лечение патологической стираемости зубов
риск и его источники
визначення площі

Определение алмаза

Определение алмаза

Итак, мы подошли к середине книги как в отношении объема, так и по существу содержания. Закончены описания рекомендованных приборов и общих методов определения камней. Остается рассказать подробнее, как эти методы могут использоваться для идентификации отдельных видов камней и каким образом каждый камень можно отличить не только от других, похожих на него природных камней, но и от синтетических материалов — его заменителей.
Так как данная книга не является академическим исследованием, а представляет собой практическое руководство для ювелиров и геммологов, то порядок описания отдельных видов камней обусловлен их значением в торговле. С этой точки зрения алмаз гораздо важнее всех остальных камней; за ним следуют рубин, сапфир и изумруд. Эти четыре камня считались классическими драгоценными камнями и в те дни, когда все другие камни (кроме жемчуга) относились к категории полудрагоценных. Порядок изложения последующих глав более свободный, и если читателю не удается быстро найти описание интересующего его камня, ему следует обратиться к алфавитному указателю.
Стоимость алмазов на мировом рынке превышает 90% стоимости всех других драгоценных камней. Алмаз — один из немногих камней, с которым имеет дело каждый ювелир, надеясь, что он способен в большинстве случаев узнать его по внешнему виду. Однако известно немало случаев, когда даже опытные специалисты допускали дорогостоящие ошибки, и часто потому, что у них не возникало ни малейшего сомнения в правильной идентификации камня. В последние годы, с появлением синтетических материалов, которые по своей игре, яркости и блеску очень похожи на алмаз, задача еще более усложнилась.
Характерный вид алмаза является сложным эффектом "алмазного" блеска его поверхности, совершенства полировки, сверкания и "огня". Все эти свойства обусловлены исключительной твердостью алмаза, высокими показателями преломления, дисперсией, а также мастерством гранильщика.
От поверхности алмаза отражается больше света, чем от любого другого природного бесцветного камня (рис.12.1), и это в сочетании с его твердостью, исключительной ровностью поверхности и высоким качеством полировки граней, которое может быть достигнуто квалифицированным гранильщиком, усиливает своеобразный "алмазный" блеск, присущий только этому камню. Синтетический рубин
Рис. 12.1 Формы природных кристаллов алмаза.
может отражать даже больше света, чем алмаз, а титанат стронция отражает свет почти так же, как алмаз, однако их меньшая твердость не позволяет добиться такой ровной и зеркальной поверхности и таких острых ребер между гранями, как у алмаза. Наклонив алмаз так, чтобы на поверхности площадки появилось отражение окна или электрической лампы, можно заметить, что оно не искажено.
Алмазы обрабатываются таким образом, что практически весь свет, входящий в камень через коронку, полностью отражается от его задних граней как от ряда зеркал (лучи должны падать на них под углами, превышающими критический, который у алмаза составляет всего 24,5 Поэтому, если через хорошо ограненный бриллиант смотреть на свет, будет видна только светящаяся точка в колете и ничего более. Кроме того, если посмотреть через бриллиант, находящийся в надетом на палец кольце, то увидеть палец сквозь него невозможно (из-за полного внутреннего отражения), тогда как через камни, имеющие меньший показатель преломления, палец обычно виден.
Белый свет, входя в алмаз, расщепляется на цветной спектр; в результате возникают вспышки чистых цветов на более мелких гранях коронки. Эти цветные искры в алмазе в сочетании с исключительной оптической прозрачностью камня представляют собой один из главных атрибутов его красоты.
Когда смотрят через площадку, высокий показатель преломления алмаза создает иллюзию значительно меньшей толщины камня, чем это есть на самом деле, что наряду с изотропностью служит другим отличительным признаком алмаза.
Следующий характерный признак, который часто можно обнаружить с помощью лупы,— наличие небольших участков поверхности исходного кристалла на рундисте, которые практически не влияют на красоту камня и часто специально сохраняются гранильщиком, чтобы визуально кристаллографически ориентировать камень в процессе его огранки и полировки. На рундисте часто видны следы необработанной поверхности кристалла. Очень своеобразны включения в алмазе, причем, пожалуй, самыми распространенными из них являются сверкающие блестки графита или других форм углерода. Алмаз хорошо смачивается жирами, поэтому на поверхности ограненного кал^ня после того, как его брали руками, остается жирная пленка. Об этом признаке также следует помнить.
Но достаточно об осмотре камня невооруженным глазом или с помощью лупы; перейдем теперь к его инструментальной диагностике.
Твердость.
Твердость — свойство, которое у драгоценных камней определяется и измеряется с большим трудом, поэтому испытания на твердость следует избегать, если можно применить другие, более точные и менее безопасные для камня методы. Однако алмаз уникален в этом отношении. Более 150 лет назад, когда Моос создал свою шкалу твердости (которая оказалась настолько полезной, что минералоги и геммолога до сих пор ею постоянно пользуются), он обозначил твердость алмаза цифрой 10. Следующим в шкале идет корунд (сапфир) с твердостью 9. За ним следуют топаз (8), кварц (7), полевой шпат (6), апатит (5), флюорит (4), кальцит (3), гипс (2) и тальк (1). Каждый, кто имеет дело с драгоценными камнями, должен запомнить эти цифры. Моос отобрал для своей шкалы те минералы, которые легкодоступны. Числа твердости не определяют истинного значения твердости; они просто указывают, что минерал с более высоким числом царапает другой, с более низким числом, но на нем в свою очередь оставляет царапину минерал, стоящий выше его по шкале. Неоднократно пытались получить точное значение твердости минералов с помощью контролируемого "царапания" под определенной нагрузкой или путем измерения потери веса после шлифования в строго нормируемых условиях, а также методом вдавливания стандартной призмы и измерением размера полученного отпечатка. Последний способ наиболее удобен, так как меньше всего разрушает камень. Результаты, определенные разными методами, не полностью совпадают, поскольку определяются различные типы твердости, однако они позволяют сделать общий вывод, заключающийся в следующем: а) твердость кристалла неодинакова на разных гранях кристалла и в различных направлениях на одной и той же грани; б) различие в твердости между алмазом (10) и корундом (9) гораздо больше, чем между другими минералами с соседними числами твердости по Моосу.
Получены некоторые синтетические абразивы, например карбид кремния (карборунд) и карбид бора, превосходящие по твердости корунд, а также особая, образующаяся при высоких давлениях форма нитрида бора (боразон), сравнимая по твердости с алмазом, однако алмаз все еще остается единственным драгоценным камнем, который оставляет царапины на рубине или сапфире.
Образцы синтетического корунда получить довольно легко, но если их нет, то вместо них можно использовать полированные образцы природного низкокачественного сапфира. Плотно приложив ограненный алмаз ребром или рундистом к поверхности полированного корундового образца, можно заметить, что алмаз "цепляется" за корунд и оставляет на нем видимую царапину, которая не исчезает, если посереть ее мокрым пальцем. Эта простая процедура указывает, что камень является несомненным алмазом, причем, проявляя некоторую осторожность, удается не повредить испытуемый камень независимо от того, окажется ли он алмазом или нет. Титанат стронция, новый синтетический материал, очень похожий на алмаз и имеющий почти такой же, как и он, показатель преломления, очень мягок (не более 5 по шкале Мооса), и легкое прикосновение стальной иглы оставляет на нем отметину.
Показатель преломления.
Алмаз замечателен также своим высоким показателем преломления (2,42) и отсутствием двупреломления, что может служить очень важным признаком минерала, хотя и не является уникальным, присущим только ему свойством. Максимальная величина, определяемая обычным рефрактометром, ограничена значением 1,81 — показателем преломления контактной жидкости. Алмаз, следовательно, даст при испытании на рефрактометре "отрицательный" результат. Однако, если предполагается, что испытуемый камень представляет собой алмаз, его не следует класть на призму рефрактометра, поскольку при этом трудно избежать повреждения мягкого стекла прибора. Кроме алмаза существуют еще три естественных камня, не дающие границ на обьгчном рефрактометре: циркон (1,926—1,985), демантоид (1,89) и сфен (1,90—2,03). Бесцветен из них только циркон, а изотропен только демантоид. У циркона и сфена под лупой видно сильное раздвоение задних граней, а в демантоиде видны типичные включения типа "лошадиного хвоста".
В последние годы искусственно получены два соединения, показатели преломления которых близки или превышают показатель преломления алмаза: синтетический рубин (2,61—2,90) и титанат стронция. Последний к тому же изотропен и имеет показатель преломления (2,41), очень близкий к алмазному. Рутил узнается сразу по очень большому двупреломлению и полыхающему огню, который делает его почти таким же разноцветным, как и опал.
Кроме того, рутил, даже самый лучший, имеет отчетливо выраженный желтоватый оттенок, который сохраняется и тогда, когда на камень наносится тонкая пленка сапфира, чтобы повысить его твердость и улучшить внешний вид. Титанат стронция гораздо больше похож на алмаз — он почти бесцветен и изотропен. Однако у него по сравнению с алмазом слишком много "огня", что сразу же выявляется при сравнении этих двух камней. Этот синтетический камень имеет высокий удельный вес (5,13), но если он закреплен в оправе, то удельный вес не может быть использован для диагностики. Хорошим методом испытания является тщательная проверка твердости камня с помощью стальной иглы, как описано выше. Характерны включения, когда они есть. Как и все прочие имитации алмаза, титанат стронция не обладает присущей алмазу прозрачностью в рентгеновских лучах (эта прозрачность алмаза в рентгеновских лучах показана на рис. 12.4).
Не так давно для имитации алмаза стали применять некоторые другие бесцветные синтетические кристаллы, из которых наиболее важны иттрий-алюминиевый гранат (ИАГ) и кубическая окись циркония, уже описанная в гл. 9. Эти материалы изотропны, и их светопреломление можно определить только на некоторых последних типах рефрактометров.
Отличить алмаз от хорошо известных и давно выпускаемых синтетических материалов — бесцветных сапфира и шпинели, которые часто применяются в дешевых ювелирных изделиях дня имитации алмазов,— можно по показателю преломления. Если камни слишком малы для определения их показателя преломления на рефрактометре, все изделие нужно погрузить в иодистый метилен; при этом сразу же можно обнаружить, что подозрительные камни не являются алмазами. Как сапфир, так и шпинель буквально исчезают в этой жидкости из-за близости их показателей преломления, тогда как ребра алмаза будут видны очень четко.
Флюоресценция.
Флюоресценция алмаза под действием коротковолнового или длинноволнового ультрафиолетового облучения очень непостоянна, но часто весьма характерна и во многих случаях может дать полезную информацию. Особенно удобно использовать флюоресценцию при изучении мелких алмазов, нередко обрамляющих крупные камни в ювелирных изделиях. Помещенные под кварцевую ртутную лампу с фильтром из стекла Вуда или под черную лампу, в которую такой фильтр входит составной частью, одни алмазы будут флюоресцировать ярким небесно-голубым светом, другие дадут менее интенсивное свечение, тогда как третьи окажутся практически инертными. Один или два могут давать желтую или желтоватую флюоресценцию. Если же в таком освещении ни один из камней не флюоресцирует, то это подозрительный признак. С другой стороны, если все камни одинаково флюоресцируют, они определенно не могут быть алмазами.
Испытание на флюоресценцию очень полезно, но оно является лишь ориентировочным, и редко геммолог может с помощью флюоресценции установить точную природу камня. Однако это испытание становится специфичным, если алмаз в длинноволновом ультрафиолетовом свете дает голубую флюоресценцию, сменяющуюся желтым послесвечением, когда камень быстро удаляют из-под лампы или же ее выключают. Такая картина очень характерна для алмазов, имеющих голубую флюоресценцию, причем, чем она интенсивнее, тем интенсивнее будет и фосфоресценция. Алмазы с зеленовато-желтой люминесценцией также дают послесвечение, однако интенсивность его менее определенная. В рентгеновских лучах алмазы ведут себя более однообразно — почти все они светятся интенсивным голубым светом, но, что любопытно, не обнаруживают при этом фосфоресценции.
Фосфоресценция после облучения длинноволновым ультрафиолетовым светом является таким характерным признаком, что стоит освоить этот метод исследования. Интенсивность флюоресценции —при всей стойкости — быстро падает, и, если комната не затемнена полностью, а глаза не адаптированы к темноте, ее можно и не заметить. Если образец облучать на ладони, согнутой в виде чаши, а после прекращения облучения немедленно сжать пальцы в кулак и приложить к нему глаз, то будет хорошо видно свечение алмаза.
Удельный вес.
Эта "константа" алмаза редко используется для диагностических целей даже научными работниками, однако мы ее здесь опишем. Обычно удельный вес алмаза принимается равным 3,52 г/см
, и это является хорошей рабочей величиной. Тщательное измерение удельного веса высококачественных алмазов дает более точное значение — 3,515. Самое близкое к этому значение среди похожих на алмаз минералов имеет сфен (3,53), однако его двупреломление, плеохроизм и низкая твердость без труда позволяют отличить его от алмаза. Стоит упомянуть о гальках из бесцветного топаза, которые легковерные старатели и собиратели-коллекционеры часто принимают за алмаз. Такие гальки имеют удельный вес 3,56. Однако их окатанность и отсутствие характерного алмазного блеска должны рассеять радужные надежды: алмаз никогда так не окатывается.
У всех новых имитаций алмаза — титаната стронция, иттрий-алюминиевого граната (ИАГ) и кубической окиси циркония — удельный вес значительно выше, чем у алмаза, как уже отмечалось в гл. 7. Незакрепленный камень проявит себя как подделка даже без специального определения удельного веса, если опытный ювелир взвесит его обычным путем, поскольку его вес будет значительно выше ожидаемого для алмаза. Ограненные в виде бриллианта, соответствующего алмазу весом 1 карат, указанные камни будут иметь следующий вес: титанат стронция 1,45 карата, иттрий-алюминиевый гранат 1,30 карата и кубическая окись циркония 1,60 карата.
Дисперсия.
Хотя алмаз и знаменит своим "огнем", его дисперсия (0,044) для интервала голубой — зеленый необычайно низка для камня с таким высоким показателем преломления (см. рис. 12.2). Сфен, демантоид и касситерит, имеющие значительно меньшие показатели преломления, превосходят алмаз по величине дисперсии (0,051, 0,057 и 0,071 соответственно), тогда как для камней, сравнимых по показателю преломления с алмазом, таких как сфалерит и титанат стронция, дисперсия должна рассматриваться как нормальная (0,15 и 0,20 соответственно). Однако для большинства людей мера "огня", обнаруживаемого алмазом, достаточна, чтобы увидеть в камне благородную красоту; в то же время титанат стронция и синтетический ругил кажутся опалесцирующими и "кричащими" (см. гл. 3).
Хуже обстоит дело с иттрий-алюминиевым гранатом (ИАГ), хотя его дисперсия (0,028) соответствует его показателю преломления (1,834). Недостаток огня менее заметен в образцах, имеющих ступенчатую огранку, чем в камнях бриллиантовой огранки, причем и по игре, и по блеску он превосходит синтетическую бесцветную шпинель, которая, появившись на мировом рынке в 1935 г., наделала много шума. ИАГ так же прозрачен, как и синтетическая шпинель, абсолютно бесцветен, имеет большую твердость и изотропеи.
Для имитации алмаза используется еще один материал — ниобат лития (линобат), полученный несколько лет назад. Однако широкого применения для этой цели он не нашел. Окрашенные алмазы могут напоминать хорошо ограненный коричневый, желтый или оранжевый природный или синтетический шеелит, хотя его дисперсия (0,026) не очень высока. С точки зрения дисперсии ближе всего к алмазу (0,044) стоит кубическая окись циркония (0,060), также служащая материалом для его имитации.
Двупреломление.
11очти все алмазы обладают двупреломлением, которое обусловлено внутренними напряжениями и дает картину ярко окрашенных пятен, чередующихся с темными полосами. Они хорошо видны, когда их рассматривают между скре-.
Рис. 12.2. Диаграмма, демонстрирующая сравнительно низкую дисперсию алмаза по сравнению .с дисперсией других камней, имеющих такой же высокий показатель преломления.
щенными поляроидами. Эффект двупреломления легко обнаружить в бриллианте, если, удерживая его пинцетом, поместить между скрещенными поляроидами и смотреть в направлении рундиста. Такое двупреломление можно использовать как дополнительный признак при идентификации алмаза. Следует помнить, что аномальное двупреломление имеют также по крайней мера два имитирующие алмаз материала — синтетическая шпинель и стекло. Однако при внимательном наблюдении легко отличить эффект двупреломления в шпинели и стекле от соответствующего эффекта в алмазе.
Читателю может показаться странным, что кристалл кубической сингонии не является изотропным. Напомним, однако, что при обычных условиях только графит представляет собой стабильную форму кристаллического углерода; алмаз стабилен лишь при огромных давлениях, которые существуют на больших глубинах, где он образуется. Именно в таких условиях растущий алмаз захватывает мелкие кристаллы других минералов, которые кристаллизуются одновременно с ним. Поскольку ни один из них не имеет такого низкого коэффициента расширения, как алмаз, то эти чужеродные кристаллы становятся центрами местных напряжений, что часто можно наблюдать при небольшом увеличении между скрещенными поляроидами (рис. 12.3).
Абсорбция.
Как уже было показано у большинства алмазов видна узкая полоса поглощения при 415,5 нм в дальней фиолетовой области, если исследовать прошедший сквозь них свет с помощью подходящего спектроскопа. Лучше всего это заметно при пропускании голубого света (отфильтрованного через колбу с медным купоросом) через грани павильона параллельно плоскости рундиста. В том случае, когда в спектре полоса видна, она определяет алмаз. В капских алмазах основная линия дополняется другими, лежащими в синей и фиолетовой частях спектра. Наиболее интенсивная из них находится вблизи 478 нм. Слабые полосы видны в коричневых алмазах, дающих зеленую флюоресценцию. О них будет сказано ниже.
Рис. 12.3 Алмаз в скрещенных николях; видно двупреломление, вызванное внутренними напряжениями: слева — тип I, справа тип II.
Прозрачность в рентгеновских лучах.
Исключительная прозрачность алмаза в рентгеновских лучах позволяет однозначно определить алмаз даже в простейшей рентгеновской установке (рис. 12.4). Степень прозрачности какого-либо вещества для рентгеновского излучения зависит (для определенной толщины материала) от относительного веса атомов, через которые оно должно пройти. Находясь в зависимости в некоторой степени от материала анода рентгеновской трубки, прозрачность в общем уменьшается в четвертой степени с увеличением атомного номера (он приблизительно равен половине атомного веса) рассматриваемого элемента или элементов. Так, углерод (атомный номер 6) значительно более прозрачен для рентгеновских лучей, чем любой другой драгоценный камень, содержащий такие элементы, как кремний (атомный номер 14) или алюминий (атомный номер 13), не говоря уже о таких металлах, как каль11ий (атомный номер 20) и железо (атомный номер 26). Поэтому экспонирование в те
юние 10 с пленки с разложенными на ней для определения камнями однозначно выжит различие между алмазом и всеми прочими камнями, похожими на него. Это испытание имеет то преимущество, что в случае судебного разбирательства оно предоставляет документированное доказательство. Описанным методом можно определять необработанные камни и даже непрозрачные технические алмазы, такие как борт и поликристаллические карбонадо, которые высоко ценятся за их высокую вязкость, позволяющую использовать эти алмазы в буровых коронках при бурении скважин.
Рис. 12.4. Алмаз прозрачен для рентгеновских лучей, а его имитации их не пропускают.
Включения.
Все алмазы, за исключением камней экстракласса, содержат небольшие включения других минералов, которые, если рассматривать их с помощью лупы 10-кратного увеличения или, что хуже, невооруженным глазом, выглядят темными пятнами. Однако часто включения столь характерны, что опытный специалист сразу же безошибочно может сказать, что камень действительно является алмазом.
Идентификация включенных в алмазы минералов в течение последних десятилетий стала предметом интенсивных исследований. Точное определение включений только путем изучения их под микроскопом не всегда возможно. В связи с этим в прошлом были сделаны некоторые ложные выводы, и потребовалось немало лет, чтобы изъять их из учебников. В последних работах для идентификации включений применялась более убедительная методика, например дробление образцов алмаза для извлечения из них включений. Использовал ись также методы рентгеновской дифракции. К настоящему времени определено уже более 20 минералов, которые могут образовывать включения в алмазе. Самыми важными являются черные включения магнетита и графита, темнокрасные зерна хромовой шпинели и пиропа, зеленого диопсида и энстатита, а также бесцветные октаэдры самого алмаза. Возможность присутствия в алмазе включений циркона и кварца теперь поставлена под сомнение.
Недавно был разработан остроумный метод улучшения внешнего вида алмазов, содержащих некрасивые черные включения. Он заключается в следующем. Через площадку ограненного камня на включения с большой точностью направляется луч лазера. После этого включения бледнеют и становятся менее заметными, а последующая обработка кислотой через выжженный лазером узкий канал позволяет вообще избавиться от них. Диаметр канала, оставляемого лучом лазера, может быть всего 0,12 мм, поэтому его довольно трудно увидеть даже с помощью лупы. При наблюдении сбоку след луча более заметен, к тому же в одном камне бывает несколько следов, каждый из которых направлен к различным включениям. Необходимо отметить, что, обнаружив в камне следы лазерного луча, можно не сомневаться, что это алмаз, поскольку из всех кристаллических драгоценных камней гореть может только алмаз.