формовка пластмассы
гипс iv класса
шкала мооса таблиця минералів

Алмазы с измененной окраской

Алмазы с измененной окраской

Вопрос об окрашенных алмазах приобрел новое звучание в связи с применяющимся в последнее время, особенно в США, окрашиванием бесцветных алмазов некоторыми видами ионизирующего излучения. Наибольшую ценность представляют совершенно бесцветные алмазы, а также алмазы с голубым оттенком, обусловленным, по-видимому, голубой фосфоресценцией бесцветно го камня. Однако редкость алмазов, имеющих какой-либо четкий оттенок, создавала спрос на них со стороны тех, кто мог это себе позволить. Из таких алмазов наиболее известны желтые и коричневые алмазы, но их приходится всего несколько сотен на миллионы камней, добываемых ежегодно. Камни, окрашенные в зеленый, голубой или красный цвета, встречаются исключительно редко. В настоящее время желтоватые или коричневые алмазы, неудовлетворительные с коммерческой точки зрения, путем облучения нейтронами в ядерном реакторе или заряженными частицами в циклотроне могут быть превращены в зеленые камни. При последующем осторожном нагреве последних получают камни коричневого или золотисто-желтого цвета. Облучение пучком электронов дает камни голубого или голубовато-зеленого цвета.
Такие изменения цвета объясняются "радиационными повреждениями", т. е. смещением атомов в решетке кристалла алмаза, вследствие чего в структу-
Рис. 12.6. Тест на "наклон" в действии. Верхний ряд, слева направо: гадолиний-галлиевый гранат (ГГГ), ниобат лития; в центре: иттрий-алюминиевый гранат (ИАГ); нижний ряд, слева направо: кубическая окись циркония, алмаз. (Фото П.Г. Рида).
ре возникают дефекты, приводящие к абсорбции света.
Уже в начале нынешнего века эксперименты сэра Уильяма Крукса показали, что бесцветный алмаз становится зеленым после контакта с радием или его солями. Таким способом было обработано много камней, которые сохраняют свой цвет и поныне. Удивительно, что эти обработанные камни до сих пор заметно радиоактивны и испускают в основном альфа-частицы (ядра гелия), характерные для полония. Круксу не удалось избавиться от радиоактивности путем обработки камней в кислотах и даже в расплавленных щелочах. Повидимому, часть радиоактивных атомов проникла внутрь камня, где их распад все еще продолжается. Линд и Бадуэлл нашли, что цвет камней, приобретенный в результате обработки радием, может быть снят.путем их нагревания до
Рис. 12.7. Авторадиограмма бриллианта и обработанных радием алмазов, имеющих форму капли. Шестичасовая экспозиция на пластинке.
450 °С в течение нескольких часов или при их переогранке.
Радиоактивность таких камней позволяет легко их узнать, поскольку помещенные на несколько часов на фотопленку или фотопластинку они дают авторадиографию (рис. 12.7). Кроме того, на экране, покрытом сульфидом цинка, они дают вспышки. Иногда радиоактивность этих камней настолько сильна, что вызывает повреждение кожи у тех, кто постоянно носит их в кольце.
Алмазы окрашиваются в зеленый цвет путем их облучения в циклотроне. У камня, облученного снизу, наблюдается любопытный "эффект зонтика", если на колету смотреть через площадку (рис. 12.8). У камня, облученного сверху, виден темный ободок, если смотреть на него через павильон. В настоящее время такая обработка почти полностью заменена нейтронной бомбардировкой (как правило, с последующим отжигом) в ядерном реакторе.
Современные облученные камни не проявляют остаточной радиоактивности; они активны только несколько часов непосредственно после облучения, поэтому в настоящее время испытание на авторадиографию потеряло свое значение. Цвет зеленых облученных камней приближается к цвету темного голу-
Рис. 12.8. Цветная каемка в форме зонтика, видимая вблизи колеты у облученных на циклотроне алмазов (доказательство облучения камня) (фото Р. Вебстера).
бовато-зеленого турмалина; он не похож ни на один оттенок цвета, встречающийся у природных алмазов. Камни желтого и коричневого цветов более обманчивы по внешнему виду, однако и они могут быть выявлены, как будет описано ниже, по их аномальному спектру и необычной флюоресценции. Что же касается голубых алмазов, то доктор Дж. Г. Ф. Кастерс из Лаборатории исследования алмазов в Иоганнесбурге нашел, что все природные голубые алмазы относятся к структурному типу, который он обозначил как "Тип НЬ". Эти алмазы характеризуются прозрачностью для ультрафиолетового света вплоть до длины волны 250 нм, фосфоресценцией при облучении коротким ультрафиолетом, а также полупроводниковыми свойствами. Облученные камни всеми этими признаками не обладают, да и цвет Их спектроскопически отличается от цвета редких природных голубых камней.
Для выяснения причин, вызывающих окраску природных алмазов и ее изменение при обработке, необходимы дальнейшие исследования.
Робертсон, Фокс и Мартин первыми (в 1934 г.) разделили алмазы на две категории в соответствии с их прозрачностью для ультрафиолетового света, особенностями инфракрасного поглощения и некоторыми другими свойствами. Наиболее распространенные камни (обозначаемые как тип I) прозрачны для лучей до 300 нм и обычно в той или иной степени флюоресцируют голубым светом. Более редкие алмазы (тип И) прозрачны вплоть до 225 нм и большей частью не флюоресцируют.
Как было отмечено выше, доктор Кастерс нашел, что алмазы типа II могут быть далее разделены на камни типа На, которые не фосфоресцируют и не проводят электричества, и камни типа ИЬ, которые фосфоресцируют после облучения коротковолновым ультрафиолетовым светом и могут пропускать большой поток электронов при разности потенциалов в 250 В.
Камни, прозрачные для коротковолнового ультрафиолетового света, встречаются не так уж редко, как считают некоторые авторитеты. Например, из четырех плоских "портретных" алмазов, находящихся в коллекции автора, три пропускают ультрафиолетовый свет с длиной волны менее 250 нм и только один из них непрозрачен при "нормальной" длине волны около 300 нм. Кроме того, эти четыре камня указывают и на другое явление — промежуточную степень прозрачности, неточно совпадающую в каждом из выделенных типов алмазов (рис. 12.9). Четыре камня помещали на контактную бумагу и в воду и в течение нескольких секунд освещали коротковолновой ультрафиолетовой лампой с фильтром Чанса ОХ7, после чего бумагу проявили. Получалось негативное изображение, следовательно, прямоугольный камень с темной серединой, лежащий справа, в действительности является самым прозрачным для ультрафиолетовых лучей.
В 1959 г. Кайзер и Бонд сделали удивительное открытие. Оказалось, что появление многочисленных линий в ультрафиолетовом и инфракрасном спектрах поглощения алмазов типа I, по которым эта наиболее распространенная разновидность отличается от камней типа II, обусловлено свободным азотом, присутствующим в алмазах типа I в качестве постоянной примеси.
Можно подумать, что эти различия в алмазах, никак не сказывающиеся на их внешнем виде, представляют чисто научный интерес, и поэтому в книге, посвященной практическим методам определения драгоценных камней, им не следует уделять внимания. Однако они могут дать ключ для распознавания камней, окрашенных облучением, и камней, имеющих природную окраску. Например, если действительно все природные голубые алмазы относятся к типу ПЬ, то, следовательно, всякий другой голубой алмаз, который не обладает электропроводностью и непрозрачен для коротковолнового ультрафиолетового света (т. е. проявляет свойства алмаза типа I), приобрел свою окраску в результате облучения. Из этого правила до сих пор не было исключений, хотя, как оказалось, некоторые голубые алмазы обладают свойствами камней типа ПЬ.
Р. А. Дагдейл, работающий в Харуэлле в Научно-исследовательском центре
Рис. 12.9. Демонстрация различия в прозрачности для коротковолнового ультрафиолетового света четырех алмазных таблиц.
по атомной энергии, нашел, что алмазы, окрашенные облучением в зеленый цвет, при последующем отжиге превращаются в коричневые и золотисто-коричневые камни, в спектре которых появляются ранее отсутствующие линии поглощения. Наиболее важной из них с нашей точки зрения является узкая и довольно слабая линия при 595 нм (ранее указывалась линия при 592 нм (США) и 594 нм (Великобритания)) в желтой части спектра, которая у необработанных алмазов наблюдается очень редко. Кроме того, в результате обработки появляются линии при 503 и 496 нм в сине-зеленой части спектра (ранее указывалась линия 504 нм). Необходимо отметить, что некоторые (особенно имеющие коричневый цвет и флюоресцирующие в зеленых тонах) алмазы, не подвергшиеся обработке, также имеют линию при 503 нм в спектре поглощения.
Вице-президент нью-йоркского отделения Американского геммологического института Ж. Р. Кроунингшилд наблюдал линию при 595 им (592) у тысяч обработанных желтых алмазов; собственный опыт автора подтверждает эти наблюдения. Присутствие у желтых и коричневых алмазов линий поглощения в желтой части спектра наряду с линиями при 503 и 496 нм является доказательством того, что камни были обработаны. Линии более заметны в отраженном свете. Линию при 595 нм легко можно не заметить в спектре, рассматриваемом в проходящем свете; она может даже совсем исчезнуть при нагревании камня.
Другой интересный и важный момент в установлении причин окраски алмаза — обнаружение линий поглощения в синей и фиолетовой частях спектра.
которые характерны для капских алмазов. Важной является линия при 415-нм в дальней фиолетовой части спектра, за которой следует серия линий, простирающихся вплоть до ближнего ультрафиолета. Для синей части спектра характерна линия при 478 нм, с которой соседствуют более слабые линии при 465, 451, 435 и 423 нм. Хотя линия при 478 нм не столь четкая и интенсивная, как линия при 415 нм, она зачастую более заметна, чем первая, поскольку находится в области лучшей видимости. Эти присущие капским алмазам линии определенно связаны с какими-то устойчивыми дефектами в решетке алмаза, так как интенсивное облучение и последующий отжиг не оказывают на них никакого влияния. Таким образом, их присутствие в спектре говорит квалифицированному наблюдателю, который к тому же обнаружил линии 595, 503 и 496 нм, что камень, имеющий прекрасный золотисто-желтый цвет, первоначально был обычным бесцветным капским алмазом. Некоторые природные желтые алмазы дают линии, характерные для капских алмазов, тогда как у других, имеющих настоящий желтый цвет, совсем отсутствуют линии поглощения. В то же время они обладают желтой флюоресценцией (см. верхний спектр на рис. 12.10).
Природные алмазы, имеющие характерный спектр капских алмазов, флюоресцируют голубым светом различной интенсивности. В то же время алмазы, дающие линии 503 нм (иногда также более слабую линию при 515 нм), обычно имеют коричневый цвет и флюоресцируют зеленым светом. Следует отметить, что обработанные камни, в которых дефекты, вызывающие появление отмеченных линий, связаны с облучением длинноволновым ультрафиолетовым светом, дают зеленую флюоресценцию. Линия при 496 нм (известная также как Н4) редко встречается в природных окрашенных алмазах, однако с ней часто путают "побочную полосу" линии при 503 нм (известной также как НЗ), находящуюся приблизительно при 497 нм — непосредственно у длинноволнового края линии при 496 нм. Различие между этими двумя линиями, видимыми в ручной спектроскоп, достаточно отчетливое: линия при 496 нм является контрастной и почти не имеет "зон размытости" на краях, тогда как линия при 497 нм обрамляется отчетливо наблюдаемыми "зонами размытости"; при этом последняя линия может быть достаточно интенсивной, если линия при 503 нм тоже интенсивная. Линия при 496 нм часто является достаточно интенсивной в подвергшихся обработке алмазах, которые имеют также инт енсивный спектр, типичный для капских камней; а поскольку облученными являются обыкновенно именно капские камни невысокого качества , то часто обнаруживается,
Рис. 12.10. Спектры поглощения капского алмаза (вверху)
t
u бурых алмазов (внизу).
что в обработанных алмазах линия при 496 нм является более интенсивной, чем линия при 503 нм. В природных окрашенных алмазах, у которых имеются линии поглощения на границе синей и зеленой областей спектра, линия при 503 нм обычно является доминирующей, а кроме того со стороны ее коротковолнового края наблюдается ряд "боковых полос", включая линию при 497 нм.
Различие между обработанными и природными "фантазийными" алмазами может заметить только специалист. Никаких конкретных правил предложить нельзя, поскольку каждый алмаз в какой-то степени индивидуален; можно только указать на главные линии, которые необходимо использовать в работе. Физики, применяя спектрофотометры и работая зачастую при очень низких температурах, усиливающих эффекты, могут выявить характерные различия в кривых поглощения обработанных и природных алмазов, особенно в областях, выходящих за пределы видимого спектра. Геммолог же должен сделать все, что он может, при использовании только простых приборов, но иногда ему удается наблюдать такие аспекты поведения алмаза, которые исчезают из поля зрения ученых.