Bản tin tháng 04/2013

Khoáng Variscite Từ Peru

Variscite màu lục là khoáng dùng làm trang sức thường được biết nhiều nhất ở dạng kết hạch từ vùng Clay Canyon, Utah (W. E. Wilson, “Các địa danh có khoáng vật nổi tiếng: Mỏ khoáng variscite ở Clay Canyon, Fairfield, Utah”, Mineralogical Record, Vol. 41, No. 4, 2010, trang 321 – 349). Thời gian gần đây, khoáng variscite chất lượng quý được phát hiện tại quận Meekatharra, miền Tây Australia (phần GNI quyển G&G Spring 2007, trang 63 – 64).

Năm 2009, mỏ khoáng variscite mới được phát hiện tại Peru. Ban đầu khoáng vật này được nghĩ là đá turquoise màu lục và vị trí tìm thấy nó không được tiết lộ. Vào đầu năm 2011, một lượng lớn đá thô được tung ra thị trường, chúng được cho là được khai thác từ vùng lân cận Yauli, 20 km về hướng đông của thành phố Huancavelica và cách ~200 km về phía đông nam của Lima. Vị trí địa chất tìm thấy khoáng vật này vẫn không được biết, nhưng khoáng variscite thường có nguồn gốc gần bề mặt vỏ trái đất từ sự tương tác giữa đá giàu Al với nguồn nước ngầm chứa phosphate. Đá thô của Peru thường hình thành ở dạng vỉa mạch hơn là dạng kết hạch và thường có màu lục nhạt hoặc lục xám (hình 1). Nó thường có các hốc rỗng, có thể dài đến 2 cm; điều này làm giảm giá trị mẫu đá. Tuy nhiên các viên cabochon này thì khá hấp dẫn. Một vài mẫu khoáng màu lục xám có cấu trúc lớp giống như trong agate – mã não (xem viên đá bên phải, hình 1). Vào thời điểm tháng 2 năm 2011, tại Lima, nhóm nghiên cứu chỉ thấy có khoảng dưới 100 kg đá thô được khai thác, tuy nhiên sau đó thì lượng khoáng vật này đã được khai thác ngày một nhiều hơn.

10 mẫu đá thô và sáu viên mài dạng cabochon (dài đến 4 cm) đã được thu thập và sử dụng nghiên cứu trong báo cáo này. Tất cả đều được xác định là khoáng variscite bằng phương pháp nhiễu xạ qua tia X, không chú ý đến phần màu sắc của chúng. Các đặc điểm ngọc học ghi nhận được từ các viên cabochon như sau: chiết suất điểm ¾ 1,55–1,56; tỉ trọng thủy tĩnh SG ¾ 2,12–2,23 (những viên có hốc rỗng sẽ có giá trị tỷ trọng thấp hơn); độ cứng Mohs ¾ 3½–4; vết vạch ¾ không màu; phát quang cực tím ¾ màu vàng lục yếu dưới chiếu xạ cực tím sóng dài và trơ dưới sóng ngắn; không quan sát thấy vạch phổ hấp thu dưới phổ kế cầm tay. Mặc dù các mẫu khoáng này không bị xử lý nhưng hợp chất polymer có thể đã được sử dụng để cải thiện độ bền và tăng tính tiện dụng cho loại khoáng variscite khi nó được gắn trên trang sức.

(Theo Jaroslav Hyršl trong Gem News International, quyển G&G Fall 2011)

 

Kim Cương Có Màu Phớt Vàng - Cape Kích Cỡ Lớn Được Xử Lý HPHT

Từ đầu những năm 2000, phương pháp xử lý áp cao – nhiệt cao (HPHT) được sử dụng rộng rãi để cải thiện màu của các viên kim cương. Trong những giai đoạn đầu, vật liệu ban đầu điển hình là kim cương màu nâu kiểu IIa, qua xử lý viên đá có thể đạt được màu từ không màu đến gần không màu. Trong những năm gần đây đã thấy kim cương kiểu IaB màu nâu xử lý HPHT để thành gần không màu (J. Van Royen và nhóm nghiên cứu, “Xử lý HPHT những viên kim cương màu nâu kiểu IaB”, Fall 2006 G&G, trang 86 – 87). Phương pháp xử lý này cũng làm thay đổi màu của những viên kim cương màu như các viên kiểu IIb màu xám thay đổi thành màu xanh. Hiếm khi phòng giám định GIA thấy các viên “kim cương cape” màu vàng nhạt qua xử lý HPHT thành màu vàng đậm rực rỡ.

Phòng giám định New York vừa nhận giám định 1 viên kim cương cắt giác kiểu emerald màu cam phớt vàng phớt nâu, nặng 28,65 ct (hình 2). Nghiên cứu dưới kính hiển vi thấy một vài bao thể và viên đá được đánh bóng đẹp ngoại trừ một mặt giác có bề mặt bị nám dạng lờ mờ giống bị sương phủ, điều đó cho thấy có xử lý HPHT (hình 3). Viên kim cương trơ dưới cả chiếu xạ UV sóng ngắn và sóng dài. Phổ hồng ngoại cho thấy nó thuộc kiểu Ia, với dạng phổ phù hợp với màu cam phớt nâu dạng phổ đặc trưng của kim cương cape. Tuy nhiên phổ hấp thu UV-Vis không cho thấy dạng phổ của kim cương cape. Thay vào đó ta thấy phổ tăng dần từ 700 nm đến những khu vực có mức năng lượng cao hơn (được cho là do nitrogen phân tách gây ra) và một phổ yếu từ tâm quang học H2 (mức năng lượng phonon bậc 0 ở 986,2 nm).

Những đặc tính ngọc học và phổ cho thấy viên kim cương màu cam phớt vàng phớt nâu kích cỡ lớn này bị xử lý HPHT. Khoáng vật ban đầu có thể có màu vàng nhạt hay vàng phớt nâu. Thay vì chuyển sang màu vàng đậm thì việc xử lý HPHT tạo ra tông màu cam phớt vàng mạnh có pha trộn chút phớt nâu, điều đó do sự tập trung tương đối cao lượng nitrogen phân tách và do kích cỡ của viên đá. (Theo Jason Darley trong Lab Notes, quyển G&G Spring 2011)

 

Viên Kim Cương Không Màu Kích Cỡ Rất Lớn Được Xử Lý HPHT

Những năm gần đây, tại các phòng giám định đã thấy một loạt viên kim cương kích cỡ lớn có xử lý HPHT, cả kiểu I và kiểu II (xem Lab Notes: Spring 2010, trang 50 – 51; Winter 2010, trang 298 và một số bài viết trước đây của ấn bản này). Khuynh hướng này vẫn còn tiếp tục duy trì trong năm 2011.

Trong số những viên kim cương nung HPHT được giám định gần đây, có một viên rất đặc biệt. Viên kim cương cắt dạng hình nệm này có trọng lượng 38,59 ct (24,37 x 18,69 x 10,22 mm; hình 4), phân cấp màu F, độ sạch VVS1. Nghiên cứu dưới kính hiển vi cho thấy có sọc đá nội theo nhiều hướng và ứng suất nội mạnh được nhìn thấy bằng kính phân cực với vị trí 2 nicol vuông góc. Những đặc tính như thế phổ biến trong kim cương kiểu IIa xử lý HPHT (T. M. Moses và những người khác “Quan sát trên kim cương xử lý GE: Ghi nhận bằng hình ảnh”, Fall 1999 G&G, trang 14 – 22).

Phổ hấp thu IR cho thấy đây là kim cương kiểu IIa đặc trưng, không phát hiện ra những đặc điểm liên quan đến nitrogen hay hydrogen. Phổ UV – Vis cũng cho thấy không có phổ liên quan đến nitrogen phân tách. Tuy nhiên phổ phát quang bức xạ thu thập ở nhiệt độ nitrogen lỏng dưới sự kích hoạt tia laser với nhiều giá trị bước sóng khác nhau khẳng định có sự nung HPHT, biểu hiện qua các họa tiết sọc đá và nội ứng suất nhìn thấy dưới kính hiển vi.

Đây là một trong số kim cương xử lý HPHT mà phòng giám định GIA đã từng giám định. Xử lý những viên kim cương kích cỡ như thế này thì rất mạo hiểm và nhóm nghiên cứu cho rằng không phải tất cả thiết bị đều có dụng cụ thích hợp để nung luyện chúng, như hộp kín thường dùng trong nén HPHT sẽ không thích hợp đối với viên lớn như thế. Mặt khác những viên kim cương lớn như thế sẽ phải xử lý trong thời gian dài hơn.

Những viên kim cương có kích cỡ và độ tinh khiết như thế này thì rất hiếm. Số lượng kim cương kích cỡ lớn được xử lý HPHT đem giám định ngày càng tăng, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc cung cấp đầy đủ và chính xác những thông tin giám định đá quý.

(Theo Wuyi Wang và Tom Moses trong Lab Notes, quyển G&G Spring 2011)

 

Hai Viên Kim Cương Được Cắt Mài Nhằm Phô Bày Các Bao Thể

Phòng giám định New York vừa thấy 2 mẫu đá ấn tượng với các đặc điểm liên quan đến hydrogen và kiểu ăn mòn axit trong các viên kim cương được tạo ra để làm nổi bật các bao thể bên trong của chúng. Những đặc điểm liên quan đến hydrogen thường có dạng mây đối xứng đẹp, chúng thường có màu tối hoặc xám (W. Wang và W. Mayerson, “Những đám mây đối xứng trong kim cương – Liên quan đến hydrogen”, Journal of Gemmology – Tạp chí đá quý, Vol. 28, No. 3, 2002, trang 143 – 152). Những đám mây như thế thường được che bởi mặt giác cắt nhưng trường hợp của những mẫu này thì không như thế.

Viên thứ nhất nặng 1,05 ct, dạng bát giác, màu xám – vàng phớt lục (hình 5) chỉ được đánh bóng để giữ lại hình dạng đá thô ban đầu. Có thể nhìn thấy rõ bên trong là một đám mây có cấu trúc phức tạp, chúng được sắp xếp thẳng hàng với các mặt giác đánh bóng. Những hình dạng như thế có thể liên quan đến tăng trưởng tám mặt và những thay đổi trong môi trường kết tinh. Xem qua các mặt giác lớn hình tam giác, đám mây giống với biểu tượng Star of David – biểu tượng Do Thái giáo, hình ngôi sao 6 cánh.

Viên kim cương còn lại nặng 4,51 ct, dạng tròn, giác cúc màu nâu vàng phớt lục (hình 6) chứa mây hydrogen gồm 6 cánh dạng oval gồ ghề xuất phát từ một điểm tâm và kéo dài dọc theo các trục [100]. Dễ thấy hơn là các bó dạng rãnh ăn mòn axit hình kim hội tụ về phía tâm của viên kim cương (xem Fall 2009 Lab Notes, trang 209 – 210). Những rãnh này là kết quả từ dung dịch ăn mòn trong magma, xảy ra trong quá trình dịch chuyển kim cương từ sâu trong lòng đất lên môi trường gần mặt đất. Dưới những điều kiện như thế dung dịch có thể hòa tan sâu vào bên trong viên kim cương, theo các hướng yếu trong cấu trúc tinh thể. Rất dễ thấy các rãnh ăn mòn axit dọc theo các hướng [111] như trong ví dụ này. Những rãnh này có màu nâu từ sự thấm nhuộm màu do chiếu xạ tự nhiên.

Sự đa dạng về hình dáng của các đám mây hydrogen vẫn chưa được lý giải một cách chính xác. Có một lý giải cho rằng có khả năng là đám mây tập trung trong vùng tăng trưởng {100} do năng lượng bề mặt của kim cương tăng cao trong quá trình tăng trưởng. Nếu sự tăng trưởng ngưng lại vì một lý do nào đó thì đám mây sẽ trải dài dọc theo các rìa của tinh thể hình thành nên một khung tám mặt khi sự tăng trưởng bắt đầu lại.

Thay vì theo cách cắt mài thông thường là làm sao để hạn chế các bao thể để viên kim cương có giá trị trên thị trường thì những viên kim cương bất thường này lại tập trung vào vẻ đẹp tự nhiên của những đặc điểm tăng trưởng, làm cho chúng thực sự đặc biệt.

(Theo Jon Neal, Jason Darley và Vinny Cracco trong Lab Notes, quyển G&G Spring 2011)

 

Nhiệt Phát Quang Từ Kim Cương Kiểu IaB

Các đặc điểm phát quang của kim cương được ghi nhận rất nhiều trong tài liệu khoa học. Việc phân tích các phản ứng phát huỳnh quang, phát lân quang, phát quang âm cực và phát quang bức xạ thì vô cùng có ý nghĩa đối với các phòng giám định đá quý trong việc xác định kim cương tự nhiên, tăng trưởng trong phòng thí nghiệm hay xử lý màu. Nhiệt phát quang (TL), sự tái giải phóng năng lượng dự trữ như tia lửa trong phản ứng tạo nhiệt, cũng được quan sát thấy trong kim cương tuy nhiên giá trị của nó đối với các chuyên viên giám định thì hầu như không có ý nghĩa.

Trong suốt quá trình nghiên cứu phát quang bức xạ các viên kim cương gần không màu tại phòng giám định Carlsbad, nhóm nghiên cứu thấy xảy ra phản ứng nhiệt phát quang rất thú vị từ một số viên đá. Sau khi chiếu dưới bức xạ laser 325 nm cùng lúc với việc làm mát bằng nhiệt nitrogen hóa lỏng (~77 K), nhiều viên kim cương kiểu thuần IaB có sự phát quang trong thời gian ngắn khi chúng được lấy ra khỏi thùng đông lạnh và được làm ấm ở nhiệt độ trong phòng (hình 7). Nhóm nghiên cứu không ghi nhận thấy đặc tính này trong những viên kim cương kiểu khác được quan sát trong những điều kiện như nhau. Kim cương kiểu thuần IaB chịu sự chi phối bởi các tạp chất nitrogen kết tập kiểu B (~1175 cm^-1 trong phổ FTIR; hình 8) và tương đối không phổ biến trong số các viên kim cương chứa nitrogen. Sự giải phóng năng lượng tạo nhiệt phát quang quan sát được trên các viên kim cương diễn ra trong thời gian ngắn (<2 giây), hầu hết có màu xanh và thay đổi từ mạnh đến rất yếu. Một số mẫu có phát xạ màu lục.

Để xác định chỗ hỏng mạng tinh thể gây nên hiện tượng phát quang, nhóm nghiên cứu đo sự bức xạ nhiệt phát quang bằng phổ kế CCD xách tay. Các viên kim cương có đặc tính nhiệt phát quang màu xanh sẽ có dãy phát quang rộng từ ~410 đến 510 nm. Phổ phát quang bức xạ ghi nhận từ cùng những viên đá đó, sử dụng bức xạ laser 325 nm cho thấy sự hiện diện tâm sai hỏng N3 rất mạnh (415 nm), điều đó giống với nguyên nhân gây bức xạ TL màu xanh (hình 9). Viên kim cương nhiệt phát quang màu lục có một dãy phát quang từ ~490 đến 550 nm, điều đó nhóm nghiên cứu cho là do các sai hỏng H3 (503,2 nm) được ghi nhận tương đồng trong phổ phát quang bức xạ của các mẫu này.

Do trạng thái nhiệt phát quang rất hạn chế đối với các viên kim cương kiểu gần thuần IaB nên lý do tạo nên điều này vẫn còn chưa rõ. Nitrogen kết tập kiểu B kết hợp với các chỗ hỏng mạng cũng có thể là một trong số các nguyên nhân. Hơn nữa, như đã biết các tạp chất nitrogen kết tập kiểu A có khuynh hướng làm mất tính phát quang. Lưu ý rằng khi kết tập kiểu A ngày càng nhiều hơn thì bức xạ TL sẽ biến mất, thậm chí trong các viên đá có sự tập trung cao kết tập kiểu B. Vì không có sự giải thích rõ ràng nào về mối liên quan giữa trạng thái TL này với kim cương kiểu thuần IaB nên hiệu ứng phát quang này là một kết quả phụ thú vị của việc kiểm tra trong phòng giám định. (Theo David Nelson và Christopher M. Breeding trong Lab Notes, quyển G&G Spring 2011)

 

Hỗn Hợp Moissanite Nhân Tạo Và Silicon Kết Tinh Màu Đen

Phòng giám định Carlsbad vừa nhận giám định và chứng nhận xuất xứ một mẫu tròn, giác cúc màu đen, ánh á kim, nặng 1,35 ct. Nó có tỷ trọng là 3,06, chiết xuất vượt quá giới hạn, dưới ánh sáng sợi quang học mạnh thì thấy nó đục. Những đặc điểm này xác định là moissanite nhân tạo mặc dù tỷ trọng thấp hơn 3,22 như những báo cáo trước đây về khoáng này (K. Nassau và những người khác, “Moissanite nhân tạo: một dạng nhái kim cương mới”, Winter 1997 G&G, trang 260 – 275). Lạ kỳ là mẫu có cấu trúc dạng hạt dưới ánh sáng phản chiếu, điều đó dường như là sự mọc xen giữa vật chất  kim loại có ánh cao hơn và chất nền sậm màu hơn, ánh đục hơn (hình 10). Phổ Raman xác định chất nền là moissanite nhân tạo và những khe khoáng kim loại chính là silicon kết tinh. Sự dồi dào silicon trong mẫu này được xem như là nguyên nhân cho giá trị tỷ trọng thấp của nó.

Các bao thể silicon trong moissainite nhân tạo màu đen gần đây được mô tả bởi Haibo và những người khác (Winter 2009 GNI, trang 308), tuy nhiên sự mọc xen trong viên đá này phân bố rộng hơn nhiều so với các bọt silicon bị phân tách trong bài báo cáo đó. Mặc dù giống với những mẫu được nghiên cứu bởi Haibo và những người khác nhưng mẫu moissanite nhân tạo màu đen này xuất hiện như một sản phẩm của kỹ thuật truyền hơi vật lý (PVT). Bao thể silicon chưa từng được ghi nhận là có trong tăng trưởng mossainite nhân tạo bằng thăng hoa kết mầm nhưng chúng được biết đến trong tăng trưởng khoáng vật bằng phương pháp PVT ở Trung Quốc (Z. Chen và những người khác, “Tăng trưởng các tinh thể đơn 6H-SiC”, Jounal of Inorganic Materials, Vol. 17, No. 4, 2002, trang 685 – 690). (Theo Alethea Inns trong Lab Notes, quyển Spring 2011)

 

Khoáng Vật Halite

Một viên đá thô gần không màu, nặng 13,25 g được đưa đến phòng giám định Carlsbad để giám định (hình 11). Nghiên cứu ban đầu cho thấy một mặt phẳng tròn, rộng với một bên nhìn thấy rõ cát khai, nó có dạng tầng với một số chỗ cho thấy nó giống bị bể hơn là bị cưa. Các rãnh hòa tan ăn sâu vào trong viên đá theo 3 hướng ở các góc bên phải.

Chỉ số chiết suất của bề mặt cát khai là khoảng 1,55, tuy nhiên do bề mặt không đánh bóng nên chỉ số chiết suất không rõ. Đặc tính quang học, quan sát bằng phân cực kế xác định khoáng vật này có khúc xạ đơn. Mẫu phát quang vàng yếu dưới chiếu xạ UV sóng dài và trơ dưới UV sóng ngắn. Do bề mặt có tính hòa tan nên nhóm nghiên cứu do dự trong việc cân tỷ trọng thủy tĩnh của mẫu. Các khoáng có tính hòa tan trong nước đã từng được sử dụng như đá quý (Khoáng vật Hanksite được miêu tả trong quển Spring 2010, phần Gem News International [GNI], trang 60 – 61) và việc ngâm, nhúng trong nước như thế có thể làm mẫu khoáng bị hư hỏng.

Do trên mẫu không có những manh mối bên ngoài rõ ràng như về hình thái học, chỉ có yếu tố cát khai hoàn hảo nên việc kiểm tra dưới kính hiển vi sẽ cung cấp những chứng cứ rõ ràng hơn. Dưới phóng đại, nhìn thấy nhiều mặt tinh thể âm dạng hình khối lấp đầy chất lỏng (hình 12, bên trái). Hệ tinh thể dạng hình khối phù hợp với đặc điểm khúc xạ đơn. Hầu hết tinh thể âm đều chứa chất lỏng màu nâu đến không màu cùng với một ít chất khí, nhưng một số có chứa chất màu lục với nhiều tinh thể con (hình 12, bên phải). Cả 2 loại bao thể lỏng đều cho thấy đó là khoáng tự nhiên.

Nghiên cứu thêm với phổ huỳnh quang tia X phân tán năng lượng (EDXRF) cho thấy những nguyên tố chính là sodium và chlorine. Sự kết hợp ion của 2 nguyên tố này giống với halite hoặc muối bột thông thường. Phân tích Raman cũng khẳng định việc xác định này.

Mặc dù halite không hiếm hay đủ bền để xem như đá quý nhưng điều này chứng tỏ là một bài kiểm tra thú vị trong giám định. Do bề mặt cung cấp quá ít thông tin về tinh thể học nên hầu hết manh mối chỉ thu được từ các đặc điểm hiển vi. Sự hình thành chất rắn trong tinh thể và đặc điểm hiển vi là điều cốt yếu cho mọi chuyên giá đá quý, những người được yêu cầu giám định kể cả những khoáng không liên quan đến đá quý.

(Theo Nathan Renfro trong Lab Notes, quyển G&G Spring 2011)