紅寶石是剛玉家族中最受歡迎的寶石之一，主要成分為三氧化二鋁 (Al₂O₃) 。當剛玉中含有微量鉻 Cr³⁺ 時，就可能呈現紅色，形成我們熟悉的紅寶石。尤其產自緬甸，帶有艷麗的鴿血紅色的高品質紅寶石更是價格不斐!
不過，紅寶石的鑑定從來不只是看顏色。尤其是高品質紅寶石，天然與合成之間有時外觀看起來非常接近，甚至在顯微鏡下也可能出現容易誤判的內含物特徵。這次要介紹的是一件助熔劑法合成紅寶石 (flux-grown synthetic ruby)。助熔劑法是利用高溫下的助熔劑作為晶體生長介質，讓紅寶石晶體在相對緩慢的條件下成長。和焰熔法合成紅寶石不同，助熔劑法合成紅寶石的生長速度較慢，因此有時可以形成相當自然的外觀，也可能出現與天然寶石內含物相似的顯微特徵。這也是為什麼助熔劑法合成紅寶石在寶石鑑定上特別需要小心。
然而，今天一個客戶送來一串非常漂亮又華麗的紅寶石手鍊。是人家轉售的。客戶說他用放大鏡看過裡面有天然的癒合狀包裹體，確認是緬甸鴿血紅的高等級紅寶石才購買的(因為許多人的印象中合成紅寶石通常非常乾淨，常見幾乎沒有什麼包裹體特徵)。在這件手鍊樣品中，每一顆艷麗的鴿血紅色而且在長波(365 nm)紫外燈下帶有強烈的紅色螢光。顯微鏡下可以看到每一顆的確是都有面紗狀包裹體。這些包裹體呈現細緻、薄膜狀、網狀分布，局部甚至形成類似蜂巢狀的紋理。類似特徵也可在 Lotus Gemology 的公開 inclusion 資料庫中看到。乍看之下，這類面紗狀、網狀、蜂巢狀包裹體，很容易讓人聯想到天然紅寶石中的癒合裂隙包裹體，也就是常說的 fingerprint inclusion (常稱為指紋狀包裹體或癒合裂隙包裹體)，常見於天然剛玉寶石中，是裂隙在地質環境中癒合後，留下流體包裹體或微小空腔所形成的紋理。
這件樣品的關鍵線索之一，就是在樣本上每一顆紅寶石的 EDXRF 元素分析結果中 鎵元素 (Ga) 全部都未檢出。EDXRF (energy-dispersive X-ray fluorescence spectroscopy) 是能量色散型 X 光螢光光譜分析，是一種寶石實驗室常用於寶石元素分析的非破壞性檢測方法。對剛玉類寶石而言，除了主要元素 Al 之外，Cr、Fe、Ti、V、Ga 等微量元素都具有重要參考價值。其中，Ga是判斷天然與合成剛玉時常被注意的微量元素之一。許多天然剛玉在地質形成過程中，可能含有一定程度的 Ga；而部分合成剛玉，尤其使用高純度原料生長者，Ga 含量可能極低，甚至低於儀器檢出極限。因此，當一件紅寶石樣品在 EDXRF 中顯示 Ga 未檢出時，這是一個值得注意的警訊。
如果同時搭配顯微鏡下可疑的面紗狀、蜂巢狀助熔劑包裹體，以及其他合成生長特徵，就能成為支持助熔劑法合成紅寶石判斷的重要輔助依據。況且這串紅寶石手鍊每一顆都Ga都未檢出。同時鐵 (Fe) 含量都在20-40 ppm的範圍左右。由於不同廠牌的 EDXRF的檢量線演算法會略有差異，根據透過島津 EDX-7100的EDXRF 累積過往的檢測數據，加上緬甸經典紅寶石，尤其是 Mogok (抹谷)與 Mong Hsu (孟速)等來源，主要屬於大理岩型或與大理岩相關的紅寶石礦床，因此 Fe 含量通常偏低 (GIA 的紅寶石產地研究也把 Burmese stones from Mogok and Mong Hsu 歸在 marble-hosted rubies 的脈絡中討論；Mogok 的紅寶石也常被描述為產於 ruby-bearing marbles，也就是含紅寶石大理岩 (Harlow et al., 2006, Palke et al., 2019) )。以本實驗室的大量累積數據顯示 Ga 範圍大約在150-200 ppm 左右，Fe 的含量範圍大約在50-200 ppm (某些極端數值達400 ppm 或再高一點) (由於EDXRF本身就是半定量，不同實驗室的不同廠牌與型號與檢量線法會略有不同。)
綜合顯微特徵與元素分析結果，支持此樣品為助熔劑法合成紅寶石。寶石鑑定不能只靠單一特徵下結論。例如，看到指紋狀包裹體，不一定代表天然；看到 Ga 未檢出，也不一定單獨代表合成。真正可靠的判斷，是把顯微鏡觀察、元素分析、光譜特徵與寶石學基本性質一起整合。助熔劑法合成紅寶石之所以容易造成誤判，就是因為它不像某些快速生長的合成紅寶石那樣，一眼就能看到明顯彎曲生長紋或氣泡。它的內含物有時更接近天然寶石的視覺印象，尤其當面紗狀包裹體呈現蜂巢狀或網狀時，更容易讓人聯想到天然癒合裂隙。
但在寶石鑑定中，「像」不等於「是」。
天然紅寶石的 fingerprint inclusion 是地質作用下裂隙癒合的結果；助熔劑法合成紅寶石中的面紗狀或蜂巢狀包裹體，則可能與人工生長過程中的助熔劑殘留、生長界面或冷卻過程有關。兩者外觀可能相似，但成因不同，鑑定意義也完全不同。所以，面對這類紅寶石時，最重要的不是急著把某一個包裹體套用到熟悉的分類，而是要先思考：
1. 這個包裹體的分布是否自然？
2. 是否與天然癒合裂隙一致？
3. 是否可能是助熔劑殘留？
4. 元素分析是否支持天然來源？
5. Ga、Fe、Ti、Cr、V 等微量元素組合是否合理？
6. 整體證據是否互相一致？
這才是寶石學真正有趣，但也是真正困難的地方。
參考文獻:
Harlow, G. E., Pamukcu, A., & Saw Naung, U. (2006). Mineral Assemblages and the Origin of Ruby in the Mogok Stone Tract, Myanmar. Gems & Gemology, 42(3).
Palke, A. C., Saeseaw, S., Renfro, N. D., & McClure, S. F. (2019). GEOGRAPHIC ORIGIN DETERMINATION OF RUBY. Gems & Gemology, 55(4).