颜色不稳定的–貌似帕帕拉恰的彩色刚玉

最近在马达加斯加发现的彩色蓝宝石表现出不稳定的颜色。经颜色稳定性测试(Colour Stability Test),宝石颜色从粉橙(貌似帕帕拉恰Padparadscha-like)变成粉红。本文将介绍貌似帕帕拉恰的彩色刚玉及其颜色的不稳定性。

图1:最近在马达加斯加发现的彩色蓝宝石表现出不稳定的颜色。经颜色稳定性测试(Colour Stability Test),宝石颜色从粉橙(貌似帕帕拉恰Padparadscha-like)变成粉红。 照片:SSEF

Michael S. Krzemnicki博士撰文,发表于Facette 24 (2018年2月)

颜色及其色心的稳定性

不同品种刚玉的颜色通常与微量元素有关,比如铬元素使红宝石呈现红色、铁和钛使蓝宝石呈现蓝色。此类成色机理较为简单,即存在的微量元素越多,颜色便就越浓或越深。而黄色刚玉的呈色机理则较为复杂,它们的颜色成因有数种,包括所谓的色心致色。色心实际是原子层面上的结构缺陷造成的,当其被激发时会吸收某些特定波长的光波(黄宝石主要吸收了可见光谱的蓝色区域),从而产生不同的黄色色调。

多年来的研究表明,一些刚玉的(自然形成的)黄色色心并不稳定,暴露于日光下宝石的黄色会缓慢褪去。实际上类似的因正常日光而褪色的,具有不稳定色心的矿物并不罕见。已知的例子包括某些(阿尔卑斯Alpine)紫水晶。在由辐照产生的蓝色马克西西型Maxixe-type绿柱石中,这种现象也可能很明显。另外,未经处理的紫方钠石Hackmannite(一种稀有的含硫的方柱石Sulphur scapolite),在紫外灯下放置几分钟其体色就能完全变成惊人的深紫色,而后置于日光下,紫色则会很快地消失。

以黄色刚玉的为例

从已有的科学文献中可知,这种在日光下褪色并在紫外线辐射下再激活恢复颜色的现象是一种可逆的光致变色现象。有趣的是,除了发生在已被报道过的合成刚玉上,我们在实验室中对一些斯里兰卡天然黄色刚玉进行的颜色稳定性研究中也观察到了这种现象(见图2和Hughes 1998)。这组黄色刚玉在紫外光照射后均获得了浅棕黄色至明显的黄色色调,而在正常光线条件下,这些额外获得的颜色会在几天内逐渐消退。必须特别说明的是这些光致变色的天然黄宝石在施以颜色稳定性测试后并未完全消色,它们并不是变成无色,但其黄色的饱和度显著降低。

图2:一颗超过50克拉的黄色蓝宝石在颜色稳定性测试中表现出颜色不稳定(可逆变色反应)。其明显的颜色变化可见于在颜色稳定性测试前(左),测试后(中),和于紫外灯光照后(右)。 图片:J. Xaysongkham, SSEF

因此在常规的宝石鉴定程序中,SSEF会在获得客户许可的情况下测试黄宝石的色彩稳定性,并在我们的鉴定证书的评述栏中描述颜色稳定性测试的结果(颜色被认为是稳定的或颜色被认为是不稳定的)。

不稳定(可逆)的帕帕拉恰刚玉的颜色

过去的一年中,人们在马达加斯加东北部小镇安巴通德拉扎卡Ambatondrazaka附近发现了新的刚玉矿床 (见SSEF Facette 第23期, 15页, 和ICA InColor 第35期 春季号2017, 44-47页)。 这个新矿床产出了一系列令人瞩目的蓝宝石晶体 – 主要是高质量和大颗粒的蓝宝石以及大量的色彩刚玉。其中,包括有着微妙粉橙色调的的宝石,这个颜色品种备受喜爱并在业内被称为帕帕拉恰Padparadscha刚玉。

然而随着时间的推移,这其中的某些彩色宝石表现出了显著的颜色改变,在几周的时间内,宝石的颜色从明显的粉橙色变为粉红色。类似于上文中提到的黄色刚玉,这些颜色不稳定的宝石可以通过暴露于紫外线下而在短时间内恢复成粉橙色(但在日光照射下它们会再次缓慢褪色)。换句话说,这些宝石的颜色中稳定的颜色实际上是粉红色(与铬元素致色相关),而叠加其上的黄色(与不稳定的黄色色心致色相关)是不稳定的颜色。因此,这类宝石在受到激发后,宝石的颜色则会整体转变为橙色至粉橙色(图3)。

图3:来自马达加斯加东北部的小镇安巴通德拉扎卡附近的彩色蓝宝石呈粉红色(实际上是这颗宝石因铬元素而具有的稳定颜色),在黄色色心受激发后转变成粉橙色,最后经历褪色而回到纯粉红色色调(颜色回归稳定)。其颜色的变化可见于测试前(左),长波紫外5分钟后(中),测试后(右)。图片:V. Lanzafame, SSEF

这种来自马达加斯加新矿床的彩色刚玉宝石材料的颜色变化(不稳定现象)的原因与上述黄色蓝宝石非常相似。它们带有近似于帕帕拉恰的色彩,事实上是由于黄色色心的宽吸收带与少许铬元素吸收(致粉红色)所叠加而产生的混合色。在黄色色心不稳定的情况下,能观察到颜色从粉橙色(色心活跃)到粉红色(色心不活跃)的偏移。从光谱学角度来说,颜色变化是由于黄色色心的明显减少或消退所致,正如颜色稳定性测试之前和之后的吸收光谱所示(图4)。

图4:经过归一化的紫外-可见吸收光谱。图表对比一颗马达加斯加产的彩色蓝宝石在颜色稳定性测试之前(粉橙色)和之后(粉红色)的颜色变化。除了铬的吸收带和铁的吸收峰(三价铁离子)外,这两条光谱还表明黄色色心(用浅灰色虚线示意) 正在消失。观察到的颜色差异主要是由于光谱中的蓝色部分(红色箭头)成为较为显著的透射区域,因此宝石的颜色变为明显的粉红色。图片:M.S. Krzemnicki, SSEF

在SSEF鉴定证书中标注的颜色稳定性测试和颜色稳定性

基于目前的科学知识,宝石的颜色稳定性是比较容易被检测的 – 训练有素的宝石经销商亦能进行该检测。在测试之前,须准确确定宝石的颜色(例如使用Munsell孟塞尔彩色图表或其它色彩扫描系统来确定颜色)。将宝石放置于金属反射板上,并在非常强的光纤灯源(卤素灯)下进行大约三小时的光照后,对其颜色再次做精确的对比判断。任何显著的颜色改变,比如色调变化 (Colour change)或颜色深浅的变化(Colour shift),也可以通过对比褪色测试前后的宝石的紫外-可见光UV-Vis吸收光谱来进行分析确认。为了检查紫外光照射下的颜色恢复情况,需将宝石台面朝下直接放在强紫外光源灯上(置于黑暗箱中),于紫外线光源下光照约10分钟。再次仔细确定颜色,检查是否产生任何变化。

如果这种由光照导致的颜色变化的范围很小,正如我们在斯里兰卡的一些帕帕拉恰刚玉中观察到的那样,则其影响可被忽略不计。 然而,当如马达加斯加的一些新产出的彩色刚玉宝石原料一样,显示出颜色从略带粉红的橙色到纯粉红色(图2)的明显变化时,我们认为此种情况就有必要公之与众。否则购入的“帕帕拉恰”宝石,在数星期后变成粉红色蓝宝石,对消费者而言无疑是个巨大的困扰。

因此,SSEF已将颜色稳定性测试 (Colour Stability Test)纳入帕帕拉恰和貌似帕帕拉恰的刚玉宝石的常规测试中,而在此项测试前我们会首先征求客户的同意。当鉴定测试完成后,我们会在宝石鉴定证书中的注释栏中描述其颜色稳定与否。对于宝石从橙色变为粉红色的颜色不稳定的情况,我们将不对此类刚玉宝石命名为帕帕拉恰,而仅称作是彩色蓝宝石,同时在宝石鉴定证书后附加一份解释此种现象的信函。在我们的理解中,帕帕拉恰Padparadscha这个名称仅适用于带微橙粉红色到粉橙色的,而且不具有明显颜色变化的刚玉类宝石。

具有“变色龙效应”的彩色蓝宝石

图5:一颗来自马达加斯加的有着迷人色彩的彩色蓝宝石表现出不稳定(但可逆)的颜色变化,从某种角度令人联想到钻石中的变色龙效应。背景照片:国家地理频道www.nationalgeographic.com.au

这些颜色不稳定的橙色到粉红色的彩色蓝宝石迄今为止仅在马达加斯加的这个新矿源中出现,并且此处产出的此类彩色蓝宝石在颜色和尺寸上其实非常具有吸引力(图5)。然而它们所展现的颜色不稳定的特性,对于帕帕拉恰的交易商来说无疑是一个挑战。好消息是这个颜色变化的过程是可逆的,该现象从各方面来说都与被称为“变色龙”钻石的颜色变化现象类似。因此,我们建议业内人士不必仅为不稳定的颜色而担心,或许可以抓住这种新原料面世的机会来欣赏此种具有“变色龙效应Chameleon effect”的特殊的刚玉宝石品种。