XRF全称为X射线荧光光谱分析(X Ray Fluorescence)，是一种元素分析仪器，理论上可以测量化学元素周期表中11号元素Na到92号元素U，具体与仪器型号有关。

XRF与激光剥蚀电感耦合质谱仪（LA-ICP-MS）、电子探针（EPMA）等仪器相比，它分析速度相对较快，无损，重复测试便捷，且对制样要求低，可以说是很贴近珠宝首饰日常检测的需求。

石榴石族矿物存在着广泛的类质同象替代，因此每一种石榴石的化学成分亦有较大变化。

图1：纳米比亚翠榴石，最大的一颗超过9克拉

其中翠榴石（钙铁榴石）和沙弗莱石（铬钒钙铝榴石）同属绿色系的石榴石。翠榴石含Cr，具有鲜嫩的绿色调和超强的火彩（色散值0.057，高于钻石），沙弗莱石由于含Cr、V而呈现鲜艳的绿色，净度通常也很高，因此这两种绿色宝石都非常受欢迎。

但是翠榴石的产量稀少，且难有大晶体产出，1克拉以上的优质翠榴石已经非常难得。因此，翠榴石和沙弗莱石在市场上的价值也存在差异。

表1：沙弗莱石（Tsavorite）和翠榴石（Demantoid）部分元素对比（单位：ppm）

（ppm：浓度单位，表示百万分之一）

二者颜色相近，由于同属石榴石族，存在一些共性，因此肉眼区分会有不确定性。虽然通过折射率、包裹体等特征能将二者区分，但是成分分析无疑是最准确的证据。

利用XRF可以分析石榴石是钙铝榴石还是钙铁榴石，再加上颜色和其它致色元素的共同判定（表1），就能准确地将两种石榴石分开。

帕拉伊巴碧玺是碧玺中的名贵品种，因最早产出于巴西的帕拉伊巴州而得名，后来指富Cu（铜）、Mn（锰）的蓝色、绿色、蓝紫色碧玺。

图3：一颗颜色为Neon Blue（霓虹蓝）的Paraíba碧玺

通常情况下， Cu（铜）、Mn（锰）元素的含量约在几千ppm，以此与Fe致色的蓝色碧玺区分（表2）。

表2：部分Paraíba碧玺的Cu、Mn元素含量（单位：ppm）

玻璃充填是对于裂隙较多的红宝石的一种常见处理方法，目的是提高红宝石的净度。而由于加入铅可以提高玻璃的折射率，使之与红宝石折射率接近，使红宝石裂隙更好地被掩盖，因此红宝石铅玻璃充填处理很常见。

图4：铅玻璃充填红宝石的镜下特征

左：表面开放裂隙；右： 裂隙面蓝色闪光

我们发现很多铅玻璃处理红宝石的表面开放裂隙处，使用XRF能够测到含量为几千甚至几万ppm的铅，这在天然红宝石中不可能出现。

随着处理技术的发展，有越来越多其他种类的玻璃用于充填。因此，过高的铅含量可以对镜下观察到的充填现象进行佐证，并对确定充填物种类起到作用。

碧玺颜色十分丰富，是不可多见的能承包彩虹色的宝石品种。由于电气石色带十分发育，常在一个单晶体上出现红色、绿色的二色色带或三色色带，或以C轴为中心由里向外形成色环，外红内绿则称西瓜碧玺，曾因深受慈禧太后的喜爱而广为人知。

图5：一颗98.372克拉的多色碧玺

颜色优质净度高的大颗粒多色碧玺价格昂贵。它的渐变色也引起了我们对于颜色成因的好奇，因此用XRF对一些西瓜碧玺进行了元素线扫描分析。

图6：多色碧玺的Mn、Fe元素2组线扫描的结果

我们发现，Fe（铁）和Mn（锰）元素的含量，随着颜色由红向黄再向绿色的过渡均呈现上升趋势，其中以Fe元素的幅度较大，而其他元素无明显规律（图6）。

因此我们有理由相信，Fe元素对多色碧玺的呈色具有重大意义。具体如何影响，有待进一步测试研究。

蓝方石属于方钠石族矿物，是一种非常稀少的宝石，宝石级产出极低，颗粒通常很小，超过1克拉的可谓极其罕见。

图7：一枚0.34ct的蓝方石（Hauyne）戒指

蓝方石呈现深邃的蓝色，甚至比蓝宝石的蓝更多了一种帕拉伊巴蓝的霓虹感，外观十分美丽。

GUILD实验室有幸收到一颗0.34克拉的蓝方石戒指（图7），我们对它进行了宝石学测试。

蓝方石的理想化学式为(Na,Ca)_4-8Al₆Si₆(O,S)₂₄(SO₄,Cl)_1-2，我们测得的主量元素比例与之相符，结合其他宝石学特征，可确定这是一颗蓝方石。

图8：左：正常光源下  右：查尔斯滤色镜下

图9：蓝方石的UV-VIS图谱

查尔斯滤色镜下样品呈现鲜艳的红色（图8），而我们可以看到在UV-VIS（紫外-可见）的测试中，除了红区和蓝区，其他区域的光都被吸收（图9），恰好与在日光下和滤色镜下的呈色相呼应。

表3：该蓝方石样品的部分化学成分表（单位：ppm）

而后对它进行了XRF测试(表3)，综合判定，我们有理由认为蓝方石呈现蓝色与Fe元素有关。

因为历史原因以及一些矿区出产宝石的品质差异，宝石的产地对于宝石的市场价格有很重要的意义和影响，尤其是红宝石、蓝宝石、祖母绿这些名贵彩色宝石。

目前检测中常用的手段有显微镜下观察生长结构和包裹体等特征，红外光谱（FTIR）、紫外-可见吸收光谱（UV-VIS）、拉曼光谱（RAMAN）等光谱学测试，以及微量元素和痕量元素分析这三种。

随着越来越多新矿区的发现，不同矿区产出宝石的包裹体特征的共性越来越多，因此元素分析变得越来越重要。

祖母绿的三相包体曾经作为哥伦比亚的典型包体，具有产地指示意义。但是随着赞比亚、阿富汗等产地陆续发现了三相、甚至多相包体，加上埃塞俄比亚、澳大利亚等众多矿区的发现，包裹体的相似度越来越高，因此，仅从包裹体已经很难确定祖母绿的产地。

图10：左：哥伦比亚祖母绿三相包体；右：赞比亚祖母绿两相包体

（由于包裹体较小，显微镜下有时也难以区分）

我们借助XRF对已知产地的几批祖母绿样品的微量元素进行分析，发现有些产地的Fe元素含量在相对比较固定的区间，且与其他产地有区别（图11）。

图11：哥伦比亚与赞比亚祖母绿的Fe-Cr元素投点图

红宝石一直是世界各地人们最喜爱的宝石之一，目前世界各地已发现的红宝石矿床和矿点超过400个。其中非洲是世界上最大的红宝石产出地，主要分布于坦桑尼亚、莫桑比克、肯尼亚、马达加斯加等地。

图12：红宝石中的片状包体

亚洲红宝石主要集中于泰国、柬埔寨、缅甸、越南、阿富汗等地，其中缅甸的抹谷矿区一直是优质红宝石的供应地，市场价值也一直攀升。因此红宝石产地的鉴别是很重要的市场需求。

图13：不同产地红宝石的Fe-Cr元素含量投点图

我们对几批已知产地的红宝石样品进行了XRF元素分析，与祖母绿相似的数据收集，发现Fe-Cr比值也对红宝石产地有一定的指示意义（图13）。

对于商家而言，很多宝石中包裹体的存在是影响宝石净度，但在宝石学家眼中，特征包裹体对宝石矿床的成因具有指示意义。

能遇到出露到宝石表面的包裹体则是非常幸运，因为现代测试技术大多只能对表面和近表面的包裹体进行分析。

图14：一颗3.022ct的蓝宝石，冠部可见明显出露包体

在一颗3.022ct的蓝宝石中，我们发现了一个暗色不透明的锥状晶体包体，比较幸运地已经出露到表面（图14）。

我们用XRF对该矿物包体（图15）进行了元素分析，发现Nb（铌）元素的含量达到了1000+ppm（包体较小，束斑较大，因此测试结果受刚玉成分影响）。

图15：包裹体局部放大图

这种富铌的矿物指示了该蓝宝石可能来自于马达加斯加的Didy矿区。因此，运用XRF技术对包裹体进行测试，有助于宝石的产地判定。

注：如无特殊说明，文中的数据均为半定量方法测试。

文章转自：GUILD 小吉