Діагностика (експертне дослідження) кольору мінералів

Найпростіший метод оцінки кольору мінералів – його візуальне визначення на білому аркуші паперу при денному світлі у приміщенні, вікна якого виходять на північ, або в умовах освітлення лампою денного світла.

Для більш об'єктивної оцінки використовуються точніші спектроскопічні методи. Спектри поглинання можна одержати за допомогою спектрального окуляра, поміщеного на місце звичайного окуляра бінокулярного стереоскопічного мікроскопа, гемологічного спектроскопа з дифракційними ґратами або з призмою («Цейс», «Рейнер» і т.д.), спектрофотометрів СФ–10, СФ–18, СФ–20, Бекмана, Перкіна і т.д. З метою дослідження спектрів поглинання огранованих каменів можна використовувати спектрофотометр СФ–18, оснащений інтегруючою кулею з дифракційним пристроєм, розробленим Б. Г. Гранадчиковою.

Кількісні характеристики кольору можна одержувати колориметричними методами. Для точного відображення кольорів застосовується діаграма кольоровості, прийнята Міжнародною комісією з освітлення (МКО) у 1931 р. Положення мінералу на діаграмі визначається після колориметричного або спектроскопічного дослідження. Відмінності у природі забарвлення ювелірних каменів того самого кольору дозволяють використовувати під час їх діагностики дихроматичні світлофільтри, які пропускають вузькі смуги світла у червоній (690 нм) і жовто-зеленій (570–630 нм) областях спектра. Уперше вони були застосовані в 1934 р. Лондонською торговельною палатою та одержали назву «фільтри Челсі» або «смарагдова лупа». Останнє найменування пояснюється їх частим застосуванням для експертизи смарагдів. Смарагди Колумбії мають під фільтром Челсі яскраво-червоний колір, смарагди Росії та Індії – зелений. Під час діагностики ювелірних каменів, твердість яких не перевищує 5 за шкалою Мооса, можна використовувати колір риски, яку залишає мінерал на так званому бісквіті – білій порцеляновій неглазурованій пластинці. За кольором риски відрізняють деякі мінерали від їх імітацій, які на бісквіті не дають кольорової риски.

Так, колір риски в гематиту є вишнево-червоним, у малахіту і хризоколи – зеленим, у лазуриту – блакитним.

Під час діагностики ювелірних каменів однією з властивостей, які дозволяють одержати додаткову, але дуже важливу інформацію, є люмінесценція, що виникає найчастіше під дією ультрафіолетових променів. Джерелом випромінювання можуть служити ртутні лампи ПРК–4, СВД–120А, СВДШ–1000 зі світлофільтрами УФС–1, УФС–3, УФС–6, в установках ОИ–18, у приладах типу UVSL–25, «Black Ray Mineralight» та ін.

Колір визначається у затемненому приміщенні, для одержання спектрів використовуються спектрометри СДЛ–1 і СДЛ–3, світлосильний скляний спектрометр ИСП–51 тощо.

У табл. 11 подано відомості про колір люмінесценції різних мінералів під дією ультрафіолетових променів з різною довжиною хвилі.

Таблиця 11

Довжина хвилі 365 нм	Довжина хвилі 254 нм
Білий
алмаз, вороб’євіт, жадеїт, перли, опал, сапфір, бурштин	бурштин, перли, опал
Червоний, рожевий
олександрит, смарагд, корал, місячний камінь, вогненний опал, рубін, сапфір, шпінель	олександрит, смарагд, алмаз, місячний камінь, вогненний опал, рубін, сапфір, шпінель
Помаранчевий, коричневий
алмаз, лейкосапфір, місячний камінь, сапфір, шпінель, топаз, циркон	алмаз, сапфір, топаз, циркон
Жовтий
алмаз, вогненний опал, топаз, циркон, бурштин	алмаз, турмалін, топаз, циркон, бурштин
Зелений
олександрит, алмаз, бірюза, перли, смарагд, опал, серпентин, топаз, шпінель, бурштин	олександрит, алмаз, опал, топаз, бурштин
Блакитний, синій
алмаз, бірюза, вороб’євіт, жадеїт, місячний камінь, сапфір, бурштин	алмаз, перли, бурштин
Фіолетовий
алмаз, корал, вороб’євіт, кварц рожевий	алмаз, вороб’євіт

Часто у процесі діагностики ювелірних каменів буває необхідно визначити їх щільність. Існує достатньо багато методів визначення щільності: масовий, об'ємний, імерсійний, радіаційний, рефрактометричний, аналітичний тощо.

Найбільш зручним для визначення щільності ювелірних каменів є метод зрівноважування у важких рідинах. Він не портебує руйнування матеріалу і є досить швидким. Для аналізу використовують бромоформ СНВrЗ (щільність 2,89 г/см3, добре змішується зі спиртом, бензолом), рідина Туле НgІ2 + 2КІ (щільність 3,17 г/смЗ, змішується з водою в будь-яких співвідношеннях) та ін.

У роботі порівнюють щільність аналізованого ювелірного каменя і рідини (вихідної чи з розріджувачами). Щільність розчину визначають за формулою:

Q=(V1Q1+V2Q2)/(V1+V2),

де Q1 і V1 – відповідно щільність і обсяг концентрованої рідини; Q2 і V2 – щільність і обсяг розріджувача.

Крім того, визначати щільність рідини можна за допомогою терезів Вестфаля, денсиметрів, індикаторів (шматочків скла або мінералів відомої щільності) або оптичним методом. Оптичний метод базується на кореляції щільності і показників заломлення рідини, які можна вимірювати за допомогою рефрактометрів. Найбільш точні значення щільності одержують методом гідростатичного зважування.

У табл. 12 наведено відомості про щільність основних ювелірних каменів.

Таблиця 12

Найменування каменів	Щільність, г/смЗ
Бурштин	1,03–1,10
Гагат	1,3–1,4
Опал	1,9–2,3
Обсидіан	2,33–2,42
Бірюза	2,40–2,85
Лазурит	2,38–2,45
Берил (смарагд, аквамарин-максикс, геліодор, вороб’євіт)	2,50–2,90
Чароїт	2,54
Місячний камінь	2,54–6,5
Сонячний камінь	2,54–6,5
Корал	2,6–2,7
Перли	2,6–2,7
Мармуровий онікс	2,6–2,8
Кварц	2,65
Нефрит	2,9–3,3
Турмалін	2,9–3,31
Хризоліт	3,19–4,39
Жадеїт	3,25–3,36
Родоніт	3,40–3,76
Топаз	3,50–3,57
Шпінель	3,50–3,70
Олександрит, цифоман	3,50–3,84
Алмаз	3,51–3,52
Піроп	3,51–3,78
Малахіт	3,6–4,6
Гросуляр	3,6–3,65
Демантоїд	3,82–3,85
Корунд (сапфір, рубін)	3,9–4,10
Альмандин	3,94–4,3
Циркон (гіацинт)	3,95–4,8
Шеєліт	5,8–6,2

Для діагностики мінералів можна використовувати також рентгеноструктурний і рентгеноспектральний аналізи, а також рентгенолюмінесцентний метод. Після досліджень К. Делтера, який встановив, що різні ювелірні камені по-різному пропускають рентгенівські промені, для ідентифікації каменів з 1939 р. почали застосовувати рентгенографію, яка особливо важлива під час діагностики алмазів, перлів та деяких інших каменів.

У наш час із цією метою використовують спеціальні установки УРС–7СХ, УРС–60, УРС–55, дифрактометри УРС–50-4, ДРОН–1,0, ДРОН–2,0, рентгенівські камери РКП, Лаує та інші установки. Прозорими для рентгенівських променів є алмаз, гагат, фенакіт, бурштин; майже прозорими – корунди (сапфір, рубін); менш прозорими – андалузит, опал, хризоберил; майже непрозорими – бірюза, турмалін, олівін; практично непрозорими – альмандин, берил (смарагд), рутил, циркон і види скла, що імітують алмаз; напівпрозорими – флюорит, шпінель.

Не втрачає значення і метод безпосереднього дослідження каменів під мікроскопом (або лупою).

Мікроскопічне дослідження ювелірних каменів за допомогою бінокулярних стереоскопічних мікроскопів МБС–1, МБС–2, МБС–9, “Gemolite” та інших дозволяє ідентифікувати мінерали і відрізняти природні камені від їх синтетичних аналогів завдяки присутнім у природних каменях стороннім включенням, а також нерівномірному забарвленню.

Мікроскопічне вивчення включень та інших дефектів у дорогоцінних каменях було введено в ювелірну практику на початку XX ст. з метою виявляти відмінності природних рубінів від вперше одержаних синтетичних. З 30-х рр. метод мікроскопічного дослідження почали широко використовувати у гемології для діагностики різних ювелірних каменів і виявлення не тільки відмінностей природних каменів від синтетичних аналогів, а й імітацій та складених каменів – дуплетів, триплетів. Великий фактичний матеріал дозволив виявити характерні для деяких каменів включення: волокнистий бісоліт у демантоїді, голкоподібний рутил у корундах (сапфірах, рубінах), рідинні включення у берилах.

За фізичним агрегатним станом усі включення поділяють на тверді, рідинні та газоподібні. Тверді включення – це мінерали у вигляді добре помітних кристалів або зернистих мас, які потрапили у камінь ще у процесі його утворення. Правильна діагностика цих «в'язнів» буває досить складною, тому що вимагає застосування методів, які дозволяли б не руйнувати дорогоцінний камінь. У наш час для переконливої діагностики включень використовують так звану «романівську» спектроскопію та рентгенівські мікроаналізатори.

Газово-рідинні включення можуть складатися з кількох речовин, містити дві або більше незмішуваних рідин або крім цього містити й тверді складові. Форми таких утворень різноманітні. Тріщини, у яких вони розташовуються, можуть мати віялоподібну, дископодібну або кулісоподібну форми. Іноді включення призводять до утворення в камені внутрішніх текстур у вигляді сіток, сотів, мережив, «відбитків пальців» – вони є діагностичними ознаками, що дозволяють правильно визначити природу каменів.

Встановлено, що основним компонентом газово-рідинних включень є вода і вуглекислота, газових – вуглекислий газ, твердих – легкорозчинні солі.

До внутрішніх особливостей природних ювелірних каменів відносять тріщинуватість. Тріщинки помітні під мікроскопом у вигляді паралельних чи таких, що перетинаються чи розгалужуються під певним кутом, ліній. Тріщинки у вигляді «прапорів», «пір’їн» можуть розташовуватися як біля включень, так і без них. Такі тріщинки можуть спостерігатися тільки в природних каменях, особливо в сапфірах і рубінах, причому вони можуть навіть бути додатково забарвлені гідроксидами заліза в жовті або бурі тони, що необхідно враховувати під час їх ідентифікації.

Під час обробки (ограновування) каменів також можуть з'являтися нові тріщинки різної форми, але вони не містять включень, мають дуже високі показники відбиття світла і називаються дзеркальними. На корундах такі тріщинки називають «вогняними знаками», що є для даних каменів діагностичними.

Важливою ознакою діагностики природних каменів є ступінь рівномірності забарвлення, а саме: прямолінійна зональність – у природних каменів; криволінійна зональність або секторіальна нерівномірна – у синтетичних каменів та імітацій, а також наявність «мошок», звилин.

Таким чином, мікроскопування дозволяє відрізняти один камінь від іншого, діагностувати невідомі камені, визначати походження і місце видобутку каменю, відрізняти від природних синтетичні камені та імітації.

В окремих випадках для діагностики деяких каменів використовують їх специфічні властивості.

Наприклад, різниця в показниках теплоємності з одного боку природних алмазу, бірюзи, рубіну, сапфіру, смарагду, а з другого – їх імітацій дозволяє використовувати метод тестерів; здатність електризуватися внаслідок тертя покладено в основу діагностики бурштину, а електризуватися внаслідок нагрівання – під час діагностики турмалінів і топазів.

Останнім часом у діагностиці каменів застосовують також електронний парамагнітний резонанс.

Кожний із наведених методів вимагає особливої методики, певної послідовності діагностики. Це дозволило систематизувати найбільш цінні та розповсюджені дорогоцінні камені відповідно до їх фізичних властивостей (одну з найбільш докладних характеристик властивостей див. у кн.: Солодова Ю. П., Андреенко Э. Д., Гранадчикова Б. Г. Определитель ювелирных и отделочных камней. М., 1985).

Практичне заняття 5.

Тема: Імітація та синтез дорогоцінного каміння.

Мета: Вивчити способи імітації дорогоцінних каменів та способів їх виявлення, а також методи синтезу дорогоцінного каміння.

Робота 1. Вивчення методів синтезу дорогоцінного каміння.

Завдання 1.1. Використовуючи роздатковий матеріал виконати такі завдання:

I. Охарактеризувати методи синтезу дорогоцінного каміння:

а.Вирощування кристалів з розплавів.

б.Вирощування кристалів з розчинів.

в.Вирощування кристалів із газового середовища.

г.Вирощування кристалів у твердій фазі.

II. Заповнити схеми:

Робота 2. Ознайомлення з імітаціями та підробками дорогоцінного каміння.

Імітація – це будь-яка копія дорогоцінного каміння, виконана з менш цінного матеріалу.

Підробка – менш цінне поробне каміння, яке схоже і видається за більш дороге.

Завдання 2.1. Перейти за посиланням http://www.info-arch.ru/fianit-svojstva-kamnya-imitatora-brillianta/ та письмово дати відповіді на такі питання:

1. Яке каміння використовують для імітації діаманта?

2. Що означає назва «фіаніт»?

3. Що таке «цирконій»?

4. Як відрізнити фіаніт від діаманта?

Завдання2.2. Перейти за посиланням http://www.biser.od.ua/forum/viewtopic.php?f=25&t=95 та письмово коротко охарактеризувати за якими особливостями можна відрізнити від підробки: аквамарин, кварц, рубін, смарагд, сапфір, циркон, топаз, гранат, бурштин.

Завдання 2.3. Знайдіть в мережі Інтернет зображення каменів, перелічених у завданні 2.2 і подумайте, за якими особливостями візуально їх можна відрізнити?

Завдання 2.4. Ознайомитися із імітаціями перлів та за варіантом, запропонованим викладачем знайти в мережі Інтернет та законспектувати особливості імітованого каміння.