图1 铍扩散处理的红蓝宝石 （图片引自Emmett J L等）
四大名贵宝石之一的蓝宝石，与红宝石同属刚玉（Al2O3）家族成员。虽然被称为蓝宝石，但它却拥有着丰富多彩的颜色。近年来，铍扩散处理蓝宝石一直是珠宝检测的热点问题。本文对国内外研究中有关铍元素对蓝宝石颜色影响进行了简要梳理，从而探讨小元素的大作用。
铍元素与其他微量元素对颜色的共同影响
一定条件下的热处理，可以使蓝宝石的颜色得以改善。而不同的处理条件、不同的元素含量比例对最终蓝宝石呈现的颜色有着重要影响。其中，铍（Be）在不同气氛条件下的活性不同，在氧化气氛中呈活跃态，而在还原气氛中呈现惰性。
已有研究通过对铍扩散蓝宝石进行多过程氧化还原处理后发现，含有Fe的蓝宝石经Be扩散处理后，(Be+Mg)>Ti形成黄色-橙红色，这种颜色的形成主要与Fe3+以及Be、Mg产生的色心有一定关系；该色心只在有Fe存在并且(Be+Mg)>Ti时氧化条件下加热才会产生。而当(Be+Mg)<或≈Ti时，颜色则变为蓝色。这种差异主要是因为过量的Be+Mg与Fe结合（主要是Be与Fe）会形成黄色色心，而过量的Ti与Fe结合则形成蓝色色心。此外，一些研究对不同颜色的经传统热处理和铍扩散蓝宝石的微量元素含量和颜色进行了统计（图2），同样也验证了上述（Be+Mg）与Ti的相对比例与蓝宝石颜色之间的关系。
图2 传统热处理和铍扩散处理蓝宝石中Ti/(Be+Mg)与颜色之间的关系。 （图片引自Adolf Peretti）
Be产生的色心在氧化条件下加热时保持活跃，但在还原条件下加热时则变为不活跃。在还原条件下加热蓝宝石，其颜色只受Mg/Ti比率控制，而与Be无关：Mg/Ti<1形成蓝色，而Mg/Ti>1形成无色。当还原加热处理后再经氧化加热处理， Be产生的色心再次活跃，恢复黄色。
针对不同微量元素含量对蓝宝石颜色的影响，一些研究进行了总结并绘制了相图（图3），直观地体现出在不同处理条件下微量元素含量的相对比例与颜色之间的关系。
图3 在不同气氛的热处理中，Be与其他元素共同对颜色的影响（→代表颜色加深方向，图片引自T. Häger和Visut Pisutha-Arnond 等）
铍元素在减弱深蓝色中的作用
蓝色蓝宝石的颜色主要由Fe2+/Ti4+→ Fe3+/Ti3+的电荷转移产生，这一过程的发生需要吸收2.11eV的能量，可在吸收光谱中形成以560-588nm为中心的吸收带（吸收黄色光），从而形成蓝色。当蓝宝石晶格中存在一定含量的Be时， Be易与Ti结合形成Be2+/Ti4+离子对，两种离子之间同样会发生电荷转移，导致可与Fe2+发生电荷转移的Ti减少，最终使深蓝色变浅。
小结
不同的处理条件、不同的元素含量比例对最终蓝宝石呈现的颜色有着重要影响。其中，Be在不同气氛条件下的活性不同，在氧化气氛中呈活跃态，而在还原气氛中呈现惰性。因此，铍扩散处理一般在氧化条件下进行较为有效。
Be、Mg、Ti的相对含量对蓝宝石颜色有着重要影响。在氧化条件下加热以及经铍扩散处理的蓝宝石，当 (Be+Mg)>Ti时，主要形成黄色-橙红色系；而当 (Be+Mg)<或≈Ti时，则主要形成蓝色系。在还原条件下加热，蓝宝石的颜色只受Mg/Ti比率控制，而与Be无关：Mg/Ti<1一般形成蓝色，而Mg/Ti>1则形成无色。
Be对蓝宝石深蓝色有减弱的作用，其与Ti结合形成Be2+/Ti4+离子对并进行电荷转移，导致可与Fe2+发生电荷转移的Ti减少，最终使深蓝色变浅。
撰文/周丹怡 编辑/孙晓辉
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