顏色不穩定的–貌似帕帕拉恰的彩色剛玉

最近在馬達加斯加發現的彩色藍寶石表現出不穩定的顏色。經顏色穩定性測試(Colour Stability Test),寶石顏色從粉橙(貌似帕帕拉恰Padparadscha-like)變成粉紅。本文將介紹貌似帕帕拉恰的彩色剛玉及其顏色的不穩定性。

圖1:最近在馬達加斯加發現的彩色藍寶石表現出不穩定的顏色。經顏色穩定性測試(Colour Stability Test),寶石顏色從粉橙(貌似帕帕拉恰Padparadscha-like)變成粉紅。照片:SSEF
Michael S. Krzemnicki博士撰文,發表於Facette 24 (2018年2月)

顏色及其色心的穩定性

不同品種剛玉的顏色通常與微量元素有關,比如鉻元素使紅寶石呈現紅色、鐵和鈦使藍寶石呈現藍色。此類成色機理較為簡單,即存在的微量元素越多,顏色便就越濃或越深。而黃色剛玉的呈色機理則較為複雜,它們的顏色成因有數種,包括所謂的色心致色。色心實際是原子層面上的結構缺陷造成的,當其被激發時會吸收某些特定波長的光波(黃寶石主​​要吸收了可見光譜的藍色區域),從而產生不同的黃色色調。多年來的研究表明,一些剛玉的(自然形成的)黃色色心並不穩定,暴露於日光下寶石的黃色會緩慢褪去。實際上類似的因正常日光而褪色的,具有不穩定色心的礦物並不罕見。已知的例子包括某些(阿爾卑斯Alpine)紫水晶。在由輻照產生的藍色馬克西西型Maxixe-type綠柱石中,這種現像也可能很明顯。另外,未經處理的紫方鈉石Hackmannite(一種稀有的含硫的方柱石Sulphur scapolite),在紫外燈下放置幾分鐘其體色就能完全變成驚人的深紫色,而後置於日光下,紫色則會很快地消失。以黃色剛玉的為例從已有的科學文獻中可知,這種在日光下褪色並在紫外線輻射下再激活恢復顏色的現像是一種可逆的光致變色現象。有趣的是,除了發生在已被報導過的合成剛玉上,我們在實驗室中對一些斯里蘭卡天然黃色剛玉進行的顏色穩定性研究中也觀察到了這種現象(見圖2和Hughes 1998)。這組黃色剛玉在紫外光照射後均獲得了淺棕黃色至明顯的黃色色調,而在正常光線條件下,這些額外獲得的顏色會在幾天內逐漸消退。必須特別說明的是這些光致變色的天然黃寶石在施以顏色穩定性測試後並未完全消色,它們並不是變成無色,但其黃色的飽和度顯著降低。
圖2:一顆超過50克拉的黃色藍寶石在顏色穩定性測試中表現出顏色不穩定(可逆變色反應)。其明顯的顏色變化可見於在顏色穩定性測試前(左),測試後(中),和於紫外燈光照後(右)。圖片:J. Xaysongkham, SSEF

因此在常規的寶石鑑定程序中,SSEF會在獲得客戶許可的情況下測試黃寶石的色彩穩定性,並在我們的鑑定證書的評述欄中描述顏色穩定性測試的結果(顏色被認為是穩定的或顏色被認為是不穩定的)。不穩定(可逆)的帕帕拉恰剛玉的顏色過去的一年中,人們在馬達加斯加東北部小鎮安巴通德拉扎卡Ambatondrazaka附近發現了新的剛玉礦床(見SSEF Facette 第23期, 15頁,和ICA InColor 第35期春季號2017, 44 -47頁)。這個新礦床產出了一系列令人矚目的藍寶石晶體 – 主要是高質量和大顆粒的藍寶石以及大量的色彩剛玉。其中,包括有著微妙粉橙色調的的寶石,這個顏色品種備受喜愛並在業內被稱為帕帕拉恰Padparadscha剛玉。然而隨著時間的推移,這其中的某些彩色寶石表現出了顯著的顏色改變,在幾週的時間內,寶石的顏色從明顯的粉橙色變為粉紅色。類似於上文中提到的黃色剛玉,這些顏色不穩定的寶石可以通過暴露於紫外線下而在短時間內恢復成粉橙色(但在日光照射下它們會再次緩慢褪色)。換句話說,這些寶石的顏色中穩定的顏色實際上是粉紅色(與鉻元素致色相關),而疊加其上的黃色(與不穩定的黃色色心致色相關)是不穩定的顏色。因此,這類寶石在受到激發後,寶石的顏色則會整體轉變為橙色至粉橙色(圖3)。
圖3:來自馬達加斯加東北部的小鎮安巴通德拉扎卡附近的彩色藍寶石呈粉紅色(實際上是這顆寶石因鉻元素而具有的穩定顏色),在黃色色心受激發後轉變成粉橙色,最後經歷褪色而回到純粉紅色色調(顏色回歸穩定)。其顏色的變化可見於測試前(左),長波紫外5分鐘後(中),測試後(右)。圖片:V. Lanzafame, SSEF

這種來自馬達加斯加新礦床的彩色剛玉寶石材料的顏色變化(不穩定現象)的原因與上述黃色藍寶石非常相似。它們帶有近似於帕帕拉恰的色彩,事實上是由於黃色色心的寬吸收帶與少許鉻元素吸收(致粉紅色)所疊加而產生的混合色。在黃色色心不穩定的情況下,能觀察到顏色從粉橙色(色心活躍)到粉紅色(色心不活躍)的偏移。從光譜學角度來說,顏色變化是由於黃色色心的明顯減少或消退所致,正如顏色穩定性測試之前和之後的吸收光譜所示(圖4)。

圖4:經過歸一化的紫外-可見吸收光譜。圖表對比一顆馬達加斯加產的彩色藍寶石在顏色穩定性測試之前(粉橙色)和之後(粉紅色)的顏色變化。除了鉻的吸收帶和鐵的吸收峰(三價鐵離子)外,這兩條光譜還表明黃色色心(用淺灰色虛線示意) 正在消失。觀察到的顏色差異主要是由於光譜中的藍色部分(紅色箭頭)成為較為顯著的透射區域,因此寶石的顏色變為明顯的粉紅色。圖片:M.S. Krzemnicki, SSEF

在SSEF鑑定證書中標註的顏色穩定性測試和顏色穩定性 基於目前的科學知識,寶石的顏色穩定性是比較容易被檢測的 – 訓練有素的寶石經銷商亦能進行該檢測。在測試之前,須準確確定寶石的顏色(例如使用Munsell孟塞爾彩色圖表或其它色彩掃描系統來確定顏色)。將寶石放置於金屬反射板上,並在非常強的光纖燈源(鹵素燈)下進行大約三小時的光照後,對其顏色再次做精確的對比判斷。任何顯著的顏色改變,比如色調變化 (Colour change)或顏色深淺的變化(Colour shift),也可以通過對比顏色穩定性測試前後的寶石的紫外-可見光UV-Vis吸收光譜來進行分析確認。為了檢查紫外光照射下的顏色恢復情況,需將寶石檯面朝下直接放在強紫外光源燈上(置於黑暗箱中),於紫外線光源下光照約10分鐘。再次仔細確定顏色,檢查是否產生任何變化。 如果這種由光照導致的顏色變化的範圍很小,正如我們在斯里蘭卡的一些帕帕拉恰剛玉中觀察到的那樣,則其影響可被忽略不計。然而,當如馬達加斯加的一些新產出的彩色剛玉寶石原料一樣,顯示出顏色從略帶粉紅的橙色到純粉紅色(圖2)的明顯變化時,我們認為此種情況就有必要公之與眾。否則購入的“帕帕拉恰”寶石,在數星期後變成粉紅色藍寶石,對消費者而言無疑是個巨大的困擾。 因此,SSEF已將顏色穩定性測試 (Colour Stability Test)納入帕帕拉恰和貌似帕帕拉恰的剛玉寶石的常規測試中,而在此項測試前我們會首先徵求客戶的同意。當鑑定測試完成後,我們會在寶石鑑定證書中的註釋欄中描述其顏色穩定與否。對於寶石從橙色變為粉紅色的顏色不穩定的情況,我們將不對此類剛玉寶石命名為帕帕拉恰,而僅稱作是彩色藍寶石,同時在寶石鑑定證書後附加一份解釋此種現象的信函。在我們的理解中,帕帕拉恰Padparadscha這個名稱僅適用於帶微橙粉紅色到粉橙色的,而且不具有明顯顏色變化的剛玉類寶石。

具有“變色龍效應”的彩色藍寶石

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

這些顏色不穩定的橙色到粉紅色的彩色藍寶石迄今為止僅在馬達加斯加的這個新礦源中出現,並且此處產出的此類彩色藍寶石在顏色和尺寸上其實非常具有吸引力(圖5)。然而它們所展現的顏色不穩定的特性,對於帕帕拉恰的交易商來說無疑是一個挑戰。好消息是這個顏色變化的過程是可逆的,該現像從各方面來說都與被稱為“變色龍”鑽石的顏色變化現像類似。因此,我們建議業內人士不必僅為不穩定的顏色而擔心,或許可以抓住這種新原料面世的機會來欣賞此種具有“變色龍效應Chameleon effect”的特殊的剛玉寶石品種。