宝石颜色的奥秘终于揭晓了。

中国地质大学填补了新兴宝石研究领域的空白

您听说过贺州玉、金沙玉、呼伦贝尔粉红玛瑙或迅科紫玛瑙吗?这些色彩斑斓、独具特色的宝石是中国新兴的玉石和玛瑙产区品种。然而,与翡翠和钻石等拥有完善鉴定和光谱检测方法的成熟宝石相比,对这些新兴宝石的基础研究仍然十分有限。无论是对关键成色机制的理解,还是对科学质量分级标准的建立,大部分研究仍处于起步阶段,甚至尚未开展。这种情况严重制约了市场规范化和消费者认知。因此,亟需运用现代科学方法,为这些宝石建立一套全面的评价标准。

In recent years, several new regional jade varieties have emerged in China's jewelry market. These gemstones have gradually gained market popularity due to their unique colors, textures, and cultural heritage. However, their market value has not yet been realized fully due to the unclear color-forming mechanisms and the lack of research. Professor He Xuemei’s research group at the School of Gemology, China University of Geosciences (Beijing), studied emerging gemstones such as Hezhou jade, Jinsha jade, and Xunke purple agate from Guangxi Province. Professor He Xuemei’s research group at the School of Gemology, China University of Geosciences (Beijing), studied emerging gemstones such as Hezhou jade, Jinsha jade, and Xunke purple agate from Guangxi Province with XGT-9000. Her research team carried out comprehensive research on the element compositions, concentrations, and special structures. The team found that the content of color-determining elements has a positive correlation with the depth of color. This achievement not only fills a blank in the scientific research of the emerging gemstones, but also promises to improve the industry's evaluation system from a scientific perspective.

本文研究的新宝石包括:广西贺州玉、金沙玉黑龙江迅科紫玛瑙非洲绿玉、呼伦贝尔粉红至红色玛瑙以及巴西红玛瑙。共计六种新的区域性玉石品种和玛瑙种类。

元素同源性探索,X射线荧光成像

为了满足对宝石样品进行无损微区分析的需求,研究团队首先采用微区X射线荧光光谱(XRF)对样品进行表面扫描,以确定其元素组成和分布。随后,通过点测量对感兴趣区域进行详细分析。表面扫描结果表明,不同石英基玉石的主要成分为硅(Si),并含有钠(Na)、钙(Ca)、铁(Fe)和锰(Mn)等微量元素。

这里出现了一个问题:当不同宝石的元素组成相似时,它们的元素分布是不同还是相似?X射线荧光成像可以显示元素的空间分布。正如X射线荧光映射结果所示,元素含量越高,荧光X射线信号越强,并且荧光X射线在不同的颜色区域、杂质矿物和特殊结构中变化显著。因此,这些结果为我们下一步的分析提供了线索。

巧妙的微区域指向。仔细观察色调的起源。

在点测步骤中,研究团队首先测试了纯色区域,以探究元素含量与色调深度之间的关系。结果如下图所示。结果表明,成色元素含量越高,色调越深。

  • 广西贺州玉
    红色、黄色和绿色这三种颜色的色深与铁含量呈正相关,与锰和镍含量呈负相关。
  • 广西金沙玉
    颜色深度和铁含量呈现以下趋势:红色区域的铁含量最高,其次是黄色区域、黑色区域、灰色区域,白色区域的铁含量最低。
  • 非洲绿玉
    绿色的深度与 Cr、Ti 和 Fe 的含量呈正相关,而黄红棕色的深度与 Fe、Ti 和 Mn 的含量呈正相关。
  • 黑龙江迅克紫玛瑙
    紫色深度与锰和铁的含量呈正相关,与钛的含量呈负相关。

 

研究人员在完成纯色区分析后,还测试了宝石基质、条纹和环状结构等特殊结构。这是因为这些区域通常呈现出特殊的颜色特征。下图展示了特定元素类型、含量变化和特殊颜色之间的关系,为宝石着色机制的研究提供了重要数据。

  • 巴西红玛瑙
    灰白色条纹区域中铁元素显著富集,表明铁是关键的着色元素。铁含量与硅含量呈负相关,钛含量与锰含量呈正相关。
  • 呼伦贝尔玛瑙
    在基质色条纹区域的橙色区域中,Fe和Ca含量降低,而Mn含量升高。在灰色和白色条纹区域中则观察到相反的趋势。
  • 呼伦贝尔玛瑙
    结果表明,红色和橙色环状结构主要由铁元素着色。铁和锰含量较高的区域呈现出更深更暗的色调,例如深棕色和黑色。

 

值得注意的是,对特殊结构中元素变化的研究也有助于估算宝石的形成过程。如下图左图蓝色高亮部分所示,呼伦贝尔橙色玛瑙中的灰白色条纹来源于外部热液带来的铁,铁随后与锰混合形成灰黑色。巴西红玛瑙条纹中钛和锰的共富集表明,这两种元素可能以矿物的形式共存于热液中。

特殊结构中元素的变化为宝石的形成条件提供了证据。

科学研究的精神拨开迷雾,引领尖端技术发展,推动创新前进。

出于对宝石研究的热忱,何雪梅教授的研究团队已为新兴宝石构建了一套全面的基础研究框架,旨在解答该领域的重要研究问题。他们的研究成果有望为新兴宝石质量指标的量化提供科学基准。技术创新永不停歇——人工智能和深度学习的演进,以及无损检测技术的精准迭代,正以前所未有的速度推动宝石研究迈入高效、科学发展的新时代。我们相信,未来将有更多研究团队投身于科学研究,与前沿技术合作,填补宝石鉴定领域的科学空白,引领宝石研究迈向高效、科学发展的新时代。

可靠的助手、娴熟的协作技巧以及对宝石奥秘的探索

本研究采用位于中国上海HORIBA先进应用开发中心XGT-9000微型X射线荧光分析仪进行。该仪器具有高空间分辨率和高精度,不仅能够精确测量元素含量,还能清晰地显示元素分布,为宝石着色机制的研究提供了可靠的技术依据。何雪梅教授的研究团队与HORIBA先进应用开发中心保持着长期合作关系。双方致力于资源共享、优势互补,以促进宝石学材料研究的长期发展。

如果您对产品信息和报价感兴趣,请访问XGT-9000 产品页面查找相关信息,或在网页表格中发送您的询价,我们的专家将尽快与您联系。

何雪梅教授的研究团队

Ms. He Xuemei is a professor in School of Gemology, China University of Geosciences (Beijing). She is mainly engaged in teaching and research in the fields of gemstone materials science and mineralogy. She has been involved in more than ten research projects, including the National Standardization Committee’s project to develop the national standard for “Northern Red Agate” and the compilation of the first “Geological Atlas of China’s Mineral Resources: Gemstones Volume (Popular Edition)” since the founding of the People’s Republic of China. She has published 172 papers in professional journals in China and abroad in total (12 of which are SCI-indexed).

HORIBA前沿应用开发中心

HORIBA在中国的前沿应用开发中心((Analytical Solution Plaza, ASP)提供HORIBA的尖端仪器和设备。HORIBA ASP拥有一支经验丰富的专家团队,致力于与中国客户深化合作,共同创新。同时,HORIBA ASP积极搭建产学研合作桥梁,与各大高校和科研机构建立战略合作伙伴关系,共同建设联合实验室,创造知识产权,并制定行业标准。此外,HORIBA ASP充分利用现有设备和人才,培养下一代科研人才。目前,HORIBA集团在全球运营着19个先进应用开发中心,拥有超过30年的经验。HORIBA ASP中国分部将整合全球前沿技术和应用专长,与中国客户携手共进,共同发展,为中国科技进步做出更大贡献。

 

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中文原文:何雪梅教授投稿。编辑:Fanny 和 Iris。审阅:Lucy、Joanna 和孙萍。
英文版:由Chiya Nishimura、Howard Frank 和 Fanny 翻译。何雪梅教授审校。

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