托帕石颜改善方法及检测
杨 军
（丽江市质量技术监督综合检测中心）
摘 要：托帕石是一种常见的中档宝石，硬度高，泽柔美，晶莹剔透，是一种漂亮而又便宜的宝石。在西方国家，托帕石象征着和平和友爱，被誉为“友谊之石”，其矿物学名称为黄玉，托帕石是其英文名称Topaz的译音。今天，由于科技的高速发展，成千上万的无托帕石被人们改成蓝。通过收集托帕石的各种资料，国外不少文献提到黄托帕石经过热处理可以变成粉红，且颜稳定，这种经过粉红化的托帕石比起未经处理的黄托帕石，它的欣赏与使用价值提高了。我们在市面上看到的许多“蓝托帕石”恐怕是当代科技的产物。本文重点阐述了托帕石的颜成因、改方法以及对改品的检测。 Topaz color improvement method and testing
YangJun ChenMinJing
(Comprehensive Technical Inspection center of Lijiang ,Yunnan 674100 )
高放废液Abstract: Topaz is a common midrange gem, high hardness, colour and lustre is gentle, glittering and translucent, is a kind of beautiful and cheap gems. In western countries, Topaz is a symbol of peace and friendship, known as the "friendship worldstone", its mineralogy name for Topaz, Topaz is its English name Topaz of transliteration. Today, because of the rapid development of science and technology, thousands of colorless topaz by people into blue gems. Through collecting the kinds of materials Topaz, foreign many documents mentioned yellow Topaz palmer stele inscriptions were widely used overheating handling can be pink, and stable color, this kind of padme's after pink stone than untreated yellow stone, its torre palmer appreciation and use value increased. We saw many on market "blue Topaz" is afraid is contemporary science and technology of the product. This paper expounds the Topaz color formation, a variation of variation method and tasted inspection.
Key words: Topaz；Color war-causes； Irradiation processing；Heat treatment
1 颜成因
托帕石的化学式是Al2（SiO2）（F，OH）2。成分中F-和OH-可以互相替代，二者比值变化不定，大致为3模杯：1-1：1。不同成因的托帕石，F-和OH-的比例往往不同，伟晶岩中产的托帕石，F-的含量比OH-多，可达3：1。而热液成因的托帕石中精密导电滑环F-：OH-接近1：堵漏工具1。另外，
作者简介：杨军（1975—），男，本科，工程师， 珠宝玉石鉴定，E-mail：
托帕石还常含有一些微量元素，比较常见的有Fe、Cr、Ni、Ti、Mg、Mn、Nb、Ta等。这些微量元素的组合和含量对于托帕石颜有重要影响。托帕石的颜有多种，常见的有无、黄、浅黄、浅蓝、黄褐和粉红等，红和绿很少见。关于托帕石颜的形成机理，目前研究得不多，已提出的观点有2种：一是心成说；二是过渡金属离子的d-d电子跃迁成说。 不论哪种观点，可以肯定，托帕石的颜与其所含的杂质元素及F-与OH发动机调速器-的比值有密切关系，与其内的点缺陷类型和浓度也有一定关系。当然对托帕石致机理的正确认识，有待进一步详细研究。
2 改方法
托帕石经放射性射线照射或加热，能改变托帕石的颜。巴西所产的无者，经X射线照射后变成淡黄，巴西托帕石加热至150℃时先出现暗，接着依次出现紫、红、橙、黄和暗蓝。灼烧时最终从黄变成褐。德国萨克森地区产的托帕石经X射线照射后，由黄变成红黄。巴西产的一种黄褐品种经X射线照射，其可以变浓。但另一蓝品种无论怎样照射，则保持原不变。中国云南省等地区产出的无透明晶体经钴-60照射或加热可变成黄、棕黄、棕褐，可惜处理后的颜不稳定，极易褪。
2.1 辐照处理
在托帕石的人工改善中，辐照处理是最重要的方法。它可以把浅或无的托帕石改变成较深的蓝和黄。据辐射源的不同，辐射处理的方法主要有4种：γ射线、X射线、电子辐照和中子辐照。
一般用60Co作辐射源，其放射出的γ射线有2种，分别有1.33MeV和1.77 MeV的能量。托帕石在γ射线辐照下，大约累计辐照吸收剂量达2000Mard以上，才能产生明显的颜变化。一般情况下，γ射线的强度越大，辐照时间γ射线越长，则辐照效果就越好，但颜变化有一定的限度，当颜浓度达到一定限度后，γ射线强度继续增大，辐照时间延长，并不能使颜变得更深。在用于处理托帕石的γ射线辐射源中，源辐射强度通常是2-10万Ci，最大可达32万Ci。辐照时间为20-60d之间不等。γ射线首先把托帕石由无变成黄棕至褐，但这些颜不太稳定，进一步加热至200-300℃，1.5h后可使托帕石由黄棕至褐，但这些射线变成蓝。由于γ射线能量较少，尽管穿透力比较强，所致颜均匀，但颜较浅，一般为浅蓝，现在用γ射线改善的托帕石已不多见了。
低能电子的能量低于10 MeV，它主要由各种电子加速器产生，有较强的穿透能力。用低能电子来辐照托帕石效果比γ射线稍好，所用时间也短得多，大约只要几天就可以了。但所产生的颜仍然偏浅，因此，低能电子仍不是理想的辐照粒子。
高能电子（﹥10 MeV）主要通过线性加速器或回旋加速器获得，它可以使托帕石产生2种心，即蓝和蓝紫心，而且颜较浓，国外称之为天蓝。用高能电子辐照托帕石时，
能在很短时间内使托帕石中产生很高的温度，因此，必须在辐照过程中不断用冷却水冷却托帕石样品，以免高温损毁宝石。另外，高能电子辐照有时可使托帕石产生微弱放射性。
核反应堆中释放出的中子束有很高的能量，用它辐照托帕石进行改，不仅效率高，而且得到的颜很深。经中子辐照的托帕石，一般不需要经热处理，就变成了深蓝，宝石贸易中称其为“伦敦蓝”。有时为了消除灰调，提高蓝的亮度，可适当做一点热处理。
除了上述4种方法辐照处理托帕石外，国外还采用一种所谓“混合法”使托帕石致。这种混合法一般是先采用核反应堆中子辐照处理，然后用线性加速器发射的高能电子辐照处理，最后进行热处理，就可以得到更深的蓝，并且不含叠衣板“伦敦蓝”中的灰调，宝石贸易中称这种蓝为电蓝、超级蓝或瑞士蓝。
托帕石经辐照处理而产生的颜大多比天然托帕石的颜更深、更稳定、更迷人，尤其是深蓝托帕石酷似海蓝宝石，深受广大消费者的喜爱，在欧美市场上十分畅销。托帕石经辐照和热处理除了可变成蓝外，有些棕、粉红或紫红托帕石经辐照后，可变成棕，但加热至200℃以上又可恢复成粉红或紫红。另外，据报道，近几年出现的绿托帕石也是辐照处理致的，使用的辐射源是线性电子加速器，这种绿不稳定，在日光
照射和加热至150℃左右就会变成蓝。
值得一提的是，用高能电子或核反应堆中子辐照托帕石致同时，往往诱生放射性，其放射性与托帕石原石的微量元素受激活化有关，研究表明，经辐照过的托帕石宝石可含有10多种放射性元素，不同核素的半衰期是不同的，如46Sc半衰期为83.9d，182Ta半衰期为11d，59Fe半衰期为45.1d,134Cs半衰期为2.62a和60Co半衰期为5.26a等。托帕石的放射性活性度大小与托帕石本身的杂质元素种类、含量、分布及使用的中子或电子的辐射剂量有关。放射性残留较高的托帕石，可以放出大量的γ射线和β粒子，如果不加防护，与人身接触，可造成人体造血机能障碍及神经系统障碍等多种疾病。为了尽可能减少残余放射性，除了应充分注意托帕石的地质背景，选用Sc、Ta、Fe等元素含量较少和不含Sc、Co、Be等元素的托帕石做辐照原料外，还应减少热中子通量，选择合适的辐照工艺。另外，必须严格按照国家有关放射性防护规定，把有放射性残余的辐照致托帕石放置到豁免值以下才能出售。
2.2 热处理
热处理主要用于对辐照处理的托帕石进行后处理，消除托帕石中的黄调，使辐照产生的棕黄—褐或绿变成稳定的蓝。有些含铬的棕托帕石在加热至300-400℃时，可变成粉红或紫红，这种粉红十分稳定，一般加热（〈200℃）和日光照射不会使它发生褪。
不过托帕石的加热处理要谨慎，温度选择不当，可能会使托帕石褪，不同产地和不同颜托帕石的褪温度不同。有些托帕石的黄或棕在日光照射下或100℃左右温度下就会发生褪，变成无，而有的托帕石和棕托帕石要加热至200-400℃才会变成无或蓝。已有的研究表明，托帕石所有经辐照产生的颜在加热到500℃以上时，都会恢复原或变成无，再次辐照处理又可产生颜。
3 改处理的检测
对于托帕石改善处理的检测，一直是珠宝界人士和鉴定学专家们研究的课题。尽管十多年来，人们不断探索检测托帕石是否经过人工处理的有效方法和技术，然而收效甚微。因为人工处理所产生的各种颜，天然的未经处理过的托帕石也有。尽管经辐照处理的托帕石的颜大多比天然托帕石的颜更深，但这不足以证明托帕石是否经过辐照处理过。另外，
热处理所产生的粉红比未处理的天然粉红托帕石具有更强的二性。天然蓝托帕石与人工改的蓝托帕石之间在热发光性方面有一定的差异，当把托帕石加热时，辐照处理过的蓝托帕石在达到360℃左右，会发射出很强的光，而天然蓝托帕石则不会出现这种情况。不过这些检测方法是否有普遍适用性，还有待大量的试验进一步证实。目前在宝石贸易中，对托帕石放射性检测比较重视，而托帕石是否经过人工处理似乎并不重要，因为：①托帕石经辐照和热处理所产生的蓝和黄是比较稳定的；②现有检测方法和手段还不能准确而有效区分天然托帕石和人工处理托帕石。
经过人工辐照改的托帕石的颜稳定，在高温或低温下存放较长时间以及在酸、碱、盐溶液中浸泡均无影响。与天然的蓝托帕石相比，改前后的托帕石除颜发生变化外，其硬度、密度、折射率、双折射率等物理和化学性质几乎完全一致。虽然有人提出红外光谱、热发光等鉴定方法，但由于存在测试困难等问题，目前尚未到鉴定辐照处理的蓝托帕石的有效方法。如何迅速、简便、准确的区分天然与辐照处理蓝托帕石仍然是当今珠宝检测的难点。
各种类型托帕石的阴极发光颜大致相同，都呈蓝荧光，但是阴极发光的强度和起始激
发电压存在显著的不同。在高压9.5-10.5KV、电子束流0.95-1.05MA的实验条件下，天然蓝托帕石的阴极发光最亮，为中等亮度的蓝光；天然无托帕石次之，为中弱亮度的蓝光；辐照处理的蓝托帕石的发光最弱，为微弱的蓝光，往往只有棱角处受到电子集中轰击的部位才有发光。
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