曹姝旻 亓利剑
(中国地质大学珠宝学院,武汉)
人工合成翡翠技术的研究始于上世纪60年代。1963年，贝尔(Bell) 和罗茨勃姆发现翡翠是一种低温高压矿物，必须在高压条件下才能合成，至此开始了真正意义上的翡翠合成研究工作。80年代，我国吉林大学和中科院长春应用化学所、中科院贵阳地化所等单位也进行了合成翡翠的试验。但由于实验条件和设备所限,难以实现硬玉由非晶质向晶质体的全面转化，同时，致色离子Cr3＋难以进入其晶格中，最终合成硬玉样品属非宝石级，仅为不等量的硬玉微晶和玻璃体的混合物。上世纪八十年代，美国的通用电气公司（GE）相继开始了合成翡翠的研究。2002年，GIA首次对GE宝石级合成翡翠作了简要的报导。迄今，人们对这类宝石级合成翡翠的特征了解甚少。
电子探针分析结果表明，GE合成翡翠化学组成相对较纯，其主化学成分为：ω（SiO2）=59.74～61.72%、ω（Al2O3）=23.90～24.97%、ω（Na2O）=13.65～14.85%，含微量ω（Cr2O3）=0.05～0.07%、ω（K2O）=0.02～0.04%、ω（CaO）=0.02～0.06%。其中，Cr3+以类质同象形式替代Al3+而占据MⅠ位；K+、Ca2+则替代Na+占据MⅡ位。与天然翡翠相比，GE合成翡翠化学成分以贫铁为特征，且钙、镁相对含量明显偏低。GE合成翡翠多为绿色～黄绿色，半透明，微晶结构为主，局部为斑状结构，玻璃光泽。折射率：1.66（点测），密度：3.31～3.37g/cm3。紫外灯下，LW 蓝白弱荧光，SW 灰绿中强荧光。
红外吸收光谱测试结果表明，GE合成翡翠显示一组（3373、3470、3614 cm-1）与天然翡翠截然不同，且由羟基伸缩振动致红外吸收谱带。由此证实，GE合成翡翠内存在微量的水分子，是在高温高压和水的参与下结晶而成。据此可作为鉴别GE合成翡翠的重要证据。图2表明，GE合成翡翠中由νas（Si-O-Si）反对称伸缩振动致红外吸收强谱带主要出现在1089 cm-1处，位1154cm-1处仅显示弱肩峰。反之天然翡翠中，由于钙、镁等杂质元素不等量替代铝，易导致νas（Si-O-Si）反对称伸缩振动致红外吸收谱带漂移；由1014、946、870 cm-1组成的一组红外吸收谱带为νas（O-Si-O）反对称伸缩振动所致；由νs（Si-O-Si）对称伸缩振动致红外吸收谱带仅出现在752、670 cm-1 处；由δ（Si-O）弯曲振动致红外吸收中强谱带出现在602cm-1处；541、500 cm-1处的红外吸收谱带属ν（MCr-O）伸缩振动所致，与天然翡翠中ν（MCr，Fe-O）伸缩振动致红外吸收谱带表现出的特征存在一定的差异。整体而言，在红外光谱指纹区内，GE合成翡翠和天然翡翠的红外主吸收谱带差异特征不甚明显。
拉曼光谱测试结果表明，在GE合成翡翠的链状硅氧骨干中，Si-O键主要以两种基本形式存在，即非桥氧（Si-Onb）和桥氧（Si-Obr）。图3显示，GE合成翡翠的拉曼光谱中，由Si-Onb伸缩振动致拉曼谱峰主要出现在1039 cm-1处，988 cm-1拉曼谱峰为Obr键-键相互作用所致。由Si-Obr伸缩振动致拉曼谱峰位700 cm-1处，而O-Si-O弯曲振动通常出现在521～524cm-1处。相比之下，天然翡翠与GE合成翡翠的拉曼谱峰的差异特征不明显。
利用光纤微光谱仪（USB2000）在室温条件下，采用反射法对GE合成翡翠的可见吸收光谱进行了测试。结果表明（图4），GE合成翡翠的致色离子主要为Cr3+，从Cr3+的3d3电子组态导出的自由离子谱项为：基谱项 4F，激发谱项为4P、2G、2D等。八面体场中，由基谱项 4F分裂为三个能级，即4A2、4T2、4T1。在可见光区域内，出现两个强而宽的吸收带，即分别由4A2 → 4T2（630nm）；4A2 → 4T1（445nm）能级之间跃迁所致。d电子在4A2 → 4T2和 4A2 → 4T1能级间跃迁过程中，分别吸收1.97和2.79 eV能量，未被吸收的残余能量组合成GE合成翡翠的颜色。与GE合成翡翠的可见吸收光谱不同之处在于，天然翡翠中普遍存在Fe3+以类质同象形式替代Al3+的现象，因而在可见光蓝紫区内，出现由Fe3+外层d电子跃迁6A1 → 4E + 4A1 (4G) 而导致的437nm弱吸收峰，这与EPMA的分析结果相吻合。
在电子束的激发下，GE合成翡翠多发出很强的亮红色光，同时，与晶体生长环境相关的微晶CL结构得以显示。硬玉微晶局部呈平行定向排列或卷曲～微波状构造，由此而区别于天然翡翠。
综上，依据GE合成翡翠表现的内部结构、由其羟基伸缩振动致一组特征的红外吸收谱带、贫铁富铬的可见吸收光谱及CL发光特征，有助于鉴别之。
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