Laboratory Identification Characteristic of Purple Jadeite
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摘要: 近来，紫色翡翠的检测越来越繁杂，缺乏系统流程。通过收集市场常见的紫色翡翠样品(包括天然翡翠、经漂白充填染色处理翡翠、染色处理翡翠)，对其进行红外光谱、超景深显微镜、DiamondViewTM和紫外-可见分光光度计等多种仪器测试分析。结果表明，经漂白充填染色处理翡翠样品的中红外光谱具3 056、3 035、2 872 cm-1等人工树脂充填物引发的吸收峰，部分染色处理翡翠样品的近红外光谱具有4 327、4 257 cm-1甲基、亚甲基吸收峰，提示有机物的存在；超景深显微镜观察显示，染色处理翡翠样品中的染料在表面呈颗粒状分布，内部呈脉状分布，富集在裂隙或凹陷处；DiamondViewTM下，经漂白充填染色处理翡翠样品和染色处理翡翠样品具有呈团块状紫色、紫红色荧光分布于蓝色、绿色基底上或仅见蓝色脉状荧光；紫外-可见分光光谱结果显示，染色处理翡翠样品出现以560、600 nm或以550、590、650 nm为中心的吸收谱带。通过以上特征可以将天然、经漂白充填染色处理、染色处理的紫色翡翠鉴别开来，从而制定一套检测流程, 为实验室准确、快速、无损鉴别紫色翡翠提供可行性依据。Abstract: Recently, the identification of purple jadeite has become more and more complicated and lacks of a systematic process. Common purple jadeite samples (including natural jadeite, bleached, filled and dyed jadeite, dyed jadeite) were collected from the market for infrared spectroscopy, ultra-depth-of-field microscope, DiamondViewTM, UV-Vis spectrophotometer and other instruments tests and analyses. The results show that in the infrared spectrum, the bleached, filled and dyed samples in the mid-infrared region show absorption peaks caused by artificial resin fillings at 3 056, 3 035, and 2 872 cm-1. Some dyed samples in the near-infrared region have 4 327 cm-1and 4 257 cm-1-CH3 and -CH2- absorption peaks, which indicates the existence of organic matter. Dyed jadeite samples under super-depth-of-field microscope show that the dyes distribute in granular form on the surface, and vein in the interior and concentrate in cracks or depressions. Under DiamondViewTM, bleached, filled and dyed samples and dyed samples show purple and purple-red fluorescence in clumps distribute on the blue and green substrates, or only blue vein-like fluorescence can be seen. Under UV-Vis spectrophotometer, the dyed samples show absorption bands centered at 560, 600 nm or 550, 590, 650 nm. These characteristics can distinguish bleached, filled and dyed jadeite samples and dyed jadeite samples from natural samples. On this basis, the laboratory identification process can be optimized to provide a feasible basis for the laboratory to accurately, quickly and non-destructively identify purple jadeite.
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Keywords:
- purple jadeite /
- dyeing treatment /
- spectral characteristic
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翡翠是以硬玉为主的，由多种细小矿物组成的矿物集合体。翡翠的颜色多种多样，其中紫色翡翠是指主体色调为紫色，具有一定彩度的翡翠。优质天然紫色翡翠具有极高的经济和美学价值，随着近年来翡翠价格的迅猛上涨，其更是成为了保值增值的理想投资对象。为了追求高额利润，不法商贩对原来白色或浅色翡翠进行染紫色处理，达到增色效果，用以仿冒高品质紫色翡翠。与此同时，翡翠的染色处理技术日新月异以及受测试条件限制，使得部分染色处理翡翠难于被常规仪器检测出，给翡翠市场带来不小的冲击，严重侵害了消费者的利益。因此，笔者通过红外光谱仪、超景深显微镜、DiamondViewTM和紫外-可见分光光度计等多种测试方法对天然紫色翡翠、染色处理翡翠以及经漂白充填染色处理紫色翡翠样品进行了综合对比分析，并制定出一套紫色翡翠的实验室检测流程，对其准确、快速、无损检测提供可行性依据。
1. 样品及测试方法
1.1 样品选备
本次研究样品来自笔者多次实地走访广州华林市场、佛山平洲市场，并联系肇庆四会市场、揭阳阳美玉市场、云南瑞丽集散地的商家，从加工、贸易及日常检测过程中选取了具有代表性的11件翡翠测试样品(表 1和图 1)。在测试前，用无水乙醇对翡翠样品待测表面进行清洁处理，并尽量选择样品上光滑、平整的表面进行测试。
表 1 有代表性的翡翠测试样品的特征Table 1. Characteristics of representative jadeite testing samples样品号 检验结论 备注 说明 形状 N-01 翡翠 A货 雕件 N-02 翡翠 A货 手镯 N-03 翡翠 A货 雕件 BC-04 翡翠(处理) 经漂白、充填、染色处理 B+C货 异形弧面 BC-05 翡翠(处理) 经漂白、充填、染色处理 B+C货 手镯 C-06 翡翠(处理) 染色处理 表面粒隙间有大量抛光粉，且明显影响其颜色 手镯 C-07 翡翠(处理) 染色处理 C货 块件 C-08 翡翠(处理) 染色处理 C货 块件 C-09 翡翠(处理) 染色处理 C货 平安扣 C-10 翡翠(处理) 染色处理 C货 梯形弧面 C-11 翡翠(处理) 染色处理 C货 平安扣 1.2 测试方法
红外光谱测试在自然资源部珠宝玉石首饰管理中心的红外光谱仪上完成，分别采用中红外光谱仪和近红外光谱仪对翡翠样品进行测试。中红外波段反射法在Nicolet iS5型红外光谱仪上利用PIKE UpIR附件进行，测试范围为4 000~400 cm-1，分辨率8 cm-1，采集次数64次；透射法在Nicolet iS5型红外光谱仪上利用BEAM Condenser附件进行, 测试范围为6 000~4 000 cm-1，分辨率4 cm-1，采集次数64次；近红外波段使用反射法在Nicolet 6700型红外光谱仪上利用INTEGRATING SPHERE附件进行测试，测试范围为4 000~11 000 cm-1，分辨率4 cm-1，采集次数64次。
超景深显微镜测试在自然资源部珠宝玉石首饰管理中心的KEYENCE VHX-5000型超景深显微镜上对翡翠样品进行观察，放大倍数为20~200倍。
DiamondViewTM测试在超强短波荧光下的发光模式采用DiamondViewTM钻石观测仪(英国戴比尔斯公司)观察。样品的相应的荧光结构图像均由仪器附带的图像测试软件获取。其中测试的积分时间(Integration)、增益(Gain)，光圈(Aperture)、视域光阑(field stop)等测试参数调节随着拍摄方式及获取测试样品内部结构特征信息的要求不同而有所差异。
UV-Vis测试在自然资源部珠宝玉石首饰管理中心的GEM 3000型紫外-可见分光光度计上完成，测试条件：反射光，积分时间150 ms，平均次数30次，平滑度2，波长范围220~1 000 nm。
2. 结果与讨论
2.1 红外光谱分析
11件测试翡翠样品的红外反射光谱的主要特征峰均为1 170、1 080、1 050、955、855、747、667、590、533、475、435 cm-1, 与标准矿物红外光谱图集[1]比对，从整体峰位、数量、形状及强度上分析，确认其主要矿物组成为硬玉，宝石种属为翡翠(图 2a)。
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图 2 标准翡翠(a)、天然紫色翡翠样品(b)、漂白充填染色处理紫色翡翠样品(c)和染色处理紫色翡翠样品(d)的红外反射光谱Figure 2. Infrared transmission spectra of standard jadeite(a), natural purple jadeite samples(b), purple jadeite samples treated with bleaching, filling and dyeing(c) and purple jadeite samples treated with dyeing(d)天然紫色翡翠样品N-01、N-02、N-03的红外透射光谱出现了2 926 cm-1和2 854 cm-1处的甲基、亚甲基的伸缩振动弱峰(图 2b)，前人研究显示为翡翠表面抛光蜡所致的特征吸收[2]。漂白充填染色处理紫色翡翠样品BC-04、BC-05的红外透射光谱出现了3 056、3 035、2 872 cm-1等跟苯环及—CH2—CH3与苯环结构2耦合偏移(即人工树脂充填物)引发的一组吸收谱带，以及2 400~2 600 cm-1范围内的强吸收峰(图 2c), 提供了翡翠经漂白、充填处理的证据[3-4]。
染色处理紫色翡翠样品C-07到样品C-11均呈现与天然紫色翡翠样品相似的红外透射光谱(图 2d)，如2 958、2 926、2 840 cm-1(附近)等甲基、亚甲基的伸缩振动吸收峰，该类样品未被树脂或胶类有机物充填，未进行漂白、充填处理，如果仅按照红外透射光谱特征判定，容易给出错判，需结合其他特征下结论。
翡翠样品的形状、大小、透明度差别较大，对一些较大或者透明度较差的样品，其红外透射光谱无法得到有效图谱，而近红外光谱因其光散射效应大、穿透深度大可作为补充测试分析。
天然紫色翡翠样品N-01、N-02、N-03的近红外反射光谱出现了7 030、5 235、4 530 cm-1处特征吸收峰(图 3a)。其中，7 030 cm-1处的吸收峰为OH基团的倍频峰，5 235 cm-1为水分子伸缩振动和弯曲振动的合频峰所致，7 030 cm-1和5 235 cm-1组合峰可作为天然翡翠的近红外光谱鉴定特征峰，4 530 cm-1处的吸收峰指示了样品表面石蜡残留，出现了-CH2、-CH3伸缩振动和弯曲振动的组合频[5]。
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图 3 紫色翡翠的近红外反射光谱：a.天然紫色翡翠样品；b.漂白充填染色处理翡翠样品；c.染色处理翡翠样品Figure 3. Near-infrared reflectance spectra of natural purple jadeite samples(a), purple jadeite samples treated with bleaching, filling and dyeing(b) and purple jadeite samples treated with dyeing(c)漂白充填染色处理的紫色翡翠样品BC-04、BC-05的近红外反射光谱(图 3b)出现5 600~6 000 cm-1范围内的中至弱吸收峰，其为树脂类聚合物的饱和、不饱和烃CH2、CH3的一级伸缩倍频振动所致，而在4 675、4 620、4 060 cm-1等处的吸收峰是CH2、CH3的伸缩-弯曲振动的合频，以上可判断样品经过人工树脂类物质充填处理[6]。
染色处理紫色翡翠样品C-07至C-11的近红外反射光谱结果(图 3c)显示，天然紫色翡翠和染色处理紫色翡翠有明显差别：(1)位于7 030 cm-1处的吸收峰为OH基团的倍频峰所致，5 235 cm-1为水分子伸缩振动和弯曲振动的合频峰，染色紫色翡翠这两处的吸收强度比天然紫色翡翠的相对较弱；(2)在4 400~4 200 cm-1范围内染色处理紫色翡翠可能会存在4 327 cm-1和4 257 cm-1两处有机物吸收峰，笔者推测，在翡翠染色过程中有有机物参与，而天然紫色翡翠没有这些峰。
2.2 超景深显微镜分析
天然紫色翡翠样品N-01、N-02、N-03的紫色与白色同时形成，与周围的白色部分的界线较为清晰，紫色通常呈点状、小斑块状、团块状分布，部分可连成片状，在紫色的团块中也常有紫色深浅的变化[7](图 4, 图 5)。经漂白充填染色处理和染色处理紫色翡翠的颜色由充填在翡翠各种裂隙、颗粒间的染料、抛光粉造成的，其色形特征是：(1)样品BC-04、BC-05的紫色浓集在各种裂隙处，形成色丝，呈现树根状、丝瓜瓤状的色形(图 5)；(2)样品C-06的紫色抛光粉富集在翡翠表面的裂缝或者凹坑处，颜色呈颗粒状集中分布在表面(图 6)；(3)样品C-07的紫色色调艳丽，呈脉状分布，不具有天然紫色翡翠的小斑块状色形特征(图 6)；(4)样品C-11的紫色色带边界与周围浅色部分的界线模糊，在染紫色比较浅的情况下，丝瓜瓤状的特征不易看到(图 6)。
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图 4 天然紫色翡翠样品的超景深显微镜图像Figure 4. Ultra-depth-of-field microscopic images of natural purple jadeite samples![]()
图 5 漂白充填染色处理紫色翡翠样品的超景深显微镜图像Figure 5. Ultra-depth-of-field microscopic images of purple jadeite samples treated with bleaching, filling and dyeing![]()
图 6 染色处理紫色翡翠样品的超景深显微镜图像Figure 6. Ultra-depth-of-field microscopic images of purple jadeite samples treated with dyeing2.3 DiamondViewTM图谱分析
DiamondViewTM通过超短波紫外线照射样品，激发样品的荧光图谱。不同种类的矿物, 相同种类、不同成因的矿物, 相同种类、相同成因、含不同杂质元素的矿物在超短波紫外线的激发下会发出不同颜色或不同强度的荧光特征，甚至一些与晶体生长环境有关的生长结构或生长纹也可得到显示[8]。因样品仓的限制，一些过大的样品不能进行测试。
天然紫色翡翠样品N-01在DiamondViewTM下白色颗粒部分呈现蓝色或者绿黄色，紫色颗粒部分为鲜艳的橙红色到红色，两种颜色呈颗粒状相互交织生长现象(图 5a)，由于经历地质作用，紫色与白色硬玉交织在一起，紫色颗粒部分呈角砾状，其被蓝色、绿色包围。天然紫色翡翠样品N-03在DiamondViewTM下整体呈黄绿色，显粒状纤维交织结构(图 5b)。据前人相关研究表明，紫色翡翠样品N-01中的橙红色到红色发光颜色较为明亮，说明其内部含有Mn等激活剂，而天然紫色翡翠样品N-03黄绿色发光的颜色较暗，说明其含有Fe元素等猝灭剂[9]。
经漂白充填染色处理和染色处理紫色翡翠样品BC-04、C-07、C-08、C-09、C-10、C-11在DiamondViewTM下呈现与天然紫色翡翠不一样的发光图谱。其中，翡翠样品BC-04呈现人工充填树脂类物质的强蓝白色颗粒状现象(图 5c)；翡翠样品C-07、C-08、C-09呈现染剂的紫色、紫红荧光呈团块状荧光分布于蓝色、绿色基底上，翡翠的粒状纤维结构不明显(图 5d、图 5e、图 5f)；翡翠样品C-10、C-11呈现强蓝色脉状荧光，几乎观察不到翡翠的粒状纤维结构特征(图 5g、图 5h)，笔者推断翡翠样品C-10、C-11呈现强蓝色脉状荧光是残留于裂隙缝隙中的抛光蜡或者染剂等导致。从DiamondViewTM呈现的两种不同荧光光谱特征图像说明，这两种染色处理方法翡翠样品所使用染料染剂成分不相同。
2.4 紫外-可见光谱分析
天然紫色翡翠样品N-01、N-02的紫外-可见吸收光谱具有437 nm和382 nm的翡翠特征吸收峰，580 nm为中心的舒缓吸收谱带(图 6a)，一般认为紫色翡翠中580 nm吸收是由于Mn3+ 的5Eg到5T2g电子跃迁所致, 紫色色调越深, 580 nm处的吸收谱带就越强[10]；天然紫色翡翠样品N-03的紫外-可见吸收光谱具有437、382 nm处的翡翠特征吸收峰，以530 nm和610 nm为中心的舒缓吸收谱带(图 6a)，主要由于Fe、Ti元素联合致色[11]。
经漂白充填染色处理的紫色翡翠样品BC-04、BC-05在具有以560 nm为中心的舒缓吸收谱带(图 6b)，相比较天然紫色翡翠的吸收光谱左移。
抛光粉染色处理紫色翡翠样品C-06具有以560 nm为中心的舒缓吸收谱带，比天然紫色翡翠的吸收光谱向左移(图 6c)；染色处理紫色翡翠样品C-07、C-08、C-09具有以550 nm和595 nm为中心的一对舒缓的吸收弱谱带(图 6c)；染色处理紫色翡翠样品C-10、C-11具有以550、590、650 nm为中心的一组舒缓的吸收弱谱带(图 6d)。根据前人[12]对合成翡翠致色元素研究结果表明，540、600、653 nm附近的吸收属于Co2+的强吸收峰，笔者认为部分染色翡翠样品使用的染料染剂致色为Co元素。
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图 8 紫色翡翠样品的紫外-可见光谱：a.天然紫色翡翠样品；b.漂白充填染色处理翡翠样品；c-d.染色处理翡翠样品Figure 8. UV-Vis spectra of natural purple jadeite samples(a), purple jadeite samples treated with bleaching, filling and dyeing(b) and purple jadeite samples treated with dyeing(c-d)3. 实验室检测流程研判
基于上述翡翠样品的宝石学测试分析，并根据目前国内外珠宝检测实验室具有普遍意义的仪器设备配置情况，本文梳理了紫色翡翠的检测项目、鉴定方法及结果表示，建立了一套实验室的常规检测流程(图 9)，以期在现有条件下，尽可能快速和有效地将天然、经漂白充填染色处理、染色处理的紫色翡翠鉴别开来。
翡翠染色处理技术进步提升了对天然翡翠市场的冲击潜力，也提高了实验室检测的难度。紫色翡翠的鉴定不能依赖单一的检验依据，应综合通过红外光谱分析、显微放大观察、DiamondViewTM图谱分析、紫外-可见光谱分析的多手段鉴别。
4. 结论
目前，市场上有不法商贩把原来白色或浅色的翡翠经过染色处理达到增色效果，用以仿冒高品质紫色翡翠。为出具科学、客观、公正的鉴定结论，需要多种仪器互相佐证，综合天然、经漂白、充填、染色处理及染色处理的紫色翡翠对比研究，得出以下结论。
(1) 红外光谱的测试结果显示，天然翡翠、染色翡翠的反射光谱均呈现硬玉的特征峰形与峰位；经漂白、充填、染色处理翡翠的红外透射光谱具有3 056、3 035、2 872 cm-1(附近)等人工树脂充填物引发的一组吸收谱带；近红外反射光谱显示部分染色翡翠存在4 327 cm-1和4 257 cm-1两处有机物吸收峰。
(2) 超景深显微镜下，天然翡翠的紫色常呈点状、小斑块状、团块状分布，部分可连成片状；经漂白、充填、染色处理翡翠的紫色浓集在各种裂隙处，形成色丝，呈现树根状、丝瓜瓤状的色形；染色处理翡翠的紫色呈脉状、颗粒状分布，富集在翡翠表面的一些裂缝或者凹坑处。
(3) DiamondViewTM下，天然紫色翡翠为鲜艳的橙红色到紫色，紫色翡翠呈角砾状被蓝色、绿色包围或者整体呈黄绿色；经漂白充填染色处理翡翠及染色处理紫色翡翠可见大量紫色、紫红色呈团块状荧光分布于蓝色、绿色基底上，或者仅见蓝色脉状荧光。
(4) 紫外-可见分光光度计下，天然紫色翡翠一般具有580 nm为中心的吸收谱带，并伴有437 nm处的特征吸收或者具有以530 nm和610 nm为中心的吸收谱带，伴有437 nm特征吸收；染色处理紫色翡翠出现以550、595 nm或者550、590、650 nm为中心的吸收谱带。
综上所述，本文从快速、无损获取紫色翡翠鉴定结论角度出发，制定了一套具有实验室检测流程，希望能为同业提供参考和借鉴。
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图 6 染色处理紫色翡翠样品的超景深显微镜图像
Figure 6. Ultra-depth-of-field microscopic images of purple jadeite samples treated with dyeing
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图 2 标准翡翠(a)、天然紫色翡翠样品(b)、漂白充填染色处理紫色翡翠样品(c)和染色处理紫色翡翠样品(d)的红外反射光谱
Figure 2. Infrared transmission spectra of standard jadeite(a), natural purple jadeite samples(b), purple jadeite samples treated with bleaching, filling and dyeing(c) and purple jadeite samples treated with dyeing(d)
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图 3 紫色翡翠的近红外反射光谱：a.天然紫色翡翠样品；b.漂白充填染色处理翡翠样品；c.染色处理翡翠样品
Figure 3. Near-infrared reflectance spectra of natural purple jadeite samples(a), purple jadeite samples treated with bleaching, filling and dyeing(b) and purple jadeite samples treated with dyeing(c)
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图 4 天然紫色翡翠样品的超景深显微镜图像
Figure 4. Ultra-depth-of-field microscopic images of natural purple jadeite samples
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图 5 漂白充填染色处理紫色翡翠样品的超景深显微镜图像
Figure 5. Ultra-depth-of-field microscopic images of purple jadeite samples treated with bleaching, filling and dyeing
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图 8 紫色翡翠样品的紫外-可见光谱：a.天然紫色翡翠样品；b.漂白充填染色处理翡翠样品；c-d.染色处理翡翠样品
Figure 8. UV-Vis spectra of natural purple jadeite samples(a), purple jadeite samples treated with bleaching, filling and dyeing(b) and purple jadeite samples treated with dyeing(c-d)
表 1 有代表性的翡翠测试样品的特征
Table 1 Characteristics of representative jadeite testing samples
样品号 检验结论 备注 说明 形状 N-01 翡翠 A货 雕件 N-02 翡翠 A货 手镯 N-03 翡翠 A货 雕件 BC-04 翡翠(处理) 经漂白、充填、染色处理 B+C货 异形弧面 BC-05 翡翠(处理) 经漂白、充填、染色处理 B+C货 手镯 C-06 翡翠(处理) 染色处理 表面粒隙间有大量抛光粉，且明显影响其颜色 手镯 C-07 翡翠(处理) 染色处理 C货 块件 C-08 翡翠(处理) 染色处理 C货 块件 C-09 翡翠(处理) 染色处理 C货 平安扣 C-10 翡翠(处理) 染色处理 C货 梯形弧面 C-11 翡翠(处理) 染色处理 C货 平安扣 
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