Bảng tin tháng 06/2012

Đá Chứa Cả Khoáng Richterite Và Sugilite

Tại các phòng giám định thường chỉ kiểm tra các khoáng vật đồng nhất, do đó việc nghiên cứu đá là một tổ hợp các khoáng đơn là điều hết sức thú vị. Gần đây phòng giám định ở Carlsbad nhận được một vật như thế, nó nặng 5,59 ct, trong mờ, màu xanh đậm và tím, cắt giác tầng hình tam giác biến thể được đưa đến để yêu cầu giám định (hình 1). Ngoài phần màu tím và xanh, viên đá còn chứa một khoáng vật phụ màu nâu; nhìn chung mẫu đá có cấu trúc phân lớp tương đối (hình 2).

Phần màu xanh và tím có chiết suất điểm RI là 1,62 và 1,62, lần lượt theo thứ tự. Dưới phổ kế cầm tay, vùng màu xanh có dãy hấp thu yếu từ 540 – 580 nm và dãy mạnh từ 650 – 680 nm, trong khi phần màu tím chỉ có một dãy hấp thu tại 550 nm. Phổ Raman biểu lộ sự phù hợp với khoáng richterite cho khoáng màu xanh, sugilite thì phù hợp với phần khoáng màu tím (tương ứng với dãy hấp thu 550 nm) và aegirine thì tương ứng với phần khoáng vật phụ.

Richterite (Na[CaNa]Mg₅Si₈O₂₂[OH]₂) thuộc nhóm amphibole; richterite màu xanh là khoáng vật nêu trên nhưng có mang thêm nguyên tố kali (K). Sugilite (K,Na₂[Fe,Mn,Al]₂Li₃Si₁₂O₃₀) thuộc nhóm milarite, trong khi khoáng aegirine (NaFeSi₂O₆) thuộc nhóm pyroxene. Cả 3 khoáng này đều có sự tương đồng về thành phần hóa học và cách thức hình thành, do đó việc nhìn thấy chúng tồn tại trong cùng một viên đá thì cũng không quá ngạc nhiên. Theo khách hàng dự đoán thì viên đá này có lẽ là từ mỏ đá Wessels ở Nam Châu Phi, nơi nổi tiếng với loại khoáng chứa kali như richterite và sugilite. (Theo Alethea Inns trong Lab Notes, quyển G&G Winter 2010)

 

Ruby Xử Lý Lấp Đầy Thủy Tinh Chì Bị Hư Hỏng

Trong Khi Chỉnh Sửa, Làm Mới Trang Sức

Ruby lầp đầy thủy tinh chì là nguồn đem lại nhiều lợi nhuận cho ngành công nghiệp trang sức trong nhiều năm qua. Một trong những lý do chính làm cho khoáng vật được lấp đầy này không bền – những thử nghiệm cho thấy khả năng dẫn đến hư hỏng là rất cao khi bị tác động từ các dung môi, thậm chí là dung môi tương đồi nhẹ như nước chanh ép. Những nghiên cứu ban đầu về tính bền vững của loại đá này (xem lại bài viết của S. F. McClure và nhóm nghiên cứu “Xác định và đánh giá tính bền vững của ruby lấp đầy thủy tinh chì”, quyển G&G Spring 2006, trang 22 – 34) cho thấy rằng các dung dịch tẩy rửa trang sức nhanh chóng ăn mòn bề mặt lấp đầy thủy tinh chì. Để ngăn ngừa sự hư hỏng người ta khuyến cáo các thợ kim hoàn nên tháo tất cả các viên ruby xử lý lấp đầy thủy tinh chì ra khỏi các ổ chấu trang sức trước khi nhận làm các công đoạn chỉnh sửa.

Tất nhiên theo khuyến cáo, người thợ trước tiên cần biết là ruby mà họ nhận có bị xử lý bởi phương pháp nêu trên hay không. Thật không may là đôi khi thợ kim hoàn không xem xét đủ cẩn thận hoặc chỉ nghe lời nói từ khách hàng mà không hề có sự kiểm tra lại. Do đó, chắc chắn rằng những thói quen này sẽ dẫn đến nhiều vấn đề khó xử.

Một trường hợp như thế được minh họa trong hình 3. Viên ruby ~6 ct được gửi đến phòng giám định Carlsbad do nó đã bị hư hỏng trong quá trình chỉnh sửa trang sức và người thợ kim hoàn muốn biết chuyện gì đã xảy ra. Mặc dù điều kiện ảnh hưởng chính xác không được cung cấp cụ thể nhưng nhìn vẻ ngoài của viên đá cũng có thể suy đoán rằng nó không được tháo ra khỏi ổ chấu trong quá trình hàn hoặc chấm mối hàn ở các đầu chấu và sau đó được nhúng trong dung dịch tẩy rửa để làm sạch. Đây là qui trình cơ bản thường gặp khi chỉnh sửa, làm sạch nữ trang và hay dẫn đến sự hư hỏng ruby. Tuy nhiên, như những mô tả về dáng vẻ bên ngoài của viên ruby lấp đầy thủy tinh chì ở trên thì chắc chắn đã bị hư hỏng tạo nên sự thay đổi đáng kể vẻ bề ngoài của viên đá và điều này đã làm buồn lòng khách hàng. Trong phạm vi hiểu biết của chúng tôi thì những viên đá này không thể tái xử lý một khi chúng bị hư hỏng; trong trường hợp này, có ai đó đã cố gắng che giấu sự hư hại của viên đá bằng cách bôi một chất màu đỏ (có thể là mực) lên bề mặt với hy vọng nó sẽ ngấm vào các khe nứt (hình 4) để làm giảm bớt sự hiện rõ của các mặt nứt. Nếu họ làm điều này với mục đích đó thì họ đã không thành công.

(Theo Shane F. McClure trong Lab Notes, quyển G&G Winter 2010)

 

Bao Thể Sapphire Trong Sapphire Thiên Nhiên

Trong số rất nhiều viên đá sapphire được đưa đến phòng giám định Bangkok để cấp giấy chứng nhận thì mới đây có một viên nặng 43,05 ct màu xanh mài hình nệm được xác định là đặc biệt hiếm gặp. Chiết suất điểm khoảng 1,760 và 1,769 cùng với tỷ trọng thủy tĩnh là 3,99 đã chứng thực nó là corundum. Nhưng dưới kính hiển vi quan sát được các bao thể vô cùng thú vị.

Dưới phần trên, ngay sát gờ, quan sát thấy một tinh thể lục giác dạng đặc trưng của sapphire. Và bao thể này lại mang trong nó những bao thể khác (hình 5). Tại khu vực tinh thể tăng trưởng lộ lên đến bề mặt (phần bị loại bỏ trong quá trình cắt mài) thấy rằng ánh của nó giống với ánh của đá chủ, cung cấp bằng chứng xác định nó là sapphire. Kiểm tra thêm trên cả đá chủ và bao thể bên trong bằng phổ Raman hiển vi khẳng định cả hai đều là corundum. Bên trong bao thể tinh thể sapphire, ngoài bằng chứng là các bao thể tinh thể hình kim còn có các tinh thể không màu và nhiều bao thể thứ sinh thể lỏng (hình 6). Sự tương phản trong đá sapphire chủ hoàn toàn liên quan đến các đặc điểm bên trong.

Sự đa dạng về bao thể trong sapphire là bình thường nhưng việc tồn tại những bao thể tinh thể sapphire ngay chính trong sapphire chủ là điều hiếm khi được nhìn thấy. Đây là lần đầu tiên sapphire trong sapphire được ghi nhận. (Theo Garry Du Toit trong Lab Notes, quyển G&G Winter 2010)

 

Spinel Và Ruby Nhân Tạo Được Kết Hợp

Thành Viên Đá Hai Lớp

Phòng giám định Carlsbad đã từng thấy nhiều viên corundum hai lớp trong nhiều năm qua, hầu hết ở dạng phần trên là corundum thiên nhiên và phần đáy là corundum nhân tạo. Ngoài ra còn có các viên với phần trên là spinel không màu kết hợp với nhiều khoáng vật khác.

Mới đây, phòng giám định Carlsbad có nhận một mẫu đá màu đỏ nặng 4,85 ct để làm giám định. Qua những kiểm tra ngọc học cơ bản ghi nhận được chỉ số chiết suất: 1,725 đối với phần trên và 1,760 – 1,770 đối với phần đáy. Dưới kính phóng đại xem trực diện từ trên xuống thì thấy trong mẫu vật có một mặt keo trong suốt, không màu với lớp bọt khí (hình 7). Lớp keo này phân chia phần màu xanh phía trên với phần đáy màu đỏ. Mặt phân cách này dễ dàng nhìn thấy dưới ánh sáng phản chiếu (hình 8). Những dấu hiệu này cho thấy viên đá được dán ghép lại.

Khi xem dưới ánh sáng phản chiếu thì thấy có chút khác biệt về ánh đá giữa phần trên và phần dưới. Kết hợp những đặc điểm được nêu ở trên với sọc cong đã khẳng định nó là spinel nhân tạo. Phần đáy có một mặt nứt lớn tạo ranh giới với phần trên, làm cho hai lớp phân tách rõ ràng hơn. Bọt khí và sọc cong trong phần đáy cũng rất rõ ràng, hai đặc trưng của ruby nhân tạo bằng phương pháp nóng chảy. Khi quan sát trong dung dịch nhúng thì hai thành phần tạo nên viên đá hai lớp có thể nhìn thấy rõ (hình 9).

Hai hợp phần này cũng có những phản ứng khác nhau dưới chiếu xạ cực tím. Phần trên thì trơ, trong khi phần đáy thì phát quang màu đỏ vừa dưới chiếu xạ UV sóng dài. Với UV sóng ngắn, phần trên có phát quang màu lục phấn vừa, đặc trưng của spinel nhân tạo, trong khi phần đáy có phát quang màu đỏ yếu đến vừa.

Không rõ là viên đá quý hai lớp này được dùng để nhái, giả loại đá nào – có thể là spinel đỏ. Thật ngạc nhiên khi thấy hai lớp dán – cả phần trên và phần đáy đều là đá nhân tạo, nhưng rõ ràng là nó không thể vượt qua được với các vật liệu tự nhiên. (Theo Alehea Inns trong Lab Notes, quyển G&G Winter 2010)

 

Kim Cương Nhân Tạo

Kim cương nhân tạo là mối quan tâm hàng đầu trong suốt thập kỷ qua, mặc dù nguồn cung cấp khoáng vất quý chưa bao giờ cạn và những viên kim cương đã chế tác thì ít khi được đưa đến các phòng giám định để yêu cầu phân cấp, chứng nhận. Ví dụ như ngay cả ở phòng giám định đá quý GIA cũng rất hiếm khi nhìn thấy những viên kim cương nhân tạo chất lượng cao (chiếm một tỷ lệ phần trăm rất nhỏ so với lượng kim cương giám định hằng ngày) và phần lớn là loại có màu. Kitawaki và nhóm nghiên cứu (2008) thuộc phòng giám định GAAJ-Zenhokyo, Tokyo, Nhật Bản đã từng đưa thông tin rằng trong vòng 4 tháng đã có hơn 100 viên kim cương nhân tạo màu vàng kích cỡ nhỏ (dưới 0,20 ct) trong tổng số đá nhận được từ khách hàng yêu cầu giám định, một con số đáng kể nhưng vẫn là một lượng nhỏ trong tổng số đá kích thước nhỏ được giám định.

Có sự thay đổi lớn trong những năm 1990 đến 2000 đó là kim cương nhân tạo trở nên phổ biến hơn. Trong những năm 1990, kim cương nhân tạo tăng trưởng bằng phương pháp nhiệt cao và áp cao trong dòng dung dịch sắt/nickel nóng chảy (phương pháp HPHT) là được quan tâm nhất. Ngày nay những viên kim cương nhân tạo được nuôi cấy vẫn phổ biến với các màu từ vàng đến cam phớt nâu (do thành phần nitrogen – N; theo Shigley và nhóm nghiên cứu, 2002) nhưng chúng cũng có thể tăng trưởng ban đầu chỉ cho ra màu xanh và được xử lý tạo màu hồng (xem bài của Shigley và nhóm nghiên cứu, 2004).  Trong khi số lượng, chất lượng và kích cỡ của những viên kim cương nhân tạo này ngày một tăng trong hơn một thập niên qua – viên kim cương nhân tạo HPHT mài giác lớn nhất được đưa đến phòng giám định GIA nặng đến 4,09 ct (theo Wang và Moses, 2010) – nhưng những phương pháp nhận diện sự khác biệt giữa chúng với kim cương thiên nhiên thì về bản chất vẫn không có gì thay đổi.

Đầu thập niên này, các công ty giống như Gemesis Corp. ở Sarasota, Florida đã bắt đầu sản xuất và tung ra thị trường loại kim cương nhân tạo HPHT, chủ yếu có sắc màu vàng đến cam (xem lại bài viết của Shigley và nhóm nghiên cứu, 2002). Chatham Created Gems cũng bắt đầu bán những sản phẩm của họ với tên gọi là đá tăng trưởng bằng phương pháp HPHT với rất nhiều màu sắc (xem lại bài của Shigley và nhóm nghiên cứu, 2004), ví dụ như xanh, vàng và hồng. Mặc dù chúng cũng là những viên kim cương nhân tạo bằng phương pháp tăng trưởng CVD (lắng đọng hơi hóa học) bởi Apollo Diamond nhưng chúng là nguyên nhân lớn nhất làm xáo động thị trường.

Phương pháp tăng trưởng CVD đòi hỏi phải có sự phản ứng qua lại với các dung dịch ở thể khí – điển hình như một lượng nhỏ khí methane (CH₄) trong khí hydrogen (H₂) – trong một khoang chứa chất nền. Một phản ứng với một trong số những chất hợp thành này sẽ xảy ra ở nhiệt độ cao và áp suất thấp. Chất phản ứng, chất tạo thành và kiểu phản ứng được luân chuyển khắp nơi trong khoang chứa do quá trình khuếch tán và đối lưu. Trên bề mặt chất nền, nhiều kiểu phản ứng khác nhau (hấp phụ, khuếch tán, sự khử chất thấm hút) đã xảy ra giữa các thành phần hóa học, dẫn đến sự lắng đọng kim cương nhân tạo và cuối cùng là các lớp vật chất được tăng trưởng liên tục (theo Butler và Woodin, 1993, Spear và Dismukes, 1994). Khi một viên kim cương (tự nhiên hoặc nhân tạo) được sử dụng làm chất nền thì có thể tạo ra các đơn tinh thể kim cương nhân tạo chất lượng cao bằng phương pháp CVD này.

Kim cương nhân tạo tăng trưởng thành công lần đầu tiên là ở dạng màng mỏng, sử dụng kỹ thuật CVD và được tạo ra bởi W. G. Eversole năm 1952 (theo Kiffer, 1956). Có một điểm lưu ý thú vị là sự kiện này diễn ra trước khi General Electric thông cáo việc tăng trưởng thành công đơn tinh thể kim cương nhân tạo bằng phương pháp HPHT vào năm 1955 (theo Bundy, 1955; Angus báo cáo lại vào năm 1994). Tuy nhiên, những sản phẩm thế hệ đầu của phương pháp CVD thường chỉ ở dạng đa tinh thể (và do đó mà chất lượng không cao) và đơn tinh thể kim cương nhân tạo đầu tiên tăng trưởng bằng CVD thì cũng chỉ đạt được kích cỡ nhỏ (chỉ khoảng chứng vài micrometer). Mãi đến năm 1993, Badzian and Badzian công bố tăng trưởng được đơn tinh thể kim cương nhân tạo CVD với độ dày 1,2 mm; tiếp sau đó, nhiều nhóm nghiên cứu khác (như Doering and Linares, 1999; Linares and Doering, 1999) cũng công bố tăng trưởng thành công đơn tinh thể kim cương nhân tạo CVD có hoặc không có sự hấp thu chất xúc tác Bo (boron) với chiều dày khoảng 1 mm.

Tuy nhiên vào những năm đầu thập niên 2000, Wang và nhóm nghiên cứu (2003) đã báo cáo về đặc điểm ngọc học và quang phổ của 15 viên kim cương nhân tạo CVD từ công ty Apollo Diamond; trong đó chỉ có một vài viên được mài giác. Đặc điểm chung của các mẫu này là có sự hạn chế về độ dày (0,6 – 2,5 mm) và tất cả đều cho thấy có tông màu nâu với nhiều mức sắc độ màu. Các mẫu mài giác thường có kích thước nhỏ (<0,30 ct) và có nhiều mặt nứt cát khai và những bao thể nhỏ dạng đầu kim, màu đen. Theo Martineau và nhóm nghiên cứu (2004) mô tả những viên kim cương nhân tạo CVD của công ty De Beers. Hơn một trăm mẫu đá (được sản xuất chỉ với mục đích nghiên cứu khoa học) đã được sử dụng nghiên cứu cho báo cáo này, bao gồm những viên kim cương nhân tạo kiểu IIa, độ tinh khiết cao, không màu, nâu, hồng và các viên màu xanh kiểu IIb có sự hấp thu Bo. Các viên mài giác nặng ~0,3 đến 2,6 ct với cấp độ sạch từ IF đến I3. Kể từ sau khi công nghệ tăng trưởng kim cương nhân tạo CVD phát triển đáng kể và do đó những tinh thể chất lượng cao cũng được ghi nhận ngày càng nhiều (theo Yan và nhóm nghiên cứu, 2004; Tallaire và nhóm nghiên cứu, 2005; Wang và nhóm nghiên cứu, 2005; Miyatake và nhóm nghiên cứu, 2007).

Wang và nhóm nghiên cứu (2007) đã phân tích các đặc điểm ngọc học và quang phổ trên 43 mẫu đá mới được sản xuất thời gian gần đây từ Apollo (hình 10), những viên đá này cho thấy có sự cải thiện đáng kể về kích cỡ, màu sắc và độ sạch. Ngoài những viên kim cương nhân tạo không màu đến gần không màu thì những viên có tông màu từ cam đến hồng cũng đã được sản xuất – chúng có thể so sánh với kim cương thiên nhiên cả về màu sắc lẫn độ sạch. Màu sắc của chúng được đặc trưng bởi dãy hấp thu tại ~520 nm, dãy hấp thu này chưa từng quan sát thấy trên kim cương thiên nhiên và chúng cũng rất khác biệt với dãy hấp thu 550 nm nhìn thấy trên kim cương hồng tự nhiên. Gần đây, Apollo Diamond quảng bá rộng rãi loại kim cương nhân tạo CVD, màu hồng (theo Wang và nhóm nghiên cứu, 2010; hình 11), loại này có liên quan đến sự tập trung cao của tâm sai hỏng khuyết nitrogen (NV). Chúng được phân cấp màu chủ yếu từ hồng đậm đến đậm rực rỡ và trọng lượng từ ~0,3 đến 0,7 ct. Một điểm quan trọng cần lưu ý rằng – mặc dù vẫn còn khá hiếm – những viên kim cương nhân tạo CVD mài giác đang được mua bán trên thị trường thì chỉ một số viên là có chứng nhận của các phòng giám định đá quý với những kiểm tra thông thường (theo Chadwick, 2008; Chadwick và Breeding, 2008; Wang, 2009; Kitawaki và nhóm nghiên cứu, 2010; Wang và Johnson, 2010). Kim cương nhân tạo CVD mài giác, gần không màu, trọng lượng trên 1 ct đã được giám định tại phòng giám định GIA trong thời gian gần đây (theo Wang và Moe, 2010). Kim cương nhân tạo CVD có thể được xác định thông qua việc xem xét thật kỹ các đặc điểm ngọc học và quang phổ. Khi không thể khẳng định bằng những quan sát ngọc học thông thường thì những đặc điểm như sọc nội mạnh với hình dạng lờ mờ không rõ ràng, màu giao thoa bậc cao (hình 12) và có sự hiện diện bao thể nhỏ dạng đầu kim là bằng chứng tốt để khẳng định chúng là kim cương nhân tạo CVD. Tuy nhiên những đặc điểm ngọc học này cũng tồn tại trong một vài viên kim cương thiên nhiên.

Những sản phẩm thế hệ đầu của Apollo có màu nâu với nhiều mức sắc độ khác nhau sẽ có phát quang yếu, màu cam, đây cũng được xem như là dấu hiệu hữu ích để nhận biết kim cương nhân tạo CVD (theo Roskin, 2003; Wang và nhóm nghiên cứu, 2003; Martineau và nhóm nghiên cứu, 2004). Tuy nhiên đặc điểm này không thấy có trong hầu hết các viên kim cương nhân tạo CVD thế hệ sau này. Những hình ảnh huỳnh quang và lân quang quan sát được dưới thiết bị DTC DiamondView vẫn rất hữu dụng trong việc xác định kim cương nhân tạo CVD. Đặc biệt đôi khi ta còn quan sát thấy được những đốm họa tiết bất thường màu xanh trên nền phát quang màu cam cũng như những dãy sọc tăng trưởng khá mảnh.

Hình 13: Dãy hấp thu tại 3123,5 cm-1 trong vùng giữa hồng ngoại (phải), bức xạ điện tử mạnh từ tâm NV, bức xạ kép ở 596/597 nm và bức xạ kép khác tại 736,6 và 736,9 nm, hiện nay là những đặc điểm hữu dụng trong việc nhận diện kim cương nhân tạo CVD.

Đặc điểm quang phổ là yếu tố rất quan trọng trong việc nhận diện kim cương nhân tạo CVD. Dãy hấp thu 3123,5 cm^-1 trong vùng giữa hồng ngoại, bức xạ điện tử mạnh của tâm NV, bức xạ điện tử kép ở 596/597 nm và bức xạ kép [Si-V] ^– tại 736,6 và 736,9 nm cũng rất hữu ích trong việc các định kim cương nhân tạo tăng trưởng bằng phương pháp CVD này (hình 13).

(Theo Nathan Renfro, John I. Koivula, Wuyi Wang và Gary Roskin trong phần Synthetic Gem Materials in the 2000s, quyển G&G, Winter 2010)