Bản tin tháng 07/2014

Kim Cương Kích Cỡ Lớn Trải Qua Đa Xử Lý Tạo Màu Hồng

Kim cương màu hồng có độ bão hòa màu cao là rất hiếm và có giá trị rất cao. Những năm gần đây, phương pháp đa xử lý được phát triển để tạo ra các màu hồng, đỏ hoặc cam trong các viên kim cương tự nhiên nào đó mà có các tạp chất thích hợp thông qua việc điều chỉnh các ô khuyết mạng tinh thể được đưa vào như tâm NV (Spring 2010 Lab Notes, trang 51 – 52). Hiện nay nhiều viên kim cương được xử lý theo kiểu này đã hiện diện trên thị trường mua bán đá. Mới đây, phòng giám định GIA ở New York đã kiểm tra một viên kim cương màu hồng xử lý chất lượng rất cao, một mẫu tuyệt vời về sự thích hợp của chất liệu ban đầu và các điều kiện xử lý.

Viên kim cương tròn giác cúc 11,08 ct được phân cấp màu hồng rực rỡ (hình 1), rất hấp dẫn nhưng là cực hiếm gặp trong tự nhiên. Quan sát dưới kính hiển vi không thấy các vết nứt hay bao thể nào. Thay vào đó, viên kim cương cho thấy có sọc đá khá rõ, điều này phù hợp với vật liệu ban đầu có thành phần màu nâu chiếm ưu thế. Điều suy luận này được củng cố bởi tính lưỡng chiết mạnh khi xem dưới kính hiển vi phân cực. Màu của viên kim cương này phân bố khá lốm đốm và không tập trung ở phần chóp đáy. Nó có phát quang màu cam phấn rất mạnh dưới cả UV sóng ngắn lẫn sóng dài.

Dưới phổ hấp thu giữa hồng ngoại thấy được vạch yếu tại 3107 và 1332 cm^-1, cho biết có một lượng rất thấp tạp chất nitrogen kiểu B. Một vạch hấp thu tại 1450 cm^-1 (H1a) cũng được ghi nhận. Phổ UV-Vis thu ở nhiệt độ nitrogen hóa lỏng ghi nhận được các đỉnh rõ nét tương ứng với tâm NV có hạt quang tử năng lượng bậc 0 tại 575 và 637 nm, cũng như sự hấp thu mạnh có liên quan với tâm chiếu xạ như 594, 741 (GR1) và 393 nm (ND1). Ngoài ra còn có các dãy hấp thu rộng tại 270 nm, được cho là do nitrogen tách ly tạo nên. Các đặc điểm ngọc học và quang phổ chứng tỏ rằng màu của kim cương được tạo ra từ quá trình đa xử lý. Ban đầu việc xử lý bằng nhiệt cao, áp cao (HPHT) đã có hiệu quả trong việc loại bỏ màu nâu không mong muốn trong chất liệu ban đầu, cũng như đưa vào một lượng rất nhỏ (ở mức ppm) nitrogen tách ly bằng cách phân tách nitrogen kiểu B tồn tại trước đó. Tiếp theo là quá trình chiếu xạ và tôi luyện làm chuyển một phần nitrogen tách ly thành các tâm NV, đã ngăn chặn hiệu quả ánh sáng vàng cam và tạo nên màu hồng cho đá.

Chỉ một vài viên kim cương có màu sắc tự nhiên là do các tâm NV quyết định. Do đó việc phân biệt chúng với các viên do xử lý ngày càng khó khăn hơn bởi giữa chúng có nhiều đặc điểm tương đồng nhau. Mặc dù chính sự bão hòa màu mạnh là bằng chứng rõ ràng của quá trình xử lý, tuy nhiên phân tích quang phổ chi tiết là điều cần thiết phải thực hiện để có thể xác định chính xác viên đá có xử lý hay không.

(Theo Wuyi Wang và Kyaw Soe Moe trong Lab Notes, quyển G&G Fall 2012)

 

Ngọc Trai Hình Cây Nấm

Hình 2: Viên ngọc trai kích thước 26,99 x 17,90 x x 7,25 mm này có hình dạng cây nấm độc đáo (trái). Phần bên dưới mũ nấm của mẫu này thì uốn cong theo cấu trúc tỏa tia giống dạng “lá tia” được nhìn thấy trong các cây nấm hiện đại (phải). Hình của Jian Xin (Jae) Liao (trái) và Akira Hyatt (phải).

Vào tháng 7 năm 2012, phòng giám định GIA ở New York có nhận giám định một viên ngọc trai có hình dạng khác lạ nhất từ trước đến nay. Mẫu này có kích thước 26,99 x 17,90 x 7,25 mm mang hình dạng kỳ lạ, rất giống một cây mấm, nó gồm một chóp hình chuông nằm trên phần thân hẹp hơn (hình 2, trái). Điều thú vị là cấu trúc cong tỏa tia trông rất giống dạng “lá tia” nằm ngay bên dưới mũ nấm thường thấy trên cây nấm thực tế (hình 2, phải). Màu nâu của viên ngọc trai càng làm nó giống cây nấm hơn nữa.

Sau khi nghiên cứu hình ảnh số hóa, viên ngọc trai được kiểm tra dưới kính hiển vi ngọc học (hình 3). Nó có một bề mặt mỏng manh không xà cừ với cấu trúc ngọn lửa dễ nhận thấy ở phần trên cùng của mũ nấm và rất khó thấy trên phần cuống (hình 3, trái). Cấu trúc ngọn lửa này ở phần cuối của mũ nấm thì giao nhau tại một vài khu vực nhỏ. Phần rộng nhất của ngọc trai cũng như phần chân cuống cho thấy màu sắc và họa tiết tăng trưởng dạng đốm, điều này có lẽ đã làm các cấu trúc ngọn lửa trong khu vực đó bị phức tạp hơn, khó nhận ra hơn.

Hình 3: Ngọc trai trong hình 2 cho thấy cấu trúc ngọn lửa khó nhận diện ở phần cuống nấm (trái, bề rộng ảnh ~ 7 mm). Phần rộng nhất của mũ nấm có các khe nứt óng ánh nhiều màu nằm ngay dưới bề mặt (phải, bề rộng ảnh ~ 7 mm). Ảnh của Akira Hyatt.

Hình ảnh chụp bằng phóng xạ hiển vi ghi nhận cấu trúc tăng trưởng dày đặc dọc theo tâm (theo chiều dọc) của viên ngọc trai và rõ ràng là các lớp tăng trưởng tại phần rộng nhất của mũ nấm thì ít dày đặc hơn (hình 4). Cấu trúc tăng trưởng ở phần mũ nấm này tạo cho nó mỏng manh hơn phần chóp và phần chân của viên ngọc trai; khe nứt nhỏ và ngấn được nhìn thấy dọc theo rìa mép mũ nấm dưới kính hiển vi, chứa một lượng tạp chất được lấp đầy chất lỏng óng ánh nhiều màu nhẹ bên dưới bề mặt (hình 3, phải).

Phổ Raman ghi nhận một đỉnh hấp thu của aragonite và phân tích hóa bằng Phổ huỳnh quang tia X phân tán năng lượng (EDXRF) cho thấy sự hiện diện của Ca, như mong đợi đối với ngọc trai. Sự vắng mặt chất nhuộm màu và tập trung màu chứng tỏ rằng màu này là màu tự nhiên. Hình dạng bên ngoài và chủ yếu là cấu trúc ngọc lửa giao nhau và tạp chất dạng lỏng là dấu hiệu ám chỉ đây là đặc điểm của loài thân mềm thuộc chi ốc biển lớn – Cassis. Mặc dù không có cách nào chứng minh điều này bằng các phương pháp kiểm tra, nhưng chủ nhân của viên ngọc trai này đã nói rằng nó từ loài thân mềm Cassi cornuta (Ốc kim khôi) được tìm thấy ở vùng quần đảo Indonesia. Mặc dù ngọc trai từ loài thân mềm thuộc chi Cassis là khá hiếm, nhưng hình dạng của viên ngọc này mới thực sự là điều đáng chú ý. Sự tương đồng nổi bật của nó với hình dạng cây nấm như thế này thì chưa từng được nhìn thấy tại GIA đối với bất kỳ loại ngọc trai nào khác trước đây hay từ bất kỳ loài thân mềm nào khác.

(Theo Akira Hyatt trong Lab Notes, quyển G&G Fall 2012).

 

Ruby Nhân Tạo Xử Lý Lấp Đầy Thủy Tinh Chì

Gần đây, phòng giám định GIA ở Carlsbad có nhận giám định một viên đá màu đỏ phớt tím nặng 11,52 ct, cắt mài dạng nệm hỗn hợp (hình 5). Kiểm tra ngọc học xác nhận vật chất này là corundum dựa trên các giá trị đo đạc được như: chiết suất RI là 1,760 – 1,769 và tỉ trọng SG là 3,98. Mẫu này có phát quang màu đỏ mạnh khi đặt trong đèn cực tím UV sóng dài và có màu đỏ mạnh đến vừa dưới sóng ngắn. Quan sát bằng phổ kế để bàn thấy rõ đây là phổ phù hợp với ruby.

Mặc dù những quan sát ban đầu là khá phù hợp nhưng khi kiểm tra dưới kính hiển vi ngọc học thì phát hiện các đặc điểm khác thường. Một mạng lưới các mặt nứt với dạng giống nhau thì phù hợp với những gì thường thấy trong corundum rạn nứt dạng tổ ong. Các vết nứt này cho thấy khá dễ dàng hiệu ứng lóe sáng từ màu cam đến xanh (hình 6), các đám nhỏ bụi bẩn màu phớt trắng là sản phẩm trong quá trình tái kết tinh và các bọt khí hơi dẹt – tất cả đặc điểm chỉ thị cho corundum lấp đầy thủy tinh chì. Phổ huỳnh quang tia X phân tán năng lượng EDXRF xác nhận sự hiện diện của chì. Đặc biệt, viên đá có các sọc cong lờ mờ (xem lại hình 6), điều này chứng minh nó là ruby nhân tạo bằng phương pháp nhiệt nóng chảy. Không giống với viên ruby nhân tạo xử lý lấp đầy thủy tinh chì tương tự được giám định tại phòng giám định GIA ở New York (xem quyển G&G Fall 2007, phần Lab Notes, trang 250 – 251), không nhìn thấy phát quang màu cam trong các mặt nứt lấp đầy thủy tinh.

Ruby xử lý lấp đầy thủy tinh chì đã xuất hiện trên thị trường nhiều năm nay và ruby nhân tạo nhiệt nóng chảy cũng đã có từ rất lâu nhưng đây là mẫu ruby nhân tạo nhiệt nóng chảy xử lý lấp đầy thủy tinh chì đầu tiên mà phòng giám định GIA ở Carlsbad nhìn thấy. Không ai biết rõ nguyên nhân sản xuất ra loại đá kiểu này, hiện tại nó được hiểu như là sản phẩm thấp nhất trong lĩnh vực xử lý lấp đầy thủy tinh chì. (Theo Nathan Renfro trong Lab Notes, quyển G&G Fall 2012).

 

Tinh Thể Taaffeite Màu Đỏ

Gần đây, một tinh thể hệ sáu phương màu đỏ nặng 1,56 g (hình 7) được gửi đến phòng giám định GIA ở Carlsbad để yêu cầu xác nhận là ruby. Với hình dạng là hệ sáu phương và màu đỏ là phù hợp với ruby, viên đá này rất dễ được cho là tinh thể corundum. Mẫu đá này được cho biết là có nguồn gốc xuất xứ từ Myanmar.

Chỉ số chiết suất RI không đo được do bề mặt thô nhám nhưng kiểm tra ngọc học cơ bản bằng phổ kế để bàn thấy có một vạch rõ nét trong vùng màu đỏ của dãy phổ. Khi đặt trong đèn cực tím sóng ngắn thì mẫu có phát quang màu đỏ nhạt và đỏ vừa dưới sóng dài. Tỉ trọng thủy tĩnh của tinh thể này là 3,62, điều này đã loại trừ khả năng nó là ruby.

Phân tích Raman xác định tinh thể này là taafffeite (dạng phổ có sẵn trong kho cơ sở dữ liệu của G&G, gia.edu/gandg). Màu đỏ rực rỡ được cho là do Cr – chromium tạo ra, nguyên tố này kết hợp với Al – alumium trong khoáng vật aluminum oxide nào đó (ví dụ như corundum và spinel) để tạo ra màu đỏ. Sự hiện diện của Cr được xác định bằng phân tích EDXRF – Phổ huỳnh quang tia X phân tán năng lượng và cũng phù hợp với vạch hấp thu rõ nét trong vùng màu đỏ của phổ nhìn thấy được.

Thỉnh thoảng khoáng vật taaffeite vẫn được nhìn thấy trong phòng giám định nhưng chúng thường có màu tím phớt xám. Sắc đỏ trong khoáng vật hiếm này là cực kỳ hiếm và việc giám định một viên với kích thước khá lớn như thế này thì rõ ràng cũng là một cơ hội hiếm gặp.

(Theo Nathan Renfro và Laurent Massi trong Lab Notes, quyển G&G Fall 2012).

 

Beryl Từ Bang Kaduna, Nigeria

Vào tháng 4 năm 2011, Dudley Blauwet (Dudley Blauwet Gems, Louisville, Colorado) cho GIA biết thông tin về một nguồn mỏ mới khai thác được khoáng beryl màu xám xanh, lục xanh và lục (có cả lục emerald), nó nằm gần các mỏ khai thác trước đây, gần Gwantu, thuộc bang Kaduna, Bắc Trung bộ Nigeria (D. Schwarz và cộng sự, “Emerald và beryl lục trừ miềng Trung Nigeria”, Journal of Gemmology, Vol. 25, No. 2, 1996, trang 117 – 141). Ông mua được viên đá thô này từ một nhà buôn người Nigeria hồi tháng 2 năm 2011 tại Hội chợ đá quý Tucson. Từ 69,9 g đá thô, ông mài giác được 63 viên với tổng trọng lượng là 78,27 ct và 3 viên dạng cabochon nặng 32,78 ct. Ông cho biết rằng, mặc dù các viên đá này có màu lục bão hòa nhưng chúng không thấy có bất kỳ phản ứng màu hồng hay đỏ khi quan sát bằng kính lọc Chelsea. Ông cho GIA mượn 11 mẫu (9 viên mài giác [hình8] và 2 viên cabochon) và chúng được kiểm tra để so sánh với đặc điểm được ghi nhận bởi Schwarz và cộng sự (1996) và T. Lind và công sự (“Beryl xanh và lục [aquamarine và emerald] chất lượng quý từ Nigeria”, Journal of Gemmology, Vol. 20, No. 1, 1986, trang 40 – 48).

Chín viên mài giác được phân chia theo màu thành 3 nhóm và các đặc điểm ngọc học cơ bản được đo đạc. Nhóm 1 (3,03 và 3,89 ct) màu xanh nhạt; đa sắc: xanh mạnh và gần không màu; chiết suất RI – n_o = 1,575–1,573, n_e = 1,568–1,570; độ lưỡng chiết là 0,005; tỉ trọng thủy tĩnh SG – 2,68 và 2,71; vạch hấp thu tại ~427 nm được nhìn thấy bằng phổ kế để bàn. Nhóm 2 (0,84; 0,97; 1,52 và 1,74 ct) màu lục phớt xanh nhạt và xanh phớt lục; đa sắc: vàng mạnh và lục, ngoại trừ mẫu nặng 1,52 ct có đa sắc màu xanh mạnh và gần không màu; chiết suất RI – n_o = 1,574–1,575, n_e = 1,568–1,570; độ lưỡng chiết là 0,005 – 0,006; tỉ trọng thủy tĩnh SG – 2,63 và 2,69; vạch hấp thu tại ~427 nm và vạch yếu gần 700 nm được nhìn thấy bằng phổ kế để bàn. Nhóm 3 (0,87; 3,36 và 3,50 ct) màu lục emerald; đa sắc: mạnh, màu lục phớt vàng và lục phớt xanh; chiết suất RI – n_o = 1,573–1,575, n_e = 1,568–1,569; độ lưỡng chiết là 0,005 – 0,007; tỉ trọng thủy tĩnh SG – 2,62 và 2,65; vạch hấp thu gần 700 nm được nhìn thấy bằng phổ kế để bàn. Tất cả các mẫu đều trơ dưới cực tím UV song dài và song ngắn. Kiểm tra dưới kính hiển vi cả 3 nhóm thấy có các bao thể lỏng 2 và 3 pha dạng dài rộng bằng nhau đến kéo dài (hình 9A và 9B) và các mặt nứt lấp đầy một phần. Ngoài ra có 2 viên trong nhóm 1 (aquamarine) chứa các tinh thể trong suốt và các cấu trúc tăng trưởng góc cạnh hoàn chỉnh (hình 9C). Các đặc điểm ngọc học này cho thấy cả 3 nhóm này đều phù hợp với báo cáo của Lind và cộng sự (1986) và Schwarz và cộng sự (1996).

Phân tích bằng máy dò hiển vi điện tử các mẫu mài giác đã được thực hiện tại Trường Đại Học New Orleans (bảng 1). Các beryl Nhóm 1 và 2 có chứa Fe với hàm lượng khác nhau và không chứa Cr hoặc V, nogại trừ một mẫu (0,97 ct). Nhóm 3 có hàm lượng Fe tương tự nhau, ngoài ra còn có dấu vết của Cr và V. Lượng Fe ghi nhận ở đây bằng với các báo cáo trước đây nhưng lượng Cr và V của họ thì cao hơn.

Phổ hấp thu cực tím – thấy được – gần hồng ngoại (UV – Vis – NIR) (hình 10) của tất cả các viên beryl đều cho thấy dãy hấp thu Fe²⁺ tại 870 – 820 nm và các dãy ở khoảng 373 và 427 nm – tương ứng với Fe³⁺. Ngoài ra, Nhóm 2 còn có các đỉnh hấp thu yếu đến vừa được cho là do sự hấp thu của Cr³⁺ và V³⁺ ở gần 683 nm, trong khi đó Nhóm 3 lại có sự hấp thu rõ rệt trong khoảng từ 630 – 683 nm. Đặc điểm phổ này thì có thể so sánh được với những ghi nhận của Lind và cộng sự (1986) và Schwarz và cộng sự (1996).

Phổ hồng ngoại ghi nhận một dãy hấp thu yếu tại 2358 cm^-1 (liên quan với CO₂ trong các rãnh cấu trúc) và một dãy mạnh hơn tại 2328 cm^-1 trong tất cả các mẫu. Ngoài ra, Nhóm 3 còn có một dãy hấp thu yếu tại 2290 cm^-1.

Theo tài liệu nghiên cứu trước đây, beryl khai thác gần đây trong loạt địa tầng này cho thấy sự chuyển hóa hoàn toàn từ aquamarine đến emerald với màu lục ngày một đậm hơn do hàm lượng Cr³⁺ và V³⁺.

(Theo Pamela Cevallos (pcevallo@gia.edu) GIA, New York; William B. (Skip) Simmons và Alexander U. Falster, University of New Orleans, Louisiana trong Gem News International, quyển G&G Fall 2012).