颜色及其成因

蓝宝石主要有无色、蓝色、绿色、黄色、橙色、棕色、粉色、紫色、灰色、黑色等颜色。按照颜色，刚玉宝石在国际珠宝界分为红宝石和蓝宝石。传统上，中到深红色的刚玉宝石统称为红宝石，除红宝石外所有颜色的刚玉宝石统称为蓝宝石。浅红色刚玉蓝宝石被归类为蓝宝石，所以出现了浅红色蓝宝石和粉色蓝宝石的名称。在实际应用中，很难准确区分粉色蓝宝石和红宝石的界限。65438-0989年在曼谷举行的国际彩色宝石协会(ICA)年会上，对红宝石和蓝宝石的界限提出了一个新的原则，即凡是颜色为红色的刚玉宝石都归入红宝石，其他颜色的刚玉宝石归入蓝宝石。

蓝宝石的颜色非常丰富，几乎包括了可见光谱中橙、黄、绿、青、蓝、紫的所有颜色(图5-7)。刚玉是其他颜色的矿物，纯蓝宝石的颜色是无色的，但大部分蓝宝石都含有一定量的微量元素。这些微量元素直接影响蓝宝石的颜色。蓝色蓝宝石的颜色主要是因为它含有微量的铁和钛。蓝宝石中铁和铬的共存可以使蓝宝石呈现金色或橙色，如果只有铬存在，就会形成粉红色的蓝宝石和红色的红宝石。微量元素的不同组合，造就了蓝宝石非凡的色彩，也就是通常所说的彩色蓝宝石。刚玉中不同微量元素与颜色的对应关系见表5-2。

图5-7各种颜色的彩色蓝宝石

表5-2蓝宝石中不同发色元素与颜色的对应表

不同产地的蓝宝石颜色也有一定的规律可循。下面将按照颜色系列来描述不同地方出产的蓝宝石。

1.蓝色系列

蓝色系列是蓝宝石中分布最广的颜色系列(图5-8)。世界上几乎所有刚玉产区都有蓝色蓝宝石。阿富汗瓦尔达克、坦桑尼亚温扎等矿区虽然主要产红宝石，但也产少量蓝色蓝宝石。蓝宝石是整个刚玉家族中分布最广的颜色品种。

图5-8蓝色蓝宝石

2.黄色系列

斯里兰卡黄色蓝宝石具有浅黄色到中黄色的色调，不具有任何棕色色调。一些较暗的色调可以产生深黄色、金色和橙色，这在热处理后的天然黄色蓝宝石中非常罕见。非常罕见的粉橙色帕德玛蓝宝石主要产于斯里兰卡和越南。类似帕德玛蓝宝石的棕橙色蓝宝石偶尔也能出现在坦桑尼亚的Umba矿区。泰国产的优质黄色蓝宝石可以达到金黄色到橙色。澳大利亚昆士兰州的黄色蓝宝石是绿色的。斯里兰卡、泰国和澳大利亚是深黄色蓝宝石的主要产地(图5-9)。

图5-9黄色蓝宝石

3.绿色系列

虽然质量最好的绿色蓝宝石来自斯里兰卡，但它们非常罕见。斯里兰卡绿色蓝宝石的颜色比产自泰国、澳大利亚和中国山东的蓝宝石要浅。泰国、澳大利亚和中国的绿色蓝宝石颜色倾向于蓝绿色或黄绿色，灰度较重。克拉质量超过10ct，颜色和净度都很好的绿色蓝宝石非常稀缺，但市场需求并不大(图5-10)。

图5-10绿色蓝宝石

4.紫色系列

该系列主要包括紫罗兰色和紫色蓝宝石，主要产于古墨、缅甸、斯里兰卡和越南。紫色蓝宝石的价格甚至可以和红宝石媲美。

5.BGY蓝宝石

澳大利亚东部的蓝宝石、泰国-柬埔寨的柏林地区、中国山东的长乐地区(图5-11)、马达加斯加北部的Anziranana地区都属于玄武岩岩浆岩。这些矿区出产的蓝宝石主要是蓝/蓝-紫-蓝-绿/黄-绿-黄，故称BGY蓝宝石，即蓝-绿-黄蓝宝石。

图5-11山东昌乐BGY蓝宝石

(2)蓝宝石呈色的原因

蓝色蓝宝石的颜色主要是异核原子价态间的电荷转移造成的。在蓝色蓝宝石中，Fe2+和Ti4+位于由面连接的相邻八面体中。Fe和Ti离子之间的距离为0.265nm，它们的D轨道沿晶轴重叠。当电子从Fe2+迁移到Ti4+时，Fe2+转化为Fe3+，而Ti4+转化为Ti3+，即Fe2++Ti4+→ Fe3+。在电荷转移过程中，光谱的吸收能量为2.1eV，吸收带的中心位于588nm处。结果，蓝宝石的c轴方向只有蓝光透过，呈现蓝色(图5-12)。当两个八面体在垂直于C轴的方向上通过边连接时，电荷转移吸收带略微向长波方向移动，使得蓝宝石在非常光方向上呈现蓝绿色。

图5-12蓝宝石颜色的来源

黄色和橙色蓝宝石的呈色主要有两个原因:一是同核原子间的电荷转移，二是色心。泰国和澳大利亚的黄色和橙色蓝宝石光谱中存在铁吸收带，证明这些黄色蓝宝石的呈色机理可能与铁离子有关。Fe2+转化为Fe3+伴随着光谱吸收，产生黄色或橙色。对斯里兰卡蓝宝石的颜色有不同的解释，来自该地区的黄色或橙色蓝宝石的颜色主要是由于空腔中心的颜色。二价阳离子取代刚玉晶格中的三价铝离子，在晶格位置形成正电荷不足的位置——正电荷陷阱。为了保持电中性，二价阳离子周围必须有相应的一价阳离子或产生电子空位。当蓝宝石在氧化条件下加热时，形成电子空位，并释放单价阳离子以平衡缺失的单价阳离子。所以二价杂质离子和电子空位吸收可见光产生黄色或橙色。