蓝色托帕石的鉴定

摘要：

蓝色托帕石的鉴定相当困难，以前还没有成功的办法。研究表明天然的蓝色托帕石的阴极发光比各种方法处理的蓝色托帕石强2-3倍，这一特征可以作为快速、无损、可重复的鉴别天然和处理蓝色托帕石的标志。

1、导言

蓝色托帕石通常为天蓝色，常带一点灰或绿色色调，色彩漂亮、似海蓝宝石。市场上许多蓝色托帕石是将无色或浅色托帕石经过辐照改色处理的。经人工辐照改色的托帕石颜色稳定、在高温、低温下较长时间存放及在酸、碱、盐中浸泡均未见色彩有任何变化。与天然蓝色托帕石比较，改色前后除颜色发生变化外，其硬度、比重、折射率、双折射率等物理和化学性质完全一致。

目前，尚未找到鉴定辐照处理蓝色托帕石的常规宝石鉴定方法。可见如何迅速、简便、准确的区分天然蓝色托帕石与辐照处理蓝色托帕石成为当今珠宝检测的难点。本文通过对天然与辐照处理蓝色托帕石阴极发光特征的研究，探索蓝色托帕石无损鉴别的有效手段。

2 实验样品和实验方法

2.1 实验样品

实验所用的样品分三种类型：天然蓝色托帕石（9粒）；天然无色托帕石（4粒）和辐照处理蓝色托帕石。辐照处理蓝色托帕石有电子辐照处理的瑞士蓝托帕石1粒,和中子辐照处理的伦敦蓝托帕石3粒。

2.2 实验方法

用BY-1阴极发光仪，激发和观察样品的阴极发光图像，并用美国Ocean Optics 的USB2000型CCD多通道光谱仪（图2-1）采集阴极发光的光谱。实验条件为：加速电压-10Kv左右，电流1mA左右，电子束光斑直径2-4mm。

阴极发光（Cathodoluminescence，CL）是通过电子束轰击样品使之发光，基本原理是：阴极射线管发出具有高能量的加速电子聚焦在样品表面，由于电子束具有比紫外线更高的能量，激发力更强，可以使许多在紫外线下没有荧光的宝石，也具有明显的阴极发光。宝石阴极发光的实验要注意：

(1)为防止样品由于过热而出现破损，电子束不能长时间的打在样品上。

(2)对于切工好，内反射强的样品，采集光谱时一定要注意采集样品表面发光光谱而不是经内部光学反射折射后的光谱。

(3)油污的阴极发光会造成实验结果的较大偏差，因此实验前要注意用酒精清洗宝石表面的油污。

(4)实验后如果样品产生黄褐色污染，可用钻石粉擦洗来清除。

3 托帕石的阴极发光特征及其意义

实验表明各种类型的托帕石的阴极发光颜色大致相同，都呈蓝色荧光，但是发光的强度和起始激发电压存在显著不同的特征：

3.1 阴极发光颜色

在高压-9.5—10.5Kv,电流0.95—1.05mA的实验条件下，天然蓝色托帕石的阴极发光为中等强度的蓝色；天然无色托帕石的阴极发光为弱—中等强度蓝色；辐照处理蓝色托帕石的阴极发光为微弱的蓝色，往往只有棱角处受到电子集中轰击的部位才可见发光（图3）。

图3 辐照处理蓝色托帕石图1 天然蓝色托帕石图2天然无色托帕

石

3.2 阴极发光光谱特征

（1）各种类型的托帕石的阴极发光光谱均为宽缓的曲线，发光峰的主波长位于492nm，这也是托帕石呈现蓝色荧光的原因，不同类型的托帕石的发光光谱没有可识别的峰形区别（图4）。

（2）但是，天然的蓝色托帕石的发光强度最大，发光峰的强度在40-50计数；无色托帕石的发光强度次之，发光峰的强度在25-30计数；不论什么方法处理的蓝色托帕石的发光强度最弱，发光峰的强度低于15计数，即发光强度要比天然蓝色的托帕石小3倍（图3-4）。

图10 天然蓝色、无色、辐照处理蓝色托帕石阴极发光光谱对比

3.3 起始激发电压特征

实验还发现，在电子书的轰击下天然托帕石（不论蓝色或者无色）容易发光，初始荧光的激发电压仅在4—5Kv之间。而辐照处理蓝色托帕石的激发电压明显较高，在6—7Kv之间，与处理托帕石发光性较弱的特点是一致的。同时也说明，天然托帕石的阴极发光机制与处理蓝色托帕石有所不同。

3.4 托帕石的紫外荧光特征

用具有长波365nm和短波254nm的标准珠宝鉴定紫外灯测定托帕石的荧光表明，

部分天然蓝色托帕石的紫外荧光较强，长波下为中等强度黄绿色荧光，短波下呈弱黄绿荧光。但是，另一些样品的紫外荧光很弱，甚至没有荧光。这是和辐照处理蓝色托帕石的紫外荧光特征相似。

4、鉴定蓝色托帕石的新方法

4.1 实验结果讨论

（1）实验表明，托帕石阴极发光普遍较弱，发光的颜色也一致，只是天然蓝色托帕石阴极发光强度明显强于辐照处理的蓝色托帕石。这一区别在阴极发光显微镜下可以很容易的识别，尤其是采用对两者进行发光对比的办法时更为准确有效。

（2）发光亮度的区别也可以通过对阴极发光光谱的测定来定量地区别。天然蓝色托帕石阴极发光相对强度要比辐照处理蓝色托帕石阴极发光大2-3倍，分界十分的明确。

（3）辐照处理蓝色托帕石荧光一般无荧光或很弱的荧光，而多数天然蓝色托帕石紫外荧光较强，也是很方便和有效的鉴别特征。

4.2 鉴定的方法和流程

根据以上的讨论，对蓝色托帕石的鉴定可以采用的办法是：

（1）准备已知的天然蓝色托帕石和处理的蓝色托帕石标本各一块。

（2）首先比较未知样品和标准样品的紫外荧光，如果样品紫外荧光强，则为天然的托帕石，如果样品的紫外荧光弱，则需作进一步的阴极发光测试。

（3）把天然蓝色托帕石和待鉴定的样品一同放入宝石阴极发光仪的样品室，比较它们的阴极发光亮度。在高压-9.5—10.5Kv,电流0.95—1.05mA的实验条件下，如果样品的阴极发光于参照样品相当，则为天然蓝色托帕石，反之为处理的蓝色托帕石。如果有条件采集样品的阴极发光光谱，则可以得到更为准确的结果。