云南保山南紅瑪瑙的成分與顏色的關系研究

向永紅

摘 要：利用X射線熒光光譜儀對云南保山南紅瑪瑙的化學成分進行研究，探討其致色成因。結果表明：保山南紅瑪瑙的化學成分主要為SiO2，占98%以上，致色成因主要為Fe2O3， 紅色調的鮮艷程度不和Fe2O3含量成正相關關系。

關鍵詞：云南保山；南紅瑪瑙；X射線熒光光譜儀

Study on the Relation between Composition and Color of Nanhong Agate in Baoshan， Yunnan

Xiang Yonghong

（City College ，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650051，China）

Abstract： X-ray fluorescence spectrometer was used to study the chemical constituents of Nanhong agate in Baoshan， Yunnan Province， and to explore its chromogenic origin. The results showed that SiO2 was the main chemical constituent of Nanhong agate， accounting for more than 98%. The main cause of color formation was Fe2O3. The brightness of red tone was not positively correlated with the content of Fe2O3.

Key words： Baoshan of Yunnan； Nanhong agate； XRF

南紅瑪瑙古稱“赤玉”，是一種質地細膩油潤、顏色鮮艷的天然紅色瑪瑙，因契合中國人的審美，深受消費者的喜愛。云南保山是最初發現南紅瑪瑙的產地，已有上千年的開采歷史，早在明朝時，徐霞客曾在《徐霞客游記》中記載了云南保山（當時永昌府楊柳鄉）開采南紅瑪瑙的相關情況。

本文選取保山南紅瑪瑙樣品共計46顆（圖1），根據肉眼顏色漸變規律共分為5組，編號依次為1-1至1-15，2-1至2-9，3-1至3-10，4-1至4-10，5-1至5-2。

X射線熒光光譜法簡稱XRF，是以足夠高能量的X射線轟擊樣品，受轟擊的樣品中的元素受到高能輻射源激發引起內層電子的躍遷，同時放射出二次X射線，不同的元素放射出的二次X射線具有特定的能量或波長特性，探測系統探測特征X射線的波長（能量）及其強度，并通過軟件將所收集到的信息轉換成樣品中各種元素的種類及含量，從而對樣品進行定性和定量分析。X熒光光譜儀由激發源（X射線管）和探測系統構成，分為波長色散型和能量色散型[1]。X射線熒光光譜法具有操作簡便、測量速度快、不破壞樣品，分析精度高、分析元素范圍廣、樣品形狀不受限制等優點，同時也有只能分析樣品近表面、定量分析需要標樣，繪制標準曲線等缺點。X熒光光譜分析廣泛地應用到寶石礦物、材料科學、地質研究、文物考古等諸多領域。目前在貴金屬檢測領域，是各實驗室應用最廣泛的一種無損檢測方法，在珠寶檢測領域，經常被用來分析元素含量，達到鑒定寶石、區分合成與優化處理、判定產地的目的。

為了解樣品元素組成信息，本文對46顆南紅瑪瑙用X射線熒光光譜儀進行測試，探究其致色成因，由于沒有南紅瑪瑙標樣，因此為半定量分析。實驗在中國地質大學（北京）珠寶實驗室進行，選用能量色散X熒光光譜儀進行測試，型號為EDX-7000，測試條件為：準直器5mm，電壓15-50kV，電流803-104uA，每個樣品測試時間為300s，DT%=30%。

通過X射線熒光光譜儀測試出的化學成分主要為SiO2，次要化學成分為SO3、Fe2O3、K2O、CaO、CuO、Sc2O3、Cr2O3、PtO2、GeO2、Au2O、SeO2、Ag2O、Sm2O3、Ta2O5、Tb4O7、NiO、Ir2O3、Bi2O3、Ga2O3、Cs2O、Tm2O3、WO3、HgO、V2O5、BaO、MnO、Eu2O3、Yb2O3、SeO2、BaO、SrO。測試結果表明：云南保山南紅瑪瑙的化學成分主要為SiO2，占98%以上，測試樣本含量為98.946-99.859%，說明其成分純凈，還含有少量的S、Fe、Ca、K、Cu、Sc、Cr、Mn等微量元素，在檢測到的主要微量元素里，Fe、Cu、Cr、Mn是常見的致色元素。根據前人研究，南紅瑪瑙中的致色元素可能有三種：Fe2O3， Cr2O3， MnO[2]（傅秋瑩，2015）。Fe 離子是南紅瑪瑙的主要致色元素，Fe2O3的含量與南紅瑪瑙紅色的鮮艷性呈正相關關系[3]（張玨，2016）。

測試結果致色成分以Fe2O3的含量最多，為0.009-0.055%，有6件南紅瑪瑙樣品未檢測出Fe2O3；Cr2O3含量較低，為0.008-0.019%，其中有33件樣品未檢測出Cr2O3；僅有1件樣品檢測出含有MnO，含量為1.172%。由此可以推斷Fe2O3是導致南紅瑪瑙顏色的主要原因，6件南紅瑪瑙樣品未檢測出Fe2O3的原因可能是由于X射線熒光光譜儀只能檢測到樣品近表面，而Fe2O3在樣品內部，未能檢測到。由測試結果可知，Fe2O3含量與樣品顏色鮮艷程度沒有明顯的相關關系，沒能和前人研究結果相一致，實現預期的Fe2O3含量與樣品的紅色的鮮艷程度成正相關關系。

分析原因如下：

1、和測試部位有關，紅色色素點分布不均勻，由于沒有磨成粉末，測試的部位不能代表整顆樣品Fe2O3的含量，其中6粒紅色調樣品未檢測出Fe2O3含量便是證明；

2、由于沒有標樣，是半定量分析，結果反映的是能測出來的那些元素之間的相對比例關系，還有一些未能測出的元素，XRF將不同元素轉化為氧化物后，計算其相對含量，因此測出的Fe2O3的含量不是精確值，是相對含量；

3、根據前人研究結論，南紅瑪瑙主要為三價鐵致色，本實驗Fe2O3未能分價成Fe2+和Fe3+；

4、南紅瑪瑙的致色因素不能僅僅考慮鐵元素含量，與鐵礦物的具體存在物相形式及分布方式有關，且與南紅瑪瑙致色成因的多樣性有關，除了Fe元素，還可能有其他的致色元素致色；

綜上各種原因，保山南紅瑪瑙紅色調的鮮艷程度不和Fe2O3含量成正相關關系。

參考文獻：

[1]張蓓莉.系統寶石學（第二版）[M].北京：地質出版社，2006.

[2]傅秋瑩.涼山州南紅瑪瑙致色元素與成礦環境的研究[D].成都理工大學，2015.

[3]張玨.涼山美姑南紅瑪瑙礦床地質特征與控礦因素分析[D].成都理工大學，2016.