К ювелирным камням предлагается относить как драгоценные поделочные, так и синтезированные аналоги природных минералов и не существующие в природе химические соединения: фианит, иттро-алюминиевый гранит.

Особенности диагностики ювелирных камней

При проведении экспертизы ювелирного изделия диагностика вставок в нем составляет более половины всего объема экспертной работы.

Многие ювелирные камни характеризуются одинаковыми или сходными признаками, что затрудняет их диагностику. Так, среди прозрачных и непрозрачных камней можно выделить группы одинакового цвета — зеленого, розового, красного, синего и т.д. Методы их диагностики основаны на определении важнейших физических свойств и внутренних особенностей камней.

Первая задача при диагностике камня заключается в выяснении, к какому минеральному виду он принадлежит: является ли он корундом (рубином или сапфиром), кварцем (аметистом или цитрином), топазом, турмалином, шпинелью и т.д.

Первое предположение о природе камня можно сделать на основании его цвета, блеска и общего вида, но быть уверенным в правильности определения можно только в результате измерения той или иной оптической или физической константы при помощи специального оборудования.

Полная геммологическая лаборатория включает в себя:

бинокулярный микроскоп с темнопольным освещением,

рефрактометр,

полярископ,

спектроскоп,

дихроскоп,

ультрафиолетовая лампа,

калибр «Лаверидж,

калибровочные таблицы,

алмазный тестер,

лампа дневного освещения,

жидкости для определения плотности камней,

каратные весы,

карандаши твердости,

пинцет,

справочники, учебники по геммологи.

Геммологическая лаборатория (передвижная)


           Диагностические  свойства ювелирных камней

Прозрачность ювелирных камней

Под прозрачностью понимают способность твердого тела пропускать сквозь себя в той или иной степени лучи света.

Прозрачность зависит от структуры кристаллов, наличия в них трещин, твердых и газово-жидких включений. Прозрачность ювелирных камней определяется визуально при просмотре их на просвет.

По степени прозрачности ювелирные камни разделяются на:

— прозрачные — все бесцветные и слабоокрашенные вставки, сквозь пластинки которых (толщина 3-5 мм) ясно виден предмет;

— полупрозрачные — через которые предметы видно неясно;

— просвечивающие, через которые нельзя разобрать предмет;

— непрозрачные.

Блеск

Наряду с прозрачностью блеск является одним из наиболее важных диагностических признаков у ювелирных камней. Блеск создается светом, отраженным от поверхности закрепленного камня; при этом его интенсивность, т.е. количество отраженного света, тем больше, чем резче разница между скоростью света в воздухе и в данном ограненном камне, т.е. интенсивность блеска тем больше, чем больше показатель преломления.

По характеру блеска различают следующие его виды: стеклянный, жирный, смолистый, алмазный, полуметаллический.

При этом жирный и смолистый блеск относятся к одному типу; термин «жирный» применяют к светлоокрашенным минералам, «смолистый» — к темноокрашенным.

Окраска

Окраска — один из наиболее характерных отличительных признаков для большинства ювелирных камней. Окраска камня в геммологи определяется визуально на фоне белой бумаги. Цвет и прозрачность популярных природных ювелирных камней приведены  в таблице ниже.

                               Цвет прозрачных и полупрозрачных ювелирных камней

Цвет Название камня
бесцветный

алмаз, горный хрусталь,  лейкосапфир,  лунный камень, опал, топаз, фенакит, шпинель, эвклаз
красный альмандин, обсидиан, опал, пироп,  рубин, циркон,  шпинель
розовый воробьевит, кунцит,  родолит,  розовый кварц,  рубеллит, топаз, шпинель
оранжевый сапфир, сердолик, спессартин, топаз, янтарь
зеленый александрит, берилл,  бразилианит,  гидденит, гроссуляр,  демантоид, жадеит, изумруд, «кошачий глаз», празем,  сапфир,  уваровит, хризоберилл, хризолит,  хризопраз,  хромдиопсид, циркон,  цоизит, шпинель
желтый гелиодор, сапфир, топаз, хризоберилл, хризолит,  цимофан,  циркон, цитрин,  янтарь
коричневый топаз, циркон,  дымчатый кварц
голубой аквамарин, сапфир,  сапфирин,  танзанит,  топаз, циркон, шпинель
синий азурит, сапфир, шпинель
фиолетовый альмандин, аметист, кунцит,  сапфир,  гессонит
серый дымчатый кварц, карнеол,  обсидиан, «соколиный глаз»,  халцедон

                    Цвет непрозрачных и просвечивающих ювелирных камней

Цвет Название камня
белый

агальматолит,  беломорит, жадеит, жемчуг, кахолонг, нефрит, опал, солнечный камень, янтарь
красный коралл, обсидиан, родонит
розовый агальматолит, жемчуг, коралл, родонит
желтый агальматолит, мраморный оникс, нефрит, янтарь
коричневый авантюрин, мраморный оникс, обсидиан, «тигровый глаз»
зеленый

авантюрин, агальматолит, амазонит,  бирюза,  гелиотроп, жадеит, малахит, мраморный оникс, моховик, нефрит, амазонит
голубой бирюза, жемчуг
синий азурит, амазонит, лазурит
фиолетовый чароит
черный гагат, гематит, жемчуг, морион, обсидиан, опал

Светопреломление

На границе двух сред свет меняет направление своего движения: часть световой энергии возвращается в первую среду, т.е. происходит отражение света; часть проходит через границу сред, меняя при этом направление распространения. Это явление называется преломлением света.

Для определения показателей преломления ювелирных камней в геммологической практике широко используются рефрактометры, на которых можно производить измерение показателей преломления прозрачных камней, имеющих хотя бы одну плоскую полированную грань. Определение показателей преломления на рефрактометрах основано на явлении полного внутреннего отражения на границе двух сред. Для определения показателей преломления используется  также иммерсионная жидкость, которая позволяет установить оптический контакт. Показатель преломления иммерсионной жидкости должен быть выше показателя преломления камня и близким к показателю преломления линзы прибора.

Показатели преломления  ювелирных камней приведены в таблице 1.

Двупреломление

Кристаллы в зависимости от симметрии делятся на изотропные и анизотропные. В практике исследования драгоценных камней применяют несколько визуальных способов отличия двупреломляющих камней от изотропных минералов. Для быстрого определения характера преломления камня применяют полярископы.

Небольшая группа оптически изотропных ювелирных камней включает в себя минералы кубической сингонии (алмаз, шпинель, гранаты); кроме того, сюда входят стекла, смолы, твердые гели.

Дисперсия показателей преломления (светорассеивание)

Цветные составляющие белого луча света по-разному преломляются в минералах и обладают различными показателями преломления. Изменение показателей преломления в зависимости от длины волны получило название дисперсии. Дисперсия обусловливает разложение лучей света на составные части спектра и искрящуюся игру цветов ограненного самоцвета. Сильно выраженная дисперсия определяется многоцветным радужным блеском и характерна для весьма ограниченного числа драгоценных камней (алмаз, демантоид, сфен, циркон).

При диагностике ювелирных камней определяют не абсолютное значение дисперсии показателей преломления, а так называемый дисперсионный эффект, т.е. цветовую игру ограненных камней. Игра камня устанавливается визуально.

Твердость

Под твердостью минерала принято понимать его способность оказывать сопротивление внешнему механическому воздействию. Методом определения твердости является метод царапания с помощью эталонов относительной шкалы Мооса. В настоящее время выпускаются портативные наборы «карандашей твердости», в которых вместо грифеля зажимаются заостренные кусочки минералов – эталонов шкалы твердости.

Шкала Мооса

1- тальк

2- гипс

3- кальцит

4- флюорит

5- апатит

6- полевой шпат

7- кварц

8- топаз

9- корунд

10- алмаз.

Твердость ювелирных камней приведена в таблице 1.

Плотность

Плотность минералов является одним из важнейших диагностических свойств цветных ювелирных камней.

В настоящее время для определения плотности используют наборы тяжелых жидкостей. Метод основан на сравнении плотности определяемого ювелирного камня и жидкости, в которую он погружен. Минералы, имеющие плотность больше плотности жидкости, тонут, меньше – всплывают; при равенстве плотности жидкости и определяемого камня последний находится во взвешенном состоянии.

Физические свойства ювелирных камней. Табл.1

Название Светопрелом- ление Двулучепрелом-ление Плотность, г/см3 Твердость (по Моосу)
Авнтюрин 1,511-1,553 +0,009 2,65 7,0
Агат 1,544-1,553 +0,009 2,60-2,65 6,5-7,0
Аквамарин 1,577-1,583 -0,006 2,67-2,71 7,5-8,0
Александрит 1,744-1,55 +0,011 3,70-3,72 8,5
Александрит выращенный 1,744-1,755 +0,011 3,70-3,72 8,5
Альмандин 1,780-1,810 3,65-3,80 7,5
Аметист 1,540-1,550 +0,009 2,63-2,65 7,0
Апатит 1,644-1,649 -0,001 3.17-3,23 5,0
Берилл 1,570-1,600 от -0,006 до -0,009 2,65-2,75 7,5-8,0
Бирюза 1,610-1,650 +0, 054 2,60-2,80 5,0-6,0
Бриллиант 2,417-2,419 3,47-3,55 10,0
Гагат 1,64-1,68 1,30-1,35 2,5-4,0
Гематит 2,94-3,22 -0,28 4,95-5,16 5,5-6,5
Гессонит 1,738-1,745 3,60-3,68 7,0-7,5
Данбурит 1,630-1,636 -0,.006 3,00 7,0-7,5
Демантоид 1,888-1,889 3,83-3,85 6,5-7,0
Диопсид 1,671-1,726 +0,028 3,27-3,31 5,0-6,0
Жадеит 1,654-1,667 +0,013 часто — 3,30-3,36 6,5-7,0
Жемчуг 1,52-1,66 2,60-2,78 3,0-4,0
Жемчуг черный 1,53-1,69 2,60-2,78 3,0-4,0
Изумруд 1,576-1,582 -0,006 2,67-2,78 7,5-8,0
Изумруд выращенный 1,576-1,582 -0,006 2,67-2,78 7,5-8,0
Иолит 1,530-1,550 от -0,008 до -0,012 2,58-2,56 7,0-7,5
Кварц 1,544-1,553 +0,009 2,65 7,0
Коралл 1,486-1,658 -0,172 2,60-2,70 3,0-4,0
Кунцит 1,655-1,680 +0,015 3,16-3,20 6,0-7,0
Лазурит около 1,5 2,40-2,90 5,0-6,0
Малахит 1,656-1,909 -0,254 3,75-3,95 3,5-4,0
Нефрит 1,600-1,627 -0,027 иногда — 2,90-3,02 6,0-6,5
Обсидиан 1,48-1,51 2,30-2,60 5,0-5,5
Оникс 1.486-1.658 -0.172 1.98-2.20 3.0
Опал 1,44-1,46 1,96-2,20 5,5-6.5
Пироп 1,730-1,760 3,65-3,80 7,0-7,5
Родолит 1,730-1,760 3,65-3,80 7,0-7,5
Родонит 1,733-1,744 +0,011 3,40-3,70 5,5-6,5
Рубин 1,766-1,774 -0,008 3,97-4,05 9.0
Сапфир 1,766-1,774 -0,008 3,99-4,00 9,0
Спессартин 1,795-1,815 4,12-4,20 7,0-7,5
Сфен 1,885-2,050 +0,105 до +0,135 3,52-3,54 5,0-5,5
Танзанит 1,691-1,700 +0,009 3,35 6,5-7,0
Тигровый глаз 1,544-1,553 +0,009 2,64-2,71 7,0
Топаз 1,610-1,638 от +0,008 до +0,010 3,53-3,56 8,0
Тсаворит 1,738-1,745 3,60-3,68 7,0-7,5
Турмалин 1,616-1,652 от -0,014 до -0,044 3,02-3,26 7,0-7,5
Фенакит 1,654-1,670 +0,016 2,95-2,97 7,5-8,0
Халцедон 1,530-1,539 до +0,006 2,58-2,64 6,5-7,0
Хризоберилл 1,744-1,.755 +0,011 3,70-3,72 8,5
Хризолит 1,654-1,690 +0,036 3,27-3,37 6,5-7,0
Хризопраз 1,530-1,539 +0,004 2,58-2,64 6,5-7,0
Хромдиопсид 1,671-1,726 +0,028 3,27-3,31 5,0-6,0
Циркон 1,777-1,987 +0,059 3,90-4,71 6,5-7,5
Цитрин 1,544-1,553 +0,009 2,65 7,0
Шпинель 1,712-1,736 3,58-3,61 8,0
Шпинель выращенный 1,712-1,736 3,58-3,61 8,0
Эпидот 1,733-1,768 +0,035 3,40 6,0-7,0
Янтарь 1,54 1,50-1,09, max:1,30 2,0-2,5
Яшма около 1,54 2,58-2,91 6,0-7,0

Методы выявления отличий природных ювелирных камней от их синтетических аналогов

Внутренние особенности ювелирных камней в ограненном виде изучают с помощью стереоскопических микроскопов МБС-1, МБС-2, МБС-8, а также ювелирного стереоскопического микроскопа «Gemolite».

Микроскоп для выявления особенностей природных и синтетических камней

Синтетические аналоги обладают такой же кристаллической решеткой и таким же химическим составом, как и природные. Поэтому применение для идентификации синтетических аналогов инструментов, обычно используемых для идентификации  природных камней, не имеет смысла.

Искусственные рубины и сапфиры появились на рынке в начале 20 века, когда французский ученый Вернейль создал специальную печь, в которой чистый алюминий вместе с небольшим количеством металлических красящих веществ проходит через кислородно-водородное пламя, кристаллизуясь в виде буль. С помощью этого процесса можно производить синтетические камни большого размера за короткое время. К счастью,  именно быстротой процесса обусловлен простой способ отличать натуральные минералы от искусственных.

Различия в условиях образования природных минералов, используемых в ювелирных изделиях, и синтезе их аналогов отразились на некоторых особенностях  роста и внутреннего строения тех  и других. Это проявилось в зональности кристаллов и в характере распределения окраски и включений.

С течением времени появились и продолжают  все новые методы производства синтетических камней, которые представляют проблемы даже для опытных геммологов. Однако на рынке таких камней не так и много. Исключение из этого правила составляют случаи, когда кристаллы выращиваются на затравке  из природного минерала с характерными для него включениями.

Синтетические камни характеризуются в основном такими же свойствами, как и их природные аналоги, небольшие различия  обусловлены специфическими условиями их образования (кристаллизации) синтетических камней. В природе кристаллы растут медленно под давлением из горячих водных растворов или из расплавленной магмы. Обязательным является также присутствие многих химических соединений, которые в определенных условиях вступают во взаимодействие, образуя ряд различных минералов. Поэтому при осмотре природного камня можно наблюдать мелкие включения других минералов, образовавшихся вместе с ним, или следы окружающей жидкости, в которой он формировался.

Существуют изученные характерные особенности природных камней. Так, феномен, известный как «шелк», свойствен только  большинству природных бирманских,  тайских, вьетнамских и шри-ланкийских рубинов и сапфиров. Невооруженному глазу он представляется в виде беловатого свечения внутри камня, улавливающего свет, если камень наклонить. Такой эффект производят минералы рутила, которые образовались во время кристаллизации. Для природных  сапфиров  характерен феномен «зонирования», при котором цвет как бы сосредоточен в параллельных линиях.

Синтетические же камни выращивают в химически более «чистых” условиях, поэтому единственными посторонними кристаллическими включениями могут быть только соединения, сходные по составу с основным кристаллом.

           Практически все синтетические корунды застывают изогнутыми линиями, которые часто становятся заметны после разрезания камня на части. Кроме того, внутрь искусственного камня попадают небольшие пузырьки газа, также заметные при обследовании.

           Приведем некоторые характерные особенности синтетических  ювелирных камней.

           Александрит — сильная коротковолновая красная люминесценция. Изменение цвета от зеленовато-голубого до красновато-пурпурного. Часто не похож на натуральные камни. Очень чистый.

           Аметист — включения «хлебных крошек», все остальные свойства как у натуральных камней, что делает материал исключительно трудным для диагностики

           Изумруд (метод производства – выплавление «Чатем») — низкий коэффициент преломления, длинноволновая красная люминесценция, отпечатки флюса, легкая дымчатость. У гидротермального изумруда красная люминесценция отсутствует.

           Лазурит — (метод производства — керамика  Жильсон) — удельный вес ниже, чем у натурального камня, материал более пористый, чем натуральный.

           Опал (метод производства осаждение — Жильсон)- увеличение позволяет увидеть сетчатую структуру, отсутствующую у натурального камня.

           Рубин (метод производства — кристаллизация в пламени -Вернейль) — изогнутая свиль, пузырьки газа, сильная красная люминесценция.

           Рубин (метод производства — выплавление — «Кашан» ) -«дождь», отпечатки флюса, включения в виде «хвоста кометы».

           Сапфир (метод производства — кристаллизация в пламени — «Вернейль») -коротковолновая бело-голубая люминесценция, изогнутая свиль и пузырьки газа. Природные сапфиры практически всегда остаются инертными в коротковолновом ультрафиолетовом свете.

           Сапфир «звезда Линде»(метод производства — кристаллизация в пламени)-искривленная свиль, пузырьки газа; иглы, образующие звезду, видны нечетко, в отличие от натуральных камней; коротко — волновая бело-голубая люминесценция