Bản tin tháng 09/2020

Tinh Thể Kim Cương Thô Với Lớp Phủ Bất Thường

Giả Loại Màu Lục Do "Vết Bứt Xạ"

Do sự hiện diện hiếm hoi của chúng và môi trường cần thiết để tạo ra màu sắc của chúng, nên kim cương màu lục tự nhiên là một trong những loại đá quý đẹp nhất và được săn lùng trên thế giới. Hầu hết kim cương có được màu sắc của chúng là từ các tạp chất hoặc sai hỏng được kết hợp vào mạng tinh thể kim cương khi nó nằm sâu hàng trăm km trong lớp mantle của Trái Đất. Nhưng hầu hết các viên kim cương lục tự nhiên có màu là do tác động phóng xạ xảy ra ở độ sâu rất nông trong vỏ Trái Đất trong thời gian dài. Thường đi kèm với việc tiếp xúc với các khoáng chất và chất lỏng phóng xạ là những vùng bề mặt có màu lục hoặc nâu mà các chuyên gia ngọc học gọi là “vết bức xạ”. Đây chỉ đơn giản là những khu vực bị tổn hại nghiêm trọng đối với cấu trúc kim cương do bức xạ hạt alpha gây ra. Ban đầu có màu lục, chúng chuyển sang màu nâu ngay sau khi tiếp xúc với nhiệt độ trên 500°C. Những đặc điểm bề mặt này cho biết rằng viên kim cương đã tiếp xúc với nguồn phóng xạ tự nhiên; các vết màu lục thường liên quan đến kim cương có màu lục tự nhiên.

Gần đây, phòng giám định GIA ở Carlsbad đã kiểm tra một mẫu vật nhái/bắt chước kim cương màu lục tự nhiên một cách thú vị, nó là một tinh thể màu lục 6,49 ct được yêu cầu giám định, chứng nhận là kim cương màu (hình 1). Các bề mặt của hình bát diện mòn cạnh bị bao phủ bởi các mảng màu lục không đồng đều. Phân tích phổ hồng ngoại biến hình Fourier (FTIR) cho thấy nó là một viên kim cương kiểu Ia điển hình có nhiều tạp chất nitrogen và hydrogen. Tuy nhiên, phổ cực tím-nhìn thấy được (UV-Vis) thì rất bất thường và không cho thấy bất kỳ dãy hấp thu nào được tạo ra bởi sự phá hủy bức xạ trong kim cương (ví dụ, sai hỏng GR1). Kiểm tra cẩn thận dưới độ phóng đại phát hiện ra rằng màu lục không phải do vết bức xạ, mà thay vào đó là các cụm tinh thể dẹt màu lục emerald, kích thước ~ 40 μm, bám trên bề mặt kim cương (hình 2). Các tinh thể dẹt đặc biệt này có thể dễ dàng bị bong tróc ra bằng cách sử dụng nhíp hoặc đầu kim nhọn, nhưng chúng vẫn bám dính trên bề mặt trong vài cách kiểm tra ngọc học thông thường, bao gồm cả việc lau kim cương bằng khăn vải lau đá. Phân tích phổ huỳnh quang tia X (XRF) cho biết nồng độ chromium cao và phân tích Raman xác định các mảng màu lục là chromium oxide (hình 3). Các vị trí của đỉnh hấp thu trong phổ Raman tương quan rất tốt với bột chromium oxide đã được gia nhiệt đến ~ 700°C để tạo ra lớp phủ kết tinh (M. Mohammadtaheri và cộng sự, “The effect of deposition parameters on the structure and mechanical properties of chromium oxide coatings deposited by reactive magnetron sputtering”, Coatings, Vol. 8, No. 3, 2018, Article No. 111). Một tâm sai hỏng nhỏ H1b hiện diện trong phổ FTIR của kim cương đã cho thấy việc xử lý nung nhiệt này.

Hầu hết các sản phẩm phủ màu gặp trong phòng giám định đều là trên đá mài giác và có màu hồng, cam, đỏ hoặc xanh. Gam màu ấm hơn thường được tạo ra bằng kỹ thuật phủ phun xịt liên quan đến kim loại và màu lạnh hơn liên quan đến mực hoặc thuốc nhuộm hữu cơ khác. Việc sử dụng bột chromium oxide để tạo ra một lớp phủ màu lục — cùng với việc nung bột để tạo ra các tấm kết tinh bám vào bề mặt thô để trông giống với các vết bức xạ — thể hiện một nỗ lực đáng kể nhằm tái tạo không tự nhiên các đặc điểm được thấy trên kim cương lục tự nhiên. Mặc dù lớp phủ độc đáo này có thể dễ dàng phân biệt với các vết bức xạ màu lục tự nhiên dưới độ phóng đại, nhưng viên đá này là một lời nhắc nhở mạnh mẽ cần kiểm tra cẩn thận bất kỳ viên kim cương màu lục nào, ngay cả khi chúng là các tinh thể thô, để biết chính xác sản phẩm bạn đang mua là gì.

(Theo Virginia A. Schwartz và Christopher M. Breeding, phần Lab Notes quyển G&G Summer 2019)

 

“Rainbow Lattice” Từ Australia

Một trong những khoáng vật nổi bật nhất mà các chuyên gia được nhìn thấy trong Riverpark Inn (Pueblo) Gem Show là  “rainbow lattice – mạng lưới cầu vòng”. Một loại đá quý có hiệu ứng quang học này là một khoáng vật thuộc nhóm fenspat, nó có hiệu ứng aventurine từ các tinh thể hematite tập trung và hiệu ứng mạng lưới cầu vồng từ các tinh thể tập trung sắp xếp định hướng. Nguồn cung vô cùng hạn chế và nguồn duy nhất là mỏ Utnerrengatye nhỏ bé ở Harts Range, thuộc vùng lãnh thổ phía Bắc, Úc. “Rainbow lattice” được phát hiện vào năm 1985 và được công nhận là khoáng vật quý mới vào năm 1989. Một trong những người phát hiện đầu tiên, Darren Arthur, đã cho các chuyên gia xem mẫu khoáng vật vừa mới được ông khai thác vào năm 2018 và sau đó chúng cũng đã được phân loại và cắt mài (hình 4). Với sự khan hiếm và vẻ ngoài độc đáo của nó, “rainbow lattice” là điều bắt buộc phải có trong bất kỳ bộ sưu tập đá nào được xem là cực kỳ quý hiếm.

(Theo Jennifer Stone-Sundberg, phần Gem News International, quyển G&G Spring 2019)

 

Mặt Dây Chuyền Aquamarine Được Phủ Nhựa Và Xử Lý Cải Thiện Độ Sạch

Phòng giám định GIA ở Carlsbad nhận kiểm định một mặt dây chuyền dạng tự do màu xanh phớt lục nhạt 34,24 ct (hình 5) có kích thước 33,40 × 25,75 × 6,40 mm. Một mặt của mặt dây chuyền thì phẳng và được đánh bóng, mặt còn lại thì có bề mặt thô, nhám. Các kiểm tra ngọc học cơ bản ghi nhận chỉ số chiết suất (RI) là 1,570 – 1,580. Mặt dây chuyền có phản ứng tương tự nhau đối với đèn UV sóng dài và sóng ngắn: phát quang màu xanh lam ở trung tâm và màu lục xung quanh các gờ của viên đá. Kiểm tra bằng kính hiển vi ngọc học cơ bản thấy hiệu ứng lóe sáng – flash màu xanh và cam có thể nhìn thấy rõ nhất từ bên mặt phẳng (hình 6, bên trái), đây là dấu hiệu dự đoán có sự xử lý cải thiện độ sạch. Phổ cực tím/nhìn thấy/gần hồng ngoại (UV-Vis-NIR) phù hợp với aquamarine tự nhiên, với các đỉnh hấp thu ở 370 và 425 nm và dãy hấp thu ở ~ 830 nm (hình 6, bên phải). Quang phổ Raman cho thấy sự hiện diện của polymer ở cả phần mặt nhám và mặt phẳng được đánh bóng của viên aquamarine này. Mặc dù emerald là loại beryl phổ biến nhất liên quan đến việc cải thiện độ sạch, nhưng aquamarine xử lý lấp đầy cũng đã được báo cáo trước đây ở thị trường Trung Quốc (J. Li và cộng sự, “Polymer-filled aquamarine”, Fall 2009 G&G, trang 197 – 199).

Chỉ có một mặt, mặt thô, được phủ một lớp nhựa polyme. Nhìn bằng kính hiển vi, mặt này dường như có một lớp mỏng trong suốt trên bề mặt. Các bọt khí bị mắc kẹt có thể nhìn thấy bằng độ phóng đại (hình 7, bên trái) và các khu vực có lớp phủ có ánh đá cao hơn so với mặt phẳng được đánh bóng. Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) ghi nhận từ mặt nhám cho thấy các đỉnh mạnh đặc trưng ở ~ 3100 – 2850 cm^–1 (hình 7, bên phải).

Mặc dù việc cải thiện độ sạch và có lớp phủ trên đá beryl không phải là hiếm, nhưng loại này hiếm khi được nhìn thấy trong phòng giám định đá quý. Cả hai cách xử lý này đều được xác định dễ dàng, nhưng việc kiểm tra cẩn thận từng viên đá thì luôn quan trọng trong việc giám định chúng.

(Theo Michaela Stephan, phần Lab Notes quyển G&G Summer 2019)

 

Phân Biệt Kornerupine Và Prismatine

Kornerupine và prismatine tạo thành từ một loạt dung dịch rắn có công thức hóa học chung là ^X(□,Mg,Fe)^M(Al,Mg,Fe)₉^T(Si,Al,B)₅(O,OH,F)₂₂ (X: vị trí lập phương; M: vị trí bát diện; T: vị trí tứ diện). Về mặt hóa học, chúng khác nhau chủ yếu về hàm lượng magnesium, iron – sắt, aluminum – nhôm và fluorine, với hàm lượng boron – B nằm trong khoảng từ 0 đến 1 apfu (nguyên tử trên mỗi đơn vị công thức) ở một trong các vị trí tứ diện. Khi hàm lượng B nhỏ hơn 0,5 apfu, khoáng vật được phân loại là kornerupine; trên 0,5 apfu, nó được phân loại là prismatine (E. S. Grew và cộng sự, “Prismatine: revalidation for boron-rich compositions in the kornerupine group”, Mineralogical Magazine, Vol. 60, No. 400, 1996, trang 483 – 491).

Gần đây, các phòng giám định của GIA đã sử dụng phương pháp phổ khối – plasma cảm ứng kép – bắn laser (LA-ICP-MS) để định lượng nồng độ B trong kornerupine và prismatine nhằm phân biệt hai khoáng vật này. 30 viên đá trong hình 8 — tất cả đều được cho là kornerupine — được mượn từ Bảo tàng GIA và được kiểm nghiệm bằng máy Thermo Fisher iCAP Qc ICP-MS, cùng với hệ thống bắn laser Elemental Scientific Lasers NWR213. GSD-1G và GSE-1G (Cơ quan Khảo sát Địa Chất Mỹ) và NIST 610 được sử dụng làm tiêu chuẩn bên ngoài. ²⁹Si được sử dụng làm tiêu chuẩn nội bộ. Ba đốm tròn 55 μm được mài mòn trên bề mặt của mỗi viên đá. Việc lược giản dữ liệu là một phiên bản sửa đổi của cơ sở dữ liệu được sử dụng tại GIA đối với tourmaline (Z. Sun và cộng sự, “A new method for determining gem tourmaline species by LA-ICP-MS”, Spring 2019 G&G, trang 2 – 17). Do đó, nhóm nghiên cứu đã sửa đổi một chút tiêu chuẩn để tách hai tiêu chí này để giải thích cho lỗi phân tích. Nếu hàm lượng B từ 0 đến 0,45 apfu, đá được phân loại là kornerupine. Từ 0,45 đến 0,55 apfu, không thể xác định thuộc khoáng vật nào bằng phương pháp này. Nếu hàm lượng B nằm trong khoảng từ 0,55 đến 1 apfu, đá được phân loại là prismatine. Đối với ba lần phân tích đốm, nếu một đốm có hàm lượng B từ 0,45 đến 0,55 apfu thì vẫn chưa xác định được loại gì.

Tất cả các điểm phân tích được vẽ trong hình 9 (kết quả hóa học đầy đủ trong phụ lục 1 tại https://www.gia.edu/gems-gemology/summer-2019-labnotes-separation-of-kornerupine-and-prismatine). Có 2 mẫu kornerupine, 20 prismatine và 8 mẫu chưa được xác định, trong tổng số 30 viên đá được kiểm tra. Kết quả này cho thấy, trái với suy nghĩ thông thường, prismatine có thể là một loại đá quý phổ biến hơn nhiều so với kornerupine, điều này cũng được củng cố bởi nồng độ B được phân tích của nhiều loại đá thành phẩm được gửi đến các phòng giám định GIA. Điều thú vị là đối với năm viên đá màu lục được kiểm tra lần này, không thể xác định được thuộc loại nào, mặc dù chúng có thành phần hóa học hơi nghiêng về loại prismatine (một số điểm màu đỏ trong hình 9). Hàm lượng apfu của aluminum – nhôm – Al cũng là một chất chỉ thị tốt để phân tách kornerupine và prismatine. Prismatine giàu B có hàm lượng Al khoảng 5,8 đến 6,0 apfu, so với kornerupine nghèo B có hàm lượng Al khoảng 6,6 đến 6,8 apfu. Lượng Al nhiều hơn trong kornerupine có chức năng thay thế cho B ở một trong các vị trí tứ diện trong mạng tinh thể.

Kornerupine là tên nhóm thích hợp cho các khoáng vật có cấu trúc kornerupine có hàm lượng B không xác định hoặc cho các trường hợp không xác định được thuộc loại nào. Đối với những trường hợp cực đoan, chẳng hạn như khi hàm lượng B gần bằng 0 hoặc 1 apfu, quang phổ Raman có thể đủ để tách kornerupine khỏi prismatine (B. Wopenka và cộng sự, “Raman spectroscopic identification of B-free and B-rich kornerupine (prismatine)”, American Mineralogist, Vol. 84, No. 4, 1999, trang 550 – 554). Tuy nhiên, sự phân tách chính xác hơn cho cả hai được xác định bằng phân tích LA-ICP-MS vì định nghĩa về loại nào dựa trên nồng độ của nguyên tố hóa học boron.

(Theo Ziyin Sun, Jonathan Muyal, Nathan D. Renfro, Shane F. McClure và Aaron C. Palke, phần Lab Notes quyển G&G Summer 2019)

 

Đá Milarite Mài Giác

Gần đây, phòng giám định GIA ở Carlsbad đã nhận được một viên đá quý chưa biết là tên gì, nặng 2,07 ct, màu vàng rất nhạt (hình 10). Chiết suất đo được là 1,548 – 1,550, độ lưỡng chiết là 0,002. Tỉ trọng, được đo bằng phương pháp thủy tĩnh, là 2,52. Các đặc điểm này phù hợp với khoáng vật milarite, nó cũng đã được xác nhận bằng quang phổ Raman (hình 11). Đá có các bao thể lỏng phẳng/có họa tiết giống như mô hình tổ ong và cũng chứa các bao thể dạng hình kim.

Milarite khá hiếm nhưng được đặt tên cho một nhóm silicate khá lớn, cụ thể là nhóm milarite – osumilite. Nhóm này bao gồm các khoáng vật tương tự như silicate vòng, rất hiếm và ít được biết đến. Các tinh thể thường nhỏ và thường có màu lục tối hoặc vàng tối và chúng hiện diện ở dạng các tinh thể hình lục giác lăng trụ tự hình. Milarite là một khoáng vật có hình tháp đôi lục giác có thành phần là K₂Ca₄Al₂Be₄Si₂₄O₆₀.H₂O. Nó hình thành như một khoáng vật chính trong đá granite pegmatite, các mạch thủy nhiệt nhiệt độ thấp và khe nứt núi cao.

Khoáng vật này được Gustav Kenngott (1870) đặt tên sau khi ông xác định nhầm nguồn gốc của nó là Val Milar, nằm ở phía Đông Thụy Sĩ. Các mẫu vật đầu tiên thực sự đến từ vùng lân cận của Val Giuf. Mặc dù milarite là khoáng vật mới được mô tả đầu tiên từ khe nứt ở dãy núi Alpine của Thụy Sĩ, nhưng phải mất hơn 60 năm để xác định bản chất hóa học thực sự của khoáng vật này, đặc biệt là hàm lượng Be của nó. Milarite đầu tiên chỉ được biết đến như một khoáng vật màu lục, cho đến khi các tinh thể màu vàng rực rỡ được phát hiện ở Mexico vào năm 1968. Các tinh thể lớn hơn của Mexico với các phần trong suốt đôi khi được mài thành những viên đá quý nhỏ với vẻ ngoài đẹp mắt, nhưng chúng cực kỳ hiếm.

Ngoài Thụy Sĩ, những nơi có sự hiện diện của khoáng vật milarite đáng chú ý đã được ghi nhận là ở Brazil, Mexico, Đức, Nga, Canada, Ý, Na Uy và Cộng hòa Séc. Tuy nhiên, đây là mẫu đá milarite mài giác đầu tiên được phòng giám định GIA ở Carlsbad kiểm tra.

(Theo Forozan Zandi, phần Lab Notes quyển G&G Summer 2019)