Diaspore Color-change , được biết đến với tên thương mại là Zultanite, được các nhà thiết kế và người tiêu dùng tìm kiếm vì các đặc tính quang học đặc biệt của nó, cụ thể là màu sắc và sự thay đổi màu sắc của nó. Hiểu được nguồn gốc màu sắc của diaspore cấp đá quý có thể cung cấp cơ sở khoa học để hướng dẫn việc kiểm tra, cắt và định giá đá quý. Nghiên cứu này sử dụng phổ tử ngoại nhìn thấy được (UV-Vis) và quang phổ khối lượng plasma kết hợp cảm ứng cắt bằng laser (LA-ICP-MS) để kiểm tra nguồn gốc màu sắc của diaspore thay đổi màu và so sánh nó với corundum. Do cường độ dao động của phổ Raman có liên quan chặt chẽ đến hướng tinh thể đối với diaspore, nên hướng tinh thể được xác định thông qua quang phổ Raman. Mối tương quan màu sắc giữa diaspore thay đổi màu và corundum đã xác nhận danh tính của mỗi nhóm mang màu. Ngoài ra,Các cặp 3+ , Fe 3+ , Fe 2+ -Ti 4+ và V 3+ giữa chất diaspore và corundum chất lượng đá quý được so sánh về mặt định lượng.
Diaspore chất lượng đá quý chiếm một vị trí quan trọng trong thị trường đá quý do độ quý hiếm, độ đa dạng nổi bật và hiện tượng thay đổi màu sắc . Giá trị của loại đá quý này phụ thuộc vào các yếu tố này. Sự hiểu biết rõ ràng về nguồn gốc màu sắc mang lại lợi ích đáng kể cho việc kiểm tra đá quý, cắt, và thậm chí định giá các diaspore đá quý.
Bằng cách thay thế các nguyên tố chính trong các đơn vị cấu trúc xác định thông qua thay thế đẳng định hình, các nguyên tố vi lượng đóng một vai trò quan trọng trong màu sắc của đá quý. Khối tám mặt AlO 6 là một đơn vị cấu trúc quan trọng tạo ra màu sắc khi các nguyên tố vi lượng khác nhau thay thế cho Al. Ví dụ, Cr 3+ thay thế Al 3+ trong khối bát diện AlO 6 trong jadeit và spinel, tạo ra màu xanh lục và đỏ (Lu, 2012; Malsy, 2012), trong khi sự thay thế của Fe 3+ cho Al 3+ trong sapphire tạo ra màu vàng (Emmett và cộng sự, 2003).
Diaspore và corundum có thành phần hóa học và cấu trúc tinh thể tương tự nhau . Diaspore, với công thức hóa học AlO (OH), thuộc nhóm không gian trực thoi 2 / m 2 / m 2 / m (Hill, 1979); corundum, với công thức hóa học Al 2 O 3 , thuộc nhóm không gian tam giác 3 2 / m (Lewis và cộng sự, 1982).
Cấu trúc tinh thể của diaspore bao gồm khối bát diện AlO 4 (OH) 2 , trong khi cấu trúc tinh thể corundum bao gồm AlO 6 bát diện (Hill, 1979; Lewis và cộng sự, 1982). Cả hai loại tinh thể chỉ được cấu tạo từ các đơn vị bát diện. Ngoài ra, cấu trúc diaspore có thể chuyển đổi thành cấu trúc corundum thông qua quá trình khử nước (Iwai et al., 1973). Do cấu trúc tinh thể và thành phần hóa học liên quan chặt chẽ của chúng, chúng ta có thể suy đoán rằng cũng có một mối tương quan chặt chẽ về màu sắc. Có hai lý do khác cho giả thuyết này:
1) So với các loại đá quý khác có chứa đơn vị cấu trúc bát diện AlO 6 , diaspore và corundum có điểm giống nhau gần nhất về độ dài liên kết Al-O trung bình, thể tích bát diện và mức độ biến dạng của các vị trí bát diện (được định lượng bằng cách xác định độ giãn dài bậc hai bát diện).
2) Sự giống nhau về cấu trúc giữa corundum và diaspore lần đầu tiên được nhắc đến bởi Deflandre (1932). Cả hai diaspore và corundum được nối với nhau bằng các đơn vị bát diện, và cả hai đều chứa các khối bát diện có chung cạnh. Tuy nhiên, có những khối bát diện chia sẻ mặt dọc theo trục c chỉ tồn tại trong corundum, và đây là sự khác biệt chính giữa chúng. Các nghiên cứu liên quan khác liên quan đến chụp ảnh bột tia X (Francombe và Rooksby, 1959), kỹ thuật tia X đơn tinh thể, kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi quang học nhiệt độ cao (Iwai và cộng sự, 1973) đã xác nhận cấu trúc sự tương đồng giữa hai chất liệu đá quý.
Mối quan hệ mật thiết chặt chẽ này giữa corundum và diaspore đối với vị trí Al bát diện và sự giống nhau về cấu trúc tổng thể của chúng cho thấy rằng các tế bào sắc tố được thay thế vào vị trí Al của cả hai vật liệu được kỳ vọng sẽ có các tính năng hấp thụ tia UV tương tự. Do đó, nghiên cứu này áp dụng phép loại suy để giải quyết nguồn gốc màu sắc của diaspore bằng cách phân tích định lượng hóa học nguyên tố vi lượng trong diaspore từ hai nguồn gốc địa lý - Myanmar (trước đây là Miến Điện) và Thổ Nhĩ Kỳ - và so sánh chúng với corundum tự nhiên và tổng hợp chất lượng cao. Nghiên cứu nhằm mục đích sử dụng mối tương quan màu sắc giữa diaspore và corundum để xác nhận nguồn gốc màu sắc của diaspore đá quý.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN:
Phân tích hóa học cho thấy thành phần hóa học (tính bằng ppma) của hai mẫu diaspore từ Thổ Nhĩ Kỳ (Dia-006, Dia-008) và hai từ Myanmar (Dia-Bur-001, Dia-Bur-002). Chúng tôi kết luận rằng mẫu của Miến Điện chứa nhiều Cr hơn, trong khi mẫu của Thổ Nhĩ Kỳ có hàm lượng Fe cao hơn. Tuy nhiên, hàm lượng V trong các mẫu Miến Điện cao hơn so với các mẫu Thổ Nhĩ Kỳ, đặc biệt là trong Dia-Bur-002 (358 ppma).
Quang phổ Raman. Bằng cách so sánh phổ Raman của diaspore từ Myanmar với mẫu định hướng từ Thổ Nhĩ Kỳ, diaspore Miến Điện có thể được định hướng đúng. Phổ Raman của cả diaspore Miến Điện và Thổ Nhĩ Kỳ được thu thập trong phạm vi 100–1400 cm –1 .
Quang phổ UV-Vis và PL của Cr 3+ : Corundum, một tinh thể đơn trục, thể hiện tính lưỡng sắc. Phổ UV-Vis của nó thường được thu thập từ hai định hướng trực giao với ánh sáng phân cực (tia o và tia e-ray). Là một tinh thể hai trục, diaspore thể hiện hệ thống tinh thể trichroism; phổ UV-Vis của nó được thu thập từ ba định hướng trực giao với ánh sáng phân cực (E ǁ a, E ǁ b, và E ǁ c). Trong cắt đá quý, một viên ruby ​​hoặc sapphire nói chung là vuông góc với trục c
Khi hướng phân cực (vectơ E) song song với trục a, diaspore cho thấy các đặc điểm hấp thụ tia UV nhìn thấy được tương tự như của corundum
Quang phổ nhìn thấy được bằng tia cực tím của Fe 3+ ở Diaspore và Sapphire. Phổ UV-Vis của Diaspore từ Thổ Nhĩ Kỳ cho thấy các đặc điểm tương ứng với các đặc điểm của sapphire màu vàng nhạt chứa Fe 3+ từ Garba Tula, Kenya. Quang phổ của diaspore hiển thị đặc điểm rất giống với phổ của sapphire mang Fe 3+ . Do đó, các cực đại ở 384 và 448 nm là do cặp Fe 3+ -Fe 3+ , và cực đại ở 398 nm là do Fe 3+.
Quang phổ nhìn thấy được bằng tia UV của Ghép đôi Fe 2+ -Ti 4+ ở Diaspore và Sapphire. Phổ UV-Vis của bộ diaspore Thổ Nhĩ Kỳ cho thấy một dải hấp thụ rõ ràng ở khoảng 570 nm. Dựa trên dữ liệu LA-ICP-MS, crom và vanadi trong diaspore Thổ Nhĩ Kỳ rất thấp. Trong sapphire xanh lam, sự hấp thụ ở khoảng 580 nm được cho là do tạo cặp Fe 2+ -Ti 4+ (Emmett và cộng sự, 2003). Có thể sự hấp thụ ở khoảng 570 nm trong diaspore liên quan đến Fe 2+ -Ti 4+ (xem hình 10). Trong sapphire xanh lam, sự hấp thụ của Fe 2+ -Ti 4+cặp không gây ra hiệu ứng đổi màu vì dải hấp thụ mở rộng ra vùng cận hồng ngoại nên tốc độ truyền của vùng đỏ và vùng xanh không tương đối bằng nhau. Nhưng trong diaspore, các vùng truyền này khá bằng nhau. Giá trị của dấu * đã thay đổi từ –3 thành 1, có nghĩa là màu sẽ chuyển từ xanh sang đỏ.
Emmett và cộng sự. (2017) đề xuất rằng Si đóng một vai trò trong hóa học màu của corundum. Nếu corundum chứa Ti, Si, Mg và Fe thì Fe sẽ bắt cặp với Si trước Ti. Nếu diaspore tương tự như corundum, Fe sẽ bù Si trước Ti. Tuy nhiên, các thiết bị được sử dụng cho LA-ICP-MS cho thấy sự giao thoa đáng kể đối với ba đồng vị silicon (Shen, 2010), và kết quả là hàm lượng Si cao hơn giá trị được hiển thị. Tác giả không xem xét Si vì lỗi công cụ này và cho rằng tất cả các cặp Ti với Fe. Do đó, hàm lượng thực tế của cặp Fe 2+ -Ti 4+ có thể thấp hơn hàm lượng được xác định qua phân tích.
Quang phổ nhìn thấy UV của V ở Diaspore và Sapphire.
Trong corundum tự nhiên, hàm lượng vanadi nói chung rất thấp. Sapphire tổng hợp sẽ cho thấy hiệu ứng thay đổi màu sắc rõ ràng. Loại sapphire tổng hợp này tương tự như alexandrite tự nhiên. Tuy nhiên, có một số V trong diaspore tự nhiên từ Myanmar, đóng vai trò quan trọng trong nguồn gốc màu sắc và sự thay đổi màu sắc.
Chúng tôi so sánh phổ của diaspore (chỉ chứa V ) với sapphire tổng hợp chứa vanadi nguyên chất. Chúng cũng cho thấy các đặc điểm hấp thụ tương tự trong phổ UV-Vis của chúng, vì cả hai cực đại đều ở khoảng 400 nm và 560 nm trong diaspore và sapphire.
KẾT LUẬN :
Trong diaspore thay đổi màu sắc, các cặp Cr 3+ , V 3+ và Fe 2+ -Ti 4+ là các tế bào sắc tố và tất cả chúng đều chứa vùng hấp thụ ở khoảng 560–580 nm.
Tất cả các tế bào sắc tố này đều có thể đóng một vai trò trong việc gây ra hiệu ứng thay đổi màu sắc. Quang phổ Raman được chứng minh là một công cụ mạnh mẽ để xác định hướng tinh thể của wafer diaspore Miến Điện; nó cũng hữu ích để đo và so sánh phổ UV-Vis định hướng của diaspore và corundum. Do sự giống nhau về cấu trúc của chúng, chúng tôi có thể xác nhận mối tương quan màu sắc giữa corundum và diaspore và so sánh hiệu quả của các tế bào sắc tố.
Theo tính toán, hiệu quả mang màu của Cr 3+ , Fe 3+ và Fe 2+-Ti 4+ trong corundum cao hơn tương ứng khoảng 5–10, 1,6 và 50 lần so với trong diaspore. Tuy nhiên, hiệu quả mang màu của V 3+ trong diaspore cao hơn khoảng 2–7 lần so với trong corundum.
Tác giả Che Shen và Ren Lu theo Gems & Gemology, Winter 2018, Vol. 54, số 4
Ông Shen là nghiên cứu sinh tại Viện Đá quý, Đại học Khoa học Địa chất Trung Quốc ở Vũ Hán. Năm 2018, anh là thực tập sinh nghiên cứu tại Viện Gemological Hoa Kỳ ở Carlsbad, California. Tiến sĩ Lu là giáo sư tại Viện Đá quý, Đại học Khoa học Địa chất Trung Quốc ở Vũ Hán.
Lược dịch by Kira Trần
Khoa học và công nghệ khác