Bảng tin tháng 10/2012

Cát Khai Trong Kim Cương Cho Phát Quang Đáng Chú Ý

Mặc dù kim cương là vật chất cứng nhất nhưng nó vẫn dễ bị nứt vỡ dọc theo các phương cát khai của chúng. Nhầm lẫn thường gặp là hay mô tả cát khai là “vết nứt” nhưng thật ra cát khai là một trong những đặc điểm độ sạch phổ biến nhất trong kim cương chất lượng quý và nói chung là các chuyên viên giám định ngọc học ít quan tâm đến yếu tố này. Tuy nhiên, mới đây phòng giám định Carlsbad có phân cấp một viên kim cương không màu kiểu Ia, dạng tròn giác cúc có một đặc điểm liên quan đến cát khai đáng chú ý. Cát khai này hiện lên dưới dạng vệt bức xạ màu nâu, tiên đoán rằng chất lỏng bức xạ này đã được hình thành trong môi trường tăng trưởng (hình 1). Khi quan sát viên kim cương nhìn từ mặt bàn xuống đáy dưới kính hiển vi trong ánh sáng thị trường tối, cát khai này cũng cho thấy rõ phát sáng màu lục đến vùng sáng nhìn thấy được (hình 2, trái); dưới đèn sợi quang thì phát quang màu lục này thậm chí còn rực rỡ hơn. Các vệt phóng xạ cũng đã được chú thích trong tài liệu ngọc học (theo J. I. Koivula, “Thế giới hiển vi của kim cương”, Gemworld International, Northbrook, Illinois, 2000).

Phát quang màu lục trên kim cương được tạo ra bởi tâm H3 khuyết hổng mạng tinh thể (503,2 nm), vị trí khuyết hổng này mang 2 nguyên tử nitrogen ở hai bên (N-V-N)⁰. Khi kiểm tra dưới thiết bị DiamondView sẽ nhìn thấy rõ vệt phát quang màu lục dọc theo cát khai (hình 2, phải). Sử dụng hình ảnh này như bảng chỉ dẫn, nhóm nghiên cứu đã thu thập dữ liệu phát quang bức xạ từ vùng cát khai này. Ngoài tâm khuyết mạng H3, phân tích còn ghi nhận có sự tập trung cao của khe khuyết mạng 3H (503,4 nm). Khe khuyết mạng xuất hiện khi một nguyên tử carbon (C) bị thay thế khỏi vị trí mạng tinh thể gốc, đây là đặc trưng của bức xạ. Do đó sự hiện diện của tâm sai hổng 3H với phát quang màu lục do chổ khuyết mạng H3 phù hợp với bằng chứng quan sát được dưới kính hiển vi ở dạng vệt bức xạ.

Hình 2: Dưới ánh sáng thị trường tối, cát khai trong hình 1 sẽ phát quang màu lục dọc thớ cát khai (trái, nhìn theo mũi tên; phóng đại 20 lần). Trong thiết bị DiamondView (phải) phát quang màu lục từ tâm sai hỏng H3 được nhìn thấy rất rõ. Phóng đại 30 lần. Ảnh chụp bởi Nathan Renfro.

Đây là một trong nhiều dạng cát khai khá đặc biệt mà phòng giám định Carlsbad được quan sát. Cát khai của kim cương, vệt bức xạ và phát quang màu lục, tất cả những điều này hé lộ những thông tin quan trọng về lịch sử hình thành nó và cho biết rằng sự phơi nhiễm bức xạ cũng có thể tự xảy ra trong tự nhiên. (Theo Nathan Renfro và Christopher M. Breeding, trong Lab Notes quyển G&G Fall 2011)

 

Kim Cương Kích Cỡ Lớn Màu Hồng Do Nung Luyện HPHT

Không giống như xử lý phóng xạ, loại xử lý thường làm tăng màu cho đá, nung luyện kim cương thiên nhiên dưới điều kiện nhiệt cao – áp cao – HPHT có thể loại bỏ màu trước đó cũng như tạo nên màu mới cho kim cương. Khi kim cương kiểu IIa màu nâu phù hợp để nung luyện HPHT tại nhiệt độ thích hợp có thể loại bỏ sắc nâu nhưng tông màu hồng thì không ảnh hưởng, sau đó màu hồng tồn tại từ trước trong đá có thể được cải thiện thêm. Thật sự thì kim cương màu hồng kiểu IIa được xử lý HPHT đã hiện diện cách đây hơn 10 năm (quyển G&G Fall 2000, phần Lab Notes, trang 254 – 255).

Mới đây phòng giám định New York có nhận một viên kim cương màu hồng kích cỡ lớn (hình 3) để giám định. Viên kim cương hình hạt dưa, giác cúc (28,15 x 15,41 x 7,71 mm), trọng lượng 21,73 ct và được phân cấp màu hồng nhạt. Màu phân bố đều khắp viên đá, không phát hiện thấy đốm màu hồng và nó có phát quang màu xanh khi kiểm tra trong thiết bị DiamondView. Phổ giữa hồng ngoại cho thấy các đặc điểm của kim cương kiểu IIa, không phát hiện thấy vạch hấp thu liên quan đến hydrogen tại 3107 cm^-1. Một dãy yếu ở khoảng giữa 550 nm được nhìn thấy dưới phổ hấp thu cực tím – trong vùng nhìn thấy (UV-Vis) tại nhiệt độ nitrogen hóa lỏng. Dãy hấp thu này rất phổ biến trong kim cương thiên nhiên màu hồng đến đỏ và có thể được hình thành một cách rõ nét bằng cách loại bỏ những màu không mong muốn khác. Phổ phát quang bức xạ ghi nhận ở nhiệt độ nitrogen hóa lỏng với sự kích hoạt của nhiều loại tia laser khác nhau cũng khẳng định viên kim cương này đã được nung luyện HPHT.

Nung luyện HPHT đã trở nên rất phổ biến trong việc xử lý màu trên kim cương. Ngày nay với những bước tiến trong phương pháp kỹ thuật, một lượng đáng kể kim cương kích cỡ lớn đã có thể được xử lý thành công, tuy nhiên có thể vẫn còn một lượng lớn chưa được đưa đến các phòng giám định để yêu cầu chứng nhận. Viên kim cương màu hồng nặng 21,73 ct này là một trong những viên kim cương lớn nhất có màu hồng do xử lý HPHT được đưa đến phòng giám định GIA để giám định.

(Theo Wuyi Wang trong Lab Notes, quyển G&G Fall 2011)

 

Ngọc Trai Nuôi Từ Loài Pteria Sterna

Với Hạt Nhân Bằng Nhựa

Thông thường thì hạt nhân cấy cho ngọc trai nuôi nước ngọt cũng như nước mặn sẽ được lấy từ vỏ của loài trai nước ngọt. Đôi khi các vật liệu khác như vỏ của trai nước mặn, gốm sứ, nhựa hay sáp cũng được sử dụng làm hạt nhân cấy ngọc tuy nhiên những vật liệu này không được dùng phổ biến do tỷ lệ đào thải hạt nhân và tỷ lệ gây chết trai mẹ là rất lớn (theo P. C. Southgate và J. S. Lucas, Eds., The Pearl Oyster – Ngọc Của Loài Trai, Elsevier, Amsterdam, 2008).

Gần đây, phòng giám định GIA có nhận giám định hai mẫu màu nâu phớt vàng (cả hai có đường kính ~8 mm, hình 4). Khi quan sát vị trí trung tâm của các hạt qua ảnh chụp phóng xạ hiển vi thì thấy một điểm đáng chú ý là các tia X trong suốt hơn so với đặc trưng thường thấy của loại nhân cấy bằng vỏ trai nước ngọt. Cả hai hạt này cho thấy rõ sự đồng nhất về đường ranh hạt nhân với lớp xà cừ và lỗ khoan, mặc dù các viên ngọc trai nuôi này chưa được khoan lỗ. Một viên có chỗ lõm nhẹ ở bề mặt tương ứng với một đầu lỗ khoan.

Cộng với những kiểm tra ngọc học khác (như phát quang cực tím, quang phổ phản xạ cực tím đến vùng nhìn thấy được và phân tích EDXRF) xác định hai mẫu này là từ loài nhuyễn thể nước mặn Pteria sterna, một loài có nguồn gốc từ vùng biển Cortez ở Mexico. Mặc dù tác giả thường nhìn thấy ngọc trai nuôi có các hạt nhân cấy gần xuyên thấu đối với tia X và đã được đăng tin vài trường hợp trong mục Lab Notes của tạp chí G&G (ví dụ trong quyển Summer 1988, trang 114 – 115; Spring 1994, trang 45) nhưng với lần này GIA đã quyết định tìm kiếm mẫu ngọc trai như thế từ khách hàng để đầu tư cho tương lai cũng như làm bằng chứng rằng loại này đã từng được xác định.

Một trong hai mẫu đã được kiểm tra bằng phương pháp chụp X quang cắt lớp hiển vi để có được nhiều hình ảnh chi tiết về cấu trúc bên trong của chúng (hình 4, giữa). Kết quả từ các hình ảnh được chụp rất chi tiết đã xác nhận rõ ràng sự đồng nhất về hình dạng hạt nhân và lỗ khoan. Mẫu thứ hai được cắt làm đôi để có thể quan sát bằng mắt và phân tích phổ Raman. Quan sát phần hạt nhân lộ ra có thấy nó ở dạng bán trong suốt, màu trắng với vẻ ngoài giống nhựa (hình 4, phải) và nó dễ dàng bị trầy khi dùng que kim loại rạch lên. Phổ Raman cho thấy một đỉnh nổi trội tại 997 cm^-1, điều này phù hợp với phần lớn nhóm chức thơm có thể là một loại polystyrene (loại nhựa cứng).

Đây là lần đầu tiên phòng giám định GIA ghi nhận về nhân cấy bằng nhựa trên loài động vật nhuyễn thể Pteria sterna. Liệu loại vật chất dùng làm nhân cấy không mấy điển hình này có trở nên phổ biến hơn hay không vẫn là điều chưa biết được.

(Theo Chunhui Zhou và Akira Hyatt trong Lab Notes, quyển G&G Fall 2011)

 

Ngọc Trai Từ Ốc Xà Cừ Kích Cỡ Lớn

Ngọc trai từ loài ốc xà cừ Nữ Hoàng – Queen conch, Strombus gigas lâu nay đã là những món hàng được các nhà sưu tập săn lùng, chúng được đánh giá cao do tính độc nhất vô nhị và màu sắc cũng như cấu trúc bề mặt rất hấp dẫn. Ngọc trai từ ốc xà cừ có rất nhiều màu từ trắng đến vàng đến nâu nhưng hấp dẫn nhất là màu hồng.

Gần đây một viên ngọc trai từ ốc xà cừ với kích cỡ lớn được gắn trên mặt dây chuyền (hình 5) đã được đưa đến phòng giám định ở New York để được cấp giấy chứng nhận. Viên ngọc trai có hình dạng bất định màu hồng nhạt đến trắng, kích thước 35,20 x 21,65 x 16,33 mm, nặng khoảng 100 ct và có cấu trúc ngọn lửa (flame structure) rất mịn (hình 6). Qua phương pháp chụp X quang cho thấy số lớp cấu trúc tăng trưởng cực kỳ nhiều, điều này phù hợp với các đường viền ranh giới rất mịn giữa các lớp xà cừ nhìn thấy trên bề mặt ngọc trai.

Phổ Raman và phổ phản xạ cực tím đến vùng nhìn thấy được ghi nhận trên cả vùng màu hồng nhạt lẫn màu trắng của viên ngọc trai. Phổ Raman của khu vực màu hồng với tia kích hoạt 514 nm ghi nhận được hai đỉnh nhỏ tại 1520 và 1130 cm^-1, đặc điểm của chất tạo nên màu hồng cho ngọc trai từ ốc xà cừ. Các đỉnh phổ này rất khó nhìn thấy trong vùng màu trắng. Phổ phản xạ cực tím đến vùng nhìn thấy trên vùng màu hồng cũng cho thấy có sự hấp thu ở giữa khu vực 480 và 560 nm mạnh hơn vùng màu trắng; vạch hấp thu này trong vùng màu lục của dãy phổ là nguyên nhân tạo màu hồng. Tất cả các kết qua ghi nhận được cho phép tiên đoán màu hồng này là tự nhiên và không có dấu hiệu xử lý.

Mặc dù hầu hết ngọc trai từ loài ốc xà cừ có kích cỡ nhỏ (xem E. Fritsch và E. B. Misiorowski, “Sự hình thành và đặc điểm ngọc học của ngọc trai từ ốc xà cừ Nữ Hoàng”, Winter 1987 G&G, trang 208 – 221), nhưng cũng có một vài viên kích cỡ lớn cũng đã được ghi nhận. Năm 2005 cuộc triển lãm “Sức quyến rũ của ngọc trai” tại Viện Bảo Tàng Nghiên Cứu Khoa Học Lịch Sử Tự Nhiên của Mỹ (www.mnh.si.edu/exhibits/Pearls/index2.htm) đã tôn vinh hai viên ngọc trai từ ốc xà cừ màu hồng của nhà sưu tập Susan Hendrickson với trọng lượng 17,70 và 22,40 ct cũng như bộ trang sức Queen Mary Brooch gắn hai viên ngọc trai từ ốc xà cừ màu hồng nặng 24,90 và 28,10 ct. Năm 2008 tạp chí G&G cũng đã đăng tin về một viên ngọc trai kích cỡ lớn (125,26 ct; Spring 2008, Lab Notes, trang 72); mẫu đó cũng có hình dạng bất định và hơi lớn hơn mẫu này nhưng màu sắc của nó lại bị pha trộn giữa hồng, cam và trắng. Hầu hết ngọc trai từ ốc xà cừ thì có kích cỡ nhỏ hơn nhiều (xem lại hình 5), chính điều đó đã làm cho viên ngọc trai với kích cỡ lớn và chất lượng cao như thế này là thực sự hiếm gặp.

(Theo JaeWon Chang và Akira Hyatt trong Lab Notes, quyển G&G Fall 2011)

 

Hàm Lượng Beryllium Cao Bất Thường

Trong Ba Viên Sapphire Xanh

Một lượng nhỏ beryllium – Be tự nhiên đôi khi cũng được ghi nhận có trong sapphire không xử lý, ví dụ như trong một số viên sapphire vùng Madagascar. Thông thường thì lượng Be tập trung tự nhiên trong đá nằm từ <1 ppma đến 4 – 5 ppma. Sự tập trung cao hơn (>15 ppma) thường làm ta liên tưởng đến việc xử lý khuếch tán Be. Ngoài ra lượng Be tồn tại tự nhiên trong corundum thì thường hiện diện cùng với lượng rất nhỏ (thường <1 ppma) niobium – Nb, tantalum – Ta, một lượng nhỏ các nguyên tố đất hiếm và thorium – Th (xem bài viết của A. Shen và nhóm nghiên cứu “Tin từ phòng giám định GIA: Be trong corundum: tạo màu cho sapphire xanh”, GIA Insider, Vol. 9, No. 2, Jan. 26, 2007).

Mới đây trong quá trình nhận hàng hóa để giám định thì phòng giám GIA có nhận 3 viên sapphire màu xanh và phát hiện chúng có chứa Be với hàm lượng cao. Ba viên sapphire này gồm một viên được gắn trên nhẫn và hai viên đá rời với trọng lượng từ 3,17 đến 3,21 ct (hình 7). Quan sát dưới kính hiển vi thì thấy hai viên có bằng chứng của sự xử lý nhiệt và viên còn lại (3,17 ct) có chứa các đặc điểm bao thể cho thấy nó chưa bị xử lý nhiệt. Viên đá nặng 3,21 ct có phát quang màu xanh phấn dưới chiếu xạ cực tím sóng ngắn (phù hợp với việc nó chứa ít sắt – Fe) và các dãy màu xanh đậm khi quan sát trong dung dịch nhúng, trong khi hai viên sapphire kia thì lại trơ dưới chiếu xạ cực tím cả sóng ngắn lẫn sóng dài do chúng chứa nhiều Fe. Cả ba mẫu đều chứa nhiều mây sữa.

Phân tích nguyên tố vết trên cả 3 viên sapphire bằng phương pháp LA-ICP-MS (Phổ khối lượng – plasma cảm ứng kép – bắn laser) ghi nhận các dãy rộng hấp thu tập trung Be với hàm lượng từ hầu như không phát hiện đến 33 ppma (hình 8). Nhìn chung sự tập trung Be này thì rõ ràng là có tương quan với nhiều kim loại chuyển tiếp và một ít nguyên tố đất hiếm, bao gồm niobium – Nb, tantalum – Ta, tungsten – W, lanthanum – La, cerium – Ce, hafnium – Hf và thorium – Th (hình 9). Sự tập trung của các nguyên tố này cao hơn, bao gồm Be thì thường đi kèm với dạng mây, như các tài liệu trước đây ghi nhận về sapphire không xử lý chứa Be. Mối tương quan giữa Be với magnesium – Mg là sự tương quan dương nhưng với sự biến thiên lớn. Mối tương quan giữa Be với Titanium – Ti cho thấy có cả tương quan dương và âm, có thể là do sự khác nhau về mức độ tập trung Ti trong các đới màu xanh.

Lượng Be trong ba viên sapphire này là tương đương hoặc cao hơn những ghi nhận trên một số viên đá xử lý khuếch tán Be. Đặc điểm của chúng giúp ta biết rằng chúng được khai thác từ ít nhất là hai mỏ khoáng hoặc kiểu mỏ khoáng khác nhau nhưng nguồn gốc cụ thể có lẽ là không thể xác định được. Đây là minh họa khác cho thấy rằng việc phân tích đặc điểm ngọc học và hóa học một cách kỹ lưỡng là rất cần thiết để xác định xử lý khuếch tán Be. (Theo Ren Lu và Andy H. Shen trong Lab Notes, quyển G&G Fall 2011)

 

Cảnh Báo Về Loại Sapphire Xử Lý Khuếch Tán Beryllium

Có Màu Hồng Đáng Chú Ý

Gần đây phòng giám định Carlsbad có nhận giám định một viên sapphire màu hồng nặng 1,40 ct với các đới màu cam khác thường. Những quan sát ban đầu dưới kính hiển vi ghi nhận nhiều tinh thể có sự thay đổi màu nhẹ với tông màu nóng, một số bao thể được bao quanh bởi các dĩa mây dạng dấu vân tay (hình 10), dạng bao thể phù hợp với xử lý ở nhiệt độ cao. Trong dung dịch nhúng thấy một mặt đới màu cam gần chóp đáy và một đới màu cam nằm song song ngay phía dưới mặt bàn (hình 11). Đới màu cam trong sapphire xử lý nhiệt cho phép suy luận về loại xử lý khuếch tán beryllium – Be. Tuy nhiên khi kiểm tra viên đá bằng phổ khối lượng – plasma cảm ứng kép – bắn laser (LA-ICP-MS) tại khu vực gờ viên đá (để tránh tia laser ăn mòn tại một vị trí có thể ảnh hưởng đến vẻ ngoài của đá) thì lại không phát hiện sự tồn tại của Be. Điều này cũng không có gì ngạc nhiên bởi vì phần gần gờ không có màu cam.

Hướng nằm của đới màu cam trong viên sapphire này thì vuông góc với trục c. Đây là hướng nằm phổ biến của các đới màu cam tự nhiên trong sapphire padparadscha, điều này được cho là do sự giam giữ các lỗ khuyết hỏng mạng được tạo nên bởi sự dư thừa magnesium – Mg (J. L. Emmett và nhóm nghiên cứu, có bài “Xử lý khuếch tán Be trên ruby và sapphire”, Summer 2003 G&G, trang 84 – 135). Để loại trừ trường hợp các đới màu cam được hình thành từ việc hợp nhất một cách tự nhiên giữa các tâm khuyết mạng bị giam giữ, cần phải kiểm tra sự hiện diện của Be trực tiếp trên một trong các đới màu cam. Sau khi có được sự cho phép của khách hàng, phân tích LA-ICP-MS ghi nhận có hơn 35 ppma Be trong khu vực đới màu cam, điều này đủ để tạo màu cam đáng kể trong sapphire màu hồng.

Từ hình dạng và hướng nằm của đới màu trong viên đá cho thấy rõ ràng là nó được xử lý khuếch tán Be từ những phiến đá ban đầu hoặc từ mẫu đá thô có đủ điều kiện chất đá để có thể mài lại sau khi xử lý để cho phép tất cả dấu vết Be được loại bỏ khỏi khu vực gờ trong quá trình cắt mài. Thật khó để có thể nói rằng có hay không việc nổ lực có chủ ý nhằm vượt qua các kiểm tra cơ bản đối với Be có trong gờ. Tuy nhiên, những quan sát đặc điểm ngọc học trong dung dịch nhúng một cách thận trọng và những am hiểu về sự thay đổi màu sắc trong corundum giúp ngăn ngừa sự nhầm lẫn giữa loại sapphire xử lý khuếch tán Be như thế này với loại sapphire xử lý nhiệt thông thường.

(Theo Nathan Renfro và Amy Cooper trong Lab Notes, quyển G&G Fall 2011)