При демонстрации флюоресценции в музеях и на выставках в витрины обычно помещают 5-6 минералов, которые особенно ярко сияют в ультрафиолетовом свете. Хотя это, как правило, не ювелирные материалы, тем не менее полезно перечислить некоторые из них, поскольку каждый, кто приобрел ультрафиолетовую лампу,.
наверняка будет собирать коллекцию эффектно флюоресцирующих образцов.
Неизменно в каждой из таких витрин представлен флюорит. Сам термин "флюоресценция" произошел от слова "флюорит", поскольку большинство образцов этого очень красивого минерала под действием ультрафиолетовых лучей испускает замечательное фиолетовое свечение. Флюоресценция может возбуждаться и обычным солнечным светом, поэтому зеленые кристаллы флюорита часто имеют фиолетовый оттенок в отраженном свете. Точно так же благодаря флюоресценции красновато-коричневые машинные масла кажутся зелеными в отраженном свете. Любопытно, что добываемый в Дербишире полосчатый флюорит, который известен под названием "блу джон" и используется в течение нескольких столетий для изготовления ваз, шкатулок и декоративных изделий, совсем не флюоресцирует в ультрафиолетовых лучах. Некоторые разновидности фиолетового флюорита обладают интересной особенностью: после облучения ультрафиолетовым светом они продолжают длительное время испускать невидимые ультрафиолетовые лучи, что легко обнаружить, если облученный образец поместить на несколько часов на фотопленку в светонепроницаемую коробку. После проявления в том месте, где пленка соприкасалась с кристаллом, отчетливо виден "автопортрет" образца. Этот эффект проявляется не всегда. Недавно проведенные автором эксперименты с бусами из зеленого прозрачного флюорита дали отрицательный результат, хотя их фиолетовая флюоресценция была весьма интенсивной.
После флюорита наиболее интересными образцами в витрине флюоресцирующих камней будут, пожалуй, прекрасные псевдогексагональные кристаллы арагонита, встречающиеся вместе с природной серой в Джирдженти на Сицилии. Эти кристаллы дают восхитительную розовую флюоресценцию, частично маскирующую зеленую компоненту, которая проявляется в виде зеленой фосфоресценции, продолжающейся в течение нескольких секунд после прекращения облучения,— удивительная картина, когда наблюдаешь ее впервые.
Скаполит из Онтарио — еще один минерал, обладающий яркой флюоресценцией в ультрафиолетовых лучах, в данном случае оранжево-желтой. При исследовании этого света с помощью спектроскопа можно видеть ряд полос, напоминающих спектр соединений урана в так называемом "канареечном" стекле, которое было довольно популярным в декоративных изделиях второй половины XIX века. Однако У. А. Ранциман показал, что наиболее вероятной причиной желтой флюоресценции скаполита является присутствиё в нем небольшого количества серы. К минералам с яркой флюоресценцией относится также силикат цинка — виллемит из месторождения Франклин-Фернес. Его зеленое свечение обусловлено следами марганца. Прекрасную розово-красную флюоресценцию дает кальцит из некоторых известных месторождений.
Возвращаясь вновь к драгоценным камням, отметим, что синтетические желтозеленые шпинели, содержащие следы марганца, имеют яркую зеленую флюоресценцию. Кунцит и желтый топаз из Бразилии светятся слабым оранжевым светом, а белый циркон и желтый апатит дают желтое свечение. Свет, испускаемый цирконом при облучении ультрафиолетовыми лучами, дает в поле спектроскопа серию ярких линий, однако долго облучать этот камень не рекомендуется, так как он может приобрести первичный коричневый цвет. Путем нагревания цирконов до темно-красного каления обычно удается добиться исчезновения коричневого оттенка.
Для желтых и слегка окрашенных сапфиров из Шри Ланки характерна оранжево-желтая флюоресценция. Этот признак имеет практическое значение, поскольку позволяет отличать их от синтетических желтых корундов, в которых не видны изогнутые линии роста и нет пузырьков, что затрудняет их диагностику. Синтетические оранжевые сапфиры дают красную флюоресценцию, обусловленную присутствием хрома.
Карбид кремния (карборунд) характеризуется оранжево-желтой флюоресценцией, особенно после спекания. Это позволяет обнаружить его примесь в алмазных порошках.
Люминесценция в алмазе известна и исследуется уже в течение столетия или больше, но до сих пор она представляет загадку для физиков. Большинство ювелирных алмазов дает небесно-голубую до фиолетовой флюоресценцию при облучении длинноволновым ультрафиолетовым светом, однако интенсивность ее варьирует в широких пределах (и совершенно непредсказуема), причем некоторые камни практически не флюоресцируют. Многочисленные попытки связать эффекты флюоресценции в алмазе со следами примесей или увязать их с определенными месторождениями оказались безуспешными. Однако работа Лайтоулерса с соавторами, выполненная недавно в Королевском колледже в Лондоне, показала, что флюоресценция алмаза может быть объяснена присутствием атомов азота в роли доноров и атомов алюминия в роли акцепторов. В алмазах типа I азот является основной примесью. Голубая флюоресценция связана с определенными длинами волн. Основное положение полос испускания схютветегвует длине волны 415,5 нм, эта полоса является также наиболее важной полосой поглощения в алмазе. Имеются широкие области непрерывного испускания, доходящие до красного конца спектра.
Кривые испускания и поглощения света алмазами, записанные на спектрофотометре, показали, что имеются две основные "системы", расположенные при 415,5 нм в фиолетовой части и при 503 нм в сине-зеленой части спектра. При температурах жидкого азота (-190 °С) эффекты проявляются более четко и интенсивнее, чем при комнатной температуре. В этом случае кривые содержат серию узких "пиков", которые представляют линии или узкие полосы. "Пики" обнаруживают удивительную зеркальную симметрию между полосами поглощения в коротковолновой области спектра для этих двух основных положений и полосами или линиями испускания в длинноволновой области спектра. Сами линии при 415,5 нм и 503 нм могут появляться в спектрах поглощения или испускания в зависимости от условий, что делает их похожими в этом отношении на дублеты в дальней красной части спектра рубина.
Узкие пики, наблюдаемые при низких температурах, при комнатных температурах уширяются и дают слабую волнистость на кривых, соответствующих синей и зеленой системам испускания, и это подтверждается эффектами, наблюдаемыми в ручной спектроскоп, когда исследуется свет, испускаемый ингенсивно флюоресцирующими синими или зелеными алмазами. Эффект "полосчатости" указывает на наличие неясно выраженных максимумов, однако как линии они едва различимы.
.
У некоторых алмазов линии испускания лежат в желтой и красной областях спектра; они не так чувствительны к температуре и могут наблюдаться и измеряться при комнатной температуре. Некоторые из этих ярких линий были обнаружены и измерены сэром Уильямом Круксом в сильном свечении ряда алмазов в катодных лучах, являющихся, по общему признанию, значительно более энергичными возбудителями, чем ультрафиолетовые лучи. Крукс записал линии при 503, 513 и 537 нм для камня, флюоресцирующего таким ярким бледно-зеленым светом, что около него можно было читать. В другом алмазе Крукс наблюдал линии в желтой части при 574 и 589 нм, наличие которых он ошибочно приписал иттрию и натрию. Эти данные приведены в его замечательной книге "Алмазы", опубликованной в 1909 г., однако сама работа была выполнена гораздо раньше.
В Лондонской лаборатории удивительная серия линий наблюдалась при флюоресценции розового алмаза определенного типа, причем было обнаружено несколько таких образцов. Все они при любом виде облучения давали интенсивную оранжевую или оранжево-зеленую флюоресценцию. В спектре флюоресценции таких алмазов отмечалась интенсивная и довольно узкая линия при 575 нм в желтой части спектра наряду с несколькими другими линиями, интенсивность которых убывала в направлении красного края спектра. Приблизительные измерения дали 587, 598 и 617 нм. Эти розовые камни были отнесены к типу На на основании их прозрачности для ультрафиолетовых лучей.
Исследование технических алмазов хорошего качества из Сьера-Леоне, Ганы и т. д. привело к обнаружению нескольких камней, которые дают слабую, но очень резкую линию при 575 нм при облучении их интенсивным сине-фиолетовым светом или длинноволновым ультрафиолетовым светом. В этих алмазах, которые, по-видимому, являются "промежуточными" с той точки зрения, что они пропускают свет с длиной волны вплоть до 240 нм, линия при 575 нм была не главной в спектре, а сопровождалась такой же четкой линией при 537 нм, которая известна как линия поглощения в алмазе и была отмечена ранее Круксом и сравнительно недавно другими исследователями как линия испускания.
Единственным простым способом, с помощью которого геммолог может изучать флюоресценцию алмаза при низких температурах, является использование твердой двуокиси углерода ("сухого льда") — дымящейся твердой массы, применяющейся для охлаждения. Она дает температуру — 70 "С. Сухой лед в количестве до 0,5 кг может храниться в термосе или картонной коробке, завернутой в газеты, причем этого количества достаточно для экспериментов в течение одного дня. Кусочки необходимого размера извлекаются по мере надобности. Сухой лед совсем неопасен, если работать с ним в резиновых перчатках и использовать не проводящую тепло посуду. Алмазы, предназначенные для исследования флюоресценции, должны быть предварительно отобраны и помещены на плоский кусок сухого льда, который сам не флюоресцирует. Если наблюдение ведется достаточно долго, камень через некоторое время покроется инеем, который следует снимать.
При таких условиях эффекты флюоресценции заметны лучше и линии выглядят более четкими. Автору посчастливилось обнаружить структуру тонких линий между 600 и 700 нм в бриллиантах, дававших желтую флюоресценцию, в которых ранее не наблюдалось никаких линий поглощения или испускания.
Конечно, с помощью простых приборов флюоресценцию алмаза можно наблюдать очень неполно. Несомненно, этот минерал заслуживает более детального изучения. В наше время, когда цвет природного алмаза может быть искусственно изменен, а синтетический алмаз уже "стучится в дверь", важно знать особенности поведения алмаза.
Алмаз может служить примером, который демонстрирует всю сложность и важность точного определения камня. Алмаз, такой чистый по виду и простой по составу и структуре, при соответствующем облучении наполняется мерцающими отблесками и тенями, полными интереса и тайны.
Если интенсивно флюоресцирующий голубым светом алмаз удалить из зоны действия ультрафиолетового света и поместить на ладонь, во всех случаях можно видеть довольно устойчивую желтую флюоресценцию — ценный признак для определения алмазов в ювелирных изделиях, поскольку никакие другие минералы, имеющие голубую флюоресценцию, не обнаруживают этого эффекта.
Алмазы, имеющие голубую флюоресценцию, относятся к типу капских алмазов. Алмазы, принадлежащие к типу коричневых алмазов, обычно флюоресцируют зеленым светом и дают полосу испускания и поглощения при 504 нм; голубая флюоресценция камня определяется полосой при 415,5 нм. У многих камней наблюдаются две полосы. Третья группа алмазов флюоресцирует теплым желтым свегом, наблюдаемым в технических камнях чаще, чем в ювелирных.
Роберт Вебстер предложил использовать эту многообразную флюоресценцию алмазов как средство документации дорогих ювелирных изделий, украшенных алмазами. Любой предмет под воздействием ультрафиолетовых лучей дает группу световых пятен различной интенсивности (от яркой до слабой) в зависимости от флюоресценции отдельных камней, причем для каждой конкретной вещи характерен свой определенный рисунок флюоресцирующих пятен, благодаря чему фотография изделий в обычном и ультрафиолетовом свете будет служить неопровержимым документом, подтверждающим идентичность изделия в случае его потери или кражи и последующего возвращения.