Исследование камней

Диагностика различных камней основана главным образом на определении их оптических и физических свойств. С появлением синтетических аналогов и имитаций драгоценных камней резко возросла трудность точной идентификации, поскольку аналоги и имитации имеют практически те же показатели, что и натуральные камни. В связи с этим определение вида камня требует применения сложных методов, позволяющих исследовать химический состав камней (рентгенофлуоресцентный анализ) и их физические свойства (исследование теплопроводности, радиография и др.). В настоящее время в геммологии исследуют морфологические, оптические, физические свойства камней, их химический состав и включения.

Определение морфологических свойств

К морфологическим свойствам камня относятся: цвет, блеск, наличие спайности, излом, цвет черты, форма кристаллов.

Цвет — один из наиболее значимых показателей в определении вида камня. Не случайно некоторые разновидности окрасок имеют названия, сходные с названиями тех или иных драгоценных камней (бирюзовая, изумрудная, рубиновая и др.). Цвет камней зависит от их способности поглощать видимый свет в различных областях спектра. Спектр поглощения зависит от химического состава и наличия примесных (не входящих в кристаллическую структуру) элементов-хромофоров, а также от кристаллической структуры камня (например, элемент-хромофор хром в изумруде дает травянисто-зеленую окраску, а в рубине— красную). Цвет может быть оценен визуально (камни рассматривают при естественном освещении на листе белой бумаги) или инструментально (с помощью спектроскопов или спектрофотометров).

Блеск—способность камней отражать падающий свет. Различают следующие степени блеска, соответствующие определенным значениям показателей преломления (л):

алмазный (алмаз, фианит; n=1,9—2,5);

стеклянный (стекло, кварц; n=l,3—1,9).

Для более точной характеристики блеска применяют термин “отлив”: шелковистый (чароит), перламутровый (жемчуг).

Блеск определяют на глаз, а также по значениям измеренных показателей преломления (или отражения) [2].

Спайность — признак, свойственный ряду драгоценных камней, у которых проявляется способность раскалываться по ровным плоскостям в определенных направлениях (наподобие слюды или исландского шпата). Это свойство часто помогает отличить природный алмаз oт его заменителей. У ограненного алмаза (бриллианта) обычно на рундисте имеются уступчатые выбоины, образовавшиеся за счет хорошей спайности алмаза в четырех направлениях. Рундисты у заменителей либо полированные, либо имеются сколы с раковистым, как у стекла, изломом. Оценивают спайность визуально с помощью лупы 10х.

Излом — форма поверхности сколов у камня. Излом у раз-ных камней зависит в первую очередь от наличия спайности и от текстуры камня. Он может быть ступенчатым (алмаз), раковистым (стекло, кварц, рубин), занозистым (чароит, нефрит), зернистым (лазурит). Раковистый излом напоминает раковину. Занозистый излом наблюдается у минералов с волокнистым строением. Он напоминает излом древесины поперек волокнистости. Оценивают излом визуально.

Цвет черты — цвет камня в порошке. Данный показатель имеет диагностическое значение для камней с твердостью ниже 5 по шкале Мооса. Черту камня можно получить при проведении испытуемым минералом по матовой неглазурированной поверхности специальной фарфоровой пластинки или по осколку фарфоровой химической посуды с аналогичной поверхностью. В ряде случаев цвет черты совпадает с цветом самого камня, но иногда наблюдаются резкие отличия (например, гематит серовато-черного цвета имеет вишнево-красную черту и др.). Камни с высокой Твердостью разрушают поверхность фарфоровой пластинки, оставляя на ней черту, соответствующую цвету фарфора в порошке.

Форма кристаллов — важный показатель для диагностики неограненных камней. Чаще всего драгоценные и полудрагоценные камни встречаются в природе в виде кристаллов различной формы:

изометричных, имеющих близкие размеры во всех направлениях (кубы, тетраэдры, ромбододекаэдры и др.);

вытянутых в одном направлении (призма, столб и др.);

вытянутых в двух начравлениях (таблитчатые, пластинчатые). Форма кристаллов определяется внутренней структурой камня, его кристаллографической сингонией (см. рисунок). По степени совершенства выделяются шесть классов внешней симметрии кристаллов (сингоний); кубическая (алмаз, гранат); гекса-гональная (берилл) или тригональная (кварц, турмалин); тетра-гональная (циркон); ромбическая (хризолит); моноклинная (нефрит, малахит); триклинная (бирюза, родонит).

Таким образом, кристаллы группируются в сингонии (системы), которые достаточно легко определяются по характерным для них элементам симметрии. Нередко в литературе приводят семь видов сингоний, выделяя отдельно гексагональную и три-гональную, но тригональную сингонию можно считать частью гексагональной сингоний [5].

Кубическая (правильная, изометричная) сингония включает кристаллы, имеющие четыре тройные оси;

гексагональная — имеющие одну гексагональную ось (ось шестого порядка); тригональная — имеющие одну тройную ось;

тетрагональная — имеющие одну четверную (тетрагональную) ось (ось четвертого порядка);

ромбическая — имеющие три взаимно перпендикулярные двойные оси (или их эквиваленты);

моноклинная — имеющие одну двойную ось или одну плоскость симметрии;

триклинная — не имеющие ни осей, ни плоскостей симметрии.

Определение оптических свойств

При исследовании оптических свойств камней чаще всего определяют степень прозрачности, показатель преломления (светопреломление), величину двупреломления, дисперсию, анизотропность (изотропность), плеохроизм.

Прозрачность—.свойство вещества пропускать свет. В зависимости от степени прозрачности все камни делятся на следующие группы: прозрачные (алмаз, рубин и др.), полупрозрачные (халцедон), непрозрачные (гематит). Многие камни, кажущиеся непрозрачными в крупных кристаллах, просвечивают в тонких сколах или краях зерен (коралл, жадеит). Оценивают прозрачность визуально, рассматривая камень на просвет.

Светопреломление — признак, характеризующий способность камня преломлять падающий свет. Отношение синуса угла падения лучей к синусу угла преломления называется показателем преломления. Основной метод, которым пользуются эксперты для определения данного показателя, основан на применении геммо-логических рефрактометров. У некоторых драгоценных камней (анизотропных) показатель преломления может изменяться при просмотре в разных направлениях (разность коэффициентов преломления определяет величину двупреломления). К сожалению, отсутствие геммологических рефрактометров в экспертных учреждениях не позволяет рекомендовать их для использования на практике. При отсутствии рефрактометров приблизительно оценить показатель преломления камня можно с помощью простого метода (в большинстве случаев такой оценки бывает достаточно).

Определение показателя преломления проводят на оптическом микроскопе с рукояткой изменения фокуса, оснащенной разметкой. Ограненный камень прикрепляют с помощью пластилина к предметному стеклу так, чтобы грань камня была параллельна плоскости предметного стекла. Микроскоп фокусируют на точку на поверхности грани и по нониусу (верньеру) микрометренного винта снимают отсчет (х). Затем микроскоп фокусируют через камень на поверхность предметного стекла (отсчет у). Убрав камень с поверхности предметного стекла, снова фокусируют микроскоп на стекло (отсчет с). Показатель преломления рассчитывают по формуле: (с—х) /(у—х). Величину двупреломления определить указанным способом практически невозможно, ввиду того что разность показателей преломления соизмерима с ошибкой метода.

Дисперсия — свойство, характеризующее способность камня расщеплять свет на спектральные составляющие. Определяется величина дисперсии теми же методами, что и показатель преломления, и оценивается по разности коэффициентов преломления, измеренных при голубом и зеленом освещениях (цвет освещения достигается использованием соответствующих фильтров).

Анизотропность (изотропность) — способность минералов изменять физические свойства, в том числе оптические, в разных направлениях. Анизотропные кристаллы пропускают свет определенной частоты в разных направлениях с различной скоростью. У изотропных кристаллов (с кубической сингонией или аморфных) свет во всех направлениях распространяется одинаково. Испытание камней на анизотропность проводят с помощью полярископа. Если поместить проверяемый камень между двумя поляризационными фильтрами, повернутыми относительно друг друга так, чтобы они не пропускали свет, и вращать его относительно своей оси, то анизотропные камни будут светлеть или темнеть при повороте вокруг оси на 90°; изотропные камни всегда будут оставаться темными.

Плеохроизм — способность анизотропных минералов менять цвет при рассматривании их с разных сторон, например сверху или сбоку. Причиной этому служит неодинаковое поглощение света вдоль разных направлений двупреломляющих кристаллов. Явление плеохроизма может быть выражено слабо (как у сапфира), отчетливо (как у изумруда) или сильно (как у турмалина). В большинстве случаев плеохроизм наблюдают с помощью микроскопов и дихроскопов. В изотропных минералах плеохроизм не наблюдается.