Study on Colour Characteristics and Quantitative Classification of Nanhong Agate Based on HSB Colour Space
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摘要: 近些年，南红玛瑙在珠宝市场上，价格不断上升。颜色作为影响南红玛瑙质量评价的最主要因素，南红玛瑙市场价格的高低与其密切相关，但目前国家尚未出台南红玛瑙相关的分级标准。为了使南红玛瑙颜色的评定过程更加客观、科学和规范，开展了南红玛瑙颜色分级的相关研究。利用灯箱和相机获取样品颜色图片，基于HSB颜色空间，对采集到的南红玛瑙颜色图片进行颜色量化。利用Origin和SPSS软件，对所得颜色量化数据的色调、饱和度和明度(HSB)参数进行统计分析。结果表明，在95%置信区间内红色系南红玛瑙的色调(H)主要分布于[3.20°，17.52°] 区间内；饱和度(S)主要分布在[63.82%，92.69%] 区间内；明度(B)主要分布在[42.97%，75.37%] 区间内，统计结果与南红玛瑙颜色的肉眼观察特征一致。结合肉眼观察特征，借助二阶聚类分析，对红色系南红玛瑙的颜色分级进行了尝试：将色调分为红(R)、橙红(oR)、红橙(rO)3个类别；将饱和度分为浓(S1)、中(S2)、浅(S3)3级；将明度分为亮(B1)、中(B2)、暗(B3)3个级别。对于不同颜色品种，在饱和度方面，柿子红、水红、锦红大于其他品种，冰红和玫瑰红为中等，冰粉的为最低；在明度方面，冰橘和水红最高，柿子红、冰红和冰粉中等，锦红和玫瑰红最低。以上述数据分布特征为基础，结合颜色分级结果，对市场中出现的南红玛瑙的不同颜色名称进行科学的区分并给出推荐的HSB数值参考范围。Abstract: In recent years, the price of the Nanhong agate has been rising in jewelry market. As one of the most important factors affecting the quality evaluation of the Nanhong agate, its colour is closely related to the market price. However, the national grading standard of the Nanhong agate has not yet introduced. In order to make the evaluation process of the Nanhong agate colour more objective, scientific and standardized, this paper focuses on the colour characteristics and quantitative classification of the Nanhong agate. The colour images of the samples were obtained by light boxes and cameras. Based on HSB colour space, the colour of the Nanhong agate were standardized and quantified. Origin and SPSS softwares were used to statistically analyze the hue, saturation and brightness (HSB) parameters of the obtained colour data. The results showed that at the 95 % confidence level, the hue (H) of the red Nanhong agate was mainly distributed in a range between[3.20°, 17.52°]. The saturation (S) and brightness (B) were mainly within [63.82%, 92.69%] and [42.97%, 75.37%], respectively. The statistical results were consistent with the visual observed colour characteristics of the Nanhong agate. Combined the characteristics of visual observed colour with the TwoStep cluster analysis, this paper recommends to classify the colour of the red Nanhong agate as follow. The H is divided into three categories, including red (R), orange red (oR), red orange (rO). The S is divided into three levels: S1, S2 and S3. The B is also divided into three levels: B1, B2, and B3. For the saturation (S) in different colour varieties, the "Shizihong""Shuihong" and "Jinhong" (different kinds of red) have greater S than other varieties; the "Binghong" and "Meiguihong" are medium, and the "Bingfen" is the lowest. For brighthess (B), the values of "Bingju" and "Shuihong" are the brightest; the "Shizihong" "Binghong" and "Bingfen" are medium, and the "Jinhong" and "Meiguihong" are the lowest. The colour names of the Nanhong agate in the market are scientifically distinguished and the accurate range of each variety in HSB space is recommended based on the colour distribution characteristics above and the colour grading results.
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Keywords:
- Nanhong agate /
- hue /
- saturation /
- brightness /
- colour quantization /
- statistical analysis /
- Baoshan /
- Liangshan
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目前，世界各地已发现的红宝石矿床和矿点近500个，其中非洲是当前公认的世界上最大的红宝石产区，非洲红宝石矿床主要分布在坦桑尼亚、肯尼亚、莫桑比克和马达加斯加等国家[1-3]。位于非洲东部的肯尼亚及其南部接壤的坦桑尼亚，这两个国家的宝石矿产资源十分丰富，品种繁多[4-5]。目前，肯尼亚和坦桑尼亚也已逐渐成为国际上红宝石的主要产地之一。肯尼亚南部的红宝石矿产资源是坦桑尼亚红宝石蕴藏带往北部延伸的部分，其中，最著名矿床主要有曼加雷和巴林戈。曼加里红宝石矿属于原生矿床，据当地报道，目前该矿仍有宝石级红宝石产出，而位于肯尼亚西部的巴林戈矿区于2007年停止正规开采红宝石[6]。
本文所研究的红宝石样品由非洲矿区的中国采购商提供，经其确认样品均产自肯尼亚西南边境地区卡贾多镇附近(图 1)，该地方距坦桑尼亚西北部的阿鲁沙仅几十公里，是坦桑尼亚隆吉多(Longido)矿脉的延伸。该矿区产出的红宝石属于以断裂带为导矿和储存矿结构的高温热液矿床类型[7-8]。该矿区红宝石从2017年开始开采，目前其归属由于涉及两国边境历史争议问题，因此矿区名称未能按照地域确定，同时关于该矿区产出的红宝石的宝石学系统性研究也尚未见相关报道。因此，在本文，笔者以肯尼亚西南部矿区红宝石样品作为研究对象，通过常规宝石学仪器、傅里叶红外光谱仪、显微激光拉曼光谱仪、紫外-可见分光光度计和激光剥蚀等离子体质谱仪等测试仪器对该地区红宝石样品的宝石学特征、谱学特征、化学成分以及颜色色度分析进行测试研究，总结归纳了该矿区红宝石的产地鉴定数据，旨在进一步完善肯尼亚红宝石的相关资料。
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图 1 肯尼亚西南部红宝石样品的产地示意图(据张蓓莉，2012重绘)Figure 1. Schematic deposit map of ruby samples from southwest Kenya1. 样品及测试方法
1.1 样品情况
本文研究肯尼亚西南部红宝石样品共40粒，重量在0.03~0.39 ct，颜色色调为红色-紫红色系列，样品均为弧面型和刻面型的红宝石成品, 样品编号为Ga01~Ga40。据当地商人介绍，该矿区产出红宝石的颜色饱和度高，净度较好，热处理后颜色和净度改善不明显，所以该矿区红宝石通常不经过热处理即可在珠宝市场上销售。此次研究收集到的红宝石样品均为未经热处理的天然红宝石(图 2)。
1.2 测试方法
显微拍照采用吉恩士超景深三维拍照显微镜，放大倍数为50~800倍。
红外光谱分析采用Thermo Scientific Nicolet IS10型傅里叶变换红外光谱仪对红宝石样品进行测试，分别采用了漫反射法和直接透射法。测试条件：分束器KBr，扫描范围400~4 000 cm-1，分辨率8 cm-1，背景扫描次数16次，样品扫描次数64次。
拉曼光谱分析采用Renishaw-inVia显微激光拉曼光谱仪对红宝石样品进行测试，测试条件：473 nm激光器和785 nm激光器，光栅1 800 nm和1 200 nm，物镜50倍，输出功率10 mW，最佳分辨率1 cm-1，曝光时间10 s，束斑直径1 μm，信号叠加3次扫描。
LA-ICP-MS分析采用Perkin Elmet 350D电感耦合等离子质谱仪配NWR 213激光剥蚀系统。测试条件：激光波长213 nm，激光斑束44 μm，激光频率10 Hz，激光能量密度19.63 J/cm2，He载气流速700 mL/min，微量元素校正标准样品为美国国家标准技术研究所NIST610、NIST612和美国地质勘探局BIR-1G、BCR-2G、BHVO-2G；数据处理采用ICPMSDATACAL10.0，定量分析为多外标无内标[9-10]。
色度仪采用标旗GEM3000紫外-可见分光光度计对红宝石样品的颜色进行分析，测试条件：实验光源采用D65，2°视场角，积分球收集样品表面漫反射法，积分时间160 ms，测试范围300~800 nm，选择样品刻面台面或者弧面作为测试面。
2. 测试结果与讨论
2.1 基本特征
将红宝石样品置于白光源下观察，根据颜色将其分为红色系、紫红色系两组。利用宝石显微镜、折射仪、二色镜、分光镜、静水称重仪、紫外荧光灯对红宝石样品进行常规宝石学测试，测试结果见表 1。红宝石样品的折射率为1.759~1.771，双折射率为0.009~0.010，弧面型样品折射率为1.76(点测)；多色性中至强，红色系为红色-紫红色，紫红色系为紫红色-粉紫色；分光镜下可见红光区680 nm附近Cr元素所致吸收线，黄光区以580 nm为中心吸收带，蓝光区475 nm强吸收线，紫光区全吸收；相对密度3.95~4.01；短波紫外光下呈惰性，长波紫外光下呈弱-中等红色荧光。
表 1 部分肯尼亚西南部红宝石样品的常规宝石学特征Table 1. Gemmological characteristics of some ruby samples from southwest Kenya颜色 样品编号 折射率 相对密度 紫外荧光 长波 短波 红色组 Ga-01 1.76(点测) 3.96 中等紫红色 惰性 Ga-02 1.762~1.771 4.01 中等红色 惰性 Ga-03 1.762~1.770 4.00 弱红色 惰性 Ga-04 1.762~1.770 3.95 弱红色 惰性 Ga-05 1.76(点测) 3.97 弱紫红色 惰性 Ga-06 1.76(点测) 3.98 中等红色 惰性 紫红色组 Ga-07 1.76(点测) 3.99 中等红色 惰性 Ga-08 1.76(点测) 3.97 中等红色 惰性 Ga-09 1.760~1.771 4.00 中等红色 惰性 Ga-10 1.759~1.769 3.95 中等红色 惰性 Ga-11 1.76(点测) 3.98 弱红色 惰性 Ga-12 1.76(点测) 3.97 弱红色 惰性 2.2 包裹体特征
超景深显微镜在放大50~800倍条件下观察典型红宝石样品的包裹体特征(图 3)，并结合后文的红外光谱和拉曼光谱测试结果综合显示：(1)红宝石样品Ga01和Ga09可见次生铁质浸染物沿愈合裂隙分布，反射光下呈褐色-橙红色(图 3a和图 3b)；(2)红宝石样品Ga14可见外观呈绒毛状的管状包裹体，边缘出溶的包裹体为硬水铝石(图 3c)；(3)红宝石样品Ga08见近六方晶形磷灰石包裹体(图 3d)；(4)Ga17可见管状无色透明角闪石包裹体(图 3e)；(5)红宝石样品Ga05和Ga27可见深色自形-半自形粒状铬铁矿包裹体(图 3f和图 3g)；(6)红宝石样品Ga13可见白色云母包裹体，呈点状、绒状和片状分布，局部可见其极完全解理(图 3h)；(8)红宝石样品Ga23中的针状、片状金红石包裹体呈定向分布，反射光下呈现彩色闪烁现象(图 3i)；(9)红宝石样品Ga06色带边缘尖锐清晰、橙色与粉紫色色块交替分布(图 3j)；(10)红宝石样品Ga24和Ga33可见呈叠瓦状、镶嵌状、水渍状结构的愈合裂隙(图 3k和图 3l)。综合以上包裹体特征，样品均未见热处理迹象[11]。
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图 3 肯尼亚西南部红宝石样品的包裹体特征：(a-b)铁质包裹体；(c)硬水铝石包裹体；(d-e)角闪石包裹体；(f-g)铬铁矿包裹体；(h) 云母包裹体；(i)金红石包裹体；(j)色带；(k-l)愈合裂隙Figure 3. Inclusions of ruby samples from southwest Kenya: (a-b)iron inclusions; (c) diaspore inclusion; (d-e)amphibole inclusions; (f-g)chromite inclusions; (h)mica inclusion; (i)rutile inclusion; (j)colour band; (k-l) healed-fractures2.3 红外光谱分析
红宝石样品的红外透射光谱(图 4)吸收峰主要位于1 970~1 985 cm-1、2 107~2 114 cm-1、3 092 cm-1、3 319 cm-1、3 637 cm-1附近。前人研究[12-13]显示，天然刚玉晶格中含不等量的OH，这些O-H的伸缩振动在中红外区引起3 550~3 720 cm-1范围内的吸收。其中1 970~1 985 cm-1、2 107~2 114 cm-1范围内吸收峰与硬水铝石(AlOOH)的O-H伸缩振动相关；3 092 cm-1和3 319 cm-1处的吸收与勃姆石的O-H伸缩振动相关，3 637 cm-1与含有KOH、NaOH无水碱性氢氧化物相关的高岭石矿物的伸缩振动相关。通过红外透射光谱分析结果发现，红宝石样品含有硬水铝石、勃姆石和碱性氢氧化物的矿物包裹体，由于此类包裹体尺寸小且形态不规则，很难在宝石显微镜下识别；同时此类含OH包裹体的“痕迹”指示本文研究的红宝石样品未经过热处理过程[14-15]。
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图 4 部分肯尼亚西南部红宝石样品的红外光谱Figure 4. FTIR spectra of some ruby samples from southwest Kenya2.4 拉曼光谱分析
拉曼光谱对红宝石样品中的包裹体进行了测试，结果(图 5)显示，红宝石样品Ga14(图 3c)中的长管状包裹体具268、331、446、497、665、789、1 047、1 193 cm-1处的拉曼位移(图 5a)，经过与标准矿物的拉曼光谱(RRUFFID=R060546)比对，为硬水铝石的拉曼特征峰，该结果与红外光谱测试到含硬水铝石相符；红宝石样品Ga23中的片状、针状包裹体(图 3i)具239、619、683、797 cm-1处的拉曼位移(图 5b)，与标准矿物的拉曼光谱(RRUFFID=R040049)比对，为金红石特征拉曼峰，其中445 cm-1处金红石相关的拉曼谱峰或被红宝石基底掩盖。金红石包裹体呈点状、片状、针状分布较普遍[15]；红宝石样品Ga05(图 3f)和Ga27(图 3g)中深色金属光泽的粒状包裹体具596、659、710cm-1处的拉曼位移(图 5c)，与标准矿物的拉曼光谱(RRUFFID=R110059)对比，为铬铁矿特征拉曼峰；红宝石样品Ga13(图 3h)中粒状丝绢光泽的包裹体具265、312、397、679、709、915、1 037 cm-1处的拉曼位移(图 5d)，与标准矿物的拉曼光谱(RRUFFID=R040124)对比，为云母特征拉曼峰；红宝石样品Ga08(图 3d)中透明粒状似六方晶形包裹体具429、589、960、1 041、1 072 cm-1处的拉曼位移(图 5e)，与标准矿物的拉曼光谱(RRUFFID=R040098)对比，为磷灰石特征拉曼峰，其中960 cm-1处尖锐谱峰归属PO43-的对称伸缩振动所致，1 041 cm-1处谱峰归属于PO43-反对称伸缩振动所致，589 cm-1则为弯曲振动所致；红宝石样品Ga17(图 3d和图 3e)中无色透明粒状、长管状包裹体具228、376、653、697、950、1 012、1 300、1 432 m-1处的拉曼位移(图 5f)，与标准矿物的拉曼光谱(RRUFFID=R110203)对比，与角闪石特征拉曼位移一致[16-17]。该矿区红宝石样品中的其他类型包裹体(如点状包裹体、气液包裹体)由于位于深部，且粒度过小或厚度较薄，对应的特征拉曼位移会被刚玉基底拉曼位移淹没，故未能检测到相应信号。
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图 5 肯尼亚西南部红宝石样品的包裹体拉曼光谱：(a)硬水铝石；(b)金红石；(c)铬铁矿；(d)云母；(e)磷灰石；(f)角闪石Figure 5. Raman spectra of inclusions of ruby samples from southwest Kenya: (a)diaspore; (b)rutile; (c)chromite; (d)mica; (e)apatite; (f)amphibole2.5 化学成分分析
从红宝石样品挑选出10粒不同色调和饱和度的样品，对每个样品随机选取3个测试点，分析其化学成分，结果如表 2所示。红宝石样品的主量化学成分Al2O3的含量为95.8%~97.1%，且含有微量元素如Mg、Si、Ti、V、Cr、Fe、Ga。本文红宝石样品的微量元素均具有高Cr、中Fe、低V的特点。其中，Cr元素为红宝石呈红色的致色元素，样品Ga18中3个测试点中Cr元素的含量出现了明显差异，对应其颜色色块的差异，肉眼观察红色调深浅与Cr元素含量呈正相关。样品Ga04、Ga19、Ga35由于Fe含量相对偏高，故外观整体颜色偏暗。
表 2 肯尼亚西南部红宝石样品的化学成分Table 2. Chemical compositions of ruby samples from southwest Kenya编号 Al2O3/% MgO/% SiO2/% Ti/10-6 V/10-6 Cr/10-6 Fe/10-6 Ga/10-6 Ga04 97.00 0.001 5 1.42 18.60 8.39 8 466.00 1 872.00 26.10 96.70 0.004 1 1.67 26.40 9.17 8 891.00 2 106.00 27.70 96.80 0.004 1 1.62 16.20 8.80 8 269.00 2 106.00 29.30 Ga07 97.50 0.001 4 1.38 6.00 4.80 5 673.00 1 794.00 26.30 97.40 0.001 4 1.48 15.00 5.95 5 745.00 1 794.00 27.50 97.30 0.000 6 1.52 12.60 5.53 5 552.00 1 794.00 22.60 Ga12 96.90 0.001 6 1.39 38.40 6.94 9 430.00 1 638.00 27.10 96.80 0.002 5 1.43 43.80 5.68 9 973.00 1 638.00 24.20 96.50 0.000 6 1.67 19.20 6.97 10 761.00 1 560.00 26.40 Ga16 95.60 0.002 6 1.66 19.20 9.70 15 319.00 1 638.00 26.40 95.90 0.002 8 1.49 20.40 10.90 15 589.00 1 716.00 28.20 95.90 0.003 1 1.56 17.40 10.60 15 463.00 1 794.00 27.80 Ga18 97.30 0.003 0 1.36 126.00 8.72 6 520.00 1 638.00 26.80 97.10 0.013 0 1.23 108.00 10.30 8 895.00 1 716.00 28.80 97.00 0.011 0 1.44 114.00 11.00 9 016.00 1 716.00 29.90 Ga19 96.00 0.003 5 1.30 45.60 10.20 16 002.00 2 184.00 27.70 95.90 0.003 2 1.44 19.80 8.46 15 438.00 2 496.00 25.80 95.80 0.002 7 1.41 35.40 9.55 15 732.00 2 106.00 25.40 Ga23 97.00 0.003 6 1.74 24.00 10.10 6 791.00 1 404.00 27.00 97.30 0.003 6 1.38 16.20 9.37 7 576.00 1 170.00 27.70 97.00 0.003 2 1.70 36.00 8.53 7 092.00 1 560.00 30.40 Ga26 96.90 0.001 1 1.28 12.60 6.68 10 715.00 1 872.00 26.60 96.80 0.001 6 1.43 15.00 6.39 10 666.00 1 716.00 25.80 96.60 0.011 0 1.48 10.80 5.84 10 887.00 1 794.00 24.00 Ga35 96.50 0.003 4 1.54 32.40 7.73 10 638.00 1 950.00 28.70 96.80 0.003 3 1.22 72.00 9.28 10 995.00 2 106.00 27.00 96.60 0.002 7 1.36 51.00 7.95 10 887.00 2 184.00 26.30 Ga37 96.90 0.002 0 1.37 14.40 8.79 9 796.00 1 872.00 27.10 96.80 0.003 1 1.54 24.00 9.35 8 986.00 1 872.00 27.10 96.70 0.002 0 1.67 29.40 9.40 9 148.00 1 872.00 26.10 根据表 2中红宝石样品的LA-ICP-MS微量元素数据，结合前人研究的缅甸和莫桑比克微量元素数据[18]，绘制出肯尼亚、缅甸、莫桑比克三个产地红宝石不同微量元素或微量元素含量比值为坐标的二元投点图(图 6)，该图可直观地反映三个红宝石产地中微量元素的差异。肯尼亚红宝石样品中Cr元素含量明显高于缅甸和莫桑比克红宝石中的；肯尼亚和莫桑比克红宝石中Fe元素的含量相当，缅甸红宝石中Fe元素的含量最低；另外，缅甸红宝石中V和Ga元素的含量均明显高于肯尼亚和莫桑比克红宝石中的。图 6中根据Fe、Cr、V、Ga及其含量比值投点可以有效地将肯尼亚、缅甸和莫桑比克这三个产地区分开，所以特征微量元素对红宝石产地鉴定具有实际意义。
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图 6 肯尼亚、缅甸、莫桑比克红宝石样品中各微量元素关系图Figure 6. Relationships with trace elements Fe, Cr, V, Ga of rubies samples from Kenya, Myamar, and Mozambique2.6 颜色色度分析
颜色测量运用色度学方法基于CIE1976均匀色度空间[19]，利用紫外-可见分光光度计对40粒肯尼亚西南部红宝石样品和6粒红宝石颜色分级标准样品(GSB 01-3537-2019)在D60光源和2°视场角进行吸收光谱测试后再通过CIE标准色度系统转化为色度学参数，结果如表 3和表 4所示。测试结果：明度值L∈(37.64，46.24)；红(+a*)到绿(-a*)变化为a*∈(8.18，25.55)；黄(+b*)到蓝(-b*)变化b*∈(-4.30，3.96)；对应饱和度C*∈(8.30，23.66)。
表 3 红宝石颜色分级标准样品的色度参数Table 3. Chromaticity paramerters of ruby colour classification standard samples编号 L a* b* Hue C* 颜色标样 深红 39.38 17.51 2.45 7.96 17.68 艳红 42.77 20.04 2.14 6.09 20.16 浓红 42.84 20.37 3.16 8.81 20.62 深紫红 42.05 14.98 0.00 0.01 14.98 艳紫红 44.51 23.98 0.38 0.90 23.99 浓紫红 47.25 24.71 -3.03 -6.98 24.89 表 4 肯尼亚西南部红宝石样品的色度参数Table 4. Chromaticity parameters of ruby samples from southwest Kenya编号 L a* b* Hue Chroma 编号 L a* b* Hue Chroma Ga01 44.30 19.22 -2.60 -7.71 19.39 Ga21 40.61 18.38 -1.29 -4.01 18.42 Ga02 46.24 18.00 0.03 0.11 18.00 Ga22 41.90 17.96 0.93 2.97 17.98 Ga03 42.83 20.76 -3.49 -9.53 21.05 Ga23 47.89 22.10 -4.68 -11.98 22.59 Ga04 46.11 19.56 -0.08 -0.26 19.56 Ga24 40.51 14.12 2.23 8.97 14.29 Ga05 41.82 16.28 0.79 2.77 16.30 Ga25 39.02 8.92 1.52 9.66 9.05 Ga06 44.21 18.49 -3.29 -10.09 18.78 Ga26 48.27 28.22 4.69 9.42 28.61 Ga07 46.02 21.25 -0.34 0.91 21.25 Ga27 41.59 18.16 -0.59 -1.86 18.17 Ga08 40.24 12.98 0.55 2.42 13.00 Ga28 40.85 19.46 2.31 6.77 19.60 Ga09 41.43 12.48 0.42 1.91 12.48 Ga29 39.49 16.17 1.81 6.38 16.27 Ga10 41.29 16.40 0.48 1.66 16.41 Ga30 42.87 22.21 3.17 8.12 22.43 Ga11 44.83 18.49 -2.04 -6.28 18.60 Ga31 45.59 18.93 -2.44 -7.34 19.09 Ga12 44.75 20.02 2.21 6.28 21.15 Ga32 45.39 23.41 3.96 9.61 23.74 Ga13 43.06 17.42 0.38 1.24 17.42 Ga33 38.87 17.83 2.03 6.49 17.95 Ga14 43.97 20.25 -2.26 -6.36 20.37 Ga34 38.87 18.41 3.14 9.69 18.67 Ga15 42.37 18.31 1.88 5.87 18.41 Ga35 45.67 21.66 3.37 8.83 21.92 Ga16 45.27 13.28 -0.31 -1.42 13.29 Ga36 42.81 25.55 0.43 0.96 25.55 Ga17 40.80 16.64 2.64 9.01 16.85 Ga37 46.01 21.21 1.05 2.83 21.23 Ga18 46.17 20.48 1.32 3.70 20.53 Ga38 40.42 14.56 1.70 6.68 14.66 Ga19 42.92 10.68 1.22 6.52 10.75 Ga39 42.11 18.19 1.96 6.15 18.29 Ga20 41.88 16.52 -0.02 -0.06 16.52 Ga40 43.54 19.42 3.26 9.52 19.69 根据标准样品色度参数，明度L＜40时，视觉明度偏暗；当b*＜0时，样品呈现紫红色调；当饱和度值C*＞20时，样品可参比艳红、艳紫红，根据国家标准GBT 32863-2016 《红宝石分级》，红宝石颜色饱和度需达到艳红级别才符合“鸽血红”定名[20]。比对红宝石颜色标准样品的色度参数，40粒红宝石样品色调为红色-紫红色，其中紫红色系14粒，红色系26粒。艳红、艳紫红(“鸽血红”)占比40%，深红12.5%，浓红及以下占47.5%。该组定量数据避免了常规肉眼观察比色对红宝石颜色分级的主观局限性，较精确地控制比色过程的稳定性。
3. 结论
本文基于收集到的40粒肯尼亚西南边境产出红宝石样品，通过相关测试得出以下结论。
(1) 本次研究的肯尼亚西南部红宝石样品折射率为1.759~1.778，双折射率为0.009~0.010，多色性为中至强，分光镜下可见红光区680 nm附近Cr元素所致吸收线，黄光区以580 nm为中心吸收带，蓝光区475 nm强吸收线，紫光区全吸收；相对密度在3.95~4.01；短波紫外荧光下呈无-弱荧光，长波紫外荧光下呈弱-中等红色荧光。
(2) 本次研究的肯尼亚西南部红宝石内部包裹体存在多样性特点，可见橙红色铁渍浸染裂隙面、无色透明和深色固体包裹体、金红石双晶亮片及叠瓦状、镶嵌状、水渍状结构愈合裂隙，结合红外光谱和拉曼光谱测试结果，为硬水铝石、金红石、铬铁矿、角闪石、磷灰石、云母等，同时佐证样品未见热处理迹象。
(3) 肯尼亚西南部红宝石样品的主量化学成分Al2O3的含量范围在95.8%~97.1%，微量元素有Mg、Si、Ti、V、Cr、Fe、Ga。样品具有高Cr、中Fe、低V的微量元素特点。红色调饱和度与Cr元素含量呈正相关，利用Fe、Cr、V、Ga四个元素含量或含量比值投点可以将肯尼亚、缅甸和莫桑比克红宝石区分开，特征微量元素对红宝石产地鉴定具有实际意义。
(4) 紫外-可见分光光度测试显示，肯尼亚西南部红宝石样品颜色色调为红色-紫红色，颜色饱和度高，大多数涵盖范围在艳红-浓红区间，其中艳红(鸽血红)比例约占40%。
致谢: 感谢保山南红文化艺术馆和泉先生和四川省凉山川凉南红珠宝有限责任公司王仁云女士，在两次拍摄南红玛瑙样品期间为我们安排拍摄地点并提供了大量明确产地的南红玛瑙成品。同时对于两地市场中，其他提供南红玛瑙成品的商铺在此一并表示感谢! -
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图 1 代表性颜色的南红玛瑙样品
颜色市场名称：(a)柿子红；(b)水红；(c)锦红；(d)冰红；(e)冰粉；(f) 冰橘；(g)樱桃红；(h)玫瑰红；(i)荔枝冻
Figure 1. Nanhong agate samples with representative colours
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图 2 拍摄设备包括灯箱(a)、Canon EOS 600D相机(b)和X-rite标准灰度板(c)
Figure 2. Shooting equipments including light box (a), Canon EOS 600D camera (b) and X-rite standard gray board (c)
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图 3 红色系南红玛瑙颜色数据总体分布特征：(a)色调分布；(b)饱和度分布；(c)明度分布
Figure 3. The overall distribution characteristics of colour data of the red Nanhong agate: (a)distribution of hue; (b)distribution of saturation; (c)distribution of brightness
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图 4 红色系南红玛瑙不同颜色品种在HSB三维空间内的原始分布情况：(a)侧视图；(b)主视图
Figure 4. The original distribution of different colour varieties of the red Nanhong agate in HSB 3D space: (a)Side view; (b)Main view
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图 5 红色系南红玛瑙色调分类代表性样品：(a)红(R)；(b)橙红(oR)；(c)红橙(rO)
Figure 5. Representative samples of the red Nanhong agate hue classification (a)Red (R); (b)orange Red (oR); (c)red Orange (rO)
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图 6 红色系南红玛瑙饱和度分级代表性样品：(a)浅(S3)；(b)中(S2)；(c)浓(S1)
Figure 6. Representative samples of the red Nanhong agate saturation classification: (a)light (S3); (b)medium (S2); (c)thick (S1)
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图 7 红色系南红玛瑙明度分级代表性样品：(a)暗(B3)；(b)中(B2)；(c)亮(B1)
Figure 7. Representative samples of the red Nanhong agate brightness classification: (a)dark (B3); (b)medium (B2); (c)bright (B1)
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图 8 玫瑰红品种的火焰纹及不同区域HSB值：白圈代表玫瑰红主体颜色；黄圈代表火焰纹
Figure 8. Flame pattern of "Meiguihong" variety and HSB values in different regions: White circle is the main colour of "Meiguihong"; Yellow circle is the flame pattern
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图 9 校正后红色系南红玛瑙不同颜色品种在HSB三维空间内的分布情况：(a)侧视图；(b)主视图
Figure 9. The distribution of different colour varieties of the red Nanhong agate after correction in 3D space: (a)side view; (b)main view
表 1 南红玛瑙图像采集信息汇总
Table 1 Summary of image collections of the Nanhong agate
拍照地点 拍照时间 店铺 照片数量/张 样品总数/件 保山 2021年7月 保山南红文化艺术馆和兰花村部分店铺 452 1 040 凉山 2020年3月-6月 凉山南红玛瑙市场店铺 696 740 
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表 2 红色系南红玛瑙颜色数据正态分布拟合相关参数
Table 2 Relative parameters of colour data of red Nanhong agate after normal distribution fitting
市场名称 H/ (°) S/ % B / % 期望值μ 标准差σ Ra2 P值 期望值μ 标准差σ Ra2 P值 期望值μ 标准差σ Ra2 P值 南红玛瑙 10.36 3.65 0.99 P＜0.000 1 78.26 7.37 0.97 P＜0.000 1 59.17 8.26 1.00 P＜0.000 1 柿子红 11.59 3.07 0.96 P＜0.000 1 79.60 4.41 0.99 P＜0.000 1 56.35 8.25 0.98 P＜0.000 1 锦红 9.88 2.73 0.91 P＜0.000 1 77.51 4.27 0.84 0.006 2 46.16 5.81 0.71 P＜0.000 1 水红 11.61 1.39 0.98 P＜0.000 1 76.13 4.54 0.97 P＜0.000 1 70.76 2.13 0.93 P＜0.000 1 樱桃红 11.54 2.19 0.98 P＜0.000 1 83.58 4.79 0.99 P＜0.000 1 58.08 5.96 0.98 P＜0.000 1 玫瑰红 10.40 3.42 0.97 P＜0.000 1 71.88 11.25 0.95 P＜0.000 1 35.91 10.44 0.72 P＜0.000 1 冰红 8.77 3.39 0.91 P＜0.000 1 72.09 5.46 1.00 P＜0.000 1 62.45 6.43 0.96 P＜0.000 1 冰粉 5.05 2.82 0.94 P＜0.000 1 48.41 12.72 0.96 P＜0.000 1 59.00 5.05 0.99 P＜0.000 1 冰橘 20.95 4.44 0.85 P＜0.000 1 66.96 10.29 0.93 P＜0.000 1 72.58 4.17 0.94 P＜0.000 1
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表 3 红色系南红玛瑙不同品种颜色数据的分布区间
Table 3 The distribution range of red Nanhong agate colour data of different varieties
市场名称 H / (°) S / % B / % 总体分布 95%置信区间 总体分布 95%置信区间 总体分布 95%置信区间 南红玛瑙 [355.0, 0][0, 25.0] [3.20, 17.52] [25.0, 95.0] [63.82, 92.69] [20.0, 85.0] [42.97, 75.37] 柿子红 [357.5, 0]、[0, 20.0] [5.77, 17.62] [50.0, 100.0] [70.95, 88.25] [22.5, 77.5] [40.19, 72.51] 锦红 [2.5, 15.0] [4.53, 15.23] [57.5, 100.0] [69.14, 85.88] [25.0, 65.0] [34.77, 57.54] 水红 [2.5, 15.0] [8.88, 14.33] [50.0, 95.0] [67.22, 85.04] [62.5, 77.5] [66.59, 74.94] 樱桃红 [2.5, 25.0] [7.24, 15.84] [52.0, 97.5] [74.19, 92.98] [35.0, 82.5] [46.40, 69.77] 玫瑰红 [357.5, 0][0, 22.5] [3.69, 17.11] [45.0, 97.5] [49.84, 93.93] [17.5, 65.0] [15.44, 56.37] 冰红 [0, 25.0] [2.12, 15.42] [40.0, 95.0] [61.38, 82.79] [35.0, 87.5] [49.85, 75.06] 冰粉 [355.0, 0][0, 15.0] [359.52, 0][0, 10.57] [15.0, 80.0] [23.47, 73.34] [42.5, 75.0] [49.11, 68.89] 冰橘 [10.0, 25.0] [12.26, 29.65] [27.5, 87.5] [46.78, 87.13] [60.0, 85.0] [64.41, 80.74]
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表 4 红色系南红玛瑙颜色数据二阶聚类分析结果
Table 4 The results of twostep cluster analysis of red Nanhong agate colour data
分类类别 聚类中心 聚类质量 所占比例 分类临界值 色调(H) 1 5.85° 良好(0.6) 31.10% 8.39° 2 10.78° 47.80% 13.04° 3 15.03° 21.10% - 饱和度(S) 1 44.63% 良好(0.7) 9.7% 56.85% 2 69.06% 34.8% 75.74% 3 83.04% 55.5% - 明度(B) 1 42.28% 良好(0.6) 15.10% 49.41% 2 55.95% 46.30% 60.78% 3 66.83% 38.60% - 注：聚类质量利用凝聚与分离的轮廓测量值(表中括号内的值)进行评价，有“欠佳、尚可和良好”三种评价。计算公式：(B-A)/Max(A, B)，其中，A是个案与其聚类中心的距离，B是个案与其非所属最近聚类中心的距离。聚类质量数值最大值为1，越靠近1代表聚类质量越好，该值超过0.5则认为聚类质量良好
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表 6 色调类别及其表示方法
Table 6 Hue categories and representation methods
色调类别 肉观察特征 色调参考值H/(°) 代表性颜色S=B=100% 红(R) 样品主体颜色为红色 355≤H ≤ 360, 0≤ H≤ 8.39 
橙红(oR) 样品主体颜色为红色，稍带橙色调 8.39 < H ≤13.04 红橙(rO) 样品主体颜色为橙色，稍带红色调 13.04 < H ≤ 25.00°
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表 7 饱和度类别及其表示方法
Table 7 Saturation categories and representation methods
饱和度类别 肉观察特征 饱和度参考值S/% 代表性颜色B=100% 浓(S1) 颜色浓艳、饱满 S＞75.74 
中(S2) 颜色浓淡适中 56.85 < S ≤75.74 浅(S3) 颜色浅淡 S≤ 56.85
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表 8 明度类别及其表示方法
Table 8 Brightness categories and representation methods
明度类别 肉观察特征 明度参考值B/% 代表性颜色S= 100% 亮(B1) 样品颜色明亮，基本察觉不到灰度 B>60.78 
中(B2) 样品颜色稍暗，能察觉到一定灰度 60.78 < B ≤49.41 暗(B3) 样品颜色较暗，能察觉到灰度 B≤ 49.41
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表 9 不同颜色分类品种的观察特征及HSB参数范围
Table 9 Observation characteristics and HSB parameter ranges of different colour varieties
市场名称 观察特征 色相范围H/(°) 饱和度范围S/ % 明度范围B/ % 颜色分级 柿子红 红色，带有橙色调，颜色浓艳、饱满且分布均匀 [5.44，17.74] (75.74，100.00] [49.41，60.78] 色调：R/oR/rO
饱和度：S1
明度：B2锦红 正红色，几乎不含其它色调，颜色浓艳、饱满且分布均匀 [4.42，13.04] (75.74，100.00] (34.54，49.41) 色调：R/oR
饱和度：S1
明度：B3玫瑰红 红色，颜色较浓郁，明度较低，分布有时不均匀 [3.55，17.25] [49.39，75.74) [15.02，49.41) 色调：R/oR/rO
饱和度：S2
明度：B3水红 红色，带有橙色调，颜色较淡、明度较高且分布均匀 [8.82，13.04] (75.74，100.00] (60.78，100.00] 色调：R/oR
饱和度：S1
明度：B1冰红 红色，几乎不含其它色调，颜色较淡、明度较高且分布均匀 [1.98，15.55] [56.85，75.74] [49.59，73.72] 色调：R/oR/rO
饱和度：S2
明度：B1/B2冰粉 淡粉色，带灰色调，颜色浅淡，分布较均匀 [0，10.69] [0，56.85] [48.91，69.09] 色调：R/oR
饱和度：S3
明度：B1/B2冰橘 橙色，稍带红色或黄色调，颜色较淡，分布均匀 [13.04，25.00] [46.37，87.54] (60.78，100.00] 色调：rO
饱和度：S1/S2/S3
明度：B1
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