Madagascar đã trở thành một trong những nguồn cung cấp sapphire xanh tốt hàng đầu thế giới trong thời gian gần đây. Ngoài vật liệu đẹp chưa qua xử lý, ngày càng có nhiều loại đá đã qua xử lý xuất hiện trên thị trường. Một số đã được nung ở nhiệt độ tương đối thấp dưới 1350 ° C để làm sáng màu của chúng. Để giúp tách sapphire Madagascar chưa được làm nóng và nung nóng. Chúng tôi đã thực hiện các thí nghiệm để ghi lại những thay đổi mà chúng trải qua bằng cách xử lý nhiệt ở nhiệt độ thấp trong không khí, vốn là một bầu khí quyển oxy hóa.
Giới thiệu về Nghiên cứu Sapphire Madagascar
Nghiên cứu này được khơi mào bởi một bình luận năm 2017 từ nhà đá quý người Úc Terry Coldham. Tại Bangkok, anh tình cờ gặp một người bạn với một gói sapphire Madagascar. Bạn của anh Coldham cho biết anh sẽ “đi đến lò đốt”, với hy vọng “làm ngọt” màu bằng cách xử lý nhiệt độ thấp sẽ làm sáng màu. Ông chỉ ra rằng nhiệt độ họ đang sử dụng có thể dưới 1000 ° C. Điều này trùng hợp với cơn sốt sapphire tại Bemtain (Perkins & Pardieu, 2016) sản xuất ngọc bích màu xanh lam chất lượng cao (hình 1), từ màu sáng hơn với hàm lượng sắt thấp hơn đến màu xanh lam đậm hơn nhiều với hàm lượng sắt cao hơn
Sự phong phú của Sapphire xanh từ Madagascar đang được thử nghiệm tại Lotus Gemology ở Bangkok, cùng với tin đồn về xử lý nhiệt ở nhiệt độ thấp hơn (xem phần “Định nghĩa“ Nhiệt độ “Thấp” bên dưới), cho thấy sự cần thiết phải nghiên cứu thêm và các thí nghiệm xử lý nhiệt trên vật liệu này. Mục đích của chúng tôi là ghi lại các đặc điểm của ngọc bích Madagascar và phát hiện loại xử lý nhiệt này.
Địa chất học
Khoảng 750–500 triệu năm trước, Madagascar là một phần của siêu lục địa Gondwana, nằm giữa khu vực ngày nay là Đông Phi, nam Ấn Độ và Sri Lanka. Ngày nay, khu vực này, được gọi là Vành đai Orogenic Mozambique (Liên Phi), là nơi có một số mỏ corundum phong phú nhất thế giới. Nhiều khu vực từng là một phần của vành đai này hiện là những nhà sản xuất ruby và sapphire hàng đầu thế giới (xem hình 2, trên cùng).
Phần lớn Sapphire ở Madagascar là đá biến chất (mặc dù Sapphire có liên quan đến đá bazan được tìm thấy ở cực bắc) và được thu hồi từ các mỏ thứ cấp (hình 2, dưới cùng). Không rõ những viên ngọc bích này sẽ hình thành khi nào, nhưng các tài liệu cho rằng chúng có khả năng 650–560 triệu năm tuổi
Do vị trí của Madagascar gần với Sri Lanka ngày nay vào thời điểm ngọc bích hình thành trong lòng đất, nên có thể hiểu rằng sẽ có sự trùng lặp giữa các viên ngọc bích từ hai nguồn gốc này về màu sắc và đặc điểm bên trong, đôi khi khiến chúng khó tách biệt. .
Đảo Madagascar, một trong những hòn đảo đa dạng sinh học nhất trên thế giới, cung cấp vô số đá quý. Một số ước tính rằng có khả năng 90% đất đai là đá quý. Hầu hết những viên ruby và sapphire quan trọng được tìm thấy đều tập trung về phía đông của hòn đảo. Đá quý đáng kể đổ xô vào các mỏ dạng sơ cấp gần Andrebabe, Andilamena và Didy nằm trên ranh giới giữa các đơn vị Antananarivo và Tsaratanana (Rakotondrazafy và cộng sự, 2008; Pardieu và cộng sự, 2017). Ở phía nam, đã có sản lượng đáng chú ý về cả sapphire màu xanh lam và màu sắc lạ mắt, với hoạt động khai thác và buôn bán tập trung quanh thị trấn Ilakaka.
Thử nghiệm và Kết quả
1. Mẫu
Mười hai mẫu sapphire xanh Madagascar chưa qua xử lý được chọn từ các bưu kiện từ ba địa điểm đã được chuẩn bị cho các thí nghiệm gia nhiệt. Các mẫu 1–4 được Rosey Perkins thu thập vào năm 2017 ở Bemtain, Madagascar. Các mẫu 5–8 đã được mua bởi một nhóm từ Lotus Gemology trong chuyến đi năm 2016 đến Ilakaka, Madagascar. Các mẫu 9-12 được lấy ở Bangkok từ rất nhiều viên sapphire Andranondambo thô từ Simon Dussart của Asia Lounges và Isaac Stern. Tất cả các viên đá đã được kiểm tra trước khi nung và cho thấy các đặc điểm phù hợp với sapphire Madagascar chưa qua xử lý (Peretti và Peretti, 2017; Krzemnicki và cộng sự, 2017).
2. Chuẩn bị mẫu
Bốn mẫu được chọn từ mỗi trong ba kiện từ Bemtain, Ilakaka và Andranondambo, tùy theo màu sắc và chất bao gồm của chúng. Ưu tiên cho những loại có màu tối hơn với các tạp chất đặc trưng và một số thể hiện sự phân vùng màu. Các mẫu tối hơn được chọn vì chúng tôi đặc biệt quan tâm đến việc xem nhiệt độ nào sẽ làm sáng vật liệu quá tối. Sau đó, tất cả 12 mẫu được đánh bóng thành các tấm mỏng có độ dày khoảng 2–5 mm. Đá được làm sạch bằng axit trong hỗn hợp axit clohydric 50% và axit flohydric 50% trong khoảng 48 giờ trước khi được nung nóng. Sau vòng gia nhiệt cuối cùng, các mẫu được đánh bóng lại một chút để loại bỏ hư hỏng bề mặt xảy ra do quá trình xử lý nhiệ
3. Sưởi
Sau khi làm sạch bằng axit, chúng tôi đã kiểm tra và ghi lại dữ liệu về 12 viên đá. Sau đó, chúng tôi làm nóng chúng trong không khí, là môi trường oxy hóa, đến 800 ° C, 900 ° C, 1000 ° C và 1100 ° C trong tám giờ ở mỗi nhiệt độ bằng lò Vulcan 3-550 (hình 4). Chúng được tiếp tục làm nóng trong không khí đến 1300 ° C và 1500 ° C bởi John L. Emmett bằng lò nướng Lindberg 51333. Những viên đá được đặt trên nỉ corundum trong khi được nung nóng.
4. Xác định nhiệt độ “Thấp”
Trong khi một số đại lý mà chúng tôi đã nói chuyện với chúng tôi đã xác định phương pháp xử lý ở nhiệt độ thấp là dưới 1000 ° C, vì mục đích nghiên cứu, chúng tôi xác định nó hơi khác một chút. Xử lý ở nhiệt độ cao liên quan đến việc hòa tan các vi tinh thể pha thứ cấp, trong khi xử lý ở nhiệt độ thấp thì không. Phổ biến nhất trong số các vi tinh thể này trong corundum là tơ rutil. Sự hòa tan Rutile có thể xảy ra ở khoảng 1200–1350 ° C, chúng tôi sử dụng để xác định ranh giới gần đúng giữa các xử lý nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao (Hughes và cộng sự, 2017). Do đó, chúng tôi tập trung thử nghiệm vào bốn vòng nhiệt có nhiệt độ “thấp hơn” nằm trong khoảng từ 800 đến 1100 ° C, một vòng “trung bình” ở 1300 ° C, mà chúng tôi có thể coi là khu vực đường viền và một vòng “cao” ở 1500 ° C cho độ tương phản.
5. EDXRF – Phân tích khối lượng lớn huỳnh quang tia X phân tán năng lượng
Phân tích khối lượng lớn huỳnh quang tia X phân tán năng lượng (EDXRF) được thực hiện bằng cách sử dụng Skyray EDX 6000B. Chúng tôi thu được thành phần hóa học trên tất cả các mẫu trước khi gia nhiệt (bảng 1). Các giới hạn phát hiện là 1–3 ppmw (0,5–1 ppma) đối với Ti, 3–7 ppmw (1–3 ppma) đối với V, 3–7 ppmw (1–3 ppma) đối với Cr, 14 ppmw (5 ppma) đối với Fe, và 1–4 ppmw (1 ppma) đối với Ga. Tiến sĩ Andreas Burkhardt đã hiệu chuẩn quy trình corundum với các tiêu chuẩn corundum tự nhiên và tổng hợp được phân tích bằng phương pháp quang phổ khối lượng plasma-ghép cảm ứng bằng laser (LA-ICP-MS) và vi điện tử ( EMPA) tại Đại học Bern và Đại học Basel, Thụy Sĩ. Tính năng thú vị nhất là có nhiều mức sắt (Fe), từ mẫu 10 ở 243 ppma đến mẫu 2 ở 2465 ppma.
Ảnh được chụp bằng máy ảnh Canon EOS 6D với ống kính 65 mm được kẹp vào giá đỡ bản sao. Các mẫu được đặt trên hộp đèn chạy bằng nguồn sáng XD-300 (xenon). Các bức ảnh được ghi lại trước khi làm nóng và sau mỗi vòng gia nhiệt kéo dài tám giờ ở mỗi nhiệt độ đến 1500 ° C, nhiều mảnh có màu đậm hơn đáng kể. Ảnh không được chia tỷ lệ. Ảnh của Rosey Perkins và Sora-at Manorotkul.
Mẫu 1, không giống như những mẫu khác được thử nghiệm, có một vùng màu hồng đậm bên cạnh sự phân vùng màu xanh lam. Vùng màu hồng này trở thành một màu cam mạnh hơn sau mỗi đợt nóng lên (điều này từ lâu đã được đồn đại là xảy ra ở Sri Lanka). Vùng màu xanh lam trong mảnh bắt đầu sáng dần và chuyển sang màu tía, đặc biệt là sau khi gia nhiệt đến 1100–1300 ° C, và bắt đầu trở lại màu xanh lam đậm hơn sau khi gia nhiệt đến 1500 ° C.
6. Bao gồm
Các hình ảnh vi mô bao gồm được chụp bằng máy ảnh Canon EOS 6D được kết nối với kính hiển vi Olympus SZX16 sử dụng ống kính SDF PLAPO 0.8x. Nhiều loại tạp chất có dấu hiệu biến đổi sau khi đá được nung nóng. Một số thay đổi bắt đầu trở nên rõ ràng sau lần gia nhiệt đầu tiên ở 800 ° C, trong khi những thay đổi khác phát triển ở nhiệt độ cao hơn. Nhiều thay đổi bắt đầu từ nhiệt độ thấp hơn ngày càng trở nên mạnh mẽ khi nhiệt độ tăng lên.
Một trong những thay đổi đầu tiên mà chúng tôi bắt đầu nhận thấy là sự phát triển của các khe nứt. Ngay cả sau những vòng gia nhiệt đầu tiên ở 800 ° C và 900 ° C, các vết nứt sáng bóng đã xuất hiện xung quanh nhiều tinh thể bao gồm. Khi những viên đá bị nung nóng đến nhiệt độ cao hơn, những khe nứt như vậy có xu hướng phát triển lớn hơn, với các khu vực thủy tinh, thể hiện rõ trong các hình 7, 8, 9 và 11. Khoảng 1300 ° C, một số khu vực thủy tinh này bắt đầu “xuống cổ” và hình thành các kênh sủi bọt nhỏ trông giống như “dấu vân tay” (Hughes và Emmett, 2004). Trong mẫu 3, có một vết nứt lớn được hàn gắn một phần ngay cả trước khi xử lý nhiệt, một số kênh giống như ống trong vết nứt có dấu hiệu rõ ràng của sự thay đổi sau khi nhiệt đến 1500 ° C và phát triển hình dạng tròn
Hình 6. Các kênh thứ cấp trong ngọc bích Madagascar trước và sau khi nung nóng
Hình 7 Sự gia nhiệt của một viên sapphire Madagascar
Hình 8. Gia nhiệt của một viên sapphire Madagascar
Hình 9. Sự nung nóng của một viên sapphire Madagascar
Trong một số mẫu, các tinh thể bao gồm thay đổi hình dạng sau khi nhiệt. Ví dụ, các tinh thể trong mẫu 10 đã phát triển các bong bóng nhỏ bên trong (xem hình 10). Một số tinh thể bao gồm đã phát triển một vẻ ngoài “băng giá”, nơi bề mặt của chúng trở nên thô ráp và có màu nhạt hơn, được ghi lại trong hình 10 và 11.
Hình 10. Làm nóng một viên sapphire Madagascar
Hình 11. Sự nung nóng của một viên sapphire Madagascar
Hình 6–11 cho thấy một số bức ảnh chọn lọc của đá cả trước và sau khi nung. Chúng tôi giữ các điều kiện ánh sáng giống nhau nhất có thể ở mỗi bước, nhưng vì màu cơ thể của các viên đá đang thay đổi, có sự khác biệt đáng kể trong màu tổng thể của một số hình ảnh. Trong một số trường hợp, bộ lọc hiệu chỉnh màu xanh lam đã được sử dụng để trung hòa màu vàng của ánh sáng kính hiển vi của chúng tôi.
Quang phổ tử ngoại / nhìn thấy / hồng ngoại gần ( UV-Vis-NIR )
Quang phổ tử ngoại / nhìn thấy / hồng ngoại gần (UV-Vis-NIR) được thực hiện bằng máy quang phổ Magilabs GemmoSphere UV-Vis-NIR. Chúng tôi ghi lại quang phổ UV-Vis-NIR trước khi gia nhiệt và sau mỗi giai đoạn gia nhiệt. Trước khi nung, 11 trong số 12 viên đá cho thấy quang phổ đặc trưng của sapphire biến chất, với độ hấp thụ nổi bật trong khoảng từ 500 đến 600 nm (hình 12A). Chỉ có mẫu 3 cho thấy quang phổ không phải là đặc trưng của sapphire biến chất (hình 13). Nó cho thấy sự hấp thụ trong khoảng từ 500 đến 600 nm cũng như một đỉnh nổi bật ở 880 nm, thường được kết hợp với ngọc bích magma.
Hình 12. Phổ UV-Vis-NIR của một viên sapphire Madagascar trước và sau khi nung nóng
Mười một trong số mười hai viên đá cũng cho thấy các đỉnh liên quan đến Fe ở bước sóng 450 nm, từ yếu đến rất mạnh. Viên đá duy nhất ban đầu không hiển thị đỉnh này là mẫu 1 (hình 14), có cả hai vùng màu hồng và xanh lam. Viên đá này cho thấy sự truyền sóng chỉ dưới 700 nm trong vùng màu đỏ.
Sau mỗi vòng gia nhiệt, chúng tôi cho chạy lại phổ. Khi đun nóng ở 800 ° C, tất cả các quang phổ tương tự như quang phổ thu được trước khi đun nóng.
Đối với vòng tiếp theo, chúng tôi làm nóng các mẫu đến 900 ° C. Chúng tôi rất ngạc nhiên khi thấy hai trong số các quang phổ thay đổi đáng kể. Trong các mẫu 7 và 12, đỉnh giữa 550 và 600 nm trở nên ít nổi bật hơn và một dải hấp thụ rộng tập trung ở 880 nm đã phát triển (hình 12B).
Lúc đầu, chúng tôi nghi ngờ rằng chúng tôi đã mắc lỗi, có lẽ vì chúng tôi đã tập trung vào một khu vực hơi khác của các viên đá khi chạy quang phổ (xem “Hạn chế của kết quả UV-Vis-NIR” bên dưới). Chúng tôi thay đổi quang phổ nhiều lần, với kết quả tương tự. Trong các tài liệu về đá quý, sự thay đổi này hiếm khi được trình bày chi tiết. Tài liệu tham khảo sớm nhất mà chúng tôi tìm thấy là liên quan đến ngọc bích Montana được xử lý nhiệt, cũng cho thấy sự thay đổi này sau khi xử lý (Emmett và Douthit, 1993). Nó cũng được báo cáo trong những viên ngọc bích Madagascar được nung nóng trong một luận văn thạc sĩ (Worawitratanagul, 2005).
Đến đợt gia nhiệt tiếp theo, đến 1000 ° C, hiện tượng quang sai này đã trở thành xu hướng. Các mẫu 7 và 12 vẫn hiển thị đỉnh xung quanh 880 nm, nhưng năm viên đá khác cũng cho thấy sự thay đổi này (mẫu 2, 4, 5, 9 và 10). Ở 1100 ° C, phổ của mẫu 11 cũng hiển thị sự thay đổi, tổng cộng là 8 trên 12.
Trong số tám viên đá có quang phổ thay đổi để hiển thị đỉnh 880 nm này, bảy viên vẫn giữ được đỉnh sau tất cả các vòng gia nhiệt tiếp theo. Ngoại lệ duy nhất là mẫu 9, có phổ trở lại chỉ hiển thị sự hấp thụ từ 550 đến 600 nm sau khi nung ở 1300 ° C. Chúng tôi không chắc chắn về nguyên nhân. Thử nghiệm thêm với các mẫu được căn chỉnh theo trục c có thể hữu ích trong việc khám phá thêm điều này (một lần nữa, xem “Hạn chế của kết quả UV-Vis-NIR” bên dưới).
Những thay đổi quang phổ đáng kể này cho thấy mối tương quan chặt chẽ với những thay đổi lớn về màu sắc sau khi xử lý nhiệt. Có ý kiến cho rằng có mối tương quan chặt chẽ giữa đỉnh 880 và nguồn gốc liên quan đến bazan. Với thực tế là chúng tôi đã ghi nhận được đỉnh này trong sapphire biến chất được nung nóng, chúng tôi sẽ hết sức thận trọng đối với việc sử dụng phổ UV-Vis-NIR làm bằng chứng duy nhất về nguồn gốc bazan. Như mọi khi, các quang phổ này nên được cân với các yếu tố khác.
Hạn chế của kết quả UV-Vis-NIR.
Chúng ta nên lưu ý rằng các tấm wafer không được định hướng theo trục c khi chúng được đánh bóng, và quang phổ có thể đã được lấy từ các vị trí hơi khác nhau trên đá. Điều này có thể ảnh hưởng đến kết quả.
Tuy nhiên, những thay đổi đáng kể trong một số quang phổ (8 trong số 12 viên đá) là bằng chứng mạnh mẽ cho thấy sự thay đổi này là kết quả của quá trình xử lý nhiệt, không chỉ do sự sắp xếp khác nhau của các viên đá trong khi thu được quang phổ. Các thí nghiệm trong tương lai với các mẫu được định hướng theo trục c và được định vị giống hệt nhau sẽ củng cố những kết quả này.
Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier ( FTIR )
Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) được thực hiện bằng máy quang phổ Bruker Tensor 27, với các mẫu được đặt trên một phụ kiện Pike DRIFTS và được quét 64 lần ở độ phân giải 4 cm – 1. Quang phổ thu được trước khi nung và sau khi nung ở mỗi nhiệt độ, cho kết quả như sau
1.Ở trạng thái chưa được làm nóng và sau khi xử lý nhiệt đến 800 ° C và 900 ° C, không có viên đá nào cho thấy đỉnh cao đáng kể.
2. Sau khi gia nhiệt đến 1000 ° C, hai trong số các mẫu bắt đầu hiển thị các đỉnh chẩn đoán.
3. Mẫu 2 cho thấy các đỉnh rất yếu ở 3309 và 3232 cm – 1. Sau khi nó được làm nóng đến 1100 ° C, các tính năng này trở nên nổi bật hơn. Xu hướng này tiếp tục sau khi gia nhiệt đến 1300 ° C, trong đó ngoài các đỉnh 3309 và 3232 cm – 1, 3186 cm – 1 đã xuất hiện trong loạt ảnh này (hình 15). Sau khi gia nhiệt đến 1500 ° C, chỉ có các đỉnh 3309 và 3232 cm – 1. Bản thân sự hiện diện của đỉnh 3309 không phải là bằng chứng chẩn đoán về quá trình xử lý nhiệt nhân tạo trong sapphire và ruby có nguồn gốc từ đá biến chất; tuy nhiên, sự hiện diện của đỉnh 3232 trên tầng ồn cho thấy đá đã được làm nóng nhân tạo.
4. Mẫu 8 chỉ hiển thị cực đại 3309 cm – 1 rất yếu sau khi gia nhiệt đến 1000 ° C và không hiển thị các tính năng chẩn đoán sau khi gia nhiệt ở bất kỳ nhiệt độ nào khác.
5. Sau khi các viên đá được nung nóng đến 1100 ° C, hai viên đá khác bắt đầu xuất hiện các tính năng bổ sung.
6. Mẫu 4 hiển thị các đỉnh yếu ở 3309 và 3232 cm – 1, các đỉnh này trở nên nổi bật hơn sau khi gia nhiệt đến 1300 ° C (hình 16). Sau khi gia nhiệt đến 1500 ° C, không có đặc điểm chẩn đoán nào rõ ràng.
7. Mẫu 6 cũng bắt đầu hiển thị pic rất yếu 3309 cm – 1 ở 1100 ° C, cũng xuất hiện sau khi gia nhiệt ở 1300 ° C và 1500 ° C.
8. Tám viên đá còn lại không có đặc điểm chẩn đoán nào sau khi nung ở mọi nhiệt độ.
Nhìn chung, các kết quả cho thấy rằng sự xuất hiện của dãy 3309 cm – 1 (với đỉnh 3232 cm – 1) có thể là dấu hiệu của quá trình xử lý nhiệt đối với corundum biến chất ít Fe. Tuy nhiên, việc thiếu các tính năng này không nhất thiết có nghĩa là một viên đá không được làm nóng. Điều quan trọng cần lưu ý là ở những viên ngọc bích có hàm lượng Fe cao từ các nguồn gốc liên quan đến đá bazan, dòng từ yếu đến trung bình 3309 cm – 1 với đỉnh 3232 cm – 1 thường có thể được tìm thấy tự nhiên và do đó không phải là dấu hiệu đáng tin cậy của quá trình xử lý nhiệt
Hạn chế của kết quả FTIR
Cũng như kết quả của thử nghiệm UV-Vis-NIR, kết quả FTIR có thể bị hạn chế bởi thực tế là các viên đá không được định hướng theo trục c và quang phổ không được chụp ở cùng một vị trí chính xác.
Phản ứng huỳnh quang
Kiểm tra phản ứng huỳnh quang của đá là lĩnh vực trọng tâm chính của dự án này, đặc biệt chú trọng đến phản ứng sóng ngắn. Giá trị của việc kiểm tra huỳnh quang tia cực tím sóng ngắn trong nghiên cứu về corundum đã được công nhận trong nhiều thập kỷ (Crownshield, 1966), và nó có liên quan đến việc phát hiện xử lý nhiệt.
Ban đầu quan sát thấy huỳnh quang bằng đèn UV Dòng sản phẩm tia cực tím UVLS-26 EL sử dụng bóng đèn sáu watt, với nguồn sáng sóng dài ở bước sóng 365 nm và nguồn sáng sóng ngắn ở bước sóng 254 nm. Nếu phản ứng được tìm thấy, chúng tôi cũng kiểm tra mẫu bằng hệ thống huỳnh quang UV sâu được thiết kế riêng của Magilabs, bao gồm thiết lập kính hiển vi huỳnh quang được trang bị đèn flash xenon xung cường độ cao với bộ lọc dải thông giao thoa ở bước sóng 228 nm.
Hình ảnh quang vi huỳnh quang sóng ngắn được chụp bằng máy ảnh Canon EOS 6D được kết nối với kính hiển vi Wild M400 và hệ thống huỳnh quang UV sâu được thiết kế riêng của Magilabs.
Huỳnh quang sóng dài
Dưới tia cực tím sóng dài, khoảng một nửa số đá chưa được nung nóng trơ và không có phản ứng. Một nửa còn lại cho thấy huỳnh quang màu da cam được khoanh vùng từ yếu đến trung bình. Việc gia nhiệt không tạo ra bất kỳ thay đổi đáng kể nào trong phản ứng huỳnh quang sóng dài của hầu hết các mẫu.
Một ngoại lệ đối với mẫu này là ở mẫu 1, một viên đá có phân vùng màu hồng và xanh lam mạnh mẽ. Vùng màu hồng (chuyển sang màu cam sau khi xử lý nhiệt) phát huỳnh quang màu cam đậm, và vùng màu xanh lam phát huỳnh quang từ màu đỏ trung bình đến mạnh. Đá không cho thấy sự thay đổi đáng kể trong huỳnh quang sóng dài sau khi nung.
Huỳnh quang sóng ngắn
Trước khi xử lý nhiệt, tất cả các viên đá đều trơ trong điều kiện huỳnh quang sóng ngắn. Ban đầu chúng tôi kiểm tra huỳnh quang trong hộp đèn UV tiêu chuẩn của chúng tôi. Nếu chúng tôi thấy bất kỳ dấu hiệu nào của huỳnh quang, chúng tôi đã chụp ảnh nó bằng hệ thống huỳnh quang UV sâu được thiết kế riêng của Magilabs. Mãi cho đến khi những viên đá được nung nóng đến 1000 ° C, chúng tôi mới bắt đầu thấy những thay đổi, nơi một số viên đá bắt đầu phát ra huỳnh quang màu xanh phấn yếu (hình 17–19). Vẻ ngoài như phấn này có liên quan đến quá trình xử lý nhiệt đối với Sapphire
Hình 17. Phản ứng huỳnh quang của một viên sapphire Madagascar trong quá trình nung nóng
Hình 19. Phản ứng huỳnh quang tia cực tím sóng ngắn của một viên sapphire Madagascar trong quá trình nung nóng
Trong Sapphire tự nhiên, được nung nóng, huỳnh quang màu phấn này có liên quan đến sự hiện diện của rutil. Hầu hết tất cả các viên ngọc bích màu xanh lam tự nhiên đều chứa một số chất rutil đã phân giải (TiO 2 ). Khi đun nóng những viên ngọc bích này, có sự phân giải chậm của rutil, tạo ra các ion Ti 4+ và các khoảng trống Ti – Al. Chúng sẽ phát huỳnh quang khi được chiếu sáng bằng tia cực tím sóng ngắn. Các khu vực bị phấn hóa mạnh sẽ tuân theo các mô hình phân vùng của rutil, và phát huỳnh quang mạnh nhất sẽ ở các khu vực có nồng độ Fe thấp nhất và nồng độ rutil cao nhất
Khi chúng tôi bắt đầu sử dụng thiết bị huỳnh quang Magilabs, chúng tôi nhận ra rằng các phản ứng mạnh hơn và rõ ràng hơn nhiều so với thiết bị Tia cực tím UVLS-26 EL Series của chúng tôi. Vì vậy, sau đợt gia nhiệt ở 1000 ° C này, chúng tôi bắt đầu xem xét tất cả các viên đá trong hệ thống Magilabs. Chúng tôi nhận thấy rằng hai trong số các viên đá có vẻ trơ trong đơn vị thông thường nhưng cho thấy huỳnh quang màu phấn yếu trong đơn vị Magilabs.
Vào thời điểm chúng tôi nung nóng đến 1300 ° C, tất cả 12 viên đá đều cho thấy ít nhất một phản ứng huỳnh quang màu xanh phấn được khoanh vùng yếu. Một vài trong số những viên đá này xuất hiện trơ trong hộp đèn UV thông thường của chúng tôi. Một lần nữa, khi chúng tôi kiểm tra từng viên đá trong hệ thống Magilabs của mình, chúng tôi bắt đầu thấy các phản ứng cực kỳ khó hoặc không thể nhìn thấy trong đơn vị huỳnh quang thông thường của chúng tôi. Có thể sự phát huỳnh quang rõ ràng sau khi nung dưới 1000 ° C (nhiệt độ mà chúng tôi nhận thấy lần đầu tiên) nhưng chúng tôi không thấy phản ứng vì đơn vị UV thông thường của chúng tôi không đủ mạnh. Trong các thí nghiệm trong tương lai, chúng tôi dự định tiến hành quan sát với thiết bị Magilabs sau tất cả các giai đoạn gia nhiệt.
Trên thực tế, một số viên đá có vẻ trơ ngay cả trong khối Magilabs này cho thấy huỳnh quang dạng phấn cực kỳ yếu sau khi được chụp ảnh. Có vẻ như máy ảnh của chúng tôi đã có thể ghi lại những phản ứng yếu đến mức mắt người gần như không thể nhận thấy được. Điều này cho thấy rằng chúng ta có thể thiếu nhiều thông tin đáng kể khi sử dụng hộp đèn UV truyền thống. Sự phát triển của các công cụ tốt hơn để kiểm tra phản ứng UV sóng ngắn sẽ là một bước tiến đáng kể cho đá quý và chúng tôi tin rằng cải tiến này có thể được sử dụng rất nhiều trong việc xác định xử lý nhiệt trong corundum.
Kết luận
Xử lý nhiệt từ nhiệt độ thấp hơn đến cao hơn có thể có tác động đáng kể đến màu sắc của ngọc bích xanh biến chất từ Madagascar. Trong nghiên cứu của chúng tôi, nhiệt độ từ 800 đến 1100 ° C trong không khí làm nhạt màu xanh lam, trong khi nhiệt độ cao hơn, có thể hòa tan rutil, tạo ra màu xanh đậm hơn, bão hòa hơn.
Có thể phát hiện phương pháp điều trị này bằng cách kết hợp quan sát các đặc điểm bao gồm và huỳnh quang tia cực tím sóng ngắn, cũng như quang phổ hồng ngoại. Chúng tôi tin rằng nghiên cứu về huỳnh quang UV sóng ngắn cho thấy nhiều hứa hẹn trong việc xác định xử lý nhiệt trong sapphire. Sẽ có lợi cho cộng đồng đá quý nếu tìm ra những cách chi tiết và chính xác hơn để quan sát phản ứng này ở công suất mạnh hơn và với độ phóng đại.
Điều quan trọng cần lưu ý là các tác giả nhận thấy rằng đối với nhiều loại đá, phổ UV-Vis-NIR cho thấy sự thay đổi từ chủ yếu có cực đại trong khoảng 550-600 nm trước khi nung nóng sang có cực đại mạnh ở 880 nm sau khi gia nhiệt. Các thí nghiệm cho thấy rằng đỉnh 880 nm này, thường tương quan với các viên ngọc bích có nguồn gốc liên quan đến baz, cũng có thể xuất hiện trong các viên ngọc bích biến chất được nung nóng. Do đó, đỉnh này phải luôn được xem xét với các đặc điểm khác trước khi đưa ra kết luận.
Nghiên cứu của chúng tôi về những viên đá này chứng minh rằng sapphire xanh Madagascar biến chất được nung nóng thường có thể tách ra khỏi vật liệu không bị nung nóng, ngay cả khi được nung ở nhiệt độ thấp tới 800 ° C
