Bản tin tháng 01/2021

Viên Kim Cương Mài Giác Hình Bát Diện Chứa Một Đám Mây

Dạng Hình Sao Đáng Chú Ý

Hình 1: Viên đá mài giác hình bát diện màu vàng phớt lục phớt nâu, nặng 3,70 ct này chứa một đám mây hydrogen dạng hình sao đáng chú ý (bên trái), nó có phát quang màu lục phớt vàng mạnh dưới đèn UV sóng dài (bên phải). Ảnh của Diego Sanchez.

Một viên kim cương mài giác màu vàng phớt lục phớt nâu, nặng 3,70 ct (hình 1, bên trái) gần đây đã được gửi đến cho phòng giám định GIA ở Carlsbad để kiểm định và xác định nguồn gốc màu sắc. Viên kim cương đặc biệt ở chỗ nó chứa một đám mây dạng hình sao có thể nhìn thấy bằng mắt, nó có sáu cánh, mỗi cánh tỏa ra đến một đỉnh của khối kim cương đã cắt mài hình bát diện. Những viên kim cương có chứa các đám mây dạng hình sao đôi khi được gọi là “asteriate – có sao” trong thương mại (T. Hainschwang và cộng sự, "Ngôi sao Rhodesian: Một viên kim cương có sao đặc biệt", Journal of Gemmology, Vol. 34, No. 4, 2014, trang 306 – 315). Mặc dù GIA thỉnh thoảng vẫn gặp các viên kim cương có sao, nhưng viên kim cương này rất nổi bật do đặc điểm hình sao được nhìn thấy rất rõ nét và phát quang mạnh màu lục phớt vàng của nó được quan sát dưới đèn cực tím sóng dài (hình 1, bên phải).

Kiểm tra các đặc điểm ngọc học cho thấy nó là một viên kim cương kiểu Ia, với một chuỗi đỉnh nhọn điển hình được nhìn thấy trong phổ khả kiến. Các dãy hydrogen trong phổ hồng ngoại và phổ UV-Vis-NIR phù hợp với các bao thể dạng “mây hydrogen” quan sát được (hình 2). Những mây này trong kim cương là gồm các vi bao thể tán xạ ánh sáng với mật độ dày đặc phù hợp với những mây đã được ghi nhận là than chì (B. Rondeau và cộng sự, “Ba viên kim cương “có sao” giàu hydrogen từng được ghi nhận: Lịch sử tăng trưởng và sự hợp nhất các tạp chất liên quan trong khu vực”, Diamond and Related Materials, Vol. 13, No. 9, 2004, trang 1658 – 1673), nó có tương quan chặt chẽ với sự hiện diện của hydrogen (W. Wang và W. Mayerson,“Các dạng mây đối xứng trong kim cương — liên quan đến hydrogen”, Journal of Gemmology, Vol. 28, No, 2002, trang 143 – 152). Nhóm nghiên cứu cũng quan sát thấy sự nhuộm màu do bức xạ màu nâu trong một mặt nứt nông, cho thấy rằng viên đá đã tiếp xúc với bức xạ tia alpha tự nhiên (hình 3).

Hình 2: Mẫu sao sáu cánh chứa các hạt cực nhỏ thường được gọi là "mây hydrogen" (trái), mây này phát quang màu lục mạnh dưới đèn cực tím sóng dài (phải). Ảnh của Nathan Renfro; trường quan sát 6,27 mm.

Mặc dù kiểu cắt mài không độc đáo, nhưng nó được chế tác nhằm giới thiệu họa tiết bao thể đáng chú ý bên trong viên kim cương. Đây là một trong những viên kim cương thú vị nhất thuộc loại này được kiểm tra tại phòng giám định GIA ở Carlsbad.

Hình 3: Vết bức xạ màu nâu sẫm có hình dạng bất thường trên tạp chất phát triển ra tới bề mặt của viên kim cương cho thấy rõ ràng rằng nó đã tiếp xúc với bức xạ tia alpha tự nhiên. Ảnh chụp dưới kính của Maryam Mastery Salimi; trường quan sát 3,51 mm.

(Theo Maryam Mastery Salimi và Nathan Renfro, phần Lab Notes quyển G&G Fall 2019)

Tinh Thể Grossular Garnet Trong Demantoid Garnet

Hình 4: Một đám tinh thể hình bát diện, trong suốt được quan sát thấy trong một viên demantoid garnet màu lục phớt vàng. Ảnh chụp dưới kính của Ungkhana Atikarnsakul; trường quan sát 1,2 mm.

Demantoid, một loại andradite garnet màu lục, là một loại đá quý hiếm. Nó thường sở hữu độ tán sắc cao và ánh kim cương, và thường được bao phủ một phần bởi màu cơ bản là lục–vàng và lục. Các thay đổi về màu sắc của demantoid garnet nói chung là do nguyên tố vết chromium (Cr³⁺), sắt hóa trị 3 (Fe³⁺), chuyển điện tích giữa liên kết hóa trị Fe²⁺–Ti⁴⁺, và lực tương tác giữa Fe²⁺–Fe³⁺ (G. Giuliani và cộng sự, “Gem andradite garnet deposits demantoid variety”, InColor, No. 36, Summer 2017, trang 28 – 39).

Hình 5: Một số tinh thể bát diện trong suốt phát triển lên tới bề mặt của demantoid. Ảnh chụp dưới kính của Ungkhana Atikarnsakul; trường quan sát 2,0 mm.

Gần đây, phòng giám định GIA ở Bangkok đã nhận được một viên đá quý màu lục phớt vàng 4,47 ct để kiểm định. Các kiểm tra ngọc học cơ bản, bao gồm chỉ số chiết suất vượt giới hạn của chiết suất kế và tỉ trọng là 3,86, và quang phổ Raman đã xác định nó là demantoid garnet. Kiểm tra dưới kính hiển vi cho thấy sọc tăng trưởng nội mạnh, bao thể dạng “dấu vân tay” và các kim ngắn nằm hỗn độn. Điều thú vị là nó còn cho thấy các tinh thể bát diện trong suốt ở phần trên (hình 4). Một số trong chúng phát triển kéo dài lên đến bề mặt và có ánh khác với khoáng vật chủ. Kiểm tra kỹ cho thấy các tinh thể chứa hai loại ánh đá khác nhau, điều này càng khẳng định sự khác biệt chúng với demantoid chủ (hình 5 và 6).

Hình 6: Phổ LA-ICP-MS được thực hiện trên ba khu vực khác nhau: demantoid chủ (điểm 1), vùng bên ngoài của bao thể tinh thể (điểm 2), và vùng bên trong của bao thể tinh thể (điểm 3). Đường đứt nét màu xanh cho thấy sự phân chia giữa khu vực demantoid và vùng bên ngoài của bao thể. Đường đứt nét màu vàng ngăn cách khu vực bên ngoài và bên trong của bao thể. Ảnh chụp dưới kính của Ungkhana Atikarnsakul; trường quan sát 1,0 mm.

Quang phổ Raman được thực hiện trên ba khu vực khác nhau để xác định các khoáng vật. Phổ Raman ở hai khu vực của tinh thể tương tự như phổ của khoáng vật chủ, phù hợp với andradite garnet. Các loại garnet thường có các tính chất vật lý và hình dạng tinh thể như nhau, nhưng khác nhau về thành phần hóa học. Ví dụ, andradite là một calcium-iron garnet với công thức Ca₃Fe₂(SiO₄)₃, trong khi grossular là một calcium-aluminum garnet có công thức Ca₃Al₂(SiO₄)₃. Hai loại garnet đó thuộc cùng một dãy đồng hình và do đó có cùng công thức hóa học chung, nhưng chỉ khác nhau ở chỗ chứa Fe hoặc Al. Do phổ Raman tương tự của chúng, nên phân tích hóa sẽ phù hợp hơn để phân tách các loại garnet.

Trong trường hợp này, phương pháp phổ khối – plasma cảm ứng kép – bắn laser (LA-ICP-MS) đã được sử dụng để so sánh thành phần hóa học của demantoid với thành phần hóa học của các bao thể tăng trưởng lên tới bề mặt. Điểm 1 nằm trên khoáng vật chủ, điểm 2 ở khu vực bên ngoài của tinh thể, và điểm 3 ở khu vực bên trong của tinh thể (hình 6).

Đáng ngạc nhiên là cả ba khu vực điểm phân tích đều cho thấy các thành phần hóa học khác nhau, đặc biệt là giữa khu vực demantoid chủ và khu vực bên trong của tinh thể. Điều này cho biết rằng bao thể tinh thể là một loại garnet khác với andradite. Bảng 1 cho thấy thành phần hóa học của ba khu vực điểm phân tích, qui định các số liệu trong phần đầu tiên tính theo đơn vị phần triệu theo khối lượng (ppmw), tiếp theo là % khối lượng oxide của các nguyên tố, và sau đó là các cation được tính toán lại chuẩn hóa từ 12 nguyên tử oxygen. Điểm 1 (demantoid) chứa Fe nhiều hơn đáng kể so với Al, trong khi điểm 2 và 3 của bao thể tinh thể chứa cả hai nguyên tố. Điểm 2 chứa hàm lượng Fe cao hơn Al, và theo số liệu tính toán cho thấy có pha trộn của hai loại garnet. Có thể khu vực đo đạc ghi nhận luôn một phần của khoáng vật chủ. Điểm 3 chứa nồng độ Al cao hơn Fe (ăn khớp đến 75,36% với loại grossular).

Nhiều loại bao thể rắn đã được tìm thấy trong demantoid garnet, chẳng hạn như chromite, apatite và diopside. Từ các kết quả thu được ở đây, cho thấy điều thú vị là các bao thể rắn lần này là một loại garnet khác — grossular, trong trường hợp này — cũng có thể là bị mắc kẹt trong demantoid.

(Theo Ungkhana Atikarnsakul, phần Lab Notes quyển G&G Fall 2019)

Sapphire Phủ Cobalt

Gần đây, phòng giám định GIA ở New York có nhận được một viên đá màu xanh sáng để kiểm định. Màu xanh gần giống với màu xanh của spinel chứa cobalt rất được ưa chuộng. Các phương pháp kiểm tra hiện đại như phổ hồng ngoại biến hình Fourier (FTIR), phổ cực tím/nhìn thấy/cận hồng ngoại (UV–Vis–NIR), huỳnh quang tia X phân tán năng lượng (EDXRF) và quang phổ Raman laser đã được thực hiện để hỗ trợ việc giám định. Phổ FTIR cho thấy phổ corundum, nhưng với cường độ không đặc trưng trong vùng 7000–5800 cm^–1. Quang phổ laser Raman cũng xác nhận bản chất corundum, và phổ UV–Vis–NIR mang lại hình ảnh phổ hấp thu cobalt tương tự như phổ của spinel khuếch tán cobalt.

Hình 7: Các cạnh giao giác sáng màu hơn và bề mặt lốm đốm là bằng chứng của lớp phủ. Ảnh chụp dưới kính của Tyler Smith; trường quan sát 4,79 mm.

Dưới độ phóng đại tiết lộ sự hiện diện của một lớp phủ, là nguyên do của việc không thể đọc được chỉ số chiết suất RI do vượt quá giới hạn quan sát được. Dễ dàng phát hiện lớp phủ bởi bề mặt lốm đốm, không đồng đều và các cạnh giác nhạt màu hơn nơi lớp phủ bị hư tổn (hình 7). Phổ EDXRF xác định lớp phủ là cobalt, phù hợp với phổ hấp thu UV–Vis–NIR. Viên đá chứa các bao thể đặc trưng của sapphire xử lý nhiệt, chẳng hạn như bao thể dạng “dấu vân tay” bị biến đổi và tinh thể dạng bị phủ sương tuyết. Ngoài ra, quang phổ Raman đã xác định được các hốc phát triển ra tới bề mặt chứa đầy thủy tinh (hình 8).

Hình 8: Các hốc chứa đầy thủy tinh trên phần đáy của sapphire. Ảnh chụp dưới kính của Tyler Smith; trường quan sát 3,57 mm.

Lớp phủ cobalt đã được biết đến là một phương pháp xử lý tanzanite để cải thiện thành phần màu xanh của đá, nhưng phòng giám định GIA đã không quan sát thấy lớp phủ cobalt trên sapphire trong những năm gần đây (xem Spring 1994 G&G, trang 48–49). Không giống như lớp phủ cobalt trên tanzanite, chỉ được áp dụng cho phần đáy, lớp phủ này bao phủ toàn bộ viên sapphire. Điều này làm nổi bật khả năng phủ cobalt trên các khoáng vật khác ngoài tanzanite để tạo ra màu xanh nổi bật hơn.

Do màu sắc của nó, khoáng vật này rất có thể bị nhầm với spinel cobalt, nhưng điều này có thể dễ dàng bị loại bỏ thông qua các kiểm tra ngọc học cơ bản như kính phân cực và tỉ trọng. Viên đá được kiểm tra có chiết suất kép và có tỉ trọng là 4,00, trong khi đá spinel có chiết suất đơn và có SG là 3,60 (+0,10/–0,03). Mặc dù chỉ số chiết suất RI vượt quá giới hạn của dung dịch chiết suất, nhưng tỉ trọng và bản chất khúc xạ kép của viên đá lại thiên về sapphire. Các phương pháp kiểm tra hiện đại rất hữu ích trong việc xác nhận danh tính thực sự của đá và lớp phủ. (Theo Virginia Schneider và Jessica Jasso, phần Lab Notes quyển G&G Fall 2019)

Ngà Giả Bằng Nhựa Với Cấu Trúc Giả “Họa Tiết Đan Chéo”

Hình 9: Trái: Vật liệu A, đường kính 24,40 mm và được bán dưới tên “Arvorin Plus,” cho thấy các vân tuyến tính song song dọc theo chiều dài của nó và các vân vuông góc không thẳng hàng nằm dọc theo mặt phẳng nằm ngang. Phải: Vật liệu B, đường kính 18,93 mm và được bán trên thị trường là “Resin-Ivory+S”, cho thấy có các vân tuyến tính song song dọc theo chiều dài và các vân vuông góc, với góc cắt chéo trung bình là 90° dọc theo mặt phẳng nằm ngang của nó. Ảnh của Dylan Hand.

Chất liệu nhựa được bán trên thị trường như ngà voi giả gần đây đã được một chuyên gia ngọc học của GIA mua để kiểm tra. Chất liệu A, được bán trên thị trường với tên “Arvorin Plus”, được mua từ một quầy hàng trong khu trò chơi billiard (bi da). Chất liệu B, được bán với tên "Resin-Ivory+S", được mua từ một cửa hàng guitar. Chúng được sản xuất dưới dạng thanh có thể được mua với nhiều độ dài khác nhau. Cả hai đều cho thấy có các vân tuyến tính song song dọc theo chiều dài của chúng và một họa tiết đặc biệt gợi nhớ đến các đường Schreger, thường được gọi là hiệu ứng “engine-turned – vân đan chéo”, khi nhìn trên mặt cắt ngang của chúng (hình 9). Đây cũng là những đặc điểm thường thấy ở ngà voi hiện đại và voi ma mút thật.

Các chất liệu nhựa này được kiểm tra có các đặc điểm ngọc học gần giống nhau. Cả hai đều có độ cứng khoảng 2 theo thang Mohs, bị lõm vào khi ấn mạnh bằng đầu dò và tan chảy nhanh chóng khi chạm vào que hàn nóng. Chúng cũng có chỉ số chiết suất điểm là 1,57, tỉ trọng thủy tĩnh là 1,24, và trơ với tia cực tím sóng dài và sóng ngắn. Quang phổ Raman càng khẳng định bản chất của chúng là một chất polymer.

Ngà voi hiện đại và voi ma mút thật thường có chỉ số chiết suất là 1,540, tỉ trọng từ 1,70 đến 2,00 và phát huỳnh quang yếu từ trắng đến xanh dưới cả tia cực tím sóng dài và sóng ngắn. Đặc điểm nổi bật nhất của ngà voi là hiển thị các đường Schreger (“engine turning – vân đan chéo”), một đặc điểm tăng trưởng cố hữu có thể nhìn thấy khi các mẫu được cắt vuông góc với chiều dài của ngà. Những đường vân đan chéo này tạo ra những góc đặc biệt giúp phân biệt giữa ngà của loài voi ma mút và loài voi hiện đại. Khi đo các góc lõm hướng vào khu vực bên trong lõi của ngà, đối với ngà voi ma mút sẽ hiển thị góc trung bình nhỏ hơn 90°, trong khi ngà voi hiện đại sẽ hiển thị góc trung bình lớn hơn 90°. Hình 10 cho thấy các mẫu ngà voi hiện đại và voi ma mút được định hướng với góc lõm của chúng hướng vào khu vực bên trong của ngà. Các đường vân đan chéo của chúng cắt nhau ở các góc trung bình lần lượt là 109° và 69°. Điều này có thể được áp dụng để so sánh với chất liệu A và B. Mặc dù chất liệu A cũng cho thấy các vân vuông góc dọc theo mặt phẳng cắt ngang, các góc không được sắp xếp một cách có trật tự hoặc có sự nhất quán để có thể đo đạc. Tuy nhiên, chất liệu B thì có các “vân đan chéo” ở một góc trung bình là 90° dọc theo mặt phẳng cắt ngang.

Hình 11: Ba mẫu ngà voi giả được cắt ra dùng cho nghiên cứu này. Mẫu vật hình chiếc ngà (52,23 ct) và viên cabochon ở bên phải (35,37 ct) được tạo ra từ chất liệu A. Viên cabochon bên trái (14,67 ct) được tạo ra từ chất liệu B. Mẫu được chụp và cắt mài bởi Dylan Hand.

Hai viên cabochon được cắt mài từ hai loại nhựa, và hình dạng của một chiếc ngà voi nhỏ được cắt ra từ chất liệu A (hình 11). Độ cứng thấp của nhựa cho phép chúng nhanh chóng được mài mòn để tạo hình, trong khi độ dẻo dai cao của chúng giúp ngăn ngừa mọi vết mẻ hoặc nứt ngay cả trên các chi tiết nhỏ. Mỗi loại nhựa bao gồm hai thành phần có độ cứng hơi khác nhau, chúng tạo ra họa tiết vân đan chéo. Một khó khăn là khi cố gắng tạo hình một bề mặt láng mịn, các vùng tối hơn và nhạt hơn bị mài mòn với tốc độ khác nhau, tạo ra một cấu trúc không đồng đều. Tuy nhiên, hiệu ứng này được giảm thiểu ở giai đoạn đánh bóng thô của quá trình chế tác. Điểm nóng chảy thấp của ngà voi giả tạo thêm một thách thức trong quá trình đánh bóng. Khi cố gắng đánh bóng bằng hợp chất bôi lên bánh xe nỉ, nhựa có thể bị chảy và biến dạng tương đối nhanh.

Ngà voi hiện đại lần đầu tiên được đưa vào danh sách cần chế tài theo Đạo luật về các loài nguy cấp vào năm 1976, với nhiều luật gần đây đưa ra lệnh cấm gần như hoàn toàn đối với việc nhập khẩu và xuất khẩu ngà voi hiện đại. Luật liên quan đến ngà voi ma mút thay đổi theo từng tiểu bang, vùng lãnh thổ. Các chất liệu nhái ngà voi ngày nay thường được sử dụng thay thế cho đồ nội thất và đồ khảm trên nhạc cụ, đồ trang sức và các phụ kiện trang trí khác. Cả hai loại nhựa trên đều được cấu tạo chủ yếu từ polyester kéo thành sợi và đang được sản xuất tại China – Trung Quốc. (Theo Britni LeCroy và Dylan Hand, phần Lab Notes quyển G&G Fall 2019)