余煉鋼

(德宏師范高等?？茖W(xué)校，云南 德宏 678400)

0 引言

貓眼效應(yīng)是指在平行光的照射下，某些以弧面型切磨的寶石表面呈現(xiàn)出一條從一端到另一端可隨光源角度變化而靈活移動的光帶。貓眼效應(yīng)的產(chǎn)生必須具備三個條件：一是寶石中含有密集定向排列的針狀、纖維狀包體或平行管狀、纖維狀結(jié)構(gòu)；二是寶石須加工成底面平行于包裹體(或結(jié)構(gòu))所在平面的弧面型；三是切磨定向時使弧面型的長軸垂直于包裹體(或結(jié)構(gòu))排列的方向[1]。自然界中可產(chǎn)生貓眼效應(yīng)的寶石品種繁多，如金綠寶石貓眼、碧璽貓眼、海藍寶石貓眼、方柱石貓眼、石英貓眼等幾十種，其中以金綠寶石貓眼最為珍貴，根據(jù)珠寶玉石國家標準，只有金綠寶石貓眼無須注明礦物種而直接稱為“貓眼”，而其他貓眼類寶石須注明材料名稱，如透輝石貓眼、石英貓眼等[2]。此外還有物美價廉的人造玻璃貓眼類飾品。貓眼效應(yīng)靈動漂亮、琢磨不定，提升了寶石的觀賞性和趣味性，受到許多消費者的喜愛。最近，筆者在瑞麗珠寶市場上找到一種商家稱之為“泰國貓眼”的品種。其體色金黃、眼線細膩靈活，外觀酷似優(yōu)質(zhì)金綠寶石貓眼。為弄清其種屬，對其做了常規(guī)寶石學(xué)測試、紅外光譜、拉曼光譜、X-射線熒光光譜、紫外-可見光譜等測試分析，發(fā)現(xiàn)該飾品材質(zhì)為玻璃纖維，依據(jù)國標定名為玻璃貓眼。本文基于系統(tǒng)的實驗測試探討此類貓眼寶石的特別之處，并為其鑒定提供科學(xué)證據(jù)。

1 實驗樣品及基本特征

該樣品(圖1a)為飽滿的蛋面形戒面，尺寸大小為:(11.95×9.52×7.04)mm，金黃色、半透明，明亮的玻璃光澤，頂部曲度較大且拋光良好，底部及腰圍均為未拋光的粗磨面。自然光下眼線亮帶清晰銳利移動靈活，光纖燈從斜上方照射可見以眼線為分界兩側(cè)顏色顯著不同，向光一側(cè)顏色較暗呈蜜黃色，背光一側(cè)顏色較亮呈黃白色，十分類似天然金綠寶石特征的“蜜黃-乳白”效應(yīng)(圖1b)。放大觀察弧面上呈現(xiàn)一組垂直寶石長軸方向的平行纖維狀結(jié)構(gòu)，以及局部同方向排列的的黑色長針狀包體(圖2a)，從側(cè)面透光觀察可見大量形狀不規(guī)則、分布稀疏的多邊形的褐-黑色斑點(圖2b)。正交偏光檢測隱約見輕微的明暗變化，消光特征不明顯。長波紫外光下呈惰性，短波紫外光下呈中等黃綠色熒光。點測折射率為1.52，采用靜水稱重法測量三次取平均值，測定密度值為2.714g/cm3。綜上，實測密度值、折射率值及平行纖維狀結(jié)構(gòu)等特征接近玻璃類制品，但未見有玻璃貓眼常見的“蜂巢狀”纖維結(jié)構(gòu)[3](圖2c)。為驗明樣品材料種屬，采用大型檢測儀器做進一步測試。

圖1 實驗樣品及其“乳白-蜜黃”效應(yīng)Fig.1 Experimental sample and its "milky white-honey yellow" effect

圖2 實驗樣品及普通玻璃貓眼的顯微鏡下特征Fig.2 Microscopic characteristics of experimental samples and ordinary glass cat's eyea.樣品內(nèi)含平行的黑色長針狀包體(40×);b.樣品側(cè)面呈現(xiàn)大量多邊形的褐-黑色斑點(60×);c.普通玻璃貓眼的“蜂巢狀”纖維結(jié)構(gòu)(30×，做對比)

2 實驗部分

2.1 紅外光譜分析

采用賽默飛世爾科技公司Nicolet is10型紅外光譜儀對樣品進行紅外反射光譜測試，測試條件：掃描范圍400～4000 cm-1，背景掃描32次，掃描次數(shù)32次，分辨率4 cm-1，波數(shù)精度優(yōu)于0.01cm-1。

紅外測試結(jié)果顯示樣品與非晶態(tài)SiO2的紅外振動特征[4]基本一致，在1200～400范圍內(nèi)出現(xiàn)了1060、464cm-1兩處強而寬吸收峰，以及766cm-1處弱吸收峰。其中1060cm-1歸屬于Si-O-Si的伸縮振動，459cm-1歸屬于Si-O-Si的彎曲振動，766cm-1是指示非晶態(tài)物質(zhì)的特征吸收峰，歸屬于Si-Si伸縮振動。紅外吸收特征表明樣品屬玻璃類制品。

圖3 樣品的紅外反射光譜Fig.3 Infrared reflectance spectra of the sample

2.2 拉曼光譜分析

采用B&WTek公司BWS415-785H-GR型珠寶拉曼光譜儀。測試條件：激光波長784.9nm，狹縫寬度：10μm，譜線分辨率為2.1cm-1；積分時間：5s，疊加次數(shù)：2次，激光功率365mw(衰減率10%)，測試范圍：150～2700cm-1。將樣品表面做清潔處理后，置于工作臺進行測量，對采集的拉曼譜圖做光譜平滑處理。

拉曼測試結(jié)果(圖4)顯示，樣品呈現(xiàn)一條連續(xù)且寬緩展布的譜帶，僅1373cm-1處有一較寬大的拉曼位移峰，其它無其任何強銳散射峰，符合非晶態(tài)SiO2類物質(zhì)的拉曼光譜特征，指示樣品材料為玻璃征[5-6]，與紅外光譜分析結(jié)果一致。

圖4 樣品的拉曼光譜Fig.4 Raman spectra of the sample

2.3 X射線熒光光譜分析

化學(xué)成分分析采用賽默飛世爾科技公司QuantX型X射線熒光光譜儀EDXRF，硅漂移探頭(SDD)、電制冷、室溫下、真空Vacuum氣氛、測試時間為100s。

以2.0mm準直器為測試基準，在樣品上選三個不同區(qū)域(編號為No1、No2、No3)進行化學(xué)組成定性及定量分析，結(jié)果顯示樣品各處物質(zhì)組成均勻，元素含量較穩(wěn)定，經(jīng)歸一化處理并計算平均值如表1，主要組分為SiO2，約占70.25%，次要組分含量高低依次為PbO、K2O、CaO、Al2O3、Fe2O3、BaO、MnO、ZnO，符合中鉛玻璃的物質(zhì)組分特點[7]。相比純的石英組分的硅玻璃，PbO、ZnO、BaO的摻入可以增強光澤及亮度，同時較高的PbO含量(13.8%)使其密度較普通玻璃制品(密度：2.50±g/cm3)更高，CaO、BaO能起到乳濁化效果使之產(chǎn)生半透明外觀，金黃色體色則是由微量著色劑Fe2O3及MnO共同作用引起[7-8]。

表1 樣品EDXRF化學(xué)成分分析結(jié)果(wt/%)Table 1 EDXRF chemical composition analysis data of the samples(wt/%)

2.4 紫外-可見光譜分析

測試結(jié)果(圖5)顯示，樣品在藍紫區(qū)有以425nm為中心的強而寬的吸收帶，從綠區(qū)至紅區(qū)，其吸收程度逐漸減弱。由于成分分析顯示樣品含著色劑Fe2O3，MnO，致色成因以Fe為主，Mn為輔?；陔x子間電荷遷移呈色理論[1、8]推測，藍紫區(qū)吸收帶主要由Fe2+-Fe3+間電荷遷移產(chǎn)生的特征吸收，即Fe2+的一個d電子吸收一定能量的光躍遷到Fe3+上，此過程主要吸收了自然光中的藍紫光及部分藍綠光，使得樣品呈現(xiàn)被吸收光的補色，而極微量的Mn2+對光的選擇性吸收可產(chǎn)生橙色調(diào)，兩者吸收效果的疊加即產(chǎn)生金黃體色。

圖5 樣品的UV-Vis光譜Fig.5 UV-Vis spectra of the sample

3 討論

從本項實驗數(shù)據(jù)看，該樣品的密度值、折射率值、定性纖維狀結(jié)構(gòu)，以及紅外吸收光譜特征、拉曼光譜特征、化學(xué)組分等均證實為玻璃制品，屬于人造貓眼寶石的一種。依據(jù)國標《珠寶玉石名稱》(GB/T16552-2017)[2]應(yīng)定名為玻璃貓眼。以“泰國貓眼”的名稱來銷售只是商家的一種營銷手段，消費者在選購此類飾品時應(yīng)以正規(guī)珠寶質(zhì)檢機構(gòu)出具的鑒定結(jié)果為準，不可盲目輕信以免花大價錢買低端貨?，F(xiàn)就此類貓眼寶石的特別之處做分析探討：其一，不同于常見玻璃貓眼的是從樣品側(cè)面透光觀察未見“蜂巢狀”纖維結(jié)構(gòu)，玻璃貓眼一般是特定工藝的玻璃纖維制品，其制作過程[10-11]是將高折射率低熔點的光導(dǎo)纖維外套一根低折射率高熔點的無色玻璃管，在電爐中加熱熔化，拉制成同心的一次復(fù)合纖維，然后切成200nm定長，再將150～300根定長一次復(fù)合纖維捆扎成束，切割后插入無色玻璃套管中，加熱拉絲產(chǎn)生二次復(fù)合纖維。同理產(chǎn)生三次復(fù)合纖維，再將三次復(fù)合纖維捆成捆，置于模具中加熱至軟化溫度并模壓成玻璃貓眼坯料，然后按所需尺寸沿垂直光軸方向切成小段，研磨拋光成弧面型即制成了玻璃貓眼。其眼線亮帶垂直于纖維方向，從弧面型的側(cè)面即垂直纖維方向的端面上透光觀察可見到近似六邊形的“蜂巢狀”結(jié)構(gòu)，它是數(shù)量眾多的微細玻璃纖維的多邊形端面緊密拼接而成的形態(tài)，也是玻璃貓眼的重要識別特征(圖2c)。但此樣品中所觀察到的是大量分布較稀疏、形狀不規(guī)則的多邊形的褐-黑色斑點。推測其多邊形仍是單根微細玻璃纖維的端面形態(tài)，但生產(chǎn)工藝與以往的玻璃貓眼制品有所不同。其二，普通玻璃貓眼在平行光下可見1～3條亮帶，此類貓眼制品僅見1條銳利而靈活移動的亮帶，且在光源斜向照射下產(chǎn)生類似天然金綠寶石特有的“蜜黃-乳白”效應(yīng)[1-2]，仿制效果更加逼真。因密度、折射率均較金綠寶石貓眼(密度：3.73 g/cm3，折射率1.746～1.755)低得多，光性特征、吸收光譜也不同，常規(guī)檢測即可區(qū)分開來。其三，玻璃貓眼的纖維狀結(jié)構(gòu)一般十分細膩完整，除纖維結(jié)構(gòu)本身包含的針管狀氣泡或空穴外，基本無雜質(zhì)包體，而本樣品中發(fā)現(xiàn)了與纖維結(jié)構(gòu)同方向的黑色長針狀包體，與天然礦物中的針狀包體較為相似，具有一定迷惑性。推測是由熔融態(tài)玻璃冷卻析晶作用而形成，與高溫的玻璃態(tài)基質(zhì)冷卻中降溫速度不均勻有關(guān)，同時CaO、BaO等作為乳濁劑參與了晶體的生長過程[10,12]。

4 結(jié)論

(1)該樣品的密度為2.72g∕cm3，折射率1.52(點測)，短波紫外光下呈中等黃綠色熒光，具平行纖維狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)含黑色長針狀包體，具有類似金綠寶石貓眼的“乳白-蜜黃”效應(yīng)。紅外光譜及拉曼光譜測試證實其材質(zhì)為玻璃，依據(jù)國標《珠寶玉石名稱》GB/T16552-2017定名為玻璃貓眼。

(2)化學(xué)成分及紫外可見光譜分析表明主要組分為SiO2，約占70.25%，次要組分依次為PbO、K2O、CaO、Al2O3、Fe2O3、BaO、MnO、ZnO，其中微量的Fe、Mn元素是致金黃體色的原因。

(3)該樣品不同于普通玻璃貓眼的特征是從側(cè)面透光可觀察到大量分布稀疏的多邊形的褐-黑色斑點，未見“蜂巢狀”纖維結(jié)構(gòu)。