Bảng tin tháng 12/2011

Vòng Đeo Tay Lắp Ghép Từ Nhiều Mảnh San Hô

Cùng với sự tăng trưởng về kinh tế của Trung Quốc, khoáng vật quý đã qua xử lý xuất hiện ngày càng nhiều trên thị trường trang sức của quốc gia này. Một trong số đó là san hô đỏ, loại được sử dụng làm trang sức từ rất lâu trong lịch sử. Hầu hết san hô thường có dạng giống nhánh cây nên chúng thường chỉ phù hợp để chế tác dưới dạng chạm trổ, khắc tượng hoặc mài thành các hạt, các viên nhỏ dạng cabochon. Gần đây Trung Tâm Giám Định Đá Quý Quốc Gia ở Bắc Kinh có nhận giám định một chiếc vòng được cho là san hô đỏ (hình 1). Khi trong thấy vẻ ngoài của mẫu vật này hầu như đồng đều khắp toàn bộ chiếc vòng, ngay lập tức đã làm tăng sự nghi ngờ về tính tự nhiên của nó. Bởi vì san hô không thể cắt mài được dạng như thế do những hạn chế khách quan về kích cỡ và hình dạng của chúng.

Mặt ngoài của chiếc vòng thì đồng đều (hình 2, trái) nhưng khi quan sát kỹ mặt trong thì thấy các hoa văn không liên tục, giống như cấu trúc lớp (hình 2, phải). Những đặc điểm này chứng minh mẫu này không đồng nhất mà được lắp ghép từ nhiều lớp. Quan sát kỹ hơn ta sẽ thấy chiếc vòng này gồm trên 250 phần ghép lại. Mỗi phần đều được vuốt dài ra với kích cỡ gần bằng nhau. Kiểm tra chi tiết dưới kính hiển vi sẽ thấy rõ các chỗ nối giữa các phần, cũng như có sự hiện diện của vật liệu lấp đầy tại một vài chỗ, vật liệu này giống như sáp (hình 3). Nhưng không may là các tác giả không thể nghiên cứu phần vật liệu lấp đầy này bằng phổ kế IR vì muốn thực hiện phương pháp này đòi hỏi phải nghiền mẫu thành dạng bột, nhưng điều này không được khách hàng cho phép.

Thêm những nghiên cứu khác ghi nhận được các đặc điểm đặc trưng của san hô tự nhiên: màu đỏ đặc biệt; chỉ số chiết suất từ 1,58 đến 1,60; cấu trúc gân sớ và hốc tăng trưởng. phân tích phổ Raman tại 5 điểm ở mặt ngoài của chiếc vòng ghi nhận được các đỉnh hấp thu 1520, 1123, 1087 và 714 cm^-1, tổ hợp các dãy phổ đặc trưng kết hợp với vật liệu nền san hô và các hợp chất tự nhiên đã tạo nên màu sắc đặc biệt này (xem bài viết của C. P. Smith và nhóm tác giả “San hô màu từ hồng đến đỏ: Hướng dẫn về cách nhận diện nguồn gốc màu sắc” quyển G&G Spring 2007, trang 4 – 15).

Đây là lần đầu tiên mà nhóm tác giả có dịp khảo sát loại san hô ghép từ nhiều mảnh như thế này. Theo thông tin từ khách hàng thì chiếc vòng này được mua từ Trung Quốc vào năm 2009. Loại này thường được gọi là “san hô cá hồi” (do được ghép từ nhiều lớp giống thớ thịt cá hồi), chúng được sản xuất chủ yếu tại Công ty liên doanh của Ý và Đài Loan. Dựa trên những thông tin mà nhóm tác giả trao đổi với chủ hàng thì mẫu vật này được lắp ghép từ nhiều mảnh bằng chất kết dính, sau đó được cắt thành dạng vòng, mài bóng rồi được chạm khắc thêm những hoa văn đẹp mắt.

Mặc dù chiếc vòng san hô này được tạo nên từ việc lắp ghép các mảnh lại với nhau nhưng sự tinh xảo của món trang sức này là điều đáng ghi nhận.

(Theo Jun Su (suj@ngtc.gov.cn), Taijin Lu và Zhonghua Song, Trung Tâm Giám Định Đá Quý Quốc Gia, Bắc kinh, Trung Quốc trong Gem News International, quyển G&G Summer 2010)

 

Hổ Phách Chứa Các Bao Thể Khoáng Vật

Bên cạnh việc được sử dụng như là đá quý thì hổ phách còn có giá trị khoa học do sự đa dạng về loại bao thể. Tuy nhiên hầu hết các bao thể đều có nguồn gốc hữu cơ từ thiên nhiên. Bao thể có nguồn gốc vô cơ thì hiếm, tuy nhiên thạch anh và pyrite đã từng được ghi nhận là bao thể trong hổ phách (xem bài viết của E. J. Gübelin và J. I. Koivula, Photoatlas of Inclusions in Gemstones, quyển 2, nhà xuất bản ABC, Zurich, 1992, trang 212 – 228).

Mới đây hai mẫu đá màu vàng trong suốt (189,35 và 115,33 ct) chứa nhiều loại bao thể bất thường – gồm nhiều bao thể dạng giống như kim loại (hình 4) – chúng được đưa đến phòng giám định đá quý NGTC để giám định. Các bao thể bên trong gồm côn trùng bị kẹt lại, bọt khí, dạng dòng chảy màu nâu phớt đỏ, mảnh vụn thực vật và một số khoáng vật. Các bao thể ánh kim loại này hiện diện với nhiều kích cỡ và hình dạng, trong số đó có hai bao thể đủ lớn để có thể nhìn thấy được bằng mắt trần (xem lại hình 4). Dưới kính phóng đại, nhóm nghiên cứu quan sát thấy một lượng lớn các bao thể kim loại, hình tròn có kích thước từ vài micron (㎛) đến vài trăm micron một bao thể; có một vài bao thể nằm sát mặt đá chủ và có ánh kim loại màu vàng kim (hình 5). Trong một mẫu khác, các bao thể kim loại nằm rãi rác cùng với các khoáng vật khác và các vật chất hữu cơ.

Các mẫu này phát quang màu xanh phấn dưới chiếu xạ UV sóng ngắn và sóng dài, trong khi bao thể kim loại nằm lộ ra trên bề mặt của hổ phách thì không phát quang. Cả hai mẫu đều có vài chỗ không láng làm cho nó dễ lấy ra một lượng nhỏ vật liệu dùng trong phân tích FTIR. Có hai đỉnh phổ hấp thu tại 1735 và 1157 cm^-1 cho thấy đây là những mẫu hổ phách vùng Baltic. Phổ huỳnh quang tia X phân tán năng lượng (EDXRF) giúp dự đoán các bao thể kim loại này là pyrite, do xác định được sự hiện diện của cả hai nguyên tố Fe và S trên bao thể đó. Phổ Raman của các bao thể này cũng cho thấy 2 đỉnh mạnh, sắc nét tại 372 và 339 cm^-1 và một đỉnh yếu tại 425 cm^-1; các đặc điểm này cũng là những đặc trưng của pyrite. Phân tích bao thể vô cơ khác trong mẫu nặng 189,35 ct bằng phổ Raman và kiểm tra dưới kinh hiển vi kết hợp nicol phân cực vuông góc xác định chúng là feldspar, thạch anh và jet (hình 6).

Vào tháng 11 năm 2010, vài mẫu đá hổ phách Myanmar được đưa đến phòng giám định đá quý NGTC cũng cho thấy có chứa bao thể pyrite dạng này.

(Theo Li Haibo (lhb@ngtc.gov.cn), Lu Taijin, Shen Meidong và Zhou Jun, Phòng Giám Định Đá Quý, Trung Tâm giám Định Đá Quý Quốc Gia, Bắc Kinh, Trung Quốc trong Gem News International, quyển G&G Winter 2010)

 

Hibonite: Một Khoáng Quý Mới

Vào cuối năm 2009, hai tinh thể đá trong suốt, màu nâu phớt cam, nặng 0,23 và 0,71g (hình 7 và 8) đã được đưa đến phòng giám định đá quý AIGS ở Bangkok để giám định. Các tinh thể này được cho là có nguồn gốc từ Myanmar, ngoài ra không có thêm chi tiết nào khác. Qua các kiểm tra ngọc học cơ bản và phân tích hóa bán định lượng không thể đưa ra kết luận chính xác về loại đá này. Sau đó nhóm nghiên cứu phải phân tích thêm một vài phương pháp khác nữa trên viên tinh thể nhỏ mới có thể xác định được nó là hibonite; tinh thể này đã được mài giác thành viên đá quý nặng 0,39 ct (hình 8, phải). Nhóm nghiên cứu tin rằng đây là lần đầu tiên mẫu đá hibonite chất lượng quý thế này được ghi nhận.

Hibonite là khoáng vật kết tinh hệ sáu phương có công thức hóa học là (Ca,Ce)(Al,Ti,Mg)₁₂O₁₉. Độ cứng theo thang Mohs từ 7,5 đến 8; tỷ trọng SG là 3,84; một trục âm với chỉ số chiết suất ω = 1,807 và ɛ = 1,790 (theo Robert và nhóm nghiên cứu, 1974). Hibonite được phát hiện từ năm 1955 dưới dạng hạt màu đen, độ trong từ đục đến một phần trong mờ trong lớp thorianite bồi tích Esiva và quặng phlogopite thuộc tỉnh Toliara (Tuléar), Madagascar (theo Curien và nhóm nghiên cứu, 1956). Đây là loại khoáng vật khá hiếm, nó được đặt tên sau khi Paul Hibon, một nhà thăm dò khoáng sản phát hiện ra nó (theo Fleischer, 1957). Hibonite được biết là thường hiện diện trong đá thiên thạch nhưng phần lớn thì chúng thường cộng sinh với đá biến chất chứa vôi với cấp độ biến chất từ vừa đến cao, đôi khi là với corundum, spinel và/hoặc nhóm đá sapphire, ghi nhận tại vùng Andranondambo ở Madagascar (theo Schwarz và nhóm nghiên cứu, 1996), miền nam Tanzania (theo Maaskant và nhóm nghiên cứu, 1980), tại đồi Chyulu ở Kenya (theo Ulianov và nhóm nghiên cứu, 2005) và ở đới trượt Achnkovil thuộc miền nam India (theo Rajesh, 2010). Các mẫu đá hibonite kích cỡ lớn thường là đục và hiếm khi được trong mờ, mặc dù các tinh thể rất nhỏ màu vàng nhạt đến nâu, trong suốt thì cũng được tìm thấy ở Tanzania.

Mẫu vật và phương pháp nghiên cứu:

Các đặc điểm ngọc học cơ bản của hai tinh thể và viên mài giác từ một trong hai tinh thể trên được đo đạc tại AIGS và phòng công nghệ nghiên cứu đá quý, sử dụng các thiết bị như chiết suất kế, cân thủy tĩnh và đèn cực tím sóng ngắn và dài – công suất 6W (đo phát quang). Các đặc điểm bên trong được quan sát bằng kính hiển vi ngọc học cơ bản, phóng đại đến 120 lần.

Ngoài ra còn tiến hành thêm một vài kiểm tra trên viên đá tinh thể nhỏ. Phổ hồng ngoại phản xạ ghi nhận trong dãy 7500 – 400 cm^-1 với độ phân giải 4 cm^-1 kết hợp với các thiết bị Nicolet Nexus và phổ hồng ngoại biến hình Fourier Perkin Elmer BXII tại phòng giám định đá quý  và phòng công nghệ nghiên cứu đá quý. Phổ Raman được ghi nhận tại trường đại học IMN, Nantes với thiết bị quang phổ Raman phân tán Horiba T64000 sử dụng tia laser argon 514 nm. Phân tích nhiễu xạ tia X đơn tinh thể được thực hiện tại trường đại học ở Bern sử dụng nhiễu xạ kế Bruker Apex với phóng xạ MoKa và tia X năng lượng 50 kV/30 mA. Phân tích hóa bán định lượng ghi nhận bằng phổ EDXRF với hệ thống Eagle III tại AIGS, hệ thống Thermo QuanX của phòng công nghệ nghiên cứu đá quý và phổ EDXRF có cải tiến với máy dò nhiệt điện lạnh của phòng giám định đá quý. Phân tích hóa định lượng được ghi nhận tại trường đại học IMN, Nantes với hai kính hiển vi quét điện tử (Zeiss Evo 40XVP và JEOL 5800LV), mỗi máy được trang bị thêm mày dò IMIX-PTS phân tán năng lượng Princeton Gamma Tech. Phổ hấp thu UV-Vis-NIR phân cực sử dụng nguyên tố nền là xenon, độ phân giải 0,6 nm ghi nhận được dãy hấp thu từ 240 – 1050 nm, thực hiện tại phòng giám định đá quý và với máy quang phổ Hitachi, độ phân giải 1 nm ghi nhận được dãy hấp thu từ 190 – 900 nm, thực hiện tại phòng công nghệ nghiên cứu đá quý.

Kết quả và thảo luận:

Từ những kiểm tra trên các viên đá tinh thể và viên đá mài giác thu được các thông số sau: tỷ trọng SG: 3,84, chiết suất điểm khoảng 1,79 – 1,81, chúng phù hợp với các giá trị của hibonite được trích dẫn phía trên. Tuy nhiên chỉ số chiết suất RI cao hơn ngưỡng giới hạn của chiết suất kế thông thường, đặc điểm quang học và lưỡng chiết suất không thể đo đạt một cách chính xác. Các mẫu này trơ dưới chiếu xạ cực tím.

Dưới kính phóng đại, nhiều dạng bao thể được nhìn thấy trong tất cả các mẫu, hầu hết chúng có hình lục giác và một số có hình tam giác (hình 9). Phân tích SEM-EDX trên vài hạt gần bề mặt cho thấy thành phần hóa học của chúng rõ ràng là corundum thuần túy. Một bao thể rất nhỏ (~ 50 nm) nằm trong một trong những bao thể này được phát hiện là fluorite cũng bằng phương pháp này. Một vài bao thể khác có lẽ là mica, tương tự các bao thể đó cũng được phát hiện cộng sinh với sapphire xanh và hibonite trong vùng mỏ Andranondambo (theo Schwarz và nhóm nghiên cứu, 1996) nhưng chúng không được tìm thấy bằng phân tích phổ do sự cản trở của đặc tính phát quang từ đá chủ (xem phần bên dưới).

Phổ hồng ngoại phản xạ trên các tinh thể nhỏ hơn cung cấp những dãy hấp thu có liên quan rất gần với phổ kế của hibonite vùng Madagascar. Tuy nhiên, phổ hấp thu ghi nhận được từ các mẫu tinh thể tương tự nghi ngờ còn lại thì hoàn toàn khác (hình 10).

Điều đó cho thấy rất khó thu được những dữ liệu Raman có ích và phổ hấp thu ghi nhận trên tinh thể nhỏ hơn cũng không thể dùng để đưa ra kết luận rõ ràng được. Những đặc điểm chính là hai dãy phổ yếu tại 903 và 880 cm^-1, một dãy rộng rõ hơn tại 740 cm^-1 và một dãy rộng yếu tại 330 cm^-1. Hibonite thường có các dấu hiệu Raman yếu như nhiều phổ hấp thu đã được công bố là kém chất lượng. Xem ví dụ về phổ hấp thu liên quan đến hibonite trong cơ sở dữ liệu RRUFF (http://rruff.info) là những dấu hiệu Raman phân tán thuần chất nhưng chúng hiện diện cùng với các đặc điểm phát quang.

Những bằng chứng xác định hibonite được cung cấp thêm từ các phân tích phổ nhiễu xạ tia X, phương pháp này có thể chứng minh khoáng vật là thuộc hệ sáu phương với kích thước mỗi mặt theo trục a = 5,592(2) Å, trục c = 21,989(3) Å và thể tích = 595,5(3) ų. Ngưỡng giới hạn này phù hợp với nhóm khoáng vật như taaffeite, högbomite hoặc hibonite. Cấu trúc tinh thể hoàn hảo ghi nhận từ dữ liệu nhiễu xạ tia X cho thấy đây là khoáng nằm trong nhóm cuối của hibonite.

Bảng 1: Đặc điểm ngọc học và phân tích hóa định lượng SEM-EDX trên viên hibonite 0,23 g

Kết quả này được kiểm chứng lại bằng phân tích hóa. Phân tích phổ EDXRF tại nhiều vị trí trên tinh thể đá nhỏ hơn ghi nhận được các nguyên tố chính là Al cùng với Ca, Ti, Mg, Zn và một lượng nhỏ Fe và Sr; Cr  thì rất ít, chỉ vừa đủ để máy có thể phát hiện (ngưỡng phát hiện ~20 ppm). Phân tích hóa định lượng SEM-EDX trên tinh thể này cũng cho kết quả tương tự, chỉ có một khác biệt nhỏ là do độ nhạy của phương pháp này thấp hơn (ngưỡng phát hiện ~100 ppm; xem bảng 1). Việc tồn tại một lượng đáng kể Zn trong hibonite là điều ngạc nhiên vì Zn thường được xem như là một chất lẫn tạp trong loại khoáng vật này (xem bài viết của Masskant và nhóm nghiên cứu, 1980; Hofmeister và nhóm nghiên cứu, 2004). Ngoài ra nhóm nghiên cứu cũng không phát hiện ra Ce (hoặc nguyên tố đất hiếm khác), loại này thường hiện diện trong hibonite.

Phổ UV-Vis-NIR phân cực (hình 11) ghi nhận được các dãy rộng phủ lên một dãy liên tục hấp thu với độ hấp thu tăng dần từ năng lượng thấp đến cao (bước sóng từ cao đến thấp). Tính liên tục này đã tạo nên màu nâu phớt cam. Nguồn gốc của nó là không rõ ràng nhưng có thể là do sự chuyển đổi qua lại giữa hóa trị điện tích của Fe – Ti và cả hai nguyên tố này đều được phát hiện bằng phân tích hóa. Do cơ chế màu sắc này hấp thu ánh sáng một cách hiệu quả, nó không đòi hỏi sự tập trung cao của các nguyên tố trên. Cơ chế này cũng tạo màu tương tự cho các khoáng vật và đá quý như dravite, andalusite và mica. Nguồn gốc của các dãy hấp thu rộng chồng lên sau cùng thì không thể xác định rõ ràng được; chúng đóng góp rất ít trong việc tạo nên màu sắc. Không có hoặc có rất ít sự tập trung của các nguyên tố Ce và Fe, cả hai đều có khả năng hấp thu ánh sáng, điều này có thể giải thích tại sao các mẫu này có màu nhạt trong khi hibonite thường có màu đen và chắn sáng.

Kết luận:

Hibonite có thể được xác định bằng các đặc điểm ngọc học của chúng (RI = 1,79 – 1,81, SG = 3,84, không phát quang dưới chiếu xạ cực tím) và thành phần được xác định bằng phân tích hóa bán định lượng và định lượng. Hiện nay hibonite chất lượng quý đã có thể được bổ sung vào trong danh mục các khoáng vật quý từng biết đến. Do đây là nhóm đá hiếm nên chúng thường được xem như là những khoáng sưu tập có sức hút lạ kỳ. Nếu loại khoáng này được khai thác nhiều hơn và với độ cứng tương đối cao, màu sắc hấp dẫn thì chúng sẽ rất phù hợp cho việc sử dụng làm trang sức.

(Theo Thomas Hainschang, Franck Notari, Laurent Massi, Thomas Ambruster, Benjamin Rondeau, Emmanuel Fritsch và Mariko Nagashima, trong Rapid Communications quyển G&G Summer 2010)