Внутренние и внешние дефекты камней.

1.Физические свойства минералов и способы их определения

 

 

Прежде чем мы начнем говорить о диагностических свойствах минералов, надо сформулировать понятие «минерал». Минерал – это природное химическое соединение, являющееся естественным продуктом различных физико-химических процессов, совершающихся в земной коре.

Разнообразнейшие синтетические продукты, то есть искусственно получаемые в лабораториях и в заводских условиях химические соединения, не могут встречаться в природных условиях. Условно называют минералами лишь те искусственные соединения, которые по своему составу и кристаллическому строению отвечают природным соединениям. Вопросы, связанные с терминологией очень важны. Поэтому в 1961 году была создана международная конфедерация по ювелирным камням, изделиям из серебра, алмазам и жемчугу.

Первым шагом при идентификации ювелирных вставок, как уже отмечалось, является отнесение их к драгоценным, полудрагоценным, поделочным камням, к синтетическим аналогам или к имитации.

Для этого могут определяться ряд физических характеристик, химический состав и морфологические свойства камня. Диагностика ювелирных вставок является исследовательской задачей, поскольку номенклатура необходимых и достаточных показателей, а также методы диагностики выбираются экспертом индивидуально для каждого случая идентификации. Диагностика камней, закрепленных в ювелирном изделии, может осложняться тем, что выкрепка камня из оправы чаще всего невозможна.

Из физических свойств могут определяться: твердость, плотность, теплопроводность, люминесценция и оптические характеристики (прозрачность, цвет, блеск, светопреломление, дисперсия, анизотропность, плеохроизм).

Твердость – это сопротивление материалов местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела (индентора). Для минералов она измеряется по относительной шкале твердости Мооса. В качестве стандартов твердости в этой шкале используются 10 минералов, которые имеют собственную твердость, оцениваемую в баллах (см. таблицу). На любом минерале остается царапина, нанесенная материалом, твердость которого больше.

Твердость определяется с помощью карандашей Мооса – это набор металлических стержней, с вставленными в них обломками стандартных минералов. Каждый стержень имеет нумерацию: стержень с алмазом – 10, с корундом – 9 и т.д. Если карандаш с маркировкой «9», царапает исследуемый образец, делается вывод, что образец имеет твердость 8 (топаз) или ниже, если не царапает – перед нами алмаз. Минералы группы корунда (рубины, сапфиры), в свою очередь, будут царапаться карандашом с маркировкой «10», но не царапаться карандашом с маркировкой «8».

 

Шкала твердости Мооса

 

 

Минерал	Твердость
Тальк
Гипс
Кальцит
Флюорит
Апатит
Ортоклаз
Кварц
Топаз
Корунд
Алмаз

 

 

Тест на твердость удобен и прост, но в большинстве случаев не применим, поскольку может вызвать повреждение ограненного камня.

 

Плотность – одна из основных физических характеристик ювелирного камня, она определяется его массой в единице объема и связана с химическим составом и плотностью упаковки атомов или молекул в структуре минерала. Для большинства ювелирных камней плотность лежит в пределах от 1 до 8 г/см³. Наименьшей плотностью обладает янтарь (1,05-1,30), наибольшей – минерал танталит (до 8,20).

Часто достаточно определить приблизительную плотность образца, чтобы различить два сходных по внешнему виду камня, такие, как, например, желтый кварц и топаз, хризоберилловый и кварцевый кошачий глаз и т.д. В этих случаях можно очень быстро определить приблизительную плотность, применяя тяжелые жидкости.

Для определения плотности могут использоваться различные методы: метод тяжелых жидкостей, измерение с помощью пикнометра, метод гидростатического взвешивания и метод эмпирических формул для ограненных камней.

Метод тяжелых жидкостей основан на использовании закона Архимеда. Если на дно длинной трубки залить тяжелую жидкость, а поверх нее аккуратно налить более легкую, а затем еще более легкую, то в результате диффузии в трубке возникнет столб жидкости с градиентом плотности, направленным снизу вверх. Минерал, помещенный в такую градиентную трубку, будет тонуть до тех пор, пока не достигнет слоев жидкости с плотностью, равной плотности минерала. Обычно перед началом испытания, градиентная трубка калибруется при помощи известных образцов. При кажущейся простоте метод применяется достаточно редко, поскольку прозрачные жидкости с высокими плотностями, как правило высокотоксичны. Обычно его применяют только для определения плотности очень мелких камней, когда точность других методик неудовлетворительна. Он рекомендуется при работе с большими партиями мелких бриллиантов, но в этом случае, метод имеет особенности. Камни погружаются в тяжелую жидкость, с плотностью чуть больше плотности алмаза (например 3,7 г/см³) и размешивают. Тогда большинство имитаций опустится на дно, поскольку имеют более высокую плотность, а бриллианты и более легкие имитации останутся на поверхности. Оставшиеся на поверхности камни вынимают, промывают в спирте и высушивают. После полного высушивания их погружают в жидкость с плотностью, чуть ниже, чем у алмаза (например, 3,3 г/см³) и аккуратно перемешивают. Бриллианты опустятся на дно, а имитации, имеющие меньшую плотность, останутся на поверхности. Однако, необходимо проверить собранные с поверхности «имитации» другими методами, поскольку среди них могут попасться бриллианты, оставшиеся на поверхности из-за эффекта поверхностного натяжения.

Янтарь можно отличить от его имитаций из пластмасс с помощью жидкости, которая едва ли может считаться «тяжелой». 10 чайных ложек столовой соли на стакан воды позволит получить раствор, достаточно плотный, чтобы в нем плавал янтарь. Так как плотность различных пластмасс, применяемых для его имитации, заметно выше, они будут тонуть в этом растворе.

Все остальные методы основаны на вычислении средней плотности через определение массы и объема камня. В этом случае масса определяется взвешиванием на весах с точностью до 0,001 г. Объем – косвенным образом, либо с помощью пикнометра, либо гидростатистическим взвешиванием.

Для крупных камней наиболее часто встречающихся огранок имеются эмпирические формулы для определения объема. Например, для вычисления объема вставки круглой огранки применяется формула: V=0,0018 D² х H.

Для измерения линейных размеров может применяться штангенциркуль с цифровым отсчетным устройством или же цифровой измеритель «Лэверидж».

На измерении теплопроводности минерала основаны большинство известных Gemmy Detector’ов. Минералы обладают различной теплопроводностью, самая высокая – у алмаза, на этом и основан принцип действия детектора бриллиантов, позволяющий отличить алмаз от всех других минералов.

Подобный прибор можно использовать для первичной экспресс-диагностики ограненного бриллианта, весом более 0,01карат. Для идентификации необходимо прижать наконечник зонда (в вертикальном положении) к грани образца на 1 – 2 секунды, результат высвечивается на шкале. При таком испытании необходимо следить за тем, чтобы камень имел комнатную температуру, поскольку холодный минерал может показать более высокую теплопроводность, чем он же при комнатной температуре. Кроме того, необходимо периодически проверять прибор, используя для этого контрольные алмазы и имитаторы.

 

2.Оптические свойства минералов и способы их определения

 

Из оптических свойств можно выделить показатель преломления как одну из самых важных характеристик минералов. Значения показателя преломления для данного вида изменяются в очень узком диапазоне, поэтому показатель преломления считают постоянной (константной) величиной и часто используют для диагностики ювелирных камней.

Показатель преломления определяется на рефрактометре. Принцип действия прибора основан на явлении полного внутреннего отражения света при его прохождении из более плотной в менее плотную среду. Зная показатель преломления призмы-столика, на который располагают исследуемый образец, и, измерив критический угол, при котором начинается полное внутреннее отражение, определяют показатель преломления образца. Обычно рефрактометры имеют прозрачную измерительную шкалу, видимую в окуляр прибора, которая градуирована в величинах показателя преломления. Одна часть шкалы, на которую падают отраженные лучи, выглядит освещенной, остальная затемнена. По положению края тени на шкале считывают показатель преломления.

Метод имеет ряд недостатков. Самый существенный из них – невозможность определить значение для минералов, имеющих величину показателя преломления более 1,8.

Еще одной дополнительной оптической характеристикой при диагностике может быть люминесценция. Некоторые ювелирные камни обладают свойствами испускать в ответ на возбуждающее действие падающих на них лучей, другие лучи, которые отличаются от первых по длине волны. Из многих типов люминесценции, наиболее используемой в геммологии, является фотолюминисценция, которая возникает при приобретении веществом энергии в виде электромагнитного излучения (например, в виде видимого света, УФ или рентгеновских лучей). Некоторые самоцветы обладают люминесценцией при их облучении коротковолновым или длинноволновым светом.

Определение химического состава минералов (в том числе и без выкрепки камня из оправы) может быть определено рентгенофлуоресцентным методом или с помощью микрорентгеноспектрального анализатора.

 

3.Морфологические свойства минералов и способы их определения

 

К морфологическим свойствам камня относят цвет, блеск, спайность, форма кристаллов (для неограненных камней), а также наличие определенных включений.

Цвет ювелирного камня зависит от спектрального состава падающего на него света и способности материала отражать или поглащать падающие на него лучи. В геммологической практике для обозначения крашенного камня обычно применяются составные наименования, включающие основной тон (цвет, соответствующий какой-либо части спектра: красный, синий, зеленый) и дополнительные характеристики, устанавливающие чистоту и яркость основного тона. Иногда перед основным тоном может указываться надцвет (оттенок). Для бесцветных драгоценных камней (например, алмаз) основой градации по цвету является надцвет.

Определение цвета осуществляется визуально путем сравнения с эталонными коллекциями, образцами-имитаторами (например, «Колор Скан») или с картами атласа цветов. Оценка должна проводиться в спокойной обстановке. Яркие цвета и лишние предметы должны быть исключены, поскольку это может повлиять на результаты. Необходимо использовать специальное освещение, например, галогенная лампа, имеющая необходимую цветовую температуру. Прямой солнечный свет не должен попадать в помещение. Перед оценкой по цвету каждый камень должен быть очищен и взвешен.

По российским стандартам (РОКБ – российская отраслевая классификация бриллиантов) группа цветности обозначается в виде цифры. Например, для ограненных бриллиантов КР-17 выделены 4 группы цветности: 1 – бесцветные; 2 – с незначительным оттенком желтизны; с небольшим оттенком желтого, зеленого, аквамаринового, серого цвета и с незначительным коричневым надцветом; 3 – желтые: с ясно видимым желтым и небольшим коричневым оттенком; 4 – коричневые. Для КР-33 и КР-57, массой до 0:29 кар – 7 групп и т.д. Бриллианты с уникальным цветом (голубым, розовым, изумрудно зеленым и другими редко встречающимися цветами) относят к первой группе цветности. Если окраска бриллиантов желтых и коричневых тонов, является необычайно яркой и насыщенной, в некоторых случаях она тоже может быть признана уникальной и отнесена к первой группе цветности. Бриллианты, имеющие видимые (при просмотре невооруженным глазом сверху перпендикулярно площадке) графитовые включения, следует относить к последней группе цветности.

Российская отраслевая классификация бриллиантов используется при реализации бриллиантов на внутреннем рынке РФ. В международной практике наиболее распространена классификация GIA. В этой системе используется буквенное обозначение групп цветности. Взяты буквы английского алфавита от D до Z, где каждая предыдущая буква обозначает более высокую группу цветности, чем последующая. Буквами А,В и С обозначается качество огранки.

Иногда можно встретить использование, так называемой, «старой терминологии», утвержденной в 1930 году. По «старой терминологии» для определения цвета использовались английские термины. Например, Jager – бесцветный, голубовато-белый; River – чрезвычайно прозрачный, бесцветный.

Для цветных драгоценных камней оценка цветности имеет свои особенности. Так, в соответствии с ТУ 95-335-88 «Изумруды природные обработанные. Технические условия» предлагается их следующая градация по цвету: 1 – темный зеленый, 2 –средне-темный зеленый, 3 – средний зеленый, 4 – средне-светлый зеленый, 5 – светлый зеленый.

Для корундов (в том числе, рубинов и сапфиров) существуют свои градации по цвету. При определении групп цветности данных камней можно руководствоваться описанием, представленном в скупочном прейскуранте № 3 от 1991 года:

 

№ группы цветности	Рубин	Сапфир
	Ярко-красные	Ярко-синие
	Номально-красные, средне-красные	Нормально-синие, средне-синие
	Светло-красные	Светло-синие

 

 

При экспертизе для рубинов и сапфиров необходимо также учитывать показатель насыщенности цвета. Так, если насыщенность цвета не превышает 60%, то камень будет считаться не рубином (сапфиром), а розовым (голубым) корундом.

Для рубинов и сапфиров иногда встречается неравномерное распределение окраски в виде пятен и полос. Если эффект не имеет сильной выраженности, он допускается.

Согласно ТУ 117-3-0761-1-93 «Вставки граненые из сапфиров природных», сапфиры, подобно изумрудам, могут быть разделены на 5 групп цветности. В практике могут встречаться обе классификации, поэтому при идентификации цветовой группы сапфира эксперту важно знать, какая из классификаций была использована изначально.

Корундам могут быть присущи включения игольчатых кристаллов рутила, которые обуславливают присутствие эффектов переливчатости («кошачьего глаза») или астеризма. Наличие этих эффектов увеличивает ценность камня.

Блеск связан с количеством отраженного от поверхности камня света, его интенсивность тем больше, чем больше показатель преломления минерала. Например, алмазный блеск (коэффициент отражения 1,9-2,5), стеклянный блеск (коэффициент отражения 1,3-1,9) и т.д. Для уточнения блеска применяется термин «отлив» (например, шелковистый как у чароита или перламутровый как у жемчуга).

Спайность – это свойство некоторых кристаллических веществ раскалываться по определенным плоскостям, где имеется более слабая химическая связь. Она проявляется у многих самоцветов. Например, характерное свойство топаза – легкость раскалываться под прямым углом по отношению к вертикальной кристаллографической оси. Синтетическая шпинель (в отличие от природной) характеризуется высокой спайностью по кубу. Алмаз раскалывается в четырех направлениях, параллельно граням правильного октаэдра. При идентификации крупных бриллиантов на рундисте (если он специально не обработан) можно обнаружить уступчатые выбоинки с гладкой поверхностью раскеола. У имитаций же рундист либо полирован, либо сколы имеют неправильную (раковистую) поверхность излома.

Наличие и характер включений анализируют главным образом для того, чтобы идентифицировать синтетические (искусственно выращенные) аналоги природных драгоценных камней. Так, например, для природных алмазов характерны включения минералов, а для синтетических – металлические включения (железо, никель, марганец). Для корундов, полученных методом кристаллизации из раствора в расплаве характерны включения флюсов и материалов тигля (платины, золота, меди), для гидротермальных сапфиров – включение газовых пузырьков. Природные изумруды характеризуются наличием микрокапелек воды, тогда как у перекристаллизованных они отсутствуют; у изумрудов, выращенных гидротермальным способом, включения имеют характерный «вуалевый» или «перьевой» рисунок.