Bản tin tháng 06/2021

Opal Giả Có Hoa Văn Lóe Nhiều Màu Thú Vị

Hình 1: Opal giả này có hiện tượng lóe màu sặc sỡ nổi bật. Khối lớn nhất có chiều dài khoảng 61,79 mm. Ảnh của Robison McMurtry và Diego Sanchez. Đá thuộc sở hữu của Sanwa Pearl & Gems Ltd.

Phòng giám định GIA ở Carlsbad gần đây đã kiểm tra các mẫu đá quý nhân tạo tương đối mới, đôi khi được gọi là “sản phẩm opal lai tạo” (hình 1) (xem phần Lab Notes quyển G&G Spring 2018, trang 60–62). Vật liệu này có chiết suất từ 1,498–1,500, và tỉ trọng nằm trong khoảng 1,33–1,35. Cả hai đặc điểm này đều nằm ngoài phạm vi đối với opal tự nhiên, làm cho việc xác định rất đơn giản đối với các chuyên gia đá quý. Những đặc điểm ngọc học bất thường này cũng có nghĩa là chất liệu này được mô tả chính xác nhất là loại giả opal chứ không phải opal tổng hợp. Vật liệu này được ghi nhận gồm khoảng 20% silica và khoảng 80% nhựa, phù hợp với các đặc điểm ngọc học cơ bản được ghi nhận.

Loại opal giả mới này cho thấy hiện tượng lóe sáng nhiều màu rõ rệt với hoa văn không giống như loại mà chúng ta hay nhìn thấy trong opal tổng hợp thông thường. Thay vì thấy các mảng dạng ô nhỏ, nó hiển thị các vệt màu rộng lớn luôn thay đổi nhiều màu bao phủ diện rộng trên bề mặt (hình 2). Mẫu vật được kiểm tra tại phòng giám định có màu tổng thể là đen hoặc trắng và nhiều màu khác nhau trong các khu vực lóe sáng màu. Đối với những người yêu thích opal, chất liệu hấp dẫn này có thể cung cấp một giải pháp thay thế hiệu quả về chi phí cho khoáng vật tự nhiên trong khi vẫn giữ được sức hấp dẫn của hiện tượng lóe màu sặc sỡ.

Hình 2: Opal giả này cho thấy những vệt rộng hiệu ứng lóe sáng nhiều màu khi được kiểm tra bằng kính hiển vi. Ảnh chụp dưới kính bởi Nathan Renfro; trường quan sát 18,80 mm.

(Theo Nathan Renfro, phần Gem News International quyển G&G Fall 2019)

Bao Thể Thorianite Dạng Nhánh Cây Trong Sapphire Xanh Xử Lý Nhiệt

Hình 3: Cải thiện bằng gia nhiệt và các bao thể khác lạ đã được nhìn thấy trong viên sapphire xanh 2,05 ct này, có kích thước 7,07 × 6,55 × 4,99 mm. Ảnh của Kaiyin Deng.

Gần đây, một viên sapphire xanh 2,05 ct đã được gửi đến Phòng giám định Đá quý Guild để kiểm định và chứng nhận (hình 3). Kiểm tra các chỉ tiêu ngọc học cơ bản cho thấy nó là corundum, với chỉ số chiết suất từ 1,762–1,770 và tỉ trọng là 4,00. Quan sát dưới kính hiển vi, nhóm nghiên cứu thấy các hạt dạng “đám mây” và đới màu khuếch tán kéo dài, cũng như các bao thể lỏng dạng “dấu vân tay” như trong hình 4, cho thấy loại đá này đã trải qua quá trình gia nhiệt. Viên sapphire này cho thấy có phát quang màu xanh phấn nhạt phớt lục xung quanh gờ dưới ánh sáng huỳnh quang cực tím sóng ngắn (254 nm).

Kiểm tra kỹ hơn bằng phổ UV–Vis cho thấy khoáng vật này có nguồn gốc biến chất, trong khi phổ hồng ngoại biến hình Fourier – FTIR (hình 5) cho thấy đỉnh 3309 đặc biệt rõ trong dãy hấp thu từ 3185, 3232, 3309 và 3367 cm^–1, xác nhận quá trình xử lý nhiệt. Phổ huỳnh quang tia X phân tán năng lượng (EDXRF) ghi nhận hàm lượng Fe vào khoảng 300–500 ppm. Cả U và Th đều không phát hiện được.

Nhóm nghiên cứu từng quan sát thấy những bao thể dạng nhánh cây đặc biệt, không phổ biến lắm ở sapphire. Những tạp chất này cho thấy ánh kim loại tương đối mạnh dưới ánh sáng phản chiếu, và chúng có vẻ chắn sáng dưới ánh sáng xuyên thấu. Các đường chấm nhỏ được nhìn thấy dưới độ phóng đại cao hơn. Những bao thể dạng chấm này có bề mặt lờ mờ và hình dạng tròn. Phân tích Raman tại Trung tâm Kiểm định Đá quý Quốc gia (NGTC) cho thấy ba đỉnh hấp thu sắc nét ở 466, 552 và 607 cm^–1, rất phù hợp với thorianite, đối chiếu theo cơ sở dữ liệu trực tuyến của RRUFF (rruff.info), được thể hiện trong hình 6.

Thorianite (ThO₂) là một khoáng vật oxide chủ yếu gồm Th và O, lần đầu tiên được tìm thấy trong một mỏ sa khoáng ở Sri Lanka (D. Wyndham, “Sự hiện diện của thorium ở Ceylon”, Nature, Vol. 69, 1904, trang 510–511). Sự hiện diện của bao thể khoáng vật tan chảy và/hoặc các mặt nứt hình dĩa trông có vẻ không tự nhiên xung quanh bao thể có thể là dấu hiệu của quá trình xử lý nhiệt trong corundum. Những hiện tượng như vậy thường được cho là do sự phân hủy các bao thể khoáng vật ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, các bao thể thorianite ở đây không có hình dạng bao thể đặc trưng mà đã bị thay đổi do quá trình xử lý ở nhiệt độ cao. Sự hiện diện của thorianite khuếch tán không được xem là một dấu hiệu nhận diện của xử lý nhiệt. Cần nghiên cứu, kiểm tra và phân tích nhiều hơn nữa về thorianite trong sapphire chưa qua xử lý nhiệt sẽ cho chúng ta nhiều manh mối hơn trong tương lai.

(Theo Yujie Gao (peter.gao@guildgemlab.com) và Xueying Sun, Guild Gem Laboratories, Shenzhen, China; Huihuang Li, National Gemstone Testing Center (NGTC), Shenzhen, China, phần Gem News Internatuional quyển G&G Fall 2019)

Sự Tái Kết Tinh Bao Thể Baddeleyite Là Một Dấu Hiệu Của Xử Lý PHT (“HPHT”) Trong Sapphire

Xử lý PHT (“HPHT”) trong sapphire đã là một chủ đề gây tranh cãi trong nhiều năm qua. Gần đây, Phòng giám định đá quý Guild ở Shenzhen (Thâm Quyến) đã nhận được một viên sapphire xanh 7,11 ct (hình 7) để kiểm định và chứng nhận. Chỉ số chiết suất là 1,762–1,770 và tỉ trọng thủy tĩnh là 4,00 đã xác nhận bản chất của viên đá. Nó trơ dưới tia cực tím sóng dài và sóng ngắn. Kiểm tra dưới kính hiển vi cho thấy một số đặc điểm nổi bật, chẳng hạn như các vệt màu khuếch tán và các bao thể khoáng vật rắn tan chảy, màu trắng được bao quanh bởi các mặt nứt hình dĩa, cho thấy rằng loại đá này đã trải qua quá trình gia nhiệt (hình 8).

Kiểm tra với phổ UV-Vis chuyên dụng xác định nguồn gốc địa chất biến chất, trong khi phân tích huỳnh quang tia X phân tán năng lượng (EDXRF) cho thấy hàm lượng Fe thấp khoảng 400–600 ppm. Phổ FTIR (hình 9) cho thấy đỉnh 3309 cm^–1 nổi bật trong dãy hấp thu 3181 và 3373 cm^–1, phù hợp với sapphire biến chất đã xử lý nhiệt. Nhóm nghiên cứu cũng ghi nhận một dãy rộng có tâm tại đỉnh 3042 cm^–1, đi kèm với các đỉnh ở 2627, 2412, 2349, 2319 và 2096 cm^–1 . Theo các báo cáo trước đây (S.-K. Kim và nhóm nghiên cứu, “Gem Notes: HPHT–treated blue sapphire: An update”, Journal of Gemmology, Vol. 35, No. 3, 2016, trang 208–210; A . Peretti và nhóm nghiên cứu, “Identification and characteristics of PHT (“HPHT”) – treated sapphires – An update of the GRS research progress”, 2018, http://gemresearch.ch/hpht-update), dãy hấp thu trong vùng ~ 3042 cm^–1, là đặc trưng của sapphire xử lý bằng quá trình áp suất cao, nhiệt độ cao (HPHT).

Như hình ảnh trong hình 10, các bao thể khoáng vật tan chảy và đông đặc nằm bên trong các mặt nứt bao xung quanh, có hình dạng nhánh cây. Phân tích phổ Micro-Raman trên khoáng vật màu trắng và bao thể tái kết tinh dạng nhánh cây bằng cách sử dụng kích hoạt laser 473 nm đã ghi nhận một số kết quả thú vị. Các khoáng vật tan chảy màu trắng và bao thể tái kết tinh cho thấy các đỉnh hấp thu gần như giống nhau trong vùng 1000–100 cm^–1, cho thấy rằng chúng là cùng một loại khoáng vật. Các đỉnh hấp thu tại 641, 560, 541, 475, 334 và 221 cm^–1 và một đỉnh kép đặc trưng ở 188/178 cm^–1 phù hợp với phổ Raman của baddeleyite (một khoáng vật zirconium oxide hiếm gặp), theo cơ sở dữ liệu của RRUFF, như được hiển thị trong hình 11.

Zircon (ZrSiO₄) từng được biết là một bao thể phổ biến trong sapphire, có thể trải qua quá trình phân ly nhiệt ở trạng thái rắn thành zirconia và silica ở các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao và/hoặc áp suất cao như sau:

ZrSiO₄ (zircon) → ZrO₂ (baddeleyite) + SiO₂

Baddeleyite, một dạng đa hình hệ đơn nghiêng của zirconia, hình thành ở áp suất tương đối cao (lên đến khoảng 7 GPa). Theo W. Wang và nhóm nghiên cứu (“Tác động của việc xử lý nhiệt đối với bao thể zircon trong sapphire Madagascar”, Summer 2006 G&G, trang 134–150) đã xác nhận sự tồn tại của baddeleyite cùng với zircon trong sapphire xanh xử lý nhiệt, qua sự hiện diện đỉnh kép Raman ở 188/178 cm^–1 của baddeleyite trong zircon tan chảy sau khi nung ở nhiệt độ khoảng 1400–1700°C và áp suất thông thường. Kết quả của Wang và nhóm nghiên cứu (2006) gợi ý rằng khi sử dụng các kỹ thuật gia nhiệt thông thường, chỉ một phần nhỏ zircon biến đổi thành baddeleyite, trong khi hầu hết các bao thể zircon vẫn giữ nguyên cấu trúc tinh thể của chúng mà không có bất kỳ sự chuyển đổi pha nào. Tuy nhiên, dựa trên phân tích Raman mới thực hiện trên viên sapphire 7,11 ct này thì không phát hiện zircon; và phổ của cả khoáng vật màu trắng ở trung tâm và các khoáng chất kết tinh lại trong mặt nứt đều phù hợp với baddeleyite.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn nhận thấy một số mặt nứt chứa baddeleyite theo một hướng đồng nhất (một lần nữa, xem hình 10). Sử chùm sáng hội tụ hình nón, xuyên qua mẫu phân tích tạo hình giao thao dưới kính hiển vi phân cực, nhóm nghiên cứu xác nhận rằng những mặt nứt này xảy ra dọc theo mặt cơ bản (0001) của sapphire.

Một câu hỏi được đặt ra là liệu những mặt nứt phẳng này đã tồn tại trong mặt tách trước khi xử lý (điều thường gặp ở sapphire) hay được hình thành trong quá trình xử lý. Chúng ta biết rằng mặt tách có thể xảy ra dọc theo mặt cơ bản của sapphire trong một số tình huống nhất định, chẳng hạn như sự phát triển song tinh hoặc sự tách dung dịch của các bao thể. Không tìm thấy mặt song tinh rõ nét hay bao thể tách dung nào, và hầu như tất cả các mặt nứt đã được lấp đầy hoàn toàn, không để lại khoảng trống bên trong chúng. Do đó, nhóm nghiên cứu tin rằng những mặt nứt này có thể được gây ra bởi quá trình xử lý. Sự xuất hiện và quá trình lấp đầy các mặt nứt này được giả định và minh họa trong hình 12.

Kết luận, nhóm nghiên cứu có thể suy đoán một cách hợp lý rằng quá trình xử lý PHT (“HPHT”) có thể gây ra các mặt nứt phẳng dọc theo mặt cơ bản và tạo điều kiện biến đổi bao thể khoáng vật zircon thành baddeleyite. Hàm lượng baddeleyite cao trong sapphire đã xử lý nhiệt có thể là một dấu hiệu nhận biết rõ ràng của việc xử lý PHT (“HPHT”). Tuy nhiên, cần có thêm các nghiên cứu, phân tích để hỗ trợ lập luận này.

 (Theo Xueying Sun và Yujie Gao (peter.gao@guildgemlab.com), Guild Gem Laboratories, Shenzhen, China, phần Gem News International quyển G&G Fall 2019)