روش های آنالیز سنگ های قیمتی

امروزه آنالیزهای مشخصه یابی های مختلفی برای بررسی ویژگی های سنگ های قیمتی به کار برده می شوند. این روش‌ها بر تعیین ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی سنگ، منشأ، روش‌های بهبود و کیفیت کلی آن‌ها تمرکز دارند. این ویژگی‌ها به گوهرشناسان کمک می‌کند تا به درستی سنگ‌ها را شناسایی، درجه‌بندی و ارزش‌گذاری کنند. از این ویژگی ها می توان به خواص نوری، مغناطیسی و عنصری اشاره کرد. در این مقاله با انواع خواص سنگ ها و روش های آنالیز مرسوم برای مطالعه آنها آشنا می شوید.

تحلیل سنگ‌های قیمتی شامل مجموعه‌ای از روش‌هایی است که جواهرشناسان برای شناسایی، ارزیابی و تأیید اصالت این سنگ‌ها، از آن‌ها استفاده می‌کنند. این روش‌ها بر تعیین ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی سنگ، منشأ، روش‌های بهبود و کیفیت کلی آن‌ها تمرکز دارند. آنالیز سنگ‌های قیمتی می‌تواند برای اهداف مختلفی از جمله تعیین ارزش بازار، تشخیص اصالت، شناسایی ناخالصی‌ها، و کمک به فرآیندهای برش و تراش استفاده شود. در ادامه به رایج‌ترین روش‌های تحلیل سنگ‌های قیمتی اشاره شده است:

خواص نوری

رنگ مهم ترین ویژگی سنگ های قیمتی است. همان طور که یک کانی شناس از رنگ، تداخل رنگی و مشاهده کانوسکوپی (conoscopic observation) برای شناسایی مواد معدنی در یک بخش نازک از سنگ که تحت میکروسکوپ قطبی بررسی می‌شود، استفاده می‌کند، سنگ شناس خلوص و رنگ یک سنگ را مشاهده می‌کند و ضریب شکست آن را از درخشش و ضریب پراکندگی از سنگ های رنگ روشن تخمین میزند. برآورد و کمیت رنگ ها کار دشواری است و در اینجا مورد بحث قرار نخواهد گرفت.

با یک طیف سنج دستی، می توان نوارهای جذب یا انتشار را در طیف مرئی مشاهده کرد که می تواند به شناسایی کمک کند.

ضریب شکست یک ویژگی کلیدی برای شناسایی یک سنگ قیمتی است که می توان آن را توسط رفرکتومتر اندازه گیری کرد. یک ابزار ساده که از بازتاب کامل نور در یک زاویه از سنگ اندازه‌گیری شده و برای برش استفاده میشود. اگر سنگ به اندازه کافی بزرگ باشد، میتوان حتی ویژگی یک محوری یا دو محوری و علامت نوری آن را نیز اندازه‌گیری کرد.

یکی دیگر از راه های آسان برای برآورد شکست‌دوگانه سنگ قیمتی با یک لوپ بزرگ کننده یا میکروسکوپ دوچشمی است. گوهرشناس نگاه می کند تا ببیند آیا لبه‌های جنبه‌های pavilion ، دو برابر نشان داده میشود یا خیر. مثلا مواد آنیزوتروپیک دو برابر شدن را نشان می دهند وکم یا زیاد بودن این ویژگی بسته به میزان شکست دوگانه، مسیر مشاهده و طول مسیر نوری داخل گوهر وابسته است.

Polariscope یکی دیگر از ابزارهای ساده است که از فیلترهای پلاریزه کننده نور استفاده می‌کند و برای جداسازی سنگ‌های ایزوتروپیک نوری از آنیزوتروپیک استفاده می‌شود.

سایر خواص فیزیکی

اندازه گیری گرانش ویژه با استفاده از مایعات سنگین یا مقیاس هیدروستاتیک نتایج بسیار دقیقی را در مورد سنگ های قیمتی ارائه می‌دهد. به عنوان مثال ، امرالدهای سنتز شده با استفاده از روش‌های شار را می توان با گرانش ویژه (S.G.) از امرالدهای طبیعی یا هیدروترمی تشخیص داد ، زیرا کانال های موجود در ساختار کریستال‌های رشد شار خالی هستند (S.G. = 2.65-2.66)، در حالیکه امرالدهای طبیعی یا هیدروترمی حاوی آب و یون های قلیایی می‌باشند (S.G. > 2.68).

خاصیت مغناطیس یکی دیگر از ویژگی‌های فیزیکی است که می تواند با آزمایش ساده ارزیابی شود، به عنوان مثال، با شناور کردن یک سنگ بر روی یک قطعه کوچک از فوم پلی استایرن قرار داده شده بر روی آب و ارسال آن به میدان مغناطیسی یک آهنربا قوی، مواد معدنی پارامغناطیسی (حاوی آهن) را می توان به این روش تشخیص داد. این روش همچنین می تواند برای شناسایی الماس‌های مصنوعی رشد یافته در فلز استفاده شود. این الماس‌ها اغلب از نظر مغناطیسی ضعیف هستند.

تخمین هدایت حرارتی همچنین می تواند در شناسایی جواهرات کمک کند. داستان‌هایی از گوهرشناسان گفته می‌شود که می توانند شیشه‌ای از کوارتز یا توپاز قهوه‌ای از سیترین ارزان قیمت را با چشمان بسته تشخیص دهند ، فقط با برآورد هدایت حرارتی از احساس سرما (برای کوارتز) هنگام نگه داشتن سنگ ها در برابر لب‌هایشان.

آنالیزهای روشنایی

اگر اندازه‌گیری خواص فیزیکی با ابزار ساده به فرد اجازه دهد تا گونه‌های معدنی را تعیین کند ، معمولا نشان نمی دهد که آیا سنگ طبیعی یا مصنوعی است، آیا بهبود یافته است یا خیر، یا حتی منشأ جغرافیایی آن کجاست. با این حال ، در بیشتر موارد ، این سوالات را میتوان با مشاهده دقیق با استفاده از تکنیک‌های مختلف روشنایی در طول موج‌های مختلف مورد توجه قرار داد.

تکنیک‌های روشنایی و لومینسانس

هنگام مشاهده سنگ‌های قیمتی زیر میکروسکوپ دوچشمی، روشنایی بسیار مهم است. نور عبوری، نور شیب دار یا جانبی ، نور متمرکز یا پراکنده، تصویربرداری در میدان تاریک می تواند ویژگی های مختلفی را نشان دهد. به عنوان مثال ، آمتیست‌های طبیعی و مصنوعی را می توان با وجود یا عدم وجود دوتایی شدن با مشاهده نور عبوری در مایع غوطه‌ور با استفاده از فیلترهای قطبی‌کننده متقاطع ، تشخیص داد.

برخی از سنگ‌های قیمتی بسته به دمای رنگ منبع نور، رنگ های مختلفی را نشان می دهند. برای مثال تغییر رنگ الکساندریت بدین صورت است که در زیر نور رشته ای به رنگ قرمز و در زیر نور طبیعی به رنگ سبز مشاهده می شود.

به عنوان جایگزینی برای نور مرئی چند رنگ، می توان از یک ماوراء بنفش (UV) یا یک منبع نور تک رنگ برای مشاهده رنگ‌های درخشندگی و ناهمگونی در یک سنگ استفاده کرد. اگرچه گاهی اوقات می توان لومینسانس (به عنوان مثال فلوروسانس ، فسفرسانس یا هر دو) را با یک لامپ UV ساده مشاهده کرد. به عنوان مثال ، انواع رنگ های لومینسانس را می توان با الماس نشان داد که توسط ناخالصی‌ها و نقص‌ها ایجاد می شوند. حدود یک سوم از تمام الماس‌ها لومینسانس دارند. آنها معمولا ، یک نور آبی را در زیر نور UV دارای طول موج بلند نشان میدهند که  ناشی از مراکز N3 (کلاسترهای حاوی سه اتم نیتروژن جایگزین سه اتم کربن در اطراف یک فضای خالی شده‌اند) است. نقص دیگری در الماس، نور لومینسانس سبز مایل به زرد را ایجاد می کند که به دلیل مراکز H3 ایجاد شده است که معمولا می تواند تحت تحریک شدید نور سفید مشاهده شود.

همچنین رشد کریستال به عنوان فاکتوری برای رنگ و لومینسانس نشان داده شده است:
با رشد کریستال‌ها، تغییرات در محیط آنها می تواند با توزیع ناهمگن عناصر کمیاب یا نقص‌ها ثبت شود. منطقه بندی نوسانی اغلب در سنگ های قیمتی رنگی مشاهده می شود. سنگ‌های طبیعی منطقه بندی بسیار متفاوتی از کریستال‌های مصنوعی را نشان میدهند و الگوهای منطقه بندی اغلب می‌توانند برای تمایزسنگ‌های طبیعی از سنگ‌های مصنوعی استفاده شوند. درحالی که سنگ‌های طبیعی اغلب منطقه بندی پیچیده ای را نشان می دهند، الماس های مصنوعی رشد شار، منطقه بندی بخش بسیار منظمی را نشان می دهند (منطقه بندی ساده). همچنین هنگامی که ناهمگونی‌های رنگ مشاهده نمی شوند ، الگوهای رشد گاهی اوقات می توانند توسط لومینسانس آشکار شوند.

گسترش چشم با طیف سنجی

هنگامی که روش های ساده تشخیص واضحی را ارائه نمی دهند، شناسایی اولیه سنگ های مصنوعی از طریق چشم امکان پذیر است. سنگ های بزرگ رنگی بدون هیچ گونه جز اضافه یا ناهمگونی رنگ همیشه مشکوک هستند زیرا احتمالا مصنوعی می باشند، اما از سوی دیگر اگر طبیعی باشند ارزش بالایی دارند.

از فرابنفش تا مادون‌قرمز

طیف سنجی نور مرئی آنچه را که چشم به عنوان رنگ می‌بیند، اندازه گیری می کند و در موارد مطلوب، در شناسایی منشأ رنگ کمک می کند. طیف سنج های UV-Visible یا آنالیز  رامان نیز می توانند برای طیف سنجی فوتولومینسانس استفاده شوند. به عنوان مثال ، در اسپینل قرمز ، نوارهای انتشار Ce³⁺ همان الگوی طبیعی را در مقایسه با نمونه‌های مصنوعی نشان نمیدهند.

طیف سنج های UV-Visible 
طیف سنجی برای بررسی دامنه‌های طیف الکترومغناطیسی که توسط چشم انسان تشخیص داده نمی شوند ، مانند UV و IR بسیار جالب است. طیف سنجی‌های ارتعاشی می توانند به عنوان "روش‌های اثر انگشت" برای شناسایی غیرمخرب گونه‌ها استفاده شوند، به خصوص وقتی که سایر خواص گوهر شناسی بسیار مشابه هستند. طیف سنجی رامان و FTIR در محدوده 1400-400 cm^-1 به ویژه برای شناسایی جواهرات غیرمعمول مفید است. به عنوان مثال، این روش‌ها می توانند بین جواهرات کمیاب ماسگراویت و تافیت تمایز قائل شوند که در غیر این صورت تقریبا بدون استفاده از پراش اشعه ایکس غیرقابل تشخیص هستند.

طیف سنجی FTIR معمولا برای اندازه گیری مقادیرجزئی آب و حضور ترکیبات آلی و مشخصه یابی الماس کاربرد دارد. برای الماس، این تکنیک شناسایی نوع ناخالصی‌ها (N, B, H) را فراهم می کند و بسیاری از ویژگی‌های کوچک ، تیز و جذبی مرتبط با طبیعی یا مصنوعی بودن جواهر را نشان می‌دهد. از آنجا که بیشتر جواهرات غیر ارگانیک هستند ، وجود مولکول های آلی می تواند اثبات اشباع شدگی با رزین ، روغن یا پلیمر باشد.

استفاده از اشعه X برای آنالیز شیمیایی

وجود عناصر اصلی و کمیاب در سنگ‌های قیمتی را می توان با طیف سنجی نشر اشعه X تجزیه و تحلیل کرد. از میان انواع روش ها، فلورسانس اشعه ایکس پراکنده انرژی (ED-XRF) رایج ترین تکنیک است، زیرا نیازی به آماده سازی نمونه ندارد. میکروسکوپ الکترونی اسکن تحلیلی نیز معمولا مورد استفاده قرار می گیرد، به ویژه در تجهیزات "فشار متغیر" که امکان مشاهده و تجزیه و تحلیل کیفی را بدون نیاز به پوشش نمونه‌ها با یک لایه رسانا فراهم می کند.
محتوای عناصر کمیاب سنگ‌های قیمتی می تواند برای تمایز طبیعی یا مصنوعی بودن سنگ‌ها استفاده کرد (منشأ مختلف سنگ‌های طبیعی یا روش سنتز سنگ‌های مصنوعی). این روش به ویژه برای یاقوت‌هایی که ناهمگونی رنگ در آنها مشاهده نمیشود، مفید است. به طور مشابه با روش‌های طیف سنجی، مقایسه ترکیبات عناصر کمیاب باید با احتیاط انجام شود یعنی تنها بر روی سنگ‌هایی با رنگ مشابه اعمال شود. برای اطلاعات بیشتر می توانید آنالیز سنگ های قیمتی با استفاده از آنالیز XRF مطالعه بفرمایید.

 آنالیز سنگ های قیمتی با استفاده از آنالیز XRF

تکنیک‌های میکرو مخرب 

حتی اگر قانون این باشد که تجزیه و تحلیل جواهرات باید غیرمخرب باشد، ممکن است در برخی موارد لازم باشد که به تکنیک‌های میکرو مخرب متوسل شوید. در این تکنیک‌ها ، مقدار کمی (به طور معمول قطر10 تا 50 میکرون) از سنگ قیمتی نمونه گیری می شود که با چشم غیرمسلح دیده نمی شود. بنابراین این روش قابل قبول است، به خصوص اگر آنالیز بر روی قسمت کمربند سنگ (girdle) انجام شود.
تکنیک های اصلی میکرومخرب در زمین شناسی، طیف سنجی laser-induced plasma (or breakdown) spectroscopy (LIBS or LIBS) و طیف سنجی  laser ablation–inductively coupled plasma–mass (LA–ICP–MS) است. هر دو تکنیک توانایی آنالیز مقادیر کم عناصر را با حد تشخیص تا سطح ppm (یا پایین‌تر) می دهد و نیازی به آماده سازی نمونه ها ندارد.
طیف سنجی جرم یون ثانویه (SIMS ، که معمولا به عنوان "پروب یون" نامیده می شود) همچنین امکانات منحصر به فردی برای آنالیز مقادیر کم عناصر و ترکیبات ایزوتوپ را ارائه می دهد و حتی کمتر از تکنیک‌های مبتنی بر لیزر مخرب است. با این حال، SIMS نیاز به آماده سازی نمونه خاص دارد و در حال حاضر آنقدر پیچیده و گران است که نمی تواند به طور معمول برای تجزیه و تحلیل سنگ‌های قیمتی استفاده شود.