Имитации алмаза и способы их выявления.

1.Физические, оптические и морфологические свойства алмаза и способы их определения

В предыдущих лекциях мы рассмотрели основные методы диагностики драгоценных камней и необходимые для этого приборы и оборудование. Теперь подробно рассмотрим 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.

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, 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 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 камня 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 геммологи 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 потереть 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 обычном 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 было сказано ранее. Характерны включения, когда они есть. Как и все прочие имитации алмаза, титанат стронция не обладает присущей алмазу прозрачностью в рентгеновских лучах.

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. 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 для имитации алмазов, — можно по показателю преломления. Если камни слишком малы для определения их показателя преломления на рефрактометре, все изделие нужно погрузить в йодистый метилену 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 такому 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 рассмотрим. Обычно удельный вес алмаза принимается равным 3,52 г/см³, 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. 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. 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 0,200 соответственно). Однако для боль­шинства людей мера «огня», обнаруживаемого алмазом, достаточ­на, чтобы увидеть в камне благородную красоту; в то же время титанат стронция и синтетический рутил кажутся опалесцирующими и «кричащими».

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 изотропен.

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. Почти 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 скрещенными 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 мере 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.

Абсорбция. Убольшинства ал­мазов видна узкая полоса поглощения при 4155 А 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 4780 А. Слабые поло­сы видны в коричневых алмазах, дающих зеленую флюоресцен­цию.

Прозрачность в рентгеновских лучах. Исключительная прозрач­ность алмаза в рентгеновских лучах позволяет однозначно опреде­лить алмаз даже в простейшей рентгеновской установке. Степень прозрачности какого-либо вещества к рентге­новскому излучению зависит (для определенной толщины мате­риала) от относительного веса атомов, через которые оно должно пройти. Завися 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 металлах, таких, как кальций (атомный номер 20) и железо (атом­ный номер 26). Поэтому экспонирование в течение 10 с пленки с разложенными на ней для определения камнями однозначно выявит 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.

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. Для иденти­

фикации включений применяется более убедительная методика* например дробление образцов алмаза для извлечения из них вклю­чений. Использовались 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, темно-красные 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.