来源：中国地质大学（武汉）珠宝学院
宝石的颜色是决定其价值的重要因素之一，瑰丽的颜色固然稀少，却仍然只是某种单一的色彩，所以具有变色效应的宝石必然会受到青睐，变色水铝石（Zultanite）就是其中之一。
相比其学名变色水铝石，“苏坦莱”这个名称更广为熟知，独特的变色效应给予了珠宝设计师们无限的创意，使得苏坦莱成为新晋时尚宠儿。
ZULTANITE品牌被引入中国后，苏坦莱在国内知名度提高，呈现越来越火的趋势，往期文章对它有过介绍苏坦莱：比钻石火彩强，比变石会变色，我才是珠宝界的小公举！然而即使苏坦莱广为人知，却很少有人能弄清楚它的变色成因，有幸的是中国地质大学（武汉）珠宝学院的叶敏，沈锡田，隗澎对这一方面进行了研究，让我们来一探究竟吧。
Zultanite，又称“苏丹石”，是具有变色效应的宝石级硬水铝石，通常在日光灯下呈现黄绿色/棕绿色，白炽灯下呈现橙粉色/棕红色。由于其还具有明显的多色性，当按一定角度切割打磨时，可在同一颗宝石上看到两种颜色（通常为黄绿色/深红色）同时存在。变色水铝石的矿物名为硬水铝石，亦称一水硬铝石，化学式为 AlO（OH），可能含有微量的Fe 、 Ti、 Cr和Mn元素。硬水铝石也是刚玉的变种产物，当受热温度达到650~700℃时，可失去15%的水变为稳定的无水α-Al2O3。
虽说硬水铝石在变质铝土矿中是较常见的矿物，但是宝石级硬水铝石却只有土耳其产出，而且只产于土耳其西南部Menderes Massif市的Ilbir山上，海拔超过1219m。目前，有关变色水铝石的研究较少，GG-Gem News上的一篇短文曾经有简单的提及变色水铝石的宝石学特征，并提出Cr是致其变色的原因。 至今，还未有人对变色水铝石的宝石学及谱学特征进行详尽系统的研究。
中国地质大学（武汉）珠宝学院叶敏等对4颗变色水铝石样品的宝石学及谱学特征进行分析研究，并结合其成分和紫外—可见吸收光谱对其变色机理进行探究。
此次研究采用的样品为四颗刻面型变色水铝石成品，均表现为透明，具有玻璃光泽。样品D-1、D-2、D-3内部干净，样品D-4内部具有一道明显的愈合裂隙。在日光灯下（色温5600K）和钨丝灯下（色温3000K）分别对样品进行拍照和观察。结果显示，在日光灯下， 4 颗样品均呈现出黄绿色；在钨丝灯下，均呈现出橙粉色。其中样品D-1、D-4变色较为明显，D-2、D-3由于刻面较多，暗色区域明显。
宝石学常规测试在中国地质大学（武汉）珠宝学院完成，包括折射率、相对密度、硬度、多色性等一系列测试。红外光谱测试、拉曼光谱测试、紫外—可见吸收光谱测试均在中国地质大学（武汉）珠宝学院完成，LA-ICP-MS测试在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。
宝石学特征
利用静水称重法，测得样品的相对密度为3.40~3.44 ；利用摩氏硬度笔，测得硬度为6.5~7.0；样品折射率为1.705~1.752，双折率为0.047，具有明显的后刻面棱重影；利用二色镜观察发现，样品具有强多色性，表现为紫蓝色/黄绿色/深红色；紫外荧光灯下观察为惰性。
红外光谱分析
鉴于刻面型成品宝石采用透射法测试效果很差，因此对样品D-1进行了破坏性测试，制成KBr压片。结果显示，D-1在3435cm-1处的较强吸收是由H2O的伸缩振动引起，位于1637cm-1处的中等强度吸收由H2O的弯曲振动引起。分子水的存在可能由样品表面吸附的水，或空气中的水影响造成；位于2998、2928cm-1处的弱吸收由—OH的伸缩振动引起；位于2119、1986cm-1处的中等强度吸收由—OD的伸缩振动引起。
拉曼光谱分析
由于拉曼测试只需要样品有一个微小而光滑的平面即可，因此对4颗样品均进行了拉曼光谱测试。结果显示， 4颗样品的拉曼峰位基本一致：位于1192（中等强度）、1048cm-1（弱）处的拉曼峰由— OH的面内弯曲振动引起；位于792（中等强度）、667（中等强度）、555cm-1（弱）处的拉曼峰由— OH 的 面外弯曲振动引起；位 于500（中等强度）、449（强而尖锐）、 398（弱）、 332（中等强度）、289cm-1（弱）以及样品D-1中相对明显的259cm-1 （弱）处的拉曼峰，均归属于Al-O键的振动所致。其中，最强的449cm-1 处的拉曼峰由Al-O-Al键的弯曲振动引起，259cm-1 处的弱拉曼峰由Al-O-Al键的对称伸缩振动振动引起。
LA-ICP-MS测试分析
对其中 3 颗样品进行了LA-ICP-MS测试，结果得到了主量元素和部分微量元素的质量分数。由于硬水铝石是含结构水的矿物，直接用外标法计算结果不准确，需要采用内标法进行校正后才更为准确。通过查阅资料，得到硬水铝石的化学成分中Al2O3占84.98% ，H2O占15.02%。因此，将测试的得到的Al元素质量分数固定为85% ，采用内标法进行校正，得到的杂质元素结果。
紫外—可见吸收光谱分析
样品D-1在371、385、397nm 处有3个窄而强的吸收带；在448nm处有一个中等宽度且吸收较强的吸收带；在575nm处有一个较宽且吸收较弱的吸收带。具体各吸收带所产生的原因，还需要结合样品中所含元素的测试结果进行分析。
根据样品的紫外-可见吸收光谱结果，可以对其变色机制进行探讨。由于448nm附近（蓝紫区）被强烈吸收，575nm附近（黄绿色—黄色—橙黄色区）为宽缓吸收，使得黄绿区（480~550nm）与红橙区（600~700nm）的透过率几乎相等，因此外部环境的光源条件（色温）决定了变色水铝石的颜色。当日光灯光源中蓝绿色成分偏多，蓝光被大量吸收后，剩下的绿色成分叠加，使变色水铝石呈现黄绿色；当钨丝灯光源中红色成分偏多，红色成分叠加，使变色水铝石呈现橙红色。从相关资料发现，变色水铝石在可见光波段的双峰形状的吸收模式与变石的类似，因此也呈现出变色效应。但由于变色水铝石在575nm附近的宽缓吸收较弱，导致变色效应并没有变石的那么明显。
综上，变色水铝石的变色效应主要由Fe、Ti元素的综合作用导致，而微量的Cr元素影响微弱。这与前人研究得到的变色水铝石的变色效应主要由Cr元素导致的结论有不同。对比变石中Cr元素的质量分数发现，Cr元素的质量分数至少达到0.3%以上，且与Fe杂质元素的质量分数几乎相等时，才会产生变色效应 。而变色水铝石中的Cr质量分数很少，Fe杂质元素的质量分数是其几十倍。
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