珠寶知識292：珠寶考研考證篇（九十五）：水熱法合成祖母綠簡介及以及中國桂林合成祖母綠的鑑定特徵

【歷史簡介】

1960年，奧地利人約翰·萊奇萊特納研製成功，後來被美國林德公司購買了銷售權，當時被人稱之為人造祖母綠（Emerita）或者合成祖母綠（Symerold），此後林德公司開始研究水熱法生長祖母綠，並申請了多項相關專利，其中1971年3月批准的“在中性到鹼性介質中生長祖母綠”的伊迪斯·M·弗拉尼根專利以及1973年批准的“在強酸pH＜0.1介質中，採用黃金和鉑金襯套生長祖母綠”的楊西專利。

1993年，俄羅斯與泰國合資成立泰洛斯公司，專門合成各種高檔寶石晶體，是全球最重要的水熱法合成寶石廠商，上一篇文章中就重點介紹了該公司合成的紅寶石，其生長出的合成寶石特點為表面具有三角形、螺旋狀、草叢狀生長紋，籽晶以{1211}為生長面。

1998年，俄羅斯用水熱法合成出低質量的祖母綠，在查爾斯濾色鏡下呈黃色，紫外熒光無反應；

2003年，捷克共和國布拉格開始製造水熱法合成祖母綠，被稱之為Malossi合成祖母綠，大晶體的生長需要40-60天不等；

2004年12月Malossi合成祖母綠開始在意大利和美國銷售，年產量月5000-6000克拉，能夠生產的晶體25-150克拉不等，平均重量77克拉，能夠得到的最大成品重量約15克拉。

下圖為Malossi合成祖母綠，重量在28.4-141.65克拉之間，尺寸在7.1-69.9毫米之間，刻面型祖母綠重量在1.34-7.89克拉之間。

【我國的發展簡介】

1987年，有色金屬工業總公司廣西寶石研究所開始研究水熱法生長祖母綠晶體技術；

1993年8月投入商業性生產，年產量可達7000克拉，主要生產模仿哥倫比亞帶藍色調祖母綠和仿巴西純綠色祖母綠。

下圖為我國生產的合成祖母綠，最大的一顆重量為4.72克拉，其餘的重量在0.13-0.61克拉之間。

【工作原理】

祖母綠的化學式為Be3Al2Si6O18，致色元素為Cr元素，在合成過程中選擇的原來分別為SiO2、Al（OH）3、Be（OH）2，致色劑選用的是CrCl·6H2O，具體的化學反應方程式如下：

SiO2+Al（OH）3+Be（OH）2→Be3Al2Si6O18+H2O

【裝置與合成過程】

下圖為水熱法合成祖母綠的裝置示意圖，從圖中可以看到其中SiO2置於高壓釜的上部，Al2（OH）3和Be（OH）2置於高壓釜的下部，隨著溫度和壓力的升高，原料在水溶的溶解度逐漸增加，溶解有Be、Al和Cr的溶液向上運移，溶解SiO2的溶液向下運移，在中間籽晶處相遇，發生化學反應，沉澱在籽晶上，最終形成祖母綠。

【工藝參數】

與其他水熱法合成寶石相類似，工藝參數主要包括生長溫度、溫差、壓力、礦化劑、培養料和籽晶切向等方面，下圖為大家總結了不同生產公司所採用的工藝參數。

【鑑定特徵】

水熱法合成祖母綠（綠柱石）經常含有一些與天然祖母綠較為類似的內含物特徵，例如氣液兩相包裹體、礦物包裹體（赤鐵礦等）、平直的色帶、發育完整的晶面等等，因此還是具有較大的迷惑性，但是通過仔細的觀察，仍然不難鑑定。

目前主要的水熱法合成祖母綠（綠柱石）廠家包括中國桂林、Malossi、俄羅斯、墨西哥、Biron等，由於不同廠家之間的鑑定特徵有著明顯的區別，因此下面按照合成廠家分別介紹其鑑定特徵，主要從原石特徵、種晶板殘餘、生長結構、內含物特徵、化學成分分析、紅外光譜特徵以及其他寶石學性質的角度來進行分析對比。

一、中國桂林

【原石特徵】

下圖為中國生產的水熱法合成祖母綠的原石示意圖，整體上呈板狀，平行於籽晶觀察，可見C軸與柱面a平行，且垂直於底面c；C軸與種晶板斜交；圖中也顯示了兩個p面相交的晶稜；在樣品A中發育兩個大的不均勻的平行於籽晶的面（但是要注意，這個面並不屬於晶面）；在樣品H中僅存在一個平行於種晶的不均勻面，而在樣品B中不可見；晶體的形態與種晶的定向和尺寸密切相關。

下圖為中國水熱法合成祖母綠的真實晶體形態與示意圖，晶體主要發育底面c，第一與第二級序的六方柱m和a，以及六方雙錐p。

下圖為中國桂林生產的水熱法合成祖母綠，顏色鮮豔，原石重量為10.78-14.75克拉，刻面型祖母綠為1.14克拉。

下圖為中國水熱法合成祖母綠，這種表面不平整、波狀的表面是與種晶平行，但是要注意，該平面並不是晶面。

【種晶板殘餘】

下圖為中國水熱法合成祖母綠，中間無色的部位為種晶板，其中一些無色的種晶的厚度是可變的。同樣要注意這種階梯狀的顯微結構體現在與種晶平行的色帶，這種顯微結構類似於其他水熱法合成祖母綠中的不規則生長圖案。浸液觀察，放大50X。

刻面型樣品E存在一個無色的天然綠柱石種晶，幾乎平行於檯面，並且與生長帶及色帶相互平行。種晶顯示為黃色主要是因為浸液觀察（苯甲酸苄酯），放大35X

合成祖母綠的種晶一邊呈彎曲狀。在種晶的兩側可觀察到許多微小的晶體，以及平行於C軸的錐狀體。注意種晶本身具有生長帶。浸液觀察，放大40倍。

【生長結構】

下圖為中國水熱法合成祖母綠顯示的生長結構，是由亞晶體之間的不規則邊界形成的。浸液觀察，放大60X。

平行於籽晶觀察所有的中國合成祖母綠的樣品，可見伴有色帶的板狀生長結構，在這個樣品C中可觀察到幾乎垂直於板狀結構生長的針管狀包裹體，浸液觀察，放大60X。

【內含物特徵】

下圖為在中國水熱法合成祖母綠中觀察到不同類型的包裹體示意圖。

A：籽晶為無色綠柱石，籽晶周圍為獨立的綠柱石晶體與許多小的金綠寶石晶體，兩者通常顯微為錐形，在所有的四種包裹體類型中，這些針管狀包裹體平行於C軸分佈；

B：合成祖母綠種晶的兩側伴有多個呈圓錐狀的金綠寶石晶體；

C：在合成祖母綠的種晶中伴有針管狀包裹體，並且平行於種晶的表面，這種包裹體在第一次高壓釜中生長，此外，種晶的兩側伴有多個金綠寶石晶體；

D：合成祖母綠的中金給版友多個呈圓錐狀的金綠寶石晶體，遠離種晶的生長面可觀察到針管狀包裹體，幾乎垂直於生長板

第一種包裹體，偶爾可見獨立存在的圓錐形針狀的氣液兩相包裹體，並且在最寬處可出現於籽晶板相連的小晶體。浸液觀察，放大80X。

第二種包裹體，呈錐形針狀的氣液兩相包裹體，與上圖中所見的獨立存在的包裹體相似，與C軸平行。這些針狀包裹體可能生長於籽晶的表面，也能距離種晶很短的距離；他們與很多種晶表面相連的小晶體有關；注意籽晶自己本身的色帶特徵。浸液觀察，放大80X。

在這顆中國的樣品中，可見很多大頭針狀的微晶包裹體，平行於C軸觀察，僅可見到“針頭”；這顆合成祖母綠的切工展示了種晶的輪廓。

第三種細長狀的針管狀包裹體，幾乎垂直於種晶板（圖片的底部），在種晶的另一端，合成祖母綠的生長部位，錐形的針狀包裹體延長方向平行於C軸。他們開始於種晶板或者距離種晶板一段距離，通常與那些與種晶板有關的雙折射晶體有關。放大80X。

顯微激光拉曼分析顯示中國水熱法合成祖母綠中的圓錐狀針狀包裹體較寬一端的兩相或單相包裹體為金綠寶石，放大200X。

下圖為拉曼光譜，A 合成祖母綠的拉曼光譜，為C為金綠寶石的拉曼光譜，B為上圖中大頭針狀包裹體的拉曼光譜，因此可以只是包裹體為金綠寶石，而不是硅鈹石等其他常見的晶體。同時要注意，在曲線B中也可以見到寄主合成祖母綠的拉曼光譜的部分譜鋒。

這種大頭針狀和金綠寶石晶體包裹體通常出現在種晶板附近，是桂林水熱法合成祖母綠最典型的鑑定特徵。放大30X。

【化學成分分析】

下表為中國水熱法合成祖母綠的化學元素組成表，從表中可以非常清楚的看到，微量元素僅可測得Cr、F、Cl，其他微量元素均在檢測限以下。

利用電子探針對合成祖母綠進行線掃描，掃描分析點100個，樣品在浸液觀察時刻觀察到明顯的色帶，從而顯示非常明顯的層狀結構。籽晶板中低含量的Cr元素與深色區域的都高Cr位置呈現明顯的對比；左側的不連續位置含有大量的針管狀包裹體。

【紅外光譜】

下圖為中國水熱法合成祖母綠樣品的紅外光譜，無論是垂直於C軸還是平行於C軸的光譜中，都可以觀察到2000-6000 cm-1範圍內的吸收峰，其中，3500–4000 cm-1和5000–5500 cm-1範圍內與水的吸收峰有關，5000–5500 cm-1區域的光譜可以用來區分無鹼水熱法合成祖母綠（例如中國產品），以及那些低鹼天然祖母綠(如哥倫比亞石)，光譜必須要定向測量，因為沒有定向分析的祖母綠的水的吸收峰經常沒有鑑定意義；2500–3100 cm-1區域內是與Cl元素有關的吸收峰。

與Cl有關的2500–3100 cm-1範圍的吸收帶，可同時見於垂直和平行C軸的光譜中，這對中國以及其他類型的含Cl水熱法合成祖母綠具有診斷性的鑑定意義，也就是說，這一範圍的吸收譜鋒與天然祖母綠沒有任何重疊，譜鋒的觀察足以確定樣品為合成；另外，該範圍的譜鋒不需要定向測量就可以獲得相關的信息。

下圖為中國與Biron水熱法合成祖母綠的紅外光譜對比圖，兩者的譜鋒是較為相似的。但是從圖中還可以發現，定向測量的與非定向測量的紅外光譜相應譜鋒的強度是不同的。

下圖為中國水熱法合成祖母綠在5000 – 5500cm-1範圍內的紅外光譜圖，譜鋒主要位於5110, 5275, 和 5450 cm-1三處，兩個曲線代表不同的取向，其中A為近於垂直C軸，B與C軸輕微斜交，但是相對應的譜鋒強度有著明顯的差異。這就是為什麼之前講到的，在測量該範圍吸收光譜的時候需要嚴格的定向。

在中國水熱法合成祖母綠中， 5275 cm-1只有在平行於C軸的才可觀察；而5110和5450 cm-1只能在垂直於C軸的樣品中觀察到。

好了，關於合成祖母綠的簡介以及中國桂林水熱法合成祖母綠的鑑定特徵就分享到這裡，希望對大家有所幫助。

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