Mexifire: Một Loại Opal Lửa Tổng Hợp Mới (Phần 1) (Bản tin tháng 04/2009)

(Bài viết của Garan Choudhary & Rjneesh Bhandari  – biên tập Đỗ Tường Huy)

Opal lửa tự nhiên được biết đến chủ yếu từ Mexico. Một số nơi khác cũng có như Kazakhstan, Thổ Nhĩ Kỳ, Ethiopia, Oregon và Java. Opal lửa có tính thương mại và giá trị cao đã kích thích việc sản xuất các sản phẩm tổng hợp nhái Opal tự nhiên.

Opal tự nhiên là silic ngậm nước, không kết tinh đến vi tinh, với thành phần hóa học là SiO₂.nH₂O. Vào năm 1964, không lâu sau khi cấu trúc của Opal được xác định, nỗ lực đầu tiên sản xuất Opal tổng hợp đã được ghi nhận; và nó được thương mại hóa vào năm 1975.

Opal tổng hợp được sản xuất từ một số nguồn bao gồm Gilson, Kyocera/Inamori và một vài nhà sản xuất Liên Xô (như Quinn, 2003; Smallwood, 2003). Một vài loại có hoặc không có hiện tượng lấp lánh nhiều màu, từ trắng và đen cho đến hồng, cam hoặc nâu. Bài này đề cập đến đặc điểm của một loại Opal lửa tổng hợp mới (hình 1) được phát triển bởi một trong các tác giả (RB) và được sản xuất bởi Rhea Industries, trên thị trường gọi là “Mexifire”.

Hầu hết Opal tổng hợp được sản xuất trong quá khứ thể hiện rõ hiện tượng lấp lánh nhiều màu, được tạo ra bằng cách sắp xếp 3 chiều các hạt có kích cỡ đều nhau (Nassau, 1980; Schmetzer, 1984; Smallwood, 2003). Những viên Opal tổng hợp lấp lánh màu sắc này có thể đạt được bằng cách: (1) sản xuất các hạt silicat dạng cầu với kích thước đều đặn thích hợp; (2) gắn kết những hạt cầu này trong một cấu trúc chặt; và sau đó (3) làm khô, gắn kết, khử nước và nén chặt ngay ngắn vào một sản phẩm ổn định. Opal tổng hợp Mexifire không có hiện tượng lấp lánh màu sắc và thực hiện theo một quá trình khác. Dưới điều kiện đặc biệt, tiền thân của các silica (trong trường hợp này là tetraethyl orthosilicate [TOES]) được sử dụng để sản xuất khuôn silic tương tự như cấu trúc của Opal lửa tự nhiên. Giống như Opal lửa tự nhiên (Fritsch và cộng sự, 1999, 2006), màu cam là do sự có mặt của Sắt. Không giống như Opal tự nhiên, các viên Opal tổng hợp này không bị rạn.

1.      Các vật liệu và Phương Pháp:

Chúng tôi giám định 38 viên Opal lửa mài giác: 26 viên tổng hợp (0,23 – 3,50ct; hình 1) và 12 viên tự nhiên được cho là từ Mexico (0,30 – 4,00ct, hình 2). Các mẫu đem giám định chỉ giới hạn trong khoảng kích thước trên, nhưng các viên lớn hơn có thể sẽ xuất hiện trong tương lai.

Các kiểm tra ngọc học tiêu chuẩn đã được thực hiện. Chỉ số chiết suất được đo bằng chiết suất kế GemLED. Trọng lượng riêng thủy tĩnh được xác định bằng cân điện tử  Mettler Toledo CB 1503. Kính phân cực để kiểm tra tính dị hướng. Phát quang được kiểm tra dưới tia UV sóng dài (365nm) và sóng ngắn (254nm). Phổ hấp thu được quan sát bằng phổ kế lăng kính để bàn GIA Prism 1000. Chúng tôi kiểm tra các đặc điểm bên trong của mẫu bằng cả kính hiển vi ngọc học 2 mắt (với đèn sợi quang và các dạng ánh sáng khác, bao gồm cả thị trường tối và thị trường sáng) và kính hiển vi trục ngang với mẫu vật nhúng trong nước.

Phân tích hóa định tính huỳnh quang tia X phát tán năng lượng (EDXRF) của tất cả 38 mẫu được tiến hành bằng thiết bị PANalytical Minipal 2 dưới 2 điều kiện khác nhau: các nguyên tố có số nguyên tử thấp (Si) được đo ở mức 4kV và 0,850mA, các nguyên tố nặng và chuyển tiếp ở mức 15kV và 0,016mA.

Phổ hồng ngoại của tất cả 38 mẫu được ghi nhận ở khoảng 400 – 6000 cm^-1 ở độ phân giải chuẩn 4cm^-1 và 50 lần quét/mẫu bằng máy phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) Nicolet Avatar 360 ở nhiệt độ phòng với bộ chuyển đổi phụ. Các phổ hồng ngoại phức tạp được thu nhận để tìm hướng truyền tốt nhất, do bị ảnh hưởng lớn bởi mặt cắt giác của mẫu vật.

Một vài thí nghiệm về khả năng nứt rạn được thực hiện trong thời gian trên 1 năm. Tổng cộng có thêm 20 viên Opal tổng hợp Mexifire và 10 viên Opal tự nhiên được đặt dưới bóng đèn 100w trong 240h. Các mẫu được quan sát cách quãng đều đặn để tìm dấu hiệu của sự rạn nứt.

2.      Các kết quả và thảo luận:

2.1  Các đặc điểm mắt thường: 26 viên Opal tổng hợp Mexifire có khoảng màu từ cam phớt nâu vừa-đậm đến vàng cam (xem hình 1). 12 viên Opal tự nhiên được kiểm tra để so sánh được chia làm 2 nhóm màu: nhóm một có màu cam phớt nâu tương tự như sản phẩm Mexifire (xem lại hình 2, trái) trong khi nhóm còn lại có màu vàng cam sáng hơn (hình 2, phải). Tất cả đá tổng hợp có màu đều khi nhìn từ mặt bàn. Khi nhìn từ bên hông, một trong số chúng có phần gờ đậm màu hơn phần đáy (hình 3).

Sự khác biệt về màu sắc này cũng hiện diện trong Opal lửa tự nhiên (Gubelin & Koivula, 2005, trang 498). Tất cả các mẫu đều trong suốt dưới điều kiện quan sát bình thường, nhưng chúng hơi mờ khi quan sát dưới ánh sáng đèn sợi quang. Bên cạnh đó, tất cả các mẫu tổng hợp có chất lượng đánh bóng tốt, nhưng một vài mẫu tự nhiên lại có ánh mờ hơn là do kết quả của việc sử dụng thường xuyên trong các hoạt động giảng dạy và nghiên cứu trong phòng thí nghiệm (nguyên nhân gây nên các trầy xước và các vết mòn).

2.2  Các tính chất ngọc học: Các tính chất ngọc học của 38 viên Opal lửa tổng hợp và tự nhiên được mô tả bên dưới:

Chiết suất: Tất cả các viên Opal tổng hợp có trị số chiết suất đọc được trong khoảng 1,380 – 1,405 (4 viên ở 1,380; 1 viên ở 1,382; 1 viên ở 1,385; và 11 viên ở 1,390; trong khi 4 viên có viền mờ ở 1,395; 3 viên ở 1,400 và 2 viên ở 1,405). Tất cả các viên Opal lửa tự nhiên khi đem thí nghiệm để so sánh có trị số chiết suất từ 1,400 – 1,435. O’Donohuge (1988) khẳng định rằng trị số chiết suất đặc trưng của Opal lửa tự nhiên rơi vào khoảng 1,420 – 1,430, nhưng trong một số trường hợp hiếm gặp chúng cũng có thể thấp cỡ 1,370. Tuy nhiên, mở rộng khoảng màu để tính cả Opal khói (smoky opal) với hiệu ứng lấp lánh màu, O’Donohuge (2006) đưa ra một giá trị khác là 1,4625 cho Opal Mexico và một khoảng 1,44 – 1,46 đối với Opal thông thường. Khi đo các trị số chiết suất nhỏ hơn 1,400 của các vật liệu giống như Opal lửa nên có sự nghi ngờ.

Khối lượng riêng (Tỷ trọng): Các mẫu Mexifire có giá trị tỷ trọng trong khoảng 1,63 – 1,77. Các giá trị này thấp hơn của Opal tổng hợp. Mặc dù Smallwood (2003) đã ghi nhận có trường hợp tỷ trọng dưới 1,74 đối với các sản phẩm của Nga; Gunawardence và Mertens (1984) đã đo được tỷ trọng của nhựa Gilson giả Opal lửa Mexico là 1,91; một vài loại Opal tổng hợp có tỷ trọng lên đến 2,27 (vd như Kyocera: Quinn, 2003). Các giá trị tỷ trọng của các viên Opal tự nhiên đem thí nghiệm thay đổi từ 1,92 đến 2,06. Vì vậy, các giá trị tỷ trọng thấp hơn rõ so với khoảng giá trị trên là dấu hiệu tuyệt vời cho thấy đó là Opal nhân tạo. Trong khi đo tỷ trọng, các mẫu tổng hợp không cho thấy bất cứ dấu hiệu của độ rỗng, điều này cũng phản ánh chất lượng đánh bóng của chúng.

Tính phân cực: tất cả các mẫu tổng hợp đều dị hướng mạnh với các dải giống như con rắn, ngược lại trong đá Opal tự nhiên thì yếu hơn nhiều và không hiện diện các dải giống con rắn.

Phát quang: tất cả các mẫu, cả tự nhiên lẫn tổng hợp đều phát quang yếu đối với tia UV sóng dài và sóng ngắn.

Phổ hấp thu: tất cả các mẫu tự nhiên lẫn tổng hợp đều không có các đặc điểm hấp thu nào khi quan sát bằng phổ kế để bàn.

Kính mời quý độc giả đón xem phần 2 trong bản tin giám định tháng 5/2009