Долговечность облагороженных изумрудов. Заполнители. Подробный отчет

Испытания проводились на облагороженных изумрудах в количестве 128 штук, а также с применением 9-ти разных наполнителей для изумрудов:

• Araldite 6010
• кедровое масло
• парафиновое масло
• Opticon без затвердителя
• Opticon поверхностно-затвердевший
• смесь кедрового масла и канадского бальзама
• поверхностно-затвердевший клей Norland Optical Adhesive 65
• твердые заполнители (полимеры) Gematrat и Permasafe

Данные природные изумруды подвергли (а также 14 незаполненных изумрудов) обычным условиям ношения и чистки.
Исследование длилось 6 (шесть) лет, а затем большинство из них тестируемых изумрудов были подвергнуты одному из следующих тестов прочности и целостности заполнителя:

• воздействие длинноволнового УФ-излучения (компонент солнечного света)
• умеренное нагревание
• световая инкандесценция в торговой витрине
• пять циклов замораживания и размораживания
• десикация (иссушение)
• ультразвуковая чистка с использованием теплой воды или с использованием моющего агента
• чистка паром
• чистка слабыми и сильными химическими растворителями.

Изменения были заметны в около 35% заполненных изумрудах после мягких испытаний на воздействие (т.е. время, УФ-излучение, торговая витрина); особенно подвержены изменениям изумруды с жидкими заполнителями.
В большинстве изумрудов в условиях иссушающей среды стали видны трещины.
Твердые заполнители (полимеры) повредили свои основные изумруды, расширяя трещины во время испытаний прочности, в то время как циклы замораживания и размораживания привели к увеличению трещин как в заполненных, так и в незаполненных изумрудах.
Изумруды с жидкими заполнителями были наиболее подвержены изменениям внешнего вида из-за ультразвуковой очистки и воздействия этанола или ацетона.
Также приведены некоторые наблюдения о эффективности различных заполнителей на внешний вид изумрудов.

Вступление

За последние несколько десятилетий различные производители и дилеры драгоценных камней предпочитали использовать различные наполнители для облагораживания изумрудов: масло кедрового дерева и канадский бальзам в Колумбии, минеральное масло (парафиновое масло) в Зимбабве и Замбии, а также Opticon в Бразилии.
Несмотря на то, что методы облагораживания требуют обязательного раскрытия, многие годы заполнители использовались для улучшения внешнего вида изумрудов без раскрытия такой информации и без обсуждения среди участников сделки.

Однако в 1990-е годы возникли споры относительно использования эпоксидных смол и подобных веществ для заполнения изумрудов, так как мало кто знал о их стойкости, и их считали синтетическими или “нестандартными” в некоторых сферах торговли. Когда эти споры привлекли внимание потребителей, большинство из которых не знали, что изумруды обычно заполняются, рынок изумрудов резко “встал”.

Что делает наполнитель для облагораживания изумруда “идеальным”? Участники Первого Всемирного Конгресса по изумрудам (проведенного в Боготе, Колумбия, в 1998 году) согласились, что он должен быть бесцветным и стабильным внутри изумруда.
Кроме того, он должен быть стойким в условиях обычной носки и ухода, но легко удаляемым, если по каким-либо причинам необходимо изумруд привести в исходное состояние.

Физические свойства, используемые для различения между наполнителями, включают их твердое или жидкое состояние (жидкости просачиваются из трещин или двигаются под воздействием “горячей точки”), вязкость, запах и другие свойства, которые нелегко установить внутри изумруда, такие, например, как относительная плотность.
Оптические свойства включают цвет и индекс рефракции (ИР); последний определяет, насколько видна заполненная полость и проявляется ли эффект “вспышки”.
Подсказки относительно того, что это за вещество, могут также быть предоставлены инфракрасной (Фурье) и рамановской спектроскопией.

Для целей настоящего исследования было выбрано девять наполнителей, представляющих четыре важных класса коммерческих веществ для заполнения.

1. Мягкие (жидкие) наполнители: Araldite 6010 (иногда называется “Palma”), масло кедрового дерева, Opticon без отвердителя и Парафиновое масло.
2. Полутвердые (медленно текучие и, возможно, отвердевающие) наполнители: смесь масла кедрового дерева и канадского бальзама в соотношении 50:50.
3. Поверхностно-укрепленные наполнители: Norland Optical Adhesive 65 (клей, который полимеризуется под воздействием ультрафиолета. Обычно используется полностью отвердевшим, но в данном исследовании поверхностно укрепленным) и Opticon 224 с отвердителем.
4. Твердые наполнители (Полимеры): Gematrat и Permasafe

В данное исследование не было включено ни одного из менее распространенных наполнителей, таких как цветные наполнители для облагораживания изумрудов, например, зеленый Opticon или масло Joban, которые активно применяют в Индии, а также менее популярные наполнители, такие как Groom’s ExCel или ExCel 1.52
Кроме того, в данном исследовании не было проверено утверждение о том, что изумруды становятся более хрупкими после обработки под давлением, о легкости удаления наполнителя и последующего его повторного заполнения, или о свойствах изумрудов, облагороженных более чем одним наполнителем.

Основная цель заключалась в выяснении, меняется ли внешний вид изумруда, облагороженного определенным наполнителем, с течением времени, под воздействием различных сред или при чистке.

Материалы и методы исследования

Образцы. Коллекция для исследования состояла из 142 обработанных изумрудов весом от 0,16 до 4,24 карата, со средним весом чуть менее 1 карата.
Все важные месторождения изумрудов были представлены в исследовании:
49 из Колумбии,
23 из Замбии,
12 из Бразилии,
6 из Зимбабве.
Оставшиеся 52 из неизвестных источников.
Это в основном были камни изумрудной огранки, но также включали в себя кабошоны и камни бриллиантовой огранки различных форм.
Многие из этих образцов были пожертвованы; остальные взяты из коллекций GIA.
Все они имели видимые невооруженным глазом поверхностные трещины, и большинство из них были бы оценены как обработанные с умеренным или значительным улучшением после заполнения.

Большинство изумрудов были очищены для удаления имеющихся наполнителей в трещинах.
Однако 16 изумрудов, заполненных Permasafe, и пять, заполненных Gematrat, были приобретены уже обработанными.
Четырнадцать очищенных изумрудов оставлены незаполненными для сравнения.
Большинство оставшихся изумрудов были облагорожены в GIA с использованием наполнителей: полимерная смола Araldite 6010;
масло кедрового дерева Merck для очистки;
эпоксидная смола Opticon 224, как без ее катализатора, так и с поверхностным укреплением; парафиновое масло Schroeder;
смесь масла кедрового дерева с канадским бальзамом Sigma в соотношении 50:50;
Norland Optical Adhesive (NOA), тип 65.
Большинство образцов были облагорожены в GIA.
Подвергнуты воздействию ультрафиолетового длинноволнового излучения; однако утечки из некоторых образцов показали, что наполнитель не застыл под поверхностью. Таким образом, NOA 65 считается поверхностно укрепленным наполнителем на протяжении всей этой статьи, хотя “в жизни” это не всегда может быть так, т.е. иногда он может застывать полностью. Это неполное отвердевание наполнителя могло быть вызвано использованным в этом эксперименте методом, так как интенсивность излучения длинноволнового света могла не достигнуть плотности энергии, рекомендованной Norland Optical. (Хотя NOA типа 65 использовался для этого исследования на основе информации, полученной от дилеров драгоценных камней, производитель полимера в настоящее время рекомендует использовать тип 71 для облагораживания драгоценных камней.)

Пятнадцать изумрудов, использованных в этом исследовании, были облагорожены парафиновым маслом в вакуумных камерах Colgem Ltd.
Восемнадцать были заполнены смесью масла кедрового дерева и канадского бальзама в соотношении 50:50 с использованием тепла, вакуума, давления и охлаждения для приближения процессов, используемых в Колумбии.
Четырнадцать были заполнены Opticon, а затем поверхностно укреплены.
Пять изумрудов были заполнены Gematrat.
Двадцать один изумруд, упомянутый выше, были получены уже заполненными Permasafe или Gematrat. Вся работа по облагораживанию была выполнена в 1998 и начале 1999 года. Облагороженные изумруды повторно проверялись после обработки на стандартные геммологические свойства (такие как показатель преломления, относительная плотность и вес), и 57 камней с более крупными трещинами были выбраны для описания их наполнителей методом Фурье-трансформационной инфракрасной спектроскопии (FTIR).
Сделаны макрофотографии 110 изумрудов, и затем изумруды были отложены в ожидании тестов на прочность. Эти тесты на прочность проводились в 2004–2006 годах, после примерно шестилетнего перерыва, чтобы учесть изменения наполнителей с течением времени.

Испытания на прочность. Для оценки прочности различных коммерческих наполнителей изумрудов были выбраны десять тестов: время (~6 лет), воздействие длинноволнового ультрафиолетового излучения (компонент солнечного света), воздействие тепла и ламп накаливания в витрине, несколько циклов замораживания и оттаивания, год в условиях повышенной сухости, ультразвуковая очистка с использованием теплой воды или средства для удаления шлифовального состава (BCR), и очистка паром или двумя разными органическими растворителями.
Эти тесты, подробно описанные в статье были выбраны для имитации вероятных причин изменений во внешнем виде наполненных изумрудов как во время торговли, так и в повседневных условиях.
Следует отметить, что все 142 образца подвергались воздействию времени, и, где были доступны фотографии, их проверяли по сравнению с этими фотографиями перед дополнительными тестами на прочность.
Подробные наблюдения за изменениями со временем были сделаны на 26 образцах, облагороженных различными наполнителями или оставленных без обработки, а затем классифицированы по четырем категориям степени изменений: явные, незначительные, слабые и отсутствие заметных изменений.
Степени изменений из-за времени в остальных образцах не классифицировались, но оценивались на их пригодность для дополнительных испытаний на прочность.
Затем 118 изумрудов подверглись дополнительному тесту или процедуре очистки.
Типичные испытания на прочность проводятся путем разделения каждого образца на несколько частей и тестирования каждой части.
Однако трещины в изумрудах не были равномерно распределены по всему камню, и целью данного исследования было отслеживание влияния испытаний на прочность на общий внешний вид облагороженных изумрудов.
Поэтому в данном исследовании был использован иной подход, и вместо этого изумруды сравнивали с фотографиями.
Исходное исследование наполнителей изумрудов началось с 181 изумруда, и по крайней мере, два изумруда предназначались для каждого наполнителя и каждого теста на прочность. Однако после первоначального исследования наполнителя некоторые образцы были отложены для других экспериментов.
Оставшиеся 142 образца, о которых идет речь здесь, были рассмотрены и распределены таким образом, чтобы каждый наполнитель был представлен в каждом тесте (таблица ниже); однако образцы с наибольшими изменениями были выделены для теста на время (остальные были случайным образом распределены между оставшимися тестами).

Протокол изображений. Были сделаны фотографии 115 изумрудов после очистки и, при необходимости (поскольку некоторые оставались без заполнения), перед облагораживанием; “до” фотографии не были доступны для 21 изумруда, которые были получены уже облагороженными. После заполнения были сделаны фотографии 110 образцов; 24 заполненных образца были сфотографированы по прошествии шести лет и перед проведением последующих тестов на прочность.
Хотя заполненные изумруды могут выглядеть совершенно по-разному из-за выбора освещения различными фотографами (например, на рисунке 2) и использования пленки (как в самых ранних изображениях) или цифровой технологии (такой, как те, которые были сделаны непосредственно до и после тестов на прочность), позиции трещин не изменялись.
В данной статье фоны были сделаны однородными для облегчения сравнений, и цвет некоторых изображений был скорректирован, чтобы более точно соответствовать фактическому цвету камня на момент наблюдения. Изображения не подвергались иным манипуляциям.

Наблюдения за общим внешним видом. Обычно можно было воспроизвести общий вид изумруда на фотографии, удерживая камень под интенсивной лампой с накаливанием, меняя его положение, а затем сравнивая внешний вид самого изумруда с его архивным изображением на мониторе компьютера. Были отмечены следующие факторы: любое изменение видимости трещин и других включений невооруженным глазом; любое изменение цвета или прозрачности заполнителя; и общие изменения в прозрачности и распределении цвета в изумрудах.

В целях сравнения изменения во внешнем виде изумруда после тестов на прочность были разделены на четыре категории от наибольших к наименьшим изменениям:

• Явные: изумруд после тестирования отличался от изображения до тестирования на первый взгляд, и изменение окружающей среды освещения не помогло сделать изумруд идентичным исходной фотографии.
• Незначительные: изумруд после тестирования напоминал изображение до тестирования на первый взгляд, но дальнейший осмотр изумруда показал некоторые изменения.
• Очень слабые: внимательный осмотр изумруда после тестирования и изображения до тестирования выявил только незначительные изменения. Это было подтверждено микроскопическим исследованием изумруда.
• Не выявлено изменений: никаких изменений не было замечено, даже при тщательном рассмотрении. Тем не менее стоит отметить, что микроскопическое исследование или фотографирование с другого ракурса (например, с боковой стороны павильона) могли бы выявить различия во внешнем виде.

Описание теста на долговечность наполнителя ПРИРОДНЫХ изумрудов

Для этого исследования было проведено 10 тестов, из которых пять представляли собой воздействие в условиях нормального ношения, демонстрации и хранения изумрудных украшений, а пять представляли собой техники, которые могут встретиться при очистке изумруда, как описано ниже.

1. ВОЗДЕЙСТВИЕ ВРЕМЕНИ

Цель: Проверить неофициальные свидетельства того, что некоторые наполнители изумрудов с течением времени разрушаются или вытекают.
Описание теста: Лучший способ оценить воздействие времени – просто позволить времени пройти. При изучении тестов для архивных материалов в других областях мы не нашли других тестов, которые точно дублировали бы эффекты времени.
Образцы изумрудов хранились в герметичном контейнере (пластиковый пакет с застежкой-молнией) в условиях окружающей среды (обычно в темноте, но иногда подвергались воздействию флуоресцентного освещения в офисе с включением кондиционера в рабочие дни).
По прошествии времени (6 лет) с момента облагораживания 26 изумрудов сравнивали с фотографией их внешнего вида непосредственно сразу после заполнения.

2. Воздействие длинноволнового УФ-излучения

Цель: Длинноволновое УФ-излучение (приблизительно 365,4 нм) может оказать воздействие на облагороженные изумруды.
Такой тип излучения также присутствует в солнечном свете, поэтому тестирование на длинноволновое УФ-излучение имитирует один из аспектов долгосрочного воздействия солнечного света.
(Коротковолновое УФ-излучение не использовалось, поскольку оно не является существенной составляющей солнечного света.)
Описание теста: Семнадцать изумрудов были помещены лицевой стороной вверх, примерно на расстоянии 2,5 см от фильтрованного источника длинноволнового УФ-излучения от устройства GIA мощностью 4Вт.
Изумруды подвергались воздействию в течение 200 часов (что соответствует 3 400 часам [~9 месяцам] воздействия солнечного света).
По прошествии указанного времени изумруды были перепроверены.

3. Воздействие торгово-выставочного освещения

Цель: Внешний вид облагороженного изумруда может меняться со временем под воздействием света и слабого тепла в условиях демонстрационной среды. Этот тест был попыткой отследить это воздействие.
Описание теста: Была установлена витрина с черным фоном из бархата и размещена под тремя галогенными лампами мощностью 50 Вт (с использованием рекомендации производителя о расстоянии ~1,2 м); температура в витрине составляла 25,9–26,3 °C.
Семнадцать изумрудов были расположены в центре витрины (непосредственно под лампой) и подвергались воздействию света в течение 720 часов (что эквивалентно тридцати суткам) в непрерывные интервалы продолжительностью 128 часов, после чего их оценивали заново.

4. Воздействие циклического охлаждения и оттаивания

Цель: Изменения температуры (такие, какие могут возникнуть при носке в холодном климате), могут влиять на наполненные изумруды.
Описание теста: Восемнадцать изумрудов были помещены в два слоя герметичных прозрачных пластиковых пакетов в алюминиевой фольге (в качестве барьера от изменений влажности) и выдерживались на льду в холодильнике всю ночь (измеренная температура воздуха 9°C).
Затем пакеты извлекались и оставлялись оттаиваться примерно час, после чего изумруды осматривались внутри пакетов для выявления возможных серьезных повреждений. Процедура охлаждения и оттаивания повторялась пять раз.

5. Воздействие сухого воздуха (десикация)

Цель: Многими потребителями утверждается, что наполнители для облагораживания изумрудов могут “высыхать”. Для проверки этих данных наполненные изумруды подвергались воздействию среды с повышенной сухостью (хранение при комнатной температуре в сухой камере с десикантом из силикагеля).
Этот тест был разработан для имитации условий хранения украшений потребителем (например в закрытом, герметичном боксе) и актуален для носки в сухом климате.
Описание теста: Шестнадцать изумрудов были помещены на прозрачные стеклянные блюда в закрытую камеру с десикантом (40 г геля силикагеля с индикаторными бусинами.
Изумруды визуально осматривались еженедельно через окна камеры, затем извлекались и проверялись на наличие повреждений ежемесячно, после чего возвращались в камеру.
После года изумруды извлекались из камеры и повторно осматривались.

6. ультразвуковая чистка в воде

Цель: Ультразвуковые мойки используют вибрацию в подогретой жидкости (например, в воде или средстве для чистки ювелирных изделий), чтобы высвободить и “смыть” частицы грязи.
Сочетание тепла, вибрации и погружения в жидкость может влиять на внешний вид заполненного изумруда.
Описание теста: Десять изумрудов были помещены в три ёмкости с 40 мл проточной воды в каждой, в ультразвуковой мойке Gesswein 87 и оставлены “очищаться” в течение 30 минут, в течение которых температура контролировалась (она повысилась от 33°C до 63°C в течение процесса). Изумруды промывались в проточной воде, высушивались на воздухе и повторно осматривались.

7. ультразвуковая с чистящим раствором

Цель: Обычная чистка ювелирных изделий с использованием чистящего раствора в ультразвуковой ванне может оказать бОльшее воздействие на внешний вид облагороженного изумруда, чем чистка только в воде. Этот тест был предпринят для проверки этого эффекта.
Описание теста: Одиннадцать изумрудов были помещены свободно в три емкости с обычным чистящим средством для ювелирных изделий Oakite Buffing Compound Remover (BCR) в ультразвуковой мойке Gesswein87 и оставлены “очищаться” в течение 30 минут, в течение которых температура контролировалась (она повысилась от 39°C до 63°C в течение тестирования). Изумруды несколько раз промывались в проточной воде, высушивались на воздухе и повторно осматривались.

8. Паровая чистка

Цель: Поскольку украшения часто чистят паром (хотя обычно это не рекомендуется для изумрудов), мы хотели увидеть, влияет ли пар на внешний вид наполненного изумруда. Эти изумруды чистились более короткое время, чем обычно проводятся аналогичные тесты с заполненными бриллиантами или другими бериллами из-за менее долговечной природы изумрудов.
Описание теста: Площадки 13 изумрудов чистили паром в течение 30 секунд с использованием портативного парогенератора Gesswein, изумруды удерживались в обтянутых резиновыми наконечниками щипцах. После высыхания на воздухе их повторно осматривали.

9. Слабые растворители (этиловый спирт)

Цель: Поскольку наполнители являются углеродосодержащими (то есть органическими) химикатами, их часто можно растворить различными спиртами (которые также являются органическими химикатами).
Таким образом, мы хотели увидеть, повлияет ли воздействие общего слабого растворителя, такого как этиловый спирт, на внешний вид изумрудов, заполненных различными веществами.
Описание теста: Шестнадцать изумрудов помещали в чистый этанол (денатурированный, высокочистый химический растворитель) в два стакана, удерживаемых в течение 24 часов в вытяжном шкафу.
Температура в комнате была 21°С. Изумруды извлекали из этанола, сушили на воздухе и затем повторно осматривали.

10. Сильные растворители (ацетон)

Цель: Этанол считается очень мягким растворителем для органических химикатов, таких как масла и смолы. Следовательно, более сильный общий растворитель может проявить более выраженное воздействие на внешний вид наполненных изумрудов, и общей практикой является попытка начать с наименее активного растворителя.
Ацетон также входит в состав средства для удаления лака для ногтей, поэтому этот тест может иметь отношение к каким-то случайным повреждениям в домашних условиях. Возможно, очистка только в ацетоне может дать другие результаты по сравнению с очисткой в ацетоне после этанола.
Описание теста: 16 изумрудов, использованных в тесте 9, осматривали (сравнивали с макрофотографиями для категоризации их внешнего вида) и затем помещали в течение 24 часов в два стакана, наполненных ацетоном высокой степени очистки, в вытяжном шкафу при 22°C.
Затем изумруды извлекали из ацетона, сушили на воздухе и сравнивали с изображениями до теста.

Результаты тестов долговечности заполнителей природных изумрудов

Эффективность наполнителей изумруда

Несмотря на то, что данное исследование не фокусировалось на эффективности наполнителей, мы наблюдали изменения в их внешнем виде. Самые яркие примеры для восьми наполнителей, оказавших наибольшее воздействие на видимую чистоту, представлены в таблице 2. Приведенные в таблице 2 примеры показывают, что наличие наполнителя может улучшить видимое распределение цвета в изумрудах, устраняя “белые” участки, вызванные трещинами, заполненные воздухом.

Испытания на долговечность

Результаты тестов на долговечность представлены в таблице 3.
Наблюдались различные виды изменений, включая улучшение видимости трещин, открытие трещин на поверхности (с видимыми полостями под увеличением), утечку маслянистой жидкости из трещин, делиминацию (новые отверстия вдоль одной стороны наполнителя в трещинах), увеличение длины трещин и появление новых трещин. Кроме того, наполнитель глубоко в трещинах мог кристаллизоваться или становиться мутным.

Как и ожидалось, эти тесты на долговечность не оказали заметного воздействия на необработанные изумруды, за исключением одного случая (номер 4806), который проявил реакцию на циклы замораживания и оттаивания.

Инфракрасные спектры с преобразованием Фурье (FTIR) не оказались полезными для отслеживания изменений во времени. Почти все обработанные изумруды все еще содержали некоторый наполнитель после нескольких лет, и было отмечено, что количество наполнителя, указанное в спектрах, зависело от пути света через изумруд.
Никаких изменений, кроме изменения интенсивности в спектральных особенностях наполнителя, не наблюдалось в ни одном случае.

Время

Тринадцать из 23 обработанных изумрудов не показали заметных изменений со временем (см. таблицу 3).
Изумруд, заполненный Araldite 6010, показал очень незначительное изменение: появление мутной полосы по всему камню (рисунок 4).
Незначительные изменения были отмечены у шести изумрудов: двух, облагороженных кедровым маслом (вытекание масла), двух, облагороженных парафиновым маслом (осветление на поверхности или кристаллизация в глубине: рисунок 5), одного, облагороженного смесью кедрового масла и канадского бальзама (трещина стало более заметной), и одного, облагороженного поверхностно упрочненным NOA 65 (наполнитель вышел на поверхность).
Три изумруда показали очевидные изменения (открытие трещин) только из-за времени — два, заполненных Opticon 224 без отвердителя, и один, заполненный парафиновым маслом (рисунок №6)

Воздействие длинноволнового UV- излучения

Изменений не наблюдалось в 13 из 16 заполненных изумрудов при воздействии ультрафиолетовым излучением длинных волн, и никакие очевидные изменения не были выявлены.
Изумруд, облагороженный Araldite 6010, показал незначительное изменение: трещина у кончика стала немного заметнее.
Два изумруда показали незначительные изменения: один, облагороженный кедровым маслом, и другой, облагороженный смесью кедрового масла и канадского бальзама, имели открытые трещины.

Воздействие торгово-выставочного освещения

Изменения наблюдались в девяти из пятнадцати заполненных изумрудов.
У двух изумрудов были очень слабые изменения: один, облагороженный парафиновым маслом, показал кристаллизацию, аналогичную той, что показана на рисунке 5, в то время как в заполненном изумруде Permasafe трещины выглядели более заметными.
У трех изумрудов наблюдались слабые изменения: трещины стали более заметными в изумруде, облагороженном кедровым маслом, поверхностная трещина раскрылась в изумруде, заполненном неотверженным Opticon, и глубокая трещина начала раскрываться в изумруде, заполненном NOA 65. Один из двух изумрудов, заполненных Gematrat, показал заметное изменение (рисунок 7), с раскрытием трещин на поверхности.

Воздействие циклического охлаждения и оттаивания

Один из двух не заполненных изумрудов показал небольшое изменение во внешнем виде, с более расширенными трещинами.
У одиннадцати из шестнадцати заполненных изумрудов не было замечено изменений. Три облагороженных изумруда показали незначительные изменения: трещины стали немного более заметными в изумруде, заполненном Araldite 6010, появилось свежая трещина на рундисте изумруда, заполненного Opticon 224 без использования отвердителя, а также заполнитель вытек при расширении из изумруда, заполненного Opticon 224 с отвердителем.
Изумруд, облагороженный смесью кедрового масла и канадского бальзама (рисунок 8), имел явное изменение во внешнем виде, с трещиной на павильоне, теперь видимой через корону.
Трещины удлинились и еще больше треснули в изумруде, заполненном Gematrat, вызвав явное изменение во внешнем виде (рисунок 9).
Изменения в последнем изумруде и в том, который не был облагорожен, особенно примечательным тем, что были повреждены сами изумруды, а не только заполнители

Воздействие сухого воздуха (десикация)

Четыре из 14 облагороженных изумрудов не показали заметных изменений.
У трех изумрудов были очень легкие изменения: один, облагороженный кедровым маслом, и еще один, облагороженный Opticon 224 с отвердителем, показали слегка более заметные трещины; и один, заполненный парафиновым маслом, показал постепенное раскрытие поверхностных трещин.
Пять изумрудов показали легкие изменения: один, заполненный Araldite 6010, один, заполненный Permasafe, и два, заполненные смесью кедрового масла и канадского бальзама, показали немного более заметные трещины; тогда как один, заполненный кедровым маслом, показал, что трещины начинают проявляться на глубине.
Два заполненных изумруда, один с Opticon 224 без отвердителя (рисунок 10) и один с Gematrat, показали заметные изменения в виде более выраженных поверхностных трещин.

ультразвуковая чистка в воде

У двух изумрудов, заполненных Gematrat или Permasafe, изменений не было замечено.
Изумруд, облагороженный Opticon 224 с поверхностным отвердителем, показал очень слабое изменение: трещины стали заметными на поверхности.
У четырех изумрудов наблюдались легкие изменения внешнего вида: поверхностные трещины были более заметными в изумрудах, заполненных Araldite 6010 и парафиновым маслом; трещины стали более заметными в изумруде, заполненном смесью кедрового масла и канадского бальзама, а также в изумруде, заполненном NOA 65.
Изумруд, облагороженный кедровым маслом (рисунок 11), не только имел заметные открытые трещины, но и под увеличением было видно, как материал вытекает на поверхность.
Точно так же в изумруде, заполненном Opticon 224 без отвердителя (см. также рисунок 3), открылось несколько трещин — явное изменение.

ультразвуковая чистка с чистящим раствором

Все облагороженные изумруды, за исключением того, который был заполнен Permasafe, показали изменения в результате этого теста.
Изумруд, заполненный Opticon 224 с поверхностным отвердителем, показал очень слабое изменение, с открытыми трещинами, более тщательно очищенными в глубине.
У четырех изумрудов наблюдались легкие изменения: изумруды, облагороженные Opticon 224 без отвердителя, смесью кедрового масла и канадского бальзама (см. также рисунок 3), и Gematrat (рисунок 12) имели опустошенные трещины.
Изумруд, облагороженный NOA 65 (рисунок 13), показал немного более перламутровые стекловидные трещины.
Четыре облагороженных изумруда показали явные изменения: изумруд, заполненный Araldite 6010 (рисунок 14), изумруд, заполненный кедровым маслом, изумруд, заполненный парафиновым маслом, и изумруд, заполненный смесью кедрового масла и канадского бальзама, стали частично опустошены.

Паровая чистка

Возможно, из-за короткого времени, затраченного на этот тест, различия во внешнем виде были минимальными, и более длительная обработка паром могла бы привести к дополнительным изменениям.
Шесть облагороженных изумрудов не показали заметных изменений.
У трех заполненных изумрудов были очень легкие изменения: один, облагороженный кедровым маслом, слегка раскрыл поверхностные трещины; один, облагороженный Opticon 224 с поверхностным отвердителем (см. также рисунок 3), имел слегка более заметные трещины; и один, заполненный Permasafe, имела очень маленькую трещину, образующуюся на конце полой трубки.
Три изумруда — по одному, заполненному Araldite 6010, парафиновым маслом и Gematrat — показали легкие изменения (т.е. более заметные трещины).

растворители (этиловый спирт и ацетон)

Поскольку одни и те же образцы использовались как для этанола, так и для ацетона, результаты будут предоставлены вместе.
Один изумруд, заполненный NOA 65, не показал изменений после обоих тестов.
Изумруд, заполненный Permasafe, показал очень легкие изменения, с небольшим высыпанием одной маленькой трещины.

Три изумруда показали легкие изменения после очистки ацетоном, с открытыми или более видимыми трещинами на поверхности: один с NOA 65, один с поверхностным отвердителем Opticon (у этого образца не было замечено изменений после очистки этанолом) и один с Gematrat.

Три изумруда показали легкие изменения с этанолом, но явные изменения с ацетоном, при которых заполнитель был полностью удален по сравнению с тем, что наблюдалось после замачивание в этаноле; среди них были те, которые были заполнены парафиновым маслом, смесью кедрового масла и канадского бальзама и Permasafe (рисунок 15).

Оставшиеся шесть заполненных изумрудов показали явные изменения (т. е. опустошение) только с этанолом; среди них были те, которые были заполнены Araldite 6010 (рисунок 16), кедровым маслом, оба заполненные Opticon 224 без отвердителя, заполненные парафиновым маслом и смесью кедрового масла и канадского бальзама (рисунок 17).
Несмотря на то что мы не тестировали специально удобство удаления (или повторного нанесения) заполнителя, Фурье-спектры инфракрасного излучения подтвердили, что этанол и ацетон могут удалять некоторые заполнители, такие как Araldite 6010 и кедровое масло

Обсуждение

Какие условия влияют на внешний вид заполненных изумрудов?

Результаты пяти испытаний воздействия (время и воздействие ультрафиолетовых лучей, мягкое тепло и свет в торговой витрине, циклы замораживания и оттаивания, высушивание) и пяти испытаний очистки (ультразвук в воде, ультразвук в BCR, паровая чистка, замачивание в этаноле с последующим замачиванием в ацетоне) предоставляют определенные рекомендации относительно безопасности подвергания изумрудов воздействию определенных окружающих условий и различных методов очистки.

Примерно 40% заполненных образцов, классифицированных (10 из 23), показали заметные изменения (от едва заметных до явных) исключительно из-за времени.
Тем не менее следует отметить, что около половины образцов в испытании на воздействие времени относились к категории мягких (жидких) наполнителей, и у этих изумрудов наблюдались наиболее заметные изменения.
Таким образом, все категории заполнителей не представлены в данной статистике в равной степени. Более точной мерой свойств заполнителей изумрудов является то, что примерно 35% (19 из 54) заполненных изумрудов меняли свой внешний вид без подверженности особым тяжелым условиям (то есть без воздействия времени, ультрафиолета или мягкого тепла и света в витрине).

Из всех проведенных тестов воздействия на образцы, наибольший процент изменений был обнаружен после года в условиях обеспечения сухости, проведенного после базового испытания на воздействие времени.
Тестирование в условиях сухости вызвало более заметное проявление трещин у 10 из 14 облагороженных изумрудов, что превышает 70%.
Это подтверждает, что облагороженные изумруды, также как опалы и жемчуг, не должны храниться защитных боксах или других “сухих” местах, и изумруды, носимые в сухих климатических условиях, могут потребовать более частой процедуры улучшения прозрачности.
Циклы замораживания и оттаивания привели к необратимым повреждениям двух изумрудов самих по себе (не только их заполнителей).
Хотя этот тест не показал самый высокий процент изумрудов с изменениями, он вызвал наиболее катастрофические изменения. Таким образом, важно избегать резких изменений температуры с любым изумрудом, поскольку это единственное испытание, которое повлияло на не заполненный изумруд, использованный в качестве контрольного образца.

Ультразвуковая чистка в воде или BCR, а также замачивание в растворителях, таких как этанол и ацетон, влияли на внешний вид большинства заполненных изумрудов (29 из 33; ~90%).
Таким образом, очистка заполненных изумрудов представляет риск изменения их внешнего вида. Паровая очистка также представляет риск. В целом ее следует рассматривать как потенциально опасную.

Группировка заполнителей изумрудов по вязкости

Вместо того чтобы рассматривать каждый заполнитель индивидуально, имело смысл объединить их в группы, чтобы определить, можно ли обобщить какие-либо результаты.
По причине того, что заполнители протекают, затвердевают или отклеиваются от стенок трещин (а иногда также трескают сами изумруды), заполнители были объединены по показателям их вязкости, то есть по их способности течь.
(Хотя заполнители могут изменять цвет и реагировать с атмосферой, эти свойства могут не быть связаны с их вязкостью.) Результаты по типам заполнителей представлены на рисунке 18, который также предполагает вероятное поведение прочности неиспытанных заполнителей с аналогичной вязкостью.

Мягкие заполнители (жидкие)

Очевидные изменения с течением времени были замечены только у мягких заполнителей (однако возможно, что изменения в других изумрудах в последующих тестах на прочность могли быть под влиянием фактора времени).
Кроме того, изумруды с мягкими заполнителями проявили явные изменения при дегидратации, ультразвуковой очистке и воздействии органических растворителей.
Мягкие заполнители могут кристаллизоваться (см., например, рисунок 5), вытекать (см., например, рисунок 11), затвердевать (т. е. становиться жесткими) или испаряться.
В общем, трещины выглядели пустыми с течением времени и в ходе других тестов на воздействие, особенно после очистки органическими растворителями.
Из мягких заполнителей Opticon 224 без затвердителя показал наибольшее количество случаев очевидных изменений в результате тестов на воздействие (3 из 10 случаев); но один из 10 изумрудов, заполненных парафиновым маслом, также проявил очевидное изменение только из-за времени.

Полутвердые заполнители

Т.н. полутвердые заполнители (50:50 смесь кедрового масла и канадского бальзама) показали результаты лучше, чем мягкие заполнители в ходе тестов на воздействие; один из 11 образцов проявил явное изменение (в результате циклов заморозок и оттаивания; рисунок 8).
В этом образце трещины стали более заметными, и было замечено вытекание заполнителя.
Явные изменения были замечены при ультразвуковой очистке и при замачивании в органических растворителях в трех из пяти образцов.
Несмотря на то что канадский бальзам затвердевает на протяжении десятилетий (см., например, рисунок 19), в этих образцах за примерно шесть лет не было обнаружено признаков затвердевания.

Поверхностно-укрепеленные заполнители

Очевидных изменений не наблюдалось в изумрудах с поверхностными заполнителями, хотя у нескольких обнаружились небольшие изменения. Например, заполнитель вытекал из изумруда № 4745 после тестирования на морозостойкость, что свидетельствует о том, что твердая поверхность Opticon 224 треснула, что позволило мягкому заполнителю на большей глубине выйти наружу.

Твёрдые заполнители. Полимеры

Очевидных изменений от времени в изумрудах, обработанных твердыми заполнителями Gematrat и Permasafe не наблюдалось; однако три из 16 изумрудов (все три заполненные Gematrat) показали явные изменения при воздействии других видов экспозиции (витринный тест, циклы замораживания и оттаивания, а также десикации).
Трещины стали более заметными, проявив отделение заполнителя от изумруда (т.е. делиминирование вдоль ширины; рисунок 20) и увеличение трещин по краям заполненных областей (см. также рисунок 9).
Хотя были замечены небольшие изменения в образцах, обработанных Permasafe, один из изумрудов (№ 5587), который не проявлял макроскопических изменений со временем, при микроскопическом исследовании показал трещины, простирающиеся вдоль заполненной области.
Таким образом, под различными условиями наблюдалось дополнительное трещиноватое повреждение изумрудов с обоими твердыми заполнителями, что может свидетельствовать о том, что твердые заполнители в целом могут вызывать подобные проблемы из-за дифференциального термического расширения (как, например, ущелина в граните из-за воздействия льда).
Один изумруд, обработанный Permasafe, показал заметные изменения (частичное опустошение трещин) после очистки этанолом и ацетоном (см. рисунок 15).
В остальных случаях изменения внешнего вида, связанные с очисткой изумрудов твердыми наполнителями, были минимальными.

Характер повреждений изумрудов и изменений в их внешнем виде

Наибольшее беспокойство вызывают изменения, которые являются причиной повреждения самих изумрудов за счет удлинения трещин (см. рисунок 9). (Расширение трещин также может повредить изумруды, но в данном исследовании в основном не делалось различие между расширением трещин и их открытием, деляминацией или более заметным проявлением, что все может быть вызвано изменениями в наполнителе, а не в самом изумруде.)
Следующий уровень беспокойства вызывают изменения, происходящие внутри заполненных трещин (мутный или кристаллизующийся наполнитель), поскольку измененный материал неизбежно влияет на видимую чистоту изумруда и его может быть трудно удалить. Открытые, протекающие и более заметные трещины также вызывают беспокойство у ювелиров, поскольку они могут стать разочарованием для клиентов.

Большинство условий воздействия, таких как долгосрочное воздействие ультрафиолетовой части солнечного света, умеренное воздействие тепла и света (как в условиях витрины), а также холод и температурные колебания (циклы замораживания и размораживания), не оказали существенного влияния на внешний вид большинства заполненных изумрудов. Тем не менее следует избегать повторяющегося воздействия холода, поскольку это привело к расширению трещин в двух изумрудах, а в одном из образцов наблюдалось отслоение наполнителя от стенок трещин (см. рисунок 20).

Два изумруда, заполненных парафиновым маслом, проявили кристаллизацию наполнителя в глубине (снова см. рисунок 5) при мягких условиях (время, воздействие витрины).
В образце с Araldite 6010 наблюдалось помутнение заполнителя (рисунок 4). Такие вещества формируют внутри камня мутные эмульсии с водой, что, возможно, объясняет замеченные изменения.
Учитывая, что мутный или кристаллизованный материал может потребовать дополнительных усилий для удаления из заполненного изумруда, такие изумруды могут требовать особого внимания при их повторном облагораживании.

Наиболее распространенным изменением внешнего вида, связанным с экспозицией, было увеличение видимости существующих трещин в 16 случаях.
Эти изменения, по-видимому, не свидетельствовали о повреждении изумруда (как видно из сравнения изображений “до” и “после”), а, наоборот, выявляли его естественное (до заполнения) состояние после того, как наполнитель протек или испарился (см. рисунки 8 и 10).
В четырех случаях, когда трещины стали более заметными после тестирования, были использованы поверхностно-укрепленные или твердые наполнители; эти случаи указывают на изменения, выходящие за рамки простого протекания или испарения.
Самым очевидным объяснением было бы то, что твердый наполнитель отделился от поверхности изумруда, приводя к выходу наполнителя наружу (видимого как протекание) или заполнению трещины воздухом

Другим частым изменением, встреченным в 11 случаях в тестах экспозиции, было кажущееся раскрытие существующих трещин.
В большинстве этих случаев, вероятно, трещины уже были открыты на поверхности (см. рисунок 6), так что наполнители испарились; но другой возможной причиной этого изменения может быть более широкое открывание трещин.
Четыре изумруда с более заметными или открытыми трещинами после тестов экспозиции содержали твердые наполнители: два с Gematrat (рисунок 7) и два с Permasafe.
Изменения произошли во время тестов в витрине и десиккации. Как и с образцом № 5587, упомянутым выше, который микроскопически трескался со временем, эти образцы подтверждают, что твердые наполнители могут вызывать изменения во внешнем виде — или даже повреждения изумрудов — даже без подверженности особо трудным условиям.

Выводы

Проведено тестирование прочности на 142 изумрудах с использованием девяти различных наполнителей.
При небольших испытаниях прочности около 35% заполненных изумрудов изменили свой внешний вид. Тест на высыхание оказался наиболее воздействующим на образцы, хотя циклы замораживания и оттаивания привели к наибольшим повреждениям отдельных камней.

Каждый тип наполнителя проявил изменения при одном или нескольких видах воздействия.
В большинстве случаев после тестирования облагороженные изумруды напоминали свою первоначальную незаполненную форму, с появлением поверхностных трещин или их увеличением.
Изумруды с мягкими (жидкими) наполнителями были наиболее подвержены таким изменениям. Эти изменения, возможно, не повредят изумруды, но могут вызвать беспокойство у клиента, не осознавшего, что изумруд был облагорожен.
Некоторые наполнители изумрудов проявили кристаллизацию на глубине (например, парафиновое масло) или помутнение (Araldite 6010).
В других изумрудах, в том числе многих с твердыми наполнителями, трещины, казалось бы, увеличились или расширились.
Наполнители с поверхностным упрочнением, такие как Opticon 224 с отвердителем или Norland Optical Adhesive 65, показали наименьшее количество повреждений от воздействия тестов, без заметных изменений.

В тестах на чистку желательно, чтобы наполнитель был прочным во время чистки ювелирных изделий (например, ультразвуковыми тестами), но легко удалялся “правильным” растворителем.
Однако почти каждый наполнитель, который легко удалялся (с использованием только этанола или этанола и ацетона), также легко изменялся при ультразвуковой чистке, которая, вероятно, является наиболее распространенным методом для чистки ювелирных изделий.
Наполнители с поверхностным упрочнением (Opticon 224 с отвердителем или Norland Optical Adhesive 65), и твердыми наполнителями (Gematrat и Permasafe) оказались наиболее прочными при чистке ювелирных изделий.

Ни один из используемых в данном исследовании наполнителей не оказался стабильным при всех тестах, но результаты подразумевают, что наилучший кандидат с точки зрения сохранения внешнего вида заполненного изумруда при условиях нормальной эксплуатации и ухода – это заполнители с поверхностным упрочнением.
Однако существуют и дополнительные ограничения.
Например, заполнители с поверхностным упрочнением могут быть трудными для удаления в случае изменения внешнего вида или желания клиента иметь необработанный камень; также вязкие жидкости обычно требуют давления при их введении в изумруд, что создает дополнительные риски в процессе наполнения.

Хотя изумруды часто используются в сочетании с бриллиантами (рисунок 21), эти результаты показывают, что следует относиться к изумрудам не так, как к другим драгоценным камням. Внешний вид изумруда может значительно изменяться со временем и быть весьма подверженным воздействию окружающей среды.