Một trong những thách thức lớn nhất mà các nhà kinh doanh đá quý và nhà đá quý học phải đối mặt ngày nay là xác định chính xác xem một viên đá quý đã được xử lý nhiệt hay chưa ?
Mặc dù để có câu trả lời đáng tin cậy 100% cho câu hỏi đó là công việc của một phòng thí nghiệm đá quý lớn, nhưng có một công cụ đơn giản và rẻ tiền sau cũng có thể đưa ra một câu trả lời cho câu hỏi trên.Vậy công cụ thần kỳ này là gì?
Cách đây không lâu, huỳnh quang tia cực tím (UV) được coi là một công cụ ít hữu dụng trong các phòng thí nghiệm đá quý. Nhưng với tầm quan trọng ngày càng tăng nó trong việc phát hiện ra biện pháp xử lý, đèn UV khiêm tốn đang dần khẳng định tầm quan trọng của nó.
Thiết lập để kiểm tra cận cảnh huỳnh quang UV. Một miếng blutac hoặc đất sét nhỏ được chèn giữa đèn UV và tủ quan sát sẽ tạo ra một khe hở nhỏ. Điều này cho phép đá có thể được quan sát khi ở vị trí cực kỳ gần với đèn, giúp tăng đáng kể khả năng bắt các phản ứng yếu. Một ống kính được đặt để phóng đại viên đá trong khi quan sát. Băng che giúp đèn không bị nghiêng khỏi tủ. Nên đeo kính chống tia cực tím đặc biệt như kính trước tủ để bảo vệ mắt khỏi bức xạ SW có hại. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D7
Thiết lập để kiểm tra cận cảnh huỳnh quang UV. Một miếng blutac hoặc đất sét nhỏ được chèn giữa đèn UV và tủ quan sát sẽ tạo ra một khe hở nhỏ. Điều này cho phép đá có thể được quan sát khi ở vị trí cực kỳ gần với đèn, giúp tăng đáng kể khả năng bắt các phản ứng yếu. Một ống kính được đặt để phóng đại viên đá trong khi quan sát. Băng che giúp đèn không bị nghiêng khỏi tủ. Nên đeo kính chống tia cực tím đặc biệt như kính trước tủ để bảo vệ mắt khỏi bức xạ SW có hại. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D7
Nhiều viên rubies và sapphires được xử lý nhiệt sẽ hiển thị dưới huỳnh quang sóng ngắn (SW) dạng phấn. Phản ứng này thực tế không bao giờ được tìm thấy trong corundums chưa qua xử lý và được Robert Crownshield ghi nhận lần đầu tiên (1966, 1970). Nó thực sự là những phần không màu của đá phát huỳnh quang (một phản ứng tương tự như sapphires tổng hợp Verneuil). Vì các khu vực không màu tuân theo cấu trúc phát triển của tinh thể ban đầu, nên huỳnh quang sẽ tuân theo cùng một mô hình giống như sự phân vùng màu sắc của đá quý. Ngoài ra, các nguyên tố vi lượng khác trong corundum có thể tạo ra các phản ứng huỳnh quang, từ màu đỏ rực nổi tiếng của ruby đến các màu sắc khác vẫn chưa được hiểu rõ hoàn toàn. Nhiều loại sẽ được minh họa bên dưới, cả đã biết và chưa biết.
Một viên sapphire màu xanh lam khác thể hiện huỳnh quang màu phấn tương ứng với các phần không màu của viên đá quý. Khi được nhìn thấy, huỳnh quang SW từ xanh lam đến xanh lục đậm như phấn này là một dấu hiệu cực kỳ mạnh mẽ cho thấy viên đá quý đã được xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao. Lưu ý rằng huỳnh quang này thường xuất hiện trong các hoa văn giống như vân gỗ. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D200
Một viên sapphire màu xanh lam khác thể hiện huỳnh quang màu phấn tương ứng với các phần không màu của viên đá quý. Khi được nhìn thấy, huỳnh quang SW từ xanh lam đến xanh lục đậm như phấn này là một dấu hiệu cực kỳ mạnh mẽ cho thấy viên đá quý đã được xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao. Lưu ý rằng huỳnh quang này thường xuất hiện trong các hoa văn giống như vân gỗ. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D200
Vậy làm thế nào để kiểm tra phản ứng này? Bước đầu tiên là bạn phải có được một đèn LW / SW kết hợp. Bạn cũng sẽ cần một cặp kính mắt bảo vệ (ánh sáng SW có thể làm bỏng mắt bạn khi tiếp xúc lâu). Một tủ xem cũng là một điểm cộng. Cuối cùng, bạn sẽ cần một thấu kính nhỏ để phóng đại viên đá.
Khi quan sát huỳnh quang, ý tưởng là cầm viên đá bằng nhíp và đưa đá càng gần đèn càng tốt và xem dưới độ phóng đại. Kiểm tra đá từ mọi góc độ; nhiều khi các vùng dạng phấn chính bị giới hạn trong các phần nhỏ của viên đá.Một trong những tác giả (Hughes, 1997) đã đề xuất một ống kính được kết hợp như một phần không thể thiếu của tủ quan sát, nhưng đáng buồn là các nhà sản xuất dụng cụ vẫn chưa sản xuất một thiết bị như vậy.
Chụp ảnh huỳnh quangMột số ảnh trong bài viết này được chụp bằng cách thiết lập thô sơ sau đây. Một người giữ đá đã được dán vào một cánh tay cổ ngỗng để giữ viên đá tại chỗ. Ảnh được chụp bằng máy ảnh kỹ thuật số Nikon D70 gắn giá ba chân với ống kính macro Nikon 60mm 2.8. Cũng có lúc được sử dụng là hai ống kính cận cảnh vặn vít của Nikon, để tăng thêm độ phóng đại. Phơi sáng được thực hiện ở chế độ thủ công với nút chụp không dây, với tất cả đèn xung quanh (phòng) bị tắt. Thời gian phơi sáng dao động từ vài giây đến hơn nửa phút. Sau đó, thiết lập đã được tinh chỉnh thành Nikon D200 gắn chân máy và ống kính macro 60mm 2.8 đã nói ở trên. Trong một căn phòng tối, với chiếc đèn UV cầm tay, một số bức ảnh đẹp đã thu được. Ảnh: Richard Hughes
Chụp ảnh huỳnh quangMột số ảnh trong bài viết này được chụp bằng cách thiết lập thô sơ sau đây. Một người giữ đá đã được dán vào một cánh tay cổ ngỗng để giữ viên đá tại chỗ. Ảnh được chụp bằng máy ảnh kỹ thuật số Nikon D70 gắn giá ba chân với ống kính macro Nikon 60mm 2.8. Cũng có lúc được sử dụng là hai ống kính cận cảnh vặn vít của Nikon, để tăng thêm độ phóng đại. Phơi sáng được thực hiện ở chế độ thủ công với nút chụp không dây, với tất cả đèn xung quanh (phòng) bị tắt. Thời gian phơi sáng dao động từ vài giây đến hơn nửa phút. Sau đó, thiết lập đã được tinh chỉnh thành Nikon D200 gắn chân máy và ống kính macro 60mm 2.8 đã nói ở trên. Trong một căn phòng tối, với chiếc đèn UV cầm tay, một số bức ảnh đẹp đã thu được. Ảnh: Richard Hughes
Bài kiểm tra này yêu cầu một chút kiến thức. Nếu một viên ruby hoặc sapphire cho thấy huỳnh quang dạng phấn trong SW thì có lẽ nó đã được xử lý nhiệt.Nhưng nếu nó trơ, điều đó không có nghĩa là nó không được làm nóng. Cũng nên lưu ý rằng viên đá phải sạch. Xà phòng và các hóa chất khác cũng có thể tạo ra huỳnh quang dạng phấn.
Một ví dụ khác về huỳnh quang SW dạng phấn được khoanh vùng trong một viên sapphire đã qua xử lý nhiệt. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D200
Một ví dụ khác về huỳnh quang SW dạng phấn được khoanh vùng trong một viên sapphire đã qua xử lý nhiệt. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D200
Và trong khi bài kiểm tra này đèn huỳnh quang tia cực tím một công cụ có thể cực kỳ hữu ích nhưng nó không thể thay thế cho một cuộc kiểm tra đá quý hoàn chỉnh trong một phòng thí nghiệm được trang bị đầy đủ. Cuối cùng, giữ thời gian tiếp xúc của corundum với huỳnh quang SW ở mức tối thiểu. Chiếu xạ SW tạo ra một trung tâm màu vàng có thể làm thay đổi màu sắc của đá quý; ngay cả khi phơi sáng năm phút cũng có thể làm được điều này (xem Hình 9).
Trong khi màu này nhạt dần khi tiếp xúc lâu với ánh sáng ban ngày, nó có thể khiến đá xanh lam có màu xanh lục hơn (không tốt nếu đó là đá của bạn và bạn đang cố bán nó).
Hình 10. Đôi khi chúng ta thấy huỳnh quang SW màu xanh lá cây như phấn trong những viên sapphire tự nhiên chưa qua xử lý, đặc biệt là những viên sapphire từ Madagascar. Sự phát huỳnh quang này có xu hướng bị giới hạn trong một lớp mỏng trên bề mặt của đá và có ranh giới rõ ràng, như hình trên. Vùng tam giác đen nhỏ chỉ đơn giản là một vùng không phát quang. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D200
Hình 10. Đôi khi chúng ta thấy huỳnh quang SW màu xanh lá cây như phấn trong những viên sapphire tự nhiên chưa qua xử lý, đặc biệt là những viên sapphire từ Madagascar. Sự phát huỳnh quang này có xu hướng bị giới hạn trong một lớp mỏng trên bề mặt của đá và có ranh giới rõ ràng, như hình trên. Vùng tam giác đen nhỏ chỉ đơn giản là một vùng không phát quang. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D200
Một lưu ý khác liên quan đến một loại huỳnh quang SW màu xanh lá cây dạng phấn đôi khi được nhìn thấy trong các viên sapphire màu xanh lam tự nhiên, chưa qua xử lý (đặc biệt là từ Madagascar). Sự phát huỳnh quang có xu hướng yếu bị giới hạn ở các lớp mỏng trên bề mặt. Ngoài ra, các mảng huỳnh quang có xu hướng có ranh giới rõ nét hơn phản ứng trong đá đã được nung nóng (Hình 10–12).
Hình 11. Các góc nhìn xa và mờ ảo của một mảng huỳnh quang bề ngoài khác trong một viên sapphire chưa được xử lý từ Madagascar.Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D200
Hình 11. Các góc nhìn xa và mờ ảo của một mảng huỳnh quang bề ngoài khác trong một viên sapphire chưa được xử lý từ Madagascar.Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D200
Hình 12. Sử dụng phương pháp chiếu sáng bằng sợi quang với kính hiển vi, mảng huỳnh quang trong đá từ Hình 11 được tiết lộ dưới dạng một vùng rõ ràng không có mây kết cấu. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D200
Hình 12. Sử dụng phương pháp chiếu sáng bằng sợi quang với kính hiển vi, mảng huỳnh quang trong đá từ Hình 11 được tiết lộ dưới dạng một vùng rõ ràng không có mây kết cấu. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D200
Theo nghĩa cơ bản nhất của nó, huỳnh quang là sự phát ra năng lượng nhìn thấy của bước sóng dài hơn khi bị bắn phá bởi năng lượng có bước sóng ngắn hơn. Năng lượng kích thích có thể là tia X (huỳnh quang tia X), tia cực tím (huỳnh quang UV) hoặc thậm chí là ánh sáng nhìn thấy.
Vd : Khi một viên ruby được đưa ra ánh sáng ban ngày, một số electron nhất định bị kích thích lên các obitan cao hơn, tạo ra sự hấp thụ các bước sóng tương ứng. Nhưng thay vì rơi thẳng trở lại trạng thái cơ bản, các electron lại rơi theo từng bước. Trong hầu hết các trường hợp, sự giải phóng năng lượng từ mỗi bước đó ở dạng phonon vào mạng tinh thể (nhiệt dao động), và do đó mắt người không nhìn thấy được. Nhưng trong trường hợp của ruby, một số phát xạ rơi vào màu đỏ (ở 692,8 và 694,2 nm). Đây là điều làm cho ruby trở nên đặc biệt; Nó không chỉ sở hữu màu cơ thể màu đỏ, mà màu đỏ đó còn được tăng thêm bởi huỳnh quang màu đỏ. Đây là điều khiến người xưa tin rằng ruby có một ngọn lửa cháy bên trong.
Hình 15.Trong viên ruby ​​được xử lý nhiệt và xử lý thủy tinh chì này từ Möng Hsu, Miến Điện, những mảng huỳnh quang màu xanh phấn được khoanh vùng mỏng nổi lên trên phần thân huỳnh quang màu đỏ dựa trên crom. Những vùng màu xanh da trời như phấn này là một dấu hiệu mạnh mẽ của quá trình xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao. SW UV.Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D70
Hình 15.Trong viên ruby ​​được xử lý nhiệt và xử lý thủy tinh chì này từ Möng Hsu, Miến Điện, những mảng huỳnh quang màu xanh phấn được khoanh vùng mỏng nổi lên trên phần thân huỳnh quang màu đỏ dựa trên crom. Những vùng màu xanh da trời như phấn này là một dấu hiệu mạnh mẽ của quá trình xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao. SW UV.Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D70
Huỳnh quang UV có thể là một chất chỉ thị cực kỳ nhạy cảm không chỉ đối với các tạp chất, mà còn cả các điều kiện hình thành đá quý. Thật vậy, không có gì lạ khi có thể dễ dàng nhìn thấy huỳnh quang từ các ion phát huỳnh quang mạnh ở nồng độ trong khoảng 0,01 phần triệu (ppm). Đối với những người bình thường, đó là một con số khổng lồ, hoàn toàn vượt quá giới hạn phát hiện của tất cả trừ các thiết bị phân tích phức tạp và đắt tiền nhất.
Hình 17.Trong cùng một viên đá từ Hình 16, một bộ lọc Schott BG-12 màu xanh lục được đặt trên viên đá quý. Nó loại bỏ huỳnh quang màu đỏ, do đó làm cho các vùng màu xanh phấn dễ nhìn hơn. SW UV. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D70
Hình 17.Trong cùng một viên đá từ Hình 16, một bộ lọc Schott BG-12 màu xanh lục được đặt trên viên đá quý. Nó loại bỏ huỳnh quang màu đỏ, do đó làm cho các vùng màu xanh phấn dễ nhìn hơn. SW UV. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D70
Hình 16.một viên ruby ​​khác được xử lý nhiệt từ Möng Hsu, Miến Điện. Các mảng huỳnh quang màu xanh phấn mỏng, được khoanh vùng nổi trên đỉnh huỳnh quang màu đỏ của cơ thể dựa trên crom. Những vùng màu xanh da trời như phấn này là một dấu hiệu rõ ràng của quá trình xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao, nhưng bị che bởi huỳnh quang màu đỏ và do đó rất khó nhìn thấy. SW UV. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D70
Hình 16.một viên ruby ​​khác được xử lý nhiệt từ Möng Hsu, Miến Điện. Các mảng huỳnh quang màu xanh phấn mỏng, được khoanh vùng nổi trên đỉnh huỳnh quang màu đỏ của cơ thể dựa trên crom. Những vùng màu xanh da trời như phấn này là một dấu hiệu rõ ràng của quá trình xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao, nhưng bị che bởi huỳnh quang màu đỏ và do đó rất khó nhìn thấy. SW UV. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D70
Nói về sapphire
Trong khi huỳnh quang màu đỏ của ruby được trình bày chi tiết trong nhiều văn bản đá quý (xem Hughes, 1997), nguyên nhân của huỳnh quang màu hồng phấn vẫn chưa được đề cập. Sapphire thường không phát huỳnh quang đối với ánh sáng nhìn thấy. Nhưng điều đó sẽ thay đổi nếu chúng tiếp xúc với tia cực tím sóng ngắn. Điều này được nhìn thấy rõ ràng nhất trong sapphire không màu tổng hợp, chúng hiển thị màu trắng hơi xanh ('phấn') trong phạm vi 410–420 nm.
Hình 13. Một trong những bí ẩn về corundum là nguyên nhân của huỳnh quang màu cam "mơ" được thấy ở nhiều viên sapphire có cả màu xanh lam và màu vàng, đặc biệt là những viên từ Sri Lanka và Madagascar. Sự phát huỳnh quang này có thể được nhìn thấy ở cả LW và SW, với LW luôn mạnh hơn và không bị ảnh hưởng bởi quá trình xử lý nhiệt. Viên đá trên là viên sapphire xanh Madagascar chưa qua xử lý ở LW, loại đá giống như trong Hình 11 và 12. Lưu ý rằng khu vực culet, nơi chứa nồng độ màu xanh lam nặng nhất, là đá trơ. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D200
Hình 13. Một trong những bí ẩn về corundum là nguyên nhân của huỳnh quang màu cam "mơ" được thấy ở nhiều viên sapphire có cả màu xanh lam và màu vàng, đặc biệt là những viên từ Sri Lanka và Madagascar. Sự phát huỳnh quang này có thể được nhìn thấy ở cả LW và SW, với LW luôn mạnh hơn và không bị ảnh hưởng bởi quá trình xử lý nhiệt. Viên đá trên là viên sapphire xanh Madagascar chưa qua xử lý ở LW, loại đá giống như trong Hình 11 và 12. Lưu ý rằng khu vực culet, nơi chứa nồng độ màu xanh lam nặng nhất, là đá trơ. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D200
Sapphire tổng hợp
Sự phát huỳnh quang màu xanh lam này trong sapphire tổng hợp đã được quan sát thấy ít nhất kể từ năm 1948. Mặc dù nó thường bị bỏ qua trong các tài liệu về đá quý học, nhưng nó đã trở thành chủ đề của nhiều bài báo khoa học (xem Evans, 1994).Evans đã phỏng đoán sau khi xem xét dữ liệu rằng đỉnh huỳnh quang 410–420 nm là do quá trình chuyển đổi điện tích Ti 4+ . Điều đó sau đó đã được xác nhận bởi Wong, et al. (1995a và 1995b). Các ion Ti 4+ biệt lập , hoặc các cặp trống Ti-Al tạo ra huỳnh quang này.Quá trình chuyển đổi điện tích Ti 4+ trong corundum rất mạnh và hiệu suất cao đến mức huỳnh quang có thể dễ dàng quan sát bằng mắt thậm chí chỉ 1 ppm Ti 4+ .
Hầu hết sapphire tổng hợp trên thị trường chứa ít nhất một ppm Ti 4+ từ vật liệu ban đầu Al 2 O 3 , nếu không nhiều hơn, và do đó nó sẽ phát huỳnh quang. Đỉnh huỳnh quang ở khoảng 415 nm ở nồng độ Ti 4+ rất thấp , nhưng khi nồng độ tăng lên, dải huỳnh quang mở rộng và đỉnh dịch chuyển lên cao đến 460 hoặc 480 nm, làm cho huỳnh quang xuất hiện nhiều hơn màu xanh lục hoặc xanh lam trắng .
Tại sao huỳnh quang dạng phấn này xảy ra liên quan đến nhiệt độ phát triển và nồng độ Ti 4+ so với các tạp chất khác. Ở corundums tổng hợp, nhiệt độ sinh trưởng cao và nồng độ Ti 4+ cao tạo ra huỳnh quang dạng phấn. Trong một số viên sapphire đã qua xử lý nhiệt có hàm lượng Fe thấp (chẳng hạn như ở Sri Lanka), việc xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao tạo ra các điều kiện tương tự như sapphire tổng hợp. Như vậy nên chúng phát huỳnh quang dạng phấn.
Sapphire tự nhiên
Nhưng những viên sapphire tự nhiên, chưa qua xử lý thì sao? Tại sao chúng không phát huỳnh quang màu xanh lam hoặc trắng xanh? Lý do liên quan đến nhiệt độ và thời gian sinh trưởng. Sapphire tự nhiên phát triển ở nhiệt độ thấp hơn nhiều, vì vậy Ti 4+ ít có khả năng bắt cặp với các chỗ trống Al hơn nhiều.Những nhiệt độ thấp hơn này cũng cho phép ghép nối Ti 4+ dễ dàng hơn với các ion khác (thường là Fe 2+ hoặc Mg 2+ ) ngăn cản sự phát huỳnh quang.
Hình 14. Phát huỳnh quang LW màu cam "mơ" được khoanh vùng trong viên sapphire xanh Madagascar chưa qua xử lý. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D200
Hình 14. Phát huỳnh quang LW màu cam "mơ" được khoanh vùng trong viên sapphire xanh Madagascar chưa qua xử lý. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D200
Một lý do khác là sự hiện diện của Fe 3+ , chất này cũng chặn huỳnh quang. Và cuối cùng, khi tinh thể nằm trong lòng đất hàng triệu năm, quá trình khuếch tán diễn ra từ từ, cho phép Ti 4+ bắt cặp từ từ với các ion khác, do đó không phát huỳnh quang.
Hình 11. Các góc nhìn xa và mờ ảo của một mảng huỳnh quang trong một viên sapphire chưa được xử lý từ Madagascar.Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D200
Hình 11. Các góc nhìn xa và mờ ảo của một mảng huỳnh quang trong một viên sapphire chưa được xử lý từ Madagascar.Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D200
Sapphire xử lý nhiệt
Sau đó, tại sao một số viên Sapphire màu xanh lam được xử lý nhiệt lại phát huỳnh quang từ màu xanh da trời phấn sang màu xanh lục hoặc trắng, và điều gì gây ra sự khác biệt về vẻ ngoài?
Titan tập trung trong các vi tinh thể rutil . Khi đá được xử lý nhiệt, rutil hòa tan vào corundum bằng cách khuếch tán, nhưng vì sự khuếch tán chậm nên nồng độ cục bộ của Ti 4+ có thể khá cao. Ở các vùng có nồng độ cao, nồng độ Ti 4+ sẽ vượt quá các chất bù điện tích cục bộ (Fe 2+ hoặc Mg 2+ ) và do đó các ion Ti 4+ tự do sẽ hình thành.
Hình 18. Sapphire xanh lam được xử lý nhiệt trong SW UV. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D200
Hình 18. Sapphire xanh lam được xử lý nhiệt trong SW UV. Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D200
Ngoài ra, sự hòa tan của rutil cục bộ sẽ buộc tạo ra một số chỗ trống cho nhôm và một số cụm Ti 4+–Al sẽ hình thành. Những loại này sẽ phát huỳnh quang và do đó một số sapphire được xử lý nhiệt sẽ phát huỳnh quang giống như sapphire mang Ti tổng hợp. Bởi vì sự phân bố ban đầu của rutil (và sắt trong dung dịch) xảy ra trong các vùng, sự phân bố của huỳnh quang sẽ phản ánh sự phân vùng đó. Sự phát huỳnh quang sẽ mạnh nhất ở nơi Fe thấp nhất và Ti 4+ cao nhất, tức là ở những vùng có màu tối thiểu.
Hình 2.Lật mặt dưới viên sapphire tương tự từ Hình 1 cho thấy một vòng huỳnh quang hơi xanh ('phấn') riêng biệt, tương ứng với các phần không màu của viên ngọc khi được ngâm trong nước. Khi nhìn thấy, huỳnh quang SW màu xanh da trời như phấn mạnh này là một dấu hiệu cực kỳ mạnh mẽ cho thấy đá quý đã được xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao.Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D70
Hình 2.Lật mặt dưới viên sapphire tương tự từ Hình 1 cho thấy một vòng huỳnh quang hơi xanh ('phấn') riêng biệt, tương ứng với các phần không màu của viên ngọc khi được ngâm trong nước. Khi nhìn thấy, huỳnh quang SW màu xanh da trời như phấn mạnh này là một dấu hiệu cực kỳ mạnh mẽ cho thấy đá quý đã được xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao.Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D70
Sapphire bazan có hàm lượng sắt cao (chẳng hạn như của Úc, Thái Lan, v.v.) sẽ không phát huỳnh quang sau khi xử lý nhiệt, vì nồng độ sắt cao hơn nhiều so với nồng độ Ti 4+ ở mọi nơi.Sự xuất hiện của huỳnh quang phấn trong corundum phụ thuộc mạnh mẽ vào cả nồng độ Ti 4+ và Fe 3+ . Trước hết khi xem xét Ti 4+ , điều quan trọng cần lưu ý là sự hấp thụ truyền điện tích trong UV trên mỗi ion là cực kỳ cao. Nếu chúng ta nhìn vào huỳnh quang của một miếng sapphire tổng hợp với vài ppm Ti 4+ , nó dường như phát sáng màu xanh lam trong toàn bộ viên đá. Điều này là do tổng lượng hấp thụ truyền điện tích Ti 4+ đủ thấp để các photon UV có thể thâm nhập vào phần lớn của mẫu. Khi nồng độ Ti 4+ cao hơn, huỳnh quang dường như phát ra từ một lớp dày gần bề mặt vì đó là khoảng cách xa nhất mà các photon UV có thể xuyên qua. Tại Ti caoNồng độ 4+ , chỉ có một lớp bề mặt mỏng bị tia UV xuyên qua và huỳnh quang xuất hiện như một lớp bề mặt phấn (xem Hình 15 & 16).
Sự hấp thụ chuyển điện tích của Fe 3+ cũng rất cao. Như vậy sắt sẽ góp phần hạn chế sự xâm nhập của tia UV vào mẫu. Vì vậy, sự xuất hiện rất khác nhau của huỳnh quang của một số sapphire tổng hợp và một số sapphire tự nhiên đã qua xử lý nhiệt không phải là một hiện tượng khác nhau, chỉ là sự khác biệt về nồng độ tạp chất.Một trong những tác giả (JLE) đã sử dụng bộ lọc Schott BG-12 để tăng độ huỳnh quang dạng phấn bề mặt thường thấy trong ruby được xử lý nhiệt. Bộ lọc này loại bỏ huỳnh quang đỏ và truyền huỳnh quang xanh Ti 4+ (Hình 17).
Hãy xem xét các cách tiếp cận khác nhau.Với đá quý, huỳnh quang thường chỉ được quan sát bằng mắt thường với bức xạ UV LW hoặc SW, với kết quả được ghi lại chỉ về độ sáng, màu sắc và sự có mặt hay không có lân quang.Trong nghiên cứu về các ion trong tinh thể, các thông số đo được mở rộng hơn. Thông thường người ta đo phân bố phổ của huỳnh quang, cũng như phân bố phổ của ánh sáng có thể kích thích huỳnh quang đó (phổ kích thích). Ngoài ra, các thông số phân rã theo thời gian của huỳnh quang được đo bằng nguồn sáng xung ngắn. Đôi khi đường cong phân rã là một cấp số nhân chỉ ra một vị trí hoặc một ion đơn lẻ. Những lần khác, đường cong phân rã là sự kết hợp của hai hoặc nhiều cấp số nhân chỉ ra nhiều vị trí hoặc nhiều ion. Tất cả các thông số này thường được đo dưới dạng một hàm của nhiệt độ.Với huỳnh quang UV, chúng ta có một một thử nghiệm rẻ tiền, nhạy ngang với thiết bị phân tích cấp khoa học đắt tiền.
Hình 5.UV huỳnh quang cũng có thể giúp xác định các phương pháp điều trị trong emerald. Ngọc lục bảo thường được tăng cường bằng cách lấp đầy các vết nứt của chúng bằng dầu / nhựa. Một số huỳnh quang. Trong bức ảnh trên, một viên ngọc lục bảo được chiếu tia UV sóng dài. Chất độn trong các khe nứt được xác định rõ ràng bằng huỳnh quang hơi xanh của nó. Lưu ý rằng màu sắc cơ thể của đá xuất hiện khác nhau nhiều dưới tia UV.Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D70
Hình 5.UV huỳnh quang cũng có thể giúp xác định các phương pháp điều trị trong emerald. Ngọc lục bảo thường được tăng cường bằng cách lấp đầy các vết nứt của chúng bằng dầu / nhựa. Một số huỳnh quang. Trong bức ảnh trên, một viên ngọc lục bảo được chiếu tia UV sóng dài. Chất độn trong các khe nứt được xác định rõ ràng bằng huỳnh quang hơi xanh của nó. Lưu ý rằng màu sắc cơ thể của đá xuất hiện khác nhau nhiều dưới tia UV.Ảnh: Richard W. Hughes; Nikon D70
Bây giờ điều này có ý nghĩa gì đối với một đại lý đá quý? Với một đèn UV nhỏ, người ta có thể nhanh chóng kiểm tra các giao dịch tiềm năng. Bất kỳ viên đá nào có huỳnh quang SW màu phấn rất có thể đã được xử lý nhiệt. Tổng chi phí trang bị? Chiếc đèn chỉ có giá dưới 300 đô la. Heh, heh, heh, chúng tôi có thể thấy bạn đang cười rồi.Tuy nhiên đối với nhà nghiên cứu đá quý trong phòng thí nghiệm,kỹ thuật này được đánh giá thấp. bởi Richard W. Hughes và John L. Emmet
Ghi chú
Bài báo này xuất hiện sau khi RWH lao vào trở lại lĩnh vực đá quý nghiêm túc vào tháng 1 năm 2005, khi anh ấy gia nhập AGTA GTC. Trong khi kiểm tra huỳnh quang SW của một viên sapphire được nung nóng, ông quyết định gọi điện cho JLE để hỏi về nguyên nhân của huỳnh quang dạng phấn trong những viên saphia tổng hợp và được nung nóng. "Thật thú vị mà bạn nên hỏi," Emmett trả lời. "Tôi đã suy nghĩ rất nhiều về cùng một chủ đề vào cuối năm." Và vì vậy RWH và JLE bắt đầu chia sẻ những suy nghĩ về chủ đề này.
Viết từng mảnh trong nửa đầu năm 2005; một phiên bản đã chỉnh sửa đã xuất hiện trong The Guide (Tháng 9 – Tháng 10 năm 2005, Quyển 24, Ấn bản 5, Phần 1, trang 1, 4–7.
Lược dịch Kira Trần
Khoa học và công nghệ khác