紫色调红宝石的可见光吸收光谱
时间: 2007-11-19 10:59:22     文章来源: GTC您专业的珠宝技术顾问  作者：未知

纯净的刚玉(Al₂O₃)是无色透明的，当含有少量的Cr³⁺以类质同象的形式置换刚玉晶格中的Al³⁺时，才能产生鲜艳的红色，成为红宝石。但是，在漫长的地质作用下，红宝石中难免混入杂质元素，使之出现紫色调，大部分中低档红宝石都带有紫色调，紫色调的出现主要是Fe、Ti等杂质元素引起的。利用紫外-可见光分光光度计，根据样品对不同波长可见光的吸收情况，分析其呈色机理：

(1) Cr³⁺ 引起的吸收峰主要出现在光谱中的400~420 nm、555 nm处。根据晶体场理论，少量的Cr³⁺以类质同象的形式置换刚玉晶格中的Al³⁺，在可见光的激发下，产生了电子的d-d跃迁，吸收的光能相当于420 nm 和555 nm 的可见光的能量，使刚玉呈红色。同时，保持很短时间的²E能级，以红色荧光形式表现出来，增强了红刚玉的红色发光性，在光谱中表现为694 nm吸收峰。

(2)370~380 nm吸收峰由Fe³⁺的⁶A₁-⁴T₂(D)和⁴E(D)能级跃迁所致。其吸收中心落在紫外线区域，对刚玉的颜色影响较小。

(3) Fe³⁺对可见光453 nm、477 nm的吸收是由于电子的⁶A₁-⁴A₁和⁴E(G)能级跃迁所致，使晶体出现淡黄绿色调。

(4) 当Ti³⁺代替Al³⁺处于八面体场中时，Ti³⁺中的自由电子分裂为两个能级，表现为可见光535 nm附近的吸收带，Ti³⁺的作用使刚玉呈紫色。

(5)光谱中560~600 nm吸收带的产生原因为Fe²⁺-Fe³⁺之间的电荷转移及Fe²⁺-Ti⁴⁺之间的电荷转移。

当Fe²⁺和Fe³⁺分别处于相邻八面体空隙时，两个离子d轨道发生重叠，当受到可见光的激发时，Fe²⁺轨道上电子会跃迁到Fe³⁺离子松散的d轨道上，使刚玉呈现蓝色。

当Fe²⁺离子和Ti⁴⁺离子进入相邻的八面体空隙，如果受到光的激发，Fe²⁺的一个电子就会转移到Ti⁴⁺的d轨道，使刚玉呈现蓝色。

(6)在垂直C轴的方向上，Fe²⁺和Ti⁴⁺分别处于两个共棱的八面体中，相邻Fe²⁺和Ti⁴⁺的离子距离较远。由于两者电子轨道叠加程度较小，因此激发态与基态间的能量差较小，使得吸收谷向700 nm的红光方向移动，宝石呈现黄绿的互补色。这也是当垂直C轴观察时，蓝宝石出现黄绿色调的原因。