Диагностика синтетических камней

В одной короткой главе нельзя описать весь набор методик, которые специалист может использовать для того, чтобы отличить синтетические камни от природных. Однако ниже очерчено общее направление, проиллюстрированное несколькими примерами. Для более детального ознакомления с процедурой проверки драгоценных камней читатель может воспользоваться одной из специальных работ по этому вопросу. Кроме того, во многих книгах о драгоценных камнях, указанных в приложении 5, приводятся описания методов диагностики, правда менее подробные.

В предыдущих главах приведены некоторые критерии, которыми следует пользоваться для того, чтобы отличить синтетические камни от природных. Например, отличить алмаз от природных или искусственных его заменителей сравнительно легко, поскольку рефрактометр покажет разницу в показателях преломления. Если же мы имеем дело с двупреломляющими кристаллами, такими, как циркон, простой осмотр под Лупой обнаружит раздваивание тыльных граней. Однако на практике определение показателя преломления не является такой уж простой процедурой, поскольку на обычных рефрактометрах можно исследовать материалы, показатель преломления которых не больше чем 2, и это исключает возможность исследования как алмаза, так и его наиболее важных заменителей. Если камень сравнительно легкодоступен для изучения, то его показатель преломления можно измерить под микроскопом но методу «истинной и кажущейся глубины» [3]. Кроме того, на рынке появляются новые приборы, которыми можно измерить показатель преломления алмаза. Корпорация «Сирее» планирует выпуск прибора для диагностики алмаза, который определяет теплопроводность. Очень высокий коэффициент поглощения кубической окиси циркония в ультрафиолетовом диапазоне [3J также может быть использован для определения этого материала. Еще одно новое устройство—люстерметр, которое измеряет отражение света от плоской поверхности камня, было предложено У. Ханнеманом в Кастро-вилле (Калифорния) \4], Эти примеры иллюстрируют тенденцию к внедрению совершенно новых инструментов для диагностики драгоценных камней.

Как отмечалось ранее, самая трудная проблема, стоящая перед специалистами, заключается в необходимости различать природные и синтетические разности одного и того же камня, поскольку в этом случае их главные свойства одинаковы. Хотя и другие признаки могут оказаться важными, но успех определения искусственных камней связан в основном с изучением включений.

Драгоценные камни могут содержать твердые, жидкие или газовые включения, которые образуются в результате неидеальных условий роста. Выделяются два вида включений: включения растворителя или маточного раствора, из которого растет кристалл, и (это относится в основном к природным камням) включения мелких кристаллитов других минералов, которые образовались одновременно (или раньше) с камнем и были захвачены им. Включения могут быть очень специфичны и предоставлять реальную возможность не только для того, чтобы отличать природный камень от синтетического, но и для определения региона, откуда происходит натуральный камень. Авторитетом в данном вопросе является Эдуард Губелин из Люцерны, Швейцария, чья книга «Внутренний мир драгоценных камней» является справочником по использованию включений для идентификации камней.

Кристаллы естественного рубина могут содержать тонкие иголки рутила, а для очень высоко ценящихся рубинов из района Могок в Бирме характерен «шелк» — масса тонких пересекающихся каналов, которые рассеивают свет при прохождении его через кристалл. Легко определяются рубины, выращенные методом плавления в пламени, поскольку они характеризуются изогнутыми полосами и мелкими пузырьками газа, которые отмечал еще Вермейль. Пузырьки, содержащие газообразный водород из кислородно-водородного пламени, могут быть сферической формы или иметь небольшие хвосты, напоминающие головастиков.

Определение рубинов, выращенных из раствора-расплава, представляет собой более сложную проблему, так как такие кристаллы не имеют изогнутых полос и пузырьков газа, а включения в них больше похожи на включения в природных камнях. Рубины Чэтема, однако, дна! ностировать достаточно легко, поскольку они наращиваются на слегка окрашенную затравку природного корунда, и при погружении этих камней в йодистый метил можно наблюдать более светлую центральную часть кристалла. Кроме того, быстрый начальный рост затравки сопровождается высокой концентрацией захваченных включений растворителя, которые расходятся от центра к краям наподобие солнечной короны.

Помимо включений минеральных кристаллитов, которые иногда можно определить по форме и цвету, для природного рубина и выращенного из раствора в расплаве характерны некоторые типы включений маточного раствора. Например, в течение многих лет полагали, что рисунок «отпечатка пальца» является типичным для природных  рубинов,  хотя такие же узоры теперь установлены  и в синтетических камнях. Определение по включениям не исключает ошибок, так как изготовитель может изменить технологию выращивания и, таким образом, полностью изменится тип включений.

Флуоресценция синтетических камней, включая полученные гидротермальным методом, обычно существенно сильнее, чем у природных, поскольку примеси, которых больше в естественных материалах, препятствуют свечению. Например, гидротермальный изумруд фирмы «Линде» при коротковолновом флуоресцентном облучении светится ярко-красным светом.

Некоторые изумруды Кильсона не светились под ульрафиолето-вым облучением, что показывает, как изготовитель, желая создать камни со свойствами, максимально приближенными к природным, может вносить соответствующие изменения в технологию. Отсутствие флуоресценции у камней Жильсона, по-видимому, объясняется добавлением в шихту железа.

Так же как в случае рубинов, для разграничения природных и искусственных изумрудов важную роль играют включения. Природные камни часто содержат двух- и трехфазные включения (например, пар и жидкость или пар, жидкость и твердое), и для них обычны минеральные включения, такие, как кристаллиты слюды, актинолита или пирита. Для изумрудов, выращенных из раствора в расплаве, обычно характерны тонкие включения затвердевшего растворителя, возможно также одновременное присутствие пузырьков газа. В изумруде, полученном гидротермальным методом, могут встречаться кристаллиты фенакита.

Подводя итоги, следует отметить, что диагностика раствор-расплавного изумруда основана главным образом на его красном свечении (флуоресценции), низком удельном весе, низком показателе преломления и двупреломлении и «вуалевом» или «перьевом» рисунке включений. Измерение инфракрасных спектров особенно важно при идентификации раствор-расплавных изумрудов, поскольку в этом случае отсутствуют полосы поглощения, обусловленные наличием гидроксильной группы, заимствованной из водного растворителя. Однако такие полосы отмечаются при изучении синтетического гидротермального изумруда. Необходимый для таких измерений инфракрасный спектрометр не всегда имеется в распоряжении ювелиров. Этот пример показывает, как в последние годы лаборатории по проверке камней стали испытывать потребность во все более сложном оборудовании для того, чтобы встретить во всеоружии появление новых материалов и синтетических драгоценных камней, все больше по своим свойствам приближающихся к природным минералам благодаря возрастающему мастерству изготовителей. Непрозрачные полукристаллические материалы вызывают особые трудности у специалистов. Частично это обусловлено большим разнообразием свойств природных камней. Например, удельная масса природной бирюзы может колебаться от 2,3 до 2,8. В некоторой степени это связано с колебаниями состава, но в основном с наличием крохотных пор между зернами бирюзы, заполненных воздухом. Хотя удельная масса синтетического материала может изменяться, она всегда будет попадать в этот широкий диапазон. Аналогичные вариации характерны и для других свойств, поэтому в настоящее время отсутствует единый критерий, который можно было бы рассматривать как действительно надежный способ определять синтетическую бирюзу, производимую Жильсоном. До сих пор не публиковались и методики определения синтетического коралла.

На примере опала можно особенно четко показать ценность применения современных приборов при идентификации материалов с целью разрешения проблем геммологии. Сотрудничество специалистов по драгоценным камням и ученых наиболее сильно развито в Австралии. Например, С. Скала из Моунашеского университета выполнил обзор исследований примесей в драгоценных камнях с использованием электронного спин-резонанса и других методик [6].

Лаборатории по проверке камней откликаются на эти достижения, и в лаборатории Геммологического института США сейчас имеется, например, сканирующий электронный микроскоп с микрозондовым анализатором. Этот прибор может изучать камни при увеличении в 150 000 раз и способен определять химический состав материала или включений, если они выходят на поверхность \Т\. Кроме того, автоматический регистрирующий спектрофотометр измеряет поглощение или отражение света камнем в зависимости от длины волны. Этот прибор можно использовать в сочетании с микроскопом для определения цветовых эффектов на небольших участках. Данные можно хранить в ЭВМ и таким образом создать банк легкодоступной информации. Такой подход крайне желателен, чтобы сообщество ювелиров было уверено в способности своих аналитических лабораторий обеспечивать точную идентификацию камней.