Bảng tin tháng 08/2012

Kim Cương Nhân Tạo LifeGem

Một loại kim cương nhân tạo hoàn toàn gây bất ngờ và làm thay đổi thị trường thương mại được công bố bởi LifeGem (nay là LifeGem Created Diamonds) thuộc vùng Elk Grove, Illinois vào năm 2003 (Laurs và Overton, 2003). Năm 2004 trong hội thảo của Hiệp Hội Chuyên Gia Đá Quý ở Tucson, Arizona, Alex Grizenco thuộc Lucent Diamonds cho biết rằng kim cương LifeGem được tạo ra từ “100% tro cốt hỏa táng” (Roskin, 2004). Khi một người trước đó quyết định sẽ trãi qua quá trình LifeGem thì sẽ có một công thức hỏa táng đặc biệt lưu trữ đủ lượng tro cốt (chủ yếu là carbon) để tạo ra kim cương (hình 1). Trong những trường hợp khác, LifeGem cần thêm carbon để hoàn thành viên đá khi tro từ hỏa táng truyền thống không có đủ cho qui trình tạo ra kim cương (Grahm, 2003). Công ty LifeGem thông báo đã có những đối tác trong ngành kinh doanh an táng trên thế giới và hàng năm tạo ra khoảng 1.000 viên kim cương. Dean VandenBiesen, một trong những người sáng lập nên công ty nói là họ dùng 8 oz. (227 g) tro cốt hỏa táng để lấy ra lượng carbon cần thiết để tạo ra một viên kim cương nhân tạo LifeGem (pers. Comm., 2004). Đối với những người không hỏa táng mà chôn cất thì ông VandenBiesen cho biết cần ~ 40% carbon để tạo ra một viên LifeGem được lấy ra từ 5 g mẫu tóc của người chết.

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

 

Ruby Nhân Tạo

Không có loại ruby nhân tạo mới nào được đưa ra thị trường đá quý trong thập kỷ qua. Tuy nhiên có nhiều bài viết về những đặc điểm bên trong thú vị hiện diện trong những sản phẩm ruby nhân tạo trước đây đã được biết đến và ghi chép lại. Một trong những bao thể đặc biệt ấy có trong các mặt lờ mờ trong viên ruby nhân tạo bằng phương pháp nhiệt dịch của Nga, chúng được làm lẫn tạp với các vi tinh thể chloride đồng có độ trong từ trong đến trong mờ (hình 2) và có màu xanh đậm (xem bài viết của Gubelin và Koivula, 2005). Trên lý thuyết người ta cho rằng có thể những tinh thể này là kết quả của sự làm lẫn tạp, có thể được tạo ra từ một lỗ rò nhỏ qua tấm kim loại trơ trong một bình chứa dung dịch đồng.

Hình 3: Để tạo ra tính mới lạ, các viên ruby và sapphire nhân tạo nóng chảy có thể được dễ dàng cắt ra từ những vùng tăng trưởng có màu được tiếp nối từ phần tinh thể mầm gần không màu. Kết quả có thể tạo ra viên đá nhân tạo có đới màu sắc nét như trong viên đá nặng 1,05 ct này. Ảnh được ghép bởi H. A. Hanni, © SSEF.

Một mẫu đặc biệt khác là ruby nhân tạo nóng chảy có đới màu sắc nét được mài giác dạng oval hơi tròn, giác cắt hỗn hợp với đới màu đỏ phớt tím gần phần chóp đáy (hình 3). Nhìn trực diện từ trên xuống dưới thấy viên đá có màu đỏ phớt tím, mặc dù phần lớn viên đá gồm hầu hết phần đáy và toàn phần trên có màu xanh rất nhạt đến gần như không màu (Kierfer và nhóm nghiên cứu, 2004). Không thể biết được tinh thể gốc được tạo ra với đới màu sắc nét là có chủ ý hay vô tình tạo ra trong quá trình tăng trưởng. Trước đây ruby và sapphire nhân tạo bằng phương pháp nóng chảy được tạo ra bằng cách dùng các que corundum nhân tạo không màu như là các “tinh thể mầm”. Đá nhân tạo có thể được cắt ra từ những vùng tăng trưởng có màu được tiếp nối từ phần tinh thể mầm gần không màu.

Một vấn đề nữa đối với các chuyên gia đá quý là có quá nhiều đá nhân tạo xử lý trên thị trường – và có nguy cơ là chúng có thể bị giám định sai là đá thiên nhiên được xử lý. Điển hình là loại ruby nhân tạo bằng phương pháp nóng chảy được xử lý lấp đầy thủy tinh chì (xem hình 4). Jang-Green và Befi (2007) đã ghi nhận từ mẫu đá nặng 12,84 ct, viên đá này rõ ràng đã bị làm rạn nứt để tạo ra các khe nứt lên đến bề mặt và những khe nứt đó được lấp đầy bằng thủy tinh chì để hạn chế khả năng nhìn thấy rõ các vết nứt. Khi quan sát mẫu đó trong dung dịch nhúng thì xác định rõ đó là đá nhân tạo do có các sọc tăng trưởng cong (hình 5).

Do tương đối rẻ nên đá nhân tạo bằng phương pháp nóng chảy và phương pháp Czochraski có chất lượng cao hiện diện trên thị trường với số lượng lớn, nên không quá ngạc nhiên khi chúng được thể nghiệm với tất cả các phương pháp xử lý bao gồm cả việc xử lý lấp đầy thủy tinh. Vì thế việc giám định không chỉ quan trọng ở việc xác định sự có mặt của các xử lý trên đá mà còn quan trọng ở chỗ phải xác định cho được vật chất ban đầu có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo.

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

 

Sapphire Nhân Tạo

Sapphire nhân tạo nhiệt dịch tạo ra ở Nga tiếp tục xuất hiện với các màu sắc khác với màu xanh thông thường. Phòng giám định đá quý ở Jaipur, Ấn Độ nghiên cứu khoảng 20 viên sapphire màu vàng ở dạng mài giác, chúng được chứng minh là đá sapphire nhân tạo tăng trưởng bằng phương pháp nhiệt dịch (Choudhary, 2005). Chúng có trọng lượng từ 3,50 đến 5,30 ct và có những bao thể đặc trưng như các bao thể dạng giống bông tuyết nằm rải rác thường được gọi là “breadcrumbs – ruột bánh mì” và cấu trúc tăng trưởng dạng chảy rối đến góc cạnh đặc trưng (hình 6) đôi khi được mô tả là sọc hình chữ V.

Cũng như ruby nhân tạo, những đặc điểm bên trong khác thường cũng được thấy trên sapphire nhân tạo trong suốt thập niên này. Koivula và nhóm nghiên cứu (2008) đã mô tả viên sapphire nhân tạo bằng phương pháp nóng chảy màu lục phớt xanh (hình 7) chứa nhiều bao thể rắn màu xanh rực rỡ cùng với nhiều bọt khí tròn và méo (hình 8). Do màu của chúng mà các bao thể này được cho là có chứa cobalt – Co. Quả đúng như thế, một dãy phổ hấp thu rất yếu trong vùng ánh sáng nhìn thấy được cho là do có chứa cobalt tạo ra được phát hiện bằng phổ kế ngọc học cơ bản. Phân tích Raman có thể không xác định chắc chắn những bao thể đẳng hướng này nhưng chúng có thể được dự đoán là có liên quan đến spinel.

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

 

Emerald Nhân Tạo Và Các Loại Beryl Nhân Tạo Khác

Xuất hiện trên thị trường kinh doanh đá quý từ năm 2004, sản phẩm của Malossi (được cho là được sản xuất ở Cộng Hòa Czech sử dụng công nghệ Italy) là sự phát triển mới duy nhất đối với loại emerald nhân tạo trong những năm 2000 (xem hình 9 và bài viết của Adamo và nhóm nghiên cứu, 2005). Đây được cho là dạng mới của emerald nhân tạo với màu sắc được quy định duy nhất bởi ion Cr³⁺. Các cấu trúc tăng trưởng rất đặc trưng thường gặp trong khoáng vật tăng trưởng nhiệt dịch lại không thấy trong các mẫu đang được nghiên cứu. Tuy nhiên phương pháp tăng trưởng trong báo cáo này lại giống với những gì mô tả cho loại emerald nhân tạo nhiệt dịch khác: đó là việc sử dụng phiến phôi mầm beryl thiên nhiên trong nồi dung dịch chưng cất. Những người sản xuất cho biết rằng acid hydrocloric được dùng để ngăn chặn Cr kết tủa ra khỏi dung dịch, vì thế nó có thể kết hợp vào tinh thể (Adamo và nhóm nghiên cứu, 2005); những đặc điểm phổ hấp thu trong vùng giữa hồng ngoại phù hợp với báo cáo này.

Việc phân biệt giữa sản phẩm của Malossi và emerald tự nhiên là tương đối dễ dàng. Những đặc điểm tăng trưởng không theo qui luật, phiến nhân mầm kết tinh và các tinh thể giống phenakite nhân tạo (hình 10) tất cả rõ ràng là có nguồn gốc nhân tạo. Về mặt hóa học, sự hiện diện tập trung Cl lớn hơn 0,2 wt.% và thiếu các nguyên tố vi lượng khác có thể cung cấp thêm bằng chứng là sản phẩm của Malossi, tuy nhiên không nên dựa vào những tiêu chí này để xác định là khoáng thiên nhiên hay nhân tạo khi chúng chỉ tồn tại độc lập. Phổ giữa hồng ngoại cũng có thể hỗ trợ cho việc phân biệt vì sự hiện diện của nhiều dãy hấp thu liên quan đến Cl trong vùng 3100 – 2500 cm^-1.

Mặc dù tính đến những năm 2000, emerald nhân tạo nhiệt dịch của Nga không phải là mới, nhưng báo cáo tổng kết một cách xuất sắc về những mô tả đặc điểm dưới kính hiển vi của chúng mới được ấn bản bởi Schmetzer và những người khác vào năm 2007.

Một số aquamarine nhân tạo tăng trưởng nhiệt dịch có màu xanh phớt tím, cũng được báo cáo trong những năm 2000, chúng cũng được tạo ra bởi Malossi, Cộng hòa Czech (Adamo và nhóm nghiên cứu, 2008; xem hình 11). Cũng giống như với aquamarine nhân tạo được miêu tả trước đây (Koivula và Kammerling, 1988) từ công ty Novosibirsk, Nga được đưa vào thị trường qua công ty liên doanh Tairus (Thái Lan – Nga), những aquamarine Malossi mới này cũng có những cấu trúc tăng trưởng dạng chảy rối đến góc cạnh (thường được gọi là dạng răng sói) đặc trưng hay hình dạng ranh giới các sọc phụ hay các sọc tăng trưởng nội (hình 12).

Mặc dù beryl màu đỏ nhân tạo tăng trưởng nhiệt dịch được tạo ra trong những thập niên trước đây nhưng mãi đến những năm 2001, 2003 thì những mô tả chi tiết của Shigley và  Fumagalli và những người khác mới đặc biệt hữu dụng trong việc phân biệt nó với beryl màu đỏ tự nhiên. Được sản xuất bởi Viện Tinh Thể Học và một công ty liên kết, công ty TNHH Emcom., cả 2 đều nằm ở Moscow, khoáng vật này được tạo ra dưới những điều kiện giống với những điều kiện được dùng để tạo ra nhiều loại beryl nhân tạo khác. Để cho ra màu đỏ, đỏ phớt hồng và đỏ cam (hình 13) thì Co và Mn được đưa vào trong dung dịch dưỡng chất nuôi cấy. Các chỉ số chiết suất và tỷ trọng nằm trong khoảng chỉ số của beryl đỏ thiên nhiên. Dưới kính phóng đại cho thấy đới tăng trưởng hình chữ V, đặc trưng của sản phẩm beryl nhân tạo nhiệt dịch. Nhiều dãy phổ hấp thu được nhìn thấy ở giữa 530 và 590 nm; những dãy này là do Co²⁺ tạo nên và không nhìn thấy trong beryl đỏ thiên nhiên. Phân tích hóa học cho thấy Co và Ni là 2 nguyên tố vi lượng đặc trưng nhất, tuy nhiên những nguyên tố này cũng không thấy hiện diện trong beryl màu đỏ thiên nhiên. Một đặc điểm nhận biết khác là dãy phổ trong vùng hồng ngoại ở giữa 4200 và 3200 cm^-1. Dãy phổ này liên quan đến nước và dãy này không có trong beryl đỏ thiên nhiên, nó được hình thành trong môi trường kết tinh khoáng vật từ các khí tạo thành ở điều kiện nhiệt dịch cao chứa rất ít nước.

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

 

Cẩm Thạch Nhân Tạo

Việc sản xuất cẩm thạch “hoàng đế” nhân tạo có độ trong cao, lục đậm có lẽ là một trong những bước phát triển thú vị và hấp dẫn nhất trong thập niên đầu của thế kỷ 21. Mặc dù việc nhân tạo cẩm thạch được thực nghiệm bởi General Electric trong suốt hơn 20 năm (Nassau và Shigley, 1987), nhưng mãi đến thập niên đầu thế kỷ 21 này mới có một sản phẩm thành công thật sự (Moses, 2002). Như những gì nhìn thấy trong hình 14, chất lượng của viên đá nhân tạo này có thể sánh với chất lượng của viên cẩm thạch màu lục thiên nhiên đẹp nhất. Hầu hết viên đá có rất ít đốm màu trắng và màu lục đậm, toàn viên đá có màu lục rất đẹp. Chỉ một viên cabochon là có chứa một bao thể – một vân màu đen hình dạng vô định và cũng không xác định được thành phần (hình 15). Một số ít mẫu có đặc điểm ngọc học trùng khớp với cẩm thạch thiên nhiên về màu sắc và độ trong.

Có sự khác biệt dễ thấy trong vùng hồng ngoại – IR (theo Cao và nhóm nghiên cứu, 2008). Do phân tích phổ hồng ngoại biến hình Fourier – FTIR là một phương pháp kỹ thuật cơ bản được dùng để kiểm tra cẩm thạch có tẩm polymer, nên vẫn còn nhiều nghi vấn rằng liệu có viên nào trong số các viên cẩm thạch cabochon nhân tạo sẽ không được phát hiện tại các phòng giám định nếu khi việc nhân tạo này được sản xuất và phân phối vì mục đích thương mại (nhưng theo chúng tôi được biết rất chắc chắn rằng những trường hợp này chưa từng xảy ra).

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

 

Thạch Anh Nhân Tạo

Việc tăng trưởng nhiệt dịch của thạch anh nhân tạo trên những tinh thể phôi mầm đã được chuẩn bị trước là một kỹ thuật nhân tạo quan trọng trong suốt những năm 1990. Trong khi amethyst nhân tạo (hình 16) không phải là một bước phát triển mới và đã có một nghiên cứu chi tiết bởi Balitsky và những người khác (2004) so sánh phổ hấp thu hồng ngoại của nhiều mẫu amethyst nhân tạo tăng trưởng từ dung dịch K₂CO₃ và NH₄F với một số viên nhân tạo nhiệt dịch của Trung Quốc và Nhật Bản.

Dãy hấp thu ở ~3595 và 3543 cm^-1 có giá trị nhận biết trong việc phân biệt amethyst tự nhiên và nhân tạo (xem bài viết của Karampelas và nhóm nghiên cứu, 2005). Trong khi dãy 3595 cm^-1 không thấy trong amethyst nhân tạo, nó lại hiếm khi vắng mặt trong khoáng thiên nhiên, điều đó giới hạn khả năng nhận biết của nó. Khi dãy 3543 cm^-1 được thấy trong tăng trưởng amethyst trong dung dịch NH₄F gần trung tính (được thể hiện bởi các dãy khác ở 3680, 3664 và 3630 cm^-1) thì nguồn gốc nhân tạo đã được khẳng định chắc chắn. Mặc dù dãy hấp thu 3543 cm^-1 thường thấy trong nhiều amethyst nhân tạo mục đích thương mại tăng trưởng trong dung dịch kiềm K₂CO₃ nhưng nó cũng thỉnh thoảng được thấy trong amethyst tự nhiên từ một số ít địa phương. Vì vậy thông thường những đặc tính này không xác định chính xác là có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo trong amethyst nhưng chúng cung cấp bằng chứng hỗ trợ trong việc xác định nguồn gốc (Balitsky và Balitskaya, 2009). Sự kết hợp giữa những quan sát dưới kính hiển vi như các đặc tính tăng trưởng và bao thể sẽ được sử dụng kết hợp với những đặc tính hồng ngoại này để xác định khoáng thiên nhiên hay nhân tạo. (Theo Nathan Renfro, John I. Koivula, Wuyi Wang và Gary Roskin trong phần Synthetic Gem Materials in the 2000s, quyển G&G, Winter 2010)