The Spectral Characterization of Blue Spinel and Other Blue Gemstones with the Alexandrite Effect

In gemmology,the term“Alexandrite effect”is used to describe colour change phenomenon when a gemstone is observed under different light sources,usually between daylight and incandescent light.The definition of the Alexandrite effect is constantly being broadened with new discovery of gem resource.The traditional definition of the Alexandrite effect attributing the colour change phenomenon to the presence of two maximum transmission regions and a maximum absorption region in the absorption spectra.In this study,7 blue spinels and 5 blue gemstones(including tanzanite,kyanite,fluorite,and 2 sapphires)showing the Alexandrite effect were investigated.The goal is to explain the cause of blue-to-violet Alexandrite effect and the spectral features causing such colour change.In the UV-Vis spectra,all samples showed a maximum absorption peak in the range of 534-610 nm,within the green region to orange region.The traditional explanation of green to red Alexandrite effect required a transmission window in the red region;however,some of our samples did not show this transmission window and the blue-to-violet Alexandrite effect was still visible.Therefore,it is incomplete to explain the mechanism of the Alexandrite effect according to their characteristic absorption spectra,a systematic study based on modern colour science and colour perception in human vision is required to elucidate the blue-to-violet Alexandrite effect.

机器学习在橄榄石产地溯源中的应用

宝玉石产地溯源中常采用的元素投图法存在一定局限性,如元素选择的主观性、对原始样品的依赖以及二维投图中多产地的分布重叠。机器学习算法在医疗诊断、农作物溯源等分类场景已有广泛应用,其中线性判别分析算法在宝玉石产地判别中已有不少研究,但其他算法提及得相对较少。本研究以三个产地(河北大麻坪、吉林意气松、朝鲜长渊郡)的橄榄石样品为例,基于激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)检测数据,使用Python语言进行数据处理和建模,分析了元素的选择对于线性判别效果的影响。结果表明选择相关性小且产地分布差异大的元素可以提高模型准确率,选择10种元素(Mn、Zn、Na、Al、Sc、V、Cr、P、Ti、REE)建立的线性判别模型的交叉检验准确率为0.889,优于采用检出限以上的所有元素建模。在10种成分基础上,对比了不同机器学习算法(线性判别分析、支持向量机、决策树、随机森林和反向传播神经网络)的判别效果,发现非线性算法的准确率普遍较高,其中支持向量机综合效果较好。

拉曼光谱对含Cr镁铝尖晶石热处理及其有序-无序相变研究

尖晶石的有序-无序相变作为尖晶石的一种重要性质,在国内缺少相关研究成果。运用拉曼光谱仪通过785nm激光在液氮环境下激发含Cr的宝石级天然粉红色尖晶石,避免了532nm激光激发下产生的469nm的荧光峰和在常温测试下由于热振动对光谱的影响,得到清晰尖锐的拉曼光谱,为拉曼光谱参数的分析奠定基础。同时通过对一颗Cr元素致色的天然粉色镁铝尖晶石进行热处理使尖晶石逐步发生有序-无序相变,并反映在拉曼光谱的谱峰参数之中。各项参数分析结果显示,尖晶石的拉曼光谱主要由Eg,T2g(1),T2g(2),N3和Ag,五种振动模式产生,其谱峰位置分别为407.8,312.4,667.5,720.0和769.0cm^(-1);尖晶石拉曼光谱谱峰参数在800℃时发生突变:各谱峰半高宽和各峰相对主峰Eg峰的相对强度明显增大,常温下几乎不可见的N3峰在高温处理后出现,并且T2g(1)峰向低波数偏移,T2g(2)向高波数偏移,同时峰的对称性逐渐消失。研究结果表明尖晶石的有序-无序相变可以通过拉曼光谱检测并且可以通过谱峰参数:半高宽、谱峰相对高度等进行半定量表征。由于拉曼光谱具有的无损检测特点,使其成为宝石级热处理尖晶石鉴定应用的重要参考依据之一。

不同产地常见琥珀品种的三维荧光光谱特征

为全面地探究波罗的海、多米尼加共和国、墨西哥、缅甸和中国辽宁抚顺琥珀的荧光特征,本文采集了来自5个产地的常见的黄色调琥珀品种的三维荧光光谱,并对比分析荧光特征。结果发现:(1)波罗的海琥珀在350 nm光源激发时,发射出最强的435 nm附近的荧光峰;(2)多米尼加琥珀发射出一组以445,474 nm和508 nm为中心的特征荧光峰,在440 nm光源激发时最强,415 nm光源激发次之;(3)墨西哥琥珀荧光特征规律性较弱,通常最强荧光峰在420~465 nm的蓝紫区内变化;(4)缅甸琥珀的最强荧光峰位于426 nm附近,其对应的最佳激发波长为375 nm。同时,缅甸琥珀在紫外光区出现了一组以334,347 nm为中心的弱发射峰,其最佳激发波长均为295 nm;(5)抚顺琥珀与缅甸琥珀发光行为相似,不同的是其最强发射峰以414 nm为中心,被365 nm光源最佳激发。在紫外光区的两弱荧光峰分别以360,399 nm为中心,最佳激发波长均为290 nm;(6)同在375 nm激发光源下,各产地琥珀的最强发光峰波长呈波罗的海>多米尼加共和国>墨西哥>抚顺≈缅甸的大小关系。

国内宝石学科研究热点及趋势探讨——基于《宝石和宝石学杂志(中英文)》的知识图谱分析

文章采用文献计量法,以1999年至2019年期间中国学术期刊网络出版总库(CNKI)收录的1362篇刊发在《宝石和宝石学杂志(中英文)》上的期刊论文为研究对象,运用知识网络分析工具从时空分布、关键词聚类、热点词突显方面,绘制国内宝石学研究知识图谱,得到国内宝石学科研究热点及趋势为:(1)宝石学科属于易于与其他学科发生交叉融合的“弹性学科”,但目前国内的宝石学研究方向纷杂,聚焦性不足;(2)国内宝石领域的研究机构之间的合作不紧密;(3)研究者对同一课题的深入研究的持续动力不足;(4)国内宝石学领域研究论文的热点仍聚焦在与地质学相关的传统研究方向,新发展的学科方向的理论支撑不足,缺乏研究的系统性和深度。文章探讨宝石学科发展演进,旨在为其在高校双一流建设和行业发展双重背景下的发展提供数据参考。

以学生为中心,提升课程质量的教学改革探究——以《钻石分级》课程为例

为提高课程教学质量和培养新时期高质量的珠宝人才,本文以《钻石分级》课程为例,开展以学生为中心的实践教学改革探索。通过实行多元化的教学方式,如线上和线下混合式教学、利用“雨课堂”等智慧教学工具,有效提高学生的学习效率,促进师生间及学生间的互动;为满足目前教学需要,重新编写教材,加入彩色钻石分级等内容,建设融合纸质教材、数字化教材和课堂教学的一体化教材;将学生的学习体验和学习收获作为教育目标,改革课程评价模式由单一的考试升级到融于教学全过程进行过程性评价,从课堂表现、实践分级、调研报告、结课论文几个方面来进行综合考核。最终实现从“以教师为中心”向“以学生为中心”的教学方式的转变,促进学生自主学习和综合能力的培养。

常见翡翠的三维荧光光谱特征研究

翡翠为一种珍贵的玉石。不同品级的翡翠价值差异巨大,翡翠经充填、染色等处理以提高外观质量,并冒充天然翡翠。鉴别翡翠就显得非常必要。全面收集了市场上常见的A,B,C,不同颜色B+C货翡翠样品,在常规宝石学特征描述的基础上,进行了三维荧光光谱测试。三维荧光光谱技术是近年发展起来的一门新的荧光分析技术,该技术在宝石学方面还未得到广泛应用。目前主要依赖红外光谱对经充胶处理的宝石进行无损检测,其测试结果会受到样品表面抛光程度及样品透明度的影响,三维荧光光谱技术对样品抛光程度及透明度要求不高,在一定程度上能避免红外光谱由于抛光程度、透明度对测试结果的影响,采用三维荧光光谱技术对市场上不同处理类型翡翠样品的三维荧光光谱特征进行分析,结果显示:除A货翡翠没有荧光反应外,B货翡翠荧光中心多集中在380 nm(λ_(ex))/440 nm(λ_(em)),在长波紫外灯下具有中强蓝白色荧光。C货翡翠荧光中心集中在365 nm(λ_(ex))/443 nm(λ_(em)),在长波紫外光下呈弱紫色荧光,B+C紫色翡翠荧光中心集中在365(λ_(ex))/443 nm(λ_(em)),长波紫外光下具有蓝紫色荧光。B+C绿色翡翠荧光峰值主要集中在290(λ_(ex))/308 nm(λ_(em)),短波紫外光下具有弱蓝白色荧光。B+C黄色翡翠荧光峰值集中在335(λ_(ex))/377 nm(λem),长波紫外光下具有弱绿色荧光。B+C红色翡翠荧光峰值为290(λ_(ex))/308 nm(λ_(em)),长波紫外光下具有弱绿色荧光。在255 nm激发光源下时,不同处理类型翡翠发光范围集中在紫-蓝区域,发光中心波长呈B+C绿色翡翠>B货翡翠>C货翡翠,在365 nm的激发光源下,翡翠样品的荧光明显强于短波,不同处理类型翡翠发光范围集中在紫-绿区域,发光中心波长呈B+C黄色翡翠>B+C绿色翡翠>B+C紫色翡翠>C货翡翠>B货翡翠的大小关系。三维荧光光谱有助于表征树脂,有机染料及金属染剂,它能快速有效鉴别不同方法处理的翡翠类型。

俄罗斯富钒型水热法合成祖母绿的紫外-可见-近红外光谱表征

祖母绿为绿柱石族中铬(Cr)、钒(V)共同致色的宝石种,合成历史悠久,技术不断改进,新配方产品不时出现。近期市场上出现一种新型水热法合成祖母绿,颜色亮丽,外观可与哥伦比亚天然祖母绿媲美,经初步分析发现其为V致色合成祖母绿。为了探究其特征,运用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)、紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)分光光度计进行详细研究,旨在获得其化学成分中致色元素含量及UV-Vis-NIR吸收光谱特征,分析致色原因,并寻求与天然祖母绿的相区别的方法,为检测机构提供重要数据信息。化学成分研究表明,该合成祖母绿为纯V致色,具有富V贫铁(Fe)的特征,铜(Cu)在不同批次样品中,含量差别较大,而Cr及其他致色元素含量大多低于检测限。作为对比的传统富Fe型水热法合成祖母绿样品,则具有高Cr高Fe的特征。此外,含有较高的镍(Ni)及微量钛(Ti),锰(Mn),Cu,而V含量则低于检测限。新型合成祖母绿的紫外-可见吸收光谱呈现典型的钒元素的吸收光谱特征,在紫区430 nm、橙红区617 nm处显示两个宽大的吸收带。此外在约390和680 nm附近分别有一肩峰,多数样品在756 nm处有一弱吸收峰。430 nm吸收带归属于V^(3+)的d电子[^(3)T_(1g)(^(3)F)→^(3)T_(1g)(^(3)P)]自旋允许跃迁,617 nm吸收带归属于V^(3+)的d电子的^(3)T_(1g)(^(3)F)→^(3)T_(2g)(^(3)F)自旋允许跃迁,756 nm吸收峰为Cu^(2+)所致,该吸收光谱特征与传统富Fe型合成祖母绿明显不同。天然祖母绿大多具Fe^(3+),Fe^(2+)及Cr^(3+)的吸收光谱组合特征,较容易与该合成祖母绿区分;少数纯V致色天然祖母绿,虽然同样具有V元素特征的吸收峰,但由于同时具有在810~830 nm附近Fe^(2+)的特征吸收带,也能与富V型合成祖母绿区别。近红外区,主要在1 402,1 467和1 895 nm处显示I型水相关吸收峰,也可与天然祖母绿区别。紫外-可见-近红外光谱是鉴定天然祖母绿与合成祖母绿的一个有效手段,但要结合其他鉴定信息,如包裹体、分子振动光谱等,避免新合成配方祖母绿的出现而导致错误的鉴定结论。

淬火天然与合成紫黄晶显微中红外光谱研究

紫黄晶是珍贵的水晶变种,其紫-黄色区域分别具有特征的中红外吸收光谱,在不同温度具有不同变化规律,这些规律无法在单次、单点实验中加以总结。实验通过热处理和显微红外光谱技术,对不同温度淬火紫黄晶的紫-黄色区进行线扫描,分析一系列温度、空间变化下的中红外光谱,实验表明水对于紫黄晶的颜色影响不大,在加热过程中谱线会发生规律性变化。紫色区3 585和3 614cm^(-1)尖锐峰、3 400cm^(-1)附近宽泛峰同时变化表明宝石在受热过程以结构水变化为主,而受热后紫色区的特征峰减弱及黄区特征峰增强的现象可能与结构水中H+或其他阳离子的移动有关。同时发现对于热处理产生的黄晶,中红外光谱仍保持紫晶特征吸收光谱。

颜色不稳定黄色蓝宝石的谱学特征与颜色成因

颜色不稳定黄色蓝宝石广泛存在市场中,如何有效鉴别颜色不稳定黄色蓝宝石的特征是当前宝石学研究的热点。利用改色实验、紫外-可见光谱(UV-Vis)、三维荧光光谱对颜色不稳定黄色蓝宝石进行深入的谱学特征研究。改色实验表明斯里兰卡黄色蓝宝石中部分存在光致变色的现象,短波紫外光会导致样品着色,而太阳光会导致样品褪色。紫外光照后黄色蓝宝石的颜色由稳定部分和不稳定部分共同组成。颜色不稳定蓝宝石的“着色态”和“褪色态”紫外-可见光谱可见明显的蓝紫区吸收,这可能与蓝宝石中O^(2)-—Fe^(3+)的电荷转移有关,导致了蓝宝石稳定的黄色调。蓝宝石的紫外-可见光谱在“着色态”相比“褪色态”可见明显的蓝紫区吸收增强,可能由于紫外光照射增强了O^(2)-—Fe^(3+)之间的电荷转移。紫外-可见光谱测试表明样品中具有弱的与Fe有关的吸收峰,这与样品含有较低的Fe含量一致,不足以产生稳定黄色调。三维荧光光谱分析结果表明颜色不稳定黄色蓝宝石的“着色态”和“褪色态”具有一致的激发光波长Ex=325~335 nm、发射光波长Em=560~570 nm的特征荧光中心,在“着色态”时的荧光强度明显高于“褪色态”。含铁黄色蓝宝石具有荧光效应且特征的荧光中心可作为识别这种颜色不稳定黄色蓝宝石的潜在鉴定手段。综合报道了颜色不稳定黄色蓝宝石的谱学特征与可能的颜色成因,为识别颜色不稳定的蓝宝石提供了鉴定依据,同时为后续改色处理的工艺提供了理论基础。

常见翡翠产地的激光拉曼光谱特征研究

缅甸是商业性翡翠主要产地,危地马拉、俄罗斯也有翡翠产出。不同产地的翡翠价值差异较大,其他产地的翡翠冒充缅甸翡翠以获取价格上涨。迫切需要一种可靠方法来确定地理起源,翡翠的产地研究具有重要的宝石学意义,目前主要在翡翠生成时代、矿物组合、硬玉组分含量等方面探讨不同产地翡翠,缺乏快速有效鉴别产地的方法,以缅甸、俄罗斯、危地马拉翡翠为研究对象,对不同产地翡翠样品的激光拉曼光谱特征研究发现:缅甸翡翠矿物为硬玉、绿辉石、透闪石;危地马拉翡翠矿物相对复杂,为硬玉、绿辉石、绿泥石、榍石;俄罗斯翡翠矿物为硬玉、钠长石、绿辉石。对比不同产地硬玉矿物拉曼特征发现,缅甸翡翠硬玉矿物分别在1037,988,697,372和201 cm^(-1)等处显示硬玉的典型光谱特征。在1020,679,369和216 cm^(-1)处附近显示为绿辉石特征拉曼峰,在215,332,394,680和1073 cm^(-1)处有明显透闪石吸收峰,为翡翠中的次生矿物。危地马拉翡翠硬玉矿物多叠加680和218 cm^(-1)拉曼峰值,为绿辉石特征的峰值,还含有603,537和306 cm^(-1)附近绿泥石特征拉曼光谱峰值,表明危地马拉翡翠硬玉矿物多被Fe,Mg和Ca元素的类质同像替换,形成硬玉-绿辉石固溶体矿物,硬玉矿物表面检测出603,537和306 cm^(-1)绿泥石特征拉曼光谱峰值,硬玉矿物表面发生绿泥石蚀变。俄罗斯翡翠硬玉拉曼峰值,多叠加1100,507,473和164 cm^(-1)附近钠长石特征拉曼峰值,俄罗斯翡翠硬玉颗粒普遍被钠长石交代,表面多分布灰绿色网脉,显示1025,669,366和219 cm^(-1)绿辉石矿物拉曼峰值。

不同产地翡翠的紫外-可见吸收光谱特征研究

翡翠为一种珍贵的玉石。不同产地的翡翠价值差异较大,有些不法商人以某些产地的翡翠冒充缅甸翡翠以获取高价。迫切需要一种可靠方法来确定宝石地理起源,翡翠的产地研究具有重要的宝石学意义,目前主要在翡翠生成时代、矿物组合、硬玉组分含量等方面探讨不同产地翡翠,缺乏快速有效鉴别产地的方法,以缅甸、俄罗斯、危地马拉翡翠为研究对象,对不同产地相同厚度翡翠样品的谱学研究发现:不同产地翡翠紫外-可见吸收光谱中都存在两个明显的吸收峰,紫区437 nm的吸收峰为Fe^(3+)的吸收,430 nm处的吸收峰为Mn^(2+)的自旋禁阻跃迁所致,但是三个产地翡翠紫外-可见吸收光谱的吸收系数范围不同,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大于1.1,437 nm处吸收系数峰值大于1.1,为危地马拉翡翠,430 nm处吸收系数峰值范围0.62~1.14,437 nm处吸收系数峰值范围0.66~1.1时,俄罗斯、危地马拉及缅甸翡翠紫外吸收波段重合,为三个产地翡翠共同区域。采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)确定MnO和FeO元素含量,发现不同翡翠产地紫外-可见430和437 nm吸收峰值与MnO和FeO元素含量呈正相关关系,该研究为紫外-可见吸收光谱技术应用于翡翠产地快速鉴别,有一定的实用性和可行性。

主编寄语

尊敬的各位读者、作者以及业内人士:在这万物复苏的初春时节,《宝石和宝石学杂志》迎来了办刊20周年的重要时刻,在这20周年的办刊过程中,杂志得到了社会各界仁人志士的厚爱,指导我们,帮助我们,鼓励我们,让我们茁壮成长。在此,向多年来一直关心、支持我们的各位读者、作者以及业内人士表示衷心感谢,同时也祝大家在新的一年万事如意、身体健康!