Ruby lấp đầy thuỷ tinh chứa chì và độ bền vững của nó
Đầu năm 2004, phòng thí nghiệm của Hiệp hội Đá Quý Nhật Bản đã cảnh báo về ruby nhiều khe nứt được lấp đầy bằng thủy tinh chứa chì, nhờ vậy mà ruby có vẻ rất trong suốt (hình 1). Từ đó đến nay, một lượng lớn đá ruby tẩm thủy tinh này đã được bán ra trên thị trường.
Xử lý lấp đầy thủy tinh chứa chì rất hiệu quả. Rất nhiều viên ruby đục, xấu, hầu như vô dụng thì sau khi được xử lý trở nên trong suốt hơn, đẹp hơn và có thể bán được trên thị trường.
Để xác định việc xử lý kỳ diệu này thì cần dùng một kính hiển vi ngọc học thông thường vì các đặc tính của nó tương tự với kim cương được xử lý lấp đầy thủy tinh để cải thiện độ sạch: các khe nứt có độ nổi rất thấp, hiệu ứng lóe sáng màu xanh dương và cam, chứa các bọt khí và hốc trống là vùng chưa được lấp đầy.
Xác định các hốc lấp đầy với ánh sáng phản chiếu là không dễ dàng vì ánh bề mặt của chất lấp đầy giống như ánh của ruby. Nơi nào chất lấp đầy rất dày như trong các hốc lớn, chúng có thể có màu hồng nhạt hay vàng. Tuy nhiên các hốc, khe nứt chứa thủy tinh chì thì khó thấy hơn chứa thủy tinh silic vì thủy tinh chì có chiết suất gần giống ruby (1,75 – 1,76), còn thủy tinh silic có chiết suất thấp (1,54) nên khe nứt chứa thủy tinh silic dễ bị phát hiện (hình 2), do đó cần khảo sát kỹ mọi trường hợp.
Người tiêu dùng quan tâm đó là độ bền của phương pháp xử lý này.Kiểm tra độ bền vững của một số mẫu thấy chúng chịu đựng nhiệt cao nhưng dễ bị tác động bởi các dung môi.
Qua thực nghiệm, các viên ruby tẩm thủy tinh chì vẫn an toàn qua các kiểm tra cơ bản sau: Chịu được hơi nước nóng mạnh từ máy steamer (máy rửa bằng hơi nước), chịu được nhiệt cao khi nung bằng đèn khò để sửa chữa nữ trang và siêu âm với nước xà phòng thường. Dù độ bền cao hơn so với thủy tinh silic nhưng vẫn không nên cho đá tiếp xúc quá lâu với nhiệt cao vì có thể làm hư chất lấp đầy.
Chất lấp đầy thủy tinh chì rất không an toàn với các hoá chất tẩy rửa mạnh. Đặc biệt là với các dung dịch làm sạch kim loại của nhà kim hoàn (acid pha loãng hay sút). Chất lấp đầy bị phản ứng tức thì và bị phá huỷ, làm lộ các khe nứt gốc (hình 3). Khi thử với các chất tẩy rửa gia dụng thì lớp thủy tinh chì cũng bị tác động, chúng bị ăn mòn và dần dần lộ ra khe nứt. Thậm chí chúng cũng phản ứng nhẹ với nước chanh. Như vậy khi đeo nữ trang có các đá ruby tẩm thủy tinh chì, chúng ta không cho đá tiếp xúc trực tiếp các dung môi tẩy rửa để bảo vệ chúng. Làm sạch chúng một cách an toàn nhất là rửa với bàn chải đánh răng và xà phòng thông thường, lau khô bằng vải mềm hoặc máy sấy tóc.
Viên đá ghép nhiều màu đặc biệt
Thông thường, đá được ghép thành hai lớp để tăng tính vững bền cho lớp đá quý. Như trường hợp đá opal quý màu ngũ sắc thường ở dạng lớp mỏng nên dễ bị bể khi va chạm, do đó để tăng độ bền, người ta hay dán vào mặt dưới của chúng một lớp đá màu đen.
Tuy nhiên, cũng có khi người ta ghép đá lại với nhau làm tăng trọng lượng, tăng vẻ đẹp và lạ lùng để dùng vào mục đích lừa đảo kiếm lời. Thí dụ, viên đá ghép dùng mục đích xấu thường có phần mặt chính (phần trên) là đá tự nhiên, phần dưới là đá nhân tạo. Nếu không quan sát kỹ, ta dễ bị nhầm vì hay nhìn vào mặt chính. Độ trong rất cao và màu sắc đậm đà của lớp đá nhân tạo nằm bên dưới làm tăng thêm vẻ đẹp cho lớp tự nhiên bên trên, và làm tăng trọng lượng của đá. Khi mua với đơn giá tính theo trọng lượng thì người mua sẽ bị thiệt.
Viên đá trong hình 4 cũng là một viên đá ghép nhưng mục đích là vì tính nghệ thuật. Nó có dạng tấm gần vuông, cạnh dài 6 mm, được ghép lại bằng keo không màu bởi 6 lớp mỏng với 6 màu khác nhau giả theo màu cầu vồng: đỏ, cam, vàng, xanh lá, xanh lam nhạt, tím nhạt. Viên đá được gọi là “đá cầu vồng”, được làm ra cho các thành viên của một tổ chức dân sự nhằm kỷ niệm tổ chức của họ. Các đá ghép lại gồm có: ruby tổng hợp màu đỏ, spinel tổng hợp màu xanh lam nhạt, còn 4 màu kia là từ đá thạch anh tổng hợp.
Tạp chất dạng vân tay trong kim cương có ý nghĩa gì
Tạp chất giống dạng vân tay là các đặc điểm rất phổ biến trong nhiều đá màu như ruby và saphia, nhưng lại cực kỳ hiếm trong kim cương. Trong nhóm đá corundum (gồm ruby, saphia), các kiểu vân tay này được thành tạo do chất lỏng lấp đầy từng phần vào trong các khe nứt có trước. Với kim cương thì khác, nhiệt độ và áp suất cực cao là cần thiết giúp lấp đầy khe nứt, nhưng dưới điều kiện ấy không một chất lỏng nào có thể tồn tại được. Trong một vài trường hợp hiếm hoi, cũng có kiểu tạp chất vân tay trong kim cương, thành tạo do các nhóm tạp chất nhỏ xíu trong kim cương màu xanh dương và không màu sắp xếp gần giống nhưng không thể tạo cấu trúc kênh đan xen như ở vân tay trong corundum.
Vài năm trở lại đây, tạp chất vân tay (hình 5) trong kim cương không màu đến gần không màu xuất hiện nhiều 
là do kim cương được xử lý ở nhiệt độ và áp suất cao (HPHT). Khi thấy một tạp chất vân tay nhỏ hình thành từ sự graphit hóa trong viên kim cương kiểu IIa màu cao thì có thể kết luận là viên đá ấy đã được xử lý HPHT để cải thiện màu (hình 6).
Mới đây các nhà ngọc học thấy được vài tạp chất dạng vân tay khác hẳn, nằm trong ba viên kim cương kiểu IIa (1 đến 2,28 ct) màu F đến D. Chúng gồm vài nhóm tinh thể nhỏ ghép lại, và có một hệ thống kênh như ở corundum (hình 7 và 8) nhưng không phải dạng vân tay từ graphit hóa tạp chất. Qua nghiên cứu, cả ba viên kim cương đều có màu tự nhiên, chưa hề bị xử lý, nghĩa là các tạp chất vân tay ấy đã được hình thành thứ sinh, nhưng ở dưới sâu trong lòng đất, nơi có nhiệt độ và áp suất cực cao. Môi trường thành tạo ra các tạp chất này vẫn là điều bí ẩn, các nhà ngọc học còn nhiều vần đề cần phải nghiên cứu tiếp.
Mỗi dạng tạp chất đều có một ý nghĩa nào đó về nguồn gốc thành tạo. Do đó khi gặp tạp chất trong đá thì phải xem xét kỹ để tìm sự khác biệt rất tinh tế, nếu vội vã suy luận nguồn gốc dễ dẫn đến những kết luận sai lầm.
Kim cương hồng có các kênh ăn mòn thú vị
Các mặt trượt và các sọc đá màu hồng là nguyên nhân chính làm cho cả viên kim cương có màu hồng. Các sọc đá màu hồng thường có dạng không đều, ngược lại, các mặt trượt thì có dạng rõ ràng, song song và đậm màu hơn, kéo dài trong phần lớn hay khắp cả viên đá. Kim cương có được màu hồng do các mặt trượt tạo nên thì ít, chỉ chiếm vài phần trăm và thường chỉ có một tập hợp các mặt trượt. Tuy nhiên, mới đây các nhà ngọc học đã xác định được một viên kim cương màu hồng có hai tập hợp mặt trượt và có cả các kênh ăn mòn dọc theo giao tuyến các mặt này (hình 9). Đặc tính này không chỉ hiếm ở kim cương hồng mà nó còn là một cơ hội để nghiên cứu cơ chế hình thành các kênh ăn mòn trong kim cương.
Viên kim cương khảo sát nặng 0,77 ct, màu hồng nhạt. Nó phát sáng màu xanh dương yếu dưới tia cực tím sóng dài và trơ ở sóng ngắn, không phát lân quang. Giống với các kim cương có những mặt trượt màu hồng khác, nó cũng chứa nhiều nitơ.
Khoảng cách giữa các mặt trượt từ 0,2 đến 1,0 mm. Hai tập hợp mặt trượt gần thẳng góc (hình 9) và ngay giao tuyến của hai tập hợp là các kênh ăn mòn. Tất cả các kênh đều thẳng và song song nhau. Tùy theo sự phát triển của các mặt trượt, các kênh ăn mòn này có độ sâu thay đổi từ nhỏ hơn 1 mm đến hơn 2 mm. Hình dạng và tiết diện các kênh quá nhỏ nên rất khó xác định dưới kính ngọc học thông thường, có lẽ tiết diện của chúng nhỏ hơn 0,05 mm. Nếu tìm cách chiếu sáng và xoay viên đá ở vị trí thích hợp thì có thể nhìn thấy các kênh này.
Kênh ăn mòn là một hiện tượng bình thường trong kim cương tự nhiên, tuy nhiên cơ chế thành tạo của chúng vẫn chưa được giải thích đầy đủ. Giải thích sự tồn tại các kênh này, nhiều nhà ngọc học cho rằng đó là do tác động của nhiệt độ cao và áp suất rất cao dưới lòng đất gây biến dạng dẻo ở kim cương, tạo nên hai hệ thống mặt trượt. Các đường giao nhau của hai tập hợp mặt trượt, gọi là giao tuyến, là nơi yếu nhất của kim cương, cấu trúc kim cương bị phân hủy nên không còn bền vững hóa học và sự ăn mòn xảy ra, tạo thành các kênh theo cấu trúc hết sức thú vị ấy.
Làm sao tìm được một nửa còn lại
Đá thô kim cương thường ở dạng tinh thể hình tám mặt (hai hình tháp 4 mặt ghép lại, xem hình 10) nên thợ cắt mài thường tách nó làm 2 viên để mài, một viên lớn và 1 viên nhỏ. Sau khi được tách rời và mài giác, nếu không biết trước là từ một viên thì rất khó xác định chúng xuất xứ từ một.
Tuy nhiên với một số thiết bị hiện đại ngày nay người ta có thể phát hiện hai viên kim cương mài giác là từ cùng một viên đá thô.
Phương pháp đo phổ đôi khi được dùng để phát hiện tính giống nhau ở hai viên đá từng một thời dính vào nhau. Tuy nhiên với kim cương màu thường có những biến dạng mạng tinh thể và các đới tạp chất làm cho các phần khác nhau của tinh thể có dữ liệu phổ không giống nhau hoàn toàn.
Một phương pháp khác là chụp hình bằng tia X, phương pháp này cho hình cấu trúc bên trong viên kim cương, có thể dùng xác định sự giống nhau.
Viện Đá Quý Hoa Kỳ (GIA) đã nhận giám định 2 viên kim cương màu mài bóng một phần, thoạt trông có vẻ đuợc cắt ra từ một viên đá thô. Viên nhỏ nặng 0,38 ct, màu vàng phớt nâu, mài bóng một mặt (là mặt cắt đôi). Viên lớn 2,39 ct, màu vàng được mài theo dạng chữ nhật, vạt bốn góc. Phần chưa mài của cả hai viên đều có nhiều vết ố màu nâu từ trong ra ngoài. Hai viên có kiểu sọc đá giống nhau, đều phát sáng màu vàng phớt lục dưới UV sóng dài và ngắn. Đo phổ hồng ngoại cho thấy hai viên chứa nhiều nitơ thuộc kiểu Ia, sơ đồ phổ giống nhau hoàn toàn.
Với các kiểm tra trên, có thể cho rằng 2 viên xuất xứ từ một viên đá thô, tuy nhiên để thêm phần chắc chắn, GIA sử dụng thêm thiết bị DiamondView của De Beers. Thiết bị này cho ra hình cấu trúc các đới bên trong của kim cương rất rõ ràng dựa vào sự phát sáng của kim cương dưới UV năng lượng cao. Trong hình 11, ta thấy cấu trúc của viên đá này là hình đối xứng qua gương của viên kia. Nhờ thế GIA khẳng định dễ dàng chúng đã được mài từ cùng một viên kim cương thô.
Chữ khắc bên trong tinh thể emerald!
Mẫu đá trong hình 12, trước khi mang đi giám định thì chủ nhân đã biết nó được lắp ghép từ các đá có xuất xứ Columbia. Mục đích giám định là muốn biết các tinh thể màu lục có phải là emerald tự nhiên và có gì đó bất thường đã xảy ra với mẫu không.
Kiểm tra bằng kính phổ và kính hiển vi, khẳng định các tinh thể màu lục là emerald tự nhiên. Tuy nhiên chất nền kết dính các tinh thể emerald lại không phải là đá tự nhiên. Người ta đã lấy bột đá trộn với keo dán, rồi gắn các tinh thể emerald vào làm sao cho rất giống với đá tự nhiên – đây là một phương pháp khá phổ biến được dùng để ghép các mẫu đá lại với nhau. Dễ phát hiện keo dán khi nó phát sáng màu xanh dương mạnh dưới UV sóng dài.
Điều đặc biệt là ở hai tinh thể emerald lớn trong mẫu có khắc các dòng chữ Ả Rập (hình 13). Thú vị là dòng chữ này lại nằm bên trong emerald. Qua khảo sát, có thể cho là ai đó, trước khi gắn vào bột đá, đã khoan một lỗ dài dưới đáy tinh thể emerald rồi nhét một mảnh giấy có viết chữ, kế tiếp bơm đầy nhựa hoặc hợp chất tương tự vào lỗ. Mảnh giấy nhờ thấm nhựa mà trở nên trong suốt. Dòng chữ mang tính tín ngưỡng, có nội dung sau: “Những ai có đức tin sẽ có được sự dẫn dắt và khôn ngoan”. Người thực hiện mẫu đá trên đã biến chúng trở nên thần bí.