合成红、蓝宝石的鉴别

后勤部长 · 发表于 2011-5-3 17:16

四、合成红、蓝宝石的鉴别

　　（一）．焰熔法合成红宝石的鉴别
　　焰熔法合成红宝石是市场上最常见的合成宝石之一，同时也是最早的合成宝石。自从十八世纪末，焰熔法问世以来，这种方法合成的红宝石就大量地流入市场，历时已近百年。焰熔法合成红宝石的特征比较明显，较易于鉴定。

　　1. 外观
　　焰熔法合成红宝石的颜色最常见为鲜红色和粉红色，纯正、艳丽，而且透明、洁净，通常过于完美。

图3-2-40

焰熔法合成红宝石的梨晶

　　２.弯曲生长纹
　　弯曲生长纹是合成红宝石的生长过程中，由于熔滴汇成的熔融层呈弧面状，并且逐层冷凝而造成的。早期的合成红宝石弯曲生长纹非常清楚，但随着生产工艺水平的提高，生长纹也越来越不明显。

图3-2-41

焰熔法合成红宝石的弯曲生长线

　　 3. 气泡
　　焰熔法合成红宝石的另一个重要特征是含有气泡，气泡通常很小，在低倍放大镜下成黑点状，如果气泡较大，高倍放大能分辨出气泡的轮廓，常呈球形，椭圆形或蝌蚪形，气泡多时会成群呈带状分布。

图3-2-41-1

焰熔法合成红宝石的气泡云

　　4. 多色性
　　天然红宝石尤其是大颗粒优质红宝石，顶刻面的取向一般是垂直结晶C 轴的，用二色镜从台面观察看不到多色性。而焰熔法合成红宝石作为天然红宝石的低廉仿制品，在加工中不注意取向，从台面观察常能见到红和橙红色明显的二色性。
　　5. 发光性
　　天然红宝石和合成红宝石在紫外光下发出红色荧光，但由于合成宝石成分较纯，紫外荧光常比天然红宝石更强。
　　6. 吸收光谱天然红宝石和合成红宝石的可见光吸收光谱相同，没有区别。
　　7. 火痕合成红宝石价格低廉，加工常不够精细，可因过快的抛光造成表面上雁行状排列的细小裂纹，称为火痕。

图3-2-42

合成红宝石中的火痕

　　8. 淬裂处理的红宝石
　　焰熔法合成红宝石通常十分洁净，没有裂隙及其它的内含物，但有些焰熔法合成红宝石经加热后迅速淬火，使之产生裂隙，以模仿天然红宝石。淬火后的合成红宝石还可进行各种方法的充填及处理，最典型的一种是放到助溶剂中生长，来愈合淬裂的裂隙。这种类型的合成红宝石仍然具有弯曲生长线和气泡等熔焰法合成红宝石的特征，并且在充填或愈合的裂隙中还可能发现有气泡。
　　9. 微量元素
　　天然红宝石含有多种杂质元素，焰熔法合成红宝石则较为纯净。

　　(二)．熔焰法合成蓝宝石
　　1. 颜色和致色剂
　　焰熔法合成蓝宝石有多种颜色，产生颜色的致色元素可与天然的杂质元素不同，例如，天然绿色的蓝宝石由Fe3+、Fe2+和Ti4+所致而焰熔法合成的绿色蓝宝石则因加入少量钴和镍而呈绿色。由于致色剂的不同，也导致其它某些物性的变化。
　　２. 弯曲生长线
　　焰熔法合成蓝宝石的生长线较宽，当细小的气泡沿生长线聚集时，生长线的特征更为明显，形成明显弯曲色带。在其他颜色的合成蓝宝石中生长线情况不同，比如，变色蓝宝石中弯曲色带非常清晰，而在黄色品种中，生长线却很难发现。

图3-2-43

合成蓝宝石中的弯曲生长线

　　３. 气泡
　　焰熔法合成蓝色蓝宝石中的气泡，与合成红宝石相比，通常更细小、分布更密集，呈小球状、蝌蚪状成群或成层分布或弥漫在整个宝石中，在较低倍放大情况下，看起来呈黑点状。
　　４. 发光性
　　天然蓝色蓝宝石在紫外光下常呈惰性，而焰熔法合成蓝宝石在短波紫外光下可能显示淡蓝－白色或淡绿色荧光，与天然宝石有很大差异。无色合成蓝宝石在短波下可能有淡蓝色荧光，绿色合成蓝宝石在长波紫外光下可具橙色荧光，橙色合成蓝宝石在长波紫外光下显淡红色。
　　５. 吸收光谱
　　焰熔法合成的蓝色、绿色和黄色蓝宝石通常缺少天然蓝宝石中清晰可见的蓝区的吸收线，有时仅表现为模糊不清的极弱吸收带。
合成变色蓝宝石具有475nm处的极细的钒吸收线，也可因含少量Cr而同时迭加有Cr的吸收光谱。
６.对于焰熔法缺少弯曲生长线的合成红、蓝宝石，在用其他常规方法无法确定时，可以采用普拉托测试法。具体操作方法是：将宝石浸泡在二碘甲烷中，在正交偏光下，沿宝石晶体的光轴方向放大20至30倍进行观察，焰熔法合成的刚玉宝石可能显示交角为60℃的条带状构造。据报导坦桑尼亚某些天然红宝石也曾观察到这种现象，但两者的成因完全不同。

图3-2-44

普拉托法合成的刚玉宝石显示交角为60℃的条带状

　　(三)．焰熔法合成星光红、蓝宝石
　　通常呈半透明状，粉红至红色和灰蓝到蓝色，目前有两种方法可以合成星光红、蓝宝石，一种是焰熔法，另一种是提拉法，两种方法合成的星光红、蓝宝石都具有典型，较易于识别的特征。


图3-2-45	图3-2-46
合成星光红宝石	合成星光蓝宝石

　　1. 弯曲生长带
　　焰熔合成星光红、蓝宝石弯曲生长带或弯曲生长线相当明显，成粗大的色带，易于在宝石的侧面观察到，尤其用聚光透射照明之下，肉眼即可见到。弯曲生长带往往含有细小密集的气泡。天然星光红蓝宝石也常见色带，但色带是平直的或带弯角的。
　　2. 星线特征
　　焰熔法合成星光红、蓝宝石的星线细长、清晰、完整，贯穿整个弧面型宝石表面，而天然星光红、蓝宝石的星线常常较粗，从中心向外逐渐变细，星光中部显示一团光斑，俗称宝光。天然星光的星线还可能不完整，不规则。

图3-2-47

合成星光和天然星光的星线特征的比较

　　3. 金红石针
　　焰熔法合成的星光红、蓝宝石的金红石针相当细小，而且密集，如同白色纤维，要在高倍放大（40倍以上）下，才能观察到。而天然星光红、蓝宝石中的金红石针则较粗大，在放大条件下一般能清楚地分辨出金红石针的形态。

　　(四)．助熔剂法合成红、蓝宝石
　　由于助溶剂法的生产成本很高，该方法合成的红、蓝宝石的售价也相当高，因而其产量远较焰熔法合成的红、蓝宝石为少。生产的厂家也不多。目前世界上大约仅有不到十家的生产者（表5.1），虽然各厂家的合成技术各异，合成的红、蓝宝石也有各自的特点。但是，这种方法合成的红、蓝宝石仍具有许多共同的特征，也是与天然宝石鉴别的重要特征。

表 C-3世界主要的助溶剂合成红、蓝宝石的厂商情况

名称	开始生产时间	国别	助熔剂类型	生长方式	重要特征	商业地位
Chatham	1960	美国	PdO(PdF2)-MoO2-Li2O	种晶	铂金片和各种助熔剂包裹体	重要厂家
Kashan	1968	美国	Na3AlF6-ZnO	种晶	大的不规则的助熔剂包裹体，慧星状助熔剂包裹体	重要厂家
Gukson	1975	瑞士	未知	种晶	明显的种晶和平行菱面体的色带	少见产品
Knischka	1980	奥地利	PdO(PdF2)-B2O3-WO3	种晶	种晶和各种助熔剂包裹体	少见产品
Ramaunra	1982	美国	Bi2O3-PdO-La2O	自发成核	橙红色的短波紫外荧光和成分不一的助熔剂包裹体	重要厂家
Inamori	1982	日本	未知	未知	大的助熔剂包裹体和平行（2243）的生长带	少见产品
Lechleitner	1983	澳地利	PdO(PdF2)-MoO2-Li2O	大种晶	在焰熔法的合成红宝石，无色蓝宝石中制造面纱状愈合裂隙	少见产品
Shinna	1984	日本	未知	大种晶	在焰熔法的合成红宝石中制造面纱状愈合裂隙	少见产品
Douras	1993	希腊	PdO(PdF2)-Ga2O3	自发成核	三角形，扇形的蓝色或深色的色带，可能高于正常的折光率和双折率	年产量约2万克拉

　　1. 外观

助溶剂合成红、蓝宝石的颜色与天然红、蓝宝石相似，可有各种色调的红色和蓝色，透明度根据合成的质量从半透明到透明，单颗宝石通常都具有内含物，尤其是各种形态的愈合裂隙。外观上与天然宝石十分相似。
	图3-2-48
	助溶剂合成红宝石的晶体外观

2. 铂金属片
　　助溶剂合成宝石中有时可见铂金片，它们常具有三角形、六边形、长条形或不规则的多边形，铂金片在透射光下不透明，反射光下显示银白色明亮的金属光泽。

图3-2-49

助熔剂合成红宝石中的助熔剂残余和铂金属片

　　3. 助溶剂残余包裹体
　　助溶剂包体可呈单个的管状包体，负晶，或者聚集成栅栏状存在于合成红宝石中，此外，还常见微小的助溶剂包体可呈雨点状、网格状、慧星状等形态。微小的助溶剂包体往往很难放大到可以观察其结构的程度，故认识其可能出现的分布图式也是非常重要的。
　　4. 面纱状愈合裂隙
　　助溶剂法合成红、蓝宝石内发育有大量面纱状愈合裂隙，其上分布了大量的呈指纹状、网状或树技状的助溶剂包体。天然红宝石也会出现不规则的面纱状愈合裂隙，但其上分布是气液包体。


图3-2-50	图3-2-51
助熔剂合成红宝石中的助熔剂残余	助熔剂合成蓝宝石中的助熔剂残余

　　5. 色带和生长带
　　助熔剂合成红、蓝宝石中可见直线状、角状生长环带，这些特征与天然红、蓝宝石中的色带，在外观上是一致的。但在Ramaura合成红宝石中可出现一种搅动状的颜色现象和角度相交的不规则生长线，在Douros合成红宝石中可出现浅红、无色色带和蓝色三角色块。
　　6. 双晶
　　溶剂合成红宝石具有平行C轴，即垂直底面(0001)的双晶。这种双晶可形成两组互相交叉或者多组（如三组）相交的结构。这种双晶在天然红、蓝宝石中尚未见到。
　　7. 种晶
　　如果种晶用的是天然红宝石，则出现天然的内部特征与助溶剂残余包体共存的情况。如果种晶用的是焰熔法合成红宝石，则会出现弯曲生长线与助溶剂残余包体共存的情况。现在的种晶最大仅1mm大小。
　　8. 发光性
　　紫外光下助溶剂红宝石有较强的红色荧光，可以对红宝石的鉴定起到指示作用，而Ramaura红宝石加入了某些稀土元素，在紫外光下橙红色荧光。少数样品可能显示蓝白色荧光。助熔剂合成蓝宝石中的助溶剂残余在紫外光下可显示粉红、黄绿和棕绿色等多种荧光，以致于合成蓝宝石也显示出这些荧光特征。而天然蓝宝石多表现为惰性荧光。
　　9. 微量元素
　　助溶剂法合成红、蓝宝石会含有助溶剂的化学成分。最常用的助溶剂是一些重金属的氧化物，如PbO、PbF2、BiO2、MoO2，以外还可有B2O5，Li2O。有时也用冰晶石（Na3AlF6）做助溶剂的成分。用电子探针分析暴露到宝石表面的助溶剂残余包裹可以检验出包裹的化学组成，用X-荧光能谱仪，可以无损分析出宝石所含的微量化学元素。

　　(五)．水热法合成红蓝宝石
　　1.水热法合成红宝石
　　①外观
　　水热法合成红宝石以深红色为主，也有浅红和橙红色、晶体的形态取决于种晶的形态和定向。透明度一般较高，但受晶体质量的影响，当包裹体多时，透明度就会受到影响。
　　②种晶和生长构造
　　水热法合成红宝石必须采用种晶，而且种晶片的大表面往往具有特殊的结晶学方向，以使得合成晶体有较快的生长速度。水热法合成红宝石因而有典型的水波纹状生长带。单个的波状色带呈三角形，颜色较周围深，并且往往有较明显的界线，有时还发育成裂隙，这三角形的色带是由于不同的晶面（往往两个方向的晶面）快速生长造成的。
　　③面沙状愈合裂隙和气液两相包裹体
　　水热法合成红宝石发育有面沙状的愈合裂隙，并在愈合隙隙上分布有形态各异的气液两相包裹体。所以，典型且大量的气液两相包裹体也可作为水热法合成红宝石的重要鉴定线索，尤其是当波状色带不明显时，更为重要。
　　④微量元素
　　水热法合成红宝石除含有少量的V.Ti以外，还含有Ca 和Cu。Cu是天然红宝石所缺乏的元素。而水热法合成红宝石中的Cu与生长技术有关，是作为促进晶体生长速度的添加剂。
　　⑤水（H2O）
　　水热法合成红宝石含有较多的水，在红外光谱上。其水的红外吸收峰远大于天然产出的红宝石。

　　2. 水热法合成蓝宝石
　　① 颜色和致色元素
　　水热法合成蓝宝石有蓝色、绿色、黄绿色、浅紫红色和带紫红色调的橙色等。这些合成蓝宝石的致色元素与天然的同种颜色的蓝宝石不同，是由Ni2+、Ni3+和Cr3+致色的。含Ni2+和Ni3+的呈蓝绿色到绿黄色，含Ni3+和Cr3+的呈黄色到橙色。
　　② 可见光吸收光谱和紫外荧光
　　水热法合成的蓝绿色及绿蓝色的蓝宝石的可见光吸收光谱没有450nm的吸收带，出现以600nm为中心的从640nm至540nm的吸收带，以及430nm以后的紫区吸收带，这种特征与天然蓝宝石或其它方法的合成蓝宝石都不一样。
　　水热法合成的蓝绿色蓝宝石可含有少量的Cr，故有可出现红色的紫外荧光。
　　③ 内含物
　　愈合裂隙指纹状包裹体等与其它的合成宝石相似，但几乎所有绿色到蓝色的样品中都可见到细小单个或者聚集成絮状的不透明与半透明的晶体包裹体。部分不透明，具有橙红色金属光泽的是铜的晶体，为Tairus水热法合成蓝宝石的典型包裹体。
　　④ 生长构造
　　水热法合成红宝石一样，具有水波纹状的生长纹理。除了黄色、橙色和浅紫红色的品种以外，这种纹理在其它的品种中均可出现。
　　⑤ 红外吸收光谱
　　除了出现明显的水的吸收峰外，还在2040到2500被数范围内出现多个与C-O键有关的吸收线。

　　3. 桂林水热法合成红宝石
　　① 颜色、多色性和可见光吸收光谱
　　合成红宝石的颜色具有橙色调，为橙红色，类似与红色石榴石色调，只是更为明亮一些，带灰褐色调颜色较深的样品，在外观上与石榴石更为相似。天然红宝石通常不具有这种色彩，其它类型的合成红宝石也与之不同。而且，桂林水热法合成红宝石的多色性也相当特殊，为带橙色调的红色（No）和黄色（Ne），用二色镜易于观察，天然红宝石的多色性通常为紫红色和橙红色，与之有明显的不同。
　　现有的研究样品，均显示出特殊的吸收光谱特征。在分光镜下，只有红光区为透光区，从黄绿光区开始，直到紫光区都吸收，显示为黑暗的吸收带，缺失绿蓝光区的透光区，与镁铝榴石的吸收光谱相似。但在红光区仍可观察到红宝石典型的荧光线以692，694及689,660和630的吸收线。
　　② 紫外荧光
　　在长波紫外光下，桂林水热法合成红宝石显示中至弱的带橙色调的红色荧光，有些样品的荧光有分带性。在短波紫外光下，样品的荧光更弱呈暗红色，部分样品没有荧光。
　　③ 面包屑状包裹体
　　在暗域下呈白色，由多个晶粒组成，形态上似面包屑包裹体。成包屑数量不多，通常较小，即使放大到80倍，其细节依然难以分辨。面包屑在职种合成红宝石中普遍存在，是一个重要的鉴定特征。
　　④ 尘埃状包裹体和种晶残余
　　尘埃状包裹体通常成片地分布在无色部分与橙红色部分的交界面上，并使交界面的颜色变深，由于这些包裹体很小，要采用强光侧向照明的方式才能观察到。而且，这种包裹体不出现在其它情况的色带之中。据此可以判定，无色部分是合成方法中所采用的种晶片的残余。
　　⑤ 种晶界面的特征
　　种晶面上可见平行状和波浪状条纹。波浪状条纹与种晶生长界面上有微小的波纹状小丘有关。波纹状的小丘是由于晶体生长初期的生长条件较为不稳定所致。种晶残余和种晶的生长界面都是桂林水热法合成红宝石的重要鉴定特征。