Gemmological Characteristic of Hot Pink Spinel from Man Sin, Myanmar
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摘要: 近些年来，尖晶石以其独特的魅力走进人们的视野, 市场上对尖晶石的认可度也日益增高，特别是缅甸产出的热粉色(Hot pink)尖晶石。热粉色是尖晶石中一种特殊的色调，相比起纯正粉色，更偏于玫红甚至是正红色。然而随着此类品种在市场上走俏，目前对此种尖晶石的研究却少之又少。本文使用常规宝石学测试、DiamondViewTM、X射线荧光光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、紫外-可见光-近红外光谱仪等现代测试技术方法对缅甸Man Sin样品进行测试，并与坦桑尼亚热粉色尖晶石样品进行了对比研究。结果表明，缅甸Man Sin尖晶石样品的主要端元组分MgAl2O4，含有Cr、V、Fe、Zn、Ca等微量元素, 缅甸Man Sin尖晶石样品中Ca的质量分数为0.017%~0.034%，坦桑尼亚尖晶石样品Ca质量分数(2.877%)约是其平均数的56倍。紫外-可见光-近红外光谱中Cr3+引起686 nm的强吸收峰，V3+引起435 nm的吸收峰，Fe2+引起370 nm和585 nm吸收峰。两地热粉色尖晶石主要致色元素为Cr、V、Fe，但Ca质量分数的差异对产地鉴定提供了科学依据。Abstract: In recent years, spinel has come into people's sight with its unique charm, especiallythe hot pink spinel produced in Man Sin, Myanmar and Tanzania which has been greatly welcomed by market because of the craze of spinel.However, while the hot pink spinel has hit the market, the gemmological and spectroscopic studies of this gem are few. In order to underst and the gemmological and spectral characteristics of the hot pink spinel, X-ray fluorescence spectrometer (EDXRF) and Fourier transform spectrometer are used. The hot pink spinel samples were tested by modern testing techniques such as transform infrared spectroscopy and ultraviolet-visible-near infrared spectroscopy. The samples from Man Sin, Myanmar and Tanzania were compared. The results show that MgAl2O4, the main terminal component of Man Sin spinel samples, contains trace elements such as Cr, V, Fe, Zn and Ca. The mass fraction of Ca in Man Sin samples is 0.017%-0.034%, and that in Tanzania spinel samples, the mass fraction of Ca is about 56 times of its average. In ultraviolet-visible-near infrared spectra, Cr3+ causes 686 nm strong absorption peak, V3+ causes 435 nm absorption peak, and Fe2+ causes 370 nm and 585 nm absorption peak. The main chromogenic elements of hot pink spinel provide a scientific basis for the identification of localities because of the great differences in the contents of Cr, V, Fe and Ca.
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宝石级尖晶石主要是指镁铝尖晶石，化学分子式为MgAl2O4，可含有Cr，Fe，Zn，Mn等元素，这些微量元素可与Mg，Al发生完全或不完全类质同象替代。当尖晶石含有Cr时，使尖晶石呈艳丽红色[1]。天然尖晶石中在Fe和Cr共同作用下，尖晶石呈暗红[2]。同时，尖晶石中有V使尖晶石色调偏红橙色[2]。
近些年来，尖晶石以其独特的魅力走进人们的视野, 市场上对尖晶石的认可度也日益增高，特别是缅甸产出的优质热粉色(Hot pink)尖晶石。热粉色是尖晶石中一种特殊的色调，相比起纯正粉色，更偏于玫红甚至是正红色，因为有着浓郁的色调而看上去显得热情四射，但仍然属于粉色色域。然而随着此类品种在市场上走俏，目前对此种尖晶石的研究却少之又少。通过研究缅甸Man Sin热粉色尖晶石的宝石学特征，可以探究缅甸产出的热粉色尖晶石颜色成因、微量元素质量分数的差异，对产地鉴别有一定帮助，同时也对尖晶石颜色评级划分有一定的借鉴意义。
1. 测试样品
本文实验样品如图 1所示，样品MS-1、MS-2为来自缅甸Man Sin的粉色尖晶石，样品TS-1来自坦桑尼亚。三粒样品均具有高饱和度的粉红色，透明-半透明；原石样品MS-2为八面体晶形，晶面平坦抛光，原石样品TS-1上有贝壳状断口呈油脂光泽；样品均有特征的Cr吸收谱：红区可见多条吸收带或双线强吸收并带有发射线，590~490 nm黄绿区部分吸收，紫区不可见；样品MS-1和样品MS-2在宝石折射仪上测试其折射率为1.718，样品TS-1无可测晶面；样品MS-1和MS-2在长波紫外荧光灯下观察有极强的红色荧光，样品TS-1长波下有中等强度的红色荧光。样品的宝石学特征见表 1。
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图 1 尖晶石样品a.缅甸Man Sin样品MS-1;b.缅甸Man Sin样品MS-2;c.坦桑尼亚样品TS-1Figure 1. Hot pink spinel samples![]()
图 2 DiamondViewTM下尖晶石样品的发光特征a.缅甸Man Sin样品MS-1;b.缅甸Man Sin样品MS-2;c.坦桑尼亚样品TS-1Figure 2. Fluorescence characteristics of hot pink spinel samples under DiamondViewTM表 1 缅甸Man Sin粉色尖晶石和坦桑尼亚粉色尖晶石样品的基本特征Table 1. Basic characteristics of hot pink spinel samples from Man Sin, Myanmar and Tanzania特征 MS-1 MS-2 TS-1 颜色 热粉色 热粉色 热粉色 光泽 亮玻璃光泽 亮玻璃光泽 亮玻璃光泽 透明度 透明 透明 半透明 尺寸/mm 3.3×3.9 1.9×3.0 7.0×9.0 外观 方刻面琢型 八面体晶形，晶面平坦，呈抛光状 随形，贝壳状断口 内部特征 冠部表面有矿坑，亭部愈合裂隙中有褐色固体包裹体 内部裂隙延伸至表面 内部有浅色包裹体，平行裂理，且有五角十二面体晶形的黄铁矿包裹体 荧光 长波下极强的红色荧光，短波下惰性 长波下极强的红色荧光，短波下惰性 长波下中等强度的红色荧光，短波下惰性 吸收光谱 红区多条吸收线并有发射线 红区发射线 红区多条吸收线并有发射线 2. 测试结果与分析
2.1 X射线荧光能谱分析
在中国地质大学(北京)珠宝学院实验室完成此次实验测试，使用仪器为ARLQUANT’X EDXRF Analyzer和Thermo SCIENTIFIC。测试条件：工作电压为230 V，电流3.15 A，真空泵6.6 A。测试元素范围4Be到92U，测试精度为0.1×10-6。
实验结果(表 2)显示，缅甸Man Sin粉色尖晶石样品主要为镁铝尖晶石，镁铝平均质量分数占比达95%，坦桑尼亚尖晶石样品TS-1中Ca质量分数2.877%, 是缅甸Man Sin尖晶石样品平均含量(0.051%)的56倍。缅甸Man Sin粉色尖晶石样品中含Fe量较低，坦桑尼亚尖晶石样品则含有非常高的Ca质量分数，微量元素的质量分数在一定程度上可作为产地鉴定的依据。
表 2 粉色尖晶石样品EDXRF数据Table 2. EDXRF data of hot pink spinel sampleswB/% 样品 Al2O3 MgO Cr2O3 SiO2 SO3 ZnO V2O3 Fe2O3 TiO2 K2O CaO MS-1 70.045 24.11 1.084 1.027 0.734 2.303 0.092 0.395 0.086 0.017 MS-2 68.654 27.597 0.427 1.067 1.136 0.617 0.133 0.181 0.065 0.034 TS-1 66.126 22.968 0.522 3.959 0.935 1.572 0.107 0.496 0.03 0.145 2.877 2.2 红外光谱分析
傅里叶变换红外光谱实验测试地点为中国地质大学(北京)珠宝学院，实验所用仪器型号为德国BRUKER光谱仪制造厂生产的BRUKER傅利叶变换红外光谱仪——BrukerTensor27。测试条件：电源85~265 V，电源频率为47~65 Hz，温度范围为18~35 ℃，湿度范围小于70%，样品的扫描时间为3 scans，背景的扫描时间为8 scans，分辨率为4 cm-1，光栅设置成6 mm，10 kHz，光谱范围设定为400~2 000 cm-1，每粒样品扫描次数50~100次。本文的实验检测模式选择反射模式进行检测，样品的测试区域仅在400~1 500 cm-1范围内。测试结果如图 3所示。结果显示，位于827 cm-1较弱的吸收和较强的吸收622 cm-1，这两个吸收与八面体晶格振动有关，频率取决于三价阳离子和氧之间的键力和质量无关；位于575，466 cm-1处的吸收峰则与金属阳离子运动有关，575，466 cm-1的频率依赖于三价和二价阳离子的质量和半径，它包含八面体和四面体同时参与复合振动[3-4]。
2.3 紫外-可见光谱分析
紫外-可见光分光度测试地点为中国地质大学(北京)珠宝学院，实验所用仪器型号为UV-3600的紫外-可见分光光度计谱仪。测试条件：波长测试范围为200~900 nm，光源转换波长310 nm，检测单元: 外置(双检测器)，光栅转换波长为720 nm，检测器转换波长为900 nm，采样间隔0.5 s，检测模式选择反射法。
从图谱(图 4)中可以看出，缅甸尖晶石和坦桑尼亚尖晶石样品的吸收峰较为一致，在370，435 nm处有较宽的吸收带，555、585 nm处出现较明显的吸收峰，荧光峰出现在686 nm。其中，Fe2+发生5E→3E跃迁出现370 nm处的吸收峰[5]，位于435 nm附近的吸收峰对应光子能量为2.86 eV，这个位置的吸收峰可产生紫区的吸收峰，是V3+发生跃迁3T1g(3F)→3T1g(3P)所导致[6]。位于555 nm左右的吸收峰是由Cr3+和V3+共同吸收导致，Fe2+的自旋禁阻跃迁5E→3T1导致585 nm处的吸收峰，Cr3+离子3d3电子排布中4A2g(4F)谱项的分裂导致能级之间电子的跃迁产生的吸收，4A2g(4F)→4T2g(4F)跃迁吸收位于686 nm的红光区，形成一个被称为“N-Line”明显的荧光峰[7]。在可见光范围内，缅甸Man Sin热粉色尖晶石样品对光的反射率均高于坦桑尼亚尖晶石样品。
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图 4 粉色尖晶石样品的紫外-可见光-近红外光谱Figure 4. Ultraviolet-visible-near infrared spectra of hot pink spinel samples3. 结论
(1) 缅甸Man Sin热粉色尖晶石为镁铝尖晶石，亮玻璃光泽，透明度良好，分光镜下在红区有多条吸收线。缅甸Man Sin热粉色尖晶石和坦桑尼亚尖晶石含有微量元素Cr、V、Fe、Zn、Ca等，致色元素均为Cr、V、Fe。缅甸Man Sin热粉色尖晶石在长波紫外线下有极强的红色荧光，坦桑尼亚尖晶石样品则具有中等强度的红色荧光；坦桑尼亚尖晶石样品Ca含量2.877%, 是缅甸Man Sin尖晶石平均含量(0.051%)的56倍。缅甸尖晶石中Fe含量较低，坦桑尼亚尖晶石则含有非常高的Ca含量比。
(2) 紫外-可见分-近红外光谱显示，在240~660 nm范围内，缅甸Man Sin热粉色尖晶石对光的反射率均高于坦桑尼亚产出的尖晶石。
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图 1 尖晶石样品
a.缅甸Man Sin样品MS-1;b.缅甸Man Sin样品MS-2;c.坦桑尼亚样品TS-1
Figure 1. Hot pink spinel samples
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图 2 DiamondViewTM下尖晶石样品的发光特征
a.缅甸Man Sin样品MS-1;b.缅甸Man Sin样品MS-2;c.坦桑尼亚样品TS-1
Figure 2. Fluorescence characteristics of hot pink spinel samples under DiamondViewTM
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图 4 粉色尖晶石样品的紫外-可见光-近红外光谱
Figure 4. Ultraviolet-visible-near infrared spectra of hot pink spinel samples
表 1 缅甸Man Sin粉色尖晶石和坦桑尼亚粉色尖晶石样品的基本特征
Table 1 Basic characteristics of hot pink spinel samples from Man Sin, Myanmar and Tanzania
特征 MS-1 MS-2 TS-1 颜色 热粉色 热粉色 热粉色 光泽 亮玻璃光泽 亮玻璃光泽 亮玻璃光泽 透明度 透明 透明 半透明 尺寸/mm 3.3×3.9 1.9×3.0 7.0×9.0 外观 方刻面琢型 八面体晶形，晶面平坦，呈抛光状 随形，贝壳状断口 内部特征 冠部表面有矿坑，亭部愈合裂隙中有褐色固体包裹体 内部裂隙延伸至表面 内部有浅色包裹体，平行裂理，且有五角十二面体晶形的黄铁矿包裹体 荧光 长波下极强的红色荧光，短波下惰性 长波下极强的红色荧光，短波下惰性 长波下中等强度的红色荧光，短波下惰性 吸收光谱 红区多条吸收线并有发射线 红区发射线 红区多条吸收线并有发射线 
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表 2 粉色尖晶石样品EDXRF数据
Table 2 EDXRF data of hot pink spinel samples
wB/% 样品 Al2O3 MgO Cr2O3 SiO2 SO3 ZnO V2O3 Fe2O3 TiO2 K2O CaO MS-1 70.045 24.11 1.084 1.027 0.734 2.303 0.092 0.395 0.086 0.017 MS-2 68.654 27.597 0.427 1.067 1.136 0.617 0.133 0.181 0.065 0.034 TS-1 66.126 22.968 0.522 3.959 0.935 1.572 0.107 0.496 0.03 0.145 2.877
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