一種商貿名稱為“泰國貓眼”寶石的特征及鑒定

余煉鋼

(德宏師范高等專科學校，云南 德宏 678400)

0 引言

貓眼效應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。貓眼效應的產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、纖維狀結構；二是寶石須加工成底面平行于包裹體(或結構)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(或結構)排列的方向[1]。自然界中可產生貓眼效應的寶石品種繁多，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，外觀酷似優質金綠寶石貓眼。為弄清其種屬，對其做了常規寶石學測試、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，發現該飾品材質為玻璃纖維，依據國標定名為玻璃貓眼。本文基于系統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證據。

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顏色顯著不同，向光一側顏色較暗呈蜜黃色，背光一側顏色較亮呈黃白色，十分類似天然金綠寶石特征的“蜜黃-乳白”效應(圖1b)。放大觀察弧面上呈現一組垂直寶石長軸方向的平行纖維狀結構，以及局部同方向排列的的黑色長針狀包體(圖2a)，從側面透光觀察可見大量形狀不規則、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構等特征接近玻璃類制品，但未見有玻璃貓眼常見的“蜂巢狀”纖維結構[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.樣品內含平行的黑色長針狀包體(40×);b.樣品側面呈現大量多邊形的褐-黑色斑點(60×);c.普通玻璃貓眼的“蜂巢狀”纖維結構(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32次，分辨率4 cm-1，波數精度優于0.01cm-1。

紅外測試結果顯示樣品與非晶態SiO2的紅外振動特征[4]基本一致，在1200～400范圍內出現了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是指示非晶態物質的特征吸收峰，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：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。

拉曼測試結果(圖4)顯示，樣品呈現一條連續且寬緩展布的譜帶，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SiO2類物質的拉曼光譜特征，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域(編號為No1、No2、No3)進行化學組成定性及定量分析，結果顯示樣品各處物質組成均勻，元素含量較穩定，經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化學成分分析結果(wt/%)Table 1 EDXRF chemical composition analysis data of the samples(wt/%)

2.4 紫外-可見光譜分析

測試結果(圖5)顯示，樣品在藍紫區有以425nm為中心的強而寬的吸收帶，從綠區至紅區，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。基于離子間電荷遷移呈色理論[1、8]推測，藍紫區吸收帶主要由Fe2+-Fe3+間電荷遷移產生的特征吸收，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，使得樣品呈現被吸收光的補色，而極微量的Mn2+對光的選擇性吸收可產生橙色調，兩者吸收效果的疊加即產生金黃體色。

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

3 討論

從本項實驗數據看，該樣品的密度值、折射率值、定性纖維狀結構，以及紅外吸收光譜特征、拉曼光譜特征、化學組分等均證實為玻璃制品，屬于人造貓眼寶石的一種。依據國標《珠寶玉石名稱》(GB/T16552-2017)[2]應定名為玻璃貓眼。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以正規珠寶質檢機構出具的鑒定結果為準，不可盲目輕信以免花大價錢買低端貨。現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面透光觀察未見“蜂巢狀”纖維結構，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合纖維，然后切成200nm定長，再將150～300根定長一次復合纖維捆扎成束，切割后插入無色玻璃套管中，加熱拉絲產生二次復合纖維。同理產生三次復合纖維，再將三次復合纖維捆成捆，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”結構，它是數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，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，但生產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生類似天然金綠寶石特有的“蜜黃-乳白”效應[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，常規檢測即可區分開來。其三，玻璃貓眼的纖維狀結構一般十分細膩完整，除纖維結構本身包含的針管狀氣泡或空穴外，基本無雜質包體，而本樣品中發現了與纖維結構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。推測是由熔融態玻璃冷卻析晶作用而形成，與高溫的玻璃態基質冷卻中降溫速度不均勻有關，同時CaO、BaO等作為乳濁劑參與了晶體的生長過程[10,12]。

4 結論

(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，具平行纖維狀結構，內含黑色長針狀包體，具有類似金綠寶石貓眼的“乳白-蜜黃”效應。紅外光譜及拉曼光譜測試證實其材質為玻璃，依據國標《珠寶玉石名稱》GB/T16552-2017定名為玻璃貓眼。

(2)化學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”纖維結構。