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图1 石英质玉石
石英质玉石是由隐晶质-显晶质石英矿物集合体组成的一种玉石，石英质玉石的颜色丰富多彩，有黄色、红色、绿色、白色和黑色等颜色。黄色、红色石英质玉石的颜色成因与Fe元素相关，绿色石英质玉石与Fe、Cr、Ni元素有关，黑色石英质玉石与Mn元素有关。黄色和红色是石英质玉石最主要的颜色种类，近年来在珠宝市场上备受关注。
由于石英质玉石之中的致色矿物颗粒非常细小，使用常规的分析仪器和分析方法很难获得致色矿物的准确信息以及致色矿物与石英质玉石颜色的关系。使用紫外可见光吸收光谱的方法对黄色和红色的石英质玉石的颜色成因进行了探讨，可取得比较好的结果。
1、样品及测试方法
（1）测试样品
云南龙陵：YN-31、HLY-XDX-13、HLY-XHS-17和HLY-XDX-7；
安徽霍山：HSY-29和HSY-60；
广西贺州：HZ-J-2和HZ-J-6。
所有样品分别磨制成0.03mm厚的岩石薄片和厚度为1mm两面抛光的薄片。除HZ-J-2和HZ-J-6两块样品因带颜色的区域难以分离故未研磨成粉末样品外，其他6块样品都磨制成粉末样品进行了测试分析。
图2 测试样品
图2中的YN-31号样品为石英质玉石的次生矿，其最外层为黄色（YN-31-Y），中间为红色（YN-31-R），最里层为白色（YN-31-W）。样品YN-31-Y的颜色比样品HLY-XHS-17的颜色黄，但颜色相对偏暗一些，样品HLY-XHS-17的颜色比样品HSY-29的黄，颜色也更亮一些；样品HLY-XDX-13整体为红色，红色色调较YN-31-R要浅；HZ-J-2和HZ-J-6两块样品中都存在颜色鲜艳的黄色区域和红色区域；YN-31-W、HSY-60、HLY-XDX-7号样品为白色。
（2）测试方法
采用偏光显微镜和激光共聚焦显微镜对样品的显微结构、颗粒大小和颗粒形态进行了观察。激光共聚焦显微镜的激光波长是405nm，分辨率是10nm，放大倍数108-17280倍。
利用拉曼光谱仪对岩石薄片中的矿物进行了分析，激光波长是532nm，分辨率4cm-1，扫描时间20s，扫描3次，测试范围100-2000 cm-1。
紫外可见光吸收光谱仪，测量范围均为250-800nm，分辨率0.5nm，基线校准使用的是BaSO4。粉末法测试了8块样品（YN-31-Y、YN-31-R、YN-31-W、HLY-XDX-13、HLY-XHS-17，HLY-XDX-7，HSY-29和HSY-60），并使用小光栅附件利用反射法对10块1mm厚两面抛光的薄片进行了测试。经过数学计算，获得了紫外可见光吸收光谱一阶导数图谱。
2、显微分析
石英质玉石主要由细粒状的石英组成，大部分情况下石英颗粒度比较均一，在有些样品中可以看到由不同尺寸大小的石英颗粒组成的条带（图3a），黄色和红色的副矿物赋存于石英颗粒之间（图3b-3d）。
图3 显微照片显示细小的黄色和红色矿物赋存于石英颗粒之间
激光共聚焦图像（图3e-3l）提供了丰富的信息，其中图3e、图3g、图3i、图3k是可见光图像，通过这些图像，可以清晰地看到黄色和红色的副矿物特征；图3f、图3h、图3j、图3l是激光图像，分别与可见光图像（图3e、图3g、图3i、图3k）一一对应。
激光图像的精细度要高于可见光图像，但是无法提供矿物的颜色信息，因此在同一位置使用两种光源分别进行了图像采集。
图3显示，纳米尺寸的黄色和红色矿物赋存于大颗粒的石英颗粒（5-100μm）之间或者微裂隙之中。黄色和红色矿物由于太细小，无法分辨矿物的晶体形态和准确的尺寸大小。从图3可以清晰地观察到，这些黄色和红色的致色矿物颗粒非常细小，赋存于石英颗粒之间，黄色石英质玉石是由纳米尺寸的黄色矿物致色，红色石英质玉石是由纳米尺寸的红色矿物致色。
3、拉曼光谱分析
利用拉曼光谱很难检测到石英质玉石中的黄色和红色致色矿物，仅在HZ-J-6号样品中检测到了红色的赤铁矿，很难检测出其他致色矿物的种属。
4、紫外可见光吸收光谱分析
对所有研究样品的粉末进行了紫外可见光吸收光谱的测试，结果见表1。
为了准确分析粉末样品的紫外可见光吸收光谱数据，将紫外可见光吸收光谱进行了一阶导数求导，所提供的信息明显要多于直接测量的光谱所显示的信息，结果见表1。
对10块两面抛光的厚度为1mm的样品进行了紫外可见光吸收光谱测试，结果见表1。
对1mm样品的紫外可见光吸收光谱进行了一阶导数求导，结果见表1。
表1 石英质玉石紫外可见光吸收光谱数据分析
样品
编号 |
颜色 |
样品类型 |
紫外可见光特征吸收峰/nm |
一阶导数图谱
特征峰/nm |
铁矿物指派 |
| HSY-60 |
整体为白色，颜色分布均匀 |
粉末 |
500 |
509/470/435/391/366 |
- |
| 薄片 |
- |
716/632/380/293 |
- |
| HLY-XDX-7 |
粉末 |
500 |
509/470/435/391/366 |
- |
| 薄片 |
480 |
718/631/580/504/430/390/309 |
- |
| YN-31-W |
粉末 |
- |
551/503/435/380 |
赤铁矿 |
| 薄片 |
- |
489/379/310/297 |
- |
| YN-31-R |
整体红色，颜色均匀 |
粉末 |
390 |
570/497/444 |
赤铁矿 |
| 薄片 |
- |
690/591/491 |
赤铁矿 |
| HTY-XDX-13 |
整体红色，颜色不均匀，团块状红颜色和团块状黄颜色混杂 |
粉末 |
481/365 |
527/503/435/393 |
针铁矿/赤铁矿 |
| 薄片（红色） |
- |
706/582/491/446/385 |
赤铁矿 |
| 薄片（黄色） |
687/480 |
714/556/436/385 |
赤铁矿/针铁矿 |
| HZ-J-2 |
主要为鲜艳的黄色，红色呈团块状分布在黄色之中 |
粉末 |
× |
× |
- |
| 薄片（红色） |
515 |
702/677/589/474/432/304/277 |
赤铁矿/针铁矿 |
| 薄片（黄色） |
512/473 |
723/653/550/535/488/435/395/318/275 |
针铁矿/赤铁矿 |
| HZ-J-6 |
鲜艳的红色和黄色呈团块状分布在玉石之中 |
粉末 |
× |
× |
- |
| 薄片（红色） |
515 |
703/673/648/584/570/485/434/313/277 |
赤铁矿/针铁矿 |
| 薄片（黄色） |
512/473 |
719/654/556/536/488/433/310/279 |
针铁矿/赤铁矿 |
| YN-31-Y |
整体黄色，颜色均匀，黄色偏暗 |
粉末 |
480/365 |
559/502/435/393 |
针铁矿/赤铁矿 |
| 薄片 |
677/480 |
714/559/435/390 |
针铁矿/赤铁矿 |
| HSY-29 |
整体黄色，颜色均匀 |
粉末 |
475/365 |
525/505/433/387 |
针铁矿 |
| 薄片 |
475/365 |
530/435/390 |
针铁矿 |
| HLY-XHS-17 |
整体黄色，颜色分部均匀，黄色明亮 |
粉末 |
475/365 |
525/505/433/387 |
针铁矿 |
| 薄片 |
676/475 |
716/544/435/383 |
针铁矿 |
黄色和红色石英质玉石的紫外可见光吸收光谱虽然存在一些差异，但是差异太小，由于本身铁含量太少，导致特征峰不明显。紫外可见光吸收光谱中，针铁矿的紫外可见光吸收光谱一阶导数图谱的特征峰是位于545-535nm的主峰并伴有435nm的次级峰，赤铁矿的一阶导数图谱只有位于595-555nm之间的主峰。
（1）粉末样品的紫外可见光吸收光谱一阶导数图谱分析
白色样品：YN-31-W中含有少量的赤铁矿；
黄色样品：HSY-29、HLY-XHS-17号黄色样品的致色矿物为针铁矿；YN-31-Y黄色样品中，与Fe3+有关的特征峰有435nm特征峰和559nm的宽峰，559nm特征峰的宽度非常大，针铁矿535nm的特征峰有可能被掩盖，或者该峰由针铁矿的特征峰和赤铁矿的特征峰共同引起，据此判断黄色样品YN-31-Y的颜色主要由针铁矿致色，同时赤铁矿对其颜色也有一定的影响；
红色样品：YN-31-R的致色矿物为赤铁矿，而在HLY-XDX-13号红色样品中，与Fe3+有关的特征峰有435nm和530nm，与其它样品相比较，该样品435nm的特征峰最弱，其530nm特征峰的宽度特别宽，可以推断针铁矿的主峰（535nm）和赤铁矿的特征峰（570nm）有可能都被该峰掩盖，该峰也很有可能是由针铁矿535nm特征峰和赤铁矿570nm特征峰共同引起。在显色方面，含量很低的红色赤铁矿，很容易就可以掩盖住含量相对较高的黄色针铁矿，故认为该样品由赤铁矿和针铁矿共同致色。
（2）1mm厚薄片样品的紫外可见光吸收光谱一阶导数图谱分析
白色样品：所有的白色样品都没有出现铁矿物的特征峰；
黄色样品：HSY-29和HLY-XHS-17是由针铁矿致色，HZ-J-2和HZ-J-6的黄色区域出现了典型的针铁矿特征峰，同时出现了较弱的赤铁矿的特征峰，YN-31-Y的特征峰与粉末样品数据较为-致，认为主要由针铁矿致色，赤铁矿的存在对其色调有所影响，HLY-XDX-13黄色区域与Fe3+有关的吸收峰有556nm和436nm，HLY-XDX-13红色区域的主要吸收峰位于582nm。随着赤铁矿含量的增加，其主峰从555nm向595nm移动，所以认为HLY-XDX-13黄色区域的主要致色矿物为针铁矿，同时受少量赤铁矿影响，其红色区域的致色矿物为赤铁矿；
红色样品：YN-31-R的主峰位于590nm，显示其含有较高含量的赤铁矿，HZ-J-2和HZ-J-6的红色区域的特征峰比较一致，主要峰位位于580-590nm，但是HZ-J-2在570nm处还有一个特征峰出现，HZ-J-2的红色区域，出现了较弱的535和435nm特征峰，显示其含有少量的针铁矿。
（3）针铁矿和赤铁矿颜色与矿物颗粒度大小之间的关系
当针铁矿的颗粒大小为0.3-1.0μm时，颜色为黄色，当尺寸为0.05-0.8μm时，颜色为深黄色；赤铁矿的颗粒小于0.1μm，那么颜色为橙色，尺寸为0.1-1.0μm时，颜色为红色。
根据这个理论，虽然不能准确测量石英质玉石中的针铁矿和赤铁矿的尺寸大小，但是可以推测其尺寸大小为纳米级别。
对于黄色和红色石英质玉石，通过紫外可见光吸收光谱的一阶导数图谱，可以对其粉末样品准确鉴定致色矿物为针铁矿和赤铁矿；对于颜色混杂的石英质玉石，使用小光栅附件，虽然没有粉末样品的精确度高，但是也能获得非常可靠的针铁矿和赤铁矿数据。
5、结论
（1）纳米尺寸的黄色和红色矿物赋存于大颗粒的石英颗粒（5-100μm）之间或者微裂隙之中。黄色石英质玉石是由纳米尺寸的黄色矿物致色，红色石英质玉石是由纳米尺寸的红色矿物致色。
（2）对于石英质玉石中微量、细颗粒的针铁矿和赤铁矿的鉴定，紫外可见吸收光谱的一阶导数图谱是一种准确可靠的方法。
黄色石英质玉石主要有535和435nm的特征峰，435nm要比535nm的特征峰稳定，主要由针铁矿致色；
红色石英质玉石特征峰的位置，与其赤铁矿的含量有关，随着赤铁矿含量的增加，其特征峰从555nm向595nm移动，主要由赤铁矿致色；
黄色和红色之间过渡颜色的石英质玉石，可同时出现针铁矿和赤铁矿的特征峰，主要由针铁矿和赤铁矿共同致色。
（摘自：黄色和红色石英质玉石的颜色成因研究，作者：张勇）
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