小吉一直覺得，寶石的內(nèi)部世界就是一個多元宇宙，里面不僅藏著諸多奇妙瑰麗的美景，更蘊(yùn)含著無窮地球的秘密。進(jìn)一步探究包裹體的品種將為我們提供新的角度來充分了解這個大自然創(chuàng)造的精靈。
圖 天然紫色藍(lán)寶石中具有強(qiáng)金屬光澤的礦物，其表面可見清晰蝕痕 版權(quán) GUILD一
現(xiàn)代測試技術(shù)的快速發(fā)展為我們提供了在更精準(zhǔn)復(fù)雜的水平上檢測、分析包裹體的可能性。在過去幾年中，人們應(yīng)用各種方法以更好地了解包裹體，包括傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、拉曼（Raman）、掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）。
然而，萬變不離其宗，無論技術(shù)如何發(fā)展，準(zhǔn)確度如何提高，主要的研究方法可以歸納為三類：形態(tài)學(xué)、光譜學(xué)和化學(xué)。
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形態(tài)學(xué)
形態(tài)學(xué)方法側(cè)重于包裹體的外觀、輪廓和形狀，寶石學(xué)顯微鏡下觀察是發(fā)現(xiàn)和了解包裹體的第一步。當(dāng)顯微鏡配備了一些附件（如偏光鏡），我們可以清晰地觀察到雙晶。浸油系統(tǒng)有助于在減少表面反射光干擾的條件下重點觀察包裹體特征。
如下圖所示，在顯微鏡下第一眼看到的是由幾種透明礦物包裹體組成的藍(lán)寶石內(nèi)部世界的全貌。
圖 藍(lán)寶石中大量透明礦物 版權(quán) GUILD
寶石顯微鏡下觀察通常是在10 -80 的放大倍數(shù)下進(jìn)行的，在少數(shù)情況下可達(dá)200 。掃描電子顯微鏡等更為高級的觀察儀器則具有更高的放大倍數(shù)。
掃描電子顯微鏡是指掃描電子顯微鏡-能量色散光譜儀系統(tǒng)，其放大倍數(shù)可高達(dá)200,000倍，在掃描電子顯微鏡下我們不僅可以觀察到包裹體的形態(tài)，還可以觀察到包裹體更為細(xì)致的結(jié)構(gòu)特征。
微聚焦X射線檢測系統(tǒng)
微聚焦X射線檢測系統(tǒng) 版權(quán) GUILD
X射線是一種可以穿透寶石材料的高能量光源。由于寶石中各相間的密度存在差異，X射線圖像可以顯示寶石主體中的物相及其分布。微聚焦X射線檢測系統(tǒng)可以檢測珍珠的珠層厚度。不僅如此，它也有助于呈現(xiàn)一些經(jīng)過處理的紅寶石中的鉛玻璃充填物。
X射線圖像識別處理紅寶石中明顯的鉛玻璃充填物 版權(quán) GUILD
如圖所示，在X射線顯微檢測系統(tǒng)下，紅寶石主體和鉛玻璃充填物由于密度差異而呈現(xiàn)不同的顏色。在這種處理過程中，鉛被加入玻璃以獲得接近紅寶石的折射率，鉛玻璃作為充填物可以達(dá)到較好的掩蓋紅寶石裂隙的效果。
近期的研究將X射線圖像的應(yīng)用推進(jìn)至更高水平。近年來，高分辨率電子計算機(jī)斷層掃描（CT）已被應(yīng)用于包裹體研究。這種高水平的技術(shù)使研究人員能夠觀察到寶石中不同相態(tài)的包裹體，并仔細(xì)區(qū)分各相的形狀并計算其體積百分比。液態(tài)和熔體包裹體形狀的清晰圖像可以提供更多關(guān)于其生長條件和環(huán)境的線索。
化學(xué)
化學(xué)檢測方法有助于鑒定固態(tài)包裹體，包括電子探針（EPMA）、能量色散型X射線熒光（EDXRF）、激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）、激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜（LA-ICP-MS）和二次離子質(zhì)譜（SIMS）等。
電子探針（EPMA）
電子探針（EPMA）是一種無損檢測技術(shù)，用于確定礦物材料的化學(xué)成分。作為礦物學(xué)的經(jīng)典測試方法，它被廣泛用于鑒定巖石中的礦物。然而，包裹體需磨至出露表面，電子探針才能夠記錄該包裹體的電子散射，從而達(dá)到測試目的。
多數(shù)情況下，巖石被切割、拋光，制成薄片，在礦物學(xué)顯微鏡下觀察，并通過電子探針進(jìn)行鑒定。流體包裹體（如二氧化碳和水）不適合進(jìn)行EPMA測試。
能量色散型X射線熒光能譜（EDXRF）
能量色散型X射線熒光能譜（EDXRF）是在寶石學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行多元素分析的有效工具。它的測試過程無損，已被用于寶石的品種和產(chǎn)地鑒定。它也可用于檢測出露包裹體和寶石凹坑中的充填材料。
能量色散型X射線熒光能譜儀 圖源網(wǎng)絡(luò)
能量色散型X射線熒光能譜儀以標(biāo)準(zhǔn)化的工作方法提供快速、準(zhǔn)確的寶石化學(xué)成分結(jié)果
能量色散型X射線熒光能譜中顯示明顯的Fe峰， 指示了巴基斯坦-克什米爾紅寶石中的富鐵礦物 版權(quán) GUILD
圖為能量色散型X射線熒光能譜中顯示明顯的Fe峰，指示了巴基斯坦-克什米爾紅寶石中的富鐵礦物。
激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜
激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜（LA-ICP-MS）對于寶石學(xué)領(lǐng)域的定量化學(xué)分析至關(guān)重要。Abduriyim等（Abduriyim and Kitawaki, 2006）已經(jīng)記錄了它在寶石學(xué)上的應(yīng)用。此外，寶石包裹體中特定元素的同位素有助于確定包裹體的年齡，從而推斷出寶石主體的形成時間。
近期有研究將LA-ICP-MS U-Pb測年法應(yīng)用于來自莫桑比克帶的剛玉中的金紅石包裹體。結(jié)果顯示，金紅石包裹體的U-Pb測年法指示肯尼亞Mangari地區(qū)的Gitonga礦坑（John Saul紅寶石礦）的年齡為533 11百萬年（2σ），同地區(qū)Aqua紅寶石礦的年齡為526 13百萬年，而坦桑尼亞Morogoro地區(qū)的紅寶石年齡為499 12百萬年。
譜學(xué)
傅里葉變換紅外光譜（FTIR）
在過去的幾十年里，傅里葉變換紅外光譜（FTIR）已經(jīng)成為現(xiàn)代寶石實驗室的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。該儀器有助于識別寶石種類、檢測處理情況及研究寶石的包裹體。眾所周知，每顆寶石都是由按特定架構(gòu)排列的原子組成，而這些原子具有特定的振動模式。
傅里葉變換紅外光譜儀 圖源網(wǎng)絡(luò)
傅里葉變換紅外光譜儀可以通過其透射光束檢測到一些微小的包裹體顆粒。紅外光束透過寶石樣品，探測器收集寶石主晶和包裹體的特征光譜
圖 傅里葉變換紅外光譜儀 版權(quán) GUILD一
（1）亞微米級礦物
粘土礦物通常硬度低、穩(wěn)定性差，通常尺寸較小。有時，它們可能以粉末的形式出現(xiàn)。當(dāng)它們被包裹在寶石中時，通常難以觀察到。由于難以聚焦于如此微小的顆粒，共焦拉曼光譜的功能受限。然而，微小且分散的顆粒的信號有時可被紅外光譜捕獲并呈現(xiàn)。
剛玉中微結(jié)構(gòu)OH的紅外光譜圖 版權(quán) GUILD
如圖所示剛玉中微結(jié)構(gòu)OH的紅外光譜：
在3309、3232和3185cm-1處可見吸收峰。
（2）CO2及其他流體
二氧化碳存在于大氣中，它也可能在寶石的形成過程中與其他液體一起被捕獲。
圖 綠柱石中的兩相包體 版權(quán) GUILD一
透射光譜可以明確指示CO2的存在，其特征峰位于2360cm-1處。
如下圖所示，2400-2800cm-1范圍內(nèi)的吸收峰可以歸因于綠柱石孔道內(nèi)的水。
藍(lán)寶石中的CO2的紅外光譜
綠柱石孔道中水的紅外吸收峰 版權(quán) GUILD
（3）充填物
寶石中常發(fā)育裂隙，導(dǎo)致其降低凈度和透明度。寶石的凈度可以通過向裂隙中注入外部充填物來進(jìn)行改善，進(jìn)而改善外觀。
由于固有特性和生長環(huán)境，祖母綠易發(fā)育裂隙。通過注入有機(jī)物掩蓋裂隙，可以提升祖母綠的凈度。為了獲得更好的效果，人們已經(jīng)開發(fā)了諸多不同的配方。最常用的充填物是油或樹脂。紅外光譜可以收集有機(jī)充填物的信號，從而指示一顆肉眼干凈的祖母綠是否經(jīng)過充填處理及所使用的充填處理材料的種類。
未經(jīng)凈度改善的祖母綠在2800-3200cm-1范圍內(nèi)無吸收峰，而經(jīng)過處理的祖母綠中可見此范圍內(nèi)明顯的吸收峰，正如下圖所示。
圖 紅外光譜可以快速檢測有機(jī)充填物， 其吸收峰位于2800-3200cm-1 版權(quán) GUILD
峰值的具體位置和峰形可以區(qū)分樹脂和油：
（1）樹脂
在3050、3020、2920、2850和2830cm-1處顯示一系列吸收
（2）油
在超過3000cm-1范圍內(nèi)無吸收，僅在2830、2850和2920cm-1處有三個明顯的吸收峰。
此外，質(zhì)量較差的紅寶石通常進(jìn)行玻璃充填以改善凈度、提升穩(wěn)定性。然而，多數(shù)玻璃的折射率在1.5-1.6之間，遠(yuǎn)低于紅寶石的折射率。當(dāng)在玻璃中加入鉛后，鉛玻璃的折射率增加至與紅寶石相近的程度，可以掩蓋大部分肉眼可見的裂隙。但是，隨著鉛含量的增加，玻璃的耐久性降低，因此，鉛玻璃充填紅寶石的穩(wěn)定性差，對這種處理方法的披露在交易中至關(guān)重要。
圖 鉛玻璃充填紅寶石 版權(quán) GUILD一
延伸至表面的裂隙中充滿了鉛玻璃充填物，與紅寶石主體相比，其光澤較弱。
在無法獲知化學(xué)成分的情況下，紅外光譜也有助于檢測紅寶石中是否充填鉛玻璃。在大多數(shù)鉛玻璃充填的紅寶石中，紅外光譜顯示一個以2610cm-1為中心的吸收寬帶。
圖 鉛玻璃充填紅寶石中可見 2610cm-1處的寬吸收帶 版權(quán) GUILD
拉曼（Raman）
與上述所有檢測方法相比，拉曼可能是最適合、最有效、最準(zhǔn)確的檢測固態(tài)和液態(tài)包裹體的方法。通常，拉曼對檢測樣品是有一定要求的，它能快速捕捉特定包裹體的信號，即使其未達(dá)表面。
共聚焦顯微拉曼光譜儀 圖源網(wǎng)絡(luò)
拉曼被廣泛應(yīng)用于礦物學(xué)和地球化學(xué)，它在寶石學(xué)領(lǐng)域也已經(jīng)使用了數(shù)十年。自此，拉曼的應(yīng)用極大促進(jìn)了寶石學(xué)家對包裹體的理解和認(rèn)知，并提升至更高的水平。
圖 共聚焦顯微拉曼光譜儀 版權(quán) GUILD一
共聚焦顯微拉曼光譜儀可以檢測到微小的單個包裹體并準(zhǔn)確鑒定。當(dāng)配備了共聚焦系統(tǒng)時，拉曼光譜可以檢測到聚焦點上的寶石包裹體。
例如，俄羅斯翠榴石中長針狀物的品種被拉曼確定。緬甸尖晶石中多種礦物包裹體也已被報道，如角閃石、銳鈦礦、斜鋯石和水鋁礦。拉曼也可以檢測流體包裹體，例如，拉曼可以估測石英中包裹體的鹽度；烏拉爾南部伊爾門山脈的藍(lán)寶石中的多相流體包裹體由二氧化碳和硬水鋁石組成的。
圖 祖母綠的長管狀包裹體中檢測到CO2 版權(quán) GUILD
圖 緬甸紅寶石中的金紅石 版權(quán) GUILD
拉曼三維掃描
通過配備不同的附件，拉曼可以獲得關(guān)于包裹體更多有價值的信息。通常而言，在形態(tài)學(xué)觀察下，通過轉(zhuǎn)動主晶寶石，觀察者僅能一次觀察到包裹體的一個角度，很難獲得其三維立體圖像。然而，拉曼三維掃描可以解決這一困境，以三維方式呈現(xiàn)立體包裹體。
經(jīng)配備可移動樣品臺和自動控制器，研究人員可以選定區(qū)域進(jìn)行拉曼光譜采集。然后，選擇包裹體的主峰，生成一系列沿Z軸變化的拉曼圖像。此方法超越了二維觀察的限制，在多物種鑒定方面提供寶貴信息。
碧璽中錫石的三維拉曼掃描圖像 版權(quán) GUILD
我們展示了應(yīng)用于寶石包裹體研究的先進(jìn)技術(shù)，以及它們的原理和應(yīng)用實例。結(jié)果表明，每種方法都有其優(yōu)勢和劣勢。雖然觀察法可以識別包裹體的形態(tài)，不需要任何樣品制備和測試后的數(shù)據(jù)分析，快捷省時，但是僅通過形態(tài)觀察來識別包裹體并不準(zhǔn)確，尤其是對于形態(tài)相似、品種不同的包裹體而言。
相比之下，化學(xué)測試可以提供非常有用準(zhǔn)確的包裹體成分信息。但是，這種方法僅適用于包裹體位于寶石表面或被磨至表面的樣品。大多數(shù)包裹體都位于主晶寶石內(nèi)部，因此，這種測試通常要求破損樣品，這對于研究樣品而言是可以滿足的，但是，對于日常檢測中收到的樣品而言，并不切合實際。這種樣品測試要求限制了其在包裹體研究上的應(yīng)用。
而光譜法介于上述兩種方法之間。其優(yōu)點在于不需要進(jìn)行樣品準(zhǔn)備，光譜收集快速方便。然后，當(dāng)遇到一些不常見的包裹體時，光譜數(shù)據(jù)分析可能會非常耗時。因此，建立詳細(xì)可靠的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫可以在一定程度上彌補(bǔ)光譜法的不足。
