长石在自然界分布广泛，是常见的造岩矿物之一，天河石是微斜长石的蓝绿色变种。目前市场上对天然彩色宝石的需求量越来越大，天河石以其独特的绿色、蓝色或者蓝绿色被广大的珠宝爱好者所接受与喜爱。但是天河石的致色机理到目前为止并没有被解释清楚，更遑论对天河石进行改色处理的研究。

同样，对支撑柱做静态强度有限元分析，由于支撑柱是用6个M12螺钉紧固于安装板上，故边界条件施加在6个螺钉的安装孔上 。静态强度分析得到的结果是(图7)：支撑柱的最大应力值为580.9 MPa，最大应力位于过渡圆角根部；支撑柱的最大变形量为0.6 mm。

图1 天河石样品 Fig.1 Amazonite samples

国内对天河石的研究较少，大部分都是对微斜长石的结构或地质的研究，研究颜色有崔云昊[1]和樊行昭[2]。樊行昭对山西交城西榆皮天河石样品进行研究，发现绿色部分中微量元素Rb质量分数高，白色部分低，加热后退色，用紫外荧光灯照射又恢复到原来的颜色，认为是Rb元素和色心致色，因为榆皮天河石Rb质量分数低，所以颜色浅。Correche[3]电子探针表明Rb的质量分数与颜色深浅没有正相关的关系。国外关于天河石的颜色成因的研究主要有Hofmeister[4]等对绿色、蓝色、蓝绿色和中等绿色的天河石样品定向切片研究可见吸收光谱和EPR研究，他们认为是Pb+或Pb3+与结构水共同造成的颜色。Petrov[5]等对42块不同产地和颜色的天河石样品进行EPR(5-295 K)测试，结果显示有两个缺陷中心，含有[PbA-PbB]3+结构的微斜长石才能叫做天河石。Ostrooumov[6]研究俄罗斯天河石，并总结了吸收峰与结构缺陷之间的关系： 625 nm处为Pb+电子色心，740 nm处O--Pb空穴，380 nm处可能与Fe有关。

笔者对5个天河石样品进行显微紫外-可见光谱和显微红外光谱测试，对天河石样品进行热处理和辐照处理后的微区分析，对颜色成因进行探究。

1 样品和测试方法

1.1 基本特征

本文共收集了5块不同颜色的天河石样品，编号为1—5号，据商家称，1号样品产地为俄罗斯，2号、3号样品产于中国，4号样品产于莫桑比克，5号样品产于马达加斯加。同一块样品的不同切片用A、B、C、D表示，例如“1C”表示1号样品C切片。其中1号、4号、5号样品更偏蓝色，2号、3号样品偏绿色。样品中白色矿物呈平行条带状分布于蓝绿色矿物中，玻璃光泽，微透明，具有两组完全解理。偏光显微镜和X射线粉末衍射分析显示蓝绿色部分是钾长石族中的微斜长石，具有格子状双晶；白色的成分是钠长石，具有聚片双晶。

福建竹编的主要技法是“雀目法”，“雀目法”的“雀目”是指六角形透空雀目格，这是由4条篾连贯且交叉地编织而成的。因此，编织而成的竹编工艺品具有透空疏朗的效果。竹编可以通过漂白、染色、上漆获得不同的颜色。漂白后的竹编颜色比较自然朴素，很好地保持了竹子本来的颜色。而染色竹编的颜色主要以老棕色为主，色调比较沉重，工序却并不简单，要经过多次的染色后再进行磨光才能完成。此外，还有一种上漆竹编，是在竹编表面上漆，使竹编工艺品不仅具有竹编的外形，还具有漆器的质感，因此显得非常别致。上漆竹编的品种主要有瓶、盘、罐、篮、盒、灯罩、屏风、挂帘、枕席等[11]。

结合本专业特点，建立由校内外的基础专业教师、专业综合教师、竞技型教师、编导教师、科研工作者及知名大师各人员组成的“层次型”专兼结合的教师团队。

1.2 测试方法

(2)显微紫外-可见吸收光谱显示天河石样品存在以380、625、740 nm为中心的吸收，显微红外光谱在3 800～3 200 cm-1显示结构水和液态水的吸收率。

2 测试结果与分析

2.1 LA-ICP-MS成分测试

每个样品选取3个测试位置，标注为a,b,c(a和c为蓝绿色区域，b为白色区域)，激光剥蚀点呈圆形，直径约为40 μm。其中2号和3号样品由于白色矿物出溶粒度小，条带细，显微镜下很难分辨，导致激光剥蚀的点都在蓝绿色区域。白色和蓝绿色部分的主体成分是由Si、Al和O组成的硅酸岩矿物，Al2O3和SiO2的质量分数稳定，折换成摩尔数Al∶Si≈1∶3，属于碱性长石。

控制器有“低水位”“点检”“电源”“补水”“燃烧/运行”等5个功能。其具体操作过程如下：① 确认电源后，连接电源；② 确定补充水箱内是否充满水，如无水时要填满水；③ 将控制上的电源开关移至ON位置；④ 系统自检；⑤ 水泵开始运行时，通过水位计观察水位，水位达到高水位后水泵自动停止；⑥ 水位正常后，燃烧器自动点火燃烧，蒸汽发生器启动运行；⑦ 燃烧器初次点火后，燃烧器观察烟道的排烟情况；⑧ 发生不点火或其他故障时，解除故障后按复位按钮；⑨ 在正常运行状态下利用压力控制开关(压力调节器)上的压力调节螺栓调节压力。燃油蒸汽发生器工作流程图如图4所示。

表1 天河石样品中常量元素和微量元素的质量分数 Table 1 Contents of constant elements and trace elements in amazonite samples

样品号测试区域Na2O/%K2O/%Al2O3/%SiO2/%Fe/10-6Rb/10-6Cs/10-6Pb/10-61a0．5716．0019．6062．60862．004000．00399．002580．00b12．200．1020．9066．40656．000．70313．00c0．6716．1020．0062．101520．004010．00409．002170．002a1．6414．2019．6062．0036．4015700．004500．001300．00b0．4516．4019．6061．7011．1012600．002730．00794．00c0．3816．3020．1061．0015100．002460．001460．003a0．4016．2019．8061．3020．1016000．002860．001420．00b0．6516．0019．9061．2015600．002650．001300．00c0．4116．4019．7061．105．1016000．002920．001380．004a0．3817．2019．7061．8095．606320．00212．00245．00b12．400．2020．4066．7049．6061．008．30831．00c0．2717．1019．6061．9057．608090．00619．00196．005a0．2516．2020．0061．4079．3016000．001250．00433．00b12．300．1021．0066．4074．102．700．4017．70c0．3416．1019．7061．7056．7016600．001340．00332．00

2.2 热处理实验

根据Ofredal[7]的天河石热处理实验，热处理首先进行了两个温度梯度(260 ℃和450 ℃)的尝试：较低温度(260 ℃)观察颜色能否退去，较高温度(450 ℃)观察颜色能否完全退去。实验发现，样品1D和2D经过450 ℃热处理已经完全退色，样品1C和2C经过 260 ℃热处理部分退色。为了继续研究颜色与温度的关系，对样品1C和2C又进行了280、310、340、380 ℃的热处理，处理时间依次是5、2、2、1 h。结果显示，样品颜色逐渐退去，饱和度越来越低(表2)。考虑到380 ℃热处理不会像450 ℃热处理退色那么快，首先进行380 ℃热处理，恒温了1 h，结果显示颜色饱和度仍然很高，继续在380 ℃恒温4 h，样品颜色几乎全部退去。样品1C和2C随着热处理温度升高颜色逐渐退去，饱和度降低，亮度降低，电子辐照处理(3 MeV，2.0 mA，10 KGy/ 10 min)2 h后颜色又恢复，饱和度比380 ℃热处理5 h后的高，比经过260 ℃10 h处理后的低。

表2 天河石样品1C和2C经过不同温度热处理和辐照处理 Table 2 Amazonite sample 1C and sample 2C after heat treatments at different temperatures and after irradiation

样品号处理前260℃10h热处理380℃1h热处理380℃5h热处理380℃5h热处理后辐照1C2C

注：样品2C在380 ℃热处理后部分破碎，形状变化，但实际数据测试位置未发生变化

2.3 显微紫外-可见吸收光谱分析

不用说，冰激淋火锅一定是妹子们的最爱。目前，国内的哈根达斯也推出了冰激淋火锅，不过它的起源地却是美国。底料当然是加热融化了的巧克力酱，然后将冰激淋放在锅里一涮，就可以拿出来食用了。这样的冰激淋外热内凉，既有巧克力的香醇，又有冰激淋的甜蜜，真是别有一番滋味。

2.4 显微红外吸收光谱分析

根据LA-ICP-MS的数据将两个色心作比较，如图10。

结构水与液态水的含量整体趋势随温度升高而降低，辐照处理后继续降低(图5和图7)。

据介绍，自3月起，中粮与黑龙江省牡丹江市宁安市共同推广打造农业综合服务平台。前期中粮8位小组成员4次赴宁安调研，历时33天深入35个村、8个合作社、38个种植农户，实地考察、组织农户、访谈客户，逐一落实合作社和土地面积。

图2 天河石样品1C和2C经过不同温度热处理和辐照处理后的显微紫外-可见吸收光谱 Fig.2 Microscopic UV-Vis spectra of amazonite sample 1C and 2C after heat treatments at different temperatures and after irradiation

图3 天河石样品1C和2C的625 nm和740 nm色心经过不同温度热处理和辐照处理后的吸收强度对比 Fig.3 Intensity comparison of two colour centers (625 nm and 740 nm) in amazonite sample 1C and 2C after heat treatments at different temperatures and after irradiation

图4 天河石样品1C切片经过不同温度热处理和辐照处理后的显微红外吸收谱 Fig.4 Microscopic FTIR spectra of amazonite slice sample 1C after heat treatments at different temperatures and after irradiation 注:由于样品1C热处理前数据缺失,用样品1B处理前图谱替代;R表示辐照处理

图5 天河石样品1C切片经过不同温度热处理和辐照处理后的两种水的吸收强度 Fig.5 Intensity of two kinds of water in amazonite slice sample 1C after heat treatments at different temperatures and after irradiation 注:由于样品C热处理前数据缺失,用样品1B处理前数据替代

图6 天河石样品2C切片经过不同温度热处理和辐照处理后的显微红外吸收谱 Fig.6 Microscopic FTIR spectra of amazonite slice sample 2C after heat treatments at different temperatures and after irradiation 注:由于样品2C热处理前数据缺失,用样品2A处理前图谱替代

图7 天河石样品2C切片经过不同温度热处理和辐照处理的两种水的吸收强度 Fig.7 Intensity of two kinds of water in amazonite slice sample 2C after heat treatments at different temperatures and after irradiation 注:由于样品2C热处理前数据缺失,用样品2A处理前数据替代

3 讨论

3.1 热处理和辐照处理与色心、结构水的关系

图8 天河石原石切片两个色心(625 nm和740 nm)的吸收强度 Fig.8 Intensity of two colour centers (625 nm and 740 nm) in rough amazonite slice

紫外-可见吸收光谱(图2,图3)和红外光谱(图5,图7)显示，热处理能使天河石退色，380 nm色心、625 nm色心和740 nm色心吸收强度变弱，结构水和液态水质量分数减少；辐照能使退色的天河石增色，380 nm色心(如果存在)、625 nm色心和740 nm色心吸收强度变强，由此可知，这三个色心都与辐照引起的空穴缺陷有关，可认为它们都是缺陷色心。但是辐照会使结构水和液态水质量分数继续减少。

3.2 色心浓度及其对颜色的影响

对热处理前的样品1C、2C、3B、4B、6B的625 nm色心和740 nm色心进行比较发现(图8)，所有样品625 nm色心都比740 nm色心吸收强。在不同的切片间，625 nm色心吸收变化大而740 nm色心吸收变化小。处理前的不同样品切片740 nm色心强度会随625 nm色心强度增大而增大，减小而减小，两者差值在0.028～0.037 mm-1之间呈现绿色(2号和3号样品)，两者差值在0.2 mm-1以上表现为蓝绿色(1号、4号和6号样品)。

3.3 两种水之间的关系和结构水与颜色之间的关系

通过对未处理的切片进行红外光谱测试与计算(图9)发现,不同样品间结构水含量随着液态水增加而增加，随液态水较少而减少，是正相关的关系。

从已有样品来看，绿色样品(2号和3号)的透明度更高，所含的结构水和液态水较多，所以透明度可能与液态水含量正相关。根据Hofmeister的研究，只需要12×10-6(强度0.14 cm-1)的结构水就能使天河石呈现出很好的颜色，天河石中只有很少的一部分结构水与其颜色相关。根据已经获得的显微红外光谱数据，热处理和辐照处理都能使结构水减少，但是辐照确能使色心增强，颜色加深。就目前所研究的天河石样品而言，结构水与天河石的颜色似乎并不存在直接相关的关系，是否只有部分结构水与颜色相关，还有待研究。

图9 天河石原石切片两种水的吸收强度 Fig.9 Intensity of two kinds of water in rough amazonite slice

图10 两色心的强度与Pb质量分数的比较 Fig.10 Comparison on intensity of two colour centers and Pb content

3.4 色心(颜色)与Pb之间的关系

Hofmeister[4]认为3 620 cm-1处红外吸收峰由天河石结构水(简称结构水)的吸收引起，3 440 cm-1处吸收峰是天河石液态水包裹体(简称液态水)的吸收。为了便于观察结构水和液态水的变化，用3 640 cm-1和3 400 cm-1峰强作计算对比，纵坐标表示峰强除以切片厚度。因样品1C、2C热处理前的显微红外数据缺失，利用样品1B和2A图谱作为替代，部分实验结果如图4-图7。

从图中可以看出，Pb质量分数与625 nm色心、740 nm色心或两者之和并无直接的联系。需要说明的是：(1)LA-ICP-MS的剥蚀点并非光谱测试点，天河石的Pb元素分布并不均匀；(2)不知用两处色心吸收的强度与Pb质量分数比较是否合理。根据现有测试，不能确定这两个空穴色心是否与Pb有关。

4 结论

(1)天河石中蓝绿色的矿物是钾长石，白色的矿物是钠长石，两者有规律地交生在一起。蓝绿色部分微量元素主要有Fe、Rb和Pb。

这种理论在比较法上的支持是德国的实践。早在1902年，德国帝国法院即在“Duotal Lagend”案中确认了对于根据专利方法(一种生产制造专利方法)直接获得的产品，在权利人投入市场后，在其上的专利保护的效力就用尽了[注]Entscheidungen des Reichsgerichts in Zivilsachen, Erster Band, Der ganzen Reihe einundfünfzigster Band., Verlag von Beit und Comp. 1903, 139.。

成分测试使用中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室Agilent 7500a电感耦合等离子体质谱仪，激光系统：GeoLas2005，能量30 mJ，频率6 Hz，斑数32 μm。热处理选用中国地质大学(武汉)珠宝学院GSL-1700X小型管式炉。显微紫外-可见光谱测试采用中国地质大学(武汉)珠宝学院的日本JascoMSV-5200光谱仪，波长范围300～800 nm，分辨率0.2 nm，扫描速度200 nm/min，光斑直径为50 μm。显微红外光谱测试选用中国地质大学(武汉)珠宝学院型号为Bruker Hyperion3000红外光谱仪，测试条件：测量范围4 000～1 200 cm-1，分辨率4 cm-1，扫描时间64 s，光栅大小6 nm，室温22 ℃，湿度41%。辐照处理实验采用3 MeV的电子加速器，电流强度2.0 mA，辐照时间140 min，测试单位为湖北爱邦高能技术有限公司。

根据Hofmeister等[4]对蓝色吸收与绿色吸收光谱的指派和天河石缺陷理论，笔者把550～800 nm处的吸收带看成是以625 nm处(简称为625 nm色心)和740 nm处(简称740 nm色心)共同吸收的结果。另外，Ostrooumov[6]认为， 380 nm处吸收也是色心所致(简称380 nm色心)。但380 nm色心对颜色贡献少，而且并非所有的天河石都有，所以对天河石峰强计算的时候不考虑。样品1C和2C经过不同温度热处理及辐照处理后的紫外-可见吸收光谱如图2。图2中样品1C380 nm色心的吸收随着温度升高而减弱，辐照处理后又增强，整个紫外区吸收增强很多。为了观察625 nm色心和740 nm色心的强度变化，对天河石这两处的峰强作计算对比，纵坐标表示峰强除以切片厚度，结果如图3。625 nm色心和740 nm色心的吸收大致也随着温度升高而减弱，辐照处理后又增强。

(3)综合实验结果与分析比较，天河石位于380 nm色心、625 nm色心和740 nm色心浓度在加热时会降低，辐照后会升高，都是与空穴相关的色心。

参考文献:

[1] 崔云昊.天河石颜色之谜[J].地球，1985(4)：27-28.

常量元素成分中(表1)，样品蓝绿色部分阳离子主要是K，含少量的Na、Ca，所以蓝绿色成分是正长石，并含少量的钠长石和钙长石，属于钾长石，具有格子双晶，是微斜长石。白色部分阳离子主要是Na，并含少量的K、Ca, 所以白色成分是钠长石，并含少量的正长石和钙长石，是钠长石。从表1可以看出，蓝绿色微斜长石中微量元素Fe、Rb、Cs和 Pb质量分数较多。白色钠长石中Fe质量分数也较多，但Rb和 Pb质量分数很低。对比两者，Rb和Pb的质量分数差别很大，差别可能与其颜色存在很大的关系。

[2] 樊行昭，游益彬．山西交城西榆皮天河石呈色机理的研究[J]．太原理工大学学报，2004，35(1)：89-91.

[3] Correcher V, Garcia G J. Study of the luminescence properties of a natural amazonite[J]. Radiation Measurements, 2011, 46(9): 971-974.

4）训练方式、手段及步骤：在该项目中，以“任务驱动、自主探索”为主要教学方法，运用情境设置、问题导向、自我探索、任务、小组竞赛、成绩展示。在活动过程中穿插相关训练活动和情景面试环节，结合材料案例分析和个人感悟。

[4] Hofmeister A M, Rossman G R. A study of irradiation coloring of amazonite: Structurally hydrous, Pb-bearing feldspar [J]. American Mineralogist, 1985,70(7)：794-804.

[5] Petrov I, Mineeva R M, Bershov L V, et al. EPR of [Pb-Pb]3+ mixed valance pairs in amazonite-type microcline[J].American Mineralogist, 1993(70):500-510.

[6] Ostrooumov M, Banerjee A. Typomorphic features of amazonitic K-feldspa from the Keivy granitic pegmatite[J].Swiss Journal of Geosciences Supplement, 2005, 85(1): 89-102.

[7] Ofredal I.Heating experiments on amazonite[J]. Mineralogical Magazine,1957,31 (236) :417-419.