Hệ thống phân loại kim cương và tầm quan trọng trong giám định ngọc học (phần 1)

Giám định kim cương đá quý theo phương pháp khoa học và bằng các thiết bị hiện đại

Loại kim cương là một khái niệm thường xuyên được đề cập đến trong tài liệu về ngọc học nhưng sự liên quan của nó với nhà ngọc học đang hoạt động hiếm khi được bàn đến. Nhìn chung, kim cương được chia thành hai loại (loại I và loại II) dựa trên sự hiện diện hay vắng mặt các tạp chất ni-tơ, được chia nhỏ thêm tùy theo sự sắp xếp của các nguyên tử ni-tơ (cô lập hay liên kết) và sự xuất hiện của các tạp chất bo. Loại kim cương trực tiếp liên quan đến màu sắc và những khiếm khuyết mạng bị thay đổi bằng những phương pháp xử lý để thay đổi màu sắc.

Hiểu biết về loại cho phép các nhà ngọc học đánh giá tốt hơn liệu một viên kim cương đã qua xử lý hay được tổng hợp, và liệu chúng có nên được gửi đến phòng thí nghiệm để kiểm nghiệm hay không. (Các nhà nghiên cứu xác định loại kim cương bằng cách sử dụng những thiết bị FTIR (hồng ngoại Furie) đắt đỏ, nhưng cũng có nhiều dụng cụ kiểm tra đá quý đơn giản (ví dụ: kính hiển vi, kính quang phổ, đèn hồng ngoại) có thể đưa ra những dấu hiệu chắc chắn về loại kim cương.

Những nhà ngọc học đã dành nhiều thời gian và chú ý cho việc phân biệt kim cương tự nhiên với nhân tạo, và kim cương màu tự nhiên với kim cương đã qua xử lý màu. Ban đầu, những phương pháp xác định này được dựa trên sự theo dõi mang tính hệ thống được tiến hành bằng cách sử dụng những dụng cụ ngọc học chuẩn như kính hiển vi, máy chiếu quang phổ và đèn tia cực tím.

Trong khi những dụng cụ này vẫn giữ nguyên giá trị với những nhà ngọc học lành nghề, sự tiến bộ gần đây trong phát triển kim cương nhân tạo, cũng như phương pháp xử lí áp suất cao nhiệt độ cao (HPHT) đang làm cho chúng ít chính xác hơn khi xác định kim cương nhân tạo và kim cương đã qua xử lý màu. Vì thế, hầu hết các phòng thí nghiệm đá quý hiện nay sử dụng khoa học kỹ thuật phức tạp hơn như thiết bị phát quang phổ hấp thụ để phát hiện kim cương tổng hợp và kim cương đã qua xử lý.

Những tiến triển trong việc phân loại kim cương đá quý đã đưa ra nhiều khái niệm và thuật ngữ khoa học cho các tài liệu về đá quý. Một trong những khái niệm quan trọng nhất trong số đó là “loại kim cương”. Hệ thống phân loại loại kim cương được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu kim cương, bởi nó mang lại một phương pháp thuận tiện để phân loại kim cương dựa trên đặc điểm vật lí và hóa học của chúng.

Hiểu biết về hệ thống này mang tính quyết định đến việc đánh giá mối quan hệ giữa sự hình thành của kim cương, màu sắc (xem hình dưới) và những dấu hiệu để lại sau việc xử lý trong phòng thí nghiệm. Với sự sẵn có ngày càng tăng của kim cương đã qua xử lý và kim cương nhân tạo trên thị trường, những nhà nghiên cứu đá quý sẽ được hưởng lợi từ sự hiểu biết đầy đủ hơn về loại kim cương và các giá trị thông tin có được để xác định kim cương. 

Những viên kim cương đá quý như thế này là những ví dụ điển hình của loại kim cương tương ứng với chúng ( từ bên trái) : 0.47 ct loại Ia hồng, 0.38 ct loại Ia vàng“ Cape”, 1.04 ct loại IIa không màu, 0.56 ct loại IIb xanh dương, và 1.01 ct loại Ib màu vàng rượu vang. Mọi loại kim cương có màu là một phần của Aurora Butterfly trong bộ sưu tập Peace. Ảnh - Robert Weldon và Kevin Schumacher

Những viên kim cương đá quý như thế này là những ví dụ điển hình của loại kim cương tương ứng với chúng (từ bên trái): 0.47 ct loại Ia hồng, 0.38 ct loại Ia vàng "Cape", 1.04 ct loại IIa không màu, 0.56 ct loại IIb xanh dương, và 1.01 ct loại Ib màu vàng rượu vang. Mọi loại kim cương có màu là một phần của Aurora Butterfly trong bộ sưu tập Peace. Ảnh - Robert Weldon và Kevin Schumacher

Công trình khoa học đáng kể đã được thực hiện về chủ đề này, mặc dù trích dẫn mỗi tài liệu tham khảo là ngoài phạm vi của bài viết này (xem, ví dụ, Robertson và cộng sự năm 1934, năm 1936; và Kaiser và Bond, 1959). Các cuộc thảo luận ngắn gọn về các loại kim cương đá quý xuất hiện trong Shigley và đồng sự (1986), Fritscfa và Scarratt ( 1992), và Smith và đồng sự (2000), và mô tả chi tiết hơn - đã được đưa ra trong Wilks và Wilks (1991) và Collins (2001). Tuy nhiên yêu cầu lặp đi lặp lại nhận được ở GIA (Viện đá quý Hoa Kỳ) cho thấy nhiều nhà ngọc học hiện thời không có hiểu biết rõ ràng những điều cơ bản về loại kim cương.

Bài viết này cung cấp hướng dẫn cụ thể về ngọc học để tìm hiểu về loại kim cương và tạp chất vi lượng nguyên tố liên quan, bao gồm việc tạp chất được đo như thế nào, tại sao loại kim cương lại quan trọng, và làm thế nào để xác định được loại kim cương bằng cách sử dụng những dụng cụ nghiên cứu đá quý đơn giản. Với nền tảng này, sẽ giải thích được việc áp dụng các khái niệm về loại kim cương vào việc phát hiện ra các phương pháp xử lý màu kim cương và những loại kim cương nhân tạo.

Phân nhóm các loại kim cương từ trước dựa trên cơ sở màu sắc, huỳnh quang, quang phổ hấp thụ có thể nhìn thấy và các đặc tính khác, các nhà khoa học cuối cùng đã tìm cách sắp xếp thành một hệ thống phân loại chính thức. Robertson và đồng sự (1934, 1936) là người đầu tiên làm như vậy, phân chia những loại kim cương không màu sắc thành hai nhóm dựa trên cơ sở sự khác nhau trong sự hấp thụ của chúng với các bước sóng của tia cực tím (10 nm đến ~400 nm) và tia hồng ngoại (IR; ~700 nm đến 1000 μm). Nhóm lớn hơn tạo thành từ kim cương loại I mờ với bức xạ tia cực tím dưới -300 nm và hấp thụ mạnh ở các phần của vùng hồng ngoại (đặc biệt là phạm vi 7.000-20.000 nm). Nhóm nhỏ hơn cấu thành từ kim cương loại II truyền bước sóng tia cực tím và hiển thị ít hoặc không có khúc xạ kép bất thường khi nhìn giữa phân cực chéo. Robertson và các đồng sự của ông cuối cùng kết luận rằng kim cương loại II gần như là hoàn hảo trên phương diện về cấu trúc tinh thể của chúng.

Hai thập kỉ sau đó, Sutherland (1954) đưa ra rằng đặc điểm kém hoàn hảo của kim cương loại I gây ra bởi các nguyên tử cacbon trong cấu trúc kim cương ở trong trạng thái bất thường và bởi sự xuất hiện của các tạp chất hóa học. Khẳng định của họ được chứng minh là chính xác khi sau đó nó được xác định là những điểm khác nhau giữa hai loại kim cương (loại I và loại II) là vì sự xuất hiện hay vắng mặt của ni-tơ trong cấu trúc kim cương (Kaiser và Bond, 1959).

Những nhà nghiên cứu khác đã bắt đầu chú ý những mối quan hệ mang tính hệ thống giữa các đặc tính có thể nhìn thấy được của kim cương. Phản ứng phát quang tia cực tím có mối quan hệ với màu sắc kim cương và dải hấp thụ nhìn thấy bằng quang phổ lăng kính (Nayar, 1941a,b; Anderson, 1943a,b,c, 1962, 1963; Mitchell, 1964). Màu sắc, độ trong suốt, và các đặc tính phát quang của hơn 300 loại kim cương cũng được ghi chép lại bởi nhà khoa học nổi tiếng, C. V. Raman (1944).

Nghiên cứu tiên phong này về sự phát quang và màu sắc của kim cương được phát triển bởi các nghiên cứu về quang phổ hấp thụ hồng ngoại khác nhau từ kim cương loại I và loại II (xem Sutherland và Willis, năm 1945; Blackwell và Sutherland, 1949). Những nghiên cứu này đã trở thành nền tảng cho việc sử dụng quang phổ hồng ngoại của để xác định loại kim cương.

Kaiser và Bond (1959) là những người đầu tiên liên hệ những đặc tính nhất định (ví dụ như màu vàng, màu xanh huỳnh quang, và một chùm quang phổ hấp thụ hồng ngoại đặc biệt) với sự xuất hiện của các tạp chất ni-tơ trong kim cương loại I. Những nghiên cứu khác đã xác nhận những phát hiện của họ (Anderson, 1961), (Lightowlers và Dean, 1964).

Ngay sau đó, Dyer và cộng sự (1965) đã sử dụng quang phổ hồng ngoại để phân biệt kim cương với những phân tử ni-tơ liên kết (loại Ia) hay những phân tử ni-tơ cô lập (loại Ib). Phần lớn (>95%) kim cương tự nhiên là loại Ia, và chỉ một số rất hiếm được tìm thấy là loại Ib (Davies, 1977). Một số ít ỏi kim cương loại Ib có màu vàng đặc biệt và tương ứng với khái niệm màu rượu vang vàng trong thương mại đá quý (Anderson, 1962; Collins, 1980). Custers (1952, 1954) tìm ra rằng kim cương loại II cũng rất hiếm trong tự nhiên và ủng hộ tách chúng thành hai nhóm, IIa và IIb.

Những loại kim cương gần đây có màu xanh dương (thỉnh thoảng có màu xanh xám, xám hay nâu) và được chứng tỏ tính dẫn điện (Custers, 1955; Anderson, I960, 1962). Những nghiên cứu sâu hơn đã chứng minh rằng Bo là tạp chất làm tăng các tính chất độc đáo của kim cương loại IIb (Wentorf và Bovenkirk, 1962; Chrenko, 1973).

Tìm kiếm

Mới Cập Nhật