宝石颜色的多样化–分界线在哪里?

理论上讲很简单:宝石是通过地质过程在自然界中形成的一种矿物,因此,它拥有矿物学的命名。该名称是由国际矿物学协会(IMA)及新矿物命名和分类委员会(CNMNC)定义的。在某些情况下,这些矿物名(例如钻石)是为贸易商和消费者所熟知,因而不需要进一步分类。但是,对于大多数有色宝石而言,事情要复杂得多,因为消费者和交易商对大多数的宝石的认知都只限于它们的品种名称。

一般来说,品种名称与该矿物的本身化学成分和颜色的变化有关。自18世纪现代矿物学问世以来,一些品种的名称在文献中广为人知(例如,红宝石、蓝宝石、祖母绿),而其他品种则在过去几十年中被引入,目的是使一种新的宝石材料在市场上更具吸引力(例如,坦桑石代表含钒黝帘石,沙弗莱石代表含钒的钙铝榴石)。在某些情况下,此类品种名称也与外观联系在一起,比如单晶石英(例如,水晶)和多晶质石髓。尽管品种名称的分类通常看起来很简单直接(例如,祖母绿代表含铬的绿色的绿柱石,海蓝宝石代表含铁的浅蓝色的绿柱石),但我们需要注意到的是,涉及到同一矿物的不同品种进行区分时,这些定义通常相当模糊(Hughes,1994年)。

在本文中,我们将讨论有关有色宝石分类的问题,并通过一些研究示例以宝石鉴定所的角度提出我们的见解。 本文以之前关于该论题的文章的为基础,并添加了更多示例(请参见Dr. M.S. Krzemnicki,2019年,www.ssef.ch/presentations)。

标准的制定

首先每一家宝石鉴定所都需要拥有并遵循其内部的珠宝鉴定程序标准,以便能够多年首尾一贯地对宝石的颜色种属进行评估与分类。在目前缺乏全球公认的标准的情况下,鉴定所可能需要首先选择一个适用于内部的颜色评估参考系统,例如使用选定的比色石,(基于光谱学的)颜色测量方法,或颜色对照系统 (如孟塞尔Munsell色卡或ColorCodex™ 史密斯,2020年)。

这样的内部标准以后也有可能会成为国际统一的标准,被宝石鉴定实验室及贸易组织(如LMHC、CIBJO、ICA)所接受。

图2:使用孟塞尔颜色卡进行颜色观察。图片:SSEF的A. Castillon。

对彩色宝石的颜色进行观察是一个复杂的问题,这源于三个主要因素:

  • 光源(其自身的发光特点),
  • 观察员(操作流程,工具和人员培训),
  • 被观察的宝石本身(例如红宝石或粉红色蓝宝石)。

为了保持颜色分级操作的一致性,必须使用具有高显色效能的标准光源(Krzemnicki,2019年)。此外,从顶部观察宝石的颜色时(与光线和观察者的距离约为25厘米),建议将宝石向各个方向轻微倾斜10°- 20°,以便更好地判断宝石的整体颜色的明度又或者观察到宝石某处不太理想的颜色分布。

图3:含铬的刚玉的颜色范围变化,从红宝石到粉红色蓝宝石及紫色蓝宝石。请注意,打印照片上的颜色可能与宝石本身的颜色不同。(本文中其他图片也是如此)。图片:SSEF,M.S. Krzemnicki。

三个研究示例

以下研究示例中的宝石品种分类基于两种情况:(1)基于其颜色和(2)基于其颜色及光谱学/化学特性。这些示例均来源于作者多年工作经历的积累以及在日常的宝石鉴定工作中常见的实际问题。

红宝石vs粉色蓝宝石

微量的铬可以给刚玉带来范围从深红色到鲜红色和浅红色(例如粉红色)(图3)的饱和度不一的红色。传统上,行业内将它们划分为红宝石和粉红蓝宝石两个品种,虽然这两个品种之间通常存在着极大的价格差异,区分这两个品种对珠宝商贸其实非常的重要,但是这两个品种之间的界限在国际上从来没有一个明确的厘定。

虽然貌似可以定义一个铬浓度阈值(门槛值),将这些宝石归类为红宝石或粉红色蓝宝石,但这种假设在现实中并不适用。原因是,这种化学分析(通常在宝石台面上测量)可能会受到化学分区以及切工款式和切割比例的影响,从而在使用这种简单方法时会导致结论不一致。更不用说铬元素的浓度会因为不同的鉴定所使用的分析仪器的区别而导致的测量结果存在差异。

图4:ICA在上世纪80年代搭配出的一套比色石(合成红宝石到粉红色蓝宝石)。图片:SSEF,V. Lanzafame。

一种更加实际的区分红宝石和粉红色蓝宝石的方法,是仅根据视觉上的颜色对比来实现的,即将宝石与色卡或比色石进行颜色比对。在SSEF瑞士宝石学研究院,我们有一套使用了数十年的最初由ICA在1980年代搭配出的合成刚玉比色石(见图4)。利用这样的比色石,鉴定师们可以进行最直接的颜色评估,因为这些比色石可以最大程度的实现光在宝石内部反射的效果以及宝石本身有着多色性的特性,而这些影响颜色的光学特性果也同样存在于受测的红宝石或粉红色蓝宝石中。另一种方法是使用由波纹金属箔制成的色卡(例如 ColorCodex™;参见史密斯,2020年),它们在某种程度上可以模拟光线在刻面宝石上的反射效果。

蓝色钴尖晶石vs蓝色尖晶石

蓝色的尖晶石在行业中是颇具吸引力且备受欢迎的宝石。其蓝色可能是由于微量的钴或铁或由两种元素组合所致,因此它们的颜色范围很广,可以从鲜艳的钴蓝色到带绿灰的蓝色和带紫色的蓝色(图5)。其中,具有“魔力”的是“钴”,因而交易中的关键问题通常是一颗蓝色尖晶石是蓝色钴尖晶石还是更常见的普通蓝色尖晶石。而这只能通过对其颜色的观察与对其吸收光谱之间进行详尽的分析综合而给出结论。吸收光谱可以向我们展示特定的致色元素(例如钴)如何对宝石的颜色做出贡献(吸收区和透射区),最终带来我们看到的宝石的颜色。

图5:蓝色尖晶石的颜色范围,但其中哪些是钴尖晶石? 图片:SSEF。

与红宝石/粉红色蓝宝石区分类似,钴浓度阈值(门槛值)亦不适用。原因是有些尖晶石的蓝色是由于铁元素的吸收特性而获得的,其中除了铁之外,还可能同时含有钴元素,在某些情况下,其钴元素的浓度甚至比一些色彩浓艳的蓝色钴尖晶石中的钴元素的浓度更高。在此,决定性的鉴定特征是在吸收光谱中是哪种致色元素占主导(Shigley & Stockton, 1984年;Chauviré等人 ,2015年;D’Ippolito等人,2015年)。

有趣的是,那些由钴和铁混合共同致色的蓝色尖晶石可能会显示出微妙而诱人的变色效应,从白炽灯下的紫蓝色到日光下的蓝色(Senoble, 2010年;Hanser, 2013年)。

祖母绿vs绿色绿柱石

通常,祖母绿被描述为一种含铬的绿柱石,尽管其他过渡金属,如钒和铁,也为其绿色做出了贡献。 自古以来,祖母绿就因其高饱和度的绿色和稀有性而倍受珍视,尽管某些祖母绿宝石的绿色的饱和度会相对较低。

祖母绿晶体通常比较小且富含包裹体;这与它们复杂的地质成因有关,包括变质作用过程以及后期的岩石形变过程(Giuliani等人,2019年)。

近年来,在我们的鉴定所中屡次遇到浅绿色到偏蓝的绿色宝石,其中大多数具有超大尺寸(100克拉以上)和较高的净度(Lind等,1986年;Hänni,1992年)。与已知的经典的祖母绿矿床(例如哥伦比亚,阿富汗,赞比亚,俄罗斯,巴基斯坦等)不同的是,许多此类宝石是在伟晶岩(例如在尼日利亚和马达加斯加矿床出产的)这种非常不同的地质环境中形成的(图6)。

此外,很多这些宝石的吸收光谱主要呈现以铁元素的吸收为主,该吸收带以近红外波段为中心(事实上产生了如海蓝宝石中的浅蓝色),而在可见光谱的部分只有非常小的铬元素的吸收带,因而,将它们的颜色略微偏浅绿色或带绿色调的蓝色(Cevallos等人,2012年)。这与上述产自经典矿区的祖母绿的吸收光谱差异巨大,这些经典矿区的祖母绿的吸收光谱主要由铬(和钒)元素的吸收带组成,在近红外波段没有或只有一个中等强度的铁吸收带。

当比较这两个不同的绿柱石品种的化学成分(铬与铁的比例)时,也能很好地体现这种光谱上的差异(见图7)。 该图清楚地显示了两个不同的数值分区,来自所有上述经典祖母绿矿区的宝石明显含有高浓度的铬, 与此相反,许多浅绿色至偏蓝的绿色绿柱石的特征是铬较低,但铁的浓度相对较高甚至非常高(铁比铬多约10倍至100倍)。

图6:祖母绿的颜色范围和含微量铬的绿色绿柱石.图片:SSEF,M.S. Krzemnicki。

结论

本文试图从珠宝鉴定所的角度通过具体的示例来分析如何定义宝石的颜色和品种。尽管珠宝鉴定所和行业已经在宝石品种和颜色的定义和适用范围上达成了很大程度上的统一,我们仍需要重视该问题在科学理论依据上的存在的局限和挑战。正如在CIBJO、GILC/ICA和LMHC过去的讨论中表明的设定有色宝石的品种界限是一项很复杂的工作,并且由珠宝鉴定所给出的宝石颜色或品种的结论只是珠宝学家综合观察及分析测试结果所得出的一种意见。 多年来,瑞士珠宝研究院(SSEF)在各个相关的行业论坛中一直处于这些讨论的前沿位置(例如CIBJO,LMHC)。这些讨论的目的是为了更好地协调鉴定所和行业间使用的规范和标准,以及通过发布和共享有关这些重要议题的研究成果。CIBJO的宝石学委员会和宝石委员会在最近的CIBJO大会上也强调了这些议题在行业发展进程中的重要性。我们对行业内进一步协调统一的趋势秉着欢迎和积极的态度,并认为这可以是一个多管齐下的过程。这包括在可能的情况下统一定义和统一鉴定流程,以便在名称和术语的使用方面为贸易和最终消费者提供更清晰和透明的信息。*M.S. Krzemnicki 博士

图7:将祖母绿从所述的淡绿色到偏蓝的绿色绿柱石的化学区分的可视 化绘图。图片:SSEF,M.S. Krzemnicki。