культевая штифтовая вкладка
проблема распределения ресурсов
камінь банкірів

Определение сапфира

Определение сапфира

Наиболее удачной имитацией природного сапфира является его синтетический аналог. Ниже будут описаны методы, позволяющие различать природные и искусственные камни, хотя в целом синтетические материалы рассмотрены в гл. 9. Как имитация сапфира должна также рассматриваться синтетическая шпинель, окрашенная кобальтом. Изредка можно встретить имитации сапфира из стекла, но они, как правило, уступают синтетическим камням. Старомодный дублет с гранатовой табличкой, наклеенной на синее стекло, встречается редко, однако в последние годы появилось много более эффектных дублетов, в которых коронка из природного австралийского прикреплена к основе из синтетического синего сапфира. Более подробные сведения о таких дублетах приводятся в конце этой главы.
Среди природных синих камней синяя шпинель и синий турмалин встречаются относительно редко, однако высококачественные образцы этих минералов могут быть ошибочно приняты за сапфир, хотя синий цвет шпинели имеет сероватый оттенок, а у индиголита (синий турмалин) цвет, как правило, глубокий индигово-синий с зеленоватым оттенком. Больше похожи на сапфир по цвету такие редкие драгоценные камни, как кианит, бенитоит и иолит, но это коллекционные камни и для изготовления ювелирных изделий массового производства используются редко.
Значительно более важной, чем указанные камни, с точки зрения возможной имитации является прозрачная голубая разновидность цоизита, найденная сравнительно недавно (1967 г.) в Танзании. Поскольку характеристику этого камня можно найти только в последних публикациях, мы приведем здесь более подробное описание, чем принято в книгах, которые, как и наша, посвящены главным образом диагностике камней.
Большие прозрачные кристаллы этого нового и важного драгоценного камня добывали из месторождения в Мерлани-Хиллс, в 60 км к востоку от Аруши, в жиле графитовых сланцев, где он ассоциировался с кальцитом, серой, кварцем и яблочно-зеленым гроссуляром. Кристаллы различного цвета встречаются в пустотах. Наиболее распространенный цвет — коричневый различных оттенков, но попадаются и камни фиолетово-синего цвета. После огранки камни обычно нагревают до сравнительно низкой температуры, в результате чего они приобретают прекрасный синий цвет лучшего сапфира из Шри Ланки. Название "танзанит" для обозначения этих камней было предложено фирмой "Тиффани" и теперь принято повсеместно.
Природные синие кристаллы танзанита обладают сильным плеохроизмом: по n они красно-фиолетовые, по п
— темно-синие и по n
— желто-зеленые. После нагревания характер плеохроизма несколько изменяется: по п
они становятся фиолетово-красными, а по n
и n
— темно-синими. Необходимо помнить, что танзанит очень легко повреждается при ультразвуковой чистке.
Удельный вес минерала очень стабилен и равен 3,355, показатели преломления равны 1,692 и 1,701 для минимального и максимального показателей, соответственно, и 1,694 — для промежуточного показателя. Двупреломление 0,009, твердость 6,5—7 по шкале Мооса (довольно низкая для использования камня в кольцах), спайность отсутствует, поэтому огранка не доставляет особых затруднений. По составу этот цоизит представляет собой силикат кальция и алюминия с 2% воды и 0,02% ванадия; последний, по-видимому, и вызывает окраску. В спектре природных кристаллов наблюдается три широкие полосы поглощения, которые, естественно, меняются по интенсивности в зависимости от направления наблюдения. Наиболее интенсивная линия отмечается при 595 нм, две другие находятся в зеленой (528 нм) и синей (455 нм) частях спектра. В камнях, подвергшихся термической обработке, даже полоса при 595 нм может быть слабой и непригодной для идентификации камня.
В середине 70-х годов на мировом рынке появились очень красивые разновидности синих берилла и топаза, очень похожих по цвету на сапфир. Таким образом, цветовая гамма этих общеизвестных драгоценных камней расширилась, что значительно затрудняет определение сапфира только по внешнему виду. Как оказалось, эти синие бериллы, поступающие, предположительно, из провинции Гойазе в Бразилии, имеют особенности, которые ранее отмечались только у бериллов из месторождения Машише в шт. Минас-Жерайс в Бразилии, известных как бериллы типа "машише". Для таких бериллов характерна серия полос поглощения на красном конце спектра, из которых наиболее сильные располагаются при 699 и 655 нм (гл. 10), и аномальный дихроизм, выражающийся в том, что необыкновенный луч почти бесцветен, а обыкновенный имеет глубокий голубой цвет. Подобная картина противоположна той, которая наблюдается у аквамаринов. Как известно, старые камни "машише" теряют свой прекрасный голубой цвет после продолжительного пребывания на солнечном свету; то же самое, к сожалению, можно сказать и о камнях, которые недавно появились на рынке и благодаря своему прекрасному сапфировому цвету первоначально стоили очень дорого. Цвет в некоторых случаях, как оказалось, может быть восстановлен при облучении нейтронами, и нельзя исключить того, что все эти красивые камни перед продажей были облучены с целью улучшить их окраску. Между прочим, первые синие бериллы, найденные в месторождении Машише, обладали весьма высокой плотностью (2,80). Для добываемых сейчас камней характерны более обычные значения.
С появлением новых разновидностей драгоценных камней, которые так сильно напоминают сапфиры, стало ясно, что первым шагом в определении синего камня, похожего на сапфир (если только предварительный осмотр с помощью лупы не выявил вполне определенно его природу), должно быть измерение его показателей преломления на обычном рефрактометре при использовании света натриевой лампы или хорошего цветного фильтра. Если показатели преломления имеют значения 1,76—1,77, то можно с уверенностью сказать, что это природный или синтетический сапфир.
Рассмотрим вначале природные камни. Синий цоизит можно определить лишь с помощью рефрактометра, правда, у кианита, который изредка встречается в виде прекрасных синих кристаллов, показатели преломления очень ненамного превышают цоизитовые. Но у кианита гораздо больше двупреломление (0,016), что может служить хорошим отличительным признаком. Очень хорошая спайность кианита затрудняет огранку и придает камню характерный вид. Его твердость сильно меняется (от 4 до 7) в зависимости от направления царапания, но в случае ограненных камней это свойство, естественно, не может быть использовано для диагностики.
Синяя шпинель дает один показатель преломления на рефрактометре (1,72), который заметно ниже показателя преломления синтетической шпинели (1,728). Однако следует помнить, что в природной шпинели почти всегда присутствует цинк (замещающий магний) и железо, которое обусловливает окраску камня. Цинк может значительно повышать показатель преломления шпинели, иногда до 1,735. В некоторых ганошпинелях, как иногда называют богатые цинком разновидности, присутствует до 20% цинка, вследствие чего показатель преломления достигает значения 1,75, а удельный вес превышает 4,0. Для определения шпинели полезен ее спектр поглощения. Он имеет широкую полосу в синей части спектра при 459 нм, которую следует отличать от узкой полосы при 450 нм, характерной для спектра поглощения природного сапфира. К счастью, это не все: имеется также более узкая полоса в зеленой части спектра при 480 нм и еще две полосы в зеленой (при 555 нм) и желтой (при 592 нм) частях спектра, которые особенно отчетливы. Полоса в оранжевой части (при 632 нм) придает спектру шпинели еще более определенный вид. Такие же полосы наблюдаются в спектре л иловатых и коричневатых красных шпинелей, и это необходимо помнить.
Синий турмалин, иногда называемый индиголитом, имеет очень близкие показатели преломления — от 1,62 до 1,64, поэтому для идентификации камня его достаточно изучить с помощью рефрактометра. Дополнить картину может довольно узкая и нечеткая линия поглощения между зеленой и синей частями спектра при 497 нм.
Очень красив иолит, хотя цвет его довольно тусклый и ему недостает блеска и богатства оттенков лучших сапфиров. Камень достаточно твердый и широко используется в недорогих украшениях. Показатели преломления иолита близки к показателям преломления кварца, однако внимательное наблюдение за изменением положения края затененной области при вращении камня показывает, что минерал является двуосным, а не одноосным, как кварц. Общеизвестен очень характерный плеохроизм иолита — в одном направлении он кажется фиолетовым, тогда как в другом выглядит бледным дымчато-желтым. Это свойство послужило основанием для возникновения одного из его названий — "дихроит". Другое название иолита — "кордиерит". Бесцветныйиолит открыт в Шри Ланке.
Из других природных камней, похожих на сапфир, следует упомянуть бенитоит. Не будь он таким редким, его красота и твердость позволили бы ему занять более достойное место в ряду драгоценных камней. Бенитоит найден в Калифорнии в одном или двух месторождениях, где он встречается в небольших количествах в виде мелких камней. По этой причине бенитоит является скорее коллекционным, чем ювелирным камнем. Показатели преломления бенитоита близки к показателям преломления сапфира, как можно видеть в табл. 14.1. Однако он имеет значительно большее двупреломление (0,047), что легко определяется на рефрактометре. Во время открытия этого минерала (1907 г.) рефрактометр еще не стал инструментом широкого пользования, и лишь благодаря сильному дихроизму камня возникло подозрение, что это не сапфир, за который его приняли сначала. Красоту бенитоиту, кроме яркого синего цвета, придает его высокая дисперсия, сравнимая с дисперсией алмаза, которая делает камень таким живым.
Синий топаз, получаемый путем радиоактивного облучения, производится на коммерческой основе уже более десяти лет и по цвету напоминает некоторые сапфиры. Синий цвет малой интенсивности получают обработкой природного материала в гамма-камере с использованием изотопов
Со, но более интенсивная синяя окраска достигается при использовании электронов высоких энергий в линейном ускорителе или нейтронов в ядерных реакторах. Под воздействием гамма-лучей и электронов высоких энергий топаз приобретает коричневатый цвет, а желаемый синий получается последующим нагреванием приблизительно до 200 °С. При этом камни, облученные нейтронами, могут иметь более темно-синий цвет либо чернильный или синевато-стальной оттенок. Этими различными методами получаются топазы, варьирующие по цвету от бледного аквамарина до достаточно интенсивно-синего. Использование облучения низкой энергии, например такого, как в гамма-камере с
Со, не приводит к возникновению каких-либо эффектов остаточной радиации, однако электроны высоких энергий и нейтронная активация вызывают в некоторых топазах радиоактивность, неприемлемую с точки зрения норм безопасности. Для таких камней может потребоваться период остывания, продолжительность которого зависит от полученной дозы облучения. Геммологи легко идентифицируют синие топазы по показателям преломления, но остается второй принципиальный вопрос: можно ли установить, был ли камень подвергнут обработке облучением. Ответ, вероятно, может быть утвердительным, но в настоящее время требуются еще детальные спектрофотометрические исследования.
В некоторых облученных камнях обнаруживаются трещины и отдельность, параллельные базальной плоскости (как и в нормальных кристаллах топаза), а также может наблюдаться зональность, параллельная поверхности огранки. Эта зональность может выражаться в наличии окрашенной в синий цвет наружной оболочки, бесцветной промежуточной части с дефектами (трещинами и т.п.) и бесцветного ядра. Однако камни с выраженными дефектами, по-видимому, бракуются после облучения, а наличие сплошной внешней окрашенной в синий цвет оболочки определить очень непросто, и такой характер окраски редко обнаруживается. Для обычного геммолога лучшим способом оценки синего топаза является проверка цвета. Если его синий цвет более интенсивный, чем у "нормального" аквамарина, то камень практически точно был облучен, хотя и более бледные цвета могут с тем же успехом быть результатом такой обработки. Для тех, кто утверждает, что не стоит раскрывать истинную природу камней со стойкой перманентной окраской, синие топазы не представляют проблем. Для любителей же повальных разоблачений, возможно, уместно будет констатировать факт, что почти все синие топазы на сегодняшнем рынке являются результатом обработки. Даже природные синие топазы, вероятно, уже были облучены в условиях естественной радиации. В настоящее время (1989 г.) не существует какого-либо простого способа определения, дающего определенные результаты. Эти камни имеют показатели преломления 1,612—1,622 (двупреломление 0,010) и плотность 3,56.
Обратимся теперь к другой насущной проблеме: как отличить природный сапфир от синтетического сапфира? Для этого используются те же общие методы, которые применяются при определении рубинов. По показателям преломления и удельному весу их нельзя различить; самым надежным средством является исследование внутренних особенностей камня. Для сапфира обычно достаточен простой осмотр невооруженным глазом, если камень погружен в жидкость, например монобромнафталин, и рассматривается на белом фоне. В подставке для яиц, наполненной водой, можно наблюдать распределение окраски: в синтетическом сапфире всегда имеются изогнутые различно окрашенные полосы, тогда как в природных камнях полосы прямые и располагаются параллельно одной или нескольким граням гексагональной призмы первичного кристалла (рис. 14.1). Однако наличие прямых линий роста более не является критерием природного происхождения сапфиров или рубинов, так как они могут присутствовать также и в синтетических камнях, выращиваемых Чэтемом и другими производителями по методу из раствора в расплаве. Изогнутые полосы в синтетическом сапфире более заметны, чем в синтетическом рубине, поскольку они у него шире (рис. 9.2); в рубине они располагаются близко друг к другу и их трудно различить невооруженным глазом. Газовые пузырьки, одиночные или собранные в группы, — характерный признак синтетических материалов, полученных методом Вернейля, и синтетический сапфир обычно содержит такие пузырьки (рис. 14.2).
Природные камни почти всегда обнаруживают следы медленной кристаллизации из химически сложных жидкостей. Растущий кристалл сапфира мог захватывать материнский раствор, который оставался в виде включения в кристалле, как немой свидетель, помогающий в наших расследованиях. Включения в природных сапфирах несколько различны для разных месторождений.
Так, типичные включения в сапфирах из Шри Ланки состоят из слоев мелких кристаллов или жидких включений, которые отражают свет от одной плоскости, причем эти слои часто слегка изогнуты и похожи на отпечаток пальца (рис. 14.3).
Однако скопления включений ("перья") сходного облика имеются во многих синтетических сапфирах, выращенных по методу из раствора в расплаве. Тогда как в природных камнях отдельные "капельки" в таких скоплениях содержат жидкость (а, возможно, также газовую фазу и твердый кристалл), включения в синтетических камнях состоят из частиц затвердевшего флюса, в порах которых иногда содержится газ. Изучение в отраженном свете помогает в выяснении природы капель, а также может выявить присутствие блестящих кристаллов платины, которые иногда видны к материале, выращенном из флюсированного расплава. Другие характерные включения в сапфирах из Шри Ланки представлены округлыми кристаллами циркона, имеющими высокий рельеф и окруженными гало, похожими на трещины (рис. 14.4). В них нередко встречаются трехфазные включения, содержащие жидкость, I юдиижный газовый пузырек и кристалл гематита или другою минерала (рис. 14.5).
Рис. 14.1. Прямые окрашенные полосы в природном сапфире.
Рис. 14.2. Пузырьки в синтетическом сапфире.
Рис. 14.3. Включения материнского раствора в сапфире из Шри Ланки.
Характерен для них и "шелк" — иглы рутила — (рис. 14.6), однако кристаллики, наблюдаемые в сапфирах из Шри-Ланки и Бирмы, могут быть, как крупными так и тонкими, как длинными, так и короткими. Часто наблюдается кристаллографически ориентированное гексагональное расположение этих включений. Сапфиры (и рубины), происхождение которых связано с базальтами (таиландские, камбоджийские, австралийские и некоторые другие корунды), могут содержать кристаллы пирохлора и граната, а кристаллы и двойниковые пластинки плагиоклаза видны в таиландских и камбоджийских (пайлинских) камнях. Таиландские сапфиры напоминают таиландские рубины тем, что часто содержат непрозрачные кристаллы (некоторые из которых являются пирохлором), окруженные д искообразными кружевными скоплениями включений. Гексагональные структуры (линии) роста присутствуют во многих сапфирах, но особенно хорошо видны в камнях из Австралии и Монтаны; однако следует помнить, что такие гексагональные структуры уже наблюдаются также и в синтетических аналогах, выращенных Чэтемом и другими производителями.
Рис. 14.4. Типичные включения циркона в сапфире из Шри Ланки.
Рис. 14.5. Трехфазные включения в сапфире из Шри Ланки.
Рис. 14.6. Часто встречающиеся включения длинных "шелковинок" в сапфире из Шри Ланки.
Кашмирские сапфиры обязаны своей привлекательной "молочностью" мельчайшим жидким или выделившимся из расплава включениям, часто образующим скопления в виде неясных полос или "облаков". Для корунда из района реки Умба в Восточной Африке характерно присутствие бемита (минерала, по составу отвечающего окиси алюминия), который часто отделывает тонкой бахромой линии двойниковых плоскостей. Кристаллы апатита также являются характерной чертой камней с реки Умба, хотя апатит, по-видимому, вообще является наиболее широко распространенным из всех акцессорных минералов в сапфирах.
Одним из способов определения природы сапфира, у которого отсутствуют явные признаки определенной генетической принадлежности, является исследование камня в проходящем свете с помощью малого призменного спектро скопа. Как это сделать, чтобы добиться наилучших результатов, объяснено в гл. 10. Большинство природных сапфиров дает узкую полосу поглощения, в дальней синей части спектра, а иногда группу из трех полос с наиболее интенсивной полосой при 450 нм. Если эта полоса видна, то камень несомненно относится к природным, поскольку синтетические камни подобных полос в спектре не имеют. У всех без исключения австралийских сапфиров интенсивны все три полосы, тогда как в спектрах сапфиров из Монтаны, Таиланда, Кении, Кашмира и Бирмы интенсивность их снижается (в порядке перечисления местонахождений). У некоторых камней из Шри Ланки практически не видна полоса при 450 нм, однако они часто содержат следы хрома и поэтому дают яркий красный дублет флюоресценции. (Нелишне будет отметить, что некоторые синтетические сапфиры также дают красную флюоресценцию.).
С помощью коротковолновой ультрафиолетовой лампы типа " Минералайт" можно различить природные и синтетические сапфиры, хотя, как и все другие испытания на флюоресценцию, этот метод должен применяться с осторожностью и полностью полагаться на него не следует. Титан, присутствующий в синтетических синих сапфирах, повышает беловатую и грязно-зеленую флюоресценцию на поверхности; для наблюдения такой флюоресценции требуется почти полная темнота и адаптация глаз. Эффект наиболее заметен, если на освещаемый камень смотреть сбоку. Такой же эффект дают природные сапфиры из Шри Ланки с очень низким содержанием железа, однако большинство природных камней инертно к коротковолновым ультрафиолетовым лучам. Если с помощью лупы наблюдать флюоресцирующие синтетические камни, часто на их поверхности можно заметить изогнутые линии роста (они видны более отчетливо, чем при обычном освещении). Это может означать только то, что исследуемый камень представляет собой синтетический сапфир. Как уже отмечалось в главе о рубине, использование коротковолнового ультрафиолетового излучения особенно полезно в тех случаях, когда в кольце или браслете среди природных камней, составляющих большинство, обнаружены под микроскопом один или два синтетических сапфира. Если эти сомнительные камни флюоресцируют, то это служит еще одним доказательством их природы; кроме того, это дает полную гарантию того, что в группе больше нет синтетических камней.
Кроме синтетического сапфира для имитации сапфира иногда используют синтетическую шпинель. Такую подделку обычно легко выявить путем простого осмотра, поскольку при искусственном или солнечном освещении наблюдаются красные рефлексы от некоторых задних граней благодаря значительной доле красной области в спектре кобальта — элемента, окрашивающего шпинель в синий цвет. Его присутствие в синтетических камнях приводит к тому, что под фильтром Челси такие камни выглядят ярко-красными. Аналогичный эффект наблюдается в синих стеклах, окрашенных кобальтом, и в синих дублетах, у которых площадка выполнена из граната, а все остальные грани — из окрашенного кобальтом стекла.
О новом типе сапфирового дублета, чрезвычайно похожего на настоящий камень и вызывающего большое беспокойство у ювелиров, уже было упомянуто в начале этой главы. Для изготовления коронки ограненного камня в нем используется тонкая пластинка австралийского природного сапфира, обычно зеленовато-синего цвета, которая по плоскости рундиста приклеивается к основанию из синего синтетического сапфира.
Место соединения частей дублета часто совершенно незаметно, так что партии таких незакрепленных дублетов сначала принимали за природные камни без каких-либо сомнений. В коронке камня видны прямолинейные цветные полосы и природные включения, создающие полное впечатление природного камня, а в спектроскопе наблюдается характерный набор полос поглощения, подтверждающий это впечатление. Как всегда в тех случаях, когда существует реальная возможность встретиться с дублетами, прежде всего необходимо задать себе вопрос: не является ли данный камень составным? Если при этом оправа затрудняет наблюдение изогнутых линий роста или пузырьков в основании камня, хорошим доказательством его природы станет беловато-синяя илц зеленоватая флюоресценция, возникающая при облучении синтетических камней коротковолновым ультрафиолетовым светом. Некоторые имитации сапфира, выполненные из стекла, окрашены не кобальтом, а железом и т. п., поэтому они не выглядят красными под фильтром Челси. Синюю синтетическую шпинель легко отличить от сапфира по отсутствию дихроизма и только одному показателю преломления (1,127). Здесь, по-видимому, стоит предупредить читателя. Сапфиры из Шри «Ланки часто содержат следы окиси хрома и поэтому выглядят под фильтром красными. Эффекты, наблюдаемые под фильтром, никогда не следует принимать слепо, как окончательное доказательство природы рассматриваемого камня. Они должны рассматриваться только как один из важных^диагностических признаков (более подробно этот вопрос рассматривался в гл. 4).
Тепловая обработка.
В семидесятые годы стало известно, что сероватые молочные сапфиры, известные в Шри Ланке как "геуда" ("geuda"), могут подвергаться тепловой обработке с получением синих сапфиров хорошего качества. Было также обнаружено, что нагреванием можно избавиться от синей окраски в отдельных участках рубина, а также улучшить цвет многих синих сапфиров. Эти изменения окраски являются устойчивыми, и некоторые утверждают, что раз это так, то не обязательно ставит^ клиента в известность о проведенной обработке. Другие заявляют, что говорить желательно обо всем. Из того, что температуры, используемые при тепловой обработке, могут достигать 1900 °С следует, что некоторые включения, такие как альбит, кальцит, пирит и другие при этом расплавляются и теряют кристаллические формы. В результате увеличения объема при нагревании в окружающем включение микрообъеме кристалла-хозяина возникают разрывы и формируется ореол напряженного состояния вещества.
При наличии более крупных включений, вмещающий их кристалл может разрушиться под действием возникающего напряжения.
Флюидные включения, имеющие форму отрицательных кристаллов, растрескиваются, и некоторая часть содержащемся в них жидкости просачивается наружу и может способствовать частичному залечиванию образовавшихся трещин растяжения. Эти и другие особенности могут устанавливаться при тщательном микроскопическом изучении. Переплавленные включения, окруженные ореолами напряженного состояния вещества, являются характерной чертой многих подвергшихся термической обработке рубинов и сапфиров.
Диффузионная обработка.
Существует возможность путем нагревания корунда в порошке окиси алюминия (ALjOj), содержащем в различных пропорциях красящие агенты (железо и титан для синих сапфиров, хром для рубинов и железо с хромом для оранжевых сапфиров), придать за счет диффузии дополнительную окраску камню, уже имеющему форму или огранку. Нагревание может происходить при температурах около 1800 °С в течение 24 часов.
Проникновение окраски весьма поверхностное, поэтому в случае переполировки следует проявить большую тщательность, чтобы не удалить окрашенный слой. В ограненных камнях, подвергшихся диффузионной обработке, часто наблюдаются грани с различными цветовыми оттенками; при идентификации таких камней могут помочь также такие особенности, как концентрирование более интенсивных окрасок вокруг рундиста, наблюдающееся при погружении в иммерсионные жидкости, а также проникновение окраски вдоль трещин.
В табл. 14.1 приведен ряд констант различных синих камней.
Таблица 14.1 Физические константы синих камней
Камень
Твердость
Удельный
Показатели Двупре-
Плеохро-
по Моосу
вес, г/см
3
преломления
ломление
изм
Сапфир
9
3,99
1,76-1,77
0,008
Сильный
Бенитоит
6,5
3,67
1,75-1,80
0,047
Сильный
Кианит
4-6
3,69
1,71-1,73
0,016
Сильный
Синтетическая
шпинель
8
3,63
1,727
Нет
Нет
Шпинель
8
3,60
1,72
Нет
Нет
Топаз
8
3,56
1,61-1,62
0,008
Средний
Цоизит
6,5
3,35
1,69-1,70
0,009
Сильный
Турмалин
7
3,10
1,62-1,64
0,020
Сильный
Берилл
7,5
2,70
1,57-1,58
0,006
Сильный
Иолит
7
2,59
1,53-1,54
0,009
Сильный