小吉一直覺(jué)得，寶石的內(nèi)部世界就是一個(gè)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(wú)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(lái)充分了解這個(gè)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(jiàn)清晰蝕痕 版權(quán) GUILD一

現(xiàn)代測(cè)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(cè)、分析包裹體的可能性。在過(guò)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(wàn)變不離其宗，無(wú)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(lèi)：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(diǎn)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(jí)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(cè)系統(tǒng)

微聚焦X射線檢測(cè)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(cè)系統(tǒng)可以檢測(cè)珍珠的珠層厚度。不僅如此，它也有助于呈現(xiàn)一些經(jīng)過(guò)處理的紅寶石中的鉛玻璃充填物。

X射線圖像識(shí)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(cè)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(guò)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(lái)，高分辨率電子計(jì)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(jì)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(zhǎng)條件和環(huán)境的線索。

化學(xué)

化學(xué)檢測(cè)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(wú)損檢測(cè)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(cè)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(cè)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(guò)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(cè)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(cè)試過(guò)程無(wú)損，已被用于寶石的品種和產(chǎn)地鑒定。它也可用于檢測(cè)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(duì)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(shí)間。

近期有研究將LA-ICP-MS U-Pb測(cè)年法應(yīng)用于來(lái)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(cè)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(wàn)年（2σ），同地區(qū)Aqua紅寶石礦的年齡為526 13百萬(wàn)年，而坦桑尼亞Morogoro地區(qū)的紅寶石年齡為499 12百萬(wàn)年。

譜學(xué)

傅里葉變換紅外光譜（FTIR）

在過(guò)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(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。該儀器有助于識(shí)別寶石種類(lèi)、檢測(cè)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(dòng)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(guò)其透射光束檢測(cè)到一些微小的包裹體顆粒。紅外光束透過(guò)寶石樣品，探測(cè)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(jí)礦物

粘土礦物通常硬度低、穩(wěn)定性差，通常尺寸較小。有時(shí)，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(shí)，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(hào)有時(shí)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(jiàn)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(guò)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(guò)向裂隙中注入外部充填物來(lái)進(jìn)行改善，進(jìn)而改善外觀。

由于固有特性和生長(zhǎng)環(huán)境，祖母綠易發(fā)育裂隙。通過(guò)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(kāi)發(fā)了諸多不同的配方。最常用的充填物是油或樹(shù)脂。紅外光譜可以收集有機(jī)充填物的信號(hào)，從而指示一顆肉眼干凈的祖母綠是否經(jīng)過(guò)充填處理及所使用的充填處理材料的種類(lèi)。

未經(jīng)凈度改善的祖母綠在2800-3200cm-1范圍內(nèi)無(wú)吸收峰，而經(jīng)過(guò)處理的祖母綠中可見(jiàn)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(cè)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(shù)脂和油：

（1）樹(shù)脂

在3050、3020、2920、2850和2830cm-1處顯示一系列吸收

（2）油

在超過(guò)3000cm-1范圍內(nèi)無(wú)吸收，僅在2830、2850和2920cm-1處有三個(gè)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(jiàn)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(duì)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(wú)法獲知化學(xué)成分的情況下，紅外光譜也有助于檢測(cè)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(gè)以2610cm-1為中心的吸收寬帶。

圖 鉛玻璃充填紅寶石中可見(jiàn) 2610cm-1處的寬吸收帶 版權(quán) GUILD

拉曼（Raman）

與上述所有檢測(cè)方法相比，拉曼可能是最適合、最有效、最準(zhǔn)確的檢測(cè)固態(tài)和液態(tài)包裹體的方法。通常，拉曼對(duì)檢測(cè)樣品是有一定要求的，它能快速捕捉特定包裹體的信號(hào)，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(duì)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(cè)到微小的單個(gè)包裹體并準(zhǔn)確鑒定。當(dāng)配備了共聚焦系統(tǒng)時(shí)，拉曼光譜可以檢測(cè)到聚焦點(diǎn)上的寶石包裹體。

例如，俄羅斯翠榴石中長(zhǎng)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(bào)道，如角閃石、銳鈦礦、斜鋯石和水鋁礦。拉曼也可以檢測(cè)流體包裹體，例如，拉曼可以估測(cè)石英中包裹體的鹽度；烏拉爾南部伊爾門(mén)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(zhǎng)管狀包裹體中檢測(cè)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(guò)配備不同的附件，拉曼可以獲得關(guān)于包裹體更多有價(jià)值的信息。通常而言，在形態(tài)學(xué)觀察下，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)主晶寶石，觀察者僅能一次觀察到包裹體的一個(gè)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(dòng)樣品臺(tái)和自動(dòng)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(shí)例。結(jié)果表明，每種方法都有其優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。雖然觀察法可以識(shí)別包裹體的形態(tài)，不需要任何樣品制備和測(cè)試后的數(shù)據(jù)分析，快捷省時(shí)，但是僅通過(guò)形態(tài)觀察來(lái)識(shí)別包裹體并不準(zhǔn)確，尤其是對(duì)于形態(tài)相似、品種不同的包裹體而言。

相比之下，化學(xué)測(cè)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(cè)試通常要求破損樣品，這對(duì)于研究樣品而言是可以滿足的，但是，對(duì)于日常檢測(cè)中收到的樣品而言，并不切合實(shí)際。這種樣品測(cè)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(diǎn)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(jiàn)的包裹體時(shí)，光譜數(shù)據(jù)分析可能會(huì)非常耗時(shí)。因此，建立詳細(xì)可靠的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)可以在一定程度上彌補(bǔ)光譜法的不足。