氢原子百科 
托帕石（Topaz），在矿物学上称为黄玉[1]，是一种含氟的铝硅酸盐矿物[5]，化学成分为Al2SiO4(F，OH)2，可含Li、Be、Ga等微量元素，粉红色可含Cr。[1]托帕石由高温热液作用和伟晶作用形成，是典型的高温气成热液矿物，主要产于花岗伟晶岩、云英岩和高温气成矿脉中，也见于与次火山岩有关的隐爆角砾岩和热液角砾岩中。[4]托帕石是在高温及存在挥发组分条件下形成的，产出于花岗伟晶岩、酸性火成岩的晶洞，以及云英岩和高温热液钨锡石英脉中。也可在冲积层中呈砾石产出。[3]托帕石的主要产地为巴西、斯里兰卡、缅甸、美国、俄罗斯、爱尔兰、澳大利亚、日本、印度、墨西哥等，以及中国的广东、广西、内蒙古、新疆、河北、江西等。[2]
纯净的托帕石无色，但因含杂质呈现多种颜色[8]，透明至半透明[7]，具玻璃光泽，条痕呈白色，极少情况下可见猫眼效应。[1][4][7]其光学特性为非均质体，二轴晶，正光性，具有弱至中等的多色性。[1]托帕石加工成宝石，供收藏或者佩戴，是11月的生辰石[4]，一种常见的中档宝石[2]，可以用于寻找锡矿，[4]可作为精细仪表的轴承及研磨材料，[4]用来制备针状或柱状的莫来石晶须，[5]或者用于杀死或抑制真菌生长。[6]
矿物组成
托帕石是一种含氟的铝硅酸盐矿物[5]，化学成分为Al2SiO4(F，OH)2，可含Li、Be、Ga等微量元素，粉红色可含Cr。[1]托帕石中含有附加阴离子F-、OH-，F-:OH-为3∶1~1∶1，F-:OH-值的变化直接影响其物理性质，且其比值随托帕石的生成温度而异。伟晶岩中OH-含量较低，F-含量接近于20.65%，最多不超过30%；云英岩中托帕石的OH-含量增加至5%～7%；热液成因托帕石的F-与OH-的含量接近。[8]
物理特征
纯净的托帕石无色，但因含杂质呈现酒红色、黄色、金色、浅灰色、红橙色、蓝色、浅绿色、粉红色（稀少）及带红色调的黄色等。粉色和红色调是由于Cr、Mn和Fe替代了晶体结构中的Al。棕色和蓝色主要是由于晶格缺陷（色心）造成的，通过热处理还可以加强这种颜色。20世纪80年代中期，市场上出现了辐照致色蓝色托帕石，这种颜色被认为是由于OH-替代了辐射前占据F-位置的O2-所引起的。[8]在同一块托帕石上也可能出现两种颜色。[4]托帕石对于高温较为敏感，至400 ℃时已有变化反应，[9][8]有色的托帕石可能因日照而褪色。[10]
托帕石透明至半透明，含包裹体多会影响透明度，有时含有管状包体，可以观察到轻微的双影现象。[1][11]
具玻璃光泽，条痕呈白色，极少情况下可见猫眼效应。[1][4][7]其光学特性为非均质体，二轴晶，正光性，具有弱至中等的多色性，黄色托帕石的多色性为褐黄色/黄色/橙黄色；红、粉色托帕石的多色性为浅红色/橙红色/黄色；绿色托帕石的多色性为蓝绿/浅绿；蓝色托帕石的多色性为不同色调的蓝色。[1]托帕石的折射率为1.619~1.627(±0.010)，双折射率为0.008~0.010，色散较低为0.014（低）。[1][3]
托帕石在长波紫外荧光灯下，蓝色和无色托帕石无至中等的黄绿色荧光，黄褐色和粉红色托帕石无至中等橙黄色荧光；短波紫外荧光灯下呈无至弱的橙黄、黄色或绿白色荧光。[3][1]托帕石无特征吸收光谱[8]，无特征的紫外可见光谱[1]，中红外区具特征红外吸收谱带。[1]
托帕石的摩氏硬度为8，仅次于红、蓝宝石的刚玉，但韧度很差[1][9]，密度为3.53(±0.04)g/cm3，[1]重量可以从几克拉到数百千克不等。[2]
结构特征
托帕石为岛状结构，属斜方晶系（正交晶系），往往由多个菱方柱和菱方锥相聚而成，为典型的具有菱形横截面的柱状晶形，柱面上有纵纹。通常一端为锥形，另一端常因解理而破裂成平面。常见单形为：斜方柱m{110}、l{120}、j{021}，斜方双锥n{111}、o{221}、p{223}、q{431}，平行双面c{001}、b{010}等。晶形良好的单晶最大可超过1 m，已知最大天然晶体可达10 m（巴西），也可见不规则粒状或呈水蚀卵石。[8][7]托帕石就是因为有这组解理，所以在切磨时需格外小心，不当的压力会让托帕石顺着解理面裂开。[9]断口呈贝壳状，解理面发育处兼有阶梯状断口。[8]
放大检查时可见气液包体、三相包体、两种或两种以上不混溶液体包体，矿物包体，生长纹，负晶[注1]。[1][13]有时可见长管状洞穴、初始解理等。[3]矿物包裹体有电气石、针铁矿、钠长石、锰铝榴石、云母、磷灰石、独居石、萤石、石英、赤铁矿等。[8]
形成原因
托帕石由高温热液作用和伟晶作用形成，是典型的高温气成热液矿物，主要产于花岗伟晶岩、云英岩和高温气成矿脉中，也见于与次火山岩有关的隐爆角砾岩和热液角砾岩中。由铝、富含石英和含氟的高级无定形沉积物形成，作为一种沉重的碎屑矿物。共生矿物为石英、电气石、白云母以及萤石、微斜长石、钠长石、锌铝石、绿泥石、黑云母等，副矿物为辉铋矿、锡石、辉钼矿、黑钨矿等。在一些花岗岩、花岗伟晶岩中，托帕石可作为非气成热液矿物产出，共生矿物为绿柱石、独居石。[4][14][6]
分布区域
托帕石是在高温及存在挥发组分条件下形成的，产出于花岗伟晶岩、酸性火成岩的晶洞，以及云英岩和高温热液钨锡石英脉中。也可在冲积层中呈砾石产出。[3]
世界上托帕石的主要产地为巴西、斯里兰卡、缅甸、美国、俄罗斯、爱尔兰、澳大利亚、日本、印度、墨西哥等。[2]目前帝王托帕石的唯一产地位于巴西米纳斯吉拉斯州的Ouro Preto地区，颜色有黄色、深雪梨黄色、粉红色、蓝色及无色等。[8][4]具有历史意义的俄罗斯乌拉尔山脉（Ural Mountains）矿区和巴基斯坦卡特朗（Katlang）矿，曾出产因含铬而呈玫瑰红色的帝王托帕石，现已无法大量产出。[8][4]帝王托帕石常与石英、白云石伴生。[2]斯里兰卡也是托帕石较重要的产地，此处产出的托帕石主要为蓝色、绿色和无色。美国加利福尼亚州产蓝色和黄色的托帕石。[4]18世纪时，世上著名的托帕石矿分布在德国萨克森州南部的福格特兰（ogtland）。[15]
中国托帕石的主要产地有广东、广西、内蒙古、新疆、河北、江西、云南、甘肃、湖南等，中国产出的托帕石除少量黄、黄棕、淡蓝色外，以无色居多。[2][16][8]内蒙古产无色、浅色托帕石；新疆产淡黄、金黄、橙黄色托帕石；甘肃产淡黄、酒黄色及无色托帕石；湖南产无色、略带天蓝色托帕石；广东产无色、米黄色、带蓝或带粉色的托帕石。[8]
应用领域
托帕石颜色多样，主要用来加工成各种翻光面型宝石，受收藏家或博物馆的青睐，甚至国王也把它镶嵌在皇冠上。[4]珠宝行业将托帕石定为11月生辰石，象征着希望和幸福。托帕石还是“友谊之石”，是友情、友谊和友爱的象征。[4]古人把它当作护身符，认为它可以避免邪气、驱赶妖魔。[4]古埃及人认为托帕石象征太阳神，佩戴它可受到太阳神的护佑，同时也是美与健康的守护石。古希腊人视托帕石为“力石”，具有神奇的强大力量。东方的灵媒与巫师在与冥界沟通时，也以托帕石为神石。[9]
托帕石经常与锡矿石伴生在一起，可以作为寻找锡矿的标志。[4]托帕石可作为精细仪表的轴承及研磨材料。[4]托帕石热分解后产生的含氟气体通过气-固机理可以用来制备针状或柱状的莫来石晶须。[5]托帕石在农业，木材、塑料或其他材料、游泳池中等被用于杀死或抑制真菌生长。[6]
分类
按照颜色分类，托帕石的品种可分为粉红色、红色托帕石，黄色托帕石，蓝色托帕石，无色托帕石等。[16]此外，托帕石还可见双色托帕石和托帕石猫眼，很稀有。[8]
粉红色、红色托帕石
颜色从黄色到红色，中间有红橙、粉红到红色一系列过渡颜色品种。多色性明显，为粉红色/黄色或无色。该品种透明度好，内含物少。当颜色艳美、质量优良时，是中档宝石中的珍贵品种。目前，在国际市场上出售的粉红色至红色托帕石，大部分是黄褐色的托帕石经加热后变色而成。这种颜色稳定，不会改变。[3]市场上的红色托帕石多产自巴西。[16]越接近红宝石般的鲜艳红色，评价就越高，如果粉色中带点茶色或是颜色较浅的宝石，评价都会下降。[15]
黄色托帕石
商业上经常描述为金黄色或酒黄色的托帕石，金黄色是黄中带橙色，酒黄色则是黄中带红色。单纯的淡黄色或黄褐色的托帕石，只能作为加热改色的宝石原料。黄色品种多色性明显，为黄色/褐黄色。[3]该品种中最名贵的是帝王托帕石，呈橘黄色—粉红色。其中最受大家追捧的是如同雪莉酒般的红色和鲜艳粉色品种，其唯一产地为巴西米纳斯吉拉斯州。[16]此外，马达加斯加也有出产黄色托帕石。[15]色调独特、黄色的浓度深且鲜艳价值较高，如果带点黑色或咖啡色，就会让原本的黄色失去光彩而使评价变低。[15]
蓝色托帕石
呈天蓝色，常带一点灰或绿色调。多色性明显，为蓝色/无色。内含物较多。蓝色托帕石在国际市场上较畅销，外观似海蓝宝石，但价格却低得多。市场上的许多蓝色托帕石是将无色或浅蓝色托帕石，经过放射线照射后再加热处理而变为较鲜艳的蓝色。[3]主要产地有巴西、坦桑尼亚、马达加斯加、斯里兰卡等。[15]
无色托帕石
自然界产出的无色品种较多，晶体很大，因折射率高，色散低，琢磨成刻面型宝石后，无动人之处而不被人喜爱。因而常常还要经过辐射处理，把无色托帕石变成褐黄色，再经热处理变成蓝色托帕石，经处理后的蓝色托帕石颜色极其稳定（图9-11-10）。[3]在一顶葡萄牙的王冠上，过去一直被认为是钻石的宝石其实是无色的托帕石。珠宝业界将它戏称为“奴隶的钻石（slave's diamond）”，因为其价格与真正的钻石相差很多，虽然常被切割成像钻石的明亮形切割，但与钻石光彩有很大的差别，所以很容易看出。[9]
名称来源
关于托帕石的名字来源，说法不一。有一种说法是，托帕石在很早以前，在漂浮于红海之上的托巴索斯（Topazos）小岛上就有人开采，但是这座岛经年笼罩在浓雾之中，要抵达此处非常困难。在希腊文中“topazos就是“找寻”的意思，因此将这座岛命名为“Topazos”，而这座岛上所开采的宝石则称为“Topaz”。但是，据说这个故事中的托帕石，其实是橄榄石。[15]另外一种说法是，托帕石是英文“topaz”的译音，源于梵文“topazios”，是“火”的意思，指矿物呈橙色，印度人称托帕石为火之石。[8][9]
1737年，Topaz这个名称被固定用来称呼托帕石。[17]托帕石在矿物学上称为黄玉，因为最早发现的托帕石是黄色的，早期的翻译名称通常将有价值的宝石以“玉”名之，像刚玉、金绿玉等。[9]为了避免消费者望文生义，商业上普遍使用托帕石这个名称。[11]
品质鉴定
托帕石的质量评价主要从颜色、净度、切工、克拉质量4个方面进行。[16]
颜色
宝石级的托帕石颜色浓艳纯正、均匀稳定、光泽明亮。[2]由于产出稀少，红色托帕石的价值最高。市场上最受欢迎的便是如雪莉酒般的颜色，橘色中带有一点微红调，被称为帝王托帕石（Imperial Topaz）；其次是粉色和蓝色；黄色托帕石由于在外观上与黄水晶很相近，价格不高；无色托帕石的价值最低。[16][9]另外，在评价托帕石颜色时，还应注意它的颜色是天然的，还是经过优化处理而产生的。经辐照处理形成的蓝色托帕石，其性质稳定，市场销量较好。[16]
净度
优质的托帕石要求透明度好，无瑕疵、无裂纹，且加工质量好，光泽明亮，可产生柔和的强玻璃光泽为佳。[8][2]托帕石净度越高，价值越高。[16]
切工
托帕石有不同形式的刻面切割，椭圆、长方形、梨形都很普遍。[9]托帕石发育平行底面的解理，因此，在加工中必须防止切磨面与解理面平行，否则难以打磨和抛光。镶嵌时也应格外小心，以免诱发解理而破坏宝石的外形。[16]
克拉质量
托帕石成品质量一般在2～20ct，少数能达到50ct或者更大。托帕石的重量越大，价格越高，但其价格随质量增长的幅度不如高档宝石。[16][8]
鉴别
托帕石与相似宝石鉴别的主要依据是密度、折射率和光性特征等。[7]
海蓝宝石、摩根石、黄水晶、粉红色碧玺、黄色碧玺、粉红刚玉等宝石与托帕石颜色及外形相近，最快速分辨的方法是通过相对密度，将宝石丢入相对密度3.32的二碘甲烷相对密度液中，碧玺、绿柱石与水晶类的宝石的相对密度都比二碘甲烷低，所以会浮起来，而会下沉的刚玉与托帕石只要量一下折射率就可以分辨出来了。[9]
与托帕石最相似的宝石是赛黄晶，两者区别特征见下表。[8]
| 特征 | 托帕石 | 赛黄晶 |
|---|---|---|
| 成分 | 含氟或羟基铝硅酸盐Al2SiO4(F，OH)2 | 钙硼硅酸盐CaB2 (SiO4)2 |
| 颜色、多色性 | 红、橙、黄、褐、蓝色或无色；多色性弱至明显 | 黄色、无色、褐色，偶见粉红色；多色性弱 |
| RI | 1.619～1.627 | 1.630～1.636 |
| DR | 0.008～0.010 | 0.006 |
| H | 8 | 7 |
| d | 3.53 | 3.00 |
| 解理 | 一组极完全解理 | 一组极不完全解理 |
| 荧光特征 | 无荧光或可显示荧光 | LWUV下呈无—强的浅蓝—蓝绿色荧光；SWUV下为弱荧光 |
| 吸收光谱 | 无特征吸收光谱 | 某些可见580 nm双线吸收 |
| 光性 | 斜方晶系，柱状，柱面纵纹；B+ | 斜方晶系，柱状；B± |
| 放大检查 | 两相不混溶的气液包裹体 | 气液包裹体 |
与托帕石在外观上相似的宝石有水晶、磷灰石、海蓝宝石、碧玺及非宝石玻璃等。[18]水晶、碧玺，海蓝宝石、磷灰石都为一轴晶，托帕石为二轴晶；尖晶石为均质体，用偏光镜或二色镜可区分。[7]海蓝宝石可借助查尔斯滤色镜进行区别。[8]
| 宝石 | 硬度 | 密度/(g·cm-3） | 平均折射率 | 双折射率 | 多色性 | 荧光 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 托帕石 | 8.0 | 3.53 | 1.63 | 0.008 | 明显 | 有 |
| 锆石 | 7.5 | 4.69 | 1.93 | 0.059 | 弱 | - |
| 刚玉 | 9.0 | 3.99 | 1.76 | 0.008 | 弱 | 有 |
| 金绿宝石 | 8.5 | 3.72 | 1.74 | 0.008 | 明显 | - |
| 玻璃 | 5.0 | 3.70 | 1.63 | - | - | - |
| 磷灰石 | 5.0 | 3.20 | 1.64 | 0.002 | - | - |
| 碧玺 | 7.0 | 3.10 | 1.63 | 0.018 | 很明显 | - |
| 绿柱石 | 7.5 | 2.68 | 1.57 | 0.006 | 弱 | - |
| 水晶 | 7.0 | 2.65 | 1.55 | 0.009 | 弱 | - |
| 长石 | 6.0 | 2.56 | 1.53 | 0.008 | 弱 | - |
市场上冒充托帕石的主要是水晶和玻璃，较易区分。而人工优化品与天然品的区分，几乎不能通过肉眼及常规测试区分，要通过伽马仪（微伦计，检测放射性）及热释光方法（天然蓝色托帕石最大峰位在250~350°C，而辐照热处理蓝色托帕石在400~500°C）。[18]
人工优化
托帕石的优化处理方法主要有热处理、辐照处理、扩散处理和覆膜处理。[8]
热处理
热处理是指黄、橙和褐色托帕石加热转成粉或红色，颜色稳定，不易检测。[1]这种加热处理已经有数世纪的历史了，中古世纪的古董珠宝上所镶的粉红托帕石有些就是加热处理的。[9]热处理设备采用烘箱或马弗炉即可，温度不需太高，一般180~300°C，但控制精度要高。[18]
辐照处理
辐照处理是指无色托帕石辐照处理成深蓝或褐绿色，常附加热处理产生蓝色；黄，橙和褐绿色托帕石可经辐照加深颜色或去除杂色。不易检测。[1]据研究，天然蓝色托帕石热致发光的峰值有两个，温度分别为250 ℃和500 ℃，且前者的发光强度大于后者。辐照处理的蓝色托帕石，其热致发光的峰值却在400 ℃以后，并呈单峰的形式。此外，天然蓝色托帕石的阴极发光强度大于辐照处理蓝色托帕石。[8]辐照设备有Co-60源、电子辐射和反应堆等。经Co-60源辐照后的颜色仍浅，应用前景不大。电子辐射设备费用昂贵，使用受限制。目前主要是用反应堆改色，可得到深蓝色托帕石，效率高：缺点是残留放射性较多，需放置到放射性衰减至安全剂量方可上市。[18]
扩散处理
扩散处理是指无色托帕石经钴扩散处理可形成蓝、蓝绿色等。油浸或散射光放大观察可见宝石表层颜色不均匀，呈斑点状，或在裂隙或凹陷处富集，颜色仅局限于表层（厚度<5 μm），内部无色。经成分分析仪器（如XRF等）检测，宝石表层所扩散的元素（如钴等）含量异常，由表及里浓度降低。[1][8]在滤色镜下呈红色，分光镜下可见特征的钴吸收光谱。折射率测试时往往读数比较模糊。激光拉曼光谱可见731、627、504 cm-1三个宽谱带及200 cm-1的锐峰。[8]
覆膜
覆膜是指托帕石的表面常进行覆膜处理以改善宝石的外观和颜色。放大检查可见表面光泽异常，并伴有异常五颜六色的表面晕彩现象，局部可见薄膜脱落现象；折射率可见异常；红外光谱和拉曼光谱测试可见膜层特征峰。[8][1]
环境影响
参考资料 18
- 标准号:GB/T 16553-2017 — 国家标准全文公开系统
- 参考 2
- 参考 3
- 参考 4
- 参考 5
- Penconazole | C13H15Cl2N3 | CID 91693 - PubChem — PubChem
- 参考 7
- 参考 8
- 参考 9
- 托帕石 — 中国地质博物馆
- 参考 11
- 参考 12
- 参考 13
- 参考 14
- 参考 15
- 参考 16
- 参考 17
- 参考 18
注释
- 负晶（negative crystal），也称“空晶”。指矿物晶体内赋存的具有与该晶体相似轮廓形态的空洞(内有气液物质)。[12]