Hình 4: Viên sapphire dài 12,8 mm, trái, được xác định là đá thiên nhiên, màu của nó được tạo thành do có sự tập trung cao của Fe. Viên đá 2,07 ct bên phải là sapphire nhân tạo chứa cobalt. Đối chiếu với hệ tọa độ màu (rìa phải) được tính toán theo quang phổ quang học của Müller và Günthard (1996) đối với loại sapphire nhân tạo Verneuil chứa Co3+ (tia bình thường, trên; tia đặc biệt, dưới). Ảnh chụp bởi Jian Xin (Jae) Liao, trái; Sood Oil (phải).
Gần đây, hai mẫu đá quý màu lục được gửi đến phòng giám định ở New York. Viên đá (12,80 x 10,90 x 8,75 mm; hình 4, trái) được gắn trên một chiếc nhẫn với nhiều viên đá trong suốt gần không màu, dễ dàng xác định được là sapphire thiên nhiên dựa vào các bao thể và các nguyên tố vi lượng chứa trong nó được xác định bằng LA-ICP-MS. Viên còn lại (2,07 ct; 7,77 x 6,09 x 4,93 mm) rõ ràng là không chứa bao thể (hình 4, giữa). Kiểm tra cẩn thận viên đá thứ hai trong dung dịch nhúng cho thấy nó có dãy màu cong không rõ nét, cho thấy đây là loại đá nhân tạo tăng trưởng bằng phương pháp nóng chảy. Phân tích LA-ICP-MS cũng khẳng định đây là sapphire nhân tạo và cobalt là nguyên tố vi lượng duy nhất được phát hiện (trung bình 25 ppma). Những báo cáo trước đây về loại sapphire nhân tạo tăng trưởng bằng phương pháp nóng chảy với cobalt là chất tạo màu đã được đăng trong quyển Spring 1996 Lab Notes (trang 51), Spring 2001, phần Gem News International (trang 75 – 77) và Spring 2008 Lab Notes (trang 72 – 73).
Hình 5: Phổ UV-Vis-NIR, viên sapphire lục thiên nhiên có đặc điểm liên quan chặt chẽ với Fe, điểm này không thấy trong mẫu đá nhân tạo, chúng thường có các dãy hấp thu đặc trưng liên quan đến Co3+. Chiều dài chùm tia khoảng 9 mm đối với đá thiên nhiên và 5 mm đối với đá nhân tạo.
Sapphire – dù nhân tạo hay thiên nhiên – với màu lục nổi bậc như thế này thì rất hiếm gặp trong phòng giám định và có điều khá thú vị là hai thành phần rất khác biệt nhưng lại tạo ra màu giống nhau như thế. Phổ UV-Vis-NIR của viên sapphire thiên nhiên cho thấy phổ hấp thu đặc trưng của corundum với hàm lượng sắt cao: vạch hấp thu mạnh tại 450, 388 và 377 nm từ Fe3+ và các dãy rộng ở 580 và 700 nm do sự trao đổi hóa trị qua lại giữa các ion Fe2+-Ti4+ (hình 5). Ngoài ra việc ghi nhận được các dãy hấp thu 1050 – 1075 (do Fe3+) đã làm nhóm nghiên cứu hết sức ngạc nhiên. Như đã biết việc chứa hàm lượng Fe3+ cao sẽ tạo nên màu vàng cho sapphire và thậm chí sự tập trung nhỏ liên kết electron Fe2+-Ti4+ cũng góp phần tạo nên màu xanh cho đá. Do đó nguyên nhân tạo màu lục cho viên sapphire này được lý giải một cách thích hợp là do nó chứa lượng Fe trung bình trong thành phần cấu tạo khoảng 1155 ppma.
Phổ phân cực UV-Vis-NIR đối với mẫu sapphire nhân tạo chỉ thu được hai dãy rộng ngay tại vị trí 450 và 660 nm, đặc điểm đặc trưng cho sự thay thế Co3+ bằng tám mặt Al3+ (theo R. Müller và Hs. H Günthard, “Nghiên cứu sự hấp thu phổ tạo ra bởi sự khử giữa ion nickel và cobalt trong sapphire”, tạp chí Journal of Chemical Physics, Vol. 44, No. 1, 1996, trang 365 – 373, http://dxdoi.org/10.1063/1.1726471). Vị trí của hai dãy hấp thu này hầu như đúng với các tia bình thường cũng như tia đặc biệt nhưng cường độ của dãy phổ tại 660 nm thì mạnh hơn so với tia bình thường. Hơn nữa một đỉnh yếu trong khoảng 691 nm cũng được ghi nhận trong phổ dùng tia bình thường. Vị trí vùng thay đổi mạnh về cường độ hấp thu giữa hai khu vực ở gần 500 nm trong quang phổ trên cả hai mẫu vật là nguyên nhân chủ yếu tạo nên màu lục giống nhau của chúng.
Các trị số tọa độ màu dùng trong quang phổ được ghi nhận bởi Müller và Günthard (1996) trên lát mỏng khoáng vật dày 2 mm thu được các trị số tọa độ màu L*a*b đối với tia bình thường và tia đặc biệt theo thứ tự lần lượt là 81/51/20 và 86/-34/36 (xem lại hình 4). Màu trên viên sapphire nhân tạo trong báo cáo này rất tương đồng với kết quả trên, đều này thêm cho kết luận về nguyên nhân tạo màu của nó là do ion Co3+. (Công Ty TNHH Giám Định Rồng Vàng – SJC lược dịch theo Emily V. Dubinsky trong Lab Notes, quyển G&G Fall 2011)