针对新出现在市场上的一种水热法合成蓝绿色绿柱石, 运用LA-ICP-MS、 红外光谱、 拉曼光谱、 紫外-可见光谱进行系统研究, 旨在获得其宝石学及谱学特征, 探讨颜色成因, 为检测机构鉴定该合成宝石提供参考数据。 结果表明, 样品折射率为1.570~1.576, 与天然绿柱石相近, 内部含特征的水波纹状生长纹理, 可作为主要鉴定特征之一。 LA-ICP-MS分析表明, 该合成绿柱石化学成分相对单一, 主要致色元素为Cr和Ti, 还含有微量的V, 碱金属含量极低。 紫外-可见光谱主要显示Cr的吸收峰, 结合LA-ICP-MS测试, 认为其蓝绿色调主要由Cr和Ti共同导致。 其中绿色调主要由Cr致色, 微量的V可能也对绿色调有所影响。 钛则致紫色, 与绿色叠加形成样品具有的蓝绿色调, 具体的致色机理有待进一步研究。 在2 000~4 000 cm^-1的红外光谱中, 以3 700 cm^-1为中心的宽吸收带吸收强烈, 归属于两种类型通道水的基频振动及其耦合; 2 449, 2 615, 2 746, 2 813, 2 885和2 983 cm^-1处吸收峰, 均为Cl^-引起; 3 108和3 299 cm^-1的较强吸收峰由NH⁴⁺所致。 在4 000~8 000 cm^-1的近红外吸收光谱中, 为合成绿柱石通道水的合频和倍频振动区。 其中, Ⅰ型水的合频振动所致的5 275 cm^-1处强吸收峰、 伴随5 106和5 455 cm^-1处较强吸收峰, 及Ⅰ型水倍频振动所致的7 143 cm^-1强吸收峰, 可作为样品是水热法合成绿柱石的重要鉴定特征, 且对于鉴定较厚的刻面宝石尤为重要。 天然绿柱石中相应的这两处吸收峰强度较弱甚至不存在。 样品的拉曼光谱和标准绿柱石的拉曼光谱一致。 685 cm^-1峰的半高宽为7.1~7.3 cm^-1, 小于8.5 cm^-1, 可作为水热法合成绿柱石的又一鉴定特征。

绿柱石族宝石属六方晶系的铍-铝硅酸盐矿物, 因含不同微量元素而呈绿、 蓝、 黄、 红、 粉、 棕和黑色。 绿黄色绿柱石和海蓝宝石常由不同价态的铁离子致色, Fe³⁺和Fe²⁺可以赋存于四面体位(Fe42+)、 八面体位(Fe63+)和结构通道中([Fe₂(OH)₄]²⁺), 随着配位离子含量的改变, 其颜色呈现变化。 绿黄色绿柱石经热处理可以获得浅蓝色海蓝宝石, 300~550 ℃还原和氧化条件连续阶段性加热样品颜色依次呈浅绿色、 淡黄绿色、 浅黄色、 淡蓝色和浅蓝色, 550~600 ℃褪色为淡蓝色, 最佳颜色出现在500~550 ℃。 利用中红外吸收光谱(mid FT-IR) 、 紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)和电子自旋共振波谱(EPR)对热处理前后绿柱石样品进行分析。 Mid FT-IR光谱显示, 样品热处理后与天然绿黄色绿柱石具有相似吸收光谱, 归属于[Si₆O₁₈]基团特征振动的1 250~600 cm^-1区吸收峰向低波数方向偏移, 峰值强度同时出现不同程度减弱, 推测与通道中的Fe³⁺被还原为Fe²⁺导致的Fe³⁺—O^2-电荷迁移强度减弱和加热失水行为导致的结构水弯曲振动减弱有关。 UV-Vis吸收光谱显示, 还原和氧化气氛中的热处理绿柱石光谱特征基本一致, 与天然样品相比, 紫外-可见光区归属于O^2-—Fe³⁺电荷迁移的吸收峰向紫外区方向迁移形成322 nm吸收峰, ⁶A_1g→⁴T_2g跃迁向紫区偏移产生370 nm附近吸收峰, ⁶A_1g→⁴E_g+⁴A_1g跃迁向红区偏移产生427 nm附近吸收峰, 导致Fe³⁺禁戒跃迁减弱, 样品黄色调消失; 红区823 nm附近的宽吸收带增强且向可见光区偏移指示结构通道中Fe²⁺含量增加, 最终使样品呈现蓝色色调。 EPR谱显示天然绿黄色绿柱石Al—O八面体和结构通道中存在Fe³⁺和Mn²⁺及OH自由基。 结合UV-Vis结果分析认为, 还原和氧化气氛热处理后样品结构通道中Fe³⁺还原为Fe²⁺, Al—O八面体中的Fe³⁺禁戒跃迁减弱, 二者共同作用使样品颜色逐渐由绿黄色转变为浅蓝色。