Ультрафиолетовая флуоресценция для диагностики ювелирных камней

Одна из самых больших проблем, с которыми сегодня сталкиваются торговцы драгоценными камнями и геммологи, – это определение, подвергался ли камень термической обработке. Хотя 100% надежный ответ на этот вопрос является результатом работы крупной лаборатории, есть простой и недорогой инструмент, который нам поможет. Так что же это за чудо-инструмент? Мы говорим об ультрафиолетовом свете.

SW-флуоресценция

Многие термически обработанные рубины и сапфиры будут показывать коротковолновую (SW) флуоресценцию. Эта реакция практически никогда не встречается в необработанных корундах, впервые она была отмечена Робертом Кроунингшильдом (1966, 1970). На самом деле именно бесцветные части камня флуоресцируют. Поскольку бесцветные участки следуют первоначальной структуре роста кристалла, флуоресценция будет следовать по той же схеме, что и цветовое зонирование драгоценного камня. Кроме того, другие микроэлементы корунда могут вызывать флуоресцентные реакции, начиная с хорошо известного красного свечения рубина и заканчивая другими реакциями, которые еще не до конца изучены. Многие из них будут проиллюстрированы ниже, как известные, так и неизвестные.

Рисунок 1. Когда сапфир подвергается экстремальной термической обработке, часто создается от светло-синей до сине-зеленой SW-флуоресценция. Как видно выше, эта реакция ограничивается определенными зонами в драгоценном камне. Эти «ворсистые» флуоресцентные зоны следуют кристаллографической структуре драгоценного камня.

Рисунок 2. Перевернув один и тот же сапфир с рисунка 1, вы увидите отчетливое голубоватое («меловое») флуоресцентное кольцо, соответствующее бесцветным частям драгоценного камня, если смотреть на него при погружении в воду. Эта сильная голубоватая SW-флуоресценция является чрезвычайно убедительным признаком того, что драгоценный камень был подвергнут высокотемпературной обработке.

Рисунок 3. Другой пример SW-флуоресценции в термически обработанном сапфире.

Рисунок 4. Еще один синий сапфир, показывающий флуоресценцию, соответствующую бесцветным частям драгоценного камня.

Рисунок 5. Ультрафиолетовая флуоресценция также может помочь определить, имеются ли заполненные трещины в изумруде. Изумруды, как правило, улучшаются за счет заполнения их фиссур маслами или смолами. Некоторые из них флюоресцируют. На фотографии выше изумруд подвергается воздействию длинноволнового УФ-излучения. Наполнитель в фиссурах четко определяется голубоватой флуоресценцией.

Показываем и рассказываем

Так как же проверить эту реакцию? Первый шаг – получить комбинированную лампу LW/SW. Вам также понадобится пара защитных очков (SW-свет может обжечь глаза при длительном воздействии). Смотровой шкаф также является не лишним. Наконец, вам понадобится маленькая линза, чтобы увеличить камень.

При наблюдении за флуоресценцией идея заключается в том, чтобы держать камень пинцетом и поднести его как можно ближе к лампе, чтобы рассмотреть под увеличением. Камень надо исследовать со всех сторон.

Один из авторов статьи предложил включить объектив в качестве неотъемлемой части смотрового шкафа, но, к сожалению, производители приборов до сих пор не выпустили такого устройства.

Рисунок 6. Установка для исследования крупным планом.

Рисунок 7. Фотографирование флуоресценции

Рисунок 8. Другой вид

Предостережение

Если рубин или сапфир показывает SW-флуоресценцию, он, вероятно, подвергался термической обработке. Но надо следить, чтобы камень был чистым. Мыло и другие химические вещества также могут повлиять на результат.

Рисунок 9. Сверху — синий сапфир; снизу – тот же самый камень после нескольких минут ультрафиолетового облучения. Этот желтый цвет исчезнет под воздействием солнечного света, но иллюстрирует, что не следует подвергать корунды длительному воздействию УФ-лучей.

Еще одно предостережение касается беловато-зеленой SW-флуоресценции, иногда встречающейся в натуральных необработанных голубых сапфирах (особенно с Мадагаскара). Флуоресценция имеет тенденцию быть слабой и чрезвычайно поверхностной. Кроме того, флуоресцентные пятна имеют более острые границы, чем у нагретых камней.

Рисунок 10. Флуоресценция имеет тенденцию быть слабой и чрезвычайно поверхностной.

Рисунок 11. Еще одно поверхностное флуоресцентное пятно в необработанном сапфире с Мадагаскара.

Рисунок 12.

Разрушающая флуоресценция

В самом базовом смысле, флуоресценция – это излучение видимой энергии большей длины волны при бомбардировке энергией более короткой длины волны. Стимулирующей энергией могут быть рентгеновские лучи, ультрафиолетовый свет (УФ-флуоресценция) или даже дневной свет. Рубин является прекрасным примером последнего.

Когда рубин попадает в дневной свет, некоторые электроны переходят на более высокие орбиты. Но вместо того, чтобы вернуться обратно в основное состояние, электроны движутся ступенчато. В большинстве случаев высвобождение энергии с каждой из этих ступеней происходит в виде фононов к кристаллической решетке, оно невидимо для человеческого глаза. Но в случае рубина некоторые излучения попадают в красный цвет. Именно это делает рубин таким особенным; он не только обладает красным цветом, но и красной флуоресценцией. Это то, что заставляло древних верить, что внутри рубина горит огонь.

Рисунок 13. Одна из оставшихся загадок корунда является причиной «абрикосово»-оранжевой флуоресценции, которая видна во многих сапфирах как голубого, так и желтого цвета, особенно в экземплярах с Шри-Ланки и Мадагаскара.

Рисунок 14. «Абрикосово»-оранжевая флуоресценция в необработанном мадагаскарском голубом сапфире.

О сапфире

Сапфир, как правило, не проявляет флуоресценции к дневному свету. Но это меняется, если мы подвергаем его воздействию коротковолнового ультрафиолета.

Синтетический сапфир

Эта синяя флуоресценция в синтетическом сапфире наблюдается, по крайней мере, с 1948 года. Хотя в геммологической литературе она в целом игнорировалась, она была предметом многочисленных научных работ.

Натуральный сапфир

Но как насчет натуральных, необработанных сапфиров? Почему они не флуоресцируют синим или голубовато-белым? Причина связана с температурой роста и временем.

Термообработанный сапфир

Когда синие сапфиры встречаются в природе, они обычно содержат растворенный рутил. Титан концентрируется в этих рутиловых микрокристаллах. При термической обработке камня рутил растворяется в корунде путем диффузии.

Рисунок 15. Светло-голубые зоны являются ярким свидетельством высокотемпературной термообработки.

Рисунок 16. Светло-голубые зоны являются признаком высокотемпературной обработки, но замаскированы красным флуоресцентом, поэтому их трудно разглядеть.

Рисунок 17. Над драгоценным камнем, изображенном на рисунке 16, установлен зеленый фильтр. Он удаляет красную флуоресценцию, тем самым делая благоприятные условия для рассмотрения голубых областей.

Традиционная геммология

В геммологии флуоресценция, как правило, наблюдается только визуально с LW или SW ультрафиолетовым излучением, при этом результаты регистрируются с точки зрения яркости, цвета, а также наличия или отсутствия фосфоресценции.

При изучении ионов в кристаллах измеряемые параметры более обширны. Как правило, измеряется спектральное распределение флуоресценции, а также спектральное распределение света, который может вызывать эту флуоресценцию.

Рисунок 18.

Подведение итогов

С ультрафиолетовой флуоресценцией у нас сегодня появилось кое-что редкое в геммологии: недорогой тест, который так же чувствителен, как и дорогое аналитическое оборудование высокого уровня.

Что это значит для торговца драгоценными камнями? С помощью небольшой УФ-лампы можно быстро проверить потенциальные покупки. Любые камни, которые показывают SW-флуоресценции, скорее всего, термически обработаны. Общие расходы на оборудование? Одна только лампа стоит меньше $300.

С более подробной информацией можно ознакомиться на сайте https://www.lotusgemology.com/index.php/library/articles/156-heat-seeker-uv-fluorescence-as-a-gemological-tool