GemPen®─合成紅寶

紅寶石與藍寶石都是剛玉(Corundum) 家族的成員，同為氧化鋁的結晶。純的氧化鋁是無色的晶體，當鉻取代部分鋁時，形成紅色剛玉，被稱為紅寶石。當紅寶石呈現飽滿的紅色，也被稱為" 鴿血紅"，這個顏色是正紅色，僅允許略帶一點紫色調，古柏林博士形容鴿血紅色看起來如同煤炭爐中燃燒的炙熱感。這種顏色的紅寶石價格高昂，經常會出現仿品或合成紅寶石來魚目混珠。

市面上常見合成紅寶有火焰法（圖 一）和助熔劑法（圖 二），火焰法 (Flame fusion) 又稱為維爾納葉焰熔法 (Verneuil process)，在氫氧爐的容器中合成，頂部有篩網，篩網上放氧化鋁和氧化鉻粉末，利用震盪器或是鐵鎚，讓粉末通過篩網掉落。粉末會在通過火焰時融化，滴落在一個平面上，冷卻過程中，紅寶的結晶逐漸形成。助熔劑法 (Flux) 是在鉑金坩鍋中內部先置入種晶，再加入氧化鋁、致色元素及助熔劑後加熱，在1300度的高溫下使得熔液達到飽和，再緩慢的以0.5~1度的速度降溫，使得氧化鋁達到過飽和的狀態析出，依附在種晶上生長結晶成合成剛玉。

圖 一、火焰法示意圖。

圖 二、助熔劑法示意圖。

合成紅寶可透過放大觀察鑑別，火焰法合成寶石裡面會有弧形生長紋(圖 三)，在舊式的合成剛玉裡還可發現氣泡；助熔劑法是模擬自然界地表下岩漿中結晶出剛玉的過程，所以內含物和天然剛玉相似，內部可能會有助熔劑的殘餘及坩鍋上的鉑金片、面紗狀內含物，如表 一。

圖 三、火焰法合成紅寶的弧型生長紋。弧形生長紋必須從一定的角度觀察才能看到弧形的紋路，因此要從各個方向檢查，確認是否有弧形生長紋。

表 一、天然紅寶與合成紅寶內含物照片。

除了顯微鏡直接觀察內含物之外，也可用GemPen®協助，GemPen®的功能不僅可以分辨CVD合成鑽石，也可以用來分辨合成紅寶。以表 一的紅寶為例，合成紅寶的螢光反應與天然紅寶不同，合成紅寶在Filter 1到Filter 4下都有螢光，Filter 3螢光最弱，Filter 4螢光最強；天然紅寶在Filter 4下有螢光，Filter 1到Filter 3都沒有螢光(表 二)。

表 二、天然紅寶與合成紅寶在四個濾鏡下的螢光反應。

若GemPen®再搭配顯微鏡使用，便能清楚看到火焰法合成紅寶的弧型生長紋。在一般顯微鏡下，弧型生長紋容易受到觀察方向、拋光紋和刻面稜角的影響，不容易觀察，但在Filter 1下，弧型生長紋能避開刻面顯現出來(圖 四)。

圖 四、(A)在顯微鏡下弧型生長紋受到觀察方向、拋光紋和刻面稜角的影響，不容易觀察。(B)使用GemPen®照射，可以直接看到弧型生長紋。

總結以上資訊，GemPen®不只能靠螢光分辨天然與合成紅寶，也能搭配顯微鏡，更進一步觀察紋理，是方便的鑑定工具。但任何儀器都有他的極限，目前經過測試，GemPen®在紅寶的應用只能分辨合成紅寶，對熱處理紅寶還沒獲得有效的實驗結果。