变色石榴石的谱学特征及变色机理探究

变色石榴石是指具有变色效应的石榴石,其矿物成分通常为含有Cr、V等微量元素的镁铝榴石、锰铝榴石或镁铝-锰铝榴石。选取五组不同色调(深绿色、灰蓝色、黑灰色、黄绿色、棕灰色)的变色石榴石,通过常规宝石学仪器、傅里叶变换红外光谱仪、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪和紫外-可见分光光度计对其进行测试分析,探讨其致色机理及变色成因。结果表明,本文样品是富含Mn^(2+)、Fe^(2+)、V^(3+)、Cr^(3+)的镁铝-锰铝榴石,且具少量的钙铝榴石和铁铝榴石端元成分。紫外-可见吸收光谱和化学成分分析指示Mn^(2+)、Fe^(2+)、V^(3+)、Cr^(3+)过渡金属离子的存在导致了本文中变色石榴石样品的颜色和变色效应:以576 nm为中心的黄区宽缓吸收带与Cr^(3+)d-d轨道自旋允许跃迁4A_(2g)→4T_(2g)和V^(3+)d-d轨道自旋允许跃迁^(3)T_(1g)→^(3)T_(2g)相关;400~460 nm中的422 nm吸收带与Mn^(2+)d-d轨道自旋禁阻跃迁^(6)A_(1g)→4Eg有关,457 nm处吸收峰与Fe^(2+)d-d轨道自旋禁阻跃迁^(5)T_(2g)→^(5)E_(g)相关;当400~460 nm吸收强度相对较大时,Mn^(2+)和Fe^(2+)对颜色的贡献度增加,变色石榴石在日光灯下呈黄色调;当400~460 nm的吸收强度相对较小时,Cr^(3+)和V^(3+)在黄区的宽缓吸收带强度相对较大,对颜色的贡献度增加,变色石榴石在日光灯下呈现蓝绿色调;以576 nm为中心的宽缓吸收带与400~460 nm强而窄的吸收带将可见光分隔成以506 nm为中心的绿区透过窗和660 nm以上的红区透过窗,两个透过窗的透过率相当,不同的样品选择性透过这两个可见光区域,加之日光灯含较多的蓝绿色成分,白炽灯含较多的橙红色成分,样品在不同光源下的颜色产生差异,最终形成变色效应。

马达加斯加图莱亚尔变色石榴石的初步研究

变色石榴石产于马达加斯加西南部图莱亚尔省 ,原生矿产在含矽线石变粒岩与的石墨变粒岩交汇部位含石墨变粒岩一侧。经电子探针、宝石学性质研究表明 ,变色石榴石为富镁质锰铝榴石。折射率 1 786,密度 4 0 1 1g/cm3,摩氏硬度 6 8～ 7 1 ,其变色的主要原因是原子结构中微量Cr2 O3引起 ,宝石呈蓝绿 -紫色变色效应 ,宝石质量高 。

变色石榴石的紫外-可见吸收光谱与3D荧光光谱研究

变色石榴石是众多石榴石族矿物中的一种特殊品种,通常为含微量Cr和V的镁铝—锰铝榴石。国内少有人研究,国外主要研究变色石榴石的紫外可见吸收光谱与颜色计算,但未见具红色荧光变色石榴石的相关报道,缺乏荧光光谱研究。本次研究对象为一颗产自坦桑尼亚Umba地区的变色石榴石,具明显的变色效应,且在长波紫外荧光灯下发出红色荧光。通过化学成分测试与光谱测试来详细探讨其变色效应及荧光机制。采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)确定该变色石榴石为镁铝榴石与锰铝榴石的类质同象替代中间产物,含有Cr, V和Fe等微量元素,其平均端元组分为Prp46.28Sps38.40Grs13.57Alm2.33Uvt0.35。紫外-可见吸收光谱中蓝紫区409, 422, 430和486 nm处的强吸收尖峰为Mn^2+的自旋禁阻跃迁造成, 459和503 nm的弱吸收峰则与Fe^2+有关,黄区以571 nm为中心的宽缓吸收带由Cr^3+和V^3+的自旋允许跃迁共同造成。Cr和V是产生变色效应的主要原因。蓝紫区和橙黄区的强吸收,导致两个"透射窗"绿光区与红区的透过率相当,从而使石榴石产生变色效应:日光灯下为黄绿色,白炽灯下呈紫红色。3D荧光光谱中690 nm处的发射峰为Cr^3+的多重禁阻跃迁^2Eg→^4A2g所致,两侧的678和704.5 nm的荧光峰也为Cr^3+所致。可见光中用紫光(400~440 nm)和黄光(550~600 nm)最能激发出样品的红色荧光,这与Cr^3+的两个自旋允许跃迁(^4A2g→^4T1g和^4A2g→^4T2g)对应的吸收宽带有关。当光源的能量正好能允许这两个吸收跃迁发生时,电子吸收能量从基态跃迁至这两个激发态,然后再从最低激发态^2Eg回到基态发射荧光,此时的荧光产额最强。相比于前人研究中的变色石榴石,本文样品中的Fe^2+含量较低(<0.3 Wt%), Fe^2+具有荧光猝灭的作用,因而推测Cr高Fe低是本文变色石榴石能够被激发出红色荧光的主要原因。目前国内还没有关于天然变色石榴石的荧光研究,这为日后进一步研究石榴石的荧光提供了谱学依据与理论基础。