas光学系统组成, ICP-MS型号为Agilent7700e。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度。激光束斑和频率分别为44 μm和5 Hz。单矿物微量元素质量分数处理中采用玻璃标准物质SRM610，BHVO-2G，BCR-2G和BIR-1G进行多外标无内标校正。每个时间分辨分析数据包括大约20～30 s空白信号和50s样品信号。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正以及元素质量分数计算)采用软件ICPMSDataCal[1-3]完成。

紫外-可见吸收光谱测试在中国地质大学(武汉)珠宝学院实验室完成，使用PerkinElmer公司的Lamb-da650s紫外-可见分光光度计。测试条件：采用透射法，测量范围350～800 nm，扫描间隔1 nm，扫描速度267 nm·min-1，纵坐标用吸光度(A)表示。

1.3 翡翠的紫外-可见吸收光谱特征

翡翠主要矿物为硬玉，是单链状硅酸盐矿物。其晶体化学式M2M1Si2O6，硅氧四面体以角顶连接成沿一个方向无限延伸的链，晶体结构中，硅氧骨干[SiO4]四面体中部分Si常被Al替代，形成[AlO6]八面体，规则八面体配位的阳离子占据 M1位置，即 Al3+，Fe2+，Fe3+，Cr3+，Ti4+，Mn2+等离子；发生畸变的八面体配位中阳离子占据M2位置，即Ca2+，K+，Na+离子。

翡翠的紫外-可见吸收光谱中存在两个明显的吸收区域，紫区437 nm的吸收峰为Fe3+的吸收，430 nm处的吸收峰为Mn2+的自旋禁阻跃迁所致[4]，其中，缅甸翡翠437和430 nm吸收系数峰值相对最小，437 nm紫外-可见吸收系数峰值范围在0.25～0.92之间，430 nm紫外-可见吸收系数峰值范围在0.23～0.87之间[图2(a)]。危地马拉翡翠437和430 nm吸收系数峰值相对最大，437 nm紫外-可见吸收系数峰值范围在0.81～2.22之间，430 nm紫外-可见吸收峰值范围在0.79～2.10之间[图2(b)]。俄罗斯翡翠437和430 nm吸收系数峰值相对中等，437 nm紫外-可见吸收系数峰值范围在0.66～1.07之间，430 nm紫外-可见吸收系数峰值范围在0.62～1.04之间[图2(c)]。430和437 nm紫外-可见吸收系数峰值大于1.1为危地马拉翡翠，430和437 nm紫外-可见吸收系数峰值小于0.62区域为俄罗斯翡翠[图2(d)]。

2 结果与讨论

三个翡翠产地UV-Vis 430 nm吸收系数峰值与MnO元素含量线性回归方程为y=22.47x+0.40，皮尔逊相关系数为0.872，显示430 nm处紫外-可见吸收系数峰值与MnO含量之间为正相关关系[图3(a)]，MnO含量越高，430 nm处紫外-可见吸收系数峰值越高[图3(b)]，三个翡翠产地UV-Vis 437 nm吸收系数峰值与FeO元素含量线性回归方程为y=0.61x+0.22, 皮尔逊相关系数为0.981, 接近1，指示437 nm处紫外-可见吸收系数峰值与FeO含量之间接近完全正相关关系，FeO含量越高，437 nm处紫外-可见吸收系数峰值越高(表2、图3)。危地马拉翡翠Fe，Mn元素含量最多，紫外-可见吸收系数峰值范围最高，Fe，Mn等元素类质同相替代现象对含硬玉岩的品质具有一定的影响，导致危地马拉翡翠颜色普遍偏暗。

图3 不同翡翠产地UV-Vis 437和430 nm吸收系数峰值与MnO，FeO元素含量线性相关性

表2 不同翡翠产地MnO，FeO含量与紫外-可见吸收光谱强度

根据不同产地翡翠的紫外-可见吸收光谱可以看出，430 nm处吸收系数峰值范围大于1.1，437 nm处吸收系数峰值大于1.1时，为危地马拉翡翠，430 nm处吸收系数峰值范围小于0.62，437 nm处吸收系数峰值小于0.66时，为缅甸翡翠，430 nm处吸收系数峰值范围0.62～1.1，437 nm处吸收系数峰值大于0.66～1.1时，俄罗斯翡翠与危地马拉及缅甸翡翠区域重合。为三个产地翡翠共同区域[图2(d)]。使用紫外-可见吸收光谱技术辨别翡翠产地，提供了一种快捷、省时、方便的测量分析方法。