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蓝月亮钻石将何去何从

1.左图:2014年1月在南非Cullinan矿区发现的蓝月亮钻石为29.62克拉粗糙石。右:多面蓝月亮钻石,12.03克拉垫层修饰的辉煌,由GIA评为花式鲜艳蓝色和内部无瑕; Tino Hammid的照片。

 

抽象

2014年1月在南非历史悠久的Cullinan矿区发现的蓝月亮钻石从贸易和科学角度都具有重要意义。29.62克拉的粗糙产生了12.03克拉花式生动的蓝色,内在无瑕的宝石。在洛杉矶自然历史博物馆举办展览之前,作者有机会在史密森学会研究这颗稀有钻石。红外光谱分析表明,钻石中未补偿的硼含量为0.26±0.04 ppm,这与之前研究的几种大型IIb蓝钻石的测量结果一致。在暴露于短波紫外线后,蓝月亮显示橙红色磷光,保持可见20秒。这个观察结果令人惊讶,因为橙红色磷光通常与印度裔钻石如Hope和Wittelsbach-Graff相关。时间分辨磷光光谱在660和500nm处显示出峰,对于天然II型蓝钻石是典型的。与大多数天然钻石一样,蓝色月亮表现出应变诱发的双折射。

2014年1月,南非卡利南矿区发现了29.62克拉的粗糙矿物(图1,左),这颗蓝月亮钻石引起了媒体的广泛关注。该矿前身为总理,也是该矿的源头。历史悠久的Cullinan钻石以及另外两颗重要的蓝色钻石:史密森学会的蓝心,1908年发现的30.62克拉花式深蓝宝石,以及2000年Steinmetz公布的27.64克拉花式生动蓝色心脏永恒之心。当Cora国际有限责任公司以一千五百六十万美元的价格购买毛坯时,这一数字有所增加,为一块粗糙的石材创造了每克拉的最高价格(Bronstein,2014)。2014年6月,经过几个月的审查,钻石被切成12.03克拉的垫层,由GIA评定为Fancy Vivid blue和Internally Flawless(图1右)。科拉国际将它命名为“蓝月亮”钻石是对其稀有性的赞扬。蓝月亮于2014年9月13日在洛杉矶自然历史博物馆(NHMLAC)首次公开亮相,于2015年1月6日举行临时展览。
 
Cullinan矿产生任何矿山中最多的II型钻石(King et al。,1998)。仅在2014年,就取得了蓝月亮以及122.52克拉IIb型浅蓝色钻石和232.08克拉IIa型无色钻石,这两颗钻石都是粗糙的宝石。此外,1905年在Cullinan矿山发现了有史以来最大的粗钻石。Cullinan钻石是一种3,106.75克拉IIa型无色石头,最终被切成几块石头。两个最大的(545.67和317.40克拉)居住在英国皇冠珠宝(Balfour,2009)。由于其稀有的颜色和大小,蓝月亮可以被添加到Cullinan矿的重要钻石列表中。
 
蓝色月亮代表了一个值得注意的蓝色钻石发现,作为一个特殊的宝石和一个罕见的科学研究标本。在最近的一项研究中,研究了IIb型蓝色钻石中颜色饱和度,磷光性质以及硼和其他杂质浓度之间的关系(Gaillou等,2012),一个变量在很大程度上被排除在外:地理起源。在研究的76颗石头中,只有十几颗是已知的。这并不奇怪,因为关于钻石矿山甚至原产国的信息很少保留。例外的是宝石,如Hope和Wittelsbach-Graff钻石,这些钻石已知是来自印度戈尔康达附近的冲积石,以及来自Cullinan矿的蓝心和Cullinan项链中的九颗蓝钻。蓝色月亮增加了这个重要的蓝色钻石名单,这些蓝色钻石的来源已知。它也是作者能够详细研究的第一个Fancy Vivid蓝色。
 

材料和方法

蓝月亮钻石有缓冲修饰明亮切口,重12.03克拉,尺寸为15.57×13.47×7.55毫米。其小小的底面使我们能够通过桌子和底尖的平行面进行光谱分析。史密森学会矿物科学系进行了分析(图2)。使用Thermo Scientific Nicolet 6700 FTIR光谱仪和Nicolet Continuum显微镜(图2,左)获得傅里叶变换红外光谱。以4cm -1的光谱分辨率收集光谱并累积128次扫描。红外光聚焦在孔径为150×150μm的底面。

2.左:蓝色月亮在FTIR光谱仪的显微镜下,它确定它为IIb型钻石,未补偿的硼浓度为0.26±0.04 ppm。中心:蓝月亮和磷光设备的视图,由氘灯源,光谱仪和光纤组成。右:用于磷光实验的光纤束尖端下方的蓝月亮。所有分析均在史密森学会进行。Jeffrey Post(左)和EloïseGaillou(中右)拍摄的照片。

使用便携式短波长和长波紫外光目视观察磷光,主激发波长分别为254和365nm。使用Eaton-Magaña等人描述的便携式光谱仪收集磷光光谱。(2008年),并在图2中显示,中心。使用Ocean Optics DH-2000氘灯(215-400 nm)激发钻石,并使用Ocean Optics USB2000电荷耦合器件(CCD)光谱仪通过光纤束获取信号。紫外线辐射通过一束六根直径为600微米的光纤传输。光纤束芯中的第七根光纤收集来自金刚石的发射光并将其传送到CCD光谱仪的入口孔。光纤束的尖端直接与钻石的四个不同区域接触(图2,右),以对光谱中可能的空间变化进行采样。在10秒的UV光暴露后收集磷光光谱。光谱采集开始于光线关闭后500毫秒。在衰变期间,光谱被整合并分别以2.0,1.0和0.5秒的间隔记录。这里只给出1.0秒间隔的结果,因为它是最具代表性的数据。1.0和0.5秒间隔。这里只给出1.0秒间隔的结果,因为它是最具代表性的数据。1.0和0.5秒间隔。这里只给出1.0秒间隔的结果,因为它是最具代表性的数据。
 
为了检查金刚石内部应变导致的双折射,我们将石头放置在交叉偏振片之间,并使用透射光进行观察。
 

结果

FTIR光谱法(图3)证实蓝月亮是IIb型金刚石 - 换句话说,它在900-1400cm -1区域缺乏FTIR可观察到的氮,并且它含有硼。由于金刚石从底面到整个台面的红外光束路径长(7.55毫米),与硼有关的大部分光谱特征表现出几乎完全的吸收。硼峰位于1290,2456,2802,2930,4090,5000和5365cm -1处2802 cm -1峰附近的区域通常用于计算未补偿硼的浓度(Collins和Williams,1971; Fisher et al。,2009),但该峰值饱和,不能用于估算硼浓度。相反,我们在1290 cm -1处使用了第二个峰,如Collins(2010)所开发的方法。归一化之后,在1290厘米硼峰-10.115厘米吸收高度-1,相应于硼浓度为0.26±0.04ppm(Collins,2010)。由于该值仅代表未补偿的硼 - 未被其他杂质(如氮)补偿,所以总硼含量至少等于该测量值,另外还可能含有未知量的补偿硼。蓝月亮的值为0.26 ppm,是几颗着名的蓝色钻石的平均值。将此与45.52ct希望的0.36±0.06ppm,31.06 ct Wittelsbach-Graff的0.19±0.03ppm,30.62ct蓝心的0.24±0.04ppm以及2.60ct的0.31±0.003ppm的未补偿硼平均值相比较Cullinan Blue(Gaillou等,2012)。

3.蓝月亮的红外光谱显示与硼有关的峰值。使用1290cm -1峰来确定硼浓度。吸收系数是每厘米光程长度归一化的。

与我们研究过的IIb型蓝色钻石一致,蓝色月亮没有表现出任何明显的荧光(即钻石被紫外光激发时没有可见光发射)。它确实在暴露于紫外线之后呈现出强烈的橙红光形式的磷光。暴露于短波紫外线后磷光最强烈,对黑暗敏感的眼睛保持可见20秒(图4)。

4.暴露于短波紫外线后,蓝月亮显示橙红色磷光长达20秒。

在表1和图5中给出了磷光期间发射的光的时间分辨光谱。如之前针对所有天然的,未处理的IIb型蓝色菱形所观察到的,蓝月亮的磷光光谱显示两个发射带:一个在660nm处,另一个在500 nm下降更快。以前的研究(Gaillou等,2012)已经证明不同的钻石可以具有不同的相对强度。具有主导500nm带的钻石呈现短暂的蓝色磷光; 如果660纳米峰值更强烈,钻石会呈现橙红色辉光(Eaton-Magaña等人,2008; Eaton-Magaña和Lu,2011; Gaillou等人,2012)。蓝月亮显示了强烈的660nm带和弱500nm带(因此观察到橙红色磷光)。500纳米峰值在几秒钟内完全消失,而660纳米波段在25秒后消失(半衰期约为4秒)。Gaillou等人研究的只有三分之一的IIb型钻石。(2012)显示660nm处的发射比500nm处更强(图6)。蓝月亮与Hope和Wittelsbach-Graff一起属于这个少数群体(Gaillou等,2010;图7)。在石头上采集了几个光谱:在桌子的中央,桌子的边缘,腰带和底尖(表1)。这些微小的差异并不显着,表明磷光是均匀的,至少是我们测量的分辨率。(2012)显示660nm处的发射比500nm处更强(图6)。蓝月亮与Hope和Wittelsbach-Graff一起属于这个少数群体(Gaillou等,2010;图7)。在石头上采集了几个光谱:在桌子的中央,桌子的边缘,腰带和底尖(表1)。这些微小的差异并不显着,表明磷光是均匀的,至少是我们测量的分辨率。(2012)显示660nm处的发射比500nm处更强(图6)。蓝月亮与Hope和Wittelsbach-Graff一起属于这个少数群体(Gaillou等,2010;图7)。在石头上采集了几个光谱:在桌子的中央,桌子的边缘,腰带和底尖(表1)。这些微小的差异并不显着,表明磷光是均匀的,至少是我们测量的分辨率。

5.蓝色月亮钻石经氘灯激发后的时间分辨磷光光谱。这些光谱探测了腰部的一个区域。较弱的500nm波段比较强烈的660nm波峰下降更快。

500 nm和660 nm发射的原因尚未完全了解,但有人认为它们可能是由供体 - 受体对(分别为氮和硼)重组产生的。660 nm波段也可能具有受塑性变形影响的分量(Eaton-Magañaet al。,2008; Eaton-Magañaand Lu,2011; Gaillou et al。,2012)。

    

6.来自天然IIb型金刚石的磷光数据显示了500和660 nm波段的初始强度与660 nm发射的测量半衰期的比值。对于大于1的y轴值,蓝色带占主导地位; 对于小于1的值,红色带占主导地位。除了蓝月亮之外,南非的蓝色钻石如蓝心和Cullinan项链中的钻石(“Cullinan钻石”)则绘制在图表上部。希望和维特尔斯巴赫 - 格拉夫,有印度血统,与图中下半部分的蓝色月亮一起绘制。

7.之前研究的一系列IIb型蓝色钻石。左:31.06克拉Wittelsbach-Graff(宽度= 23.23毫米)和45.52克拉希望(宽度= 25.60毫米)。中心:30.62克拉蓝心钻石(宽度= 20.15毫米)。右:Cullinan项链的可拆卸胸针,包含九颗蓝色钻石(胸针宽度= 55.54毫米)。

 

最后,在透射光的交叉偏振片之间检查蓝色月亮,以观察许多钻石,特别是II型样品中发现的异常双折射(Lang,1967)。尽管钻石是立方体,并且不应该显示任何双折射,但是由于钻石结构中的残余应变,大多数确实显示出一些双折射(例如,Lang,1967; Hanley等人,1977; Collins等人,2000; Kanda等人, 2005)。蓝色月亮显示了灰色和蓝色干涉色的典型“榻榻米”图案(两个应变层叠方向)(图8)。穿过钻石的每个方向都可以看到榻榻米花纹。榻榻米图案的叠片在[111]平面中定向,菱形的“弱”平面与八面体相对应。

8.放置在正交偏光镜之间并在透射光下观看时,蓝月亮钻石显示出具有交叉叠层的“榻榻米”特征的异常双折射。摄影:EloïseGaillou。

 

讨论与结论

虽然蓝月亮钻石的花色鲜艳的蓝色,但其未补偿的硼浓度为0.26 ppm,是之前研究记录的蓝色钻石值的较低范围(Gaillou et al。,2012)。但其价值与其他大型IIb蓝钻如Hope,Wittelsbach-Graff和Blue Heart相似(Eaton-Magaña等,2008; Gaillou等,2012;再次参见图7 )。虽然未补偿的硼浓度可能不代表总硼含量,但它是唯一在光谱的红外和可见部分有活性的硼,并且对蓝色的色彩有贡献(例如Collins,1982)。Gaillou等人 (2012)表明,颜色饱和度(由GIA按照轻至深饱和度进行分级)与未补偿的硼含量之间缺乏强相关性。对于IIb型金刚石平行板,体色是未补偿的硼浓度和板坯厚度的函数,也可能是其他组件; 对于多面宝石来说,感知的颜色也取决于形状和切割。
 
也许最令人惊讶的结果是,蓝月亮显示出强烈而相对持久的橙红色磷光。我们只知道Cullinan矿的另一种IIb型钻石具有橙红色磷光(King et al。,2003)。具有橙红色磷光的IIb型钻石更常见于印度或委内瑞拉(Gaillou等人,2010,2012; 2011年与Thomas Hainschwang的个人通信关于维也纳自然历史博物馆的印度蓝色钻石收藏)。Gaillou等人研究了来自Cullinan矿的九颗钻石。(2012)显示了更典型的短蓝色磷光(再次参见图6和7)。蓝月亮强调了这样一个事实,即IIb型钻石的磷光行为与特定的地理来源无关。 

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