Hệ thống phân loại kim cương và tầm quan trọng trong giám định ngọc học (phần 3)

Một nhà nghiên cứu đá quý làm thế nào để suy đoán loại kim cương?

Không giống như các nhà khoa học ở các trường đại học và các phòng nghiên cứu đá quý, hầu hết các nhà nghiên cứu đá quý không có các dụng cụ phân tích đắt tiền có sẵn để sử dụng hàng ngày.

May thay, một số dụng cụ nghiên cứu đá quý phổ biến có thể cho biết những dấu hiệu rõ ràng về các tạp chất có mặt trong một viên kim cương và theo đó là loại của nó.

Quang phổ hấp thụ: kính quang phổ để bàn/ kính quang phổ cầm tay:

Kính quang phổ đã được sử dụng từ lâu để phát hiện các phương pháp xử lý màu trong kim cương (Crowning Shield, 1957), nhưng nó cũng cung cấp một số thông tin về loại kim cương. Nó có thể đặc biệt hữu ích cho việc xác định hầu hết các viên kim cương loại I. Kim cương loại II (cũng như là một số loại IaA và Ib) hiếm khi cho thấy những vạch hấp thụ trên kính quang phổ.

Sự hiện diện của vạch 415nm (khiếm khuyết N3, xem box A) và các vạch "Cape" đi kèm nó là 435, 452, 465 và 478nm cho thấy một viên kim cương là loại Ia (hình 1A) bởi vì để các vạch này xuất hiện, kim cương đó phải chứa các tạp chất Ni-tơ tổng hợp.

Đối với lí do tương tự, sự hiện diện của một vạch ở ~503 nm (khiếm khuyết H3, xem lại khung A) cũng là một dấu hiệu tốt chứng tỏ một viên kim cương là loại I. Sự hấp thụ chung rất mạnh ở mức trên ~450nm có thể đưa ra sự hiện diện của lượng lớn nguyên tử Ni-tơ đơn tách biệt trong kim cương loại Ib, nhưng sự biến dạng dẻo trong một số loại khác của kim cương có thể sinh ra những mô hình hấp thụ tương tự.

Nhiều phương pháp kiểm tra ngọc học thông thường có thể sử dụng để xác định loại kim cương trong kim cương tự nhiên. (A). Kim cương loại Ia thường cho thấy duy nhất các vạch 415nm có hoặc không có những vạch

Hình 1. Nhiều phương pháp kiểm tra ngọc học thông thường có thể sử dụng để xác định loại kim cương trong kim cương tự nhiên. (A). Kim cương loại Ia thường cho thấy duy nhất các vạch 415nm có hoặc không có những vạch "Cape" thêm trong kính quang phổ để bàn hoặc cầm tay (B). Kim cương loại Ib thường chứa các dãy đặc trưng của tạp chất giống hình kim (C). Kim cương tự nhiên loại II hầu như luôn luôn cho thấy mô hình biến dạng "tatami" đường chéo song song giữa các phân cực của một kính hiển vi. Ảnh thực hiện bởi Wuyi Wang.

Tạp chất và những mẫu vật biến dạng: Kính hiển vi nghiên cứu đá quý

Trong khi hều hết các viên kim cương có chứa những tinh thể được giữ lại trong suốt quá trình phát triển, một vài tạp chất được cho là đặc tính của những loại kim cương nào đó (xem Crowning Shield, 1994).

Những viên kim cương tự nhiên loại Ib thường chứa một nhóm các tạp chất tinh thể hình kim liên kết với các vùng màu vàng và hiếm khi xảy ra trong những loại kim cương khác (quan sát bởi nhân viên GIA, hình 1B). Những đám mây có cấu trúc và hạt nhỏ hình thành những hình dáng đặt chéo nhau thường phổ biến trong những viên kim cương loại Ia nơi có nồng độ cao của các tạp chất Hi-đro (được biết đến là kim cương có hình sao, xem Wang and Mayerson, 2002; Rondeau và đồng sự, 2004, và tham khảo thêm trong đó). Những viên kim cương loại Ib thường cho thấy phân vùng màu riêng biệt hay tạp chất kim loại chảy dưới mức phóng đại (Shigiey và đồng sự, 2004).

Kim cương không biến dạng là đẳng hướng về mặt quang học, có nghĩa là nó xuất hiện tối màu trong mọi hướng giữa các phân cực chéo. Tuy nhiên, hầu hết các loại kim cương tự nhiên cho thấy một số mức độ biến dạng hình thành trong quá trình kết tinh hay gây ra bởi sự biến dạng dẻo sau khi hình thành. Do vậy, một loạt các mẫu vật biến dạng và màu giao thoa có thể thấy được với phân cực chéo trong một kính hiển vi nghiên cứu đá quý.

Một mô hình của những đường gạch chéo, được biết đến là biến dạng "tatami", được coi là đặc trưng của kim cương tự nhiên và kim cương đã qua xử lý màu loại II. Mô hình tatami cũng được quan sát thấy ở những viên kim cương tinh khiết loại IaB và Ib với nồng độ ni-tơ rất thấp (Chalain, 2003, quan sát của nhân viên GIA). Theo chúng ta biết, mô hình này không bao giờ được quan sát thấy trong những kim cương tổng hợp ở mọi loại.

Tính dẫn điện: máy đo dộ dẫn/điện trở kế:

Một tính chất có thể dễ dàng kiểm tra được là tính dẫn điện. Vào những năm 1960, GIA đã chế tạo ra một dụng cụ phục vụ cho mục đích này gọi là máy đô độ dẫn trong nghiên cứu ngọc học. dụng cụ này không được chế tạo thêm nữa nhưng một điện trở kế nhạy bén có thể tương đối xác định liệu một viên kim cương có tính dẫn điện không (điện trở đo điện trở suất, tỉ lệ nghịch với độ dẫn điện). Không có loại kim cương nào khác thể hiện tính chất này. Những tạp chất Bo trong mạng kim cương gây ra tính dẫn điện trong cả kim cương loại IIb tự nhiên và tổng hợp (Collins, 1982; King và đồng sự, 1998). Không có loại kim cương khác nào thể hiện tính chất này. Thỉnh thoảng, những viên kim cương loại IIb cũng phát ra tia sáng hay chấm sáng lóe của ánh sáng xanh dương (được biết đến là điện phát quang, Gumlich và đồng sự, 1998) khi được kiểm tra với máy đo độ dẫn trong một phòng tối.

Tính chất không thể nhầm lẫn được của tia cực tím bước sóng ngắn: Nhiều loại máy thử theo truyền thống/ thương mại.
Như đã đề cập ở trên, những viên kim cương loại II được phân biệt nguồn gốc với kim cương loại I sử dụng tính chất đặc trưng của tia cực tím bước sóng ngắn.

Một thiết bị kiểm tra đá quý đơn giản, dễ chế tạo có chứa một đèn tia cực tím bước sóng ngắn (~254nm) phát ra ánh sáng hướng lên xuyên qua khe hở, nơi có thể đặt kim cương ở bên trên (hình 2).

Một nguyên liệu với sự phản ứng lại phát quang mạnh mẽ đối với bức xạ tia cực tím bước sóng ngắn, như là silic, được đặt trên kim cương. Nếu kim cương truyền bức xạ cực tím bước sóng ngắn, nguyên liệu sẽ phát quang.

Nếu kim cương hấp thụ bức xạ cực tím bước sóng ngắn, nó sẽ không phát quang. Phép kiếm tra đơn giản này rất hiệu quả cho việc phân biệt kim cương loại I và loại II, bởi các tạp chất ni-tơ hấp thụ mạnh mẽ ánh sáng trong vùng tia cực tím với quang phổ (~250-320nm ở hình 2).

Những viên kim cương loại I rất hiếm với các tạp chất ni-tơ chỉ liên kết với B (tức là, những viên kim cương loại IaB tinh khiết) cũng đôi khi truyền bức xạ cực tím bước sóng ngắn (Chalain, 2003). Các thiết bị kiểm tra kim cương thương mại dựa trên độ trong suốt của tia cực tím cũng có sẵn (Chalain và đồng sự, 2000).

Sự truyền qua của tia cực tím bước sóng ngắn là một phương pháp kiểm tra tốt cho phân loại kim cương loại II với kim cương loại I. Thiết bị kiểm tra bao gồm một đèn tia cực tím bước sóng ngắn chiếu qua một mặt cắt trên viên kim cương, bên trên là một tinh thể của si-líc (hoặc vật liệu phát quang phổ khác) được bố trí. Kim cương loại I hấp thụ bức xạ tia cực tím bước sóng ngắn (~254 nm), nhưng loại II cho phép bước sóng này xuyên qua. Do vậy, tinh thế si-lit phát quang phổ màu xanh dương khi kim cương loại II được kiểm tra. Lưu ý rằng mắt và/hay da phơi sáng với tia cực tím là rất nguy hiểm và cần được tránh. Nên luôn luôn đeo kính bảo hộ. Ảnh thực hiện bởi C.M. Breeding.

Hình 2. Sự truyền qua của tia cực tím bước sóng ngắn là một phương pháp kiểm tra tốt cho phân loại kim cương loại II với kim cương loại I. Thiết bị kiểm tra bao gồm một đèn tia cực tím bước sóng ngắn chiếu qua một mặt cắt trên viên kim cương, bên trên là một tinh thể của si-líc (hoặc vật liệu phát quang phổ khác) được bố trí. Kim cương loại I hấp thụ bức xạ tia cực tím bước sóng ngắn (~254 nm), nhưng loại II cho phép bước sóng này xuyên qua. Do vậy, tinh thế si-lit phát quang phổ màu xanh dương khi kim cương loại II được kiểm tra. Lưu ý rằng mắt và/hay da phơi sáng với tia cực tím là rất nguy hiểm và cần được tránh. Nên luôn luôn đeo kính bảo hộ. Ảnh thực hiện bởi C.M. Breeding.

Sự hấp thụ/phát quang có thể thấy tia cực tím: Diamondsure và Diamondview

Mặc dù không đắt, hai thiết bị nghiên cứu đá quý hữu ích cho việc đánh giá loại kim cương là Diamondsure và DiamondView.

Chúng được thiết kế và chế tạo bởi công ty thương mại kim cương De Beers. (DTC) cho mục đích phân biệt kim cương tự nhiên với kim cương nhân tạo (xem Welbourn với đồng sự, 1996 để biết mô tả chi tiết). Khi được kiểm tra với Diamondsure, những viên kim cương không màu loại II và loại IaB sẽ được báo cáo như vậy và được tham khảo để nghiên cứu sâu hơn. Mọi loại kim cương khác đều được gửi lại phản hồi "Vượt qua".

DiamondView cung cấp những hình ảnh những đặc tính của tia UV bước sóng ngắn, nó có thể cho thấy những tính chất sắp xếp của quá trình tổng hợp đặc trưng. Rất nhiều loại kim cương tự nhiên cũng cho thấy những mô hình phát quang đặc trưng trong Diamondview (quan sát bởi nhân viên GIA; hình 3).

Kim cương tự nhiên mỗi loại cho thấy màu và mô hình phát quang đặc trưng của mỗi loại khi kiểm tra với đơn vị tia cực tím bước sóng ngắn của DiamondView. Kim cương loại Ia thường cho thấy phát quang màu xanh với mô hình phát triển từ thẳng đến gợn sóng (A), trong khi kim cương loại Ib thường phát quang màu da cam với các vạch xanh lá cây gây ra bởi các khiếm khuyết H3 (B). Cả kim cương loại IIa và IIb thường biểu hiện các mạng lưới lệch phát quang xanh lá cây (C, D). Kim cương loại IIb hầu như luôn luôn cho thấy lân quang đặc trưng (màu xanh dương hoặc đỏ) trong DiamondView. Ảnh thực hiện bởi C.M.Breeding và Andy Shen.

Hình 3. Kim cương tự nhiên mỗi loại cho thấy màu và mô hình phát quang đặc trưng của mỗi loại khi kiểm tra với đơn vị tia cực tím bước sóng ngắn của DiamondView. Kim cương loại Ia thường cho thấy phát quang màu xanh với mô hình phát triển từ thẳng đến gợn sóng (A), trong khi kim cương loại Ib thường phát quang màu da cam với các vạch xanh lá cây gây ra bởi các khiếm khuyết H3 (B). Cả kim cương loại IIa và IIb thường biểu hiện các mạng lưới lệch phát quang xanh lá cây (C, D). Kim cương loại IIb hầu như luôn luôn cho thấy lân quang đặc trưng (màu xanh dương hoặc đỏ) trong DiamondView. Ảnh thực hiện bởi C.M.Breeding và Andy Shen.

Những viên kim cương loại Ia thường cho thấy phát quang màu xanh dương với những mẫu vật tổng hợp tự nhiên bất thường. Những viên kim cương tự nhiên loại Ib thường cho thấy một dãy các dải phát quang màu xanh lá cây trong nền phát quang màu da cam, trong khi các viên kim cương nhân tạo giống hệt nó thường cho thấy những vùng phát triển phát quang màu vàng pha xanh lá cây trong những mô hình chéo nhau (Shingley và đồng sự, 2004).

Những viên kim cương loại IIa và IIb thường cho thấy một mạng các đặc tính lai truyền chéo được cho là gây ra bởi sự lệch chỗ trong mạng kim cương. Thêm vào đó, kim cương loại IIb gần như luôn luôn cho thấy lân quang màu đỏ hoặc xanh dương trong DiamondView. Chỉ mình lân quang màu xanh dương không nên được dùng làm chứng cứ cho nguồn gốc của kim cương, bởi vì tạp chất Bo trong những viên kim cương được tổng hợp từ phương pháp HPHT cũng có thể sinh ra lân tinh xanh dương.

Những bằng chứng thuộc về thị giác gián tiếp: màu sắc, phát huỳnh quang, hình thái kim cương thô.

Màu sắc có thể đưa ra bằng chứng về loại kim cương, nhưng cần nhiều thí nghiệm cần thiết để có thể thấy được sự khác biệt nhẹ liên quan đến các loại. Một dãy các màu sắc tiêu biểu cho những viên kim cương tự nhiên, đã qua xử lý màu và tổng hợp ở cả 4 loại được chỉ ra ở hình 3. Màu da cam và màu vàng rượu vang thường phổ biến ở những viên kim cương loại Ib, trong khi những viên kim cương "Cape" màu vàng rơm nhẹ hơn thường là loại Ia. Những viên kim cương tự nhiên màu hồng nhẹ thường là loại IIa, trong khi những màu hồng đậm tự nhiên thường là loại Ia. Kim cương màu xanh và xám thường thuộc loại IIB.

Phản ứng huỳnh quang quan sát được bằng cách sử dụng một đèn tia cực tím nghiên cứu đá quý cầm tay cũng có thể đưa ra bằng chứng về loại kim cương.

Nhiều viên kim cương loại Ia cho thấy phát huỳnh quang màu xanh dương gây ra bởi các tạp chất ni-tơ. Kim cương loại Ib thường có màu cam trơ hoặc phát quang màu cam nhạt đối với bức xạ tia cực tím cả bước sóng ngắn và dài (Hainschwang và đồng sự, 2006).

Thường thì những viên kim cương nhân tạo loại Ib cho thấy những mẫu vật phát huỳnh quang không đều có ích cho chứng minh của họ. (xem Shigley và đồng sự, 2004). Những viên kim cương loại IIb thường trơ với tia cực tím bước sóng dài hay cho thấy sự phát huỳnh quang xanh dương yếu với tia cực tím bước sóng ngắn, thêm cả phát lân quang đỏ hoặc xanh dương đặc biệt (King và đồng sự, 1998).

Không giống như DiamondView, những đèn tia cực tím trong nghiên cứu đá quý phát ra bức xạ tia cực tím có năng lượng thấp hơn và sự phát lân quang của kim cương loại IIb không phải luôn luôn thấy được.

Một số hình dạng của khối kim cương thô và kết cấu bề mặt cũng khẳng định mạnh mẽ về loại kim cương. Ví dụ, những người phân loại đã nhận ra rằng, không giống như những viên đá quý loại I, những tinh thể kim cương loại II xảy ra điển hình ở những khối bất thường hay được dát mỏng và không thể hiện những mặt thuộc về tinh thể học (Wicks và Wild, 1991). Sunagawa (2001) đã cho rằng điều này là do những nứt vỡ sau này trải qua ở mức độ cao hơn trong quá trình nâng lên của bề mặt trái đất trong suốt thời gian phun trào mắc-ma Kimberlitic và lamproitic, trong khi đó kim cương loại I có xu hướng giữ nguyên hình thái tinh thể nguyên thủy của nó trong suốt sự chuyển động của mắc-ma.

Kiểm tra nhiều lần là tối ưu nhất khi nghiên cứu về loại kim cương.

Mỗi đặc tính và các dụng cụ nghiên cứu đá quý được đề cập bên trên đưa ra những nhận định về loại kim cương mà không cần sử dụng đến quang phổ kế FTIR.

Tuy nhiên chúng hiệu quả nhất khi được sử dụng kết hợp. Ví dụ kim cương loại II có thể dễ dàng phân biệt với loại I dựa trên độ truyền qua của tia UV bước sóng ngắn và các mô hình biến dạng. Loại IIa và IIb có thể dễ dàng phân biệt bằng tính chất dẫn điện.

Nhóm kim cương tự nhiên lớn nhất, nhóm I, thường khó để phân biệt hơn, nhưng vẫn có thể thực hiện được. Những viên kim cương loại Ia thường cho thấy những vạch "Cape" hay 415 nm trong kính quang phổ.Trong khi những viên kim cương loại Ib thường cho thấy sự hấp thụ mạnh ở mức từ <400 đến ~450 nm. Sự hiện diện của các tạp chất giống tinh thể hình kim trong kim cương loại Ib giúp củng cố đánh giá về loại kim cương.

Bảng 1 cung cấp những thông tin tóm tắt về kĩ thuật và đá quý được bàn đến trong bài này cho những viên kim cương đại diện thuộc các loại. Shingley và đồng sự (2004) đã cung cấp một bảng tham khảo xuất sắc về những viên kim cương tổng hợp bằng phương pháp HPHT, và Wang cũng đồng sự (2007) cũng đưa ra những thông tin cho phương pháp CVD (phương pháp ngưng tụ hơi hóa học).

Bảng 1 cung cấp những thông tin tóm tắt về kĩ thuật và đá quý được bàn đến trong bài này cho những viên kim cương đại diện thuộc các loại. Shingley và đồng sự (2004) đã cung cấp một bảng tham khảo xuất sắc về những viên kim cương tổng hợp bằng phương pháp HPHT, và Wang cũng đồng sự (2007) cũng đưa ra những thông tin cho phương pháp CVD (phương pháp ngưng tụ hơi hóa học).

Kết luận

Những tiến bộ gần đây trong tổng hợp và xử lý kim cương đã dẫn đến sự phụ thuộc nhiều hơn vào những trang thiết bị phân tích tối tân để phân biệt những viên kim cương tự nhiên với nhân tạo và kim cương màu tự nhiên với kim cương đã qua xử lý màu.

Tuy nhiên, chúng tôi cũng chỉ ra rằng, nhiều trong số những dụng cụ chuẩn được sử dụng bởi các nhà nghiên cứu đá quý trong thương mại cũng hiệu quả để nhận biết sự kết hợp đặc trưng của các thuộc tính của kim cương, giúp suy luận về loại kim cương và có thể là phương pháp xử lý với phương pháp tổng hợp.

Ví dụ, quan sát đơn giản như mô hình biến dạng đường chéo song song trong một viên kim cương không màu trong suốt đối với bức xạ tia UV bước sóng ngắn khẳng định rằng viên đá quý đó là loại IIa và nên được gửi đến phòng nghiên cứu để kiểm tra cho phương pháp xử lý HPHT. Tương tự, một viên kim cương xanh dương cho thấy tính dẫn điện là loại IIb và cũng cần được kiểm tra tại phòng nghiên cứu.

Nếu kim cương xanh loại IIb không cho thấy mô hình biến dạng nào khi được quan sát với độ phóng đại ánh sáng phân cực chéo thì nó có thể là một viên kim cương nhân tạo. Và một viên kim cương màu vàng đậm mà không sinh ra những vạch " Cape" trong kính quang phổ có thể là loại Ib.

Nếu không có vùng màu đặc trưng của nguồn gốc nhân tạo được thể hiện, và những đỉnh nhọn hiển thị ở hình 9B được quan sát, nó hầu như chắc chắn là kim cương tự nhiên loại Ib. Chỉ có mốt số trường hợp, các thí nghiệm đá quý có thể đưa ra những bằng chứng về loại kim cương và có thể cung cấp manh mối cho việc phân biệt kim cương.

Thông tin về loại cho giúp các nhà nghiên cứu đá quý tiếp cận khả năng một viên kim cương là tổng hợp hay đã qua xử lý, ngược lại, cung cấp một số giới hạn tin cậy rằng nó tự nhiên hay có màu tự nhiên.

Với một thế giới phát triển không ngừng của các phương pháp xử lý và nhân tạo, tuy nhiên, chúng ta khuyến khích mạnh mẽ các nhà nghiên cứu đá quý phải thực hiện thận trọng và gửi kim cương của họ đến phòng nghiên cứu đá quý để kiểm tra nếu có bất cứ nghi ngờ nào.

Tìm kiếm

Mới Cập Nhật