Современное оборудование для геммологии

Зачем нам современное геммологическое оборудование?

Во многих случаях в геммологии нет необходимости в передовом оборудовании. Знания, опыт и хороший микроскоп – самые важные инструменты любого геммолога. Тем не менее, бывают случаи, когда базовых инструментов недостаточно для идентификации драгоценного камня или обработки, которую он мог получить. Эти передовые инструменты могут предоставить недостающую часть головоломки.

Что такое спектрометрия?

Если у вас есть домашняя лаборатория драгоценных камней, вы уже должны быть знакомы со спектроскопией. Простой спектроскоп позволит вам увидеть весь спектр видимого света, а также пробелы в этом спектре, когда вы смотрите через него на драгоценный камень.

Поскольку определенные элементы поглощают свет с определенной длиной волны, спектроскоп может помочь вам идентифицировать драгоценный камень.
Спектрометрия очень похожа. Но вместо того, чтобы просто показывать сильные или слабые линии в спектре, машина определяет, сколько света поглощается на каждой длине волны.

Итак, в итоге вы видите на экране график с пиками и впадинами.
Кроме того, эти машины выходят за пределы видимого света. В то время как ваш домашний спектроскоп ограничен тем, что может видеть глаз, усовершенствованные детекторы в этих спектрометрах позволяют вам «видеть» далеко за пределами видимого спектра.

Эти машины также могут иметь надлежащую настройку для определения спектра отражения материала. Так, для непрозрачных драгоценных камней, таких как жемчуг, геммологи могут измерить спектр отраженного света.

УФ-видимая-БИК-спектрометрия

Прежде всего, это спектрометр ультрафиолетового, видимого и ближнего инфракрасного (УФ-видимого-ИК) спектра. Хотя этот полностью цифровой прибор очень похож на ваш домашний спектроскоп, он может просматривать более широкий диапазон длин волн. Ваш глаз может видеть свет с длиной волны от 400 до 700 нм, но спектрометр UV-vis-NIR составляет от 180 до 1000 нм.

Поскольку он может «видеть» далеко за пределами человеческого глаза, эта машина может легко идентифицировать определенные виды обработки, а также составные драгоценные камни. В частности, спектральные особенности вблизи красной и фиолетовой частей видимого спектра могут быть трудно различимы с помощью спектроскопа. Это потому, что человеческий глаз видит середину видимого спектра лучше, чем внешние края. Таким образом, различать особенности в этой области становится намного проще, а расширенный спектр в области УФ и БИК может дать вам еще больше информации о том, что вы исследуете.

Рентгенофлуоресцентная спектрометрия

Еще одним полезным инструментом является энергодисперсионная рентгенофлуоресцентная спектрометрия (ED-XRF). В рентгеновской части электромагнитного спектра идентифицируются переходные элементы (из средней части таблицы Менделеева).

Например, вы можете измерить количество меди в турмалине параиба или хрома в изумруде. Это также может помочь определить методы лечения.
Лаборатории драгоценных камней также используют эту технологию, чтобы различать пресноводный и морской жемчуг.

Поскольку микроэлементы в океанах отличаются от микроэлементов в пресноводных водоемах, соотношение некоторых элементов поможет их различить.

ИК-Фурье-спектрометрия

Инфракрасная спектрометрия с преобразованием Фурье (FTIR) охватывает далеко инфракрасную часть электромагнитного спектра. В части этого диапазона электромагнитные волны могут воздействовать не только на атомы, но и на связи между атомами. Итак, мы можем немного узнать о молекулах, из которых состоит драгоценный камень. Понятно, что этот метод может иметь множество применений и является одним из самых полезных спектрометров в геммологии.

Например, многие драгоценные камни содержат воду. Инфракрасный свет возбуждает связь между кислородом и водородом в воде, что видно на графике FTIR. Во многих случаях эта функция может показать разницу между выращенными в лаборатории и природными драгоценными камнями. В других случаях ИК-Фурье может возбуждать связи между углеродом и водородом, указывая на обработку полимеров в жадеите или бирюзе.

Другая часть инфракрасного спектра при просмотре с помощью FTIR больше похожа на то, что вы видите в спектроскоп, что дает уникальные спектры для различных минералов. Как и спектрометр UV-Vis-NIR, FTIR может помочь вам отличить сложные драгоценные камни.

Рамановская спектроскопия

Из всех машин в лаборатории драгоценных камней рамановский спектрометр является одним из самых полезных. Однако это также может быть сложным и трудным для интерпретации. Эти машины освещают ваш образец лазером, возбуждая молекулы и заставляя их вибрировать. Затем он измеряет сдвиг энергии от образца, поглощающего свет лазера. Это приводит к спектру, уникальному для каждого драгоценного камня.

Но это не всегда так просто. Некоторые образцы флуоресцируют в лазерном свете. Если это так, полученный спектр не поможет вам идентифицировать драгоценный камень, но может помочь идентифицировать редкоземельные элементы, присутствующие в образце. Спектроскопия комбинационного рассеяния света также затрудняет различение минералов по градиенту состава. Например, различение членов группы граната может оказаться сложным. Другие инструменты лучше подходят для количественной оценки химического состава минерала. Кроме того, спектроскопия комбинационного рассеяния не является подходящим инструментом для идентификации большинства видов лечения или драгоценных камней, изготовленных в лаборатории.

Итак, почему он так популярен? С помощью этой машины вы можете направить лазер прямо на большое или близкое к поверхности включение — твердое, жидкое или газовое — и получить показания. В то время как чтение может варьироваться в анизотропных минералах, обширные базы данных могут помочь идентифицировать драгоценные камни и включения. Этот метод работает не во всех случаях и часто опирается на дополнительную информацию, полученную в результате микроскопических исследований. Тем не менее, окончательная идентификация минеральных включений является большим подспорьем в определении происхождения. Рамановские спектрометры также являются отличным инструментом для идентификации органических драгоценных камней, таких как янтарь, жемчуг и коралл, а также драгоценных камней с полимерной обработкой.

LA-ICP-MS

Хотя метод лазерной абляции-индуктивно-связанной плазмы-масс-спектрометр (LA-ICP-MS) является слегка разрушительным, он является чрезвычайно полезным инструментом для определения химического состава драгоценного камня. Он начинается с того, что в драгоценном камне делают очень маленькое отверстие, обычно на пояске, создавая газообразный образец. Подобно лазерной гравировке, это заметно только под увеличением. Образец проходит через машину и попадает в плазменную камеру.

Здесь плазма ионизирует образец. Затем он перемещается в камеру с масс-спектрометром. Масс-спектрометр содержит магнитное поле. Когда ионы движутся поперек магнитного поля, их движение искривляется. Кривизна движения каждого иона зависит от его массы и заряда. Таким образом, когда каждый ион достигает детектора, его местоположение в масс-спектрометре идентифицирует его. Затем машина выводит график, показывающий масс-спектр с пиками, относящимися к каждому иону.

Этот метод чрезвычайно чувствителен и позволяет измерять несколько микроэлементов в концентрациях ниже одной части на миллион. Одним из наиболее важных применений является определение происхождения. Происхождение рубинов и сапфиров, а также изумрудов часто можно установить на основе химического состава микроэлементов.

Кроме того, LA-ICP-MS может быстро и дешево идентифицировать диффузионную обработку бериллием в сапфире. Эту обработку особенно трудно обнаружить с помощью других инструментов, поскольку бериллий является легким элементом.

В то время как традиционная LA-ICP-MS может измерять изотопы, присутствующие в драгоценном камне, вариант этой машины, GemToF, может обеспечить более надежные измерения. Эта дополнительная информация также может помочь в идентификации происхождения.