Kim Cương Tự Nhiên Bị Nhầm Là Kim Cương Tổng Hợp HPHT
|
|
Hình 1: Viên kim cương tự nhiên màu D, nặng 2,23 ct này ban đầu bị xác định là kim cương tổng hợp. Ảnh của Robison McMurtry.
|
Một viên kim cương bị cho là kim cương tổng hợp đã được gửi đến phòng thí nghiệm GIA, nó không bình thường để được xác nhận là kim cương thiên nhiên. Đây là trường hợp mới nhất, khi một viên kim cương dạng tròn giác cúc, màu D, nặng 2,23 ct được gửi đến phòng giám định ở Carlsbad để chứng nhận là loại kim cương tổng hợp (hình 1). Phổ hấp thụ hồng ngoại cho thấy nó là kim cương kiểu IaA>B, với tổng lượng nitơ khoảng 80 ppm, xác nhận nguồn gốc màu tự nhiên. Vì nó bị tuyên bố là kim cương tổng hợp, nên những phương pháp phân tích sâu hơn đã được thực hiện để kiểm chứng.
Có rất ít chỉ số ngọc học có thể dùng xác định là kim cương được phát triển (tổng hợp) trong phòng thí nghiệm (S. Eaton-Magaña và C.M. Breeding, “Đặc điểm của kim cương tổng hợp”, quyển G & G Summer 2018, trang 202 – 204). Tuy nhiên, một trong những quan sát đáng tin cậy và dễ thấy nhất là thiếu sự khúc xạ kép (hoặc biến dạng) trong kim cương tổng hợp HPHT khi quan sát giữa 2 nicol phân cực vuông góc nhau. Theo hiểu biết của chúng tôi, sự biến dạng có thể nhìn thấy trong kim cương tổng hợp được phát triển bởi phương pháp HPHT chỉ được ghi nhận trong một trường hợp hiếm hoi duy nhất (xem phần Lab Notes, quyển G&G Winter 2016, trang 417 – 418).
Mặc dù việc quan sát biến dạng hiếm khi được sử dụng rộng rãi trong thương mại, viên kim cương tự nhiên này có lẽ bị coi là tổng hợp do thiếu hiện diện về biến dạng một cách rõ ràng. Khi được xem dưới 2 nicol phân cực vuông góc, biến dạng này rất khó phân biệt (hình 2, bên trái) và sự vắng mặt rõ ràng này phù hợp với các quan sát của chúng tôi về kim cương tổng hợp HPHT. Với nghiên cứu trên diện rộng và đánh dấu vị trí cẩn thận, sự biến dạng có thể nhìn thấy nằm rải rác một vài chỗ trong viên kim cương. Sự biến dạng được quan sát có hình dạng tuyến tính, phù hợp với kim cương tự nhiên kiểu Ia (hình 2, bên phải).
|
|
|
Hình 2: Sự thiếu hụt biến dạng rõ ràng đã được quan sát trên hầu hết các viên đá, với sự biến dạng chỉ có thể nhìn thấy xung quanh các bao thể (bên trái). Những quan sát như vậy là phổ biến trong kim cương tổng hợp HPHT và thường không thấy trong kim cương tự nhiên hoặc tổng hợp CVD. Với nghiên cứu trên diện rộng và đánh dấu vị trí cẩn thận, sự biến dạng tuyến tính có thể nhìn thấy trong các khu vực nhỏ của viên đá (phải). Trường quan sát 7,19 mm. Ảnh của Garrett McElhenny.
|
Cùng với việc kiểm tra thêm bằng nhiều kỹ thuật như phổ phát quang bức xạ điện tử và hình ảnh DiamondView, tất cả các kiểm tra đều xác nhận nguồn gốc tự nhiên. Ngoài ra, quan sát bằng kính hiển vi thấy các bao thể tinh thể tự nhiên sậm màu, không xác định được là vật chất gì (hình 3), chúng có thể đã bị nhầm lẫn với tàn dư kim loại.
Sau đó, khách hàng cho biết rằng viên đá này được xác định là tổng hợp bởi một đơn vị giám định khác. Tuy nhiên, một số kiểm tra ngọc học và quang phổ đã xác nhận nguồn gốc tự nhiên của nó.
|
|
Hình 3: Kiểm tra bằng kính hiển vi cho thấy rõ các bao thể khoáng chất sậm màu, những thứ này hiện diện tự nhiên trong kim cương và có thể bị nhầm lẫn với các bao thể tàn dư kim loại. Trường quan sát 3,57 mm. Ảnh của Garrett McElhenny.
|
Viên kim cương này chứng minh tại sao những viên đá có nguồn gốc không chắc chắn nên được gửi đến phòng giám định đá quý để kiểm tra bằng các phương pháp và thiết bị hiện đại. Nó cũng cung cấp xác nhận rằng các trường hợp ngoại lệ không thường xuyên tồn tại đối với các hướng dẫn chung giúp phân biệt kim cương tự nhiên với kim cương tổng hợp trong phòng thí nghiệm. Trong trường hợp này, việc điều chỉnh đã mang lại ích lợi cho khách hàng. (Theo Garrett McElhenny and Sally Eaton-Magaña, trong Lab Notes, G&G Winter 2018)
Trang Sức Gắn Đá Thạch Anh Dát Thêm Mạch Vàng
|
|
Hình 4: Các mạch vàng tự nhiên trong thạch anh thường không đồng nhất và có cấu trúc kết cụm tự nhiên bên dưới bề mặt. Trường quan sát 4,79 mm. Ảnh của Nicole Ahline.
|
Do nhu cầu thương mại, vàng thường bị bắt chước bằng các khoáng chất như pyrite hoặc mạ vàng. Vàng hiện diện với số lượng nhỏ trong nhiều loại đá trên khắp thế giới. Nó thường được tìm thấy trong các mỏ hình thành trong vỏ Trái Đất nơi chất lỏng thủy nhiệt lắng đọng vàng, cùng với pyrite và các hợp chất sulfide khác, vào các vết nứt và đứt gãy của đá – các loại đá thường chứa đá thạch anh (J. W. Anthony và nhóm nghiên cứu, Handbook of Mineralogy, Vol. 1: Các nguyên tố, các hợp chất sulfide, sulfosalt liên quan quá trình tạo quặng, Nhà xuất bản dữ liệu khoáng sản, Tucson, Arizona, 1990). Do cấu trúc đa thành phần của vật liệu này, vàng trong thạch anh chứa vàng tự nhiên được lắng đọng không đều, cho thấy một hệ thống mạch không liên tục làm cho chúng có vẻ tự nhiên hơn trong thạch anh chủ (hình 4).
Phòng giám định ở Carlsbad gần đây đã nhận ba món trang sức gồm hai chiếc lắc đeo tay và một chiếc nhẫn với yêu cầu giám định, cấp giấy chứng nhận (hình 5). Chiếc nhẫn và một trong 2 sợi lắc tay được gắn nhiều viên đá màu trắng bị cắt chéo bởi các rãnh kim loại màu vàng. Chiếc lắc tay còn lại có gắn những viên đá màu đen với các mạch cắt chéo là kim loại màu vàng tương tự. Kiểm tra các đặc điểm ngọc học cơ bản của cả đá trắng và đen cho thấy tính chất phù hợp với thạch anh; kết quả này đã được xác nhận bằng phổ Raman. Phân tích Raman về những viên đá đen cho thấy sự hiện diện của carbon vô định hình, điều này đã gây ra một số nghi ngờ, cần kiểm chứng thêm.
|
|
Hình 5: Mạch vàng dát thêm trên thạch anh, được gắn trong hai lắc đeo tay và một chiếc nhẫn được đưa đến phòng giám định để xác thực. Ảnh của Robison McMurtry.
|
Những món trang sức này ban đầu dường như chứa các mạch vàng tự nhiên nằm trong đá thạch anh. Sau khi kiểm tra thêm, hệ thống mạch kim loại màu vàng được cho là nhân tạo trong thạch anh chủ do sự hiện diện rất tương đồng của nó trong tất cả các viên đá. Trong cả ba mẫu, các mạch kim loại có cấu trúc giống như mạng nhện và một loại polymer không màu cũng có mặt dọc theo bên hông các rãnh kim loại này (hình 6, bên trái). Polymer không màu này cũng hiện diện ở phần rãnh được khoét lõm vào đá và các đường kim loại có các khu vực lấp đầy không hoàn chỉnh (hình 6, giữa và bên phải). Những đặc điểm này phù hợp với các sản phẩm thạch anh dát thêm mạch vàng lần đầu tiên được giới thiệu ra thị trường tại triển lãm Tucson năm 2005 (B. Laurs, “Thạch anh dát thêm mạch vàng hoặc bạc, quyển G&G Spring 2005, trang 63 – 64). Mẫu vật này bao gồm polymer, thạch anh và mạch kim loại tương tự như những gì được quan sát thấy trong những viên đá đã kiểm tra tại phòng giám định ở Carlsbad. Mặc dù chỉ hơi khác về dáng vẻ bên ngoài giữa các mạch này với các mạch vàng tự nhiên trên thạch anh và cách duy nhất để phân biệt chính xác vật chất nhái này là phân tích hóa học hợp kim kim loại đó.
Phương pháp phân tích phổ khối – plasma cảm ứng kép – bắn phá bằng laser (LA-ICP-MS) được thực hiện trên các mạch kim loại màu vàng trong đá trắng và đen của mỗi lắc tay để phân biệt xem chúng có phải là mạch vàng tự nhiên trong thạch anh hay không. Mỗi điểm bắn phá laser được lặp lại hai lần vào mạch kim loại. Thành phần hóa học của vị trí đầu tiên là hoàn toàn giống nhau ở những viên đá trong cả hai sợi lắc tay. Mạch này chủ yếu bao gồm vàng (Au) và bạc (Ag), cùng với dấu vết của niken (0,90 – 2,67 phần trên một triệu đơn vị trọng lượng, ppmw) và đồng (23,58 – 30,02 ppmw). Tỉ lệ trọng lượng vàng/bạc (Auppmw/Agppmw) là từ 2,71 đến 3,33. Thành phần hóa học của lần thứ hai, cũng tại vị trí lần 1 cho thấy rất ít vàng hoặc bạc và một lượng đáng kể silica, cho thấy tia laser đã đi qua lớp kim loại màu vàng và đi vào thạch anh chủ bên dưới.
Một viên đá thạch anh chứa mạch vàng tự nhiên được thu thập bởi Bảo tàng GIA đã được phân tích để so sánh. Các mạch được nhìn thấy trong mẫu tự nhiên (một lần nữa, xem hình 4) được cấu tạo chủ yếu từ vật liệu là kim loại màu vàng, ngoài ra còn có một ít khoáng chất kim loại màu xám. Các quy trình kiểm tra tương tự đã được áp dụng cho cả khu vực màu vàng và màu xám. Thành phần hóa học tại các vùng kim loại màu xám xác định chúng là một khoáng vật sunfide sắt. Thành phần hóa học của vị trí đầu tiên tại khu vực kim loại màu vàng cho thấy một lượng lớn vàng và bạc, cùng với dấu vết của đồng (215 – 257 ppmw). Tỉ lệ trọng lượng vàng và bạc (Auppmw / Agppmw) là từ 7,84 đến 8,04. Rõ ràng là nồng độ vàng trong các mạch kim loại màu vàng tự nhiên trong thạch anh cao hơn nhiều so với các rãnh kim loại màu vàng trong các mắc của hai chiếc lắc tay gắn đá màu trắng và đen. Ngoài ra, các mạch tự nhiên này cũng có nồng độ đồng – Cu cao hơn trong hai sợi lắc tay.
|
|
|
Hình 6: Các mạch vàng không tự nhiên trong thạch anh được dát thêm lên đá. Bên trái: Mạch này được lấp đầy bằng cả polymer – chất này không bám chắc với thạch anh chủ – và vàng (trường quan sát 4,79 mm). Ở giữa: Mạch polymer chạy dọc theo mạch vàng với phần khoét lõm vào đá có thể nhìn thấy ở ranh giới của mạch polymer và thạch anh chủ (trường quan sát 3,57 mm). Bên phải: Polymer lấp đầy mạch vàng không hoàn chỉnh; phần còn lại của mạch bị lõm xuống dưới phần thạch anh chủ (trường quan sát 7,19 mm). Ảnh của Hollie McBride.
|
Các mẫu đá thạch anh dát thêm mạch vàng được ghi nhận lần đầu tiên vào năm 2005 vẫn còn lưu hành trên thị trường cho đến ngày nay. Người tiêu dùng nên lưu ý điều này khi mua các viên đá được cho là có chứa mạch vàng tự nhiên. Đặc điểm nhận diện mạch vàng được dát thêm lên thạch anh là kết cấu tương đồng của các mạch kim loại màu vàng. Vàng trong tự nhiên thường phổ biến ở dạng phân tán rải rác và hiện diện dưới dạng vàng kết vón thành cụm. (Theo Nicole Ahline and Ziyin Sun trong Lab Notes, quyển G&G Winter 2018)
Viên Ruby Hiếm Thấy Từ Montana
Phòng giám định GIA ở Carlsbad gần đây đã nhận được một viên ruby cắt kiểu giác cúc biến thể, hình bát giác, màu đỏ có trọng lượng 1,70 ct, kích thước 6,28 × 6,25 × 4,56 mm để làm giám định và xác định nguồn gốc. Kiểm tra các đặc điểm ngọc học cơ bản ghi nhận quang phổ có hập thu vạch phổ của chromium trong ruby và viên đá có giá trị tỉ trọng thủy tĩnh SG là 4,00. Đá cho thấy có phát huỳnh quang màu đỏ yếu dưới chiếu xạ tia UV sóng dài và trơ dưới tia UV sóng ngắn.
|
|
|
Hình 7: Các tạp chất trong viên ruby 1,70 ct từ Montana. Trái: Cận cảnh một tạp chất dạng tan chảy thủy tinh cùng với một màng mỏng có dạng các họa tiết hình học; trường quan sát 1,76 mm. Phải: Tạp chất tan chảy đi kèm với màng mỏng óng ánh nhiều màu và một phần hình lục giác và bao thể dạng kim ngắn; trường quan sát 3,81 mm. Ảnh của Claire Malaquias.
|
Kiểm tra dưới kính hiển vi thấy được sự kết hợp thú vị của các tạp chất (hình 7). Có một số tạp chất dạng tan chảy của thủy tinh và các tinh thể nhỏ kết hợp với các màng mỏng phản chiếu. Các màng mỏng thường ở dạng các mô hình hình học lục giác trùng hợp với hướng tinh thể của viên ruby chủ. Chúng giống như các dạng thường thấy ở các viên ruby từ Thái Lan và Cambodia và cũng đã được ghi nhận trước đây trong corundum Montana (quyển G & G Fall 2015, phần Micro-World, trang 329 – 330). Có thể quan sát thấy hình dạng một phần hình lục giác bên trong viên đá và các kim rutile khá rời nhau, sắp xếp định hướng không rõ ràng cũng có mặt, đây là đặc điểm rất hiếm thấy ở ruby Thái Lan/Cambodia. Một tinh thể lớn, nguyên vẹn, không màu cùng với một số tinh thể nhỏ, màu trắng nằm sâu bên trong viên đá, vì vậy không thể xác định chúng được bằng quang phổ Raman. Hình ảnh bao thể này phù hợp với corundum chưa được xử lý nhiệt từ Montana.
|
|
Hình 8: Viên ruby Montana 1,70 ct cùng với các mẫu corundum màu hồng đến tím từ bộ sưu tập tham chiếu GIA. Những mẫu tham khảo này, được thu thập từ cồn cát ngầm Eldorado ở Montana dọc theo sông Missouri và Wildcat Gulch, mỏ Rock Creek, được sử dụng để giúp xác định nguồn gốc xuất xứ. Ảnh của Robison McMurtry.
|
Phổ khối – plasma cảm ứng kép – bắn laser (LA-ICP-MS) đã được sử dụng để xác định hàm lượng hóa học nguyên tố vi lượng có trong đá và kết quả được so sánh với các mẫu corundum từ bộ sưu tập đá tham chiếu của GIA. Các nguyên tố vết có giá trị như sau: 15,1 – 17,2 ppma Mg; 14,7 – 16,9 ppma Ti, 3,67 – 3,87 ppma V, 3,59 – 4,06 ppma Cr, 1500 – 1580 ppma Fe và 14,6 – 14,7 ppma Ga. Thành phần hóa học này rất phù hợp với đá tham chiếu của GIA được thu thập từ mỏ đá thứ sinh ở Montana (hình 8), mẫu tham chiếu của GIA không phải là mẫu ruby Thái/Cambodia mà phòng giám định đang dùng để so sánh. Đặc biệt, ruby Thái Lan/Cambodia có xu hướng có lượng Mg cao hơn (thường trên 100 ppma), trong khi loại đá này có nồng độ Mg thấp hơn nhiều.
Mỏ thứ sinh ở Montana khai thác sapphire có dãy màu khá rộng nhưng chủ yếu là màu xanh nhạt. Corundum hồng có xu hướng hiếm hơn màu xanh hoặc màu lục và những viên có sự bão hòa màu để được gọi là ruby là khá hiếm, đặc biệt là đối với những viên không có bất kỳ phương pháp xử lý nào. Màu sắc, kết hợp với kích thước lớn, làm cho viên ruby 1,70 ct từ Montana trở thành mẫu vật đặc biệt, đây là trường hợp thứ hai được phòng giám định GIA ghi nhận cho đến nay. Kết hợp giữa việc quan sát bằng kính hiển vi với các phương pháp giám định tiên tiến và so sánh với bộ sưu tập của GIA, phòng giám định đã xác nhận xuất xứ cho viên ruby này là từ Montana. (Theo Claire Malaquias, phần Lab Notes, quyển G&G Winter 2018)
Bao Thể Pargasite Kích Thước Lớn Trong Sapphire Kashmir
|
|
Hình 9: Viên sapphire Kashmir màu xanh, hình bát giác, nặng 14,06 ct này có chứa các bao thể pargasite kích thước lớn, hình lăng trụ nhìn thế được bằng mắt thường. Ảnh của Towfiq Ahmed.
|
Sapphire Kashmir được biết là có hiện diện trong các đá pegmatite feldspar plagioclase bị kaolin hóa, được tìm thấy dưới dạng các ổ, túi khoáng giữa các tầng đáy và sườn dốc đá biến chất của dãy Zanskar, Himalaya. Những viên sapphire này có thể bao lấy nhiều bao thể khoáng vật – có thành phần liên quan nhau như pargasite, plagioclase feldspar, tourmaline, và zircon – các khoáng vật này phân chia các túi khoáng sapphire với đá vây quanh (E.J. Gübelin và J.I. Koivula, Photoatlas of Inclusions in Gemstones, Vol. 3, Opinio Publishers, Basel, Thụy Sĩ, 2008, trang 194).
Các bao thể khoáng chất Pargasite (hình lăng trụ hoặc kim dài, thanh mảnh) trong sapphire xanh được coi là một đặc điểm đặc trưng để nhận diện về nguồn gốc Kashmir. (R. Schwieger, “Đặc điểm nhận diện và xử lý nhiệt của đá sapphire Kashmir”, quyển G & G Winter 1990, trang 267 – 280).
Gần đây, một viên sapphire màu xanh, hình bát giác, nặng 14,06 ct (hình 9) được gửi đến phòng giám định GIA ở Carlsbad để xác định nguồn gốc, nó được đặc biệt quan tâm vì chứa một số bao thể tinh thể pargasite, kích thước lớn, có thể nhìn thấy được bằng mắt thường. Các đặc điểm ngọc học cơ bản đã xác nhận viên sapphire chủ là đá tự nhiên và một số phương pháp kiểm tra phân tích nâng cao xác định nguồn gốc từ đá biến chất của nó.
Quan sát dưới kính hiển vi thấy được hình ảnh bao thể tương đồng với bao thể trong đá sapphire tại mỏ đá mới phát hiện ở Kashmir, thuật ngữ sapphire Kashmir đã xuất hiện trên thị trường từ những năm 2000. Sapphire màu xanh có một số tinh thể âm, bao thể than chì đen, bao thể tinh thể không màu dạng hình kim và hình tròn chưa xác định được là khoáng vật gì (có thể là các que zircon mảnh hoặc pargasite), màng mỏng phản chiếu óng ánh nhiều màu và tàn dư chất lỏng dạng dấu vân tay.
|
|
Hình 10: Một bao thể tinh thể khoáng vật pargasite kích thước lớn, hình lăng trụ. Trường quan sát 7,19 mm. Ảnh của Jonathan Muyal.
|
Các đặc điểm sapphire Kashmir quan trọng cũng đã được nhìn thấy, chẳng hạn như dãy mây màu trắng đục, mây đặc trưng, một vùng giàu chromium tập trung thành hàng song song nhau (phát sáng màu đỏ dưới ánh sáng tia cực tím), các bao thể dạng dây leo giống như ăng-ten/cây thang, và dạng bông tuyết.
Các đặc điểm bao thể chính, các tinh thể pargasite (hình 10), được mô tả như sau: trong suốt với màu chủ đạo là lục phớt nâu. Nhiều trong số chúng đã bị chặn 2 đầu bởi một hình lăng trụ phẳng với các sọc dọc theo chiều dài của chúng, được bao quanh bởi các màng tàn dư mỏng, phản chiếu nhiều màu giống như quầng sáng hoặc dạng hoa hồng. Các vết rỗ bề mặt tinh thể pargasite và sự thay đổi bên ngoài cho thấy rằng các tinh thể pargasite này là các bao thể nguyên sinh hiện diện trong môi trường tăng trưởng pegmatite trước khi sapphire bắt đầu hình thành. Phân tích phổ Raman hiển vi (hình 11) đã xác nhận một số bao thể tinh thể này là pargasite.
|
|
|
Hình 11: Phổ Raman không định hướng thấy đỉnh hấp thu tại 514nm giúp xác định bao thể khoáng vật này là pargasite (phổ màu xanh), sử dụng cơ sở dữ liệu RRUFF làm tham chiếu (phổ đỏ).
|
Sự vắng mặt của loạt đỉnh hấp thu trong khoảng 3309 của quang phổ hồng ngoại và quan sát bằng kính hiển vi của các đặc điểm bên trong không thay đổi đã ủng hộ ý kiến cho rằng viên đá không bị xử lý nhiệt. Phổ hấp thụ UV-Vis của đá biến chất nền tảng, dữ liệu hóa học của đá biến chất loại thấp Fe được thu thập bằng phổ LA-ICP-MS và hình ảnh bao thể quan sát được đã hỗ trợ cho kết luận nguồn gốc Kashmir của viên sapphire cần giám định. Giấy giám định GIA đã xác định viên đá là một viên sapphire tự nhiên từ Kashmir không có dấu hiệu xử lý nhiệt.
Pargasite từng được cho là khoáng vật độc nhất của vùng Kashmir cho đến khi nó được tìm thấy trong những viên sapphire từ các quốc gia khác. Tuy nhiên, bao thể pargasite là một bao thể nhận diện đặc trưng về nguồn gốc Kashmir. Với sự hỗ trợ của thiết bị phân tích tiên tiến (phổ UV-Vis và LA-ICP-MS) ngoài việc kiểm tra cẩn thận các đặc điểm bên trong khắp viên đá (dãy mây dạng sữa, mây dạng dây leo giống như cây thang và bông tuyết), sự hiện diện của các bao thể pargasite có thể xác định một cách thuyết phục về nguồn gốc Kashmir của đá. (Theo Jonathan Muyal, trong phần Lab Notes, quyển G&G Winter 2018)