ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПРИРОДНЫХ И СИНТЕТИЧЕСКИХ ТУРМАЛИНОВ СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИМ МЕТОДОМ В ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ

Гранадчикова Б. Г., Воскресенская И. Е.


Данная статья относится к серии работ по идентификации природных и синтетических ювелирных камней спектроскопическим методом [1].

Цель работы — сравнение окраски природных турмалинов с окраской синтетических турмалинов, полученных одним из авторов [2], и идентификация их в видимой области спектра.

Спектры поглощения турмалинов, имеющих разнообразную огранку, н синтетических в виде неограненного материала записывались на приборе СФ-18 в видимой области спектра в интер¬вале 400-750 нм. (С методикой записи спектров поглощения ограненных образцов можно познакомиться в [1].)

Стало традицией синтезируемые цветовые разновидности прозрачных материалов, получаемых для технических целей, использовать в ювелирном деле. Таковы разноцветные иттрий-алюминиевые гранаты (ИАГ-и), кварцы, корунды, шпинели, изумруды. Естественен интерес к выращиванию прозрачных разновидностей турмалина, обладающих пьезоэлектрическими, четкими пироэлектрическими и другими ценными свойствами.

Но не следует забывать и об использовании этого привлекательного камня в ювелирном производстве. В продаже уже можно встретить термин «синтетический турмалин». Однако в этом наименовании есть две неточности: синтетические турмалины в настоящее время еще не достигли того уровня, чтобы о них можно было говорить как о ювелирном материале, а под ювелирным названием «синтетический турмалин» в действительности «скрывается» его имитатор — синтетический корунд розовой или зеленой окрасок.

Авторы исследовали три цветовые разновидности синтетических турмалинов: яркую изумрудно-зеленую, малиново-розовую и синюю, относительными аналогами которых среди цветовых разновидностей природного турмалина соответственно можно считать зеленые верделиты, густо-розовые рубеллиты и темно-синие индиголиты. Для сравнительного анализа были отобраны образцы природных турмалинов упомянутых окрасок и разновидностей.

Синтетические турмалины были получены методом гидротермального синтеза. В результате серии экспериментов, проведенных эа последние годы в Институте кристаллографии АН СССР, выявлено, что в высококонцентрированных хлоридных средах путем синтеза можно получить монокристаллы турмалина различного состава как бесцветные, так и окрашенные, имеющие довольно широкую цветовую гамму: например, ярко-изумрудные — никелевые, розово-малиновые — кобальтовые и железистые, в основном голубовато-зеленые и синие. Марганцевые турмалины, выращиваемые на затравках из природных розовых рубеллитов в условиях серии экспериментов при t=750oС и Р=2 кбар, необратимо выцветали, а вновь синтезируемые марганцевые турмалины имели серые тона [2]. В связи с этим в качестве хромофора розового синтетического турмалина были использованы ионы кобальта.

Зеленый цвет природного верделита - Na (Mg, Fe)3А16 . [Si6018] . [ВО3]3(ОН)4 — связан с ионом железа (Ре2+(6)) [3], тогда как ярко-изумрудная зеленая окраска синтетического аналога обусловлена наличием ионов никеля (Ni2+(6)) в октаэдрических структурных позициях железа. В связи с различием окрашивающих примесей в спектрах поглощения природных и синтетических турмалинов розовой и зеленой окрасок в видимой области имеются отличия.

На спектрограммах природных верделитов наблюдаются две интенсивные полосы поглощения на краю УФ-области и на границе красной и ближней ИК-области. При этом максимум первой полосы лежит в ближней УФ-области, второй — на 740 - 750 нм и несколько слабых максимумов, среди которых наиболее типичным для верделитов является максимум, располагающийся на границе сине-зеленой области на —500 нм (рис. 1 А, а—в).


Общая конфигурация кривой поглощения синтетического никелевого турмалина в общих чертах повторяет спектр верделита, однако отличительным признаком следует считать отсутствие максимума поглощения на 500 нм (см. рис. 1А, г). Кроме того, у никелевого образца поглощение в оранжено-красной части спектра начинается с 540 нм, на границе зелено-желтой области, тогда как у природных верделитов — с 590 - 620 нм. Иными словами, у синтетического никелевого турмалина более узкая полоса пропускания в сине-зеленой области спектра, но более полное поглощение наблюдается в красной области, что определяет изумрудно-зеленый оттенок синтетического образца (см. рис. 1A).

Наиболее существенные отличия можно видеть в спектрах розовых турмалинов. Природные рубеллиты Na (Mg, Fe)3А16 . [Si6018] . [ВО3]3(ОН)4 окрашиваются ионами марганца — Мп3+(6)[3].

На рис. 1 Б, а—в приведены типичные кривые поглощения природных рубеллитов. На спектрограммах видны две интенсивные полосы поглощения на границе УФ-видимой части спектра (400нм) и в зеленой области с максимумом на 520 - 530 им и две слабые полосы в синей области с максимумами на 450 и 459 нм. Полосу на границе УФ-видимой области спектра следует отнести за счет присутствия железа (Fе2+(6)) по аналогии с верделитом, тогда как полоса поглощения в зеленой области (520 - 530 нм} принадлежит марганцу (Мп3+(6)), который и определяет розовый цвет рубеллита. В природе нередко встречаются розово-зеленые (полихромные или «арбузные») турмалины, при кристаллизации которых возможен обмен окрашивающими ионами железа и марганца, при этом в превалирующую окраску, обусловленную тем или иным ионом, входит окраска добавочного иона, определяющая оттенки цвета розовых и зеленых природных турмалинов.

В спектре синтетического кобальтового турмалина четко выделяются полосы поглощения с максимумами в синей (425 - 430 нм.), зеленой (520 - 538 нм) и красной (590 и 630 нм) областях спектра. Наиболее интенсивную полосу поглощения на 420 - 438 нм вероятнее всего идентифицировать с переходом 4Т1g(4F)→4Т1g(4P)иона Со2+(6) в октаэдрическом поле, что соответствует мнению А. И. Платонова [3] о характерной окраске минералов, вызванной ионами Со2+(6). Сдвиг полосы поглощения в синюю область (425 - 430 нм) по сравнению с природными рубеллитами (400нм), а также полоса пропускания в синей области (450 - 460 нм) определяют малиновый оттенок синтетического кобальтового турмалина. Ионы кобальта в синтетическом турмалине, по-видимому, занимают структурные позиции ионов марганца (Мп3+(6)) в природном рубеллите. Наличие двух максимумов интенсивного в синей (425 - 430 нм) и менее интенсивного в красной (630 нм) областях спектра является отличительным признаком кобальтового синтетического турмалина (см. рис. 1 Б, г).

Спектры природного нндиголита и синтетического синего железистого турмалина также отличаются между собой. Спектр индиголита характеризуется целым рядом интенсивных и слабых полос поглощения во всем интервале видимого спектра. На границе УФ — видимой области наблюдается интенсивная полоса поглощения, как у природных верделитов, осложненная слабым максимумом на 414 нм, и два более интенсивных максимума в синей (456 нм) и сине-зеленой (500 нм) областях, слабый максимум в оранжево-красной области на 560 нм и в красной области интенсивная полоса поглощения с широким максимумом 720 нм. И, если полосы поглощения в синей и сине-зеленой областях спектра можно отнести за счет иона железа (Ре3+(6) ), то полоса в красной области (на 720 нм) в индиголите, согласно А. Н. Платонову [3], обусловлена переносом заряда Fе2+→Fe3+, т. е. электронным взаимодействием разнозарядных ионов железа.

В спектре синтетического железистого синего турмалина можно наблюдать слабую полосу поглощения в синей области с максимумом на 430 нм, более слабые полосы на границе зелено-желтой области с максимумами на 495 и 510 нм и несколько более интенсивную полосу с широким максимумом в красной области на 730 - 740 нм (рис. 1 В, б).

Следовательно, наиболее характерным отличием природных турмалинов от синтетических синей окраски следует считать интенсивную полосу поглощения на границе УФ — видимой области спектра, наблюдающуюся у природных индиголитов.

Таким образом, в результате проведенного сравнительного анализа спектров можно сделать вывод, что в видимой области цветовые разновидности природных и синтетических турмалинов розовой, зеленой и синей окрасок четко различимы.


ЛИТЕРАТУРА

1. Гранадчикова Б. Г. Отличие ограночных природных и синтетических разноокрашенных сапфиров спектроскопическим методом. — Сб. трудов ВНИИювелирпром. Вып. 17. Л., 1978.

2. Воскресенская И. Е., Иванова Т. Н. Исследование турмалинов,полученных методом синтеза. Новые данные о минерале СССР. — Труды минералогического музея. Вып. 24. М, 1975.

3.3. Платонов А. И. Природа окраски минералов. «Наукова думка», Киев,1976.


Зеленый синтетический авантюрин Выращивание граната различных цветов