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圖1 石英質(zhì)玉石
石英質(zhì)玉石是由隱晶質(zhì)-顯晶質(zhì)石英礦物集合體組成的一種玉石，石英質(zhì)玉石的顏色豐富多彩，有黃色、紅色、綠色、白色和黑色等顏色。黃色、紅色石英質(zhì)玉石的顏色成因與Fe元素相關(guān)，綠色石英質(zhì)玉石與Fe、Cr、Ni元素有關(guān)，黑色石英質(zhì)玉石與Mn元素有關(guān)。黃色和紅色是石英質(zhì)玉石最主要的顏色種類(lèi)，近年來(lái)在珠寶市場(chǎng)上備受關(guān)注。
由于石英質(zhì)玉石之中的致色礦物顆粒非常細小，使用常規的分析儀器和分析方法很難獲得致色礦物的準確信息以及致色礦物與石英質(zhì)玉石顏色的關(guān)系。使用紫外可見(jiàn)光吸收光譜的方法對黃色和紅色的石英質(zhì)玉石的顏色成因進(jìn)行了探討，可取得比較好的結果。
1、樣品及測試方法
?。?）測試樣品
云南龍陵：YN-31、HLY-XDX-13、HLY-XHS-17和HLY-XDX-7；
安徽霍山：HSY-29和HSY-60；
廣西賀州：HZ-J-2和HZ-J-6。
所有樣品分別磨制成0.03mm厚的巖石薄片和厚度為1mm兩面拋光的薄片。除HZ-J-2和HZ-J-6兩塊樣品因帶顏色的區域難以分離故未研磨成粉末樣品外，其他6塊樣品都磨制成粉末樣品進(jìn)行了測試分析。
圖2 測試樣品
圖2中的YN-31號樣品為石英質(zhì)玉石的次生礦，其最外層為黃色（YN-31-Y），中間為紅色（YN-31-R），最里層為白色（YN-31-W）。樣品YN-31-Y的顏色比樣品HLY-XHS-17的顏色黃，但顏色相對偏暗一些，樣品HLY-XHS-17的顏色比樣品HSY-29的黃，顏色也更亮一些；樣品HLY-XDX-13整體為紅色，紅色色調較YN-31-R要淺；HZ-J-2和HZ-J-6兩塊樣品中都存在顏色鮮艷的黃色區域和紅色區域；YN-31-W、HSY-60、HLY-XDX-7號樣品為白色。
?。?）測試方法
采用偏光顯微鏡和激光共聚焦顯微鏡對樣品的顯微結構、顆粒大小和顆粒形態(tài)進(jìn)行了觀(guān)察。激光共聚焦顯微鏡的激光波長(cháng)是405nm，分辨率是10nm，放大倍數108-17280倍。
利用拉曼光譜儀對巖石薄片中的礦物進(jìn)行了分析，激光波長(cháng)是532nm，分辨率4cm-1，掃描時(shí)間20s，掃描3次，測試范圍100-2000 cm-1。
紫外可見(jiàn)光吸收光譜儀，測量范圍均為250-800nm，分辨率0.5nm，基線(xiàn)校準使用的是BaSO4。粉末法測試了8塊樣品（YN-31-Y、YN-31-R、YN-31-W、HLY-XDX-13、HLY-XHS-17，HLY-XDX-7，HSY-29和HSY-60），并使用小光柵附件利用反射法對10塊1mm厚兩面拋光的薄片進(jìn)行了測試。經(jīng)過(guò)數學(xué)計算，獲得了紫外可見(jiàn)光吸收光譜一階導數圖譜。
2、顯微分析
石英質(zhì)玉石主要由細粒狀的石英組成，大部分情況下石英顆粒度比較均一，在有些樣品中可以看到由不同尺寸大小的石英顆粒組成的條帶（圖3a），黃色和紅色的副礦物賦存于石英顆粒之間（圖3b-3d）。
圖3 顯微照片顯示細小的黃色和紅色礦物賦存于石英顆粒之間
激光共聚焦圖像（圖3e-3l）提供了豐富的信息，其中圖3e、圖3g、圖3i、圖3k是可見(jiàn)光圖像，通過(guò)這些圖像，可以清晰地看到黃色和紅色的副礦物特征；圖3f、圖3h、圖3j、圖3l是激光圖像，分別與可見(jiàn)光圖像（圖3e、圖3g、圖3i、圖3k）一一對應。
激光圖像的精細度要高于可見(jiàn)光圖像，但是無(wú)法提供礦物的顏色信息，因此在同一位置使用兩種光源分別進(jìn)行了圖像采集。
圖3顯示，納米尺寸的黃色和紅色礦物賦存于大顆粒的石英顆粒（5-100μm）之間或者微裂隙之中。黃色和紅色礦物由于太細小，無(wú)法分辨礦物的晶體形態(tài)和準確的尺寸大小。從圖3可以清晰地觀(guān)察到，這些黃色和紅色的致色礦物顆粒非常細小，賦存于石英顆粒之間，黃色石英質(zhì)玉石是由納米尺寸的黃色礦物致色，紅色石英質(zhì)玉石是由納米尺寸的紅色礦物致色。
3、拉曼光譜分析
利用拉曼光譜很難檢測到石英質(zhì)玉石中的黃色和紅色致色礦物，僅在HZ-J-6號樣品中檢測到了紅色的赤鐵礦，很難檢測出其他致色礦物的種屬。
4、紫外可見(jiàn)光吸收光譜分析
對所有研究樣品的粉末進(jìn)行了紫外可見(jiàn)光吸收光譜的測試，結果見(jiàn)表1。
為了準確分析粉末樣品的紫外可見(jiàn)光吸收光譜數據，將紫外可見(jiàn)光吸收光譜進(jìn)行了一階導數求導，所提供的信息明顯要多于直接測量的光譜所顯示的信息，結果見(jiàn)表1。
對10塊兩面拋光的厚度為1mm的樣品進(jìn)行了紫外可見(jiàn)光吸收光譜測試，結果見(jiàn)表1。
對1mm樣品的紫外可見(jiàn)光吸收光譜進(jìn)行了一階導數求導，結果見(jiàn)表1。
表1 石英質(zhì)玉石紫外可見(jiàn)光吸收光譜數據分析
樣品
編號 |
顏色 |
樣品類(lèi)型 |
紫外可見(jiàn)光特征吸收峰/nm |
一階導數圖譜
特征峰/nm |
鐵礦物指派 |
| HSY-60 |
整體為白色，顏色分布均勻 |
粉末 |
500 |
509/470/435/391/366 |
- |
| 薄片 |
- |
716/632/380/293 |
- |
| HLY-XDX-7 |
粉末 |
500 |
509/470/435/391/366 |
- |
| 薄片 |
480 |
718/631/580/504/430/390/309 |
- |
| YN-31-W |
粉末 |
- |
551/503/435/380 |
赤鐵礦 |
| 薄片 |
- |
489/379/310/297 |
- |
| YN-31-R |
整體紅色，顏色均勻 |
粉末 |
390 |
570/497/444 |
赤鐵礦 |
| 薄片 |
- |
690/591/491 |
赤鐵礦 |
| HTY-XDX-13 |
整體紅色，顏色不均勻，團塊狀紅顏色和團塊狀黃顏色混雜 |
粉末 |
481/365 |
527/503/435/393 |
針鐵礦/赤鐵礦 |
| 薄片（紅色） |
- |
706/582/491/446/385 |
赤鐵礦 |
| 薄片（黃色） |
687/480 |
714/556/436/385 |
赤鐵礦/針鐵礦 |
| HZ-J-2 |
主要為鮮艷的黃色，紅色呈團塊狀分布在黃色之中 |
粉末 |
× |
× |
- |
| 薄片（紅色） |
515 |
702/677/589/474/432/304/277 |
赤鐵礦/針鐵礦 |
| 薄片（黃色） |
512/473 |
723/653/550/535/488/435/395/318/275 |
針鐵礦/赤鐵礦 |
| HZ-J-6 |
鮮艷的紅色和黃色呈團塊狀分布在玉石之中 |
粉末 |
× |
× |
- |
| 薄片（紅色） |
515 |
703/673/648/584/570/485/434/313/277 |
赤鐵礦/針鐵礦 |
| 薄片（黃色） |
512/473 |
719/654/556/536/488/433/310/279 |
針鐵礦/赤鐵礦 |
| YN-31-Y |
整體黃色，顏色均勻，黃色偏暗 |
粉末 |
480/365 |
559/502/435/393 |
針鐵礦/赤鐵礦 |
| 薄片 |
677/480 |
714/559/435/390 |
針鐵礦/赤鐵礦 |
| HSY-29 |
整體黃色，顏色均勻 |
粉末 |
475/365 |
525/505/433/387 |
針鐵礦 |
| 薄片 |
475/365 |
530/435/390 |
針鐵礦 |
| HLY-XHS-17 |
整體黃色，顏色分部均勻，黃色明亮 |
粉末 |
475/365 |
525/505/433/387 |
針鐵礦 |
| 薄片 |
676/475 |
716/544/435/383 |
針鐵礦 |
黃色和紅色石英質(zhì)玉石的紫外可見(jiàn)光吸收光譜雖然存在一些差異，但是差異太小，由于本身鐵含量太少，導致特征峰不明顯。紫外可見(jiàn)光吸收光譜中，針鐵礦的紫外可見(jiàn)光吸收光譜一階導數圖譜的特征峰是位于545-535nm的主峰并伴有435nm的次級峰，赤鐵礦的一階導數圖譜只有位于595-555nm之間的主峰。
?。?）粉末樣品的紫外可見(jiàn)光吸收光譜一階導數圖譜分析
白色樣品：YN-31-W中含有少量的赤鐵礦；
黃色樣品：HSY-29、HLY-XHS-17號黃色樣品的致色礦物為針鐵礦；YN-31-Y黃色樣品中，與Fe3+有關(guān)的特征峰有435nm特征峰和559nm的寬峰，559nm特征峰的寬度非常大，針鐵礦535nm的特征峰有可能被掩蓋，或者該峰由針鐵礦的特征峰和赤鐵礦的特征峰共同引起，據此判斷黃色樣品YN-31-Y的顏色主要由針鐵礦致色，同時(shí)赤鐵礦對其顏色也有一定的影響；
紅色樣品：YN-31-R的致色礦物為赤鐵礦，而在HLY-XDX-13號紅色樣品中，與Fe3+有關(guān)的特征峰有435nm和530nm，與其它樣品相比較，該樣品435nm的特征峰最弱，其530nm特征峰的寬度特別寬，可以推斷針鐵礦的主峰（535nm）和赤鐵礦的特征峰（570nm）有可能都被該峰掩蓋，該峰也很有可能是由針鐵礦535nm特征峰和赤鐵礦570nm特征峰共同引起。在顯色方面，含量很低的紅色赤鐵礦，很容易就可以掩蓋住含量相對較高的黃色針鐵礦，故認為該樣品由赤鐵礦和針鐵礦共同致色。
?。?）1mm厚薄片樣品的紫外可見(jiàn)光吸收光譜一階導數圖譜分析
白色樣品：所有的白色樣品都沒(méi)有出現鐵礦物的特征峰；
黃色樣品：HSY-29和HLY-XHS-17是由針鐵礦致色，HZ-J-2和HZ-J-6的黃色區域出現了典型的針鐵礦特征峰，同時(shí)出現了較弱的赤鐵礦的特征峰，YN-31-Y的特征峰與粉末樣品數據較為-致，認為主要由針鐵礦致色，赤鐵礦的存在對其色調有所影響，HLY-XDX-13黃色區域與Fe3+有關(guān)的吸收峰有556nm和436nm，HLY-XDX-13紅色區域的主要吸收峰位于582nm。隨著(zhù)赤鐵礦含量的增加，其主峰從555nm向595nm移動(dòng)，所以認為HLY-XDX-13黃色區域的主要致色礦物為針鐵礦，同時(shí)受少量赤鐵礦影響，其紅色區域的致色礦物為赤鐵礦；
紅色樣品：YN-31-R的主峰位于590nm，顯示其含有較高含量的赤鐵礦，HZ-J-2和HZ-J-6的紅色區域的特征峰比較一致，主要峰位位于580-590nm，但是HZ-J-2在570nm處還有一個(gè)特征峰出現，HZ-J-2的紅色區域，出現了較弱的535和435nm特征峰，顯示其含有少量的針鐵礦。
?。?）針鐵礦和赤鐵礦顏色與礦物顆粒度大小之間的關(guān)系
當針鐵礦的顆粒大小為0.3-1.0μm時(shí)，顏色為黃色，當尺寸為0.05-0.8μm時(shí)，顏色為深黃色；赤鐵礦的顆粒小于0.1μm，那么顏色為橙色，尺寸為0.1-1.0μm時(shí)，顏色為紅色。
根據這個(gè)理論，雖然不能準確測量石英質(zhì)玉石中的針鐵礦和赤鐵礦的尺寸大小，但是可以推測其尺寸大小為納米級別。
對于黃色和紅色石英質(zhì)玉石，通過(guò)紫外可見(jiàn)光吸收光譜的一階導數圖譜，可以對其粉末樣品準確鑒定致色礦物為針鐵礦和赤鐵礦；對于顏色混雜的石英質(zhì)玉石，使用小光柵附件，雖然沒(méi)有粉末樣品的精確度高，但是也能獲得非?？煽康尼樿F礦和赤鐵礦數據。
5、結論
?。?）納米尺寸的黃色和紅色礦物賦存于大顆粒的石英顆粒（5-100μm）之間或者微裂隙之中。黃色石英質(zhì)玉石是由納米尺寸的黃色礦物致色，紅色石英質(zhì)玉石是由納米尺寸的紅色礦物致色。
?。?）對于石英質(zhì)玉石中微量、細顆粒的針鐵礦和赤鐵礦的鑒定，紫外可見(jiàn)吸收光譜的一階導數圖譜是一種準確可靠的方法。
黃色石英質(zhì)玉石主要有535和435nm的特征峰，435nm要比535nm的特征峰穩定，主要由針鐵礦致色；
紅色石英質(zhì)玉石特征峰的位置，與其赤鐵礦的含量有關(guān)，隨著(zhù)赤鐵礦含量的增加，其特征峰從555nm向595nm移動(dòng)，主要由赤鐵礦致色；
黃色和紅色之間過(guò)渡顏色的石英質(zhì)玉石，可同時(shí)出現針鐵礦和赤鐵礦的特征峰，主要由針鐵礦和赤鐵礦共同致色。
（摘自：黃色和紅色石英質(zhì)玉石的顏色成因研究，作者：張勇）
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