求可见光中红橙黄绿青蓝紫中RGB所占的成分比例

　　第二章 色彩的物理理论

　　第二节： 色彩的混合

　　一 色光加色法

　　（一）、色光三原色的确定

　　三原色的本质是三原色具有独立性，三原色中任何一色都不能用其余两种色彩合成。另外，三原色具有最大的混合色域，其它色彩可由三原色按一定的比例混合出来，并且混合后得到的颜色数目最多。

　　在色彩感觉形成的过程中，光源色与光源、眼睛和大脑三个要素有关，因此对于色光三原色的选择，涉及到光源的波长及能量、人眼的光谱响应区间等因素。

　　从能量的观点来看，色光混合是亮度的叠加，混合后的色光必然要亮于混合前的各个色光，只有明亮度低的色光作为原色才能混合出数目比较多的色彩，否则，用明亮度高的色光作为原色，其相加则更亮，这样就永远不能混合出那些明亮度低的色光。同时，三原色应具有独立性，三原色不能集中在可见光光谱的某一段区域内，否则，不仅不能混合出其它区域的色光，而且所选的原色也可能由其它两色混合得到，失去其独立性，而不是真正的原色。

　　在白光的色散试验中，我们可以观察到红、绿、蓝三色比较均匀地分布在整个可见光谱上，而且占据较宽的区域。如果适当地转动三棱镜，使光谱有宽变窄，就会发现：其中色光所占据的区域有所改变。在变窄的光谱上，红（R）、绿（G）、蓝（B）三色

　　光的颜色最显著，其余色光颜色逐渐减退，有的差不多已消失。得到的这三种色光的波长范围分别为：R（600~700nm），G（500~570nm），B（400~470nm）。在色彩学中，一般将整个可见光谱分成蓝光区，绿光区和红光区进行研究。

　　当用红光、绿光、蓝光三色光进行混合时，可分别得到黄光、青光和品红光。品红光是光谱上没有的，我们称之为谱外色。如果我们将此三色光等比例混合，可得到白光；而将此三色光以不同比例混合，就可得到多种不同色光。

　　从人的视觉生理特性来看，人眼的视网膜上有三种感色视锥细胞--感红细胞、感绿细胞、感蓝细胞，这三种细胞分别对红光、绿光、蓝光敏感。当其中一种感色细胞受到较强的刺激，就会引起该感色细胞的兴奋，则产生该色彩的感觉。人眼的三种感色细胞，具有合色的能力。当一复色光刺激人眼时，人眼感色细胞可将其分解为红、绿、蓝三种单色光，然后混合成一种颜色。正是由于这种合色能力，我们才能识别除红、绿、蓝三色之外的更大范围的颜色。

　　综上所述，我们可以确定：色光中存在三种最基本的色光，它们的颜色分别为红色、绿色和蓝色。这三种色光既是白光分解后得到的主要色光，又是混合色光的主要成分，并且能与人眼视网膜细胞的光谱响应区间相匹配，符合人眼的视觉生理效应。这三种色光以不同比例混合，几乎可以得到自然界中的一切色光，混合色域最大；而且这三种色光具有独立性，其中一种原色不能由另外的原色光混合而成，由此，我们称红、绿、蓝为色光三原色。为了统一认识，1931年国际照明委员会（CIE）规定了三原色的波长λR=7000nm,λG=5461nm,λB=4358nm。在色彩学研究中，为了便于定性分析，常将白光看成是由红、绿、蓝三原色等量相加而合成的。

　　（二）色光加色法

　　由两种或两种以上的色光相混合时，会同时或者在极短的时间内连续刺激人的视觉器官，使人产生一种新的色彩感觉。我们称这种色光混合为加色混合。这种由两种以上色光相混合，呈现另一种色光的方法，称为色光加色法。

　　国际照明委员会（CIE）进行颜色匹配试验表明：当红、绿、蓝三原色的亮度比例为10000：45907：00601时，就能匹配出中性色的等能白光，尽管这时三原色的亮度值并不相等，但CIE却把每一原色的亮度值作为一个单位看待，所以色光加色法中红、绿、蓝三原色光等比例混合得到白光。其表达式为（R）+（G）+（B）=（W）。红光和绿光等比例混合得到黄光，即（R）+（G）=（Y）；红光和蓝光等比例混合得到品红光，即（R）+（B）=（M）；绿光和蓝光等比例混合得到青光，即（B）+（G）=（C），如图2-7所示。如果不等比例混合，则会得到更加丰富的混合效果，如：黄绿、蓝紫、青蓝等。

　　图2-7加色混色图

　　从色光混合的能量角度分析，色光加色法的混色方程为：

　　式中：C为混合色光总量；（R）、（G）、（B）为三原色的单位量；a、b、g为三原色分量系数。此混色方程十分明确地表达了复色光中的三原色成分。

　　从人眼对色光物理刺激的生理反应角度分析，色光加色混合的数学形式为：

　　式中：C 为混合色觉；为光谱三刺激值 。

　　自然界和现实生活中，存在很多色光混合加色现象。例如太阳初升或将落时，一部分色光被较厚的大气层反射到太空中，一部分色光穿透大气层到地面，由于云层厚度及位置不同，人们有时可以看到透射的色光，有时可以看到部分透射和反射的混合色光，使天空出现了丰富的色彩变化。

　　（三）加色法实质

　　加色法是色光与色光混合生成新色光的呈色方法。参加混合的每一种色光都具有一定的能量，这些具有不同能量的色光混合时，可以导致混合色光能量的变化。

　　色光直接混合时产生新色光的能量是参加混合的各色光的能量之和。如图2-8所示，照射面积相同的两种色光--红光与绿光混合，混合后的面积依然与混合前单色光的面积相同，但光的能量却增大了，所以导致了混合后色光亮度的增加。

　　（四）加色混合种类

　　色光混合的实现方法主要分为两类：一类是视觉器官外的混合，另一类是视觉器官内的混合。

　　1、视觉器官外的加色混合

　　视觉器官外的加色混合是指色光在进入人眼之前就已经混合成新的色光。色光的直接匹配就是视觉器官外的加色混合。光谱上各种单色光形成白光，是最典型的视觉器官外的加色混合这种加色混合的特点是：在进入人眼之前各色光的能量就已经叠加在一起，混合色光中的各原色光对人眼的刺激是同时开始的，是色光的同时混合。

　　2、视觉器官内的加色混合

　　视觉器官内的加色混合是指参加混合的各单色光，分别刺激人眼的三种感色细胞，使人产生新的综合色彩感觉，它包括静态混合与动态混合。

　　（1）静态混合

　　静态混合是指各种颜色处于静态时，反射的色光同时刺激人眼而产生的混合，如细小色点的并列与各单色细线的纵横交错，所形成的颜色混合，均属静态混合，各色反射光是同时刺激人眼的，也是色光的同时混合。细小色点并列的加色混合如图2-9 a及彩图2-9 b所示。

　　由于视锐度所限，人们不能将相隔太近，且面积又很小的色点或色线分辨开来，而将它们视为一种混合色。图2-9a是**点与青色点并列时的放大图，**与青色的反射光同时刺激人眼的感色细胞，使人产生的色彩感觉既不是单纯的**，也不是单纯的青色，而是青色与**的混合色--绿色，这是由于色点相距太近，人眼的感色细胞无法区分开，从而产生了综合色觉。

　　图2-9 a色光的静态混合 彩图2-9 b 空混构成

　　（2）动态混合

　　动态混合是指各种颜色处于动态时，反射的色光在人眼中的混合，如彩色转盘的快速转动，各种色块的反射光不是同时在人眼中出现，而是一种色光消失，另一种色光出现，先后交替刺激人眼的感色细胞，由于人眼的视觉暂留现象，使人产生混合色觉。

　　人眼之所以能够看清一个物体，乃是由于该物体在光的照射下，物体所反射或透射的光进入人眼，刺激了视神经，引起了视觉反应。当这个物体从眼前移开，对人眼的刺激作用消失时，该物体的形状和颜色不会随着物体移开而立即消失，它在人眼还可以作一个短暂停留，时间大约为1/10秒。物体形状及颜色在人眼中这个短暂时间的停留，就称为视觉暂留现象。正因为有了这种视觉暂留现象，人们才能欣赏到**、电视的连续画面。视觉暂留现象是视错觉的一种表现。

　　人眼的视觉暂留现象是色光动态混合呈色的生理基础，如图2-10所示的彩色转盘。

　　在转盘上以1：1的比例间隔均匀地涂上红、绿两种颜色。快速转动转盘，可以看到转盘上已不再是红、绿两种颜色，而是一个**。这是因为：当转盘快速转动时，如果红色反射光进入人眼，就会刺激感红细胞。当红色转过，绿色反射光进入人眼，就刺激了感绿细胞。此时，感红细胞所受刺激并没有消失，它继续停留1/10秒地时间。在这个瞬间，感红细胞与感绿细胞同时兴奋，就产生了综合的**感觉。彩色转盘转动地越快，这种混合就越彻底。

　　动态混合是由参加混合的色光先后交替连续刺激人眼，因此又称为色光的先后混合。

　　图2-10 色光动态混合

　　通常情况下，人眼可以正确地观察及判断外界事物的状态，如大小、形状、颜色等，但如果商品包装的颜色分布太杂，颜色面积太小或多种颜色的交替速度过快，人眼的分辨能力则受到影响，就会使所观察到的颜色与实际有所差别。

　　（五）色光混合规律

　　1、色光连续变化规律

　　由两种色光组成的混合色中，如果一种色光连续变化，混合色的外貌也连续变化。可以通过色光的不等量混合实验观察到这种混合色的连续变化。红光与绿光混合形成黄光，若绿光不变，改变红光的强度使其逐渐减弱，可以看到混合色由黄变绿的各种过渡色彩，反之，若红光不变，改变绿光的强度使其逐渐减弱，可以看到混合色由黄变红的各种过渡色彩。

　　2、补色律

　　在色光混合实验中可以看到：三原色光等量混合，可以得到白光。如果先将红光与绿光混合得到黄光，黄光再与蓝光混合，也可以得到白光。白光还可以由另外一些色光混合得到。如果两种色光混合后得到白光，这两种色光称为互补色光，这两种颜色称为补色。

　　补色混合具有以下规律：每一个色光都有一个相应的补色光，某一色光与其补色光以适当比例混合，便产生白光，最基本的互补色有三对：红-青，绿-品红，蓝-黄。

　　补色的一个重要性质：一种色光照射到其补色的物体上，则被吸收。如用蓝光照射**物体，则呈现黑色。如图2-11 所示。

　　图2-11 物体对补色光的吸收

　　利用这个道理，我们可以用某一色光的补色控制这一色光。如果控制绿色，可以通过调节品红颜料层的浓度来控制其反射（透射）率，以达到合适的强度。

　　3、中间色律

　　中间色律的主要内容是：任何两种非补色光混合，便产生中间色。其颜色取决于两种色光的相对能量，其鲜艳程度取决于二者在色相顺序上的远近。

　　任何两种非补色光混合，便产生中间色最典型的实例是三原色光两两等比例混合，可以得到它们的中间色：(R) + (G)= ( Y)；(G) + (B)= ( C)；(R)+ (B)= ( M)。其它非补色混合，都可以产生中间色。颜色环上的橙红光与青绿光混合，产生的中间色的位置在橙红光与青绿光的连线上。其颜色由橙红光与青绿光的能量决定：若橙红光的强度大，则中间色偏橙，反之则偏青绿色。 其鲜艳程度由相混合的两色光在颜色环上的位置决定：此两色光距离愈近，产生的中间色愈靠近颜色环边线，就愈接近光谱色，因此，就愈鲜艳；反之，产生的中间色靠近中心白光，其鲜艳程度下降。

　　4、代替律

　　颜色外貌相同的光，不管它们的光谱成份是否一样在色光混合中都具有相同的效果。凡是在视觉上相同的颜色都是等效的。即相似色混合后仍相似。

　　如果颜色光A=B、 C=D，那么： A+C=B+D

　　色光混合的代替规律表明：只要在感觉上颜色是相似的便可以相互代替，所得的视觉效果是同样的。设A+B=C，如果没有直接色光B，而X+Y=B，那么根据代替律，可以由A+X+Y=C来实现C。由代替律产生的混合色光与原来的混合色光在视觉上具有相同的效果。

　　色光混合的代替律是非常重要的规律。根据代替律，可以利用色光相加的方法产生或代替各种所需要的色光。色光的代替律，更加明确了同色异谱色的应用意义。

　　5、亮度相加律

　　由几种色光混合组成的混合色的总亮度等于组成混合色的各种色光亮度的总和。这一定律叫作色光的亮度相加律。色光的亮度相加规律，体现了色光混合时的能量叠加关系，反映了色光加色法的实质。

　　以上五个规律是色光混合的基本规律。从这些规律中可以看出：以各种比例的三原色光相混合，可以产生自然界中的各种色彩。熟悉了色光混合的基本规律，就可以大体知道一个比较复杂的色光，是由那几个原色光组成的，或者几个比较单纯的色光混合起来，会形成什么样的色光。这对于我们在包装色彩的设计和彩色原稿的分析中，都有着十分重要的意义。

　　二 色料减色法

　　〈一〉 色料三原色

　　在光的照耀下，各种物体都具有不同的颜色。其中很多物体的颜色是经过色料的涂、染而具有的。凡是涂染后能够使无色的物体呈色、有色物体改变颜色的物质，均称为色料。色料可以是有机物质，也可以是无机物质。色料有染料与颜料之分。

　　色料和色光是截然不同的物质，但是它们都具有众多的颜色。在色光中，确定了红、绿、蓝三色光为最基本的原色光。在众多的色料中，是否也存在几种最基本的原色料，它们不能由其它色料混合而成，却能调制出其它各种色料？通过色料混合实验，人们发现：采用与色光三原色相同的红、绿、蓝三种色料混合，其混色色域范围不如色光混合那样宽广。红、绿、蓝任意两种色料等量混合，均能吸收绝大部分的辐射光而呈现具有某种色彩倾向的深色或黑色。从能量观点来看，色料混合，光能量减少，混合后的颜色必然暗于混合前的颜色。因此，明度低的色料调配不出明亮的颜色，只有明度高的色料作为原色才能混合出数目较多的颜色，得到较大的色域。

　　从色料混合实验中，人们发现，能透过（或反射）光谱较宽波长范围的色料青、品红、黄三色，能匹配出更多的色彩。在此实验基础上，人们进一步明确：由青、品红、黄三色料以不同比例相混合，得到的色域最大，而这三色料本身，却不能用其余两种原色料混合而成。因此，我们称青、品红、黄三色为色料的三原色。

　　需要说明的是，在包装色彩设计和色彩复制中，有时会将色料三原色称为红、黄、蓝，而这里的红是指品红（洋红），而蓝是指青色（湖蓝）。

　　〈二〉 色料减色法及其实质

　　颜色是物体的化学结构所固有的光学特性。一切物体呈色都是通过对光的客观反映而实现的。所谓"减色"，是指加入一种原色色料就会减去入射光中的一种原色色光（补色光）。因此，在色料混合时，从复色光中减去一种或几种单色光，呈现另一种颜色的方法称为减色法。

　　a b

　　图2-12

　　我们以色光照射理想滤色片为例来说明。当一束白光照射品红滤色片的情况，如图2-12a所示。根据补色的性质，品红滤色片吸收了R、G、B三色中G，而将剩余R和B透射出来，从而呈现了品红色。图2-12b为青和品红二原色色料等比例叠加的情况，当白光照射青、品红滤色片时，青滤色片吸收了R，品红滤色片吸收了G，最后只剩下了B，也就是说，青色和品红色色料等比例混合呈现出蓝色，表达式为：（C）+（M）=（B）。同样，青、黄二原色色料等比例混合得到绿色，即（C）+（Y）=（G）；品红、黄二原色色料等量混合得到红色，即（M）+（Y）=（R）；而青、品红、黄三种原色色料等比例混合就得到黑色，即（C）+（M）+（Y）=（Bk）。三原色料等比例混合可由图2-13表示。

　　图2-13 减色混色图

　　青、品红、黄是色料中用来配制其它颜色的最基本的颜色，称之为原色或第一次色。间色是由两种原色料混合而得到的，称为第二次色。对于红色色料可以认为是**色料和品红色料的混合，即（R）=（M）+（Y）；同理，绿色色料有（G）=（C）+（Y）；蓝色色料有（B）=（C）+（M）。这样在对间色呈色原理进行分析时，色料的间色就可以用原色来表示。复色是由三种原色料混合而得到的颜色。

　　色料的呈色是由于色料选择性地吸收了入射光中的补色成分，而将剩余的色光反射或透射到人眼中。减色法的实质是色料对复色光中的某一单色光的选择性吸收，而使入射光的能量减弱。由于色光能量下降，使混合色的明度降低。

　　（三）色料混合变化规律

　　1、三种原色的混合

　　三种原色料等比例混合，可以得到黑色，即：

　　式中，表示色料混合后反射（透射）出的色光。

　　三种原色料不等量混合时，可以得到复色，其一般形式为：

　　式中：C减为混合色料；（Y）、（M）、（C）为色料三原色的单位量；a、b、g为三原色料份量系数。

　　通过混色方程，可以了解各种混合色中三原色料的比例关系，为正确调制颜料提供依据。

　　2、原色与间色混合

　　（1）互补色料

　　三原色料等比例混合可以得到黑色，即：（Y）+（M）+（C）=（Bk）。若先将**与品红色混合得到其间色红色，然后再与青色混合，上式可以写成：（R）+（C）=（Bk）。

　　象这样两种色料相混合成为黑色，我们称这两种色料为互补色料，这两种颜色称为互补色。其意义在于给青色补充一个红色可以得到黑色；反之，给红色补充一个青色亦成为黑色。除了红、青两色是一对互补色外，在色料中，品红与绿，黄与蓝也各是一对互补色。

　　由于三原色比例的多种变化，构成补色关系的颜色有很多并不仅限于以上几对，只要两种色料混合后形成黑色，就是一对互补色料。任何色料都有其对应的补色料。

　　色料混合中，补色的应用是十分广泛的。如在绘画中，画面上某处色彩需要加暗时，并不一定要使用黑色，只要在该处涂以原色彩的补色即可。彩色印刷过程中，调用专用墨色时，应特别注意补色的使用。当调用较鲜艳的浅色时，如不恰当地加入了补色，则会使墨色变得灰暗。

　　（2） 间色与其非互补色的原色混合

　　间色与其互补色色料混合呈现黑色，而间色与非互补色的原色色料混合呈色现象则较为复杂。为了更好地解释这一现象，假设1个单位厚度的原色色料能将1个单位的补色光完全吸收。以理想的红滤色片和黄滤色片叠合为例，当1个单位的白光入射时，呈色过程如图2-14所示，表达式如下：

　　① 1个单位厚的红滤色片和1个单位厚的黄滤色片叠合：

　　{（Y）+（M）}+（Y）=2（Y）+（M）T（R） 红色

　　② 1/2个单位厚的红滤色片和1/2个单位厚的黄滤色片叠合：

　　{1/2（Y）+1/2（M）}+1/2（Y）=（Y）+1/2（M）T1/2（R）+1/2（Y） 红黄

　　③ 1/4个单位厚的红滤色片和1/4个单位厚的黄滤色片叠合：

　　{1/4（Y）+1/4（M）}+1/4（Y）=1/2（Y）+1/4（M）T1/4（R）+1/4（Y）+1/2（W）淡红黄

　　间色与非互补色的原色混合，随着浓度的不同，不仅明度和饱和度发生变化，而且色相也产生了变化。混合色料浓度（厚度）大时，呈现出间色的色相；当浓度减小时，变为间色和原色的混合色相。

　　（3）间色与间色混合

　　两种间色色料混合，随着色料的浓度的不同，呈现的色彩出现了很大的变化。将理想红滤色片和绿滤色片叠合在一起，当1个单位的白光入射时，随着滤色片厚度的变化，会呈现出不同的颜色。呈色过程如图2-15所示，表达式如下：

　　① 1个单位的红滤色片和1个单位的绿滤色片叠合：

　　{（Y）+（M）}+{（Y）+（C）}=2（Y）+（M）+（C）（BK） 黑色

　　② 1/2个单位厚的红滤色片和1/2个单位厚的绿滤色片叠合：

　　{1/2(Y)+1/2(M)}+{1/2(Y)+1/2(C)}=(Y)+1/2(M)+1/2(C)1/2（Y） **

　　③ 1/4个单位厚的红滤色片和1/4个单位厚的绿滤色片叠合：

　　{1/4（Y）+1/4(M)}+{1/4(Y)+1/4(C)}=1/2(Y)+1/4(M)+1/4(C)1/4（Y）+1/2（W） 淡**

　　间色色料混合颜色较深，当色料浓度（厚度）较大时呈现黑色，饱和度为0，随着浓度（厚度）的减小，逐渐呈现出色彩、明度变大，饱和度迅速增加，达到一定程度后逐渐减小。

　　这种间色混合现象，常出现于光源亮度改变的情况下，对于某一间色混合色样（颜料层厚度不变），当照明光源的亮度改变时，同样会出现色相、明度和饱和度的变化，这对印刷色彩的再现及包装色彩的设计具有一定的指导意义。

　　以上是复色的几种基本混合方法。此外还有原色与复色、间色与复色、原色与黑色的混合方法，均可以得到新的复色。无论那种混合方法，实质上都是三原色料等比例或不等比例的混合。由此，可以进一步证明：三原色料可以混合出现各种颜色，这是绘画或印刷中，用少数几种色料调制出各种色彩的理论依据。

　　三 加色法与减色法的关系

　　加色法与减色法都是针对色光而言，加色法指的是色光相加，减色法指的是色光被减弱。

　　加色法与减色法又是迥然不同的两种呈色方法。加色法是色光混合呈色的方法。色光混合后，不仅色彩与参加混合的各色光不同，同时亮度也增加了；减色法是色料混合呈色的方法。色料混合后，不仅形成新的颜色，同时亮度也降低了。加色法是两种以上的色光同时刺激人的视神经而引起的色效应；而减色法是指从白光或其它复色光中减某些色光而得到另一种色光刺激的色效应。从互补关系来看，有三对互补色： R-C；G-M；B-Y。在色光加色法中，互补色相加得到白色；在色料减色法中，互补色相加得到黑色。

　　色光三原色是红（R）、绿（G）、蓝（B），色料三原色是青（C）、品红（M）、黄（Y）。人眼看到的永远是色光，色料三原色的确定与三原色光有着必然的联系。在对人眼的视觉研究中表明，视网膜上的中央窝内，有三种感色细胞，即感红、感绿、感蓝视锥细胞。自然界的各种色彩，可以认为是这三种视锥细胞受到不同刺激所产生的反映，因此，我们只要有效地控制进入人眼的三原色光的刺激量，也就相对控制了自然界各种物质的表面颜色。在色光相加混合中，通过红、绿、蓝三原色光能混合出较多的颜色，有最大的色域，为此我们选择青色来控制红光，青色是红色的补色它能最有效地控制（吸收）红光；同理，选择绿色的补色品红来控制绿光；选择蓝色的补色**来控制蓝光。因为青、品红、黄通过改变自身的厚度（或浓度），能够很容易的改变对红、绿、蓝三原色光的吸收量，以完成控制进入人眼的三原色光的数量。

　　利用青、品红、黄对反射光进行控制，实际上是利用它们从照明光源的光谱中选择性吸收某些光谱的颜色，以剩余光谱色光完成相加混色作用，同时也是对色光三原色红、绿、蓝的选择和认定。色光三原色红、绿、蓝和色料三原色青、品红、黄是统一的，具有共同的本质，是一个事物的两个方面。它们都能得到较大的色域是必然的，因为照射到人眼的是色光。

　　色光加色法与色料减色法的联系与区别，见表2-3。

　　四、设计软件中三原色的明度关系

　　在CorelDRAW 90（或Photoshop）中，我们给出RGB值便可观察到Lab值（图2-16），结果见表2-4。

　　图2-16**的心理明度 图2-17色相环中色彩的明度

　　从表2-4 心理明度L值的大小可以看出在设计软件中色彩的明度顺序是：白、黄、青、绿、品红、红、蓝、黑。RGB模式为加色法模式，色光混合亮度增加，RGB的值相加数值越大色彩越明亮。CMY模式为减色法模式，色料混合光能量减小，CMY的值相加数值越大色彩越深暗。

　　从组成的六色色相环（图2-17）中可以看出，加色法模式中，红、绿、蓝为色光三原色明亮度较低，混合后明亮度增大，得到明亮度相对较高的黄光、青光和品红光；减色法模式中，青、品红、黄为色料的三原色明度较高，混合后光能量减小，得到明度相对较低的红色、绿色和蓝色。在六色色相环中，红、绿、蓝在其区域内明度最低，青、品红、黄在其区域内明度最高。

　　不知道对你有没有帮助额

茶叶的滋味是由鲜叶之中的一些呈味物质经过一定的加工工艺适度转化，并且经过冲泡之后溶于茶汤而形成的。鲜叶中的呈味物质主要有多酚类、氨基酸、可溶性糖和咖啡碱等等，经过不同的制作工艺可形成各不相同的滋味特征。 红茶由于在制造的过程中多酚类物质大量氧化，形成茶黄素、茶红素、茶褐素等氧化产物。其中茶黄素是茶汤刺激性和鲜爽度的决定成分。茶黄素含量高，则茶汤刺激性强。茶红素是茶汤红浓度和醇度的主体物质，当茶黄素和茶红素含量高且比例适当的时候，茶汤的滋味浓而鲜爽，而且富含刺激性，是红茶品质好的表现。红茶在加工过程中发生了以茶多酚酶促氧化为中心的化学反应，鲜叶中的化学成分变化较大，茶多酚减少90%以上，产生了茶黄素、茶红素等新成分。香气物质比鲜叶明显增加。所以红茶具有红茶、红汤、红叶和香甜味醇的特征。红茶汤色要求红艳明亮。红茶汤色由各种水溶性有色物质组成。主要的呈色成分是多酚类的氧化产物，尤其是儿茶素类的氧化产物——茶黄素、茶红素、茶褐素，它们的含量高低与配比，决定着红茶汤色的质量。茶叶中的呈味成分非常复杂，种类、含量及比例的变化，都会深深的影响和改变着茶汤的滋味，何况还有树种、环境、工艺、保存、冲泡用水、冲泡方式方式、不同茶器具等等因素。因为，可以说茶的滋味千变万化，你永远不可能喝到同一泡茶或同一种口感的茶汤。

陈庆汉　黄晋蓉

第一作者简介：陈庆汉，中宝协人工宝石专业委员会第一、二届委员，第三届高级顾问，西南技术物理研究所研究员。

一、引言

祖母绿，俗称绿宝石，是绿柱石类宝石家族中最珍贵的一员，也是国际上最珍贵宝石的一种。自古以来，祖母绿和钻石、红宝石、蓝宝石、金绿宝石就一起被誉为世界五大名贵宝石。由于自然界中产出稀少，优质祖母绿的价格可与优质钻石相比，价格昂贵。祖母绿美丽而独特的绿色，极为诱人，令人陶醉，是任何其他绿色宝石所无法比拟的，所以有“绿色宝石之王”的美称。

正因为如此，人们千方百计地进行人造祖母绿生长技术的研究。到现在为止，出现了合成祖母绿和仿造祖母绿两大系列。这二者的区分在于：

合成祖母绿——用人工方法生长出与天然祖母绿具有相同化学成分、相同物理和化学性质、相同晶体结构，甚至含有相似包裹体形态的人工合成祖母绿。主要生长方法有助溶剂法和水热法。

仿祖母绿——用人工方法生长出与天然祖母绿的化学成分、晶体结构不同，但在颜色和其他外观特征上非常接近人工合成祖母绿，乃至非常接近天然祖母绿。主要生长方法是提拉法。

在国际珠宝市场上销售着各种各样的天然宝石的仿制品，其中包括天然祖母绿宝石的仿制品。但是天然宝石，特别是天然祖母绿宝石的颜色是很难模拟或仿制的。

要想把晶体结构及化学成分与祖母绿完全不一样的晶体变成外观特征与天然祖母绿非常相像，首先要了解天然祖母绿呈现翠绿色的成因，然后设法满足呈现翠绿色的条件，才能出现翠绿色的效果。

本文目的是评价绿色YAG人造宝石对天然祖母绿宝石的模拟效果及其生长方法。

二、祖母绿宝石的呈色机理

祖母绿是绿柱石矿物大家族中的一员，属六方晶系，外形通常呈现长的六方柱。纯净的、不含杂质的绿柱石是无色的，当含有杂质元素时就可能致色。例如，已知绿柱石含铯时呈粉红色，称为铯柱石；含铁时呈蓝色，称为海蓝宝石；含铬时呈绿色，称为祖母绿。所以，祖母绿的翠绿色主要是由于绿柱石含铬离子致色的结果。

祖母绿的主要化学成分是Be3Al2Si6O18，同时还含有铬、钒、铁、镍等微量元素。祖母绿的绿色主要是所含过渡金属铬离子（Cr3+）的晶体场分裂效应所引起的，其他过渡金属微量元素的存在则会影响其绿色色调，可使其从黄绿到蓝绿变化。其中，深绿色的祖母绿氧化铬含量可达05%～06%，浅绿色的祖母绿氧化铬含量015%～02%。

祖母绿的晶体学特征是：六方晶系，外形呈六方柱状。透明－半透明；玻璃光泽；摩氏硬度75～8；韧性度低，仅55，性脆；密度267～278g/cm3（密度大小与晶体中铬等元素含量有关，颜色越深密度越大，深绿色祖母绿密度可达278 g/cm3）。祖母绿为一轴负晶，折射率在1564～1602之间；紫外荧光：一般无荧光，少数呈红色；查尔斯滤色镜下，绝大多数祖母绿呈粉红到红色，少数含铁祖母绿为绿色，哥伦比亚祖母绿呈暗红色；祖母绿的颜色主要决定于铬元素含量。然而透明度却取决于氧化铁含量，含氧化铁越少越透明，铁含量超过06%时，绿色就会变暗。

绿柱石的化学分子式是 Be3Al2Si6O18，其结构主要由环状的（Si6O18）组成，一个Si4＋与四个O2－构成一个硅－氧四面体，两个硅－氧四面体共顶角，如图1所示。环状的（Si6O18）层状堆积并形成孔道，这些堆积通过铝和铍原子保持在一起，如图2所示。

图1 绿柱石中环状硅氧四面体骨架

（据http://wwwcrystalstarorg/study/Show ArticleaspArticle ID=102（2006-05-21）

图2 绿柱石中环状硅氧四面体层状堆积形成孔道

（据http://wwwcrystalstarorg/Photo/ShowPhotoaspPhoto ID=78（2005-08-31）

绿柱石晶体中离子排列结构如图3所示，其中Si4＋（红灰色较大圆球）与O2－（红球）形成硅－氧四体面，呈图1所示环状排列，并层状堆积形成孔道（如图2），Al3＋（暗灰色圆球）和Be2＋（绿球）将硅－氧四面体的O2－（红色小球）联结起来，其中Al3＋与O2－形成铝－氧八面体。

图3 不同视角的绿柱石晶体中离子结构示意图

（据http://databaseiemacru/mincryst/scartaphpBERYL＋456（2005-09-20）

在祖母绿，即含Cr3＋的绿柱石中，Cr3＋在绿柱石晶体中替换Al3＋离子，处于氧八面体格位中心位置。由于氧八面体晶体场的作用，自由Cr3＋离子的简并d轨道能级分裂为4A2（基态），4T1,4T2,2E，……由此形成能级图和相应的吸收光谱，荧光光谱如图4所示。

图4 处于畸变的八面体配位场中的Cr3＋离子谱项图（a），在祖母绿宝石中的能级与跃迁（b），祖母绿宝石的吸收光谱与荧光（c）

（据拿骚，1991）

当光线射到晶体上时，晶体吸收光能使处于基态的电子激发到高能级，此时电子处于不稳定状态，由于电子有回跳到低能级的稳定态及基态的本能，所以电子放出能量（热能或光能）回跳，若吸收的能量恰好是可见光中红橙黄绿青蓝紫色中某一相当的能量时，就能见到相应的互补颜色。从图5中可见，含Cr3＋绿柱石即祖母绿晶体会吸收红光和紫光，透过500nm处带宽较窄的绿光，因此，祖母绿呈现纯正鲜艳的翠绿色。而以光形式发射的能量则是暗红色的荧光。

图5 美国宝石学院编号为4164＃的天然祖母绿宝石（7151克拉）的吸收光谱

（据陈庆汉等，1999）

祖母绿吸收光谱的特征是：

1）只存在宽吸收带，不存在窄吸收线。

2）峰值在430nm和600nm的两个宽吸收带强度比较接近。

所以，我们可以说，铬－氧八面体基团是祖母绿宝石的呈色基团，其基本特征见图6。

图6 祖母绿宝石晶体中的“绿色”呈色基团

（铬－氧距离约194Å

1Å＝10-10m。

（据http://wwwdatabaseiemacru/mincryst/scartaphpBERYL+456（2005-09-20））

三、仿宝石的基本原理

决定宝石外观效果的4种主要物性指标是：颜色、折射率、色散和硬度，但对于不同品种的宝石，其重要性程度的顺序会稍有不同。

具体对祖母绿宝石这类深色宝石来说，因为颜色是祖母绿的最重要外观特征，而折射率和色散对深色宝石外观效果的影响通常会因宝石颜色深而相对减弱，所以对于祖母绿宝石而言，这4项物性指标的相对重要性顺序应为：颜色、硬度、折射率和色散。

因此，要想使仿祖母绿宝石具有较好的仿真效果，主要需要考虑的是该宝石的颜色和硬度要与祖母绿接近。人们曾利用掺杂玻璃仿祖母绿宝石的颜色，但因玻璃硬度太低，摩氏硬度为55～60，而大气灰尘中的砂粒硬度已达65～70，所以很容易被空气中尘埃磨损而失去表面光泽，因而不被人们所接受。

仿制宝石的颜色，有两种技术途径可以采取。

1“同色异谱”调色方案

我们知道，不同互补色的混合都可以得到白色，如图7所示。同样，如图8所示，对于其他颜色（如“橙色”），也可以存在通过某种合适比例的“其他颜色”混合来得到的方案，即所谓“同色异谱”现象。据此，可以：①直接掺入具有所需橙色透过光谱的掺杂离子来得到橙色宝石晶体（图8a）；②选择两种掺杂剂，分别具有如图8b所示的红色透过光谱和蓝绿色透过光谱，可以得到所需的橙色宝石；③选择三种掺杂剂，分别具有图8c所示的红色、绿色和**透过光谱，也可以得到所需的橙色宝石。这种调色方案即为“同色异谱”方案，俗称“炒菜”式。具体来说，对于选定的颜色，在CIE（x,y）色度图上，通过该种颜色的代表点作一直线，相交于两种基本颜色上，然后不断通过实验调整两种颜色的比例，最后得到所需要的颜色。

图7 CIE（x,y）色度图

（据http://wwwcgannet/book/books/print/packcolor/link/5-4-2 html）

图8 橙色的几种“同色异谱”调色方案

（据拿骚，1991）

需要指出的是，采用这种方法调制得到的人造宝石颜色，通常只在实验规定的光照条件下与所模仿的天然宝石才有相同的颜色，当光照条件改变时，二者的颜色会出现某些差异。这是由于二者的吸收或透过光谱并不真正相同所引起的。

2光谱拟合调色方案

决定宝石颜色的主要是宝石晶体的吸收和荧光光谱。如果能够使仿宝石的吸收和荧光光谱与所仿的天然宝石光谱完全一致，那么很自然，这种仿宝石将会具有与天然宝石非常相似，甚至完全相同的颜色特征。所以，从光谱拟合出发，直接拟合所需研制天然宝石的（吸收和荧光）光谱，从而得到所需的宝石颜色，这是最理想的方法。这种方法的优点还在于，在不同的光照条件下（包括荧光下和滤色镜下），仿宝石与所仿天然宝石都将会具有相同或相近的颜色。但这样研制仿宝石的难度也会大得多。

四、仿祖母绿宝石材料的筛选

1仿祖母绿基质晶体的选择

我们从天然祖母绿呈色机理出发，对具有仿祖母绿可能性的基质晶体进行了系统的筛选。首先考虑可能具有与祖母绿相似“绿色”“呈色基团”的基质晶体：具有可含Cr离子的氧八面体配位体，且晶体场强度也与祖母绿宝石相近（中等大小）。这些晶体是与祖母绿宝石在呈色机理上属于最接近的一类，如表1所列。进一步再考虑到宝石材料硬度、生产成本、生长工艺成熟性等其他因素。我们最终从中筛选出最佳仿祖母绿宝石的基质晶体材料YAG。

表1 Cr3＋离子处于中等晶体场强度的氧八面体配位场中的基质晶体及有关参数比较

2YAG的晶体结构和Cr3＋:YAG晶体

YAG，即钇铝榴石（Yttrium Aluminium Gar-net）晶体，分子式Y3Al5O12，属于立方晶系，空间群Ia3d。如果按离子占据晶体中格位的不同，我们可以把钇铝榴石晶体结构看作是氧四面体、氧八面体和氧十二面体配位体的链接网（图9）。其中，Y3＋离子占据十二面体中心位置〔C〕上，Al3＋占据八面体中心位置〔A〕和四面体中心位置〔D〕。

在YAG晶体结构中存在的铝－氧八面体，与绿柱石晶体中的铝－氧八面体结构十分相似（Al-O距离约192A）。当铬离子掺入YAG晶体中时，它可以三价（Cr3+）价态进入氧八面体格位中替代阳离子Al3＋，而形成Cr-O八面体呈色基团。另外它还有多种其他晶格格位（四面体格位、十二面体格位）可供其他着色离子进入，从而便于进一步调节颜色。具体离子占位和价态情况与掺杂浓度和生长条件有关，情况比较复杂，可以通过实验进一步试验。

比较Cr:YAG和Cr:Be3Al2Si6O18（即祖母绿），可见二者在呈色离子及其所处晶体场环境方面具有很好的相似性。这种相似性就是YAG晶体可以作为仿祖母绿宝石基质的物理基础。我们首先生长了Cr:YAG宝石晶体，以初步了解Cr:YAG晶体和祖母绿作为宝石的异同之处。实验发现Cr:YAG宝石晶体在透射光中呈现为鲜艳的亮绿色，但这种人造宝石的绿色中，尚带有明显的**调，且宝石表面呈现鲜红色荧光，因此，它与天然祖母绿宝石的翠绿色仍有明显的不同，还需要进一步改进。

表2 Cr3＋在YAG与祖母绿宝石中的晶场和光谱特性比较

图9 钇铝榴石的晶体结构示意图

（据陆学善，1972）

3“祖母绿色”掺杂离子组合的选择

最终选定的基质晶体YAG是采用熔体提拉法生长的最常用的激光基质晶体材料，其熔点约为1970℃，摩氏硬度为85，密度为455 g/cm3，折射率183，色散为0028，无双折射。把Cr3＋离子加入YAG中时，Cr3＋离子在 YAG晶体结构中所处的晶体场对称性及强度与祖母绿中的情况相当接近，摩氏硬度也相近。但Cr:YAG晶体的颜色与祖母绿色还有一定差距。

首先，我们比较 Cr:YAG和Cr:Be3Al2Si6O18即祖母绿的吸收光谱，如表3和图10所示。我们发现二者在光谱的主要特征方面具有相似性（比较图5和图10）：

1）吸收谱类型：为宽吸收带状光谱；

2）主吸收带个数：两个；

3）主吸收带峰值位置：基本相同；

4）荧光谱线：一条，且位置相近（700nm与730nm，均为红光）。

表3 Cr:YAG宝石与祖母绿光谱的比较

但二者光谱也存在明显不同之处：

1）在祖母绿的吸收光谱中，600nm吸收带峰值强度与430nm吸收带峰值强度基本相同，比例接近1，（视祖母绿产地不同，略有变化）；而且可以看到一种趋势：600nm吸收带峰值稍强的祖母绿偏向蓝色调多些。在Cr:YAG晶体的吸收光谱中，600nm吸收带峰值强度明显低于430nm吸收带，因而Cr:YAG晶体偏于黄绿色。

图10 Cr:YAG晶体（Cr2O3质量分数为03%）的吸收光谱

2）红色荧光在Cr:YAG晶体中比较强，使晶体在反射光中呈现出明显的红色，在查尔斯滤色镜下红光也较强，因而明显区别于天然祖母绿在查尔斯滤色镜下的暗红色。这个荧光是Cr离子的R线荧光发射，因此与天然祖母绿相比，Cr:YAG晶体的R线荧光发射太强。

根据以上分析，为得到祖母绿颜色，我们必须改变Cr:YAG晶体光谱中吸收带的相对强度和荧光强度。但首先应保证改进实验在不改变Cr:YAG晶体带状光谱基本特征的前提下进行。

1）宝石中的主要着色离子大致可以分成两大类：过渡族金属离子着色剂和稀士离子着色剂。前者在宝石晶体中的吸收光谱以宽的带状光谱为主，后者吸收光谱呈现为线状光谱。前者与我们在祖母绿宝石中已知的着色离子均为过渡族金属离子是一致的，因此我们首先确定只采用以Cr3＋离子为主的过渡族金属离子多种掺杂剂组合，通过调整其相对掺杂量改变两个吸收峰值的相对强度比例。其优点是不会改变吸收谱的基本类型。

2）下步工作将着重于研究不同过渡族金属离子在YAG中形成的吸收光谱特点和对R线荧光发射强度的影响，并通过实验选择适当的组合，使（Cr,Re）:YAG的吸收谱和荧光谱接近天然祖母绿的吸收谱和荧光谱（Re为Cr以外的其他过渡族金属）。

具体地说，我们发现，掺入某些过渡族金属离子将有助于使两个主吸收带峰值相对强度逐步接近，使透过光的绿色更纯；进一步掺入另一些过渡金属离子将有助于减弱红色荧光的强度。其效果参见图11（与图5对比）和实物照片。

五、仿祖母绿YAG宝石的生长方法

仿祖母绿YAG宝石采用感应加热提拉法生长，生长装置示意图如图12所示。

表4 仿祖母绿YAG宝石与祖母绿光谱的分析比较

图11 仿祖母绿YAG宝石的吸收光谱

表5 仿祖母绿YAG宝石的色度坐标

图12 仿祖母绿YAG宝石生长装置示意图

1—宝石熔体；2—宝石籽晶；3生长出来的宝石晶体；4氧化锆保温罩；5铱金盖；6铱金坩埚；7氧化锆保温砂；8—感应圈

仿祖母绿YAG宝石生长工艺流程如图13所示。

生长工艺流程说明如下：

1）根据我们的专利，生长仿祖母绿 YAG宝石的原料有氧化铝、氧化钇、氧化铬、氧化铁、氧化钒、氧化钛等，原料纯度均为9999%以上。熔体组分按 Y3Al（5-x-y）CrxReyO12配制，其中 Re为Fe,Co,Ti或V等其他过渡族金属元素的一种或多种，且x=002～010,y=0001～010。

2）准确称量后配制好的原料需混匀压紧成块，并在马弗炉内1300℃温度下预烧结24h。然后放入坩埚中加热熔化拉制成单晶体，所用坩埚为铱金坩埚，尺寸为Φ80mm×80mm。

3）仿祖母绿YAG晶体的提拉法生长参数：晶转速度；10～30r/min；提拉速度：2～5mm/h；籽晶取向[111]；炉内生长气氛为高纯N：气。

4）生长出来的仿祖母绿YAG宝石晶体及加工好的宝石戒面如图16和图17所示。

图13 仿祖母绿YAG宝石生长工艺流程

图14 生长仿祖母绿宝石的拉晶炉

图15 生长仿祖母绿宝石的炉内生长装置

六、结束语

仿祖母绿宝石从1989年开始研制和试销改进，不断改进配方工艺，1996年9月25日，仿祖母绿宝石的生长技术在北京通过了专家鉴定，1997年8月27日“仿祖母绿宝石”被授予中国专利，专利号ZL951154931（陈庆汉等，1997）。

图16 “原生态”的仿祖母绿YAG宝石晶体

图17 加工后的仿祖母绿刻面宝石

仿祖母绿宝石曾通过多种渠道小批量销售，受到了国内外用户的欢迎。

这种新型仿祖母绿宝石经北京高德珠宝鉴定研究所和中国地质大学（北京）珠宝学院宝石鉴定研究所鉴定，结论如下：“其光性为均质体，无二色性，密度455g/cm3，折射率1833，摩氏硬度85，外观色为艳绿色，玻璃光泽，滤色镜下呈暗红色，其吸收光谱、弱荧光等与天然优质祖母绿极为相似，肉眼下难以区别，是很好的仿祖母绿材料。”

概括起来，我们研制的仿祖母绿宝石有如下特征：

1）以YAG为基质，只采用以Cr3＋为主的过渡族金属离子作着色剂，使产品在颜色、光泽、硬度及滤色镜下颜色等外观特征上，十分接近于天然祖母绿，其最佳配方的外观特征接近于世界上著名的哥伦比亚祖母绿。

2）不仅外观相似，而且与天然祖母绿（Cr致色）的吸收光谱和荧光也相似。

3）这种仿祖母绿宝石既可含有面纱状缺陷，也可没有缺陷。

目前，这种仿祖母绿YAG宝石的提拉法生产成本还比较高，进一步研发能降低生产成本的新工艺，将会有助于这种优质仿祖母绿宝石的市场推广。

参考文献及资料

陈庆汉，刘严，等 1999Two Green Gem Materials for Simulating Natural EmeraldISSC 68thAnnual Meeting,May 5-7,Vancouver,BC,Canada

陈庆汉，黄晋蓉 1997“仿祖母绿宝石”中国专利ZL951154931

陆学善编1972激光基质钇铝榴石的发展（第1版）北京：科学出版社

拿骚K著李士杰，张志三译1991颜色的物理与化学（第一版）北京：科学出版社

http://wwwcrystalstarorg/study/ShowArticleaspArti-cleID=102（2006-05-21）

http://databaseiemacru/mincryst/scartaphpBER-YL+456（2005-09-20）

http://wwwcgannet/book/books/print/packcolor/link/5-4-2html

liguowu,http://wwwcrystalstarorg/Photo/ShowPho-toaspPhotoID=78（2005-08-31）

酵母含RNA 达267—100%，DNA 则少于003—0516％。为此，提取RNA多以酵母为原料。 稀碱法使用稀碱（本实验用02% NaOH溶液）使酵母裂解，然后用酸中和, 除去蛋白质和菌体后的上清液用乙醇沉淀 RNA 。由此得到的 RNA为变性的RNA，可用作制备核苷酸的原料。

用硫酸水解 RNA 后,可生成磷酸、戊糖和碱基,各成分用以下反应加以鉴定：

（1）磷酸与钼酸铵 试剂 作用可生成**磷钼酸铵 [(NH) 3 PO 4 ·12MoO 3 ]沉淀。

（2）核糖与地衣酚 试剂 作用呈鲜绿色。脱氧核糖与二苯胺试剂反应生成蓝色化合物，而核糖无此反应。

（3）嘌呤碱与硝酸银反应可生成白色的嘌呤银化物沉淀。

一、传统宝石学颜色成因

传统宝石学主要基于宝石的化学成分和外部构造特点，将宝石颜色划分为自色、他色和假色。

1自色

由作为宝石矿物基本化学组分中的元素而引起的颜色，这些致色元素多为过渡金属离子，如铁铝榴石、绿松石、孔雀石、蓝铜矿等。

2他色

由宝石矿物中所含杂质元素引起的颜色。他色宝石在十分纯净时呈无色，当其含有微量致色元素时，可产生颜色，不同的微量元素可以产生不同的颜色。如尖晶石，其化学成分主要是Mg Al2O4，纯净时无色，含微量的Co元素时呈现蓝色，含微量Fe元素时呈现褐色，而含微量Cr元素时呈现红色。另外同一种元素的不同价态可产生不同的颜色，如含Fe3＋常呈棕色，含Fe2＋则呈现浅蓝色。同一元素的同一价态在不同的宝石中也可引起不同的颜色，如Cr3+在刚玉中产生红色，在绿柱石中产生绿色。

3假色

假色与宝石的化学成分和内部结构没有直接关系，而与光的物理作用相关。宝石内常存在一些细小的平行排列的包裹体、出溶片晶、平行解理等。它们对光的折射、反射等光学作用产生的颜色就是假色。假色不是宝石本身所固有的，但假色能为宝石增添许多魅力，这一方面的具体内容已在宝石的特殊光学效应一节里进行了较详细的叙述。

二、近代科学宝石颜色的成因

随着科学的发展，人们发现宝石的颜色不仅仅取决于其化学组成，更重要的是取决于其内部结构。近代科学颜色成因理论打破了传统颜色成因理论中的自色、他色的界限，从晶体场理论、分子轨道理论和能带理论等的角度揭示了宝石颜色成因的本质。

（一）离子内部的电子跃迁呈色（晶体场理论）

晶体场理论研究的对象是处于宝石晶体结构中的过渡金属元素和某些镧系、锕系元素。它把晶体场看成一种正负离子间的静电作用，将带有正电荷的阳离子称为中心离子，把带有负电荷的阴离子和络阴离子统称为配位离子，或简称配位体。晶体场理论与其他理论的区别在于，它把配位体处理为一个点电荷，点电荷作用的实质是产生静电势场力，这种静电势电场又被称之为晶体场。晶体场跃迁包括d-d跃迁和f－f跃迁。元素周期表中第四、五周期的过渡金属元素分别含有3d和4d轨道，镧系和锕系元素分别含有4f和5f轨道。在配位体的存在下，过渡元素五个能量相等的d轨道和镧系元素七个能量相等的f轨道分别分裂成几组能量不等的d轨道和f轨道。当它们的离子吸收光能后，低能态的d电子或f电子可以分别跃迁至高能态的d或f轨道，这两类跃迁分别称为d-d跃迁和f－f跃迁。由于这两类跃迁必须在配位体的配位场作用下才可能发生，因此又称为配位场跃迁。

过渡金属元素的d-d电子跃迁引起宝石颜色变化的最好例子是红宝石、祖母绿及变石，图1-4-11为三者的紫外可见吸收光谱。

图1-4-11 红宝石、祖母绿及变石的UV吸收光谱

A——红宝石；B——变石C——祖母绿

红宝石中致色离子为Cr3＋，从Cr3+的3d3电子组态导出的自由离子谱项为：基谱项为4F，激发谱项为4P、2G、2D等。八面体场中，由基谱项4F分裂为三个能级，即4A2、4T2、4T1。红宝石的吸收光谱特征表明，在可见光区域内，出现两个强而宽的吸收带，分别由4A2→4T2、4A2→4T1能级之间的跃迁所致。d电子在4A2→4T2、4A2→4T1能级间跃迁的过程中，分别吸收225和302e V能量，其余吸收后的残余能量组合成红宝石的颜色（见图1-4-12）。

祖母绿吸收光谱特征表明（见图1-4-13），在可见光区域内，出现两个强而宽的吸收带，分别由4A2→4T2、4A2→4T1能级之间的跃迁所致。d电子在4A2→4T2、4A2→4T1能级间跃迁的过程中，分别吸收204和292e V能量，其余吸收后的残余能量组合成祖母绿的颜色。

图1-4-12 红宝石的UV吸收光谱

图1-4-13 祖母绿的UV吸收光谱

变石的化学式组成（BeAl2O4）介于红宝石和祖母绿之间，影响铝氧八面体的金属离子只有Be一种，因此Cr3＋离子与周围配位体电场强度低于红宝石而高于祖母绿，它的金属氧离子之间化学键的性质也介于红宝石和祖母绿之间。变石中Cr3＋离子4A2→4T2跃迁吸收的能量为216eV，介于红宝石（225eV）和祖母绿（204eV）之间，而4A2→4T1跃迁所吸收的能量（298eV）与红宝石和祖母绿相差不大。在可见光区域内，变石中红光和蓝绿光透过的几率近于相等，于是外部环境的光源条件（色温）就决定了变石的颜色。例如，色温较高的日光灯中蓝绿色成分偏多，导致变石中蓝绿色成分的叠加，而呈现蓝绿色。反之，白炽灯光源中色温偏低，导致变石中红色成分的叠加，而呈现红色（见图1-4-14）。

图1-4-14 变石的UV吸收光谱

（二）离子间的电荷迁移呈色（分子轨道理论）

分子中单个电子的状态函数称为分子轨道。根据分子轨道模型，认为一个分子中所有的轨道都扩展至整个分子上。占据这些轨道的电子不是定域在某个原子上，而是存在于整个分子之中。根据分子轨道理论，电子可以从这一个原子轨道上跃迁到另一个原子轨道上去，这种电子跃迁称为电荷迁移。

某些分子既是电子给体，又是电子受体，当电子受辐射能激发从给体外层轨道向受体跃迁时，就会产生较强的吸收，这种光谱称为电荷迁移光谱。伴随电荷转移，在吸收光谱中产生强吸收带，如果电荷转移带出现在可见光范围内，则产生相应的颜色。电荷迁移有多种形式，它可以发生在同核原子价态之间，也发生在异核原子价态之间。

1金属—金属原子间的电荷迁移

金属—金属原子间的电荷迁移可分为同核原子价态之间的电荷迁移和异核原子价态之间的电荷迁移。

（1）同核原子价态之间的电荷迁移

同核原子价态之间的电荷迁移来自不同价态的同一过渡元素的两个原子之间的相互作用，当两个不同价态的同核原子分布在不同类型的格点中，且两者之间有能量差时，电子可发生转移，并产生光谱吸收带，从而使宝石呈现颜色。堇青石的蓝紫色的产生是这种情况的典型实例。在堇青石中，Fe3+和Fe2+分别处于四面体和八面体位置中，两个配位体以共棱相接，当可见光照射到堇青石时，其Fe2+的一个d电子吸收一定能量的光跃迁到Fe3+上，此过程的吸收带位于17000cm-1（相当于黄光），使堇青石呈现蓝色。蓝色、绿色电气石和海蓝宝石也是由于Fe2+-Fe3+间的电荷迁移而呈的色。

（2）异核原子价态之间的电荷迁移

图1-4-15 蓝宝石的UV吸收光谱

异核原子价态之间的电荷迁移的典型实例是蓝宝石（见图1-4-15），在蓝宝石中Fe2+与Ti4+分别位于相邻的以面相连接的八面体中，Fe、Ti离子的距离为0265nm，二者的d轨道沿结晶轴重叠，当电子从Fe2+中跑到Ti4+中时，Fe2+转变为Fe3+，而Ti4+转变为Ti3+，即Fe2++Ti4+→Fe3++Ti3+。电荷迁移的这一过程，伴随着的光谱吸收能为211eV，吸收带的中心位于588nm，其结果是在蓝宝石的c轴方向只透过蓝色，呈现蓝色。当两个八面体在垂直c轴方向上以棱相连接时，这时电荷转移吸收带略向长波方向位移，使蓝宝石在非常光方向上呈现蓝绿色。异核原子价态之间的电荷迁移，也是蓝色黝帘石、褐色红柱石呈色的原因。

2其他类型的电荷迁移

除了上述两种类型的电荷迁移外，还有非金属与金属原子之间的电荷迁移和非金属与非金属原子之间的电荷迁移。

宝石中常见的非金属与金属原子之间的电荷迁移为O2-→Fe3+。02-与Fe3+之间的电荷迁移对可见光光谱中紫色、蓝色光强烈吸收，导致宝石呈金**。金**绿柱石、金**蓝宝石的颜色均由02-→Fe3+之间的电荷迁移引起。

（三）能带间的电子跃迁呈色（能带理论）

能带理论是研究宝石材料的一种量子力学模式，是分子轨道理论的进一步发展。它较好地解释了天然彩色钻石的呈色机理及其金刚光泽的产生原因。能带理论认为：固体中电子并非束缚于某个原子上，而为整个晶体所共有，并在晶体内部三维空间的周期性势场中运动。电子运动时的能量具一定的上下限值，这些电子运动所允许的能量区域就称之为能带。它与晶体场理论和分子轨道理论的区别是：晶体场理论和分子轨道理论主要适用于局部离子和原子团上的电子，电子是定域的，是局部态之间的跃迁；能带理论则与之相反，它认为电子是不定域的，是非局部态之间的电子跃迁。能带又可分为：①导带（又称空带），由未填充电子的能级所形成的一种高能量带。②带隙（又称禁带），价带最上部的面（又称为费米面）与导带最下部面之间的距离，禁带的宽度随矿物键性的不同而不同；③价带（又称满带），由已充满电子的原子轨道能级所构成的低能量带，当自然光通过宝石时，宝石将吸收能量使电子从价带跃迁至导带，所需的能量取决于带隙的宽度，即价带顶部与导带底部间的能量差，又称能量间隔，一般用ΔEg表示。不同的宝石由于能量间隔不同而呈现不同的颜色。与晶体场理论一样，电子从导带返回至价带的过程中，其吸收的能量仍以光的形式发射出来。例如，Ⅱa型钻石带隙的能量间隔（ΔEg=54e V）大于可见光的能量，即电子从价带跃迁至导带时吸收的能量为54e V，故吸收主要发生在紫外光区，对可见光能量无任何吸收，故理论上，IIa钻石为无色（见图1-4-16）；由于Ⅰb型钻石中含有微量的孤氮原子，氮原子外层电子（1s22s22p3）比碳原子（1s22s22p2）多一个，额外的电子则在禁带中生成一个杂质能级（氮施主能级），由此缩小了带隙的能量间隔，电子从杂质能级跃迁至导带所吸收的能量为22e V（564nm），故该类钻石显橙**（见图1-4-17）。

（四）晶格缺陷呈色

宝石晶体结构中的局部范围内，质点的排列偏离其格子状构造规律（质点在三维空间作周期性的平移重复）的现象，称为晶格缺陷。其产生原因与宝石晶体内部质点的热振动、外界的应力作用、高温高压、辐照、扩散、离子注入等有关。

例如，在上地幔的高温高压环境中结晶出的金刚石晶体，被寄主岩浆（金伯利岩岩浆或钾镁煌斑岩岩浆）快速携带到近地表时，温压条件的迅速改变和晶体与围岩物质的相互碰撞，则易导致侵位金刚石晶体的结构局部发生改变，并诱发晶格缺陷，使一部分原本无色的金刚石的颜色发生改变，从而形成褐黄、棕**及粉红色金刚石。

图1-4-16 Ⅱa型钻石中电子跃迁图示

图1-4-17 Ⅰb型钻石中电子跃迁图示

色心作为晶格缺陷的一种特例，泛指宝石中能选择性吸收可见光能量并产生颜色的晶格缺陷。属典型的结构呈色类型。色心的种类十分复杂，但最常见的为电子心（F心）、空穴心（V心）及杂质离子心。

1电子心（F心）

电子心（F心）是由宝石晶体结构中阴离子空位引起的。就整个宝石晶体而言，当阴离子缺位时，空位就成为一个带正电的电子陷阱，它能捕获电子。如果一个空位捕获一个电子，并将其束缚于该空位，这种电子呈激发态，并选择性吸收了某种波长的能量而呈色。因此，电子心是由一个阴离子空位和一个受此空位电场束缚的电子所组成的。例如，紫色萤石晶体中的氟离子离开正常格位，而形成一个阴离子空位（缺少负电荷），该结构位显示正电性，形成一个带正电的电子陷阱。为了维持晶体的电中性，阴离子空位必须捕获一个负电子，由此产生了颜色。

2空穴心（V心）

空穴心（V心）是由晶体结构中阳离子缺位引起的。从静电作用考虑，缺少一个阳离子，等于附近增加了一个负电荷，则附近一个阴离子必须成为“空穴”才能保持静电平衡。因此，空穴心是由一个阳离子空位捕获一个“空穴”所组成的。例如，烟晶中以类质同象形式替代Si4+的Al3+杂质，在晶格位中形成正电荷不足的位置（正电荷陷阱），为了维持暂时的电中性，Al3+离子周围必须有相应的正一价阳离子存在。当水晶受到辐照后，与最近邻的O2-将失去一个多余的电子，而残留下一个空穴，形成空穴心（V心）。利用辐照源的带电粒子（加速电子、质子）、中子或射线辐照宝石，通过带电粒子、中子或Y射线与宝石中离子、原子或电子的相互作用，最终在宝石中形成电子－空穴心或离子缺陷心。如辐照处理钻石、蓝黄玉等，辐照的本质是提供激活电子、格位离子或原子发生位移的能量，从而形成辐照损伤心。

化妆品化学成分分析主要通过定性分析和定量分析；化学分析和仪器分析1、焰色法（定性分析）原理：焰色反应（铂丝）应用：适用于碱金属和碱土金属的检验。如化妆品中禁用成分硼酸、硼酸钠、溴酸钠的鉴定。2、呈色法（定性分析）原理：生成沉淀活颜色变化。应用：如化妆品中禁用成分对苯二酚、汞、硼酸的鉴定，限用成分过氧化氢，间苯二酚、镉的鉴定。需要检测、分析、测试的用户，推荐了解微谱，大品牌更放心。点击我和专业技术沟通

微谱，大型研究型检测机构。微谱拥有化学、材料、机械物理、可靠性、食品、环境、医药、微生物、动物安评、化妆品功效评价等多个专业实验室。具备国家市场监督管理局授权的CMA资质和中国合格评定认可委员会认可的CNAS资质，具备CATL资质，具备进出口商品检验鉴定机构资格证书，被认定为国家中小企业公共服务示范平台、国家服务型制造示范平台、高新技术企业、院士专家工作站等。

变色硅胶含吸湿指示剂CoCl₂，所含结晶水的数目不同，颜色不同；所以无水CoCl₂显蓝色，CoCl₂结晶水较多时显粉红色，即由吸湿前的蓝色随吸湿量的增加逐渐转变成浅红色。

变色硅胶是以具有高活性吸附材料细孔硅胶为基础原料经过深加工制成的具有高附加值和较高技术含量的指示型吸附剂，属于高档次的吸附干燥剂。

扩展资料：

变色硅胶吸附水分后，可通过热脱附方式将水分除去，加热的方式有多种，如电热炉、烟道余热加热及热风干燥等；脱附加热的温度控制在120--180℃为宜，对于蓝胶指示剂、变色硅胶、DL型蓝色硅胶则控制在100~120℃为宜。

变色硅胶主要用于仪器、仪表、设备等在密闭条件下的吸潮防锈，同时又能通过吸潮后自身颜色由蓝变红直观指示出环境的相对湿度。

-变色硅胶