剛玉中的鈹——對藍色藍寶石的影響分析

圖1.已知這組藍寶石中（1.24-8.00 克拉）較小的寶石經過了鈹擴散處理。四顆較大的寶石在調查期間被標記為經過鈹處理。

在2001-2002年間，寶石行業見證了經鈹擴散處理的「帕帕拉恰」(padparadscha) 剛玉的問世，這種寶石呈現黃色和橙色。這種經處理的「帕帕拉恰」藍寶石可以通過寶石表面的黃-橙色域來辨別，將寶石放在漫射光源下則很容易看到這種顏色。

這種經鈹擴散處理的黃-橙色藍寶石給寶石鑒定帶來更大的挑戰，通常需要採取更複雜的化學分析手段，比如二次離子質譜儀(SIMS) 或激光剝蝕電感耦合等離子體質譜儀(LA-ICP-MS) 等，來探測鈹(Be) 的痕量級，以此說明寶石的處理情況；鈹是一種輕元素，通過寶石鑒定所採用的典型分析方法檢測不到這種元素。

由於激光剝蝕電感耦合等離子體質譜儀(LA-ICP-MS) 和二次離子質譜儀 (SIMS) 都需要昂貴複雜的儀器，因此已探索更具成本效益的替代方案。目前具有成功希望的另一項技術是激光誘導擊穿光譜儀(LIBS) 。雖然這種技術的使用沒有那麼複雜，而且可以探測到鈹的痕量級，但它的敏感度和精確性卻比不上其他兩種方法，而相比標準的寶石學儀器（如紅外和紫外可見光光譜儀），仍然相對昂貴。

圖 2. 在一些經過鈹處理的藍色藍寶石中，可以看到這些形狀和圖案不同尋常的雲狀物。顯微照片由 Shane F. McClure（尚恩·F.·麥克盧爾）拍攝；放大 25 倍。

經鈹擴散處理的藍色藍寶石。

隨著可探測鈹的分析方法的日益普及，對剛玉中這種元素的分析也愈加常規化，寶石學實驗室目前在國際市場發現了越來越多經這種技術處理的藍色藍寶石。2006年中期，全日本寶石學協會報告稱，他們已經發現數塊經鈹處理的藍色藍寶石。隨後，Vincent Pardieu（文森特·珀杜）有幸得到50塊經鈹擴散處理的藍色藍寶石，然後輾轉至曼谷的AIGS鑒定所，並送至多個鑒定所進行研究。

在這些和其他經鈹處理的藍色藍寶石中，我們測得的鈹含量為大約4ppm至超過 20ppm。

早在2002年，GIA成員與其他研究人員組成的團隊與John Emmett（約翰·艾米特，華盛頓Brush Prairie地區，晶體化學）就合作研究過利用鈹擴散來處理藍色藍寶石的可能性。正如Emmett等人發表的文章所示，可通過鈹擴散和隨後的加熱處理來淡化深藍色藍寶石的顏色。

圖 3. 一些經鈹處理的藍寶石顯示出行狀和線狀的圓形內含物，酷似螺旋開瓶器。放大25倍。

由於出現了這麼多經鈹處理的藍色藍寶石，GIA發起了一個廣泛的項目，以確定經鈹處理的藍色藍寶石在有色寶石市場中的供應程度。鑒定所工作人員使用 GIA鑒定所的激光剝蝕電感耦合等離子體質譜儀(LA-ICP-MS) 和一些標準的寶石學技術分析了500餘顆來自紐約交易場所的藍寶石；其中大多數都是經熱處理的藍色藍寶石，但也包含有一些綠色、黃色、橙色和粉紅色藍寶石。

分析這500 個樣本後發現，其中有四顆藍色藍寶石一致顯示為擁有高含量的（3 ppm以上）鈹元素，證明它們已進行鈹擴散處理（圖 1）。經鈹擴散處理的藍色藍寶石確已進入美國市場。

在經鈹擴散處理的藍色藍寶石中發現的一些特定內含物似乎也能作為判斷該處理方式的因素。這些寶石中有的包含形狀不規則的圖案式雲狀物（圖2），有的則包含類似於螺絲錐的呈行狀和線狀的圓形內含物（圖 3），還有的是一些呈球形的雲狀物圍繞在變化多端的晶體周圍（圖 4）。但是，並非所有經鈹擴散處理的藍色藍寶石都有這些內含物，有一些就完全沒有。此外，有些藍色藍寶石中雖然檢測到鈹元素，但並非表示它就經過了擴散處理。

圖 4. 經過鈹處理的藍寶石還有個特徵，那就是圍繞在高度變異的晶體周圍的球形雲狀物。放大 20 倍。

天然藍寶石中的鈹？

純剛玉中僅會包含氧化鋁(Al2O3)，但實際上，這種礦物總是含有少量其它雜質元素。例如，未經處理的天然藍色藍寶石可能含有約1,000-10,000 ppm 的鐵和鈦，這取決於礦石形成時的礦床類型。黃色藍寶石通常含有幾十ppm 的鎂。但是，以前並無記錄顯示未經處理的剛玉中含有鈹。因此，可以假定剛玉中出現的任何鈹元素都可用來判斷鈹處理情況。

在上述500顆寶石的分析過程中，鑒定所發現其中17顆藍色藍寶石的鈹含量在寶石的不同部位差異甚大。這與從已知經處理寶石獲取的研究結果不一致。其中一個異常情況來自一顆2.63克拉的圓形明亮式切工藍色藍寶石，有明顯的證據表明其已經過熱處理。

最開始是對這顆藍寶石腰圍上的兩個部位進行激光剝蝕電感耦合等離子體質譜儀(LA-ICP-MS) 分析。分析表明，其中一個部位含有 3.5 ppm 的鈹，這與對寶石中帶稜角的乳白色雲狀物邊緣的檢測結果相一致，但另一個部位（未檢測到鈹）卻沒有任何內含物。進一步的分析顯示，雲狀物中含有高達 13.3 ppm 的鈹，但寶石的其他部位基本沒有發現鈹。雲狀物中還含有濃度持續增高的鈮 (Nb) 和鉭 (Ta)。

圖 5. 與鈹相關的雲狀物常常呈極細的顆粒狀，在暗場照明下呈乳白色（左）。但是，在透射光的照射下，通常呈褐色（右）。這種雲狀物的平面結構也可以在右邊的圖像中看到。放大 20 倍。

這個引發討論的雲狀物外觀獨特，是非常細小的微粒（顆粒尺寸相當小，以至於採用標準的寶石學顯微鏡都無法觀測到單個粒子），呈平面構造，在暗視野光照下呈乳白色，而在透射光照射下則呈現褐色（圖5）。但有一點必須注意，儘管在所調查的其他樣本中也會觀察到外觀類似的雲狀物，但並非所有這種雲狀物都含有鈹。由於這些雲狀物中的顆粒非常細小，其相位還未最終確定下來。

除了這17 顆寶石，在提交至鑒定所做鑒定報告的藍色藍寶石中，鑒定所研究人員也從它們的雲狀物中檢測到痕量鈹（以及高含量的鉭和鈮）。其中少數的藍色藍寶石沒有任何經熱處理的跡象。這與GIA研究人員收集的樣本情況相同，而AGTA的Richard Hughes（理查德·休斯）從馬達加斯加依拉卡卡(Ilakaka) 地區的礦床中獲取的藍寶石也表現出相同的結果。

而在一些已經熱處理的樣本中，似乎也沒有現象表明鈹擴散處理能夠導致元素分布如此不均勻。此外，加上對無熱處理跡象的藍寶石的鈹檢測結果，我們最終確定，剛玉中的微量鈹確實是天然形成，或者至少是與一些外來的礦物包含物（形成雲狀物）一同出現。為更好地了解這一現象以及雲狀物的自然特性，除了目前正在開展的研究，GIA還參與了由Vincent Pardieu（文森特·珀杜）牽頭的一個合作項目（現與位於瑞士盧塞恩 (Lucerne) 的古柏林寶石鑒定所合作），以研究熱處理對這些藍寶石中天然存在的鈹元素的影響。作為該項目的一部分，GIA曼谷研究機構目前正在使用激光剝蝕電感耦合等離子體質譜儀 (LA-ICP-MS) 進行嚴謹的化學製圖。

來源：GIA

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