Author: Рид П.
Tags: описательная минералогия специальное минераловедение геологические науки геология переводная литература издательство мир драгоценные камни аст синтетические камни огранка
ISBN: 5-03-003369-6
Year: 2003
Text
П. РИД
геммология
Издательств!
АНГСТРЕМЫ
7000 6500 6000 5500 5000 4500
Алмаз (серия Кейп)
Алмаз ("коричневая" серия
с линией 504 нм)
Рубин
Красная шпинель
Изумруд
Александрит
Гранат альмандин
Циркон
Желтый апатит
Синтетическая желто-зеленая
шпинель (с полосами
кобальта и марганца)
700 650 600 550 500 450
НМ
Фото 1. Спектры поглощения некоторых ювелирных камней (получены при
использовании спектроскопа с дифракционной решеткой)
На внешней стороне обложки:
Ожерелье с танзанитом и кристаллы танзанита
(предоставлено П. Дж. Уотсоном)
GEMMOLOGY
Second edition
P. G. Read
В ULAJ J J!l
нэЁщиш
OXFORD AUCKLAND BOSTON JOHANNESBURG MELBOURNE NEW DELHI
П. РИД
ГЕММОЛОГИЯ
Перевод с английского
Е. А. Седовой
под редакцией
кавд. геол.-мин. наук
Ю. П. Солодовой
«МИР» 2003 «АСГ»
УДК 549
ББК 26.303
Р49
Рид П.
Р49 Геммология. Пер. с англ. — М.: Мир: ООО «Издатель-
ство АСТ», 2003. — 366 с., ил.
ISBN 5-03-003369-6 («Мир»)
ISBN 5-17-018762-9 («АСТ»)
В книге известного английского геммолога дается обзор развития геммо-
логии и разработки методов идентификации синтетических камней и их
природных аналогов. Рассматриваются химические, физические и механи-
ческие свойства драгоценных камней и методы их определения, при этом
большое внимание уделяется их оптическим свойствам. Детально описываются
устройство и принципы работы геммологических рефрактометров и рефлек-
тометров различных типов. Приведены различные способы улучшения неко-
торых свойств драгоценных камней, а также типы и способы их огранки.
Для студентов и слушателей курсов по геммологии, преподавателей,
геологов, изучающих месторождения драгоценных камней.
УДК 549
ББК 26.303
р<^и
Издание осуществлено при финансовой поддержке
Российского фонда фундаментальных исследований
по проекту № 01-05-78015
Федеральная целевая программа книгоиздания России
Учебное издание
Питер Г. Рид
ГЕММОЛОГИЯ
Зав. редакцией В. В. Герасимовский. Ведущий редактор В. А. Пантаева.
Художники В. П. Григорьев, П. Инфанте. Технический редактор Е. В. Денюкова.
Корректоры Г. Д. Кузнецова, Е. В. Кудряшова
Оригинал-макет подготовлен В. Н. Цлаф
Лицензия ЛР № 010174 от 20.05.97 г.
Санитарно-эпидемиологическое заключение
№ 77.99.02.953.Д.008286.12.02 от 09.12.2002 г.
Подписано к печати с готовых диапозитивов 12.02.2003 г. Формат 70 х 100VM.
Бумага офсетная. Печать офсетная. Объем 11,50 бум. л. Усл.-печ. л. 29,9. Уч.-изд. л. 27,60.
Изд. № 2/9735. Тираж 3 000 экз. Заказ № 56.
Издательство «Мир»
Министерства РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций.
107996, ГСП-6, Москва, 1-й Рижский пер., 2.
ООО «Издательство АСТ»
368560, Республика Дагестан, Каякентский р-н, сел. Новокаякент, ул. Новая, д. 20
Диапозитивы изготовлены в издательстве «Мир»
ОАО «Санкт-Петербургская типография № 6». 191144, Санкт-Петербург, ул. Моисеенко, 10.
Телефон отдела маркетинга 271-35-42.
Редакция литературы по физике и астрономии
ISBN 5-03-003369-6 («Мир»)
ISBN 0-7506-4411-7 (англ.)
ISBN 5-17-018762-9 («АСТ»)
Gemmology 2nd Edition by Peter G. Read
© Reed Educational & Professional Publishing
Ltd (1999)
© перевод на русский язык, оформление,
«Мир», 2003
Предисловие
Прошло уже более 18 лет с тех пор, как впервые было опубликовано мое
«Руководство по геммологии для начинающих», и хотя оно предназначалось
лишь для введения в предмет, его с определенным успехом использовали
многие студенты в качестве учебника. В течение нескольких лет я работал
преподавателем для студентов-заочников Геммологической ассоциации Ве-
ликобритании, и этот опыт побудил меня издать в 1991 г. расширенный и со-
ответствующий требованиям времени вариант «Геммологии».
Первый вариант «Геммологии» был написан с целью дать читателю
описание современного состояния науки о драгоценных камнях, а также
помочь студентам, готовящимся к вступительным и выпускным экзаменам
Геммологической ассоциации. В этом, втором смысле я не старался разде-
лить содержание книги на два раздела — предметное деление, соответствую-
щее экзаменационным требованиям, было приведено в приложении. Это
должно было побудить студентов начального уровня приобретать более пол-
ное представление о практических и теоретических аспектах геммологии.
Во втором издании эта структура сохранена, но внесено много дополне-
ний и исправлений с обозрением последних достижений науки (таких, как
производство синтетического муассанита, разработанных фирмой «Де Бирс»
приборов для идентификации природных и синтетических алмазов, инфор-
мация об изменениях, происшедших в программе Начальных и Выпускных
курсов и экзаменах Геммологической ассоциации).
Питер Г. Рид
Борнмут, Дорсет
1999г.
Благодарности
Во втором издании я бы вновь хотел выразить свою признательность таким
основоположникам геммологии, как Бэзил Андерсон и Роберт Вебстер,
которых я имел честь знать лично и чьи лекции, книги и статьи сильно повли-
яли на содержание и объем этой книги. Я стал лучше понимать суть геммоло-
гии благодаря трудам по отдельным специальностям таких хорошо известных
ученых-исследователей, физиков и геммологов, как Курт Нассау, Деннис
Элвелл, Алек Фарн, Джон Синкенкес, Майкл О’Донахью, Джон Роуз, Хелен
Фраке, Дональд Хувер, Ричард Хьюз и Хелен Мюллер (я имел честь быть ре-
дактором книг восьми последних из перечисленных выше ученых, выходив-
ших в серии Butterworths Gem Books).
Отдельную благодарность я бы хотел выразить Яну Мерсеру, главе отдела
образования GAGTL, за его неоценимую помощь в получении информации
для этой книги о содержании семинаров и курсов Геммологической ассоци-
ации и Вивиан Уотсон из Р. J. Watson Ltd, предоставившей большинство
цветных иллюстраций, а также всем геммологическим ассоциациям и инсти-
тутам по всему миру, которые уведомили Butterworths о своем одобрении
данного издания.
И, наконец, я бы хотел снова поблагодарить мою жену Джоан за ее терпе-
ние в те долгие часы, которые я провел вдали от нее в компании со своим
компьютером.
Глава 1
Введение
Эволюция геммологии как науки
Геммологическая наука включает в себя изучение драгоценных камней и мате-
риалов в различных, главным образом научно-технических, аспектах. Уже
свыше 2000 лет философов и ученых пленяет красота и загадочность драгоцен-
ных камней, и за все это время накопилось множество наблюдений и достиг-
нуты значительные успехи в изучении этих прекрасных творений природы.
Несмотря на то что первая книга о драгоценных камнях на английском
языке, написанная Томасом Николсом, появилась уже в 1652 г.*, только во
второй половине XIX в. геммология начала развиваться как одно из научных
направлений в пределах уже сформировавшейся науки — минералогии.
Достижения последних 160 лет
Учитывая, насколько важную роль играет сейчас геммология в идентифика-
ции современных синтетических ювелирных камней, представляется умест-
ным обратиться на 160 лет назад и начать обзор главных достижений в исто-
рии этой науки с описания первых попыток синтеза драгоценных камней. В
1837 г. французскому химику Марку Годэну путем совместного плавления
алюмокалиевых квасцов и хромата калия удалось вырастить несколько не-
больших кристаллов рубина. В то время наблюдался повышенный интерес к
воспроизведению роста кристаллов и проводились первые эксперименты по
растворению исходных компонентов в растворителе — «флюсе», имеющем
более низкую точку плавления.
Если же учитывать современное значение спектроскопии, то закономер-
но также упомянуть письмо, посланное в 1866 г. сэром Артуром Черчем в ан-
глийский научный журнал «The Intellectual Observer». В нем он описывал
свои эксперименты с первым спектроскопом и открытые им линии погло-
щения в спектрах цейлонских цирконов и альмандинов. Однако всесторон-
нее изучение спектров драгоценных камней в целях идентификации начал
лишь в 1932 г. Бэзил Андерсон.
Спустя пять лет после появления в печати письма Черча алмазная лихорад-
ка в Южной Африке достигла своего апогея и по берегам рек Вааль, Модцер и
Оранжевая работало более 5000 старателей. В 1873 г. вокруг фермы Де Бирс
* A Lapidary («Гранильщик. История драгоценных камней»), Cambridge University Press.
8 Глава 1. Введение
возник примитивный горняцкий городок, получивший официальное название
Кимберли по имени британского секретаря колоний графа Кимберли.
В 1877 г. французский химик Эдмон Фреми получил первые синтетиче-
ские рубины коммерческого качества. Кристаллы были выращены в боль-
шом фарфоровом тигле, содержавшем расплав оксида свинца, в котором был
растворен глинозем, смешанный с незначительным количеством соли хрома.
Однако полученные кристаллы были малы и дороги в производстве, а потому
не могли конкурировать с природными рубинами. Следующий год был отме-
чен открытием и идентификацией новой разновидности драгоценных кам-
ней — демантоида (зеленого граната).
Одним из волнующих событий в истории торговли ювелирными изделиями
стало появление на рынке в 1885 г. некоторого количества довольно крупных
«женевских» рубинов. Вначале считали, что присутствие пузырей внутри этих
рубинов указывает на их синтетическое происхождение. Но потом предполо-
жили, что камни могли быть получены путем сплавления мелких кусочков
природного рубина, и поэтому их назвали «реконструированными». Несколь-
ко позже анализ сохранившихся образцов наряду с попытками воспроизвести
процесс реконструкции показал, что подобное сплавление не позволило бы
получить прозрачные рубины и что, скорее всего, женевские рубины были со-
зданы путем многоступенчатого плавления рубиновой пудры в пламени.
Тем временем в Южной Африке Сесил Родс и Барни Барнато пришли, на-
конец, к соглашению объединить свои владения, и в 1888 г. была основана
компания De Beers Consolidated Mines Ltd. Она была названа по имени фер-
мы братьев Де Бирс, ставшей частью знаменитой «Большой дыры» Кимбер-
ли. В том же году французские химики Отфель и Перре осуществили первый
удачный синтез кристаллов изумруда ювелирного качества с использованием
раствор-расплавного (флюсового) метода синтеза.
К рубежу веков освоение процессов синтеза драгоценных камней значи-
тельно ускорилось. В 1891 г. французский химик О. Вернейль, бывший асси-
стент Фреми, усовершенствовал печь, разработанную им для производства
синтетического корунда. И сто лет спустя печи такого типа используются по
всему миру для производства более 100 млн каратов синтетических корундов
в год.
В 1902 г. был открыт и описан розовый кунцит, разновидность сподумена, а
тремя годами позже из открытой выработки на руднике Премьер, расположен-
ном недалеко от Претории в Трансваале был извлечен алмаз «Куллинан» мас-
сой в 3106 каратов (кар). В том же году в Англии д-р Герберт Смит создал пер-
вый рефрактометр (рис. 1.1), обеспечив, наконец, геммологов инструментом,
специально предназначенным для измерения показателя преломления драго-
ценных камней (в 1907 г. за ним последовал больший по размерам латунный
прибор). В 1910 г. на рынке появились первые синтетические рубины, произ-
веденные по методу Вернейля, но, по иронии судьбы, установить их синтети-
ческое происхождение с помощью этого рефрактометра было невозможно.
Событием, более других повлиявшим на становление геммологии как серь-
езной науки, стало образование Геммологической ассоциации Великобрита-
Достижения последних: 160 лет 9
Рис. 1.1. Рефрактометр Г. Смита (слева) и рефрактометр Тулли (справа).
нии, возникшей в 1908 г. в качестве Образовательного комитета в рамках Наци-
ональной ассоциации ювелиров. Первые вступительные экзамены Ассоциации
были проведены в 1913 г., ровно через три года после появления на рынке син-
тетических рубинов Вернейля. В 1914 г. разразилась Первая мировая война, и в
течение восьми лет не было возможности проводить экзамены Ассоциации.
Следующая веха в развитии молодой науки относится к 1925 г., когда Бэ-
зил Андерсон, недавний выпускник университета и специалист в области хи-
мии и минералогии, был привлечен руководством Секции алмазов, жемчуга и
драгоценных камней лондонской Торговой палаты для организации в Хэттон-
Гардене лаборатории по тестированию жемчуга. Настоятельную потребность
в подобной лаборатории диктовали быстрый рост производства культивиро-
ванного жемчуга в Японии и проблемы, с которыми сталкивались ювелиры
при попытке различить природный и культивированный продукт. Растущее
значение рефрактометра для идентификации драгоценных камней привело к
созданию в 1925 г. еще одной его модели. В новом варианте (рис. 1.1), создан-
ном знаменитым ювелиромггеммологом Б. Дж. Тулли, использовалась враща-
ющаяся полусфера из стекла.
В следующем году по методу Вернейля была получена первая синтетиче-
ская шпинель, а в лаборатории Бэзила Андерсона в Хэттон-Гардене был уста-
новлен эндоскоп для идентификации жемчуга (рис. 1.2). Это приспособление,
вывезенное из Франции, позволило тестировать более 200 жемчужин в час.
Рис. 1.2. Использование эн-
доскопа для анализа жемчуга
в Лаборатории по тестиро-
ванию драгоценных камней
Торговой палаты в Хэттон-
Гардене.
10 Глава 1. Введение
К1928 г., когда к работе в лаборатории присоединился Ч. Дж. Пейн, ежегодно
просматривалось около 50 000 жемчужин. В 1928 г. лаборатория переехала в
новое помещение, где была смонтирована рентгеновская установка. В резуль-
тате появилась возможность тестировать непросверленные жемчужины, ис-
пользуя дифракционные методы. Так началось практическое сотрудничество
геммологии и ювелирной торговли — с идентификации жемчуга (на сегод-
няшний день в Лондонской лаборатории протестировано более 3,5 млн. жем-
чужин) и диагностики новых синтетических рубинов и шпинелей Вернейля.
Еще одно значительное событие относится к 1931 г. В этом году Роберт
Шипли, получивший в 1929 г. диплом Британской геммологической ассоци-
ации, а затем руководивший своими собственными заочными геммологиче-
скими курсами в США, основал Геммологический институт Америки (GIA).
В середине 30-х гг. к нему присоединился его старший сын Роберт Шипли-
мл., который помогал в разработке серии приспособлений для тестирования
драгоценных камней, включая микроскоп для драгоценных камней, алмаз-
ный колориметр, рефрактометр и полярископ.
В 1934 г. Р. Шипли-ст. основал профессиональное объединение ведущих
ювелиров — Американское геммологическое общество. В 1935 г. вышел в
свет первый номер журнала Геммологического института Америки «Gems &
Gemology». В этом же году Американская геммологическая ассоциация про-
вела свои первые экспертизы.
В 30-е гг. XX в. в Великобритании Б. Андерсон удачно воспользовался
спадом в торговле, вызванном экономической депрессией, для завершения
работ по исследованию различных способов тестирования драгоценных кам-
ней. В частности, ему и Пейну удалось детально изучить и описать спектры
поглощения многих драгоценных камней (позднее результаты их исследова-
ний вошли в краткое руководство Роберта Вебстера «Gemmologist’s
Compendium» и знаменитую книгу Герберта Смита «Gemstones» («Драгоцен-
ные камни», издание 1940 г.), атакже разработать экспериментальную сфале-
ритовую модель рефрактометра Тулли. Во время работы над рефрактометром
они разработали новую контактную жидкость (раствор серы и тетрайодэти-
лена в дийодметане), которая затем стала использоваться в качестве контакт-
ной жидкости для рефрактометров геммологами во всем мире.
После неудачных попыток Оптической компании Райнера (производителя
рефрактометра Тулли) изготовить сфалеритовую, а не стеклянную полусфе-
рическую призму был разработан вариант с усеченной призмой, помещенной
в небольшой прибор конструкции самого Райнера. Переход от полусфериче-
ской формы столика рефрактометра к призматической позволил изготовить
менее дорогую стандартную модель со стеклянным столиком, ставшую осно-
вой для всех последующих рефрактометров Райнера (и для заокеанских
«клонов»!). За сфалеритовым рефрактометром последовали алмазная и затем
шпинелевая модели.
Другим важным направлением исследований Андерсона и Пейна во вре-
мя их «передышки» в середине 30-х гг. были пересмотр основных констант
драгоценных камней и создание нескольких устойчивых и относительно без-
Достижения последних 160 лет 11
Рис. 1.3. Изумрудный фильтр Чел-
си, созданный для того, чтобы отли-
чать изумруды от их имитаций.
опасных тяжелых жидкостей для определения удельного веса. В 1933 г. Ан-
дерсон начал вести занятия по геммологии на Политехнических курсах в
Челси. Одним из его первых дипломников стал Р. Вебстер. В это время Лон-
донской лабораторией и студентами, изучавшими геммологию, был совмест-
но разработан изумрудный фильтр (названный фильтром Челси, рис. 1.3).
В начале 1935 г. в лондонской прессе появились сообщения о синтетиче-
ских ювелирных камнях, обладавших «всеми качествами алмаза» и способ-
ными «обмануть 99% экспертов». Сейчас подобные ситуации нам хорошо
знакомы, но тогда, в 30-е гг., новая продукция вызвала настоящую панику.
Имитация, вокруг которой разразилась вся эта шумиха, была бесцветной
синтетической шпинелью, предположительно произведенной в Германии.
Такое же смятение вызвали похожие новости, появившиеся в североамери-
канской прессе. Паника в торговле продолжилась после сообщения об успеш-
ном синтезе алмаза ювелирного качества и размера самозванным специали-
стом по драгоценным камням г-ном Джурадо. Камень Джурадо был идентифи-
цирован Андерсоном как шпинель, и его описание характеристик этого камня
появилось в нескольких ведущих геммологических и ювелирных журналах.
Важным событием стало проведение в 1935 г. пробного синтеза изумруда
немецкой фирмой «И. Г. Фарбениндустри», разработавшей новый раствор-
расплавный метод синтеза. Хотя было произведено много образцов, начало
Второй мировой войны прервало работу компании. Синтетический изумруд
«игмеральд» никогда не был запущен в промышленное производство, а в
1942 г. его окончательно перестали производить.
В связи с высокой стоимостью этого камня над синтезом изумруда стали
работать несколько лабораторий, и в 1940 г. американскому химику Кэролу
Чэтему удалось вырастить кристаллы ювелирного качества. Хотя технология
производства держалась в секрете, по своим характеристикам изумруды Чэ-
тема имели много общего с немецкими игмеральдами, что позволило сделать
вывод о выращивании их с использованием флюсового процесса. (Чтобы не
использовать слово «синтетический», Чэтем в 1963 г. получил разрешение
Федеральной торговой комиссии США выпустить свою продукцию на рынок
под названием «изумруд Чэтема»).
После Второй мировой войны к работе Андерсона и Пейна в лаборатории
в Хэттон-Гардене присоединились Р. Вебстер и Алек Фарн, и исследования
по идентификации драгоценных камней продолжались. В последующие годы
12 Глава 1. Введение
Вебстер довел до конца свою работу по использованию ультрафиолетовых лу-
чей для идентификации драгоценных камней, а Фарн, среди прочего, стал ве-
дущим экспертом Великобритании по определению жемчуга.
Вскоре в Лондоне стали появляться партии рубинов и сапфиров, содержа-
щие до 10% синтетических камней, и хэттонгарденская лаборатория вновь
начала работать на полную мощность. В 1946 г. в лаборатории было протести-
ровано более 100 000 камней, но годом позже ее проблемы усугубились ус-
пешным производством звездчатых рубинов и сапфиров отделением Линде
американской корпорации «Юнион карбайд».
В 1948 г. появился синтетический рутил, первый в ряду множества искус-
ственных имитаций алмаза. Он получил торговые названия «рэйнбоу джем»
и «титания». В 1951 г. было подтверждено наличие в природе нового редкого
ювелирного камня, названного таффеитом в честь открывшего его графа
Таффи. Для уточнения его химического состава (бериллий, магний и алюми-
ний) были проведены рентгеновский и химический анализы. За исключени-
ем двупреломления, таффеит очень близок к шпинели. Хотя таффеит и оста-
ется редким минералом, несколько камней найдено с тех пор на Шри-Ланке.
В 50-х гг. была представлена еще одна имитация алмаза — титанат строн-
ция, получивший торговые названия «фабулит» и «диагем». В отличие от более
ранней имитации — синтетического рутила — он не имеет природного анало-
га. В этот период был достигнут значительный прогресс также в области синте-
за алмаза. Несмотря на то что в свое время шведская группа ASEA не смогла
получить подтверждения результатов своих работ независимым исследовате-
лем, в 1951 г. она объявила, что разработала воспроизводимый процесс. По-
скольку ASEA не была осведомлена о достижениях в синтезе алмаза другими
компаниями, она держала свои исследования в секрете и работала над увеличе-
нием размеров и улучшением качества продукции. Не знали они и о промыш-
ленном значении мелкого синтетического алмаза. ASEA огласила свои дости-
жения лишь после того, как в 1955 г. «Дженерал электрик» в США объявила о
проведенном ею удачном синтезе зерна алмаза. Четырьмя годами позже в Ла-
боратории исследования алмазов фирмы «Де Бирс» в Йоханнесбурге также с
успехом синтезировали технические алмазы (рис. 1.4). С тех пор многие стра-
ны, в том числе СССР, Япония и КНР, разработали подобные технологии.
Рис. 1.4. Примеры мелких технических синтетических алмазов (из материалов
«Де Бирс»).
Достижения последних 160 лет 13
Коричневый драгоценный камень, найденный на Шри-Ланке и ранее
классифицированный как перидот, в 1954 г. был идентифицирован как но-
вый минерал и назван сингалитом по месту происхождения. В 1957 г. был
идентифицирован еще один новый вид драгоценных камней, названный
пейнитом по имени его первооткрывателя А. Ч. Д. Пейна.
В 1958 г. вышел первый номер журнала «Australian Gemmologist», офици-
ального органа Геммологической ассоциации Австралии. В нем содержалось
сообщение о том, что British Atomic Energy Research Establishment в Харвелле
произвело промышленное облучение алмазов (в целях улучшения их цвета).
Наряду с этим в журналах описывался первый опыт выращивания жемчуга в
Австралии с помощью моллюска Pinctada maxima.
В 1959 г. Л. Ч. Трампер, награжденный Исследовательским дипломом Гем-
мологической ассоциации Великобритании за свою работу об измерении пока-
зателя преломления с помощью отраженных лучей, создал первый экспери-
ментальный прибор для определения драгоценных камней по их отражательной
способности. Он имел вид оптического компаратора, в котором интенсивность
отражения от поверхности драгоценного камня сравнивалась с калиброванным
и регулируемым вручную источником света. В том же году К. Чэтем в США на-
чал выпускать на рынок синтетические рубины, полученные раствор-расплав-
ным методом.
В 1960 г. австрийский химик Й. Лехлейтнер получил новый вид синтети-
ческого изумруда, названный сначала «эмерита», а затем «симеральд». Он ис-
пользовал гидротермальный метод для наращивания тонкого слоя синтети-
ческого изумруда на ограненный природный слабоокрашенный берилл.
Процесс выращивания изумруда Лехлейтнера был позднее освоен американ-
ской компанией «Линде», которая затем выпустила его на рынок под назва-
нием «синтетический изумруд Линде».
В 1963 г. во Франции Пьер Жильсон выпустил на рынок «синтетический
изумруд Жильсона», который он получил, применив усовершенствованный
вариант флюсового процесса, разработанного в «И. Г. Фарбениндустри». Го-
дом позже Лехлейтнер получил изумруд, выращенный гидротермальным ме-
тодом на кристаллах-затравках, а 1965 г. аналогичный продукт выпустила
фирма «Линде».
В период напряженных работ над синтезом изумруда в аллювиальных пе-
сках Шри-Ланки был найден новый драгоценный камень — радиоактивный
минерал, богатый торием. Метамиктный драгоценный камень получил на-
звание «эканит» по имени открывшего его Ф. Д. Эканайаке.
В 1967 г. в Танзании были открыты залежи прозрачного голубого цоизита
ювелирного качества, названного танзанитом. Двумя годами позднее были
представлены две новые имитации алмаза, не имеющие аналогов в природе.
Первой из них был иттриево-алюминиевый гранат (ИАГ), выпущенный на
рынок под названиями «даймонер» и «даймоник», вторым же был ниобат ли-
тия с торговым названием «линобат».
В 1970 г. компанией «Дженерал электрик» в Америке в лабораторных ус-
ловиях были выращены алмазы ювелирного качества массой в карат, однако
14 Глава 1. Введение
полученные в итоге таблитчатые кристаллы не были экономически выгодны
в качестве коммерческого продукта. В 1971 г. советские исследователи заяви-
ли, что им также удалось синтезировать кристаллы алмаза ювелирного каче-
ства, но и они посчитали свой продукт слишком дорогостоящим для рынка.
В 1974 г. изданием книги д-ра Э. Гюбелина «Internal World of Gemstones»
(«Внутренний мир драгоценных камней») были установлены новые стандар-
ты для микрофотографий включений в драгоценных камнях. Достойным про-
должением этой книги стал «Photoatlas of Inclusions in Gemstones» («Фотоатлас
включений в драгоценных камнях») — результат сотрудничества Э. Гюбелина
и Дж. Койвулы из Геммологического института Америки, опубликованный
в 1986 г.
В 1975 г. при использовании флюсового процесса и процесса вытягивания
кристалла была успешно синтезирована редкая разновидность хризоберил-
ла — александрит. Затем появились синтетические опалы Жильсона, соста-
вившие еще одну проблему в идентификации драгоценных камней для юве-
лиров и геммологов.
В 1970-е и 1980-е гг. на рынке оказалось множество полученных с по-
мощью сложной технологии новых цветных синтетических камней (включая
рубины Kashan, Knischka, Ramaura и Seiko, изумруды Crescent Vert, Regency,
Biron/Pool и Lennix, а также флюсовые сапфиры Чэтема). Своеобразным вы-
зовом экспертам стало появление новых имитаций алмаза. Гадолиниево-гал-
лиевый гранат (ПТ) был выпущен на рынок в 1973 г., а в 1976 г. появился
кубический диоксид циркония (CZ)*, который практически «затмил» все
предыдущие имитации алмаза.
В течение этого периода для помощи ювелирам в идентификации и оценке
драгоценных камней стало быстро увеличиваться число новых приспособлений
для их тестирования. По-видимому, наиболее широкое применение получили
измерители отражательной способности (рефлектометры) и теплопроводности,
созданные в основном для определения алмаза и множества его имитаций. Пер-
вый рефлектометр появился в продаже в 1975 г. (рис. 1.5), а первый измеритель
теплопроводности — в 1978 г. (рис. 1.6). Благодаря взаимодополняющим свой-
ствам этих двух приборов в 1984 г. появились их сдвоенные модели.
В 1986 г. японская фирма Sumitomo Electric Industries объявила, что может
производить выгодные в экономическом отношении синтетические алмазы
ювелирного качества массой до 2 кар. Хотя эти камни обладали насыщенным
желтым цветом и были предназначены только для технических целей, по
меньшей мере один ограненный синтетический алмаз «Сумитомо» был иден-
тифицирован двумя годами позже в лаборатории в Хэттон-Гардене! В 1987 г.
Лаборатория исследования алмазов «Де Бирс» в Йоханнесбурге (ЮАР) зая-
вила, что также разработала метод выращивания коммерческих количеств
синтетических алмазов ювелирного качества. В контейнере с флюсом, нахо-
дящемся под высоким давлением, им удавалось вырастить алмазы массой до
* В России этот синтетический продукт называется фианит по названию Физического ин-
ститута им. П. Н. Лебедева, где он был впервые получен. — Прим, перев.
Достижения последних 160 лет 15
Рис. 1.5. Прибор «Gemeter 75» фирмы
«Сарасота» — один из первых рефлек-
тометров.
Рис. 1.6. «Diamondprobe» фирмы «Церес» —
первый произведенный в промышленных
масштабах прибор для определения алмазов
и их имитаций по теплопроводности.
11 кар для технического применения. В том же году советское информацион-
ное агентство ТАСС сообщило, что советские ученые получили синтетиче-
ские алмазы весом в 3 кг. Однако впоследствии было обнаружено, что эти
кристаллы представляли собой кубический диоксид циркония — путаница
возникла из-за неточного перевода, так как на русском языке понятия «син-
тетический» и «искусственный» равнозначны!
В марте 1987 г., во время празднования своего столетнего юбилея фирма
«Де Бирс» заявила об извлечении из рудника Премьер (в 1986 г.) алмаза
массой 599 кар (рис. 1.7). В том же году была представлена первая коммерче-
ская компьютерная программа для идентификации драгоценных камней
(разработанная автором).
В 1990 г. Геммологическая ассоциация Великобритании окончательно от-
делилась от Национальной ассоциации ювелиров и переехала в собственное
Рис. 1.7. (Справа) Алмаз «Сентинери» массой
599 кар, найденный в 1986 г. на руднике Премьер в
ЮАР (материалы «Де Бирс»). (Вверху) Огранен-
ный алмаз «Сентинери» массой 273 кар, имеющий
247 граней.
16 Глава 1. Введение
Рис. 1.8. Прибор «DiamondSure» (слева) для различения природных и синтетических
ювелирных алмазов по присутствию или отсутствию линии поглощения на длине
волны 415 нм. Если результаты теста неубедительны, можно использовать более
дорогой прибор «DiamondView» (справа), который состоит из флюоресцентной
установки, соединенной с компьютером, и позволяет выявлять диагностические
узоры роста, характеризующие природные и синтетические алмазы (см. также гл. 16).
(Из материалов «Де Бирс»).
помещение. В этом же году Ассоциация объединилась с Лондонской лабора-
торией по тестированию драгоценных камней, образовав единую организа-
цию — Геммологическую ассоциацию и лабораторию по тестированию дра-
гоценных камней Великобритании (GAGTL).
С 1993 г. в России для нужд ювелирной торговли выращиваются желтые
синтетические алмазы ювелирного качества. В 1996 г. Исследовательский
центр DTC фирмы «Де Бирс» в Великобритании объявил, что специально для
различения природных и синтетических алмазов его учеными разработаны
два прибора — «DiamondSure» и «DiamondView» (рис. 1.8). В том же году кор-
порация СЗ в США получила новую конкурентоспособную имитацию алма-
за — синтетический муассанит (карбид кремния).
В последние годы для частичного решения проблем идентификации, свя-
занных с появлением все большего количества сложных для диагностики
синтетических ювелирных камней, повышенное внимание обращается на
обнаружение диагностических включений и особенностей внутреннего
строения, обусловленных ростом кристалла. Для этого используются ручная
лупа и микроскоп. Если же данные способы не приносят успеха, можно ис-
пользовать ряд точных приборов, включая спектрофотометры, охватываю-
щие ультрафиолет-видимый-инфракрасный диапазоны, электронные мик-
розонды, электронные микроскопы и катодолюминесцентную аппаратуру.
Из предложенного краткого обзора важнейших достижений геммологии
за последние 160 лет можно заключить, что существует настоятельная и не-
прекращающаяся потребность в профессиональных геммологах, способных
искать и находить способы и средства идентификации новых синтетических
камней по мере их появления. И это стало, по-видимому, наиболее интерес-
ным и волнующим аспектом геммологии, что привело к изобретению широ-
кого спектра приборов для идентификации драгоценных камней.
Основные признаки драгоценных камней 17
Основные признаки драгоценных камней
Выше мы говорили об исторической подоплеке геммологической науки. Рас-
смотрим теперь те особенности, которые делают драгоценный камень при-
годным для использования в ювелирном деле. Первая и наиболее очевидная
и з них — это красота.
В отличие от других, более «материальных» свойств драгоценных кам-
ней, красота не может быть подсчитана, так как она зависит от множества
субъективных факторов, имеющих отношение к внешнему виду камня. Ес-
ли перед нами прозрачный цветной камень, то решающими факторами бу-
дут глубина цвета и степень чистоты. Однако в случае таких драгоценных
камней, как алмаз, красота будет определяться их блеском, игрой света, от-
сутствием дефектов и, в целом, отсутствием цвета в объеме камня. А у бла-
городных опалов определяющим фактором является переливчатая игра
цветов (опалесценция).
Редкост ь — другой признак, который должен отличать в той или иной сте -
пени любой драгоценный камень, достойный этого названия (цветное стек-
ло, хотя и может быть очень красивым в смысле цвета и прозрачности, вовсе
не является редко встречающимся материалом). Однако в отличие от красо-
ты на редкость камня могут влиять такие факторы, как спрос и предложение,
а также мода и дефицит исходного материала. Вновь становятся популярны-
ми, а соответственно и более дорогими, янтарь и жемчуг, а аметист был доро-
гим и редким камнем лишь до того, как в XVIII в. были открыты его богатые
месторождения в Бразилии.
Редкость драгоценного камня может усугубляться его необычными
оптическими свойствами, как это происходит в случае с александритом и
«кошачьим глазом» (хризобериллом). Алмазы — дорогостоящие камни; од-
нако совокупная мировая продукция всех типов неограненных алмазов в
1987—1988 гг. составила более 80 млн. кар, так что в данном случае цена
конечного продукта мало связана с его редкой встречаемостью. В этом случае
решающую роль играет политика компании «Де Бирс»
роль за предложением в соотношении спрос/предложение, за добьп е
ранкой и рынком.
Третим свойством, которым обязательно должен обладать
камень для того, чтобы он был признан пригодным для
неустанный конт-
ог-
елиг
его прочность. Это самое практически важное его ка те
ведь без него драгоценный кажн
н чкй
бот-
тличие
ювелир
от красоты и редкости
ным изделием, не сможет выдержать повседневной но: к* йли лимического
воздействия со стороны атмосферы и вскоре пот
ности.
Прочность, которая включает в себя тзки^
вязкость, является,
чеством драгоценного камня. Равным образом ел;. влияет и на сложность
работы огранщиков драгоценных камней, о чем мы подробнее поговорим
.тикость поверх-
с точки зрения потребителе наиболее
ойечдЙ, как твердость и
важным ка-
18 Глава 1. Введение
Органические и неорганические драгоценные камни
Издавна в ювелирном деле использовались природные материалы, имеющие
и минеральные и органические компоненты, а потому современная геммоло-
гия включает в себя изучение не только минералогии, оптики, геологии и
химии, но и зоологии, биологии и ботаники. Среди природных материалов,
используемых ювелирами, самая большая группа принадлежит к царству ми-
нералов. В связи с этим первая часть книги касается драгоценных камней,
имеющих минеральное происхождение. Ювелирные камни органического
происхождения, такие, как слоновая кость, кость других животных, жемчуг,
коралл, панцирь черепахи, гагат и янтарь, будут рассмотрены отдельно в
гл. 18, в которой описываются также методы, позволяющие отличать их от
соответствующих имитаций.
Глава 2
Образование и распространение
драгоценных камней
Строение Земли
Земля обращается по орбите вокруг звезды, называемой Солнцем, являясь
третьей по счету планетой. Как показало изучение сейсмических волн, рас-
пространяющихся от землетрясений, она содержит центральное ядро, ман-
тию и кору (рис. 2.1). Ядро имеет диаметр около 7000 км, и считается, что оно
состоит из двух частей. Внешнее ядро толщиной около 2100 км сложено рас-
плавленными породами — «магмой». Ниже находится твердое внутреннее
ядро, диаметр которого около 2700 км; предполагается, что в его состав вхо-
дят очень плотные породы, содержащие 80% железа и различные количества
никеля, кремния и кобальта.
Между ядром и земной корой располагается мантия — промежуточная
полурасплавленная зона толщиной порядка 2900 км. Выше мантии находит-
ся твердая кора, мощность которой варьирует примерно от 5 км под океана-
ми до 72 км под наиболее высокими горами континентов. Из этих трех струк-
турных зон наибольший интерес для нас представляет земная кора, так как
она является местом рождения наших драгоценных камней, а ее геологиче-
ское строение — ключом к их нахождению.
Рис. 2.1. Упрощенная схема стро-
ения Земли (содержащей ядро,
мантию и кору).
20 Глава 2. Образование и распространение драгоценных камней
Минералы и породы
Рассмотрим, что означают с научной точки зрения понятия «минерал» и
«горная порода». Минерал — это вещество, образованное в недрах Земли си-
лами неорганической (т. е. неживой) природы. Оно является однородным,
имеет определенные атомное строение и химический состав, а набор физиче-
ских и оптических характеристик одинаков для всей его массы.
В минералогии известно несколько тысяч минералов, но лишь около 60 из
них обладают качествами, необходимыми для того, чтобы их можно было
считать драгоценными материалами. Внутри этой избранной группы сущест-
вует несколько минералов, являющихся металлами. Это — золото, серебро,
платина и металлы платиновой группы: родий и иридий (родий используется
в качестве яркого защитного покрытия на серебре, иридий — в сплавах с зо-
лотом и платиной). Эти благородные металлы, как и алмаз, являются хими-
ческими элементами в отличие от других драгоценных камней, представляю-
щих собой соединения нескольких элементов (элементы и их соединения мы
рассмотрим подробнее в гл. 3).
Хотя минералы добываются из недр земной коры в различном виде, в
большинстве случаев они образуют комбинации, и эти комбинации, или аг-
регаты, мы называем горными породами. Гранит, например, состоит из поле-
вого шпата, кварца и слюды. В большинстве своем драгоценные камни пред-
ставлены каким-либо одним минералом, за небольшими исключениями,
когда они являются породой, — примером может служить лазурит (ляпис-ла-
зурь), который состоит из смеси собственно лазурита, содалита, кальцита и
пирита и, таким образом, считается породой.
Образование драгоценных камней в земной коре
Осадочные породы
Возвращаясь к структуре Земли, мы отчетливо видим, что земная кора состоит
из трех четко различимых слоев (рис. 2.2). Самый верхний тонкий слой сложен
в основном тонкозернистыми отложениями песка, гравия и глины, образовав-
шимися в результате эрозии под воздействием дождя, ветра и водных потоков
Рис. 2.2. Схема отно-
сительного расположе-
ния осадочных, извер-
женных и метаморфи-
ческих пород в земной
коре.
Образование драгоценных камней в земной коре 21
подстилающих более древних пород соседнего слоя коры и сформировавших в
результате уплотнения слои песчаника или известняка. В соответствии с меха-
низмом их образования мы называем эти горные породы осадочными. Если не
считать органические вещества, такие, как янтарь и гагат, они не содержат пер-
вичных драгоценных материалов. Однако, если подвергшиеся выветриванию
более древние горные породы содержали тяжелые минералы (т. е. минералы
драгоценных камней), они могли быть вынесены водными потоками и образо-
вать вторичные, или аллювиальные, отложения. Такие драгоценные камни в
конце концов превращаются в гальку, и их можно встретить в отложениях гра-
вия Бразилии, Мьянмы (б. Бирма) и Шри-Ланки. Опал также образует осадоч-
ные отложения, возникая при вымывании содержащих кремнезем пород с по-
следующим затвердеванием кремнезема в трещинах в виде тонких жил.
Магматические породы
Средний слой земной коры образовался в результате затвердевания расплав-
ленной магмы. Его слагают так называемые магматические (изверженные) по-
роды, главным образом гранит. Нижележащий слой также состоит из магмати-
ческих пород, но они более темные и плотные и представлены преимуществен-
но базальтами и другими основными (т. е. имеющими низкое содержание
кремнезема) горными породами, богатыми железом и магнием. Изверженные
породы, которые, затвердев, образовали средний и нижний слои земной коры,
называются интрузивными, плутоническими или абиссальными (глубинными)
породами, тогда как те породы, которые внедрились в верхний слой и затвер-
дели в результате быстрого охлаждения магмы на поверхности Земли, называ-
ют эффузивными или вулканическими (таковы, например, лавовые потоки).
Большинство самых важных минералов, служащих источниками драго-
ценных камней, таких, как полевой шпат, кварц, турмалин, топаз и циркон,
находят в интрузивных породах, которые медленно охлаждались в среднем и
нижнем слоях земной коры, образуя крупные кристаллы из первоначального
магматического расплава (рис. 2.3). Когда температура магмы начинает па-
рно. 2.3. Монокристаллы полевого шпата, кварца, турмалина, берилла, циркона и
топаза, образовавшиеся в интрузивных изверженных породах.
22 Глава 2. Образование и распространение драгоценных камней
Рис. 2.4. Распиленная и отполиро-
ванная половина жеоды. Быстрое
охлаждение от внешнего периферий-
ного слоя привело к образованию
достаточно толстого слоя микрокри-
сталлов, тогда как более медленное
падение температуры в направлении
центра позволило сформироваться
более крупным кристаллам.
дать, минералы выделяются из нее в процессе так называемой фракционной
кристаллизации. Полевые шпаты кристаллизуются первыми и, имея доста-
точно пространства, образуют крупные кристаллы правильной формы. При
дальнейшем охлаждении магмы формируются другие минералы. Одним из
последних кристаллизуется кварц, а поскольку места остается уже недоста-
точно, кварц далеко не всегда образует крупные хорошо сформированные
кристаллы. Многие из интрузивных пород, содержащих драгоценные камни,
раскристаллизованы в виде крупнозернистых гранитов, называемых пегма-
титами. Кварц и другие минералы иногда осаждаются в жеодах — еще одной
форме интрузивных тел. Жеоды представляют собой приблизительно сфери-
ческие полости, в которых кристаллизуются небольшие количества остаточ-
ного магматического расплава или водного раствора (рис. 2.4).
Метаморфические породы
Некоторые магматические и осадочные породы, находясь в различных слоях
земной коры, подвергаются изменениям под действием высоких температур
и давлений. Образовавшиеся таким образом породы мы называем метамор-
фическими. Мрамор является метаморфической породой, возникшей в ре-
зультате изменения известняка. Примером метаморфических изменений,
приводящих к образованию в породах драгоценных камней, является воздей-
ствие расплавленной магмы на охлаждающиеся породы. Происходящие при
этом химические реакции ведут к формированию таких разновидностей дра-
гоценных камней, как изумруд, александрит, рубин и сапфир. Другие мине-
ралы, образующие ювелирные камни, сформировались в результате крупно-
масштабных сдвигов и дробления пород. Примером могут служить гранат,
андалузит, серпентин, нефрит и жадеит.
Таким образом, образование драгоценных камней в природе связано с
процессами формирования осадочных, изверженных и метаморфических по-
род, а также с химическим составом остаточного магматического расплава
или водного раствора. Многие драгоценные камни находят в тех самых мес-
тах, где они образовались, и этот тип месторождений представляет большой
интерес для минералогов, так как дает информацию о способе возникнове-
Образование драгоценных камней в земной коре 23
Рис. 2.5. Необработанные алмазы. Слева направо-, треугольный двойник «мэкл»
«macle»), «шейп» («shape») (искаженный октаэдр), «стоун» («stone») (октаэдр) и
кливаж» («cleavage») (обломок кристалла). (Из материалов «Де Бирс».)
ния драгоценного камня.С другой стороны, аллювиальные месторождения
драгоценных камней образуются в результате их переноса на значительные
расстояния от мест образования под действием таких агентов выветривания,
как ветер, дождь и реки. Доказательством переноса драгоценных камней в
аллювиальных месторождениях являются их потертые грани (например,
гальки водяно-прозрачного топаза и округлые кристаллы алмаза с берегов
Намибии).
Образование алмазов
Алмазы (рис. 2.5) отличаются от других драгоценных камней тем, что образу-
ются в самых нижних слоях земной коры на границе с мантией. Эта переход-
ная зона, находящаяся в основании земной коры, называется разделом Мохо-
ровичича или Мохо (см. рис. 2.1 и 2.2). Свое название она получила в честь
открывшего ее югославского ученого. Сейчас считается, что алмазы кристал-
лизовались на глубине не менее 120 км от поверхности Земли из углерода (в
форме диоксида углерода или метана) при очень высоких температурах и дав-
лениях. Содержащая алмазы магма затем поднималась к земной поверхности
в ходе процессов типа вулканических извержений под действием давления
газов. Постепенно остывая и затвердевая, магма образовала существующие в
настоящее время кимберлитовые трубки, которые являются основным миро-
вым источником алмазов.
Предполагается, что верхняя часть кимберлитовых трубок на поверхности
Земли первоначально имела форму конусовидных холмов или даже гор. За
сотни миллионов лет эти холмы были эродированы под действием таких
агентов выветривания, как ветер и дождь, и превратились в низкие холмики
(в ЮАР их называют «копи»). Алмазы, присутствовавшие в эродированной
верхней части трубок, были вынесены потоками и образовали аллювиальные
месторождения в руслах рек или, как в случае Юго-Западной Африки, вдоль
морских террас побережья Намибии.
24 Глава 2. Образование и распространение драгоценных камней
Группы, виды и разновидности
В минералогии известно порядка 2000 различных минеральных видов. Для
удобства изучения их первоначально разделили на ряд групп, каждая из кото-
рых включает те минеральные виды, которые имеют сходные свойства или
характеристики. В геммологии с ее более ограниченным набором минералов
всего лишь несколько имеют достаточное количество общих черт. Это груп-
пы полевого пшата, граната и турмалина.
Минералы драгоценных камней далее подразделяются на виды, которые
имеют свой индивидуальный химический состав и свойства, и их разновидно-
сти, которые отличаются друг от друга по цвету или общему виду. Начав с
группы (скажем, гранатов), мы можем нарисовать генеалогическое древо,
ветвями которого будут виды (например, андрадит, гроссуляр и спессартин),
а затем их разновидности, отличающиеся по цвету.
Легко впасть в неразбериху в связи с различными названиями, которые
имеют основная группа, виды и разновидности. Чтобы помочь избежать это-
го, в табл. 2.1 приведены те узаконенные названия, которые имеют драгоцен-
ные камни в пределах двух и более категорий.
Распространение основных драгоценных камней
Некоторые области на Земле по геологическим условиям кажутся более,
чем другие, благоприятны для образования месторождений драгоценных
камней. Хотя они совсем невелики по размерам, островным государством
Шри-Ланка (бывш. Цейлон) и Малагасийская Республика (раньше — Ма-
дагаскар) в этом отношении особенно повезло. Шри-Ланка владеет мно-
жеством драгоценных камней, включая рубин, сапфир, наиболее широко
распространенные разновидности граната, хризоберилл (александрит),
кварц, лунный камень, шпинель, топаз, циркон, турмалин, андалузит и
сингалит. Из наиболее важных драгоценных камней в этом списке отсутст-
вуют только изумруд и алмаз. У Малагасийской Республики есть аквама-
рин и розовая разновидность берилла (не изумруд), многие разновидности
кварца и граната плюс топаз, турмалин, ортоклаз и кунцит, разновидность
сподумена.
Недалеко от Шри-Ланки расположены богатые месторождения рубина и
сапфира (Мьянма и Таиланд), а далее на юго-восток — обширный континент
Австралия с богатыми месторождениями алмаза, сапфира и опала. В Южной
Америке — в Колумбии и Бразилии — имеются богатые месторождения
изумруда, а в последней помимо этого в изобилии есть также аметист, аква-
марин и топаз. На Северо-Американском континенте среди прочих имеются
важные месторождения турмалина. Продвигаясь далее на восток вдоль ог-
ромной по протяженности России (первые месторождения александрита бы-
ли открыты именно здесь, в Сибири), мы находим малахит, турмалин, деман-
тоид, разновидность граната, и многие другие ювелирные камни, в том числе
все разновидности кварца, а также разновидности берилла: гелиодор, аква-
марин и изумруд.
Распространение основных драгоценных камней 25
Таблица 2.1
Название группы Название вида Название или описание разновидности
Берилл Хризоберилл Корунд Изумруд, аквамарин, морганит (розовый), гелиодор (желтый), гошенит (бесцветный) Хризоберилл (желтый, зеленовато-желтый), алек- сандрит (красный при освещении лампой накалива- ния, зеленый при дневном свете), цимофан (зелено- вато- желтый кошачий глаз) Рубин, сапфир (синий, фиолетовый, зеленый, жел- тый, розовый, оранжевый, бесцветный)
Полевые шпаты < Ортоклаз Микроклин Санидин Плагиоклаз1) Адуляр (бесцветный), лунный камень (желтый, бес- цветный с иризацией), ортоклаз (желтый) Амазонит (зеленый) (Бесцветный, редко коричневый) Лабрадор2) (многоцветный иризирующий и жел- тый), олигоклаз (желтый), солнечный камень или авантюриновый полевой шпат (бронзовый или зеле- ный со вспышками), альбитовый лунный камень (белый, зеленый, желтовато-коричневый до корич- невато-розового с голубой иризацией)
Гранаты ' Альмандин Пироп Гроссуляр Андрадит Спессартин Уваровит (Пурпурно-красный) (Кроваво-красный) Гессонит (оранжево-коричневый, зеленый, розо- вый), массивный гроссуляр или гидрогроссуляр3) (цвет зеленого жадеита), тсаворит (зеленый) Демантоид (зеленый), желтый андрадит, меланит (черный) (Оранжевый, желтый, огненно-красный) (Изумрудно-зеленый)
Опал Белый и черный опал (оба с иризацией4)), водяной опал (бесцветный или коричневато-желтый с ириза- цией), мексиканский огненный опал (оранжевый, иногда с иризацией), гиалит (бесцветный стекловид- ный без иризации), поч- или обычный опал (беле- сый без иризации)
Кварц Аметист, цитрин (желтый), розовый кварц, горный хрусталь (бесцветный), авантюриновый кварц (зеле- ный, голубой или коричневый с отблесками света на пластинках слюды), тигровый глаз (желто-коричне- вый), соколиный глаз (сине-зеленый), яшма5* (крас- ная, коричневая), кварцевый кошачий глаз (светло- зеленый или коричневый) Халцедон (скрытокрис- Халцедон (голубой, серый не полосчатый), агат таллический кварц) (концентрическая криволинейная полосчатость), карнеол (красный), хризопраз (зеленый), оникс/сарддникс (прямые коричневые и белые по- лоскЬ
Турмалин Ахроит Шерл Индиголит Другие виды и разно- видности (Бесцветный) (Черный) (Синий) (Красный, розовый, зеленый, желтый и коричневый)
В России плагиоклаз выделяется как группа. — Прим. ред.
Лабрадор и олигоклаз — это виды, солнечный камень (авантюрин) — разновидность олигоклаза. — Прим. ред.
Гидрогроссулятор — самостоятельный минеральный вид. — Прим. ред.
Для опала обычно используется термин «опалесценция». — Прим. ред.
Яшма — кремнистая порода, содержащая кварц и халцедон. — Прим. ред.
26 Глава 2. Образование и распространение драгоценных камней
Виндхук
Намибия
Кимберли
Республика Ботсвана
Габороне
Китмансхуп
Л сдерни
ф Обозначения:
1 Консолидейтед
Даймонд Майнс
2ДриейерПорт
ЗЛенгхути
ДКЬинджасса
5Финш
бБугфонтейн,
ДеБирс,Дюгойтспен,
Веосельтон
7 Коффифонтейн
8Дкванериг
9 Премьер
10 Венеция
11 Леэеджкан
120рапа
1 *Уопфишс-Бей
Яхерсфонтейн
Кейптаун
Порт-Элизабет
Южно-Африканская
республика
Ориндж-
Александэр-Бей
Порт-Ноллот
• Претория
~ Йоханнесбург (gyyy
Лесото
Дурбан
Рис. 2.6.Основные месторождения алмазов в Намибии, Ботсване и ЮАР.
Другие коммерчески важные месторождения изумруда разрабатываются в
Индии, Пакистане, Зимбабве (Родезия) и ЮАР — последняя также хорошо
известна наличием у нее тигрового глаза (разновидность кварца) и как один
из самых крупных источников алмазов. Наиболее знаменитые рудники ЮАР
расположены вблизи городов Кимберли (место, где расположена знаменитая
«Большая дыра») и Претория (алмаз «Куллинан» массой 3106 кар был найден
на руднике Премьер в 32 км к северо-востоку от города). В южной Африке из-
вестны и другие крупные разработки алмазов — в Намибии, Ботсване и Ан-
голе (рис. 2.6), известны они также в СНГ (бывший СССР), КНР и Австра-
лии. Хотя исторически Индия была первой страной, где добывали алмазы, а
за ней шла Бразилия, обе эти страны сейчас — лишь второстепенные источ-
ники этого драгоценного камня.
На месторождении Аргайл в Западной Австралии транспортирующая маг-
ма имеет иной состав, чем в кимберлитах, в которых алмазы обнаружены в
южной Африке, и называется лампроитом. Еще один новый источник алма-
зов расположен в Канаде на арктических территориях (Лак-де-Грас). Новое
месторождение в Анголе — Катока — предположительно является четвертой
крупнейшей трубкой в мире. Оно должно начать выдавать продукцию в кон-
це 90-х гг. (новое ангольское месторождение разрабатывается совместно с
российской компанией АРС).
Дополнительную информацию о странах, где находятся крупные место-
рождения драгоценных камней, см. в приложениях В и С.
Способы разработки месторождений 27
Способы разработки месторождений
Добыча драгоценных камней из земной коры производится как простыми
ручными методами, так и с помощью сложных механизированных операций.
Разработка аллювиальных месторождений в Мьянме, Шри-Ланке, Таиланде
и Бразилии сводится к выкапыванию круглых или квадратных ям глубиной до
15 м, пока не будет достигнут продуктивный слой гравия (рис. 2.7, слева). Гра-
вий (в Мьянме его называют «бион», в Шри-Ланке — «иллам») поднимают на-
верх с помощью лебедки и затем отделяют драгоценные камни, которые тяже-
лее песка и ила, вращая вручную мелкие плетеные корзины (рис. 2.7, справа).
Песок и ил вымываются через мелкие отверстия корзины, легкий гравий вы-
плескивают через верх корзины, а оставшиеся более тяжелые драгоценные
камни оседают на ее дно. Этот концентрат (в Шри-Ланке его называют «ду-
лам») затем вынимают из корзин и извлекают из него драгоценные камни.
Аллювиальные месторождения часто расположены на затопляемых рав-
нинах или вдоль древних пересохших русел рек. Иногда содержащий драго-
ценные камни гравий находят вблизи поверхности в отложениях ныне суще-
ствующих рек, и тогда для того, чтобы извлечь драгоценные камни, исполь-
зуют водонепроницаемые крепи и проводят драгирование русла.
Когда месторождение драгоценного камня находится вблизи поверхности
и занимает большую территорию, как, например, некоторые месторождения
топаза в Бразилии, используются механизированные способы разработки.
Поверхностный слой большой площади удаляют с помощью экскаватора, ко-
торый затем используется для выемки нижележащего продуктивного слоя
(рис. 2.8). Полученная масса промывается на ситах с использованием струи
воды под большим давлением (рис. 2.9), и далее кристаллы топаза извлекают
вручную.
В случае изумруда и опала содержащие драгоценный камень жилы могут
пересекать склон холма, и их вскрывают бульдозером, создавая ступени гори-
зонтальных террас вдоль склона. Основное месторождение опала в Южной
Австралии находится в пункте с удачным местным названием Кубер-Педи
Рис. 2.7. (Слева) Добыча драгоценных камней вблизи Ратнапуры (Шри-Ланка) —
шахта для вскрытия слоя аллювиального гравия, содержащего драгоценные камни.
(Справа) Использование плетеных корзин для промывки и сбора вскрытого продук-
тивного гравия.
28 Глава 2. Образование и распространение драгоценных камней
Рис. 2.8. Использование
скребкового экскаватора для
удаления верхнего слоя гли-
ны и выемки продуктивного
слоя на топазовом руднике
Капо-до-Лана в Бразилии.
Рис. 2.9. Использование
высокого давления струи
воды для отделения кри-
сталлов топаза от смеси раз-
личных минералов, глины и
каолина на руднике Капо-
до-Лана в Бразилии.
(что означает «человек в яме») — ведь в этом районе жаркий и сухой климат
и даже жилье работающих здесь находится под землей. На изумрудных место-
рождениях Колумбии и ЮАР отработка ведется туннелями, которые нужны,
чтобы добраться до наименее доступных карманов с драгоценными кристал-
лами. Механизированные способы разработки часто нуждаются в постоян-
ном наличии воды, и там, где природных источников не хватает, приходится
строить резервуары.
Методы добычи алмазов различны: от простых операций с речным аллю-
вием, как было описано выше, когда алмаз отделяют от гравия простой про-
мывкой на лотке (рис. 2.10), таком же, как для промывки золота, до сложной
механизированной добычи. Многие алмазные трубки первые несколько лет
разрабатываются открытым способом. По мере извлечения алмазоносных
пород с помощью взрывов и бульдозеров, нужно удалять окружающие трубку
породы, чтобы построить спиральную дорогу для доступа к рабочему уровню.
В конце концов достигается точка, когда становится экономически более
выгодно построить вертикальную шахту вдоль боковой стенки трубки, с тем
Способы разработки месторождений 29
Рис. 2.10. Промывка алма-
зов на берегу реки Гбобора в
Сьерра-Леоне. (Из материа-
лов «Де Бирс».)
Рис. 2.11. Удаление покры-
вающих песков для вскрытия
обогащенного алмазами гра-
вия вдоль пустынного побе-
режья Намибии в юго-запад-
ной Африке. (Из материалов
«Де Бирс».)
чтобы можно было вести добычу с помощью тоннелей, пересекающих труб-
ку. Добываемую породу часто дробят под землей, прежде чем ее доставят на-
верх для дальнейшей обработки. Поскольку алмаз — один из самых тяжелых
минералов, технология получения алмазного концентрата часто построена
на разделении смеси в тяжелых жидкостях и центрифугах.
Алмаз плохо смачивается и поэтому способен прилипать к жиру. Эта его
особенность также используется для извлечения на жировых вибростолах
или жировых транспортерах, отделяющих алмазные кристаллы от дробленой
породы. Более эффективный метод выделения алмаза, применяемый на но-
вых рудниках, — рентгеновская сепарация. Он основан на том, что при облу-
чении рентгеновскими лучами алмаз люминесцирует, тогда как его минера-
лы-спутники этим свойством не обладают.
Один высокомеханизированный способ добычи алмаза, сильно отличаю-
щийся от описанных, используется при отработке месторождения в при-
брежной пустыне к северу от устья реки Оранжевой в Намибии. Здесь при до-
быче алмазов применяют скребковые экскаваторы и мощные транспортные
средства для удаления слоя песка толщиной до 10 м, с тем чтобы достичь бо-
гатого алмазами гравия, лежащего на древней морской террасе (рис. 2.11).
30 Глава 2. Образование и распространение драгоценных камней
Наиболее драматичный момент в добыче — извлечение алмазов во время от-
лива: большая часть береговой линии пересекается дамбой, и из отдельных
секций извлекаются алмазы, которые в остальное время находятся под водой.
В Намибии добыча ведется и в отдалении от берега с помощью водолазов, ра-
ботающих как с небольших лодок, так и с больших кораблей. При этом ис-
пользуются вакуумные трубы, по которым отсасывают алмазоносный гравий
со дна моря.
Глава 3
Химический состав драгоценных камней
Элементы, атомы, молекулы и соединения
Философы и ученые древнего мира предполагали, что мир состоит из четы-
рех элементов, взятых в различных пропорциях: земли, воды, огня и воздуха.
Эта простая теория господствовала до XVII столетия, когда ученые Западной
Европы, проводя систематические эксперименты и анализы, открыли не че-
тыре, а 90 элементов, которые составляют нашу планету.
По мере развития научных методов спустя годы было подтверждено, что
все вещества — твердые, жидкие и газообразные — состоят из этих элемен-
тов. как отдельных, так и из их комбинаций. Возможно, самым замечатель-
ным научным достижением было открытие того, что элементы состоят из
атомов — основных химических «строительных блоков» Вселенной.
Согласно современным воззрениям, химические элементы — это однород-
ные вещества, состоящие из атомов одного типа, и каждый атом в их составе —
мельчайшая частица, полностью сохраняющая свойства этого элемента.
Первоначальная концепция атома как бесконечно малого «кирпичика»
Вселенной была, в свою очередь, разбита, когда ученые поняли, что атомы
сами состоят из еще более мелких частиц, открытие которых все продолжа-
ется и которые имеют свойства, отличные от свойств образуемого ими атома
(даже представление о том, что все вещество в общем сложено двумя фунда-
ментальными ядерными частицами — кварками и глюонами, сейчас, воз-
можно, будет заменено на теорию струн).
Для целей геммологии нам нужны только три наиболее важные атом-
ные частицы: протон, нейтрон и электрон. (Атомные частицы в соответст-
вии с квантовой механикой можно рассматривать как волновую энергию,
и наоборот. Фотон, например, является единицей количества электромаг-
нитного излучения в форме света и может возникать при взаимодействии
электронов и электронных переходах внутри атома. Фотон будет рассмот-
рен в гл. 8 и 12.)
Строение атома можно представить в виде миниатюрной Солнечной сис-
темы, в которой нейтроны и протоны занимают место Солнца в центре, или
эдре, а электроны, подобно планетам, обращаются вокруг них по орбитам
рис. 3.1 — для простоты орбиты электронов показаны лежащими в одной
плоскости). Протон — частица, обладающая единичным положительным за-
рядом, а нейтрон, имеющий такую же массу, что и протон, электрически
нейтрален. Электрон, масса которого намного меньше, чем протона и нейт-
32 Глава 3. Химический состав драгоценных камней
Рис. 3.1. Датский физик Нильс Бор предположил, что атом состоит из центрального
ядра, которое содержит некоторое количество положительно заряженных протонов
(например, 1 у водорода и 14 у кремния) и окружено таким же числом отрицательно за-
ряженных орбитальных электронов. Заряды протонов и электронов сбалансированы,
и атом в целом обычно нейтрален.
рона, несет на себе единичный отрицательный заряд. Электрически нейт-
ральные атомы содержат одинаковое количество протонов и электронов.
Встречающиеся в земной коре 90 элементов образуют ряд от самого легко-
го водорода до самого тяжелого урана. В нормальном состоянии все эти эле-
менты, за исключением водорода, имеют в ядре протоны и нейтроны. Те эле-
менты, у которых в атомных ядрах имеется одинаковое число протонов, но
различное нейтронов, называются изотопами. В редких случаях, когда ядро
атома водорода содержит еще и нейтрон, мы называем его дейтерием, пред-
ставляющим собой изотоп водорода.
Число протонов в ядре элемента называется его атомным номером (обоз-
начается Z, например для углерода Z— 6). Атомная масса элемента — это его
масса по сравнению с массой атома кислорода (ее значение определено в 16,0
атомных единиц массы, или 16,0 ат. ед. для краткости). Отсюда атомная мас-
са водорода 1,0079, а углерода 12,011 ат. ед.
Соединяясь друг с другом, атомы образуют молекулу. Молекула — это наи-
меньшая частица вещества, которая может устойчиво существовать сама по
себе и сохраняет его основные химические свойства. Группы молекул, обра-
зованные из комбинаций различных элементов, называются соединениями.
Даже атомы одного элемента часто становятся более устойчивыми, когда они
соединяются, образуя молекулу. Например, атомы кислорода и водорода бо-
лее устойчивы, когда они образуют пйры, и эти элементы называют двуатом-
ными или диатомными (О2 и Н2). Атомы многих элементов, таких, как гелий
(Не), абсолютно устойчивы поодиночке и, по определению, эти элементы су-
ществуют и как атомы и как молекулы. Такие элементы называют одноатом-
ными или моноатомными.
Разница между веществами, которые образованы в результате механиче-
ского смешения двух или более элементов, и веществами, в которых элемен-
ты соединены химическим путем и образуют химическое соединение, также
Элементы, атомы, молекулы и соединения 33
важна для понимания минералов. Вещество, образованное простым смеше-
нием элементов, сохраняет до некоторой степени свойства каждого элемен-
та, и пропорция составляющих не имеет значения.
Когда же образуется соединение из двух или более элементов, это влечет за
собой фундаментальные изменения (т. е. происходит химическая реакция),
которые обычно сопровождаются поглощением или выделением тепла.
Свойства соединения, образованного таким образом, сильно отличаются от
свойств отдельных элементов, и количества этих элементов находятся в стро-
гом соотношении, соответствующем полученному соединению.
Например, две диатомные молекулы водорода могут соединиться с одной
диатомной молекулой кислорода и образовать соединение — воду, свойства
которой кардинально отличаются от свойств исходных газов. Химическую
реакцию, происходящую между водородом и кислородом, можно выразить
следующим простым уравнением (в этой и более сложных реакциях между
элементами и соединениями нужно произвести уравнивание, с тем чтобы
число атомов каждого вещества было одинаковым в обеих частях уравнения):
2Н2.+ О2 = 2Н2О
цифры, стоящие перед химическими символами, указывают число молекул,
тогда как нижние индексы, следующие за символами, — число атомов).
Из 90 встречающихся в земной коре элементов лишь восемь составляют
основную ее массу. Из этих восьми элементов кислород и кремний — доми-
нирующая пара, и данные два элемента, соединяясь с остальными шестью
алюминием, железом, кальцием, натрием, калием и магнием) образуют ос-
новные минералы — силикаты и алюмосиликаты, такие, как, например, по-
левые шпаты. Оставшийся кремний соединяется с кислородом, образуя
кремнезем (SiO2). Кремнезем распространен повсеместно в виде кварца и со-
ставляет около 12% земной коры и верхней мантии.
Таблица 3.1.
Элемент Символ Валентность Атомный номер Z Атомная масса
Алюминий А1 3 13 26,98
Кальций Са 2 20 40,08
Железо Fe 2иЗ 26 55,85
Магний Mg 2 12 24,31
Кислород О 2 8 16,00
Калий К 1 19 39,10
Кремний Si 4 14 28,09
Натрий Na 1 11 22,99
Для удобства все элементы обозначаются буквенными символами. В
табл. 3.1 приведены символы восьми упоминавшихся ранее важнейших эле-
ментов. Полный перечень 90 элементов, их символов, атомных номеров и
атомных масс приведен в приложении I; в него включены также 17 искусст-
венно синтезированных элементов (технеций, франций, нептуний и др.) —
все они являются изотопами (кроме технеция и франция) и все они тяжелее
урана, самого тяжелого из встречающихся в природе элементов.
34 Глава 3. Химический состав драгоценных камней
Валентность
Орбиты электронов, окружающих атомное ядро, можно представить в виде
концентрических «оболочек», каждая из которых представляет некоторый
энергетический уровень. В ряде атомов, как, например, алюминии, имеется
несколько электронных энергетических уровней (эти представления будут
рассмотрены в гл. 12 при описании механизма люминесценции). Внешняя
электронная оболочка атома называется валентной оболочкой.
Элементы образуют соединения, отдавая, присоединяя или обобществляя
электроны; при этом создается устойчивая внешняя оболочка с двумя или во-
семью электронами на ней. Число электронов, которое отдается или прини-
мается, называется валентностью элемента.
Практическое значение валентности можно понять на примере реакции с
образованием оксида алюминия А12О3 (т. е. минерала корунда, разновидно-
стями которого являются рубин и сапфир). На внешней оболочке у алюминия
три электрона, а у кислорода — шесть. Чтобы эти два элемента образовали ус-
тойчивое соединение, нужно, чтобы на их общей внешней оболочке оказалось
восемь электронов. Каждому атому кислорода для образования устойчивой
комбинации требуется два дополнительных электрона. Эта задача может быть
решена только путем соединения двух атомов алюминия (дающих в общем
шесть внешних электронов) и трех атомов кислорода (требующих шесть элек-
тронов для устойчивости). Поскольку кислород — диатомная молекула, урав-
нение химической реакции будет выглядеть следующим образом:
4А1 + ЗО2 = 2А12О3.
Алюминий — с его тремя электронами на внешней оболочке — имеет ва-
лентность 3 (т. е. трехвалентен), а кислород, которому нужны два дополни-
тельных электрона, имеет валентность 2 (или двухвалентен).
Однако у некоторых элементов, таких, как железо и медь, в химической
реакции с образованием соединения могут участвовать как внешние, так и
внутренние оболочки. В результате эти элементы могут иметь несколько зна-
чений валентности. Железо, когда оно ведет себя как двухвалентный эле-
мент, образует закисные соединения, а как трехвалентный — окисные (об
этом различии будет говориться в гл. 14, где будет рассмотрена тепловая об-
работка драгоценных камней). Медь с валентностью 1 образует закисные со-
единения, с валентностью 2 — окисные.
Для полноты картины нужно упомянуть, что существует несколько элемен-
тов, которые имеют устойчивую валентную оболочку, содержащую два или
восемь электронов (т. е. имеющие нулевую валентность). Это по существу
инертные элементы, практически не образующие соединений с другими эле-
ментами. Примерами являются так называемые «благородные» (инертные) га-
зы — гелий (два электрона), неон, аргон, криптон, ксенон и радон (восемь
электронов). Золото, серебро, Платина и металлы платиновой группы иногда
также называют «благородными» (хотя они не имеют устойчивых валентных
оболочек), так как они относительно устойчивы к химическому воздействию и,
за исключением серебра, не тускнеют под влиянием воздуха или воды.
Химические связи 35
Химические связи
Химическое взаимодействие элементов с образованием соединения происхо-
дит под действием сил, которые удерживают элементы вместе и которые мы
называем химическими связями. Существует два типа связей, которые пред-
ставляют интерес в геммологии: ионная связь — встречается в соединениях ти-
па солей и ковалентная связь — встречается почти во всех кристаллах, кото-
рые не являются ни солями, ни металлами.
Простым примером ионной связи может служить хлорид натрия (т. е.
обычная поваренная соль — рис. 3.2). Он образуется в результате соединения
металла натрия и газа хлора согласно реакции
2Na + С12 = 2NaCl.
В химической связи этого типа один элемент отдает один или более элек-
тронов, тогда как другой принимает необходимое количество электронов в
соответствии со своей валентностью. Отдав свой единственный электрон с
внешней оболочки, атом натрия перестает быть электрически нейтральным и
приобретает положительный заряд (Na+). Атом, который не является элект-
рически нейтральным, называется ионом. Положительно заряженный ион
называется катионом.
Приобретая дополнительный электрон плюс к уже имеющимся семи,
атом хлора приобретает отрицательный заряд (С1—). Такой тип иона называ-
ется анионом. Поскольку отдается и принимается одинаковое число электро-
нов, общий электрический заряд вновь становится нейтральным. Однако
между положительными катионами и отрицательными анионами в соедине-
нии существуют электрические силы притяжения, которые обусловливают
связь между ними. Ювелирные камни корунд (А120з), гематит (Fe2O3), шпи-
нель (MgO • А120з) и хризоберилл (ВеД12О4) — примеры минералов, атомы ко-
торых связаны ионной связью, как и у большинства минералов, являющихся
по химическому составу солями металлов.
В ковалентной связи валентные оболочки соединяющихся атомов пересе-
каются, в результате чего их электроны обобществляются, образуя электри-
Рис. 3.2. Химическое соединение натрия и хлора, образующее хлорид натрия, —
пример ионной связи, при которой атом натрия отдает электрон атому хлора. Заряды
атомов становятся несбалансированными, и в результате возникает положительно за-
ряженный ион натрия и отрицательно заряженный ион хлора.
36 Глава 3. Химический состав драгоценных камней
Кислород Углерод Кислород
Диоксид углерода
Рис. 3.3. Химическое соединение двух атомов кислорода с одним атомом углерода
приводит к образованию диоксида углерода, который является примером ковалент-
ной связи. В построении внешних валентных оболочек двух атомов кислорода участ-
вуют два электрона атома углерода, а в построении внешней оболочки атома углеро-
да участвуют по два электрона от каждого атома кислорода. В отличие от ионной свя-
зи каждый атом в этом случае остается электрически нейтральным.
чески нейтральное соединение. Простой пример связи этого типа изображен
на рис. 3.3: соединение одного атома углерода с двумя атомами кислорода да-
ет диоксид углерода
С + О2 = СО2.
При образовании газа диоксида углерода в построении внешних валент-
ных оболочек двух атомов кислорода участвуют два электрона атома углеро-
да, а в построении внешней оболочки атома углерода — по два электрона от
каждого атома кислорода. В этом типе связи электроны не отдаются и не при-
нимаются и поэтому ионы не образуются. Силы связи в этом случае приводят
к созданию устойчивого состояния с восемью электронами на валентных
оболочках.
Алмаз, состоящий из углерода, — лучший пример ковалентной связи и, в
отличие от диоксида углерода, имеет более прямое отношение к геммологии.
Углерод существует в двух кристаллических формах. Это свойство называет-
ся полиморфизмом. Когда углерод кристаллизуется в виде алмаза, все его
атомы имеют по два общих электрона с соседним атомом, в результате чего
получается идеальная восьмиэлектронная внешняя оболочка. В алмазе все
расстояния между атомами углерода одинаковы, и такая структура его кри-
сталлической решетки обусловливает образование самого твердого и прочно-
го из известных веществ. Если же углерод кристаллизуется в виде графита,
возникает одно из самых мягких и наиболее скользких веществ.
Причиной такой сильной разницы в свойствах двух кристаллических мо-
дификаций углерода является то, что в графите только три из четырех угле-
родных связей являются ковалентными. Четвертая, значительно более слабая
связь, известна как Ван-дер-Ваальсова. В результате возникают очень проч-
ные углеродные слои, которые слабо связаны между собой и поэтому легко
отделяются и скользят друг относительно друга.
Как и алмаз, кварц является соединением с ковалентными связями.
Однако в общем редко встречаются минералы, в которых присутствует толь-
ко ковалентная или только ионная связь, чаще в одном соединении присут-
ствуют оба типа связи.
Соотношение между химическим составом и прочностью 37
Кислород, например, который образует более прочные соединения с
кремнием, чем с другими элементами, в большинстве силикатов имеет связь
Si—О, которая на 50% ионная и на 50% ковалентная. Тетраэдрическая груп-
па SiO4 может создавать сильную связь с металлическими элементами, таки-
ми, как железо и кальций, образуя целый ряд силикатных минералов, напри-
мер перидот и гранат.
Поскольку электроника и электричество играют все большую роль в при-
борах, предназначенных для диагностики драгоценных камней, следует упо-
мянуть еще об одном типе связи. Это так называемая металлическая связь, и
встречается она в основном в металлах. Атомы металлов существуют в виде
положительных ионов, которые окружены облаками валентных электронов,
не связанных с определенной валентной оболочкой атома. Эта относитель-
ная свобода приводит к тому, что электроны беспорядочно перемещаются
между атомами, в то время как весь материал остается электрически нейт-
ральным. Когда в металле возникает разность потенциалов (т. е. напряже-
ние), электроны под влиянием приложенного электрического поля двигают-
ся через металл, создавая электрический ток. Такой тип связи делает метал-
лы хорошими проводниками тока и тепла.
В то время как металлы являются проводниками, упорядоченность ва-
лентных электронов в других материалах обусловливает их очень слабую
электропроводность. Материалы такого типа классифицируются как непро-
водящие, или изоляторы, обычно они плохо проводят и тепло. Алмазы в боль-
шинстве своем — уникальное явление в мире минералов, так как они прак-
тически не электропроводны, но тепло проводят лучше, чем большинство
металлов.
Между веществами, проводящими и не проводящими электричество, на-
ходится группа полупроводников, таких, как углерод, германий, кремний и
один из типов алмаза. К этим материалам необходимо приложить более силь-
ное электрическое поле, чтобы заставить валентные электроны покинуть
свои оболочки и перемещаться в материале, создавая электрический ток.
Соотношение между химическим составом
и прочностью
В гл. 1 рассматривались существенные признаки, которые позволяют ис-
пользовать минерал как драгоценный камень. Среди них прочность — каче-
ство, которое определяет, будет ли драгоценный материал устойчив к повсед-
невному износу и воздействию как механическому, так и химическому (со
стороны моющих средств и капель пота), что позволит использовать его в
ювелирных изделиях.
Кроме алмаза, который является самым стойким из всех минералов и со-
стоит из одного элемента (углерода), все остальные драгоценные камни
представляют собой соединения элементов. Для геммологических целей их
можно разделить на четыре основные группы: оксиды, карбонаты, фосфаты
и силикаты.
38 Глава 3. Химический состав драгоценных камней
Драгоценные камни, являющиеся оксидами, состоят из соединения ме-
талла с кислородом. Как правило, они твердые и устойчивые к химическому
воздействию.
Примеры: Хризоберилл ВеА^Од Корунд AI2O3 Кварц и халцедон SK>2 Шпинель MgO • AI2O3
Драгоценные камни — карбонаты — образуются в результате взаимодей-
ствия угольной кислоты и металла. Они мягкие и легко поддаются воздейст-
вию кислот.
Примеры: Кальцит СаСОз
Малахит Сиг(ОН)гСОз
Родохрозит МпСОз
Драгоценные камни — фосфаты — образуются в результате взаимодейст-
вия фосфорной кислоты с металлами. Они мягкие и не очень устойчивы к
воздействию кислот.
Примеры: Апатит Са5(Р,С1)(РО4>з Бирюза Сложный водный фосфат меди и алюминия
Драгоценные камни — силикаты — образуются в результате взаимодейст-
вия кремниевой кислоты и металлов. Они твердые, очень прочные и состав-
ляют большинство драгоценных камней.
Примеры: Берилл ВезА12(8Юз)б Полевые шпаты Алюмосиликаты кальция, калия и натрия (ювелирного качества) Гранаты Силикаты магния, марганца, железа, каль- (ювелирные) ция, алюминия и хрома в различных ком- бинациях Жадеит NaAl(SiO3)2 Нефрит Сложный силикат кальция, магния и железа Перидот (Mg,Fe)2SiO4 Родонит MnSiO3 Топаз A12(F,OH)2SiO4 Турмалин Сложный боросиликат алюминия и железа Циркон ZrSiO4
Глава 4
Кристаллография
Студентов-геммологов часто пугает первая встреча с кристаллографией, хо-
тя для их профессиональной подготовки требуется лишь поверхностное зна-
комство с этим предметом. К сожалению, многие студенты просто механиче-
ски зазубривают выхолощенные основы предмета — лишь бы сдать экзамен.
Однако понимание законов кристаллографии им так же необходимо для изу-
чения драгоценных камней, как математика для инженеров. В этой главе ос-
новное внимание уделено практическим аспектам кристаллографии как спо-
собу «оживить» этот сухой предмет.
Кристаллические и некристаллические материалы
Все твердые вещества состоят из материалов, которые могут быть кристалли-
ческими, некристаллическими* или смесью тех и других. Как и многие специ-
альные термины, слово «кристаллический» происходит от греческого кри-
сталлов, что означает «лед». Постепенно этот термин стали применять ко
всем веществам, которые имеют чистоту и прозрачность льда, а затем и к тем
кристаллам, которые не являются ни бесцветными, ни прозрачными.
В некристаллических веществах атомы и молекулы расположены беспоря-
дочно, не образуя никакой определенной структуры. Из-за этого некристалли-
ческие вещества в природе никогда не имеют характерных форм. В расплав-
ленной породообразующей магме тетраэдры SiO4 (см. раздел «Химические
связи» в гл. 3) соединяются друг с другом и с ионами металлов, образуя остро-
вки или длинные цепи. Таким образом, в расплаве возникает упорядоченная
структура, которая повышает его вязкость и понижает текучесть. Если про-
изойдет внезапное охлаждение, времени на создание крупной упорядоченной
структуры у этих цепочек и островков не хватит. В этом случае затвердевший
материал содержит лишь небольшие участки с кристаллическим строением.
Стекло является материалом такого типа и состоит из разупорядоченных
кремнекислородных тетраэдров. Из-за отсутствия совершенной структуры
стекло не обладает свойствами, характерными д ля кристаллических веществ,
такими, как внешняя форма, спайность и плеохроизм (эти вопросы рассмот-
рены в гл. 5 и 10). К другим некристаллическим материалам относятся янтарь
и гагат, имеющие органическое происхождение.
* Их также называют аморфными, но это устаревший термин, в современной кристаллогра-
фии почти не использующийся.
40 Глава 4. Кристаллография
Большинство минералов — кристаллические вещества, атомы и молекулы
которых образуют упорядоченную и симметричную трехмерную решетку. В
большинстве случаев характер этой решетки проявляется во внешней форме
минерального образца. Важное исключение составляет опал, который, хотя и
является минералом, не имеет кристаллического строения. С другой сторо-
ны, известны многочисленные неминеральные вещества, например сахар,
нафталин и искусственные имитации алмаза ИАГ и ГГГ, встречающиеся в
виде кристаллов.
Среди минералов, образующих драгоценные камни, встречаются и такие,
которые являются кристаллическими, но не образуют характерных кристал-
лических форм. Такие минералы называют массивными — в этом случае тер-
мин не имеет отношения к размеру и весу, а только указывает на отсутствие
характерной простой формы. Обычный пример такого минерала — розовый
кварц. Хотя, как правило, снаружи он выглядит массивным, розовый кварц
крайне редко встречается в виде характерных для кварца кристаллов. Другие
минералы, встречающиеся в виде массивных форм, являются поликристалли-
ческими материалами (например, нефрит и жадеит) или микрокристалличе-
скими (агат и хризопраз; см. ниже в этой главе).
Возможно, наиболее значительной особенностью кристаллических мате-
риалов, в отличие от некристаллических, является зависимость их физиче-
ских свойств от ориентации кристалла. У некристаллических материалов
свойства одинаковы по всем направлениям измерения или наблюдения, а в
кристаллических веществах они связаны с высокой степенью упорядоченно-
сти в расположении атомов и молекул.
Спайность и твердость алмаза—два ярких примера свойств, зависящих от
направления. Алмаз может раскалываться по плоскостям спайности только в
направлении, параллельном октаэдрическим граням кристалла (рис. 4.1).
Твердость алмаза также зависит от кристаллографического направления, и
поэтому камень легче распилить в одном направлении, чем в других. Этот
важный фактор нужно принимать во внимание распиловщикам и огранщи-
кам, которые должны избегать кубических и октаэдрических плоскостей
наибольшей твердости, когда они гранят этот самый прочный из всех драго-
ценных камней.
Так же как спайность и твердость, оптические свойства (скажем, цвет) мо-
гут изменяться в зависимости от направления просмотра кристаллического ма-
териала. Этот факт можно использовать при работе с цветными камнями, на-
пример рубином, сапфиром, турмалином, когда огранщик решает, как именно
огранить камень, чтобы получить наилучший цвет конечного продукта.
Выше мы видели, как знание основ кристаллографии помогает распилов-
щику алмаза — вместо долгого и трудоемкого Процесса распиливания он мо-
жет просто расколоть камень на две части по плоскости спайности. Огранщи-
ки алмаза, решая, как огранить камень, также используют эти знания, чтобы
избежать направления максимальной твердости.
* Иттриево-ал юминиевый и гадолиниево-галлиевый гранаты. — Прим, перев.
Атомная структура кристалла 41
Рис. 4.1. Два примера анизотропии
свойств алмаза. Плоскости спайности
параллельны октаэдрической грани, ко-
торая также является плоскостью макси-
мальной твердости. Самое легкое на-
правление для распиливания составляет
прямой угол с додекаэдрической плоско-
стью, которая, в свою очередь, является
плоскостью минимальной твердости.
В отличие от использования спайности при распиливании алмазов, ог-
ранщики должны избегать полировать грани параллельно плоскостям спай-
ности, так как это может привести к получению плохой поверхности граней
или к раскалыванию камня в процессе полирования. Огранщики должны
также использовать свои знания об оптических свойствах драгоценных кам-
ней, чтобы получить наилучший цвет.
Прежде чем продолжить описание основных положений кристаллогра-
фии, рассмотрим, каким образом атомы соединены в кристаллическую ре-
шетку минерала и какие силы это осуществляют.
Атомная структура кристалла
В 1669 г. датский анатом Николас Стено сделал фундаментальное открытие в
области кристаллографии: кристаллы горного хрусталя, взятые из любого ме-
сторождения, имеют одинаковые углы между соответствующими гранями
независимо от формы или размера кристаллов. Впоследствии было обнару-
жено, что и у кристаллов других минералов углы между соответствующими
гранями всегда неизменны для каждого минерала. Таким образом, наблюде-
ния Стено имеют универсальный характер.
Более чем через 100 лет было собрано уже достаточно подтверждений, и это
позволило аббату Гаюи, который считается «отцом кристаллографии», матема-
тически показать, что каждое кристаллическое вещество образует кристаллы
своей неповторимой формы. Из этого он сделал вывод, что такая определен-
ность форм кристаллов свидетельствует о том, что их внутренняя структура так-
же носит упорядоченный и геометрически правильный характер. Далее Гаюи
выдвинул предположение, что кристаллы растут и приобретают свою внешнюю
форму в результате объединения мельчайших ячеек, или «кирпичиков». Его
концепция мельчайших ячеек отражена на рис. 4.2, где из мелких кубиков обра-
зуется габитус ромбододекаэдра (ср. с ромбододекаэдром на рис. 4.6).
Теория строительных блоков получает практическое подтверждение на
примере ромбоэдра исландского шпата — разновидности кальцита (рис. 4.3).
42 Глава 4. Кристаллография
Рис. 4.2. Масса кубиков, нарисо-
ванная в перспективе средствами
компьютерной графики, показыва-
ет, как могут соединяться элемен-
тарные ячейки кубической синго-
нии, образуя ромбододекаэдриче-
ский габитус (по Гаюи).
Этот минерал легко раскалывается по плоскостям спайности на меньшие
ромбоэдры, являющиеся точными копиями исходного. Даже если измель-
чить его в порошок, в микроскоп можно будет увидеть, что отдельные частич-
ки имеют форму крошечных ромбоэдров. Если бы можно было продолжить
процесс измельчения до молекулярного уровня, в конце концов мы достигли
бы мельчайших строительных ячеек.
Эти основные строительные блоки, или, как мы их называем, элементар-
ные ячейки, являются мельчайшими атомными или молекулярными единица-
ми в структуре, которые сохраняют все свойства данного минерала. Их фор-
ма определяется химическим составом минерала, а также силами валентно-
сти и химических связей, описанных в предыдущей главе.
Наконец, если все элементарные ячейки всех известных минералов спро-
ектировать на плоскость, они будут состоять из трех, четырех- и шестиуголь-
ников. Причиной этого является то, что только такими формами можно
полностью заполнить пространство, не оставляя в нем пустот. Подобное за-
полнение невозможно с помощью пятиугольников, и поэтому не существует
оси симметрии пятого порядка, в связи с чем она не будет упоминаться ниже
в этой главе в разделе, посвященном элементам симметрии.
Рис. 4.3. В ромбоэдре исландского шпата
(разновидности кальцита) показаны за-
рождающиеся плоскости спайности в трех
направлениях.
Классификация кристаллов по их симметрии 43
О «росте» кристаллов уже говорилось в контексте образования минералов.
Поэтому рассмотрим кратко процесс зарождения и роста кристаллов, прове-
дя различие между этой концепцией и понятием роста в биологии!
Если химическое вещество, например обычную поваренную соль, рас-
творить в воде и дать воде испаряться, в некоторый момент будет достигну-
то такое состояние раствора, когда соль при ее добавлении перестанет рас-
творяться в этом количестве воды. Такой раствор называют насыщенным, и
дальнейшее испарение воды приведет к выпадению соли из раствора в виде
растущих кристаллов. Этот процесс будет протекать гораздо быстрее, если
соль растворить до состояния насыщения в горячей воде (растворимость
большинства твердых веществ в горячей воде больше, чем в холодной), а за-
тем вода будет остывать, а не испаряться. В этом случае будет достигнута
температура, при которой окажется, что соли в воде растворено слишком
много. И снова начнут расти кристаллы, скорость роста которых будет зави-
сеть от скорости охлаждения.
Можно провести параллель между этим процессом и природным ростом
кристаллов из расплавов или водных растворов в земной коре. Крупные, хо-
рошей формы кристаллы могли образоваться при высоком давлении и мед-
ленном охлаждении магматических расплавов или водных растворов в поло-
стях. Если охлаждение происходит быстро, успевают образоваться только
очень мелкие кристаллы и соответственно микрокристаллические массы. Та-
кие агрегаты, а также хорошо оформленные крупные кристаллы встречаются
на стенках полостей в породах и называются в геологии друзы и жеоды.
Классификация кристаллов по их симметрии
В кристаллографии важнейшую роль играет понятие симметрии в приложе-
нии к кристаллической структуре. Как мы вскоре увидим, все кристаллы
можно разделить на семь сингоний', от наиболее симметричной кубической,
или изометричной, до наименее симметричной триклинной сингонии.
В геммологической практике, как правило, надо уметь определять габитус
кристалла драгоценного камня, его индивидуальные оптические и физиче-
ские характеристики. Однако студенты-геммологи должны быть также зна-
комы с правилами записи кристаллографических осей, которые используют-
ся при описании идеализированной формы кристалла. Одинаково важны три
элемента симметрии, в число которых входят оси симметрии, собственно и
определяющие семь сингоний.
Кристаллографические оси являются основой при определении положения
граней кристаллов. Лучше всего их представить себе как воображаемые ли-
нии неопределенной длины, которые проходят через центры граней или ре-
бер. Три элемента симметрии определяются следующим образом.
Ось симметрии
Воображаемая линия, расположенная так, что при вращении кристалла вокруг
нее характерный вид кристалла повторяется два, три, четыре или шесть раз за
44 Глава 4. Кристаллография
Рис. 4.4. Слева направо — примеры осей симметрии второго, третьего и четвертого
порядка в кубическом кристалле. Существуют четыре оси симметрии третьего поряд-
ка (центральный рисунок), каждая из которых проходит через пару противополож-
ных вершин куба — эти характеристические оси определяют кубическую сингонию.
Рис. 4.5. Две плоскости симметрии в
октаэдре (затемнены).
полный оборот, как показано на рис. 4.4. (В кристалле может быть несколько
осей; их описывают как оси второго, третьего, четвертого и шестого порядков).
Плоскость симметрии
Воображаемая плоскость, разделяющая кристалл на две равные половины,
являющиеся зеркальным изображением друг друга (рис. 4.5). В кубе девять
таких плоскостей.
Центр симметрии
Говорят, что кристалл имеет центр симметрии, если на противоположных от
его центральной точки сторонах имеются идентичные грани и ребра.
Семь сингоний и их элементы симметрии
Как уже говорилось, кристаллы можно сгруппировать в семь сингоний. По-
следние, в свою очередь, делятся на 32 класса симметрии. Это деление осно-
вано на разной степени симметрии (определяемой элементами симметрии)
кристаллов внутри каждой сингонии. Семь сингоний сами определяются
числом кристаллографических осей, их относительными размерами и углами
между ними.
Элементы симметрии, включенные в следующие ниже описания, отно-
сятся к высшему уровню симметрии для каждого случая (следует помнить, что
кристаллы образуются с низкими уровнями симметрии и иногда могут вооб-
ще не иметь центра симметрии). Сингонии разделены на три группы, а оси
Семь сингоний и их элементы симметрии 45
симметрии, определяющие систему, к которой относится кристалл, напеча-
таны курсивом.
Кубическая сингония (1-я группа, рис. 4.6)
Кристаллы этой сингонии имеют самую высокую степень симметрии и назы-
ваются также изометричными. Имеются три оси, пересекающие друг друга
под прямым углом.
Оси симметрии: 13 (шесть осей 2-го порядка, четыре 3-го порядка, три
4-го порядка)
Плоскости симметрии: 9
Центр симметрии: 1
Простые формы: куб, 8-гранный октаэдр, 12-гранный додекаэдр
Примеры: алмаз, гранат, шпинель, флюорит.
Алмаз
Флюорит
Пирит
Алмаз
Шпинель
Рис. 4.6. Кристаллы кубичес-
кой сингонии. Показаны габи-
тусы некоторых драгоценных
камней, кристаллизующихся в
этой сингонии.
46 Глава 4. Кристаллография
► Циркон
Рис. 4.7. Кристаллы тетрагональной
сингонии.
Берилл,
апатит
Рис. 4.8. Кристаллы гексагональной
сингонии.
Рис. 4.9. Кристаллы тригональной
сингонии.
Тетрагональная сингония (2-я группа, рис. 4.7)
Имеются три оси: две пересекаются под прямым углом, а третья (главная,
или с) пересекает под прямым углом плоскость, в которой лежат первые две.
Оси симметрии: 5 (четыре оси 2-го порядка, одна 4-го порядка)
Плоскости симметрии: 5
Центр симметрии: 1
Классификация кристаллов по их симметрии 47
Простые формы: тетрагональная призма с квадратным поперечным се-
чением
Примеры: циркон, скаполит.
Гексагональная сингония (2-я группа, рис. 4.8)
Имеются четыре кристаллографических оси: три оси пересекаются под уг-
лом 60° и лежат в одной плоскости, четвертая (главная) расположена под пря-
мым углом к первым трем.
Оси симметрии: 7 (шесть осей 2-го порядка, одна 6-го порядка)
Плоскости симметрии: 7
Центр симметрии: 1
Простые формы: гексагональная призма
Примеры: берилл, апатит.
Тригональная (или ромбоэдрическая)
сингония (2-я группа, рис. 4.9)
В кристаллах этой сингонии (иногда рассматриваемой как подразделение
гексагональной сингонии) четыре кристаллографических оси расположены
также, как в гексагональной. Однако симметрия тригональной сингонии ни-
же, чем гексагональной.
Оси симметрии: 4 (три оси 2-го порядка, одна 3-го порядка)
Плоскости симметрии: 3
Центр симметрии: 1
Простые формы: тригональная призма, ромбоэдр
Примеры: кальцит, корунд, кварц, турмалин.
Ромбическая сингония (3-я группа, рис. 4.10)
В этой сингонии три кристаллографических оси, все они пересекаются под
прямым углом.
Оси симметрии: {три оси 2-го порядка)
Плоскости симметрии: 3
Центр симметрии: 1
Простые формы: прямоугольная призма (призма, поперечное сечение
которой имеет форму ромба, и бипирамида, состоящая из двух тетраго-
нальных пирамид, соединенных основаниями.
Примеры: топаз, перидот, хризоберилл, андалузит, сингалит, цоизит.
Моноклинная сингония (3-я группа, рис. 4.11)
В этой сингонии три кристаллографических оси: одна из них пересекает пло-
скость, в которой лежат две другие под прямым углом.
Оси симметрии: {одна 2-го порядка)
Плоскость симметрии: 1
Центр симметрии: 1
48 Глава 4. Кристаллография
Перидот
Рис. 4.10. Кристалле ром-
бической сингонии.
Рис. 4.11. Кристаллы мо-
ноклинной сингонии.
Рис. 4.12. Кристаллы трик-
линной сингонии.
Простые формы: призмы и пинакоиды
Примеры: ортоклаз (лунный камень), диопсид.
Триклинная сингония (3-я группа, рис. 4.12)
В этой сингонии имеются три оси, пересекающиеся под углами, отличными
от 90’.
Оси симметрии: отсутствуют
Плоскости симметрии: отсутствуют
Центр симметрии: 1
Простые формы кристаллов 49
Простые формы: призма (с наклонными боковыми гранями) с пинако-
идами
Примеры: плагиоклаз, микроклин (амазонит), родонит, бирюза (обыч-
но встречается в виде микрокристаллических агрегатов).
Простые формы кристаллов
Форма кристалла создается определенным числом граней, которые располо-
жены одинаково относительно кристаллографических осей. Форма, создан-
ная полностью идентичными гранями, называется закрытой (например, куб
или октаэдр). Форма, которая может быть завершена дополнительными гра-
нями, называется открытой. Открытая форма не может существовать сама по
себе и для образования законченного кристалла должна дополняться другой
открытой формой (рис. 4.13).
Тетрагональная призма, например, является открытой формой, верх и низ
которой могут быть завершены пинакоидом или тетрагональной пирамидой,
образующей завершенную форму кристалла циркона.
Открытая форма в виде пинакоида (состоит из пары граней, параллельных
двум кристаллографическим осям и пересекаемых третьей) может встречать-
ся в нескольких положениях. Пинакоид может являться завершением приз-
мы, как в случае с кристаллом изумруда на рис. 4.8, и тогда его поверхности
параллельны горизонтальным осям и мы называем его базальным пинакои-
дом. Другая открытая форма — диэдр, который часто встречается у кристалла
топаза как завершающая поверхность призмы. Диэдр определяется как фор-
ма, две поверхности которой пересекают вертикальную ось с кристалла и од-
ну из горизонтальных осей, но параллельны другой горизонтальной оси
(рис. 4.13).
Рис. 4.13. Примеры от-
крытых форм.
50 Глава 4. Кристаллография
Габитус кристаллов и его использование
при идентификации
Внешний облик минерала называется его габитусом. Из схем, иллюстрирую-
щих семь сингоний, видно, что минералы, относящиеся к одной и той же
сингонии, часто имеют различный габитус, несмотря на одинаковую кри-
сталлическую структуру.
Такие различия в габитусе могут быть результатом комбинации несколь-
ких форм. Другие различия бывают связаны с разными завершениями кри-
сталлов. Иногда причудливые формы появляются при параллельном росте
или прорастании двух и более кристаллов.
В первый момент большое разнообразие габитусов может создать путани-
цу, так как часто бывает трудно связать реальный габитус с идеальной фор-
мой кристалла одной из семи сингоний. Однако иногда эта характеристика
оказывается весьма полезной, так как позволяет идентифицировать минерал
просто по его характерному внешнему облику.
Для ознакомления с различными габитусами кристаллов в Геммологиче-
ской ассоциации и в Лаборатории тестирования драгоценных камней Вели-
кобритании можно получить набор из 12 цветных слайдов и схем, иллюстри-
рующих внешний облик 280 кристаллов. Специальные термины, используе-
мые при описании габитуса кристаллов, приведены в табл. 4.1.
Таблица 4.1.
Габитус Описание Пример
Игольчатый Тонкие иглоподобные кристаллы Рутил или турмалин в кварце
Бипирамидальный Две пирамиды, соединенные основаниями Сапфир
Гроздьевидный или глобулярный Похож на виноградные грозди, полусферические массы Халцедон, гематит
Столбчатый или волокнистый Серии очень тонкостолбчатых призм Кианит, кальцит
Дендритовый Включения или полосы, напоминающие ветки дерева Моховой агат
Додекаэдрический 12-гранный додекаэдр Гранат
Эвгедральный Кристалл с ясно выраженной формой Алмаз, шпинель, кварц
Мамилярный Округлые пересекающиеся контуры Малахит
Массивный Кристаллы без определенной внешней формы Розовый кварц
Октаэдрический 8-гранный октаэдр Алмаз, шпинель
Призматический Кристалл, главные грани которого параллельны оси с Турмалин, кварц, циркон
Скаленоэдрический 6-гранная бипирамида с неравными гранями Сапфир
Со штриховкой1) Линии роста на поверхности кристалла Турмалин, кварц, пирит
Таблитчатый Короткостолбчатые уплощённые кристаллы, обычно призматические Рубин
11 Выделено автором; рассматриваться как габитус не может. — Прим.ред.
Габитус кристаллов и его использование при идентификации 51
Иногда форма кристалла подвергается каким-либо воздействиям, кото-
рые изменяют обычный габитус минерала. Если, например, кремнезем кри-
сталлизуется по дереву, он замещает древесные волокна и образуется «окрем-
нелое дерево». Кварц может также замещать волокна крокидолита (асбеста),
образуя псевдокрокидолит, который широко известен под названием «тигро-
вый глаз». Другие изменения формы могут быть связаны с нагревом, давле-
нием и химическими превращениями. Для описания модифицированных
форм используются следующие термины:
Энантиоморфный: кристалл, габитус которого является зеркальным ото-
бражением другого кристалла, а оптические характеристики правой и
левой форм одинаковы (например, кварц — рис. 4.14).
Гемиэдрический: кристалл, у которого имеется только половина от общего
числа граней, свойственных данному классу симметрии.
Гемиморфный: кристалл, имеющий различные простые формы на разных
концах оси симметрии.
Изоморфный: минералы, которым свойствен изоморфизм, т. е. они имеют
одинаковую внешнюю форму, но разный химический состав (напри-
мер, группа гранатов).
Изоморфное замещение: замещение одного элемента в минерале другим.
Хотя форма и структура сохраняются, это может вызвать значительное
изменение физических свойств (например, группа гранатов).
Пластинчатый: кристалл состоит из прямолинейных или искривленных
слоев, образование которых часто связано с перерывами в росте или с
двойникованием.
Полиморфный: минералы, имеющие различную форму, но одинаковый хи-
мический состав (например, алмаз и графит; андалузит, кианит и сил-
лиманит).
Псевдоморфный: минерал, внешний облик которого отличается от обычно
ему свойственного в результате того, что он принимает форму ранее су-
ществовавшего кристалла или органической структуры.
Примеры наиболее распространенных драгоценных камней и габитусы их
кристаллов приведены в табл. 4.2.
Рис. 4.14. Энантиоморфизм кристаллов
кварца. В левовращающем кристалле (а)
тригональная пирамида s расположена в
верхнем левом углу грани призмы т под
положительным ромбоэдром г. У право-
вращающего кристалла (б) расположение
граней обратное.
52 Глава 4. Кристаллография
Таблица 4.2.
Драгоценный камень Сингония Габитус
Апатит Гексагональная Гексагональная призма, часто завершенная пирами- дой (также таблитчатая уплощенная призма и мас- сивный)
Берилл (изумруд, аквамарин) Гексагональная Гексагональная призма, часто с вертикальной штри- ховкой; завершения редки
Кальцит Тригональная Ромбоэдры, скаленоэдр и гексагональные призмы
Халцедон (агат) Тригональная (микрокристал- лический) Массивный, цюздьевидный, мамилярный, желвако- вый, жеоды
Хризоберилл Ромбическая Призматические кристаллы; контактные «тройни- ки», образующие «гексагоны»
Корунд (рубин, сапфир) Тригональная Сапфир: суживающиеся к одному концу бочонко- видные бипирамиды; рубин: таблитчатые гексаго- нальные призмы
Алмаз Кубическая Октаэдр, додекаэдр, тетрагонтриоктаэдр, кубы (ред- ко) двойники срастания (macle)
Полевой шпат (ортоклаз) Моноклинная Кристаллы обоих типов имеют похожий габитус; призматические, часто крупные с гранями клиновид-
Полевой пшат (микроклин и плагиоклаз) Триклинная ной формы
Флюорит Кубическая Куб, прорастание кубов и октаэдры (в природе окта- эдры редки, но кубы, раскалываясь по спайности, приобретают такую форму)
Гранат Кубическая Додекаэдр, тетрагонтриоктаэдр и их комбинации
Жадеит Моноклинная (поликристал- лический) Массивный
Нефрит Моноклинная (поликристал- лический) Массивный
Перидот Ромбическая Призматический
Пирит Кубическая Куб, додекаэдр (также массивные и зернистые формы)
Кварц Тригональная Гексагональная призма с горизонтальной штрихов- кой с ромбоэдрическими завершениями
Родохрозит Тригональная Массивный
Родонит Триклинная Таблитчатый и массивный
Рутил Тетрагональная Тетрагональная призма с завершающими пирамида- ми (также игольчатый и массивный зернистый)
Скаполит Тетрагональная Тетрагональная призма (также массивный)
Шпинель Кубическая Октаэдр и шпинелевый двойник (двойник сраста- ния)
Топаз Ромбическая Уплощенная тетрагональная призма с пирамидаль- ным или диэдрическим завершением (грани призмы часто с вертикальной штриховкой)
Турмалин Тригональная Дитригональная призма (обычно с округлыми граня- ми и грубой вертикальной штриховкой)
Бирюза Триклинная (микрокристал- лическая) Массивный
Циркон Тетрагональная Тетрагональная призма с бипирамидами
Сдвойникованные кристаллы 53
Сдвойникованные кристаллы
Сдвойникованный кристалл (двойник) — это кристалл, который состоит из
двух или более индивидов, выросших одновременно в кристаллографиче-
ском соответствии и образовавших симметричную форму. Двойникование,
которое часто встречается в кристаллах кварца, обычно имеет одну из двух
форм: двойники срастания и двойники прорастания.
Двойники срастания (рис. 4.15) образуются в тех случаях, когда половина
сдвойникованного кристалла в процессе роста оказывается повернутой отно-
сительно другой половины на 180°. Такая форма часто встречается у шпине-
ли и алмаза. Двойники срастания алмаза называются «мэкл» (macle). В неко-
торых минералах повторяющееся двойникование такого типа (известное как
«полисинтетическое» двойникование) приводит к образованию пластинча-
тых структур, состоящих из тонких пластин с противоположной ориентиров-
кой. Часто это влечет за собой возникновение симметричного габитуса, неха-
рактерного для сингонии, к которой относится данный камень (например,
псевдогексагональные циклические двойники хризоберилла, называемые
«тройниками»). Могут возникать также плоскости псевдоспайности, или
«отдельности». Двойники срастания обычно идентифицируют по входящим
углам (см. хризоберилловый тройник на рис. 4.15).
Двойники прорастания (рис. 4.15) состоят из двух или более кристаллов,
которые росли вблизи и прорастали друг в друга в соответствии с кристалло-
графическими осями. Примерами могут служить прорастания кубов флюо-
рита и двойники ставролита.
Следует отметить, что существует также параллельный рост, который не
приводит к образованию двойников, но его часто ошибочно принимают за
двойникование. При параллельном росте все ребра и грани соседних кри-
сталлов параллельны. При двойниковом срастании кристаллы не параллель-
ны друг другу, но их грани находятся в симметричной ориентации.
Шпинелевый Двойник срастания алмаза
двойник мэкл («made»)
Хризоберилловый
тройник
Прорастание
кубов флюорита
Рис. 4.15. (Вверху) Три при-
мера двойников срастания.
(Внизу) Два примера двойни-
ков прорастания.
54 Глава 4. Кристаллография
Поликристаллические
и микрокристаллические минералы
Некоторые минералы, например жадеит и нефрит, называют поликристалли-
ческими. Они представляют собой агрегат беспорядочно ориентированных
мелких кристаллов или кристаллических волокон, которые видны при неко-
тором увеличении (а иногда и невооруженным глазом). Помимо них сущест-
вует много минералов, которые являются агрегатами еще более мелких кри-
сталлов или кристаллических волокон. Кристаллы эти настолько малы, что
их нельзя увидеть ни невооруженным глазом, ни даже с помощью обычного
микроскопа. Такие материалы называют микрокристаллическими или скры-
токристаллическими. Примерами могут служить разновидности халцедона и
бирюза.
Габитус поли- и микрокристаллических минералов является массивным,
что связано с их внутренним строением. Большинство поли- и микрокри-
сталлических драгоценных камней полупрозрачны или непрозрачны, а бес-
порядочная ориентация кристаллов или кристаллических волокон приводит
к тому, что их оптические свойства отличаются от свойств обычных кристал-
лических минералов (см. гл. 9 и 10). Необходимо иметь в виду, что хотя все
поли- и микрокристаллические минералы являются массивными из-за их
внутреннего строения, несколько массивных драгоценных камней не явля-
ются поли- или микрокристаллическими (например, розовый кварц, родо-
нит и родохрозит).
Метамиктные минералы
Существует ряд минералов, которые подверглись естественному облучению
альфа-частицами (либо соседствовали с радиоактивными минералами, либо
содержали радиоактивные элементы в своем составе или в качестве приме-
сей). Вследствие этого кристаллическая структура этих минералов оказыва-
ется разрушенной в разной степени вплоть до того состояния, когда она фак-
тически перестает существовать. Такие минералы называются метамиктны-
ми. В «низком» цирконе метамиктное состояние обусловлено присутствием в
нем небольших количеств радиоактивных урана и тория. Редкий минерал
эканит, который был найден в гравийных россыпях Шри-Ланки в 1960-е гг.,
также является метамиктным и содержит в своем составе такое количество
тория, что его можно измерять с помощью счетчика Гейгера!
Определение особенностей кристаллографической
структуры с помощью индексов
Эта информация не является существенной для понимания основ кристалло-
графии. Тем не менее знакомство с ней будет полезным для чтения статей в
геммологических журналах. Кристаллографические индексы позволяют оп-
ределять положение и ориентацию граней и плоскостей кристалла.
Определение особенностей кристаллографической структуры 55
Примеры индексов наиболее широко используемой системы (разработан-
ной У. X. Миллером) показаны для кубической сингонии на рис. 4.16 (а) —
(д). Здесь шесть граней куба пересекают оси х, у, z (рис.4.16, а). Грань, пока-
занная на рис. 4.16, б имеет Миллеровский индекс (001). Такая же_грань на
противоположной стороне кристалла (рис. 4.16, в) имеет индекс (001). Анало-
гичным образом две грани, пересекаемые осями у и —у на рис. 4.16, г, обоз-
начаются индексами (010) и (010), а грани, пересекаемые осями х и —х на
рис. 4.16, д, — индексами (100) и (100).
Четыре из восьми граней октаэдра идентифицируются таким же образом
на рис. 4.16, е, а на рис. 4.16, ж указаны индексы Миллера для кубической и
ромбододекаэдрической плоскостей в этой сингонии.
Когда индекс заключен в круглые скобки, он указывает на грань кристал-
ла, как, например, (100). Если он приведен в фигурных скобках, это указыва-
ет на простую форму кристалла, созданную всеми гранями с таким индексом.
Например, {100} обозначает куб, а {111} — октаэдр. Индексы без скобок ука-
зывают плоскость в кристалле — 001 и 110 на рис. 4.16, ж.
Рис. 4.1 в. Примеры обозначения граней и плоскостей кристалла с помощью индек-
сов Миллера.
56 Глава 4, Кристаллография
Система индексов Миллера была впоследствии приспособлена Браве для
описания четырехосных гексагональной и тригональной сингоний. Для кри-
сталлов их сингоний используются индексы Миллера—Браве. Каждая грань
гексагональной призмы 1-го порядка ограничивается двумя из трех горизон-
тальных осей х, у, и (показано в плане на_рис. 4.16, з), и грани_призмы опре-
деляются индексами из четырех цифр: (1100), (1010), (0110); (1100), (1010) и
(ОНО). Индексы двух граней завершающих пинакоидов (0001) и (0001). Для
простоты на рис. 4.16, з показаны грани призмы первого порядка.
Глава 5
Спайность, отдельность и излом
Механизм возникновения спайности
Спайность — свойство драгоценного камня, представляющее особый инте-
рес для огранщиков цветных камней и алмазов. Как и другие свойства мине-
ралов, спайность зависит от направления и может существовать только в
кристаллических веществах. Она встречается в драгоценных камнях в виде
хорошо проявленной плоскости, которая соответствует слабой атомной свя-
зи и позволяет камню раскалываться, оставляя ровную поверхность. Пло-
скости спайности в одиночных кристаллах совершенной формы всегда па-
раллельны какой-нибудь грани кристалла. Однако в некоторых драгоценных
камнях, обладающих спайностью, не всегда по ориентации можно опреде-
лить направление спайности. Более того, если камень имеет микрокристал-
лическую или поликристаллическую структуру, спайность будет скрытой,
хотя в одиночном кристалле этого минерала она хорошо видна.
В тех драгоценных камнях, у которых имеется спайность, ее плоскости —
результат того, что атомы в них расположены ближе друг к другу, чем атомы
между плоскостями. Поэтому химические связи в плоскости оказываются
значительно сильнее, чем между плоскостями.
В качестве примера можно рассмотреть атомную структуру графита й алма-
за, двух кристаллических форм углерода. Валентность углерода равна 4, и, что-
бы образовать кристаллическую решетку, каждый такой атом должен быть ок-
ружен четырьмя другими атомами углерода. В случае алмаза пять атомов угле-
рода связаны четырьмя ковалентными связями (как описано в гл. 3), образуя
то, что называют тетраэдрической связью. Каждый атом является геометриче-
ским’ центром для четырех других, располагающихся в углах тетраэдра
(рис. 5.1). Когда эти тетраэдры соединяются вместе, образуя трехмерную ал-
мазную решетку, создается ряд слоев, сложенных «сморщенными» гексаго-
Рис. 5.1. Тетраэдрические связи атомов углерода в
структуре алмаза. Штриховым контуром показаны че-
тыре треугольные грани тетраэдра, хотя в действитель-
ности тетраэдр алмаза, вероятно, не существует как ре-
альный кристалл.
58 Глава 5. Спайность, отдельность и излом
Рис. 5.2. Схема, показываю-
щая кристаллическую струк-
туру, образованную атомны-
ми связями в алмазе, и три
плоскости спайности. Для
ясности центральный атом в
углеродном тетраэдре пока-
зан черным, а остальные че-
тыре атома — белым.
нальными кольцами, которые представляют собой слегка волнистые октаэдри-
ческие плоскости спайности алмаза (рис. 5.2). Хотя длина всех связей одинако-
ва (0,154 нм), имеется больше связей вдоль плоскостей, чем между ними.
В графите гексагональные слои плоские и имеют более короткие (и таким
образом более сильные) ковалентные связи между атомами в каждом слое
(0,142 нм). Однако четвертая связь (Ван-дер-Ваальсова) между слоями ато-
мов длиннее (0,335 нм) и значительно слабее (рис. 5.3). В результате слои лег-
ко отделяются друг от друга, что позволяет использовать графит как смазоч-
ный материал.
Рис. 5.3. Схема, показываю-
щая слои в структуре графита,
образованные гексагональны-
ми связями между атомами
углерода. Только три из четы-;
рех углеродных связей явля-
ются ковалентными; длинны-
ми штриховыми линиями
между спайными слоями изо-
бражены более слабые Ван-
дер-Ваальсовы связи.
Проблемы огранщиков, связанные с наличием спайности 59
Одно из четырех
направлений спайности по октаэдру
Рис. 5.4. Плоскости спайности в алмазе парал-
лельны граням октаэдра.
Иногда спайность помогает в идентификации драгоценного камня. Ин-
дикатором того, что камень имеет спайность, часто являются интерференци-
онные окраски, наблюдаемые внутри камня или на его поверхности. Это ре-
зультат растрескивания, обусловленного спайностью. Такие радужные орео-
лы часто видны в кристаллах флюорита, топаза и кальцита.
При наличии подобных индикаторов для целей идентификации необхо-
димо знать направления спайности в тех камнях, которые обладают этим
свойством. Эти направления определенным образом соотносятся с гранями
кристалла и описываются как: октаэдрические, когда плоскости спайности
параллельны граням или плоскостям октаэдра в кубическом кристалле; приз-
матические, когда спайность параллельна граням призмы; базальные, когда
плоскости спайности параллельны пинакоиду; ромбоэдрические — плоскости
спайности параллельны граням ромбоэдра. Примером драгоценного камня,
обладающего октаэдрической спайностью, является алмаз (рис. 5.4). Споду-
мен имеет призматическую спайность, топаз — базальную, а кальцит имеет
спайность по ромбоэдру.
Важно также знать степень совершенства спайности в драгоценных кам-
нях. Обычно спайность описывают как совершенную (как в случае алмаза,
флюорита и топаза), хорошую (полевой шпат), отчетливую (андалузит, сфен)
и несовершенную (корунд, кварц). Совершенная спайность может проявлять-
ся в виде серии очень мелких ступенек, где раскалывание происходит по раз-
личным, но параллельным атомным слоям. Описание спайности драгоцен-
ных камней с точки зрения направления и степени совершенства включено в
Приложение С в конце книги.
Проблемы огранщиков,
связанные с наличием спайности
При полировке драгоценных камней, имеющих совершенную спайность,
огранщик должен быть уверен, что ни одна из наносимых им граней не па-
раллельна плоскости спайности. Если он попытается полировать камень под
60 Глава 5. Спайность, отдельность и излом
углом менее 5° к плоскости спайности, это может привести к плохой финиш-
ной обработке, связанной с наличием мельчайших спайных ступеней, обра-
зующихся при полировке.
Когда обрабатываемый камень имеет совершенную спайность, наличие
зарождающихся трещин по спайности может привести к раскалыванию его
на два во время обработки.
Использование спайности при обработке алмаза
На предприятиях по огранке алмаза человек, который решает, как достичь
максимального сохранения массы камня, может использовать совершенную
спайность алмаза для удаления дефектных участков кристалла. Он (или она)
может также решить, что по плоскостям спайности крупный кристалл непра-
вильной формы можно расколоть на более мелкие, но более удобные для об-
работки фрагменты.
Оба этих решения очень важны, так как являются альтернативой более
длинному и более дорогому процессу распиливания алмаза. Как будет сказа-
но в гл. 19, раскалывание алмаза — это особое искусство. Перед тем как алмаз
будет расколот, нужно определить направление спайности и на поверхности
камня вдоль этой плоскости нанести канавку. Лезвие обработчика, имеющее
острую кромку, помещается в эту канавку, и, если канавка нанесена правиль-
но, алмаз будет аккуратно расколот на два. В редких случаях, если сделана
ошибка, камень может расколоться на несколько кусков — такое встречается
в природе под действием геологических сил. Это может происходить с любым
камнем. Подобное разламывание, или излом, имеет свои собственные харак-
теристики, которые будут рассмотрены ниже в этой главе.
Отдельность (псевдоспайность)
Некоторые минералы, не обладающие спайностью, могут раскалываться по
ослабленной плоскости, а не по плоскости, связанной с гранями кристалла.
Такие направления соответствуют плоскостям отдельности. Отдельность
обычно связана с образованием двойников. У корунда и лабрадора отдель-
ность встречается вдоль направлений пластинчатого двойникования. Суще-
ственное различие между отдельностью и спайностью состоит в том, что пер-
вая встречается на отдельных участках вдоль двойниковых плоскостей, тогда
как плоскости спайности разделены только расстоянием между атомными
слоями. Ни поверхность спайности, ни поверхность отдельности не бывает
такой плоской, как поверхность хорошо отполированной грани.
Излом и его использование для идентификации
Помимо спайности и отдельности при раскалывании минерала может обра-
зоваться излом. В отличие от спайности и отдельности излом не приурочен к
определенному направлению и часто является результатом резкого удара. Он
Излом и его использование для идентификации 61
Рис. 5.5. Раковистый излом на
золотом камне — стеклянной
имитации ювелирной разновид-
ности полевого шпата — солнеч-
ного камня.
характерен для некристаллических материалов (таких, как стекло), но встре-
чается и в кристаллических, которые не имеют совершенной спайности (на-
пример, кварц или берилл).
Иногда поверхность излома может быть хорошо выраженной и использу-
ется для идентификации минералов. При первоначальном изучении драго-
ценного камня часто стоит посмотреть с помощью ручной лупы, нет ли ха-
рактерных признаков излома. Приведем типичные виды излома и примеры
ювелирных камней, у которых они встречаются:
Раковистый (или конхоидальный). Это излом со слабо искривленной по-
верхностью, состоящий из фестонов или кругов, похожих на те, кото-
рые встречаются у морских раковин. Раковистый излом типичен для
кварца и граната. Он особенно характерен для стекла (рис. 5.5).
Зазубренный (или занозистый). Приобретает свою форму от длинных во-
локнистых осколков. Встречается у нефрита, жадеита и слоновой кости.
Гладкий (или ровный). У этого типа излома хотя и не совсем плоская повер-
хность, на ней не имеется явных неровностей. Примеры гладкого изло-
ма можно увидеть у необработанных алмазов.
Глава 6
Твердость
Прочность драгоценного камня
В гл. 1 говорилось о признаках, которые позволяют рассматривать материал как
драгоценный камень. К ним относятся красота, редкость и твердость. Хотя
красота и редкость драгоценного камня являются основными факторами для
использования его в ювелирных изделиях, необходимо также принимать во
внимание его прочность или твердость. Дело в том, что драгоценный камень
должен быть устойчив к различным механическим и химическим воздействи-
ям, неизбежным при повседневной носке. Закрепленный в кольце драгоцен-
ный камень иногда может подвергаться ударам, но настоящим испытанием на
прочность является содержащаяся в атмосфере пыль, в которой присутствуют
микроскопические частицы кварца. Эти частицы постоянно воздействуют на
камень, и если он относительно мягкий, его полированные грани постепенно
истираются. По этой причине твердость в геммологии и минералогии рассмат-
ривается как способность материала противостоять истиранию.
В то же время прочность и долговечность драгоценных камней обусловле-
ны не «твердостью» атомов, образующих его структуру, а прочностью связей
между атомами. Важность структурной связи видна в алмазе, одной из двух
кристаллических модификаций углерода. На рис. 5.2 в предыдущей главе по-
казано, что алмаз с ковалентными связями длиной всего 0,154 нм имеет весь-
ма компактную структуру, которая делает его самым твердым из минералов.
Несмотря на свою высокую твердость, алмаз тем не менее не является не-
разрушимым. На заре алмазной добычи на юге Африке лишь немногие люди
обладали достаточным опытом, чтобы суметь отличить алмаз от других кам-
ней. Многие старатели определяли, алмазом ли является данный камень, ос-
новываясь на предположении, что только алмаз может устоять при ударе ку-
валды! (Это был один из тестов, предложенных римским философом Плини-
ем около 2000 лет назад.) В результате такой чрезвычайно разрушительной
проверки на твердость многие прекрасные камни были раздроблены.
Твердость драгоценных камней влияет и на степень их привлекатель-
ности. Твердые драгоценные камни лучше полируются, чем более мягкие.
Образующиеся при этом грани оказываются более гладкими, а ребра — более
острыми, чем у мягких камней, ребра которых скруглены или похожи на от-
ливку, если смотреть в лупу. По этим признакам ограненный алмаз нередко
можно визуально отличить от его имитаций (другие отличительные призна-
ки будут рассмотрены в гл. 17).
Шкала относительной твердости Мооса 63
Шкала относительной твердости Мооса
Твердость материала более точно определяется как способность его поверх-
ности противостоять истиранию, когда по нему прочерчивают линию острым
предметом из другого вещества с меньшим давлением, чем требуется для его
раскалывания по плоскостям спайности или по трещинам. Используемая в
геммологии и минералогии шкала твердости была предложена немецким ми-
нералогом Фридрихом Моосом в 1822 г. Она построена на простом сравне-
нии одного материала с другим, и интервалы значений твердости в ней нео-
динаковы. В основе шкалы лежит простой принцип — вещество с данной
твердостью будет царапать вещество с меньшей и, в свою очередь, будет про-
царапываться предметом с большей твердостью.
Моос выбрал в качестве стандартов обычные минералы с определенной
твердостью, которые легко достать, причем в мономинеральном виде. Со-
блюдение этих факторов необходимо, чтобы шкала была универсальной, а
тот факт, что данные минералы легко получить в мономинеральном виде, ва-
жен, так как в этом случае их твердость постоянна и не зависит от того, из ка-
кого они месторождения.
Ниже приведены десять минералов, выбранных Моосом для построения
шкалы. Они пронумерованы от 1 до 10 по мере возрастания их твердости:
1. Тальк 6. Ортоклаз
2. Гипс 7. Кварц
3. Кальцит 8. Топаз
4. Флюорит 9. Корунд
5. Апатит 10. Алмаз
Из этого списка видно, что камни с твердостью ниже 7 уязвимы для исти-
рания частичками кварца, содержащимися в пыли. Например, закрепленный
в кольце кабошон из малахита, имеющего твердость 4 по шкале Мооса, после
нескольких лет носки будет нуждаться в переполировке.
Важно помнить, что шкала Мооса является относительной и нелинейной,
т. е. разница в значениях твердости между последовательными минералами не-
одинакова. Например, разница в твердости между корундом (9) и алмазом (10)
больше, чем между корундом и самым мягким минералом шкалы — тальком.
Отметим также, что твердость — не единственный фактор, определяющий
прочность драгоценного камня. Хрупкость и вязкость, хотя они и менее важ-
ны, чем твердость, тоже вносят свой вклад в его прочность. Циркон, например,
имеет твердость 7—7,5, но является хрупким минералом и может раскалывать-
ся, разрушаясь, если несколько кристаллов хранятся вместе в одном бумажном
пакете — так называемый «бумажный износ». С другой стороны, два родствен-
ных минерала нефрит и жадеит имеют высокую вязкость, хотя значения твер-
дости их достаточно велики — 6 и 7 соответственно. Это происходит потому,
что они состоят не из монокристаллов, а из массы микроскопических перепле-
тенных волокон или кристаллов. В доисторические времена вязкость делала
жад предпочтительным по сравнению с хрупкими кремнем и вулканическим
стеклом для изготовления инструментов человеком в период неолита.
64 Глава 6. Твердость
Определение твердости (использование
специальных карандашей и пластин твердости)
Хотя твердость драгоценных камней, определенная по шкале Мооса, — полез-
ная диагностическая константа, использование ее в геммологии ограничено.
Это связано с тем, что любое определение твердости по существу является раз-
рушающим методом, при котором на камне остается неисчезающий след. С
другой стороны, многие минералы имеют близкие значения твердости.
Поскольку существуют многие другие подтверждающие тесты, к определе-
нию твердости следует обращаться в последнюю очередь и проводить его с
максимальной осторожностью, с тем чтобы оставлять по возможности наи-
меньшую царапину, причем в той части камня, где она будет наименее замет-
на, например на рундисте. Определение твердости, вероятно, наиболее со-
мнительное наследство, доставшееся геммологии с тех ранних дней, когда не
существовало иных способов диагностики.
Хотя определение твердости царапанием является разрушающим мето-
дом, существуют обстоятельства, при которых его использование допусти-
мо — например, в случае крупных резных предметов, когда другие методы
применить невозможно, а царапина с обратной стороны не портит внешнего
вида изделия. Другим примером является алмаз. Это единственный камень,
который может царапать корунд, и определение твердости здесь использует-
ся как подтверждающий тест (не приносящий вреда самому алмазу). Опреде-
ление твердости процарапыванием можно также производить на необрабо-
танных образцах, особенно когда их размеры или характер поверхности иск-
лючают применение других методов.
Для проведений испытаний подобного рода выпускают специальные ка-
рандаши твердости (рис. 6.1). Они представляют собой металлические опра-
вы, в которых закреплены заостренные фрагменты минералов, являющихся
стандартами шкалы твердости Мооса. Значение твердости каждого минерала
выбито на конце карандаша.
Рис. 6.1. Набор из семи карандашей твердо-
сти. (Из материалов Rubin and Son)
Определение твердости 65
При использовании карандашей твердости драгоценный камень процара-
пывается (желательно в области рундиста, где след будет наименее виден)
вначале самым мягким карандашом, а затем карандашами со все более
высокой твердостью до тех пор, пока не будет получена ясно видимая цара-
пина. Твердость камня будет промежуточной между значениями твердости
этого и предыдущего карандашей. Рассматривая царапину (с помощью руч-
ной лупы), нужно в первую очередь убедиться, что это действительно царапи-
на, а не порошковый след карандаша твердости.
Более безопасным является «обратный» метод определения твердости.
При определении твердости этим способом царапина наносится ребром гра-
ни камня (а лучше рундистом) на плоскую поверхность серии пластин, выре-
занных из минералов известной твердости. Начиная с самой мягкой пласти-
ны, тест продолжают до тех пор, пока не достигнут пластины, на которой
царапина будет отсутствовать. Твердость камня будет где-то посередине меж-
ду значениями твердости непоцарапанной пластины и предыдущей.
Набор пластин твердости состоит из ортоклаза (6), кварца (7), синтетиче-
ской шпинели (8) и синтетического корунда (9), необходимых для большин-
ства тестов на определение твердости. Полированная поверхность були син-
тетического корунда также позволяет проводить подтверждающий тест при
диагностике алмаза.
Популярное мнение о том, что алмаз можно диагностировать по его спо-
собности царапать стекло, не учитывает того факта, что многие имитации ал-
маза (например, синтетический муассанит, синтетический корунд, синтети-
ческая шпинель, топаз, ИАГ и даже кварц) также царапают стекло. Однако
если царапать стекло алмазом и одной из его имитаций, то можно сравнить
вид царапины: та, которая нанесена алмазом, будет глубже и ее легче нанести,
чем в случае более мягкой его имитации.
Весьма полезно бывает нанести серию царапин на предметное стекло
микроскопа разными минералами, прикладывая одинаковое давление. Цара-
пина, нанесенная алмазом, будет самая глубокая, а царапины, нанесенные
корундом и топазом или синтетической шпинелью, будут все менее глубоки-
ми. Когда будет достигнуто значение твердости, на единицу (по шкале Моо-
са) превышающее твердость стекла (которая обычно около 5,5), станет труд-
но нанести царапину, не прикладывая дополнительного давления. В качест-
ве простого неразрушающего метода оценки твердости драгоценного камня
стекло микроскопа очень полезно.
Наконец, слово предостережения относительно одного из самых старых
способов, позволяющих отличить мягкую «пасту» (т.е. искусственное стек-
ло) от природных камней. В нем тонким напильником на рундист камня
наносится точка; при этом предполагается, что все, что царапается, —
стекло. Однако стальной напильник имеет твердость около 6,5 и есть юве-
лирные камни (такие, как лазурит, опал), на которых тоже будет оставать-
ся от него след.
66 Глава 6. Твердость
Зависимость твердости от направления
Некоторые кристаллические материалы имеют твердость, различную по раз-
ным кристаллографическим направлениям. У кианита, например, твердость 4 в
одном направлении и 7 в перпендикулярном (его можно легко поцарапать иг-
лой в направлении, параллельном призме, но это не удастся сделать поперек
призмы; рис. 6.2, e,f). Алмаз также имеет анизотропию твердости; диагонали в
плоскости, параллельной грани куба (рис. 6.2, а), — наиболее «твердое» направ-
ление; следующие по твердости — плоскости, параллельные граням октаэдра
(рис. 6.2, Ь). Самое «мягкое» направление — плоскость додекаэдра (рис. 6.2, d),
параллельная оси кристалла. Твердость в направлении диагоналей куба и по до-
декаэдрическим плоскостям у алмаза может различаться в сто раз (100:1).
Изменения в характере роста кристаллов, способные приводить к образо-
ванию двойников (таких, как macle в алмазе), усугубляют сложности, кото-
рые могут возникнуть при распиливании и полировании поперек границ
двойников минералов с анизотропией твердости. Все эти факторы связаны с
кристаллографией драгоценных камней и влияют на работу огранщиков, ко-
торые должны выбирать оптимальные направления для распиливания и по-
лирования драгоценных камней.
Тот факт, что алмаз, самый твердый из минералов, вообще можно подвер-
гать обработке, объясняется его анизотропией твердости. Алмазный порошок,
используемый при распиливании и полировке алмазов, состоит из беспоря-
дочно ориентированных мельчайших алмазных частиц. Из-за беспорядочной
ориентации частиц в алмазном порошке режущие края некоторых из них со-
ответствуют направлениям максимальной твердости, в результате чего и ста-
новится возможным полирование или распиливание. Огранщик алмазов рас-
полагает плоскости граней так, чтобы ни одна из них не лежала в плоскости
максимальной твердости. При необходимости он может несколько изменить
угол плоскости полирования, с тем чтобы достичь требуемой разницы между
направлением твердости алмаза, который он гранит, и алмазного порошка.
Полирование минералов группы жада абразивными материалами с твер-
достью 9 и ниже обычно приводит к появлению поверхности типа «апельси-
новой корки». Это связано с анизотропией твердости данного минерала, ко-
Рис. 6.2. На трех схемах октаэдра
(слева) показаны от самого «твердо-
го» (а) до самого «мягкого» (d) на-
правления в алмазе; на схеме приз-
мы (справа) — самая твердая базаль-
ная плоскость (<?) и самая мягкая
плоскость призмы (J) у кианита.
Технические способы определения твердости 67
торая приводит к образованию углублений при полировке более мягких зерен
или волокон и в конце концов к пятнистой неровной финишной обработке.
Проблема анизотропии твердости у нефрита, жадеита и некоторых других
минералов может быть в большой степени решена использованием алмазных
порошков в качестве абразивного материала. Повышение скорости обработ-
ки при использовании алмазного порошка (а также конкурентоспособные
цены абразивного материала из синтетического алмаза) обусловливает его
широкое применение огранщиками.
Технические способы определения твердости
Многие технические методы определения твердости были разработаны для ме-
таллов. Они основаны на определении силы, требуемой для вдавливания ин-
дентора в поверхность металла, и диаметра или глубины полученного отпечат-
ка. Примерами этого способа определения твердости являются методы
Бринелля, Виккерса, Роквелла и Кнупа. Хотя эти испытания дают результаты,
линейно связанные друг с другом, они не совсем удобны для использования на
многих минералах из-за возможного растрескивания их по плоскостям спай-
ности. Большинство их вообще невозможно использовать для алмаза. Тем не
менее д-р. Ч. А. Брукс из Университета Эксетера разработал тест на вдавлива-
ние с использованием пятигранного алмазного наконечника. В табл. 6.1 при-
ведены средние значения твердости, определенные этим способом.
Таблица 6.1.
Твердость методом вдавливания Твердость по шкале Мооса
Алмаз 10 000 10
Корунд 2 200 9
ИАГ 1 730 8
Шпинель 1 700 8
Титанат стронция 530 5,5
Определение потертости, характеризуемой фактором износа материала,
более сходно с определением твердости по шкале Мооса и также проводится
для ювелирных камней. Д-р Э. М. Уилкс из Оксфордского университета ис-
пользовал для этой цели миниатюрные шлифовальные круги, импрегниро-
ванные алмазным порошком. Круг прикладывали к испытуемому образцу (в
направлении максимальной твердости) на определенное время, чтобы опре-
делить этот фактор для различных материалов. Рассчитывалось количество
материала, удаленного с образца (т. е. потеря массы), по сравнению с алма-
зом (результаты приведены в табл. 6.2).
Таблица 6.2.
Фактор износа Твердость по шкале Мооса
Алмаз 1 10
Корунд 5 000 9
ИАГ 2 500 8
Шпинель 20 000 8
Титанат стронция 250 000 5,5
68 Глава 6. Твердость
Результаты теста, которые «поменяли местами» корунд и ИАГ и «сделали»
шпинель «мягче» ИАГ, показывают, что прямой связи между «фактором из-
носа Уилкса» и определением твердости по Моосу нет.
Влияние твердости на технологию добычи
Уникальная твердость алмаза привела к возникновению ограночной про-
мышленности, отличающейся от обработки других драгоценных камней. Ис-
ключительно высокая твердость алмаза используется и во многих методах
выделения этого минерала из вмещающих пород. В отличие от способов до-
бычи многих других драгоценных камней, прочность кристаллов алмаза по-
зволяет для извлечения алмазоносных пород бурить и взрывать породы как
на поверхности земли, так и под землей. Эта же прочность позволяет исполь-
зовать дробилки и мельницы, чтобы измельчить добытые породы и извлечь
из них алмазы.
При добыче других минералов, более хрупких, чем алмаз, для того чтобы
вскрыть пласт пдрод, содержащих драгоценные камни, скажем берилл или
даже корунд, взрывные работы используются в довольно ограниченных ко-
личествах. Пласты чаще вскрывают механическими экскаваторами и затем
разрабатывают вручную, используя кирку и молоток для извлечения кристал-
лов. Удаление вмещающей породы производится вручную чаще, чем механи-
ческими способами, поскольку многие драгоценные минералы мягкие и чув-
ствительны к ударам.
Глава?
Удельный вес, плотность
и относительная плотность
Удельный вес — константа, имеющая большое значение при диагностике не-
закрепленных драгоценных камней. В современной геммологии применяет-
ся целый ряд методик тестирования, основанных на различных методах оп-
ределения удельного веса драгоценных камней.
Определения
Удельный вес вещества — это отношение его веса к весу идентичного объема
чистой воды (при стандартном атмосферном давлении и температуре 4 °C,
при которой вода имеет наибольшую плотность). Поскольку он выражается
в виде отношения, единиц измерения для него не требуется. Удельный вес
алмаза, например, составляет 3,52, и это означает, что алмаз в 3,52 раза тяже-
лее такого же объема воды. Вода выбрана в качестве стандарта для определе-
ния удельного веса, так как это устойчивое и общедоступное вещество.
Удельный вес воды принят равным 1,0.
Замечание', для обычных геммологических целей ни вариации атмосфер-
ного давления, ни вариации температуры не вносят существенной ошибки в
определение удельного веса.
Плотность вещества определяется как масса единицы его объема и изме-
ряется не как безразмерное отношение, а в единицах массы и объема. В Меж-
дународной системе СИ единицами измерения плотности выбраны кило-
грамм и кубический метр (раньше единицами были грамм и кубический сан-
тиметр). Килограмм на кубический метр сокращенно записывается как кг/м3.
В этих единицах плотность алмаза составляет 3520 кг/м3 (в старых учебниках
приводится значение 3,52 г/см3, что численно равно удельному весу алмаза).
Относительная плотность — термин, иногда используемый при анализе
жидкостей, и, как и удельный вес, представляет собой отношение массы
жидкости к массе соответствующего объема воды при 4 °C. Однако примени-
тельно к тяжелым жидкостям в этой главе и всей книге будет использоваться
термин «удельный вес».
Закон Архимеда и измерение удельного веса
Сформулированный греческим ученым, математиком и философом более
2000 лет назад, закон Архимеда гласит, что на тело, погруженное в жидкость,
действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной телом.
70 Глава 7. Удельный вес, плотность и относительная плотность
Это положение лежит в основе первого несложного метода определения чис-
тоты золота, а также современных методов определения удельного веса в гем-
мологии. Поскольку удельный вес — надежная константа для большинства
драгоценных камней, он бывает полезен при диагностике неизвестных (не-
закрепленных) образцов. Хотя по одному только удельному весу идентифи-
цировать драгоценный камень невозможно, вместе с другими данными он
помогает сузить круг возможных вариантов.
Удельный вес вещества отчасти зависит от атомной массы составляющих
его элементов, а отчасти — от плотности структуры, созданной этими атомами.
Например, алмаз, состоящий из более легких, но более компактно располо-
женных атомов углерода, имеет удельный вес выше, чем кварц, состоящий из
более тяжелых, но менее плотно упакованных атомов кремния и кислорода.
При работе с драгоценными камнями скоро становится очевидным, что,
имея одинаковые размеры, одни камни ощущаются более тяжелыми, чем
другие. При одинаковом размере циркон вдвое тяжелее опала. Хотя такой ме-
тод оценки удельного веса драгоценных камней «по ощущению», конечно,
очень груб, тем не менее иногда он полезен, особенно когда нужно быстро
сделать первое суждение по диагностике.
Поскольку удельный вес драгоценного камня зависит от отношения меж-
ду его весом и весом такого же объема воды, могут возникнуть проблемы в
связи с его измерением. Определить точный вес камня нетрудно, но если ка-
мень не имеет формы куба или какой-либо другой правильной формы, расчет
его объема (что необходимо для нахождения веса эквивалентного количества
воды) может стать сложной математической задачей.
Измерение удельного веса методом вытеснения
Архимед решил эту самую проблему. В его опыте объем воды, вытесненный
образцом (в его случае — изделие из золота), перемещался в измерительный
сосуд. Чтобы выполнить это, Архимед разработал аппарат, названный им
eureka сап (сосуд «Эврика» — рис. 7.1). Устройство такого типа используется
Рис. 7.1. Сосуд «Эврика» используется для определе-
ния удельного веса по объему вытесненной воды. Для
образцов среднего и крупного размера шнур подвески
почти не влияет на точность измерений.
Измерение удельного веса методом вытеснения 71
и сейчас и состоит из металлического контейнера, снабженного трубкой для
вытекающей воды.
Чтобы измерить удельный вес образца, сосуд «Эврика» сначала наполняет-
ся водой до тех пор, пока она не начнет вытекать через трубку. Когда уровень
воды установится и вытекание прекратится, под трубку помещают пустую
мензурку и образец плавно опускают в жидкость, так чтобы она его полностью
покрыла. Объем воды, вытесненной в мензурку, и есть объем образца. Эту во-
ду можно взвесить или определить ее объе^м с помощью мерного сосуда, отгра-
дуированного в кубических сантиметрах (1 см3 воды имеет массу 1 г при 1 °C).
Удельный вес образца затем рассчитывается делением веса (массы) образ-
ца на вес вытесненной воды:
_ масса драгоценного камня, г
Плотность =----------------------------
объем вытесненной воды, куб. см
ИЛИ
вес драгоценного камня
Уд. вес =--------------------.
вес вытесненной воды
Хотя метод определения удельного веса методом вытеснения с помощью
этого приспособления подходит для крупных образцов, например резных из-
делий, он недостаточно точен для драгоценных камней из-за их сравнитель-
но малых размеров. Для более точных измерений удельного веса мелких юве-
лирных камней используется специальная колба (рис. 7.2), называемая также
пикнометром. Устройство состоит из небольшого пузырька, имеющего стек-
лянный затвор с капиллярным каналом.
Пикнометр чаще всего используют для определения удельного веса тяже-
лых жидкостей (для этого на внешней стороне пузырька нанесены риски с
указанием его внутреннего объема, измеренного при 20 °C). Детали этого ме-
тода приводятся ниже в этой главе в разделе «Точное определение удельного
веса с использованием тяжелых жидкостей».
Чтобы определить вытесненный драгоценным камнем объем жидкости с
помощью пикнометра, сначала образец взвешивают обычным образом (ИТ),
Рис. 7.2. Сосуд для определения удельного веса (также
называемый пикнометром) можно использовать для из-
мерения удельного веса драгоценных камней методом
вытеснения. Он был разработан для точного определе-
ния удельного веса жидкостей.
72 Глава 7. Удельный вес, плотность и относительная плотность
затем взвешивают пустой и сухой пикнометр с затвором (W2). Далее пузырек
заполняют водой и вводят затвор, удаляя излишек воды через капиллярный
канал в затворе. Внешняя сторона пикнометра затем вытирается (удаляются
остатки воды с затвора, не удаляя воду из капилляра) и пикнометр вновь взве-
шивается (ИЗ).
После этого затвор удаляют и помещают в пикнометр драгоценный ка-
мень, после чего вновь устанавливают затвор (объем вытесненной воды, ко-
торая теперь вытекает через капилляр, равен объему камня). Пикнометр
вновь вытирают и взвешивают (W4).
Вес воды, первоначально заполнявшей пикнометр, — ИЗ — W2 = А. Вес во-
ды, когда в пикнометр помещен драгоценный камень, = W4 — W2 — WI = В.
Соответственно вес вытекшей воды = А — В. Таким образом, получаем
вес камня
Уд. вес камня =-------------=------.
вес вытесненной воды А — В
Следующие альтернативные методы, основанные на принципе Архимеда,
широко используются в геммологической практике.
Гидростатические методы измерения удельного веса
Поскольку эти методы основаны на точном измерении веса (см. Приложе-
ние К), для мелких образцов нужно использовать точные весы аналитического
типа. Для мелких образцов массой менее 3 кар эти методы в геммологии не
практикуются, так как ошибка (связанная с ограничением точности весов) воз-
растает с уменьшением массы образца. Для крупных предметов (например, рез-
ные изделия) объем вытесненной воды достаточно большой, что позволяет
получать довольно точные результаты, даже используя пружинные весы.
Метод гидростатического взвешивания основан на том, что предмет, по-
мещенный в жидкость, подвергается действию выталкивающей силы, равной
весу вытесненной жидкости. Производится взвешивание драгоценного кам-
ня в воздухе и затем в жидкости. В трех описанных ниже методах использова-
ны весы с двумя чашками, одной чашкой и пружинные весы.
Использование весов с двумя чашками (рис. 7.3)
Помимо весов здесь нужны некоторые дополнительные принадлежности, в
том числе стеклянная мензурка, металлическая или деревянная подставка
для размещения мензурки над чашкой весов, держатель камня и противовес,
чтобы его уравновесить (рис. 7.4). Держатель камня и противовес могут быть
сделаны из 20—22 swg* луженой медной проволоки.
Сначала мензурку наполняют очищенной или дистиллированной водой и
помещают на подставку над чашкой весов. Проволочный держатель камня
подвешивают на тот же крюк, что и чаши весов. Уравновешивая их моно-
нитью из нейлона определенной длины (не рекомендуется использовать под-
* Standard wire gauge — нормальный сортамент проволоки. — Прим, перев.
Гидростатические методы измерения удельного веса 73
Рис. 7.3. Схема, показываю-
щая использование весов с дву-
мя чашками для определения
удельного веса методом гидро-
статического взвешивания.
Рис. 7.4. Комплект принад-
лежностей для измерения
удельного веса методом гидро-
статического взвешивания.
(Gem Instrument Corporation)
вес из плетеного нейлонового шнура, который пропитывается водой и этим
вносит ошибку в определение удельного веса).
Наконец, чтобы упростить расчеты удельного веса, противовес подвеши-
вают на крюке противоположной чашки весов и взвешивают пустой держа-
тель камня при полном погружении его в воду.
Для определения удельного веса драгоценного камня его взвешивают
обычным путем в воздухе (Л), а затем — на проволочном держателе в воде (jB).
Удельный вес камня рассчитывают по следующей простой формуле:
Вес драг, камня А
Уд. вес =---------------------=--------
Потеря веса в воде А - В
Хотя измерение удельного веса по определению должно проводиться при
4 °C, ошибка, вызванная использованием воды комнатной температуры, влия-
ет в основном на третий знак после запятой в полученном значении, и поэто-
74 Глава 7. Удельный вес, плотность и относительная плотность
му при обычных геммологических измерениях лучше вести измерения с точно-
стью до сотых. Более существенная ошибка может возникать из-за наличия
воздушных пузырьков на поверхности камня, а также из-за действия сил по-
верхностного натяжения воды, тормозящих движение проволоки в воде.
Пузырьки воздуха можно удалить, предварительно смочив драгоценный
камень перед опусканием его в воду. Оставшиеся пузырьки осторожно удаля-
ют с камня и его держателя беличьей кисточкой для рисования. Использова-
ние дистиллированной или кипяченой воды также помогает избежать обра-
зования пузырьков из воздуха, содержащегося в воде.
Влияние поверхностного натяжения можно понизить, введя в воду каплю
моющего средства. Или же воду можно заменить жидкостью с более низким
поверхностным натяжением (например, толуолом), а полученное значение
умножить на удельный вес этой жидкости (0,869 для толуола). Однако удель-
ный вес толуола гораздо более чувствителен к изменению температуры, чем
удельный вес воды, и поэтому необходимо вводить поправку на комнатную
температуру, особенно если она значительно отличается от 15 °C (этой темпе-
ратуре соответствует указанное выше значение). Изменение удельного веса
толуола в зависимости от температуры иллюстрирует табл. 7.1.
Таблица 7.1. Удельный вес толуола в интервале температур 10—25 ’С
Температура Удельный вес Температура Удельный вес Температура Удельный вес
10,0 0,8737 15,0 0,8687 20,0 0,8637
10,5 0,8732 15,5 0,8682 20,5 0,8632
11,0 0,8727 16,0 0,8677 21,0 0,8627
11,5 0,8722 16,5 0,8672 21,5 0,8622
12,0 0,8717 17,0 0,8667 22,0 0,8617
12,5 0,8712 17,5 0,8662 22,5 0,8612
13,0 0,8707 18,0 0,8657 23,0 0,8607
13,5 0,8702 18,5 0,8652 23,5 0,8602
14,0 0,8697 19,0 0,8647 24,0 0,8597
14,5 0,8692 19,5 0,8642 24,5 0,8592
25,0 0,8587
Использование весов с одной чашкой
Существуют два метода гидростатического взвешивания, в которых можно
пользоваться весами с одной чашкой. В одном из них, показанном на рис. 7.5,
также измеряется выталкивающая сила, или потеря веса, при полном погру-
жении драгоценного камня в жидкость (держатель камня на рисунке состоит
из перфорированной металлической чашки известного веса в данной жидко-
сти). Способ определения удельного веса и вычисления совершенно такие
же, как и в методе с использованием весов с двумя чашками, описанном ра-
нее, только здесь нужно принять в расчет вес держателя камня в жидкости,
который может быть приведен к нулю, если используются электронные весы.
Второй метод включает погружение камня, подвешенного на независи-
мой опоре, а не к весам, в сосуд с водой, установленный на весах (рис. 7.6).
Хотя погружение в этом методе по существу равноценно выталкиванию в ме-
тоде с двумя чашками, расчет удельного веса несколько отличается.
Гидростатические методы измерения удельного веса 75
Рис. 7.5. Принадлежности для определения удель-
ного веса при использовании весов с одной чаш-
кой. Сосуд, стоящий на металлической подставке,
содержит термометр и погруженный в жидкость
перфорированный держатель камня. (Sauter)
Вес драгоценного камня в воздухе измеряется обычным способом (ИЗ).
Проволочный держатель камня подвешивают на независимой опоре и уста-
навливают так, чтобы он был полностью погружен в чашку, на две трети за-
полненную водой и установленную на весы. На проволочном держателе от-
мечается уровень поверхности воды, чтобы его можно было вынуть и вновь
поместить в воду на той же высоте. Вес чашки и воды затем измеряется вме-
сте с держателем камня обычным образом (W2).
Далее камень помещают в держатель (не проливая ни капли воды) и высо-
ту подставки вновь устанавливают так, чтобы отметка на держателе вновь
совпала с уровнем воды. Нужно следить, чтобы камень был полностью погру-
жен в воду (пузырьки воздуха можно удалить, как было описано выше). По-
сле этого определяется вес чашки с погруженным камнем (ИЗ).
Удельный вес драгоценного камня рассчитывается следующим образом:
Вес эквивалентного объема воды = W3 — W1 = А,
Уд. вес = W1/A.
Рис. 7.6. Другой метод гидростатического
взвешивания на весах с одной чашкой и не-
зависимой подвеской образца.
76 Глава 7. Удельный вес, плотность и относительная плотность
Использование пружинных весов
Для более крупных образцов драгоценных камней, таких, как резные изде-
лия, когда разница между весом в воздухе и в жидкости соответственно боль-
ше, достаточно точные результаты дает использование менее чувствительных
пружинных весов (рис. 7.7). При аккуратной работе удается выявить разницу
между удельным весом минералов, объединенных под общим названием
«жад» — нефрита (3,0) и жадеита (3,3) — и таким образом проводить диагно-
стику с помощью пружинных весов и сосуда с водой подходящего размера.
Прежде чем закончить анализ методов гидростатического взвешивания,
следует упомянуть о специальных весах, обеспечивающих прямое определе-
ние удельного веса образцов. На рис. 7.8 показан один из вариантов таких ве-
сов. Нижняя чашка весов погружена в воду, а драгоценный камень сначала
помещают на верхнюю чашку, т. е. взвешивают его в воздухе. Затем весы нуж-
но уравновесить, увеличивая нагрузку на правое плечо коромысла (0). Далее
повторяют взвешивание, помещая камень в нижнюю погруженную в воду
чашку, и весы вновь уравновешивают перемещением противовеса по кронш-
тейну по направлению к центральной точке опоры. Удельный вес драгоцен-
ного камня считывают с откалиброванной шкалы на кронштейне весов.
Оценка удельного веса с помощью
тяжелых жидкостей
Преимуществом этого метода, хотя и менее точного, чем гидростатическое
взвешивание, является его быстрота и отсутствие ограничений на размер об-
разца. В простом варианте метода используют четыре жидкости с удельными
весами в интервале 2,65—3,32. Исследуемый драгоценный камень помещают
по очереди в каждую из жидкостей, и значение его удельного веса находится
Рис. 7.7. Схема, показывающая применение
пружинных весов для взвешивания в воздухе и в
воде крупных образцов минералов или резных
изделий.
Оценка удельного веса с помощью тяжелых жидкостей 77
Рис. 7.8. Весы Ханнемана для прямого определения удельного веса. В двух чашках
(слева) производится взвешивание драгоценного камня в воздухе и в воде (нижняя
чашка погружена в жидкость во время обоих взвешиваний). Во время взвешивания на
воздухе противовес помещают на отметку 0 и затем перемещают (с помощью крючка)
для уравновешивания весов. При взвешивании в воде противовес сдвигают влево для
восстановления равновесия (В), и его новое положение на шкале укажет удельный
вес камня.
между удельными весами той жидкости, в которой камень тонет, и той, на по-
верхности которой он плавает.
Здесь вновь используется закон Архимеда, и если исследуемый камень
имеет точно такой же удельный вес, как у жидкости, он будет подвергаться
действию выталкивающей силы, равной его собственному весу. Поскольку
это условие может быть выполнено только при полном погружении камня в
жидкость, последний будет плавать внутри жидкости.
Прежде чем перейти к описанию конкретных жидкостей и деталей мето-
да, следует упомянуть, что тяжелые жидкости непригодны для исследования
пористых камней (таких, как опал, бирюза) и камней с трещиноватой повер-
хностью, поскольку они могут изменить окраску под действием жидкости и
дать неточные результаты. Пластмасса в тяжелых жидкостях может размяг-
чаться, и то же самое может произойти с цементом составных камней.
Тяжелые жидкости были впервые введены в геммологическую практику в
20-е гг. XX в. Б. Андерсоном, который был директором лаборатории тестиро-
вания жемчуга при Лондонской Торговой палате. Смешивая тяжелые жидко-
сти, он сумел отделять более плотный японский культивированный жемчуг
от природного. Много позже этот способ был использован лабораторией для
обеспечения юридических доказательств имитации жемчуга в процессе по
убийству!
Хотя состав различных тяжелых жидкостей был определен и они исполь-
зовались минералогами еще в 70—80-е гг. XIX в., лишь некоторые из них при-
меняются сейчас, что обусловлено их высокой стоимостью и токсичностью.
Наиболее важной из используемых жидкостей является дийодметан (также
называемый йодистым метиленом). Эта тяжелая жидкость (удельный вес
3,32) была впервые предложена Р. Браунсом в 1884 г. и вместе с другим орга-
78 Глава 7. Удельный вес, плотность и относительная плотность
ническим веществом — бромоформом (удельный вес 2,86) получила наи-
большее распространение благодаря своей устойчивости и относительной
безопасности. Две другие органические тяжелые жидкости монобромнафта-
лин (с очень низким удельным весом 1,49) и бензилбензоат (удельный вес
1,56) используются в качестве разбавителей, когда нужно понизить удельный
вес бромоформа или йодистого метилена. Сегодня специфический запах этих
жидкостей придает незабываемый аромат любой лаборатории или другому
помещению, где тестируют драгоценные камни!
Четвертая тяжелая жидкость — раствор Клеричи (с удельным весом 4,15) —
водный раствор муравьино-малоновокислого таллия. Он был предложен
итальянским химиком Клеричи в 1907 г. и введен в геммологическую практи-
ку Андерсоном в конце 30-х гг. на Политехнических курсах в Челси. Наибо-
лее привлекательным в нем было то, что гранат, шпинель, алмаз и даже ко-
рунд плавали в этом растворе, который можно было потом разбавить, чтобы
определить удельный вес каждого из этих камней.
Позже было показано, что жидкость Клеричи можно использовать для
определения удельного веса многих драгоценных камней, так как существу-
ет линейная корреляция ее собственного удельного веса и показателя пре-
ломления. Это означает, что если жидкость Клеричи была разбавлена водой
до такого состояния, что образец плавает внутри раствора, показатель пре-
ломления раствора можно измерить с помощью настольного спектрометра и
его удельный вес (а следовательно, и удельный вес образца) легко опреде-
лить по линейному графику. В настоящее время это является более точным
способом определения удельного веса, чем использование пикнометра.
Жидкость Клеричи, при всех ее преимуществах, является ядовитой и
химически агрессивной, поэтому ее применение в геммологической практи-
ке небезопасно. Она до сих пор используется в лабораториях для определен-
ных целей, но не применяется для определения удельного веса драгоценных
камней.
Для геммологических целей рекомендуется следующий набор тяжелых
жидкостей (рис. 7.9), которые можно получать как по отдельности, так и на-
бором от поставщиков геммологического оборудования (например, Геммо-
логической ассоциации Великобритании или Геммологического института
Америки). Один из таких наборов показан на рис. 7.10. Такой же набор Гем-
мологического института Америки (ГИА) включает жидкости с удельными
весами 2,57; 2,62; 2,67; 3,05 и 3,32. Оба набора поставляются с двумя пузырь-
ками установочных жидкостей (3,32 и 1,50 или 1,56). Основные жидкости
следующие:
1) бромоформ (СНВгз), разбавленный монобромнафталином (СюГЬВг) до
удельного веса 2,65;
2) неразбавленный бромоформ, 2,86;
3) йодистый метилен (СНзЪ), разбавленный бромоформом до удельного
веса 3,05;
4) неразбавленный йодистый метилен, 3,32.
Оценка удельного веса с помощью тяжелых жидкостей 79
Рис. 7.9. Набор тяжелых жидкостей,
используемых для определения удель-
ного веса драгоценных камней. Мень-
ший флакон в центре содержит раствор
соли для тестирования янтаря (см. раз-
дел «Янтарь» в гл. 18).
Рис. 7.10. Набор из пяти тяжелых
жидкостей с двумя маленькими пу-
зырьками установочных растворов.
(Kriiss)
Первая жидкость используется для определения удельного веса минера-
лов группы кварца, а третья жидкость — для определения удельного веса тур-
малина. Роберт Вебстер предложил ввести дополнительную жидкость для оп-
ределения янтаря и некоторых его имитаций. Она представляет собой рас-
твор из 10 чайных ложек (50 г) обычной соли в половине пинты (0,28 л) воды.
Полученная жидкость имеет достаточно высокий удельный вес (1,13), чтобы
янтарь (1,08) плавал в ней, а имитации из пластмассы и бакелита тонули (ко-
пал и полистирол имеют удельный вес меньше 1,13 и поэтому не могут быть
отделены от янтаря с помощью этого раствора).
Из трех основных жидкостей можно делать разные смеси для определения
удельного веса различных драгоценных камней. Смесь бромоформа и моно-
бромнафталина с удельным весом 2,71 используется при идентификации ми-
нералов группы берилла. Смесь йодистого метилена и бромоформа с удель-
ным весом 3,18 можно применять для определения таких камней, как андалу-
зит, апатит, флюорит и сподумен.
Сосуды для тяжелых жидкостей должны иметь широкое горлышко, чтобы
драгоценный камень можно было легко опустить в жидкость и извлечь из нее,
и делаться из прозрачного стекла, чтобы драгоценный камень хорошо про-
сматривался во время испытания (а также при попытках извлечь его!). Сосуды
должны иметь притертые стеклянные крышки, а не пластмассовые, которые
могут прийти в негодность при соприкосновении с этими жидкостями.
Смешивая тяжелые жидкости, чтобы получить нужный удельный вес, на-
лейте половину требуемого количества более тяжелой жидкости из двух вы-
бранных в сосуд. Выбрав прозрачный нетрещиноватый образец драгоценно-
го камня, удельный вес которого будет определяться, поместите его в сосуд
как индикатор. Желательно, чтобы образец был бесцветным (например, гор-
ный хрусталь, а не окрашенные разновидности кварца, так как они имеют не-
80 Глава 7. Удельный вес, плотность и относительная плотность
сколько более высокий удельный вес, чем 2,65 — удельный вес чистого квар-
ца). Драгоценные камни, имеющие простой химический состав, также имеет
наиболее устойчивое значение удельного веса, например кварц, кальцит, ко-
рунд, флюорит. Затем добавьте жидкость с меньшим удельным весом (снача-
ла наливая ее медленно, а затем — по капле), перемешивая смесь после каж-
дого добавления второй жидкости, до тех пор пока камень-индикатор не ста-
нет свободно плавать внутри жидкости.
Определяя удельный вес камня с помощью тяжелых жидкостей, следует
соблюдать следующие правила.
1. Возьмите камень пинцетом и погрузите под поверхность жидкости,
прежде чем отпустить его. Это нужно для того, чтобы мелкие камни,
имеющие больший удельный вес, чем жидкость, не плавали на поверх-
ности жидкости, удерживаемые силами поверхностного натяжения.
2. Если камень тонет в жидкости, посмотрите, с какой скоростью это про-
исходит. Если он медленно опускается или поднимается, его удельный
вес очень близок к удельному весу жидкости. Этот тест чувствителен да-
же к малым различиям в удельном весе, из-за него камень редко будет
плавать точно посередине жидкости (рис. 7.11) — в лучшем случае он
будет медленно опускаться или подниматься.
3. Если после погружения камень немедленно всплывает, его удельный
вес значительно меньше, чем жидкости. Его нужно затем тестировать в
жидкости с более низким удельным весом. Если камень быстро тонет,
его удельный вес значительно больше, чем жидкости, и его нужно про-
верять в жидкости с более высоким удельным весом.
4. Всегда промывайте камень и пинцет, прежде чем перенести камень из
одной жидкости в другую. Это предохранит жидкости от загрязнения.
5. Поскольку плавающий камень извлечь легче, вначале возьмите жид-
кость с удельным весом 3,32. Если камень в ней плавает, перейдите к
другой, более тяжелой, и т. д., пока камень не будет тонуть. Если камень
Рис. 7.11. (Слева) Неизвестный драгоценный камень помещают во флакон с тяже-
лой жидкостью, удельный вес которой 2,65. (Справа) Неизвестный драгоценный ка-
мень свободно плавает внутри жидкости — это говорит о том, что его удельный вес
равен 2,65 и это, скорее всего, одна из разновидностей кварца.
Оценка удельного веса с помощью тяжелых жидкостей 81
тонет в жидкости с удельным весом 3,32, дальнейшие определения не
проводятся — достаточно записать, что «удельный вес камня больше
3,32» (или, кратко, уд. вес > 3,32). В большинстве случаев удельный вес
драгоценного камня лежит между значениями удельного веса жидко-
стей. Например, камень может тонуть в жидкости 2,65 и плавать в жид-
кости 2,86. Значит, его удельный вес лежит в этом промежутке и может
быть записан как: «от 2,65 до 2,86», т. е. 2,65 < уд. вес камня < 2,86.
6. Поскольку тяжелые жидкости имеют высокий показатель преломле-
ния, камень, показатель преломления которого близок к показателю
преломления жидкости, может в ней «исчезнуть» — ситуация, которая
пугает многих студентов! Драгоценные камни более светлых оттенков
хуже видны в жидкости, и их извлечь из нее труднее. Если возникают
трудности с извлечением камня, поднимите пузырек с жидкостью бли-
же к свету на уровне глаз и, если камень тяжелее жидкости, наклоните
пузырек, чтобы камень можно было взять пинцетом в нижнем углу
пузырька.
7. Через какое-то время тяжелые жидкости нужно заменять, так как про-
исходит их частичное испарение. Чтобы заметить какие-либо измене-
ния в жидкостях, можно оставить в пузырьке маленький кусочек мине-
рала-индикатора. Лучше, если это будет кристалл, а не ограненный ка-
мень, чтобы при работе не спутать его с исследуемым камнем. Можно
также использовать индикаторы в виде калиброванных стеклянных
дисков (рис. 7.12). Имея набор таких индикаторов, можно поместить в
каждый флакон с жидкостью два диска: один — легче, чем жидкость,
он будет плавать на ее поверхности, а другой — более тяжелый, он уто-
нет.
Некоторое предупреждение. Если тяжелая жидкость с удельным ве-
сом 2,56 смешана при комнатной температуре, скажем при 18 °C, и в
нее погружен кварцевый индикатор, то при работе в более холодный
Рис. 7.12. Набор из 21 стеклянного
индикатора удельного веса в диапа-
зоне от 2,28 до 4,0. Значения удель-
ного веса нанесены на поверхность
индикаторов и хорошо видны, даже
когда они погружены в жидкость.
82 Глава 7. Удельный вес, плотность и относительная плотность
день индикатор будет плавать на поверхности. В более жаркую погоду
он может утонуть! Это еще раз доказывает чувствительность метода оп-
ределения удельного веса с помощью тяжелых жидкостей (индикатор, в
холодный день плавающий на поверхности, можно заставить медленно
погрузиться в жидкость, слегка нагрев флакон в руках).
8. Йодистый метилен и бромоформ темнеют на свету, и поэтому их нужно
хранить в темноте, когда они не используются. Для осветления жидко-
стей можно использовать медную фольгу. С этой целью в каждый фла-
кон помещают маленький кусочек такой фольги.
Меры предосторожности
Эти замечания первоначально были напечатаны в апреле 1979 г. в журнале
«British Journal of Gemmology» и содержат советы Управления по охране здо-
ровья и безопасности Министерства здравоохранения Великобритании по
пользованию тяжелыми жидкостями в геммологии.
При использовании дибромида этилена (предположительно канцероген-
ная жидкость, иногда применяемая для определения удельного веса и при
гидростатическом взвешивании) или любых других тяжелых жидкостей
в геммологии нужно соблюдать осторожность и избегать попадания
жидкости на кожу и вдыхания их паров. Ни при каких условиях жидко-
сти, используемые геммологами, нельзя глотать. При попадании
жидкости на кожу ее нужно тут же смыть; при попадании в глаза их
нужно промыть большим количеством проточной воды; если жидкость
проглотили, нужно вызвать рвоту и далее необходима медицинская
помощь.
Как и в случае других летучих жидкостей, не рекомендуется курить при
работе с тяжелыми жидкостями. Работа с жидкостями должна проводиться в
хорошо вентилируемом помещении.
Поливольфрамат натрия
Поливольфрамат натрия (3Na2WO4 • 9WO4 • Н2О) был предложен Ханнема-
ном как более безопасная альтернатива некоторым органическим тяжелым
жидкостям, используемым для определения удельного веса. В сухом состоя-
нии это вещество представляет собой белый кристаллический порошок. При
получении насыщенного раствора используют дистиллированную, деиони-
зированную или Смягченную воду (присутствие ионов кальция может приво-
дить к образованию белого осадка), и удельный вес этого раствора равен 3,10.
Добавлением воды его можно уменьшить до 3,05 для определения турмалина
или до 2,65 для кварца.
Удельный вес этого раствора линейно связан с показателем преломления
(как и в случае с жидкостью Клеричи). Поэтому, если драгоценный камень,
помещенный в раствор поливольфрамата натрия, плавает в нем, его удель-
ный вес совпадает с удельным весом раствора, а удельный вес раствора мож-
Точное определение удельного веса 83
но определить, измерив его показатель преломления п на рефрактометре.
Расчет ведется по следующей формуле:
Уд. вес = 2,80 + 8,43(л - 1,555).
Замечание, для показателя преломления, в точности равного 1,555, удель-
ный вес образца равен точно 2,80. Для п > 1,555 удельный вес становится
больше 2,80, а для более низких значений п величина в скобках становится
отрицательной; при умножении на 8,43 произведение становится отрица-
тельным, а удельный вес — меньше 2,80.
Точное определение удельного веса
с использованием тяжелых жидкостей
Более точно определить удельный вес позволяют пикнометр и специальный
градуированный сосуд (см. рис. 7.2). Ранее в этой главе упоминалось об опре-
делении удельного веса по объему вытесненной жидкости в градуированном
сосуде. Ниже приводится описание аналогичного метода, но допускающего
измерение удельного веса крупных образцов, которые невозможно поме-
стить в сосуд. В этом методе для определения удельного веса используется со-
суд с тяжелой жидкостью, которую осторожно разбавляют вплоть до того мо-
мента, когда испытуемый образец будет плавать внутри жидкости.
Прежде всего пустой сосуд для определения удельного веса взвешивается
вместе с затвором, а затем из четырех тяжелых жидкостей получают новую
жидкость, удельный вес которой приблизительно равен удельному весу камня,
как это было описано выше. Далее полученную жидкость постепенно дово-
дят до такого состава, когда образец свободно плавает внутри нее.
Сосуд для определения удельного веса теперь заполняют полученной жид-
костью и устанавливают капиллярный затвор, насухо протирая и то и другое.
Сосуд снова взвешивают, и удельный вес (плотность) смеси жидкостей (а зна-
чит, и камня) определяют вычитанием веса пустого сосуда (в граммах) из веса
полного. Результат делят на объем сосуда в кубических сантиметрах или мил-
лиметрах (о&ьем сосуда обычно указан на его стенке), получая удельный вес
камня.
Глава 8
Цвет, блеск и другие оптические эффекты
В гл. 1 о красоте драгоценного камня говорилось как об основном признаке.
В мире, где цвет — один из доминирующих чувственных ощущений, не
удивительно, что красота драгоценного камня во многом определяется его
цветом. Хотя восприятие цвета — повседневное явление, в геммологии необ-
ходимо понимать, как цвет возникает в драгоценных камнях. В гл. 11, посвя-
щенной спектроскопии, будет показано, что цвет является важным средст-
вом идентификации.
Электромагнитные колебания
Чтобы понять, что такое цвет, вначале нужно обратиться к природе света как
такового. Свет является формой энергии, которая излучается в виде электро-
магнитных волн (рис. 8.1). Он аналогичен колебаниям, используемым в ра-
дио- и телепередачах, но имеет гораздо меньшие длины волн. Цвет определя-
ется длиной волны света. Интенсивность (сила) света пропорциональна квад-
рату амплитуды электромагнитной волны.
Относительное расположение световых и радиоволн в спектре электро-
магнитных колебаний показано в верхней части рис. 8.2, а в нижней его час-
ти изображена видимая часть спектра в увеличенном виде. Световые волны
видимой области спектра на своем длинноволновом красном конце перехо-
дят в инфракрасные тепловые волны, а на фиолетовом конце — в невидимый
ультрафиолетовый диапазон.
Рис. 8.1. Волновая природа света.
Фотон 85
ю6
10®
------------ Частота, Гц __________________________________________
id0 id2 id* id6 ю’8 10го
Радиоволны
Инфракрасные
I 10 18 16 ^4
10 10 10 10 !
--------------------- Длина волны,
Видимая
фиолетовые Рентгеновс™е Гамма-лучи
• 2
ДЮ
, нм
10*’
'.4
10
область
т
1
8ооо 7ооо бооо 5ооо 4ооо Зооо
_1________I________I_______I________। ।
И К Красные Желтые
Синие
УФ
8оо
7оо
боо 5оо
НМ
4оо
Зоо
Рис. 8.2. Спектр электромагнитных волн с увеличенной (внизу) видимой областью.
Длина радио- и телевизионных волн измеряется в метрах и сантиметрах, а
световых, где она намного меньше, — в нанометрах (нм); раньше ее выража-
ли в ангстремах (А). Нанометр — это одна миллионная часть миллиметра
(10-9 м), равная 10А. Длины волн, особенно радио- и телевизионных, часто
выражают через частоты, которые указывают число волн (или периодов),
проходящих через фиксированную точку в секунду. Поскольку электромаг-
нитные волны имеют скорость распространения около 300 млн м/с, соотно-
шение между длиной волны и частотой можно записать в виде
Скорость 300 • 106 300
Длина ВОЛНЫ (В М) = ——--------= —---------7=г-т- = V7----------; -
Частота Число герц (Гц) Число мегагерц (МГц)
Длина волны (в нм) =
300 109
Число мегагерц (МГц)
Фотон
До сих пор мы рассматривали свет с точки зрения теории распространения
электромагнитных колебаний Максвелла. Эта теория была эксперименталь-
но подтверждена в 1876 г. Герцем. Однако, согласно квантовой теории излу-
чения Эйнштейна, свет представляет собой не просто непрерывный цуг волн,
а состоит из потока отдельных квантов, или фотонов.
Если тепловая или электрическая энергия поглощается атомом, это по-
зволяет некоторым из его электронов переходить со своих обычных орбит,
соответствующих низкой энергии, на орбиты с более высокой энергией, рас-
86 Глава 8. Цвет, блеск и другие оптические эффекты
положенные дальше от ядра. Когда они возвращаются на свои обычные ор-
биты с низкой энергией, они излучают полученную энергию в виде кванта
света, т. е. фотона (об одной из форм такого излучения — люминесценции —
будет говориться в гл. 12). Одиночный электронный переход такого типа про-
должается одну стомиллионную долю секунды (10-8 с), и в соответствии с ве-
личиной скорости света возникающий фотон представляет собой квант излу-
чения длиной около 3 м. Это испускание света прекращается до следующего
электронного перехода. Непрерывный свет, который мы видим, состоит из
множества таких коротких импульсов, или фотонов.
Квантовая теория излучения подтверждается тем фактом, что световая
энергия, высвобожденная при электронных переходах в атоме, соответствует
разнице между энергетическими уровнями двух электронных орбит, участво-
вавших в переходе. Революция в науке, произведенная квантовой механикой,
привела к слиянию концепций атомных частиц и волн излучения. В резуль-
тате согласно современным научным воззрениям протоны, электроны, нейт-
роны, фотоны и т.д. обладают свойствами как частиц, так и волн.
Цвет и избирательное поглощение
Белый свет состоит из смеси цветов, или длин волн, видимого спектра, взятых
приблизительно в равных количествах. Когда мы смотрим на цветной драго-
ценный камень, освещенный белым светом, цвет его, который мы видим, яв-
ляется результатом поглощения камнем различных длин волн (или полос длин
волн) исходного белого света. В прозрачных минералах свет этих длин волн бу-
дет поглощаться из света, проходящего через камень; в непрозрачных — из све-
та, отраженного от поверхности камня. В обоих случаях наблюдаемый цвет
камня создается комбинацией цветов непоглощенной части белого света и ре-
зультирующий цвет будет дополнительным к поглощенной части спектра.
Если, например, камень поглощает фиолетовый конец спектра, цвета ос-
тавшейся части белого света в совокупности дадут дополнительный желтый
цвет (рис. 8.3). Если будут поглощаться все длины волн от желтых до фиоле-
товых, камень будет выглядеть красным.
Рис. 8.3. Если камень
имеет полосу поглоще-
ния в фиолетовой части
спектра, то оставшиеся
красная и зеленая обла-
сти падающего белого
света, отражаясь от кам-
ня, дадут наблюдаемый
желтый цвет.
Переходные элементы 87
Рис. 8.4. В спектре поглощения видны три полосы (обусловленные присутствием
железа), которые являются диагностическими для синего сапфира.
Такое подавление отдельных длин волн, или цветов, из падающего на объ-
ект белого света называется избирательным поглощением. Визуально его мож-
но исследовать с помощью прибора, называемого спектроскопом. Свет, про-
шедший через драгоценный камень или отразившийся от его поверхности,
направляется в спектроскоп, где происходит его разложение на спектральные
цвета с помощью комбинации призм (или дифракционной решетки). Длины
волн света, поглощенные камнем, видны в спектроскопе как темные полосы
или серии темных линий. Таким образом, в спектроскопе наблюдается так
называемый спектр поглощения, который иногда очень помогает в идентифи-
кации камня (рис. 8.4). Детальное описание спектроскопа и его применения
приведено в гл. 11.
Аллохроматическая и идиохроматическая окраска
драгоценных камней
Избирательное поглощение света драгоценными камнями вызывается либо
наличием в них примесей (таких, как оксид хрома в рубине или оксид железа
в аквамарине), либо химическим составом камня (например, медь в бирюзе
или марганец в гранате спессартине). Окраска драгоценных камней, обуслов-
ленная наличием примесей, называется аллохроматической (т. е. «окрашен
другим»), а вызванная собственным химическим составом — идиохроматиче-
ской («самоокрашенный»).
Большинство окрашенных драгоценных камней имеют аллохроматиче-
скую окраску и в отсутствие примесей являются бесцветными. Примерами
драгоценных камней с аллохроматической окраской, но бесцветных при от-
сутствии в них окрашивающих примесей являются горный хрусталь, бесцвет-
ные сапфир и топаз и гошенит (разновидность берилла).
Переходные элементы
Избирательное поглощение света в камнях и с аллохроматической, и с идио-
хроматической окраской вызывается присутствием одного или более из вось-
ми металлов, называемых переходными элементами. В камнях с аллохромати-
ческой окраской эти элементы действуют как окрашивающие примеси, а
88 Г лава 8. Цвет, блеск и другие оптические эффекты
в камнях с идиохроматической окраской они входят в химическую формулу
минерала. Восемь переходных элементов в порядке возрастания их атомной
массы (которая изменяется от 22 до 29) с примерами драгоценных камней, у
которых они вызывают появление окраски, приведены в табл. 8.1.
Таблица 8.1.
Титан Синий сапфир (с железом), синий цоизит
Ванадий Гранат гроссуляр (тсаворит), зеленый ванадиевый берилл, синтетический ко-
рунд (имитация александрита), некоторые синтетические изумруды, синий и
фиолетовый сапфир
Хром Рубин, изумруд1), красная шпинель, гранаты пироп, хромовый гроссуляр, де-
мантоид и уваровит21, хромдиопсид, зеленый жадеит, розовый топаз, алек-
сандрит, гидденит
Марганец Родохрозит21, родонит21, гранат спессартин21, розовый кварц, морганит (раз-
новидность берилла), андалузит
Железо Сапфир, сингалит21, перидот21, аквамарин, синий и зеленый турмалин, энста-
тит, аметист, гранат альмандин21
Кобальт Синтетическая синяя и зеленая шпинель, синтетический синий кварц (за ис-
ключением редкой синей шпинели, кобальт не обнаружен ни в одном из при-
родных прозрачных драгоценных камней), кобальтовое стекло
Никель Хризопраз, синтетический зеленый и желтый сапфир
Медь Диопсид, малахит21, бирюза21, синтетический зеленый сапфир
11 В Великобритании и Европе изумрудом считается только берилл, окрашенный хромом.
21 Драгоценные камни с идиохроматической окраской.
Циркон и некоторые окрашенные разновидности топаза, кварца и флюо-
рита не содержат переходных элементов в определяемых количествах. В от-
личие от других минералов их цвет легко изменить с помощью нагрева или
облучения (природу цвета этих камней и алмаза см. ниже в разделе «Центры
окраски»). На атомном уровне возникновение окраски в результате взаимо-
действия электронов в переходных элементах является предметом, рассмат-
риваемым теорией кристаллического поля. Для интересующихся читателей те-
ория энергетических зон и переноса заряда, необходимая для понимания
многих способов изменения цвета, кратко изложена в Приложении Е.
Драгоценные камни, изменяющие свой цвет
В некоторых веществах положение полос поглощения, связанных с присут-
ствием переходных элементов, может вызывать изменение окраски камня
при смене источника света. Эффект изменения цвета называется метамериз-
мом и наиболее ярко проявляется в редкой разновидности хризоберилла —
александрите. В желтой области спектра этого драгоценного камня есть ши-
рокая полоса поглощения с максимумом на длине волны около 580 нм.
Вследствие этого камень выглядит красным при освещении лампой накали-
вания, в спектре которой слабо выражена синяя часть (лампа с вольфрамовой
нитью накаливания), и зеленым при дневном свете или освещении флюорес-
центной лампой дневного света (свет этих источников характеризуется более
сбалансированным спектром).
Интерференционная окраска 89
Рис. 8.5. Схема, показывающая, как возникает цвет тонкой пленки в результате вза-
имной интерференции отраженных лучей. Существующий цвет исчезает, когда до-
полнительное расстояние, пройденное лучом Я2 по сравнению с лучом Ai, составляет
половину длины волны этого цвета. Цвет усиливается, когда дополнительное рассто-
яние, пройденное лучом А2, таково, что лучи совпадают по фазе.
Поскольку александрит — редкий камень и вследствие этого его цена
очень высока, на рынке имеется несколько имитаций, воспроизводящих эф-
фект изменения цвета александрита. Один из них — синтетический корунд,
содержащий ванадий. Цвет этой имитации изменяется от аметистово-фиоле-
тового в свете лампы накаливания до синего при дневном свете, что позволя-
ет легко отличить ее от натурального александрита. В качестве имитации это-
го камня используется также зеленая синтетическая шпинель, цвет которой
ближе к цвету природного александрита.
В 1973 г. появился синтетический аналог хризоберилла с таким же изме-
нением цвета, как у лучших сибирских* александритов. С тех пор синтетиче-
ские александриты появились на рынке. Несмотря на то что они намного до-
роже имитации из синтетического корунда, их цена — лишь часть стоимости
природного драгоценного камня и также является настораживающим при-
знаком для геммолога.
Хотя александрит и является главным примером драгоценного камня, об-
ладающего эффектом изменения цвета, этот эффект иногда встречается и у
других драгоценных камней, таких, как корунд, шпинель и гранат.
Интерференционная окраска
Помимо химического состава цвет драгоценного камня может быть обуслов-
лен оптическими эффектами. Один из таких эффектов вызывается интерфе-
ренцией лучей, отраженных от поверхностных слоев драгоценного камня
(рис. 8.5). Если луч белого света (I) встречает на своем пути очень тонкий
прозрачный слой, он будет отражаться как от верхней, так и от нижней по-
верхности этого слоя. Оба отраженных луча (J?i, Rz) будут параллельны друг
* Правильнее, уральских — Прим. ред.
90 Глава 8. Цвет, блеск и другие оптические эффекты
другу, но путь одного из них, прошедшего через слой, длиннее, и поэтому он
не будет совпадать по фазе с другим лучом.
В зависимости от толщины слоя при некоторой длине волны (цвете) раз-
ность хода двух отраженных лучей будет составлять в точности половину дли-
ны волны этого цвета, и тогда последний исчезнет. Оставшиеся составные
части отраженного света затем суммируются, давая дополнительный цвет
(как в случае избирательного поглощения). При другой длине волны оба лу-
ча могут оказываться в одной фазе и этот цвет будет доминировать в отражен-
ном свете. Роль эффекта интерференции в возникновении цвета таких драго-
ценных камней, как опал, лабрадор, лунный камень, будет рассмотрена ниже
в этой главе в разделе «Игра света».
Дисперсия
Дисперсия — еще одно оптическое свойство, которое может в различной сте-
пени обусловливать цвет драгоценных камней. Белый свет, проходя через ма-
териал, преломляется, или изгибается, причем каждая длина волны — в раз-
ной степени, когда лучи входят в материал и выходят из него под углом, не
равным 90°. Этот эффект легче всего увидеть на стеклянной призме, которая
расщепляет белый свет на спектральные цвета (рис. 8.6). Свет, соответствую-
щий фиолетовому концу спектра, преломляется наиболее сильно, а красный
свет — меньше всего. В драгоценных камнях с высокой дисперсией это при-
водит к появлению цветных вспышек (называемых «игрой») при повороте
драгоценного камня под источником света.
Величина дисперсии драгоценного камня зависит от его показателя пре-
ломления (эта оптическая характеристика будет рассмотрена в следующей
Рис. 8.6. Белый свет, проникающий в
призму (вверху), разделяется на спектраль-
ные цвета, причем луч, соответствующий
каждому цвету, преломляется по-разному.
Точно так же происходит разложение бело-
го света, когда он входит в обработанный
драгоценный камень (внизу) и затем, испы-
тав полное внутреннее отражение от граней
павильона, выходит под разными углами из
граней короны, создавая «игру».
Блеск 91
главе), и в геммологии ее обычно определяют как разность показателей пре-
ломления на длинах волн 686,7 и 430,8 нм фраунгоферовых линий В и G. Ис-
ключение в соотношении показателя преломления и дисперсии составляет
алмаз, у которого высокий показатель преломления сопровождается весьма
невысоким значением дисперсии.
Хотя разложение света особенно хорошо видно в бесцветных камнях, оно
наблюдается и в окрашенных, таких, как гранат демантоид и сфен, хотя их
величина дисперсии частично маскируется окраской камня.
Центры окраски
У некоторых драгоценных камней цвет возникает или изменяется из-за нали-
чия дефектов кристаллической решетки. Дефект, который может образовать-
ся при естественном или искусственном облучении, создается дополнитель-
ным электроном, захваченным кристаллической решеткой в том месте, где
обычно он не должен находиться, или отсутствием электрона там, где он
обычно находится («дырка»). Дополнительный электрон создает электрон-
ный центр окраски, а отсутствие электрона — «дырочный» центр окраски.
Примерами драгоценных камней, оттенки цвета которых связаны с нали-
чием центров окраски, являются флюорит, кварц и те алмазы, цвет которых
был искусственно изменен облучением. Возможно также, что окраска мно-
гих из редких «фантазийно окрашенных» алмазов обусловлена их природным
облучением в недрах земной коры. Цвета природного циркона могут быть
связаны с нарушениями решетки в результате облучения примесными атома-
ми урана и тория.
Природная желтая окраска большинства алмазов серии Кейн вызвана при-
сутствием атомов азота, которые замещают атомы углерода в кристаллической
решетке. Цвет необработанных зеленых алмазов обычно обусловлен наличием
у них окрашенной тонкой поверхностной зоны. Гораздо более редкой является
однородная зеленая окраска в объеме камня (такая, как например, у алмаза «Зе-
леный Дрезден»), определяемая как фантазийная зеленая окраска и являющая-
ся следствием природного радиоактивного облучения. Причина окраски ко-
ричневых, большинства розовых и розово-лиловых алмазов — пластическая де-
формация кристаллов в период их формирования в недрах Земли. Она привела
к образованию слоев, параллельных плоскостям спайности алмаза. Цвет при-
родных голубых алмазов обусловлен присутствием атомов бора, замещающих
атомы углерода. Эти цвета, связанные с наличием примесей в решетке, являют-
ся результатом перемещения электронов в решетке, а не в отдельном атоме, как
в случае переходных элементов. Они объясняются в рамках зонной теории, ко-
торая объясняет также свойства полупроводников (см. Приложение Е).
Блеск
Блеск драгоценного камня — это оптический эффект, возникающий в резуль-
тате отражения света от поверхности камня. Он непосредственно связан с по-
казателем преломления ювелирного камня, и, хотя блеск некоторых камней
92 Глава 8. Цвет, блеск и другие оптические эффекты
виден и в необработанном виде, в полной мере он проявляется, только когда
камень огранен и отполирован. Поскольку показатели преломления драго-
ценных камней изменяются в диапазоне 1,43—3,32, их блеск также меняется
в широких пределах. Термины, которые повсеместно применяются для ха-
рактеристики блеска, приведены в табл. 8.2.
Эти определения используются лишь для общего описания внешнего ви-
да драгоценного камня. Недавно был создан прибор, названный рефлекто-
метром и дающий возможность проводить сравнительные измерения блеска
и использовать результаты как средство идентификации. Подробнее этот
способ описан в следующей главе.
Таблица 8.2.
Металлический
Алмазный
Стеклянный
Смолистый
Восковой
Жирный
Перламутровый
Шелковистый
Очень сильный блеск, ассоциирующийся с металлами (золото, серебро, пла-
тина) и проявляющийся в некоторых минералах, в состав которых входят ме-
таллы (например, пирит, галенит)
Проявляется при высоком качестве полировки поверхности алмаза (блеск
циркона и демантоидапределяется как алмазоподобный)
Похожий на блеск стекла; характерен для большинства драгоценных камней
(корунд, топаз, кварц)
Более приглушенный блеск, характерный для полированной поверхности
янтаря
Почти матовая поверхность, типичная для бирюзы и жадеита
Проявляется у мыльного камня и нефрита
Как у перламутрового слоя раковин моллюсков
Волокнистый отлив, типичныйдля атласного шпата
Игра света
В то время как блеск связан исключительно с отражательной способностью
поверхности камня, оптические эффекты, описанные ниже, создаются свето-
выми лучами, отраженными от неоднородностей внутри камня. Как и в
случае блеска, существует несколько терминов, которые используют для опи-
сания игры света в драгоценных камнях.
Эффект кошачьего глаза
Так называемый эффект «кошачьего глаза» создается световой полоской, вы-
званной отражением от параллельных волокон, кристаллов или каналов
внутри камня. В случае псевдокрокидолита, или — как его чаще называют —
тигрового глаза, эти каналы являются остатками волокон асбеста, замещен-
ных кварцем (рис. 8.7). Чем тоньше волокна или каналы и чем выше их отра-
жающая способность, тем ярче светлая полоска. Камни с эффектом кошачь-
его глаза обычно обрабатывают в виде кабошонов (основание их должно быть
параллельно плоскости волокон), что позволяет лучше выявить этот эффект.
Переливчатость свойственна многим минералам (например, кварц, турма-
лин), но самым лучшим кошачьим глазом является цимофан (разновидность
хризоберилла).
Игра света 93
Рис. 8.7. (Слева) Параллельные каналы в
кварце, расположенные непосредственно
под поверхностью отполированного тиг-
рового глаза (увеличено). Яркая световая
полоса проходит почти под прямым углом
к этим каналам. (Справа) Для проявления
эффекта кошачьего глаза тигровый глаз
обрабатывают в виде кабошонов.
Астеризм
Эффект «звезды» лучше всего заметен в некоторых рубинах и сапфирах, обра-
ботанных в форме кабошона. Как и в случае кошачьего глаза, появление этого
эффекта связано с наличием внутри кристалла тонких параллельных волокон,
но в данном случае волокна образуют три группы, расположенные вдоль боко-
вых осей кристалла и пересекающиеся под углом 60°.
В черных звездчатых сапфирах волокна образованы иголочками гематита,
параллельными граням призмы второго порядка. Во всех остальных звездча-
тых корундах игольчатые включения представлены рутилом и параллельны
граням призмы первого порядка. Некоторые тайские звездчатые сапфиры
могут содержать игольчатые кристаллы как рутила, так и гематита, образую-
щие 12-лучевую звезду.
Хотя наиболее ярко выраженный астеризм наблюдается в корундах в виде
шестилучевой звезды (рис. 8.8), иногда его можно увидеть в розовом кварце,
Рис. 8.8. Кабошон звездчатого
рубина, обработанный так, что-
бы был виден эффект астеризма
(R. V. Huddlestone).
94 Глава 8. Цвет, блеск и другие оптические эффекты
в котором он проявляется не в отраженном, а в проходящем свете (этот эф-
фект называется диастеризмом в отличие от видимого в отраженном свете —
эпиастеризма). В диопсиде и некоторых гранатах астеризм проявляется в ви-
де четырехлучевой звезды. В этих камнях существуют две группы волокон,
пересекающиеся под углом 90’ в гранате и 73’ в диопсиде. Производятся син-
тетические звездчатые рубины и сапфиры, но в них астеризм проявляется на-
много резче и более явно приурочен к поверхности, чем у натуральных камней.
Иризация
Радужная окраска ювелирного камня обусловлена очень тонкими слоями
или правильными структурами, существующими под его поверхностью. Как
и тонкие пленки масла на воде, эти слои вызывают интерференцию отражен-
ных лучей, которая приводит к усилению одних цветов и подавлению других
(см. рис. 8.5).
Этот эффект лучше всего проявляется в благородном опале. До 1960-х гг.
природа окраски опала была предметом дискуссий. Затем ученые из отделе-
ния минералогии и геохимии CSIRO (Австралия) с помощью электронного
микроскопа исследовали структуру этого камня. Они открыли, что игра цве-
та опала вызвана миллионами субмикроскопических сфер кристобалита (ге-
ля кремнезема), которые составляют основную массу камня. Сферические
частицы имеют одинаковый размер (в благородном опале) и расположены
правильными рядами и столбиками (рис. 8.9). Вследствие их малого размера
и симметричного расположения цвет камня в отраженном от них свете обра-
зуется в результате комбинации интерференции и дифракции. Последняя
происходит тогда, когда белый свет разлагается на спектральные цвета, про-
ходя через узкое отверстие (как в случае оптической решетки, используемой
в дифракционном спектроскопе, описанном в гл. 11).
Цвета, возникающие в благородном опале, зависят отчасти от угла зрения,
но в большей мере от размера сфер. У опала, состоящего из сфер диаметром
Рис. 8.9. Закономерное располо-
жение сферических частиц геля
кремнезема (кристобалита) в опа-
ле, выявленное при помощи элект-
ронного микроскопа с увеличени-
ем 25 000х.
Цвет, прозрачность и идентификация камня 95
Рис. 8.10. Резная фигурка филина из лабрадора.
Интерференция света, вызванная пластинчатыми
двойниками в этом материале, создает окраску
птичьего оперения. (Из материалов Э. Беккера
OHG, Идар-Оберштайн, Германия.)
300 нм, будут присутствовать цвета с длинами волн от этого значения и до
вдвое большего (т. е. от красного до фиолетового), тогда как в опале с разме-
ром сфер только 200 нм можно будет увидеть цвета только сине-фиолетового
конца спектра. В обыкновенном опале содержатся сферические частицы раз-
ного размера и поэтому дифракция невелика. Результатом является молочная
опалесценция, которая полностью лишена цвета.
Лабрадоресценция
Этот частный случай иризации можно видеть в лабрадоре (минерал из груп-
пы полевых шпатов) и спектролите, красивой разновидности финского лаб-
радора. В обоих случаях цветовой эффект (наиболее часто используемый в
резьбе — рис. 8.10) связан с тонкими вростками полевого шпата в поверхно-
стном слое, действующих как пластинчатые двойники.
Адуляресценция
Голубоватое мерцание, называемое также «шиллеризацией», наблюдается в
лунном камне — разновидности полевого шпата. Это еще одна форма ириза-
ции, и она также вызвана пластинчатым двойникованием.
Цвет, прозрачность и идентификация камня
Окраска драгоценного камня влияет и на его прозрачность. Густо-окрашен-
ные камни пропускают меньше света, чем бледно-окрашенные. Другой фак-
тор, влияющий на прозрачность, — наличие внутренних повреждений или
включений (вследствие чего камни с эффектом кошачьего глаза и звездчатые
камни обычно не совсем прозрачны). И плюс ко всему чем больше толщина
камня, тем больше потеря проходящего через него света. Поэтому густоокра-
шенным кабошонам (не обладающим эффектами кошачьего глаза и астериз-
96 Глава 8. Цвет, блеск и другие оптические эффекты
ма) иногда придают выпукло-вогнутую форму (его основание делается вогну-
тым, с тем чтобы уменьшить толщину камня).
Прозрачность — важное свойство драгоценного камня, влияющее на его
красоту и стоимость. В табл. 8.3 приведены характеристики степени прозрач-
ности драгоценных камней.
Таблица 8.3.
Прозрачные Просматриваемый через камень предмет ясно виден (например, гор- ный хрусталь, топаз)
Полупрозрачные Изображение просматриваемого через камень предмета размытое, нс еще различимое
Просвечивающие Камень пропускает часть света, но предмет увидеть через него нельзя (например, хризопраз, жадеит)
Полупросвечивающие Некоторое количество света проходит через камень, но только через его просвечивающие края (например, кварцевый авантюрин)
Непрозрачные Камень обладает достаточной оптической плотностью, чтобы не про- пускать свет (например, малахит, яшма)
Хотя цвет драгоценного камня, — вероятно, наиболее важное его свойство,
сильно влияющее на его стоимость, он не всегда помогает геммологу в вопро-
се идентификации камня. Есть, конечно, и очевидные исключения, такие, как
яркая травянисто-зеленая окраска перидота, фиолетовый цвет аметиста, зеле-
ные полосы разного оттенка у малахита и оранжевый цвет огненного опала.
Что же касается таких прозрачных минералов с аллохроматической окра-
ской, как берилл, корунд, турмалин и топаз, их окраска не может быть диагно-
стическим признаком, так как эти камни бывают разного цвета. Их цвет зави-
сит от того, какие переходные элементы присутствуют во вмещающей среде во
время формирования минерала. В случае турмалина иногда находят кристал-
лы, у которых состав окрашивающих примесей менялся в процессе роста. Это
приводит к образованию призматических кристаллов, цвет которых меняется
радиально («арбузный» турмалин) или по длине. В результате один и тот же
кристалл может быть окрашен в разные цвета, включая синий, зеленый, розо-
вый, а помимо этого в нем могут присутствовать и бесцветные зоны.
Вследствие такой непредсказуемости может быть трудно провести разли-
чия между камнями с аллохроматической окраской только на основе цвета.
Раньше, до того как были определены химический состав драгоценных кам-
ней и их свойства, многие камни классифицировали просто по цвету (напри-
мер, красная шпинель определялась как рубин-балэ). Доказательства этого
имеются в лондонском Тауэре, где среди драгоценностей Британской коро-
ны названы «Рубин Черного Принца» и «Рубин Тимура», которые на самом
деле являются красной шпинелью.
Что касается непрозрачных драгоценных камней, особенно с идиохрома-
тической окраской, таких, как малахит, бирюза, родонит и родохрозит, их
цвет является гораздо более надежным диагностическим признаком. Среди
других непрозрачных драгоценных камней, которые легко идентифицируют-
ся благодаря их цвету и поверхностным узорам, — авантюриновый кварц,
яшма, амазонит и разновидности тигрового глаза и халцедона.
Глава 9
Отражение и преломление
Как мы видели в предыдущей главе, отражение света играет важную роль в
привлекательности драгоценного камня. Однако для целей идентификации
наиболее важной и определяющей характеристикой драгоценного камня яв-
ляется его показатель преломления п. Причиной являются постоянство этой
константы для большинства драгоценных камней и возможность измерить
ее с точностью до сотых долей (а часто и до тысячных). Поэтому многие дра-
гоценные камни удается отличать друг от друга, даже если их показатели пре-
ломления имеют незначительную разницу (например, природная и синтети-
ческая шпинель, розовый топаз и турмалин).
Законы отражения и преломления Снеллиуса
Голландский ученый В. Снеллиус был профессором Лейденского универси-
тета в XVII в. Два сформулированных им закона отражения очень просты, а
поскольку с отраженным светом и отражениями мы постоянно встречаемся
в повседневной жизни, они кажутся очевидными. Тем не менее они состав-
ляют основу оптики.
1. Угол падения света на плоскую отражающую поверхность равен углу
его отражения.
2. Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр к отражающей по-
верхности (в точке падения луча) лежат в одной плоскости.
Падающий луч (рис. 9.1) — это луч света, падающий на отражающую по-
верхность, а угол падения образуется этим лучом и прямой, проведенной
перпендикулярно (т. е. под углом 90°) к отражающей поверхности. Эта пер-
пендикулярная прямая называется нормалью и играет роль линии отсчета при
Нормаль
Рис. 9.1. Первый закон отражения Снел-
ла утверждает, что угол падения равен углу
отражения (Z ION= Z NOR).
98 Глава 9. Отражение и преломление
Рис. 9.2. (а) Падающий свет, входящий в драгоценный камень (под углом к поверх-
ности, не равным 90°), преломляется в направлении к нормали. Свет, выходящий из
драгоценного камня (под углом, не равным 90°), преломляется в направлении от нор-
мали. (б) Поскольку воздух — гораздо менее плотная среда, показатель преломления
оптически более плотной среды равен отношению синусов углов ION a MOR.
определении как угла падения, так и угла отражения. На рис. 9.1 угол lONpa-
вен углу NOR, как сказано в первом законе отражения Снеллиуса.
Преломление светового луча — явление несколько более сложное, по край-
ней мере с математической точки зрения, и многие годы не было до конца по-
нято. Затем в 1621 г. Снеллиус открыл соотношение между падающим и пре-
ломленным лучом и заложил фундамент для дальнейшего быстрого развития
прикладной оптики. Он выразил это соотношение в виде двух законов пре-
ломления:
1. Когда световой луч переходит из одной среды в другую, существует оп-
ределенное соотношение между синусами угла падения и угла прелом-
ления. Это соотношение зависит только от свойств этих двух сред и
длины волны света.
2. Падающий луч, преломленный луч и нормаль (в точке падения) лежат в
одной плоскости.
Слово «преломление» означает всего лишь угловое отклонение. Когда луч
света из одной среды (такой, как воздух) переходит в оптически более плотную
среду (скажем, драгоценный камень) под углом, не равным 90°, он преломля-
ется, т. е. отклоняется от первоначального направления распространения, в на-
правлении нормали (рис. 9.2, а). Если же луч выходит из драгоценного камня и
попадает в воздух, он преломляется в направлении от нормали. Чем больше
разница в оптической плотности двух сред (а в случае драгоценного камня, на-
ходящегося в воздухе, чем больше оптическая плотность драгоценного камня),
тем больше будет угол преломления.
Показатель преломления
Используя первый закон преломления Снеллиуса, мы можем получить соот-
ношение между углом падения в воздухе и углом преломления в материале.
Считая, что в общем случае падающий луч преломляется при переходе из воз-
Двупреломление 99
духа в оптически более плотную среду (рис. 9.2, 6), показатель преломления п
более плотной среды можно вычислить следующим образом:
sin Z ION
п =----------.
sin Z MOR
Замечание. Если точки I и N, а также А и М соединить горизонтальными
прямыми с образованием прямоугольных треугольников, то синус угла ION
равен отношению сторон треугольника IN/IO, а синус угла MOR равен
RM/RO.
К счастью, существует несколько практических способов определения
показателя преломления вместо измерения углов и выискивания значений
синусов по тригонометрическим таблицам!
Есть еще два способа определения показателя преломления, представля-
ющие в геммологии сугубо теоретический интерес. В них также используется
воздух в качестве стандарта и определяется
1) отношение оптической плотности драгоценного камня к оптической
плотности воздуха;
2) отношение скорости света в воздухе к скорости света в драгоценном
камне.
В первом законе преломления Снеллиуса также упоминается длина волны
света. Поскольку показатель преломления драгоценного камня изменяется с из-
менением д лины световой волны, в качестве стандарта при геммологических оп-
ределениях принят желтый монохроматический свет натриевой лампы (если ис-
пользуется красный свет, показатель преломления будет несколько ниже, для
синего света — выше). Термин «монохроматический» означает, что использует-
ся свет одной длины волны (или очень узкого участка спектра). Натриевая лам-
па излучает свет, в спектре которого есть две очень близко расположенные эмис-
сионные линии, среднее значение длины волны д ля которых равно 589,3 нм, а
общая ширина полосы — всего лишь 0,6 нм. Натриевый свет был первоначально
выбран как стандарт, так как его легко получить при сгорании обычной поварен-
ной соли в пламени бунзеновской горелки. Сейчас использование натриевых
ламп является более сложным и дорогим делом, но, как будет показано ниже,
они имеют ряд преимуществ перед немонохроматическим светом.
Двупреломление
До сих пор мы говорили о материалах, имеющих только один показатель пре-
ломления. Некристаллические вещества, например стекло и янтарь, или дра-
гоценные камни, относящиеся к кубической сингонии, также входят в эту
группу. Как показано на рис. 9.2, луч, проникший в эти вещества, дает один
преломленный луч. Такие материалы мы называем изотропными или однопре-
ломляющими.
Однако кристаллические материалы, в том числе драгоценные камни, от-
носящиеся к тетрагональной, тригональной, гексагональной, ромбической,
моноклинной и триклинной сингониям (т. е. ко всем, кроме кубической),
100 Глава 9. Отражение и преломление
Рис. 9.3. Попадая в двупреломляющий
материал, неполяризованный падаю-
щий свет (колебания происходят во
всех направлениях) расщепляется на
два поляризованных луча.
имеют два показателя преломления. Когда луч света проходит в такие мате-
риалы, он расщепляется на два луча, которые поляризованы под прямым уг-
лом друг к другу (рис. 9.3). Эти два поляризованных луча проходят через кри-
сталл с разными скоростями и так же, как в случае со светом разных длин
волн, эти лучи преломляются по-разному. Драгоценные камни, в которых
образуются два поляризованных луча, называются двупреломляющими или
анизотропными. (Вопросу поляризации света посвящена гл. 10.)
У двупреломляющих драгоценных камней величина двупреломления на-
ряду со значениями каждого показателя преломления дает ценную информа-
цию для идентификации камня. Камни с высоким двупреломлением, такие,
как циркон, часто можно диагностировать по ясно видному удвоению изо-
бражения граней павильона, если их просматривать через площадку с по-
мощью лупы.
Рефрактометр
Прибор, обычно используемый для определения показателя преломления, на-
зывается рефрактометром или рефрактометром критического угла (рис. 9.4).
Чтобы понять, как он действует, вначале посмотрим на рис. 9.5. На нем пока-
зано, что происходит с лучом света, падающим на границу раздела сред под
различными углами (от Л до /5) и переходящим из оптически более плотной
среды в менее плотную (например, в драгоценный камень).
Луч Л, падающий под большим углом к нормали, отражается от поверхно-
сти раздела двух сред обратно в более плотную среду. Отраженный луч R\ под-
чиняется законам отражения (угол I\ONd = углу NdOR\), в результате чего
падающий луч 1\ испытывает полное внутреннее отражение в более плотной
среде.
По мере уменьшения угла падения лучи продолжают отражаться в более
плотную среду (например, h/Ri). Такое полное отражение продолжается до
тех пор, пока не будет достигнут критический угол полного внутреннего отра-
жения (т. е. I^ONd). С этого момента падающий луч /3 перестает подчиняться
законам отражения и идет вдоль поверхности раздела двух сред (7?3). При
дальнейшем уменьшении угла падения лучи (JR4, Rs) подчиняются уже зако-
Рефрактометр 101
Рис. 9.4. Рефрактометр, контакт-
ная жидкость и поляризационный
фильтр.
Рис. 9.5. Лучи, падающие под углами
меньше критического (Яд, Я§), преломля-
ются в менее плотную среду.
нам преломления, проходя в менее плотную среду, где они удаляются от нор-
мали Nr.
Если часть рефрактометра (стеклянная призма) представляет собой опти-
чески более плотную среду, а драгоценный камень — менее плотную, лучи
света, проходящие через оптически более плотную среду (призму), будут от-
ражаться от поверхности драгоценного камня обратно при углах падения све-
та больше критического и, преломляясь, переходить в драгоценный камень
при углах падения меньше критического.
Величина критического угла определяется показателями преломления как
стеклянной призмы, так и драгоценного камня. Поскольку призма является
частью рефрактометра, ее показатель преломления можно считать постоян-
ным, в результате чего критический угол обеспечивает прямое измерение по-
казателя преломления драгоценного камня (чем больше критический угол,
тем выше показатель преломления драгоценного камня). Между критиче-
ским углом и показателем преломления двух сред существует следующее со-
отношение:
и менее плотной следы (драгоценного камня)
Синус критического угла =------------------------------------;
п более плотной среды (призмы рефрактометра)
п драгоценного камня = Синус критического угла х п призмы рефрактометра.
Оптическая конструкция рефрактометра такова, что обеспечивает прямое
считывание величины показателя преломления. Но это возможно только в
том случае, когда показатель преломления драгоценного камня меньше, чем
стеклянной призмы рефрактометра (если показатель преломления такой же
или выше, все падающие лучи будут входить, преломляясь, в драгоценный
камень). На практике максимальное возможное для определения значение
показателя преломления ограничивается показателем преломления контак-
102 Глава 9. Отражение и преломление
Рис. 9.6. Оптическая схема
современного рефрактометра.
тной жидкости, необходимой для создания хорошего оптического контакта
между драгоценным камнем и призмой.
Оптически плотное стекло, используемое в рефрактометрах, обычно изго-
тавливают из стекла с высоким содержанием оксида свинца, показатель пре-
ломления которого около 1,86. В более ранних моделях рефрактометров
вместо призмы использовали полусферу, но в 1930-х гг. она была модифици-
рована в призму со срезанной верхней частью (см. гл. 1).
Общая схема рефрактометра, основанного на измерении критического уг-
ла, показана на рис. 9.6. Лучи света, падающие на поверхность раздела между
драгоценным камнем и стеклянной призмой под углом меньшим, чем крити-
ческий угол ION, не попадают в систему линз. Те лучи, которые падают под
углом больше критического ION, отражаются, попадая в систему линз, и ос-
вещают шкалу, градуированную в значениях показателя преломления (обыч-
но от 1,40 до 1,81 с точностью до 0,01).
Изображение шкалы переворачивается зеркалом и фокусируется окуля-
ром. Результат получается в виде темной верхней части шкалы, связанной с
преломлением лучей, проходящих через драгоценный камень, и светлой
нижней части шкалы, где лучи отражаются обратно от поверхности драго-
ценного камня. Горизонтальный край тени действует как курсор или измери-
тельная линия, указывающая конкретное значение показателя преломления
драгоценного камня на шкале.
Контактная жидкость
Получить хороший оптический контакт между гранью драгоценного камня и
призмой рефрактометра трудно. Поэтому в стандартных приборах использу-
ется контактная жидкость с показателем преломления п » 1,81. Маленькая
капля этой жидкости помещается в центр поверхности призмы, и на нее опу-
скают драгоценный камень. Эта жидкость с успехом удаляет воздух с грани-
цы раздела драгоценный камень/призма, а поскольку она имеет высокий по-
Источники света 103
казатель преломления, то не мешает определению показателя преломления
драгоценного камня (край легкой тени, связанной с наличием этой жидко-
сти, обычно виден как 1,81 и его не следует принимать за показатель прелом-
ления камня!).
Контактная жидкость, предложенная Ч. Андерсоном и Ц. Пейном для
стандартных рефрактометров, является насыщенным раствором серы в йоди-
стом метилене или тетрайодэтилене. При соблюдении правил пользования
эти жидкости вполне безопасны. Однако в ряде рефрактометров (описанных
ниже в этой главе в разделе «Специальные модели рефрактометров») исполь-
зуются контактные жидкости с более высокими показателями преломления.
Все они высоко токсичны и опасны, и их следует применять только опытным
сотрудникам в лабораторных условиях.
Источники света
Для большинства моделей рефрактометров необходимо обеспечить источник
света (некоторые приборы имеют встроенный источник — рис. 9.7). Если ос-
ветитель дает белый свет (лампы накаливания или дневной свет), край тени,
видимый на шкале, не будет резким, так как будет состоять из узкой полосы
спектральных цветов, возникших в результате дисперсии света в призме. По-
казатель преломления для геммологических целей определяют при помощи
желтого монохроматического света с длиной волны 589,3 нм (натриевый
Рис. 9.7. (Слева) Рефрактометр «Рейнер» , оборудованный внутренним источником
желтого света LED, который может работать от сетевого электричества и на батарей-
ках. Лампу LED можно удалять из прибора с целью замены ее другим источником све-
та. (Справа) Оптическая схема рефрактометра «Айкхорст», имеющего встроенный ис-
точник желтого света LED, способный работать от сети и от батареек. С правой сторо-
ны находится регулятор яркости освещения.
104 Глава 9. Отражение и преломление
Рис. 9.8. Электрическая схема типичного источника света для рефрактометра с ше-
стью светодиодами желтого излучения LED. Длина волны пика желтого излучения
светодиодов различна — наиболее подходящей является 585 нм (что близко к длине
волны натриевого света 589,3 нм) — и может проверяться с помощью спектроскопа.
свет), а если все же используется источник белого света, показатель прелом-
ления нужно считывать по желто-зеленой полоске в окрашенном крае тени.
Или же все цвета кроме желтого в крае тени можно удалить, установив жел-
тый фильтр в окуляре рефрактометра.
Для получения точных результатов лучше всего использовать монохрома-
тический натриевый источник света, поскольку он дает наиболее резкий и хо-
рошо видный край тени. К сожалению, стоимость хорошей натриевой лампы
не на много меньше, чем самого рефрактометра. Для тех, кто готов импрови-
зировать, приемлемый источник натриевого света можно получить, помещая
немного обычной поваренной соли (хлорид натрия) на проволоку металличе-
ской сетки и нагревая ее на паяльной лампе или в бутановом пламени. Мож-
но также приобрести желтые и интерференционные светофильтры, позволя-
ющие получать почти монохроматический свет с шириной полосы всего 5 нм.
Существуют еще менее дорогие, но с шириной полосы 35 нм источники жел-
того света для рефрактометров, представляющие собой светоиспускающие
диоды (LED) и имеющие пик излучения около 585 нм (рис. 9.8 и 9.9).
Рис. 9.9. (Слева) Сравнение ширины полосы излу-
чения источника света LED рефрактометра и на-
триевой лампы. (Справа — источник LED.)
Работа с рефрактометром 105
Работа с рефрактометром
Поскольку призма рефрактометра сделана из относительно мягкого матери-
ала, следует соблюдать осторожность, чтобы не поцарапать контактную по-
верхность. Ни в коем случае нельзя помещать на призму алмаз. Даже приме-
няя контактную жидкость, нужно быть осторожным, — особенно если вы ис-
пользуете пипетку, она не должна касаться призмы.
Количество наносимой на призму контактной жидкости не должно пре-
вышать каплю диаметром 3 мм. Слишком большое количество жидкости
приводит к тому, что маленький камень начинает «плавать», тогда как камень
с большой площадкой требует несколько большего количества жидкости для
обеспечения хорошего контакта с призмой. Когда измерения закончены,
жидкость удаляют с призмы и с драгоценного камня. Если жидкость оставить
испаряться на поверхности призмы, на ней образуется пятно и осаждаются
кристаллы серы, которые мешают дальнейшим измерениям.
Когда рефрактометр и источник света готовы к работе, прежде всего про-
трите камень. Затем поместите маленькую каплю контактной жидкости в
центр призмы рефрактометра и осторожно опустите камень (вниз площад-
кой) на жидкость (удаляя камень, сдвиньте его с призмы, чтобы не поцара-
пать стеклянной поверхности). Для получения лучшего результата убедитесь,
что камень находится в центре призмы. Это особенно важно для крупных
камней, которые могут слегка наклониться, если они перекрывают край
призмы, что приведет к неправильному результату.
Закройте крышку рефрактометра, чтобы на камень не попадал дополнитель-
ный свет, и посмотрите на шкалу через окуляр (фокусировка производится
обычно в отсутствие окуляра). Если показатель преломления камня находится в
пределах шкалы рефрактометра (1,4—1,80), будет виден горизонтальный край
тени (отделяющий более темную верхнюю часть шкалы от более светлой ниж-
ней — рис. 9.10, а). Если шкала остается темной и виден только край тени, соот-
ветствующий контактной жидкости (1,81), возможно, что значение показателя
преломления камня лежит за пределами шкалы рефрактометра. Тот, кто рабо-
тает с рефрактометром впервые, должен знать, что резкость края тени (грани-
Рис. 9.10. (а) Одна граница (край) тени, дава-
емая природной шпинелью (изотропный
камень) с показателем преломления 1,715.
(б) Двойная граница (при максимальном рас-
стоянии между краями), даваемая перидотом
(анизотропный камень) с пр = 1,653 и ng = 1,690.
106 Глава 9. Отражение и преломление
цы) зависит от размера и качества поверхности грани, находящейся в контакте
с призмой. Поэтому мелкий или поцарапанный камень даст более расплывча-
тый край тени, чем крупный неповрежденный.
Если видны одна или две границы, поднимите крышку рефрактометра и
указательными пальцами обеих рук повращайте камень, удерживая его в цент-
ре призмы. Если виден только один край и он остается в той же точке шкалы
при вращении камня, этот камень является однопреломляющим. Если камень
обладает двупреломлением, будут видны сразу два края тени (две границы —
рис. 9.10, б) или один край будет разделяться на два во время вращения камня.
В этом случае один или оба края тени в ходе вращения камня будут сдвигаться.
Если камень двупреломляющий, поворачивайте его на призме до тех пор,
пока граница, соответствующая более низкому значению показателя прелом-
ления, не окажется в положении наименьшего показателя преломления (не
обращая пока внимания на большее значение), и запишите полученный ре-
зультат. Затем вновь вращайте камень до тех пор, пока граница, соответству-
ющая более высокому значению показателя преломления, не станет указы-
вать на максимальное его значение (не обращая теперь внимания на меньший
показатель преломления), и также запишите результат. Иногда в комплект ре-
фрактометра входит поляризационный фильтр для окуляра и его можно ис-
пользовать, чтобы сделать невидимой сначала одну границу, а затем другую
при вращении камня. Величину двупреломления камня получают вычитани-
ем меньшего показателя преломления из большего.
В начале работы с рефлектометром рекомендуется проверить наличие дву-
преломления. Для этого надо понаблюдать за движением двух границ тени от-
носительно друг друга: один край будет сдвигаться, тогда как второй останется
на месте или же оба края будут двигаться независимо друг от друга. При нали-
чии опыта двупреломление многих камней можно определять непосредственно
по шкале. Смысл движения тени объясняется в следующем разделе этой главы.
Двойная граница тени у двупреломляющих камней обычно хорошо видна,
но иногда, когда двупреломление очень мало (менее 0,01), трудно различить
две границы тени, особенно если источник света рефрактометра не является
монохроматическим. В этих случаях используется поляризационный фильтр
для окуляра. При вращении фильтра над окуляром можно увидеть, как одна,
а затем другая граница появляется и исчезает.
Существует также ряд двупреломляющих драгоценных камней, у которых
больший показатель преломления находится за пределами шкалы рефракто-
метра. Это может вызывать путаницу, так как если виден один край тени, то
можно подумать, что камень однопреломляющий. Примерами являются ро-
дохрозит (1,58; 1,84), смитсонит (1,62; 1,85) и пейнит (1,727; 1,816). В этих
случаях необходимо получить доказательства того, что камень обладает дву-
преломлением, с помощью полярископа — прибора, который будет описы-
ваться в гл. 10. В редких случаях драгоценный камень, состоящий более чем
из одного минерала (например, лазурит), может давать две и более границы
тени, соответствующие показателям преломления составляющих его минера-
лов, что можно ошибочно принять за двупреломление.
Оптические оси, оптический знак и оптический характер 107
Рис. 9.11. Рефрактометр
«Дайлдекс» («Рейнер») с
желтым и поляризацион-
ным фильтрами.
Другая аномалия, видимая в зеленых турмалинах, — присутствие четырех
границ тени в рефрактометре. Предполагается, что этот эффект, открытый
д-ром К. Дж. Керецем (и называемый «эффект Кереца»), связан с поверхно-
стными изменениями, происходящими при локальном перегреве во время
полирования камня. Две аномальные границы тени исчезают при повторной
полировке площадки.
Когда оказывается, что идентифицируемый камень однопреломляющий
и его показатель преломления лежит в пределах 1,50—1,70, это почти всегда
стекло или пластик, так как в этом диапазоне однопреломляющие камни от-
сутствуют; исключение составляют янтарь, гагат и некоторые редкие коллек-
ционные камни.
До сих пор мы описывали использование рефрактометра при наличии в
них встроенной откалиброванной шкалы. Существует модель стандартного
рефрактометра, разработанная оптической компанией «Рейнер», в которой
отсутствует внутренняя шкала и вместо нее с правой стороны прибора уста-
новлен откалиброванный регулятор (рис. 9.11). Когда с помощью окуляра
найден край тени, этот регулятор поворачивают, опуская черную заслонку до
тех пор, пока ее нижний край не совпадет с краем тени. Значение показателя
преломления считывают со шкалы регулятора. Эта модель, названная «Дайл-
декс», была разработана с целью облегчить определение показателя преломле-
ния кабошонов дистанционным методом (который будет описан ниже).
Оптические оси, оптический знак
и оптический характер
Оптические оси
Оптические оси — это направления в кристалле, по которым лучи света рас-
пространяются, не испытывая двупреломления. Минералы, кристаллизую-
щиеся в тетрагональной, гексагональной и тригональной сингониях, имеют
108 Глава 9. Отражение и преломление
одну такую ось (параллельную вертикальной оси кристалла) и считаются од-
ноосными. Минералы, относящиеся к ромбической, моноклинной и три-
клинной сингониям, имеют две оптические оси (ни одна из которых не па-
раллельна какой-либо оси кристалла), и их называют двуосными.
Когда с помощью рефрактометра определяются показатели преломления
одноосного камня, при вращении камня сдвигается только одна граница те-
ни, в то время как другая остается неподвижной. Подвижную границу тени
создает необыкновенный луч, а фиксированную границу — обыкновенный.
В случае двуосных камней обе границы тени сдвигаются в соответствии с по-
ляризованными драгоценным камнем лучами Np (пр — более низкий показа-
тель преломления) и Ng (ng — более высокий показатель преломления). Дви-
жение этих границ помогает идентифицировать камень, указывая, к какой
сингонии он относится.
Здесь следует указать на некоторые редкие исключения в движении гра-
ницы тени как у одноосных, так и двуосных кристаллов. Если исследуемая
грань одноосного камня нанесена точно под прямым углом к его оптической
оси, граница тени, связанная с необыкновенным лучом, будет оставаться не-
подвижной в положении максимального двупреломления.
Аналогично этому иногда случается, что одна из оптических осей двуосно-
го камня располагается под прямым углом к исследуемой грани. В этом случае
одна из границ тени будет оставаться неподвижной при вращении камня.
Тем не менее, несмотря на эти редкие исключения, разность между мини-
мальным и максимальным значениями п на любой грани всегда является мерой
полного двупреломления для этого камня.
О роли значений показателя преломления и величины двупреломления
для идентификации драгоценного камня уже говорилось. Иногда, чтобы ог-
раничить число возможных вариантов, также можно обратиться к другой ха-
рактеристике, называемой оптическим знаком. Принадлежность кристаллов
к оптически отрицательным или положительным основана на относительных
значениях показателей преломления и движении границы тени при исполь-
зовании рефрактометра критического угла.
Оптический знак
Одноосные драгоценные камни имеют положительный оптический знак, ес-
ли подвижная граница тени (связанная с необыкновенным лучом) указывает
на более высокое значение показателя преломления, чем неподвижная (свя-
занная с обыкновенным лучом). Если сдвигающаяся граница тени указывает
на меньшее значение показателя преломления, то камень является оптически
отрицательным (рис. 9.12).
В случае двуосного камня ситуация гораздо сложнее, так как во время вра-
щения камня сдвигаются обе границы тени. Если граница тени, соответству-
ющая более высокому показателю преломления ng луча, сдвигается более чем
на половину расстояния от самого высокого значения показателя преломле-
ния в сторону самого низкого значения, соответствующего лучу Np, камень
является оптически положительным. Это минимальное значение показателя
Оптические оси, оптический знак и оптический характер 109
Одноосный Одноосный
положительный отрицательный
1,40 Фиксированная граница тени, > связанная с / обыкновенным лучом —. Подвижная граница тени, связанная с необыкновенным лучом --- - 1,81 Подвижная граница тени, связанная с необыкновенным ~лучом Фиксированная граница тени, связанная с обыкновенным лучом
Рис. 9.12. Схема, показывающая
движение границы тени в рефрак-
тометре для случая одноосного
драгоценного камня, имеющего
положительный оптический знак
(слева) и отрицательный оптиче-
ский знак (справа).
преломления луча ^обозначено пт на рис. 9.13 (слева). Замечание', при даль-
нейшем вращении двуосного камня граница тени, соответствующая лучу Np,
двигается от самого низкого значения показателя преломления к более высо-
кому, которое имеет то же значение, что и пт для луча Ng.
Однако если граница тени более высокого показателя преломления луча
Ng сдвигается менее чем на половину расстояния от самого высокого показа-
теля преломления в направлении самого низкого значения показателя пре-
ломления луча Np, тогда камень будет оптически отрицательным. Это мини-
мальное значение показателя преломления луча Ng также обозначено пт на
рис. 9.13 (справа).
Чтобы упростить определение самого высокого и самого низкого показа-
телей преломления, весьма полезно использовать поляризационный фильтр
над окуляром рефрактометра и вращать его, пока не исчезнет одна граница
тени. Если это сделано аккуратно с обеими границами тени и записаны самое
высокое и самое низкое значения п в каждом случае, два вычитания
(«g — пт и пт - лр) позволят определить оптический знак камня, как это пока-
зано на рис. 9.13.
Двуосный Двуосный
положительный отрицательный
Более чем
половина
расстояния
Менее чем
половина
расстояния
Рис. 9.13. В двуосных драгоцен-
ных камнях обе границы тени
сдвигаются одновременно, когда
драгоценный камень вращают на
столике рефрактометра. Если гра-
ница тени, соответствующая ngi
смещается более чем на половину
расстояния между границами в
сторону границы тени, соответст-
вующей пр, оптический знак кам-
ня положительный (слева). Если
граница тени, соответствующая
ng, сдвигается менее чем на поло-
вину расстояния — оптический
знак отрицательный (справа).
110 Глава 9. Отражение и преломление
Если исследуемая грань расположена под прямым углом к направлению
колебаний луча Ng или Np (одного из них или обоих), одна из границ тени ста-
нет неподвижной и определение нужно будет повторить на другой грани. Ес-
ли есть сомнения, то значение пт будет верным, когда оно одинаково для двух
разных граней.
Оптический знак драгоценного камня часто указывают, помещая знак
«плюс» или «минус» перед величиной двупреломления. Или же можно пере-
числить значения показателей преломления пр, пт, ng, а оптический знак по-
лучать вычитанием, как было описано выше. Поскольку определение опти-
ческого знака занимает несколько минут, его обычно используют как способ
диагностики драгоценных камней, имеющих близкие показатели преломле-
ния и удельные веса. Например, перидот и сингалит имеют показатели пре-
ломления 1,654; 1,690 и 1,670; 1,710 соответственно (и удельные веса 3,34 и
3,47). Однако перидот — оптически положительный минерал, а сингалит —
отрицательный.
Оптический характер
Термины, используемые для описания оптического характера (драгоценного
камня), сведены в табл. 9.1.
Таблица 9.1.
Изотропные Не обладают двупреломлением. Некристаллические или относящиеся к кубической сингонии.
Анизотропные Обладают двупреломлением Кристаллические, относящиеся к тетраго- нальной, тригональной, гексагональной, ромбической, моноклинной или триклинной сингонии.
Одноосные Имеют одну оптическую ось. Относятся к тетрагональной, тригональной или гексагональной сингонии.
Двуосные Имеют две оптических оси. Относятся к ромбической, моноклинной или триклинной сингонии.
Метод дистанционного наблюдения
Определить показатель преломления любого ограненного камня, если его
значение лежит в пределах шкалы рефрактометра и камень имеет плоскую
грань достаточного размера, несложно. Но трудности возникают в тех случа-
ях, когда вы имеете дело с камнями, ограненными мелкими гранями, или с
кабошонами, хотя, если основание кабошона плоское, измерить показатель
преломления можно на нем. Чтобы решить эту проблему, Л. Б. Бенсон-мл.
предложил способ определения, называемый в Великобритании «дистанци-
онным методом», а в США — «методом пятна».
В зависимости от модели рефрактометра метод немного различается. В слу-
чае рефрактометра «Рейнер» прежде всего создают контакт круглой поверхно-
сти кабошона и призмы рефрактометра с помощью наименьшей возможной
капли контактной жидкости. Лучше всего это делать, помещая каплю жидко-
сти на плоскую поверхность (например, металлическую пластинку, окружаю-
щую призму); затем надо слегка коснуться капли поверхностью кабошона, что-
Специальные модели рефрактометров 111
Модель
«Дайлдекс»
(«Рейнер»)
Рис. 9.14. При определении показателя
преломления кабошона с помощью дистан-
ционного метода значение его нужно счи-
тывать напротив линии, разделяющей «пу-
зырь» контактной жидкости на темную и
светлую часть (при положении глаза на рас-
стоянии 30—45 см от окуляра).
бы захватить минимальное количество жидкости. Поскольку важно захватить
жидкость центральной частью купола кабошона, камень нужно держать по
возможности точно над каплей жидкости, если его держат с помощью пинцета
(в частности, используя цанговый пинцет). Кабошон затем помещают на сере-
дину призмы, а капля жидкости на нем создает оптический контакт с ней.
Затем смотрят на шкалу рефрактометра, располагая глаз на одной прямой с
окуляром, но на расстоянии 30—45 см от него. Тщательно выбрав положение
для наблюдения, можно увидеть маленькое пятно («пузырь»), наложенное на
небольшой видимый участок шкалы. Это пятно — капля жидкости, соединяю-
щей поверхность кабошона с призмой. Если медленно перемещать глаз вверх-
вниз по вертикали, пятно из темного будет становиться светлым (рис. 9.14).
Когда пятно темное, отсчет соответствует более низким значениям пока-
зателя преломления, чем имеет этот камень, а когда пятно светлое, он выше,
чем у камня. Если видна линия, четко разделяющая пятно на светлую и тем-
ную половины, она будет указывать на значение показателя преломления ка-
бошона (как правило, на 0,01 ниже).
К сожалению, часто случается так, что глаз фокусируется на пятне для его
лучшего наблюдения и при этом шкала оказывается не в фокусе. В рейнеров-
ском рефрактометре «Дайлдекс» (описанном выше в разделе «Работа с ре-
фрактометром») для решения этой проблемы надо «избавиться» от шкалы.
Для приборов со встроенной шкалой фирма предлагает добавочную линзу,
помогающую сфокусировать одновременно шкалу и пятно. Другим решени-
ем является использование диафрагмы с точечным отверстием. Если отвер-
стие поместить близко к глазу и смотреть через него на шкалу, то пятно и
шкала будут видны хорошо, так как увеличивается глубина резкости; к сожа-
лению, это невозможно, если вы носите очки. Чтобы научиться определять
показатель преломления с помощью дистанционного метода, лучше всего
начинать с невысоких кабошонов из кварца или халцедона.
Специальные модели рефрактометров
Два варианта стандартных рефрактометров со стеклянной призмой (которые
сейчас уже не производятся) были разработаны Андерсоном и Пейном. В од-
ном из них стеклянная призма была заменена шпинелевой, обеспечивающей
112 Глава 9. Отражение и преломление
шкалу 1,30—1,68 и обладающей более высокой твердостью. Но основным
преимуществом шпинели была ее дисперсия, близкая к дисперсии большин-
ства драгоценных камней. Вследствие этого она обеспечивает более четкую
границу тени при использовании белого света, чем в обычной модели ре-
фрактометра. В другом варианте применялась призма из цинковой обманки
(сфалерита) с показателем преломления 2,37, позволившая расширить конец
шкалы с высокими показателями преломления.
В третьем варианте, также предложенном Андерсоном и Пейном, исполь-
зовался высокий показатель преломления алмаза (2,417) с целью расширить
шкалу для камней с высокими показателями преломления. Алмазная призма
(на каждом конце которой для пропускания падающего и отраженного света
были установлены стеклянные призмы) была изготовлена для первой экспе-
риментальной модели из алмаза массой 6,632 кар цвета «серебристый Кейп»,
переданного им Алмазной корпорацией. Масса призмы составляла 2,505 кар.
Впоследствии оптической компанией «Рейнер» был создан ряд моделей
рефрактометров с алмазными призмами, причем массу алмазной призмы
уменьшили до 1,54 кар, чтобы сделать их более дешевыми. С помощью тако-
го прибора (сейчас уже не выпускается) можно было измерять показатели
преломления от 1,55 до 2,03, — такой широкий диапазон требовал подвижно-
го окуляра, чтобы видеть всю шкалу. Помимо широкого диапазона другими
преимуществами алмазного рефрактометра были оптическая чистота и твер-
дость призмы — последнее обеспечивает хорошую полировку призмы и ее ус-
тойчивость к истиранию.
Совсем недавно были разработаны другие модели рефрактометра с широ-
ким диапазоном, содержащие призмы из титаната стронция (л = 2,42) и ку-
бического диоксида циркония (л = 2,18). К сожалению, имея преимущество
в виде широкого диапазона измерения, все эти модели требовали аналогич-
ной высокопреломляющей контактной жидкости. Одна из таких жидкостей,
составленная для алмазного рефрактометра, называется раствором Веста и
имеет показатель преломления 2,05. Она состоит из смеси желтого фосфора и
серы в йодистом метилене в отношении 8:1:1.Поскольку в смеси присутству-
ет фосфор, ее высушенный остаток самопроизвольно воспламеняется, пог
этому жидкость требует осторожного обращения. В равной степени опасны
для человека и другие жидкости: раствор бромида селена в йодистом метиле-
не и жидкость Cargille, содержащая соли мышьяка. В связи с сильной диспер-
сией высокопреломляющих призм во всех моделях нужно использовать на-
триевый источник света, чтобы получить четкую границу тени.
В другой интересной модели рефрактометра, разработанной компанией
«Крюсе» в Гамбурге (Германия), используется призма из титаната стронция
(рис. 9.15). В качестве контактной среды в нем используется специальная
термопластичная контактная паста (с п = 2,22). Паста должна быть нагрета до
40 °C в специальном углублении в нижней части прибора с тем, чтобы она
расплавилась. Чтобы поддержать пасту в жидком состоянии, используется
также электронагрев. Поскольку титанат стронция имеет очень высокую дис-
персию, прибор снабжен встроенным натриевым источником света. К сожа-
Формула Френеля для коэффициента отражения 113
Рис. 9.15. Рефрактометр «Крюсе» с широким
диапазоном измерения. В нем использована
призма из титаната стронция, а в качестве
контактной жидкости — нагретая термопла-
стичная паста. Из-за высокой дисперсии ти-
таната стронция в рефрактометре имеется
встроенный натриевый источник света.
лению, контактная паста, как и высокопреломляющие контактные жидко-
сти, является токсичной, так как содержит соли мышьяка.
Формула Френеля для коэффициента отражения
Блеск (коэффициент отражения или отражательную способность) драгоцен-
ных камней можно качественно описать как алмазный, стеклянный, смоли-
стый и т.д. Но его также можно определить в количественной форме отноше-
нием интенсивностей падающего и отраженного света:
Интенсивность отраженного луча
Коэффициент отражения =-------------------------.
Интенсивность падающего луча
Величина блеска (отражательная способность или коэффициент отраже-
ния) камня — при условии «совершенной» полировки его поверхности —•
связана в основном с его показателем преломления, но несколько изменяет-
ся под влиянием других факторов, таких, как молекулярная структура и про-
зрачность. Упрощенная формула, связывающая коэффициент отражения
прозрачного изотропного минерала, находящегося в воздухе, с его показате-
лем преломления, была выведена французским физиком Френелем и отно-
сится к идеальному случаю, когда и падающий и отраженный лучи перпенди-
кулярны отражающей поверхности:
(л - А)2
Коэффициент отражения =---,
(л + А)2
где п — показатель преломления материала, А — показатель преломления ок-
ружающей среды (для воздуха А = 1).
Несмотря на упомянутые условия, формула Френеля справедлива и для
анизотропных материалов, а также в тех случаях, когда отклонение угла паде-
ния луча от нормали не превышает 10°.
Если результат, полученный из этой формулы, умножить на 100, то будем
иметь количество света, отраженного от поверхности драгоценного камня,
выраженное в процентах. У алмаза с показателем преломления 2,417 (при
114 Глава 9. Отражение и преломление
А = 1) отражательная способность составит 17%. У кварца с показателем пре-
ломления 1,54 от поверхности отражается всего лишь 4,5%.
Заметим, что при А > 1 отражательная способность драгоценного камня
уменьшается. Поэтому при исследовании под микроскопом драгоценные кам-
ни часто помещают в иммерсионную жидкость с высоким показателем прелом-
ления. Иммерсионная жидкость понижает количество отраженного от поверх-
ности камня света, благодаря чему свет проходит внутрь камня и освещает его
внутреннюю часть. По этой же причине бесцветные камни практически неви-
димы в тяжелых жидкостях, используемых при определении удельного веса, ес-
ли их показатель преломления близок к показателю преломления жидкости!
Измеритель отражательной способности
В 1975 г. появилась первая серия приборов для измерения отражательной спо-
собности (рефлектометров), предназначенных специально для идентифика-
ции драгоценных камней. Возможно, наиболее удачным из них был «Глаз
ювелира» (рис. 9.16). Хотя сейчас существует множество моделей этого прибо-
ра со шкалой, откалиброванной непосредственно в названиях драгоценных
камней, та первая модель была откалибрована в значениях показателей пре-
ломления (см. рис. 1.5. — «Джеметер-75»). Вначале предполагали, что измери-
тели отражательной способности будут давать такие же точные значения, как
и рефрактометры критического угла; поэтому первые модели прибора вызва-
ли некоторое разочарование. Однако созданный позднее усовершенствован-
ный вариант «Джеметра-75» (рис. 9.17), названный «цифровым Джеметром-90»
(«Gemeter Digital 90»), позволяет измерять показатели преломления с точно-
стью до 0,008 и дает на дисплее цифровые значения до третьего знака после за-
пятой в диапазоне 1,450—2,999. Используя встроенный поляризационный
фильтр, можно определить двупреломление с точностью до 0,01. По приве-
Рис. 9.16. Рефлектометр «Глаз юве-
лира» Ханнемана имеет две шкалы,
причем верхняя откалибрована для
определения алмаза и его имитаций
(титанат стронция, алмаз и рутил име-
ют самые высокие значения нд шкале).
Рис. 9.17. «Цифровой Джеметер-90» — при-
бор, измеряющий показатель преломления
камней по их отражательной способности.
Показатель преломления измеряется с точно-
стью до 0,001 в диапазоне значений 1,450—
2,999. Снабженный поляризационным филь-
тром, он может определять двупреломление с
точностью до 0,01. (Sarasota Instruments)
Измеритель отражательной способности 115
денному описанию этот прибор можно было бы назвать «отражательный ре-
фрактометр», хотя многие ученые будут возражать против этого!
В общем случае измерители отражательной способности драгоценных
камней построены таким образом, что определяют разности коэффициентов
отражения, а не их абсолютные значения, и обычно в качестве стандарта для
калибровки используется алмаз. В приборах с двойной шкалой в качестве
стандарта для шкалы с более низкими показателями преломления использу-
ется синтетическая шпинель.
Во всех измерителях отражательной способности применяются миниа-
тюрные твердотельные инфракрасные лампы LED, обеспечивающие ком-
пактный и эффективный источник падающего света. Рядом со светоиспуска-
ющим диодом LED монтируют фотодиод, который используется для детек-
тирования количества инфракрасного излучения, отраженного от плоской
поверхности исследуемого драгоценного камня, и передачи его на регистри-
рующее устройство (см. схему на рис. 9.18).
Интенсивность падающего луча считается постоянной, а интенсивность
отраженного луча, хотя и не дает абсолютной величины коэффициента отра-
жения, указывает на отражательную способность драгоценного камня отно-
сительно откалиброванного стандарта.
Рис. 9.18. Схема прибо-
ра «Глаз ювелира». Внизу
схематически изображе-
но расположение ин-
фракрасной лампы и фо-
тодетектора.
116 Глава 9. Отражение и преломление
Поскольку трудно добиться того, чтобы падающий и отраженный лучи
были перпендикулярны поверхности драгоценного камня, каждый из этих
лучей отклоняется от нормали на 10°. По этой причине, а также из-за таких
факторов, как двупреломление, поглощение, качество обработки поверхно-
сти, которые не принимаются во внимание в упрощенной формуле Френеля,
соотношение между коэффициентом отражения и показателем преломления
не может быть таким точным, как следует из формулы.
Кроме того, использование инфракрасного источника света, имеющего
длину волны около 930 нм для падающего луча, может привести к получению
неправильных значений показателя преломления для камней с высокой дис-
персией. Это происходит потому, что показатель преломления рассчитывает-
ся для желтого монохроматического света с длиной волны 589,3 нм и величи-
на его (и соответственно отражательная способность) для драгоценного кам-
ня, обладающего высокой дисперсией, на волне 930 нм значительно ниже,
чем на волне 589,3 нм. Эффект этой «дисперсионной ошибки» виден в нали-
чии зазора, который существует между титанатом стронция и алмазом на
шкале измерителя отражательной способности (рис. 9.16). Хотя эти камни
имеют почти одинаковые показатели преломления, дисперсия титаната
стронция в четыре раза превышает дисперсию алмаза. В этом случае разница
весьма полезна, так как дает возможность различить эти два материала.
Поскольку рефлектометр фактически измеряет блеск драгоценного кам-
ня, все, что снижает блеск, например пыль, жир или царапины на поверхно-
сти, будет приводить к ошибкам в снятом показании прибора. Поэтому
прежде, чем производить измерение, необходимо проверить состояние по-
верхности камня и тщательно протереть ее (отверстие диафрагмы также дол-
жно быть чистым). Если посторонний свет попадает на ювелирный камень во
время измерения, это также исказит результаты, так как может увеличиться
количество света, попадающего на фотодиод. Чтобы избежать этого, боль-
шинство рефлектометров снабжены непрозрачной крышкой, которой на-
крывают камень во время измерения. Некоторые приборы имеют импульс-
ный источник инфракрасного света, что делает прибор непроницаемым для
постороннего света (рис. 9.19, 9.20).
Рис. 9.19. Рефлектометр фирмы Culti — при-
бор с одной шкалой, откалиброванной для ал-
маза и его имитаций. Чтобы свести к минимуму
ошибки, связанные с посторонним светом, в
нем используются детектирование и импульс-
ный инфракрасный осветитель.
Другие методы измерения показателя преломления 117
Рис. 9.20. Блок-схема рефлектометра, в котором используются импульсный ин-
фракрасный источник света и детектирование.
Иногда огранка камня может приводить к получению завышенных значе-
ний, связанных с наличием сильного внутреннего отражения от граней
павильона. Чтобы не быть введенным в заблуждение неверным значением,
следует вычислять значения отражательной способности по нескольким
отсчетам с площадки (которая должна быть достаточно большой, чтобы пол-
ностью перекрывать отверстие диафрагмы), и все аномально высокие или
низкие значения отбрасывать.
Измерение отражательной способности особенно полезно для проверки
камней, показатель преломления которых находится вне пределов шкалы
стандартного рефрактометра. Таким путем удается легко отличить алмаз от
многочисленных его природных и синтетических имитаций. Действительно,
рефлектометры лучше использовать для подобных целей, так как для камней
с более низкими показателями преломления возможны ошибки, связанные с
перекрытием значений отражательной способности.
В этом смысле рефрактометр критического угла лучше измерителя отража-
тельной способности по точности измерений и возможности получать допол-
нительную информацию (например, двупреломление, оптический характер,
оптический знак). Однако различие начинает сужаться, например чувствитель-
ность некоторых рефлектометров позволяет уловить разницу в блеске между об-
работанными вручную драгоценными камнями (такими, как рубины и сапфи-
ры) и их синтетическими аналогами, обработанными с помощью автомата.
Другие методы измерения показателя преломления
Приблизительное определение
с помощью иммерсионных жидкостей
Как уже упоминалось выше, бесцветный прозрачный драгоценный камень,
погруженный в жидкость, имеющую близкое значение показателя преломле-
ния, становится практически невидимым. Даже если камень окрашен, грани-
118 Глава 9. Отражение и преломление
цы граней (или его форму) будет невозможно различить. Отсюда следует воз-
можно самый простой способ приблизительного определения показателя
преломления камня. Камень помещают в ряд небольших контейнеров, со-
держащих жидкости с разными известными показателями преломления. По-
казатель преломления камня будет близок к показателю преломления той
жидкости, в которой очертания камня выглядят наиболее размытыми.
Как и при определении удельного веса с помощью тяжелых жидкостей,
этот метод неприменим для камней с пористой поверхностью (например,
опал, бирюза) и для веществ, которые могут раствориться в данной жидкости!
Подходящий набор иммерсионных жидкостей и их показатели преломления
приведены в табл. 9.2.
Таблица 9.2.
Вода 1,33 Бромоформ 1,59
Спирт 1,36 Йодобензол 1,62
Бензин 1,45 Монобромнафталин 1,66
Бензол 1,50 Йодонафталин 1,70
Гвоздичное масло 1,54 Йодистый метилен 1,74
Контакная жидкость рефрактометра 1,81
Приблизительное определение по методу полоски Бекке
Хотя вначале этот способ был предложен для измельченных образцов неизве-
стных материалов (или включений), впоследствии он был приспособлен
Р. К. Митчелом для ограненных драгоценных камней. В этом методе необхо-
дим микроскоп с освещением светлым полем (т. е. проходящим светом),
снабженный ирисовой диафрагмой и имеющий 30—40-кратное увеличение.
Исследуемый драгоценный камень помещают вниз площадкой в иммерси-
онную кювету (рис. 9.21), содержащую жидкость с известным показателем пре-
ломления. Иммерсионную кювету устанавливают на столике микроскопа так,
чтобы были видны границы граней павильона, и прикрывают ирисовую диаф-
рагму, чтобы световой пучок попадал исключительно на драгоценный камень.
Затем фокусируют микроскоп на объеме камня. Если края граней из свет-
лых становятся темными при фокусировке на внутренней части камня, то по-
Рис. 9.21. Иммерсионная
кювета, используемая для
оценки показателя прелом-
ления по полоске Бекке.
Другие методы измерения показателя преломления 119
Рис. 9.22. Фотографии рубина (п = 1,77), помещенного в йодистый метилен
(п = 1,74). (Слева) Микроскоп сфокусирован непосредственно над поверхностью
камня, видны светлые края граней. (Справа) При фокусировке микроскопа внутрь
камня края граней становятся темными. (Из материалов Р. К. Митчела)
казатель преломления камня больше, чем жидкости (рис. 9.22). Если происхо-
дит обратное и края граней из темных становятся светлыми, тогда показатель
преломления камня меньше, чем жидкости. Последовательно меняя жидкость
в иммерсионной кювете на жидкость с более высоким или низким показате-
лем преломления, можно достичь значения, максимально приближенного к
показателю преломления камня. В некоторых случаях, когда удельный вес
камня меньше, чем жидкости, в которой он исследуется, необходимо прину-
дительно опустить камень в жидкость.
Прямой метод измерения
Этот метод применим только для прозрачных ограненных драгоценных камней
при наличии микроскопа с приспособлением для калиброванного фокуса или
верньером со шкалой высоты (это может быть измеритель с круговой шкалой
или электронный измеритель, присоединенный к микроскопу, — рис. 9.23).
Рис. 9.23. Микроскоп компании «Крюсе» с присое-
диненным к нему электронным измерителем (сверху)
для измерения показателя преломления «прямым»
методом.
120 Глава 9. Отражение и преломление
Сначала микроскоп используют для измерения кажущейся глубины тестиру-
емого камня, а затем измеряют действительную глубину. Показатель преломле-
ния камня рассчитывается делением действительной глубины на кажущуюся
(в двупреломляющих камнях это будет показатель преломления обыкновенного
луча — см. выше раздел «Оптические оси, оптический знак и оптический ха-
рактер»).
Измерения прямым методом имеют ограниченную точность ±1%, но его
преимуществом является возможность измерения показателя преломления
высокопреломляющих камней, таких, как алмаз и циркон. В отличие от ре-
фрактометра и рефлектометра на результаты, полученные прямым методом,
не влияет качество финишной обработки поверхности.
При использовании этого метода драгоценный камень помещают на
столик микроскопа так, чтобы его калета (тонкий кончик павильона) каса-
лась столика, а площадка была параллельна ему. Чтобы закрепить камень в
этом положении, можно использовать маленький кусочек пластилина. Ис-
пользуя максимальное увеличение (чтобы достичь наименьшей глубины
резкости), микроскоп фокусируют точно на поверхность площадки и счи-
тывают со шкалы значение глубины, соответствующее фокусу (А на
рис. 9.24). Затем микроскоп фокусируют на внутренней части камня до тех
пор, пока не будет четко видна калета, и считывают второе значение (В). Ес-
ли второе значение вычесть из первого, результат будет соответствовать
кажущейся глубине камня.
Действительную глубину камня можно найти, если отодвинуть камень в
сторону и сфокусировать микроскоп на поверхности столика микроскопа.
Если это третье значение (Q вычесть из первого, результат будет соответст-
вовать действительной глубине камня (ее можно также измерить непосредст-
венно с помощью измерителя Левериджа). Показатель преломления камня
затем получают делением действительной глубины на кажущуюся:
п = (А - С)/(А - В).
Рис. 9.24. Схема, показывающая три
положения фокуса А, В и С, использу-
емые для определения показателя пре-
ломления «прямым» методом.
Другие методы измерения показателя преломления 121
Измерение с использованием настольного спектрометра
Настольный спектрометр, называемый также гониометром (рис. 9.25), состо-
ит из центрального столика для образца, расположенной по радиусу от центра
столика подвижной зрительной трубы и неподвижного коллиматора (источ-
ника света, используемого для получения узкого пучка света из параллельных
лучей). Зрительная труба снабжена окуляром, имеющим проволочное пере-
крестие, и ее угловое положение относительно коллиматора может опреде-
ляться по шкале, нанесенной на столике (лимбу).
Для проведения измерений необходимо, чтобы на образце были грани или
поверхности, которые могли бы играть роль двух граней призмы. Тогда пока-
затель преломления можно определить с точностью по крайней мере до 0,001.
Для этого измеряется угол между двумя выбранными гранями или поверхно-
стями, а затем — угол наименьшего отклонения призмы, образованной этими
гранями. Пока угол между поверхностями не превышает вдвое критический
угол драгоценного камня, верхнего предела для определения показателя пре-
ломления этим методом не существует.
Угол между двумя выбранными поверхностями призмы находится следу-
ющим образом.
Во-первых, нужно отрегулировать коллиматор на самую узкую щель, ка-
кую возможно, фокусируя его на проволочный крест в зрительной трубе. За-
тем помещаем образец драгоценного камня в центр столика так, чтобы грани,
соответствующие призме, были по возможности вертикальны и чтобы свет от
коллиматора падал на грани призмы, угол между которыми нужно измерить.
Вращаем зрительную трубу до тех пор, пока изображение щели коллиматора,
отраженное от одной из граней призмы, не окажется в центре креста пересе-
кающей поле зрения зрительной трубы, и снимаем показание со шкалы на
столике (И)- Затем вращаем зрительную трубу, чтобы увидеть отражение ще-
ли коллиматора от другой грани призмы, и снова снимаем показание с лимба
(И7). Угол призмы (Л) будет равен половине разности этих отсчетов:
Угол призмы А = (V— W)/2.
Рис. 9.25. Учебный настоль-
ный спектрометр компании
«Крюсе».
122 Глава 9. Отражение и преломление
Чтобы измерить угол минимального отклонения призмы, сначала уберем
драгоценный камень со столика, повернем зрительную трубу так, чтобы
щель коллиматора оказалась в ее центре, и определим по шкале ее угловое
положение (А). Положим камень обратно на столик и сориентируем его так,
чтобы свет от коллиматора падал на одну из выбранных граней призмы. Этот
свет будет преломляться призмой. Изменим положение зрительной трубы,
чтобы получить преломленное изображение щели коллиматора. Если ис-
пользуется белый, а не монохроматический свет, изображение щели будет
окрашено в результате дисперсии света и следующим шагом является уста-
новка перекрестия в зрительной трубе на красную часть спектра (она лучше
всего видна).
Далее нужно определить угловое положение призмы, при котором наблю-
дается наименьший угол между лучом, падающим из коллиматора, и лучом,
преломленным призмой и видимым в зрительной трубе. Чтобы сделать это,
посмотрим в зрительную трубу и повернем камень вокруг вертикальной оси
так, чтобы преломленное изображение щели или спектра сдвигалось в на-
правлении линии падения света из коллиматора. Следуйте за этим изображе-
нием, вращая трубу. Нужно достичь такой точки, когда изображение щели
остановится и затем начнет двигаться в обратном направлении. В положе-
нии, когда изображение остановится, установим зрительную трубу так, что-
бы крест в поле зрения снова попал на красный участок спектра. Определим
положение зрительной трубы по лимбу (У).
Угол минимального отклонения луча получаем вычитанием прямого от-
счета (Л) из значения, соответствующего преломленному изображению (У):
Угол минимального отклонения = Y— Х= В,
sin [(Л + 5)/2]
Показатель преломления камня------——-----.
sin(/l/2)
Поскольку, как правило, существует только один вариант ориентации
драгоценного камня на столике спектрометра, для одноосных образцов
обычно возможно определить показатель преломления только обыкновенного
луча. Для двуосных камней показатель преломления будет примерно средним
Рис. 9.26. Современная модель го-
ниометра. Добавление шкалы длин
волн (дальняя сторона покрытия сто-
лика) и держателя драгоценных кам-
ней (справа) позволяет использовать
этот прибор как спектроскоп. Источ-
ник света вмонтирован в основание
прибора и свет передается на драго-
ценный камень с помощью стеклово-
локонного световода. (Kriiss)
Другие методы измерения показателя преломления 123
между пр и ng. Эти показатели меняются при изменении ориентации камня.
Для изотропных минералов подобных проблем не существует.
Хотя измерение показателя преломления этим методом требует времени
и возможно только для образцов определенного размера, точность и отсут-
ствие пределов в диапазоне измерения делают его очень важным средством
при исследовании вновь открытых минералов. Дополнительным преиму-
ществом является возможность измерения дисперсии образцов с помощью
монохроматора (или подходящих интерференционных фильтров) для оцен-
ки показателей преломления на фраунгоферовых линиях В и G (686,7 и
430,8 нм).
Учебный спектрометр, показанный на рис. 9.25, пригоден для геммологи-
ческих целей. Более сложная современная модель этого прибора, приведен-
ная на рис. 9.26, разработана для аналитических целей в спектроскопии, а
также для измерения показателя преломления и дисперсии.
Измерение угла поляризации Брюстера
Закон Брюстера устанавливает, что при падении монохроматического света
на плоскую поверхность оптически более плотной среды под определенным
углом отражаться от нее будут только лучи, поляризованные в плоскости
этой поверхности, а угол между отраженным и преломленным лучами состав-
ляет при этом 90° (рис. 9.27).
Если угол поляризации Брюстера А, то (поскольку п = sin Л/sin В и А + В=90°)
показатель преломления отражающей среды становится равным tg^ и это яв-
ляется интересным дополнением к методам определения показателя преломле-
ния драгоценных камней.
Рис. 9.27. При падении под углом Брюстера Л только горизонтально поляризованные
лучи OR падающего света будут отражаться от поверхности более плотной среды. Это
происходит тогда, когда отраженный луч составляет прямой угол с преломленным.
124 Г лава 9. Отражение и преломление
Рис. 9.28. Схема, показывающая, как используется угол поляризации Брюстера для
измерения показателя преломления камня. Лазерный луч вертикально поляризован,
и при падении под углом Брюстера количество отраженного света, падающего на по-
лупрозрачный экран, сведено к минимуму.
Экспериментальный измеритель угла Брюстера (сконструированный ав-
тором) иллюстрируют рис. 9.28 и 9.29. В качестве источника света в приборе
использован лазер на 5 мВт с длиной волны 670 нм, дающий вертикально по-
ляризованный свет. Угол Брюстера для тестируемого драгоценного камня
определяется ослаблением до нуля отраженного света, падающего на полу-
прозрачный экран (красный свет лазера вертикально поляризован, но под
этим углом от поверхности камня отражается только горизонтально поляри-
зованный свет). Угол падения лазерного луча считывается с градуированной
рукоятки и используется для идентификации драгоценных камней по табли-
цам, в которых учитывается длина волны лазера и дисперсия камня. Показа-
тель преломления можно определить по графику, связывающему угол Брю-
стера с показателем преломления камня, при учете наблюдаемой дисперсии.
Рис. 9.29. Прототип измерителя
угла Брюстера (разработан автором
для Геммологической ассоциации и
Лаборатории тестирования драго-
ценных камней Великобритании).
Для получения минимума отражен-
ного света от исследуемого камня
используется устройство регули-
ровки лазерного луча. Угол Брюсте-
ра для камня считывается с регули-
ровочной шкалы, и драгоценный
камень идентифицируется по таб-
лицам (или графически определяет-
ся его показатель преломления).
Другие методы измерения показателя преломления 125
Хотя точность метода только ±0,01, измеритель угла Брюстера имеет пре-
имущество перед рефрактометром критического угла, так как диапазон изме-
рения у него гораздо шире (1,40—3,2) и при этом не требуется контактная
жидкость. Этот диапазон включает алмаз и все его имитации вплоть до син-
тетического муассанита (2,65; 2,69). В отличие от измерителя отражательной
способности здесь не играет особой роли качество обработки поверхности
камня (это вызывает просто изменение нулевого отсчета, а не ошибку в изме-
рении величины показателя преломления) и можно измерять двупреломле-
ние, при условии если оно превышает 0,01.
Глава 10
Поляризация и плеохроизм
В гл. 8 свет описывался как форма энергии, излучаемая в виде волн (в соот-
ветствии с теорией Максвелла), или как поток фотонов (согласно квантовой
теории Эйнштейна). Оставив в стороне академические взгляды на распрост-
ранение света, рассмотрим, каким образом световые волны колеблются в
процессе распространения.
Поляризация света
Поляризованный свет уже вкратце упоминался при рассмотрении двупре-
ломления в гл. 9. В обычных неполяризованных световых волнах колебания
происходят во всех направлениях под прямым углом к направлению распро-
странения (рис. 10.1). Но если неполяризованный свет проходит через дву-
преломляющий материал (например, драгоценный камень), он расщепляет-
ся на два отдельных поляризованных луча. Эти лучи колеблются каждый в
одной плоскости под прямым углом друг к другу и к направлению распрост-
ранения света. Если мы разработаем метод, позволяющий выделить один из
этих лучей, то получим источник плоскополяризованного света.
Поляризационные фильтры
До появления современных поляризационных фильтров одним из способов
получения поляризованного света было пропускание его через вырезанный в
нужном направлении фрагмент двупреломляющего минерала. В 1893 г.
Рис. 10.1. Лучи неполяризованного света колеблются во всех направлениях под пря-
мым углом к направлению распространения.
Поляризационные фильтры 127
Т. Дж. Сибек сделал поляризационный фильтр из пластинки коричневого
кристалла турмалина, вырезав ее параллельно удлинению кристалла (т. е.
вдоль оси с). Свет, проходя через эту пластинку, разделяется на два плоско-
поляризованных луча, один из которых (обыкновенный луч) поглощается
драгоценным камнем, тогда как другой (необыкновенный луч) выходит из
камня плоскополяризованным. Недостатком этого метода было то, что
интенсивность поляризованного света сильно понижалась за счет окраски
турмалина.
Ранее, в 1828 г. В. Николь открыл, что если ромбоэдр оптически чистого
кальцита (известного как исландский шпат) разрезать по диагонали и оба
фрагмента снова склеить «канадским бальзамом» (смола дерева), можно по-
лучить поляризованный свет. Этот модифицированный ромбоэдр был назван
призмой Николя и многие годы был основным средством получения поляри-
зованного света.
Принцип действия призмы Николя достаточно оригинален и, как и ре-
фрактометр, основан на критическом угле полного внутреннего отражения.
Кальцит, имея показатели преломления 1,66 и 1,49, обладает очень высоким
двупреломлением (0,17), и свет, проходя через склеенный ромбоэдр, расщеп-
ляется на два широко расходящихся плоскополяризованных луча. Показа-
тель преломления канадского бальзама (1,54) таков, что приводит к полному
внутреннему отражению сильнее отклоняющегося обыкновенного луча (для
которого показатель преломления кальцита равен 1,66), так как этот луч па-
дает на поверхность рассматриваемого слоя под углом больше критического.
Необыкновенный луч с показателем преломления кальцита 1,49, который
меньше показателя преломления бальзама, преломляется в слое бальзама и
проходит через ромбоэдр (рис. 10.2). Ненужный обыкновенный луч, как пра-
вило, поглощается черным покрытием на гранях ромбоэдра кальцита.
Еще один ранний способ получения поляризованного света основан на
угле поляризации Брюстера, упоминавшемся в конце предыдущей главы. Под
Рис. 10.2. В призме Николя критический угол (68°) между кальцитом и слоем канад-
ского бальзама заставляет обыкновенный луч отражаться от этого слоя. Поскольку
показатель преломления кальцита для необыкновенного луча меньше, чем показа-
тель канадского бальзама, этот луч преломляется, проходит через слой бальзама и
правую половину ромбоэдра.
128 Глава 10. Поляризация и плеохроизм
свет
Рис. 10.3. Схема, показывающая как поляризационный фильтр пропускает с мини-
мальным ослаблением только те лучи неполяризованного света, у которых колебания
лежат в плоскости поляризации фильтра.
углом Брюстера от плоской поверхности материала отражается только та
часть света, которая поляризована в этой плоскости. Вот почему неполяризо-
ванный дневной свет частично поляризуется в горизонтальной плоскости,
когда отражается от относительно ровной поверхности, такой, как поверх-
ность моря. Солнечные очки, снабженные вертикально поляризующими
фильтрами, используются, чтобы понизить ослепительное сияние от гори-
зонтальных поверхностей, и это привело к идее использовать такие свето-
фильтры в геммологических целях.
Большинство современных поляризационных фильтров представляют со-
бой пластмассовую пленку, содержащую кристаллы иодосульфата хинина
или, в последнее время, «длинные» молекулы. Эти кристаллы и молекулы
ориентированы так, что они пропускают с минимальным затуханием только
те лучи света, которые колеблются в одной плоскости, и все сильнее погло-
щают лучи, поляризованные под все большими углами к этой плоскости. Лу-
чи, падающие под углом 90° к плоскости фильтра, максимально ослабляются
(рис. 10.3). Пластмассовые фильтры такого типа часто для сохранности запе-
чатывают между двумя стеклянными пластинками. Они имитируют действие
призмы Николя, но более компактны и менее дорогостоящи.
Полярископ
Возможно, одно из наиболее важных геммологических применений поляри-
зационные фильтры находят в приборе, называемом полярископом, в кото-
ром объединены два фильтра (рис. 10.4). На рис. 10.5 показан принцип дей-
ствия полярископа. Неполяризованный свет от источника сначала проходит
через фильтр, который поляризует его колебания, приводя их к одной пло-
скости (А). Если ввести второй фильтр и повернуть его так, чтобы его плоско-
сть поляризации (В) полностью совпала с плоскостью поляризации первого
фильтра, то поляризованный свет сможет пройти через второй фильтр. Одна-
ко если теперь второй фильтр повернуть точно на 90° (С) ,то через него прой-
Полярископ 129
Рис. 10.4. Полярископ «Рейнер» (небольшое отвер-
стие в нижней части позволяет использовать его как
осветитель для рефрактометра).
Рис. 10.5. Схема, показывающая действие двух поляризационных фильтров: ввер-
ху — оба фильтра ориентированы одинаково и пропускают свет; внизу — второй
фильтр блокирует свет. На нижней схеме фильтры «скрещены», т. е. находятся в по-
ложении «погасания», как обычно они расположены в полярископе.
дет очень малое количество света и мы говорим, что фильтры скрещены или
стоят в положении погасания. Если фильтры расположены под другими угла-
ми, свет частично проходит через них.
Скрещенное положение поляризационных фильтров играет важную роль
в практической работе геммологов, так как позволяет проводить очень чувст-
вительный тест на наличие двупреломления у драгоценного камня. Есть еще
несколько тестов, которые можно осуществить с помощью полярископа;
о них будет рассказано ниже в этой главе.
Как видно из рис. 10.6, при всей его ценности для геммолога поляри-
скоп — относительно несложный прибор. Из двух поляризационных фильт-
ров нижний называется поляризатором, а верхний — анализатором. Хотя вер-
хний фильтр можно вращать, часто его закрепляют в скрещенном положе-
нии. Нижний фильтр занимает фиксированное положение, но для удобства и
130 Глава 10. Поляризация и плеохроизм
Рис. 10.6. Схема, показыва-
ющая основные компоненты
конструкции полярископа.
защиты от механических повреждений его часто покрывают вращающейся
стеклянной крышкой, позволяющей удерживать образец и легко поворачи-
вать его между двумя фильтрами.
Использование полярископа
С помощью полярископа можно провести три важных теста. Один из них ис-
пользуется для определения оптического характера (изотропный/анизотроп-
ный) драгоценного камня, второй позволяет установить микрокристалличе-
ское или поликристаллическое строение камня, третий — выявить напряже-
ния в образце, которые помогают при идентификации «пасты», т. е. стекла, и
драгоценных камней.
Оптический характер
Исследуемый образец (который может быть полированным или неполиро-
ванным, но должен быть прозрачным или хоть в какой-то степени просвечи-
вающим) помещают на столик полярископа и поворачивают на 360°, наблю-
дая за ним через верхний фильтр. Если камень изотропный (однопреломля-
ющий), он будет почти невидим, так как поляризованный свет от нижнего
фильтра проходит через образец без изменений и затем блокируется верхним
фильтром. В таком случае можно сделать вывод, что образец или некристал-
лический, или относится к кубической сингонии.
Однако если камень во время поворота на 360° попеременно виден то
светлым, то темным, тогда он является анизотропным, или двупреломляю-
щим (и относится к тетрагональной, гексагональной, тригональной, ромби-
ческой, моноклинной или триклинной сингонии).
Причиной изменения в прохождении света через верхний фильтр являет-
ся то, что в одном из положений камня направление световых колебаний в
нем такое же, как в нижнем фильтре, и поэтому поляризации света не проис-
ходит. При повороте на 45° камень расщепляет поляризованный свет на два
луча и эти лучи могут пройти через верхний фильтр. После второго поворота
Использование полярископа 131
на 45° камень снова становится темным, и так продолжается на протяжении
всего полного поворота на 360°.
Замечание. При проведении этого теста важно проверить камень на столи-
ке полярископа не менее чем в двух положениях, если первое положение ука-
зывает на то, что образец изотропный. Это связано с тем, что двупреломляю-
щий камень, просматриваемый в направлении оптической оси, выглядит
изотропным (напомним, что в одноосных камнях имеется одно такое направ-
ление, а в двуосных — два). Когда камень огранен, сначала следует проверить
его в положении площадкой вниз. Если результат указывает на то, что это
изотропный материал, тест нужно повторить, положив камень на одну из гра-
ней павильона (этим исключается возможность принять камень, обладаю-
щий двупреломлением, за изотропный, если его оптическая ось расположена
перпендикулярно площадке).
Микрокристаллические и поликристаллические
драгоценные камни
Если исследуемый образец — прозрачный или полупрозрачный драгоценный
камень (например, разновидности халцедона — агат, хризопраз и др.) или по-
ликристаллический материал (жадеит, нефрит), он все время будет пропу-
скать свет при повороте на 360°, находясь между поляризационными фильт-
рами. Это происходит потому, что мелкие кристаллы или волокна этих мате-
риалов ориентированы беспорядочно и всегда некоторые из них находятся в
таком положении, когда они изменяют угол поляризации света в достаточной
мере, чтобы он прошел через верхний фильтр.
Такой же эффект возникает, когда материал состоит из серии тонких пла-
стин, образуемых повторяющимся двойникованием (пластинчатые двойни-
ки). Некоторые образцы корунда будут пропускать свет через верхний фильтр
полярископа при любом угле поворота, так как в различных слоях материала
колебания будут происходить в разных направлениях.
Напряжение
В некоторых материалах при вращении столика полярископа наблюдается
явление, называемое «аномальным» двупреломлением. Оно наиболее замет-
но в «пастах» (стеклах), так как в них, как правило, имеются очень сильные
внутренние напряжения, наличие которых диагностируется по темным изо-
гнутым полосам, видимым через верхний фильтр. Эти полосы вращаются в
образце независимо от движения последнего на столике полярископа.
Многие изотропные материалы (в том числе синтетические) также прояв-
ляют признаки аномального двупреломления. Обычно они выглядят как не-
определенные темные пятна или полосы, перемещающиеся через образец
при его вращении. В синтетической шпинели проявляется подобный эф-
фект, который описывают как «муаровое погасание». Опытному исследова-
телю нетрудно отличить ясный эффект просветление/затемнение, который
характерен для двупреломляющих камней, от эффекта аномального двупре-
ломления. Если есть сомнения, нужно произвести альтернативный тест (на-
132 Глава 10. Поляризация и плеохроизм
пример, используя рефрактометр, как было описано в гл. 9, или дихроскоп,
описанный ниже в этой главе).
Уже говорилось о чувствительности полярископа в обнаружении двупре-
ломления минералов. Это делает полярископ очень полезным устройством
для предварительного определения оптического характера драгоценных кам-
ней перед измерением показателя преломления с помощью рефрактометра.
Некоторые камни проявляют незначительное двупреломление (например,
таффеит и апатит), и его трудно определить с помощью рефрактометра, осо-
бенно если используется немонохроматический свет. Однако, если с по-
мощью полярископа первоначально установлено, что камень изотропный
или двупреломляющий, это поможет избежать ошибок в идентификации с
применением рефрактометра (а также укажет, что это, возможно, паста или
микро/поликристаллические материалы).
Основными ограничениями в использовании полярископа являются не-
обходимость наличия у образца хотя бы просвечивающего участка (даже ис-
тонченные края непрозрачных кабошонов могут пропускать некоторое коли-
чество света), а также ложные отражения. Последнее иногда происходит,
когда свет отражается от поверхности драгоценного камня и создает види-
мость двупреломления у изотропного камня. Это можно проверить, повора-
чивая образец на другую грань или уменьшая отражения, просматривая ка-
мень в иммерсионной жидкости с близким показателем преломления.
Коноскоп (интерференционные фигуры)
Выше было описано использование полярископа для определения оптиче-
ского характера, но оно ограничивалось определением того, изотропный ли
это камень или анизотропный. Чтобы узнать, одноосный он или двуосный
(это нужно знать для отнесения камня к той или иной сингонии), или устано-
вить положение оптических осей, нужно снабдить полярископ сильной соби-
рающей линзой. Такой прибор называют коноскопом. Линзу (или свободную
от напряжений стеклянную сферу) помещают между образцом и анализато-
ром (рис. 10.7).
Рис. 10.7. Полярископ «Рейнер», снабженный ко-
носкопической линзой. Когда прибор используется
как коноскоп, эта линза может вращаться между дву-
мя фильтрами.
Плеохроизм (различное избирательное поглощение) 133
Рис. 10.8. Интерференционные фигуры, которые можно увидеть с помощью коно-
скопа. Фигура слева свойственна одноосному минералу, фигура справа — двуосному.
Темные полосы называются изогирами.
Исследуя камень с помощью коноскопа, его нужно держать двумя пальца-
ми прямо под линзой и перемещать его до тех пор, пока не появятся цветные
полосы, пересеченные темным крестом или двумя темными полосами («бал-
ками»). Такая картина называется интерференционной фигурой, и ее появле-
ние вызвано взаимодействием между оптической осью (которая совпадает с
направлением наблюдения) и сильно сходящимся поляризованным светом.
Две «идеальные» интерференционные фигуры показаны на рис. 10.8, где хо-
рошо видна разница между картинами интерференции одноосного и двуос-
ного кристаллов. Единственный драгоценный камень, который можно одно-
значно диагностировать по его оптической фигуре, — это кварц. Он имеет
уникальную интерференционную фигуру, на которой отсутствуют темные
полосы (изогиры), характерные для одноосного кристалла.
Чтобы приобрести опыт в использовании коноскопа, лучше всего вначале
попрактиковаться на одноосных минералах, например кварце, так как для
этих материалов наиболее легко получается узнаваемая интерференционная
фигура.
Плеохроизм (различное избирательное поглощение)
В гл. 9 мы видели, что обладающие двупреломлением минералы способны
расщеплять проникающий в них свет на два отдельных луча, поляризован-
ных под прямым углом друг к другу. В некоторых цветных двупреломляю-
щих камнях эти два луча (по которым свет распространяется с разными
скоростями) могут приводить к появлению разной окраски. Когда это про-
исходит, говорят, что лучи испытывают в драгоценном камне различное изби-
рательное поглощение (т. е. в каждом луче поглощаются разные участки види-
мого спектра).
Этот эффект называется плеохроизмом («многоцветие»), и, когда свет, про-
ходя через камень, расщепляется на два цвета, говорят, что для камня харак-
терен дихроизм, а если появляется три цвета, камню свойствен трихроизм.
Дихроизм наблюдается в окрашенных одноосных минералах, трихроизм — в
окрашенных двуосных.
Поскольку плеохроизм встречается только в цветных двупреломляющих
камнях, его можно считать полезным средством, позволяющим отличить ани-
134 Глава 10. Поляризация и плеохроизм
зотропные камни от изотропных (например, рубин от красного граната). В не-
которых случаях (андалузит, цоизит) плеохроизм создает привлекательность
камня и эти камни гранят так, чтобы выявить все цвета наилучшим образом.
В рубинах же и синих сапфирах один из цветов, обусловленных дихроизмом,
слабее и менее красив, чем другой, в связи с чем эти камни нужно гранить так,
чтобы связанный с данным лучом цвет не был виден через грани короны.
Дихроскоп
За исключением тех камней, которые обладают сильным дихроизмом (анда-
лузит, иолит, рубин, синий сапфир, сфен, турмалин и цоизит), не так уж лег-
ко обнаружить цвета дихроизма или трихроизма невооруженным глазом.
Поскольку плеохроизм — важное свойство камня, используемое для его
идентификации, был разработан прибор, названный дихроскопом и предназ-
наченный для разделения поляризованных лучей и сравнения их цвета в
одном поле зрения (рис. 10.9).
Дихроскоп состоит из выколотого по спайности ромбоэдра кальцита опти-
ческого качества (исландский шпат), закрепленного в трубке, на одном конце
которой имеется окуляр, а на другом — квадратное отверстие (рис. 10.10).
Стеклянные призмы приклеены к каждому концу ромбоэдра кальцита для то-
го, чтобы свет входил и выходил из ромбоэдра по прямой линии (или концы
ромбоэдра шлифуют под прямыми углами к боковым сторонам).
Исследуемый драгоценный камень размещают так, чтобы белый свет про-
ходил через камень и попадал в отверстие дихроскопа. Если драгоценный ка-
мень обладает двупреломлением, то два поляризованных луча света от него
будут разделяться сильно двупреломляющим ромбоэдром кальцита и в оку-
ляре будут видны рядом два изображения входного отверстия.
Если драгоценный камень окрашен и плеохроирует и просматривается не
в направлении оптической оси, два изображения, появляющиеся рядом, будут
отличаться по цвету. Если окажется, что изображения одинакового цвета и от-
тенка, значит камень не имеет плеохроизма и является изотропным. Нужно
отметить, что одновременно в дихроскопе можно увидеть только два цвета.
Чтобы увидеть третий цвет в камнях с трихроизмом (двуосных), камень нуж-
но переориентировать (т. е. посмотреть в другом направлении).
Рис. 10.9. Кальцитовый дихроскоп
«Рейнер». Прибор соединен с враща-
ющимся держателем драгоценного
камня.
Дихроскоп 135
Рис. 10.10. Схема устройства кальцитового дихроскопа.
Пытаясь выявить в камне плеохроизм, необходимо просматривать его в
разных положениях (так же как при исследовании изотропных и двупрелом-
ляющих камней в полярископе). Таким образом исключается возможность
ошибки при просмотре камня в направлении оптической оси (в этом направ-
лении плеохроизм не виден), а также в тех положениях, в которых направле-
ние поляризации лучей в драгоценном камне и кальцитовом ромбоэдре со-
ставляет 45°.
Дихроизм можно также обнаружить, используя поляризационный
фильтр. Если камень просматривать через такой фильтр и при этом вращать,
мы увидим по очереди цвет, соответствующий разным поляризованным лу-
чам. Однако таким способом трудно уловить разницу в оттенках цвета, так
как в один момент времени вы видите только один из них. Тем не менее дих-
роскопы, в которых используется поляризационный фильтр вместо кальци-
тового ромбоэдра, дают возможность увидеть одновременно несколько цве-
тов. Для этого фильтр разрезают на две части и поворачивают одну из них на
90° в скрещенное положение. Затем они закрепляются в держателе вплотную
друг к другу. Пример дихроскопа с фильтром показан на рис. 10.11.
Одним из недостатков дихроскопа с поляризационным фильтром являет-
ся то, что он разделяет изображение драгоценного камня между двумя частя-
Рис. 10.11. Дихроскоп с поля-
ризационным фильтром. Фильтр
состоит из двух секций, соеди-
ненных вплотную, причем пло-
скость поляризации одной сек-
ции составляет 90° с плоскостью
поляризации другой. (Gemmolo-
gical Instrument Ltd)
136 Глава 10. Поляризация и плеохроизм
ми фильтра. С другой стороны, кальцитовый ромбоэдр дает два изображения
в одном и том же поле зрения. Это означает, что при просмотре в дихроскопе
с фильтром маленький камень нужно очень тщательно устанавливать напро-
тив центра линии разделения поляризационных фильтров, чтобы увидеть
дихроизм, если он есть. В австралийском дихроскопе с фильтром (разрабо-
танном Дж. Сноу) для устранения этого недостатка изображение разделяют
на два с помощью маленькой стеклянной призмы и помещают соответствен-
но ориентированные части фильтра на той грани призмы, из которой луч све-
та выходит.
Цвета плеохроизма неорганических драгоценных камней приведены в
таблице констант и характеристик в Приложении С.
Глава 11
Спектроскопия
Как говорилось в гл. 8, воспринимаемый нами цвет большинства объектов
является результатом поглощения ими определенных длин волн света, про-
ходящего через объект или отраженного от его поверхности. Такое подавле-
ние части спектра падающего света называется селективным (или избира-
тельным) поглощением и играет важную роль в идентификации некоторых
драгоценных камней.
Спектры поглощения и испускания
У большинства драгоценных камней наличие цвета связано с присутствием в
них одного или более из восьми переходных элементов (см. гл. 8). Эти эле-
менты существуют или в незначительном количестве в виде примесей (на-
пример, хром в рубине и изумруде, никель в хризопразе), или входят в состав
химической формулы драгоценного камня (например, медь в малахите, мар-
ганец в родоните). В обоих случаях цвет связан с избирательным поглощением
драгоценным камнем света определенных длин волн.
Чтобы определить, свет каких длин волн поглощен драгоценным камнем,
необходимо исследование с помощью прибора, называемого спектроскопом,
который разлагает свет, приходящий к нам от драгоценного камня, на спек-
тральные цвета. С помощью этого прибора можно увидеть поглощенные
камнем длины волн в виде темных линий или полос в пределах диапазона
спектральных цветов. Если этот спектр поглощения отчетливо виден, по нему
можно идентифицировать драгоценный камень, даже если он не отполиро-
ван (рис. 11.1). Это объясняется тем, что большинство переходных элемен-
тов, вызывающих появление цвета в драгоценных камнях, приводит к появ-
лению в спектрах поглощения характерных полос, линий или дублетов (две
близко расположенные линии). Положения линий или полос поглощения
какого-либо переходного элемента могут заметно различаться в спектрах
разных драгоценных камней (например, главные полосы железа в сапфире и
альмандине на рис. 11.1), и это также помогает в идентификации.
В некоторых случаях свет, которым освещается драгоценный камень, мо-
жет стимулировать вместо поглощения излучение света тех же длин волн, и в
этом случае говорят о флюоресцентных линиях. В таких случаях через спект-
роскоп виден спектр испускания. Наиболее важные драгоценные камни, в
спектрах которых видны флюоресцентные линии испускания, — рубин и
красная шпинель. У обоих этих камней эмиссионные линии присутствуют в
138 Глава 11. Спектроскопия
400 НМ
700 600 500
Рис. 11.1. Спектры некоторых
драгоценных камней, которые
можно увидеть с помощью приз-
менного спектроскопа.
красном конце спектра и обусловлены наличием хрома. У красной шпинели
они достаточно интенсивные и их называют «органными трубами»
(рис. 11.1). Эмиссионные линии лучше всего видны, когда образец освещает-
ся светом, прошедшим через голубой светофильтр.
Призменный спектроскоп
В 1666 г. Исаак Ньютон впервые продемонстрировал, что белый свет состоит
из непрерывного цветового спектра от красного цвета на одном его конце до
фиолетового на другом. Использованное им приспособление было очень
простым и состояло из круглой диафрагмы, пропускающей луч дневного све-
та в затемненную комнату, и стеклянной призмы, разлагающей этот свет на
составляющие его цвета (см. рис. 8.6 в гл. 8). В 1814 г. баварский оптик и уче-
ный Й. Фраунгофер усовершенствовал опыт Ньютона, использовав мень-
шую диафрагму и рассматривая разложение света призмой через зрительную
трубу. Таким способом он получил более детальный спектр и смог подробно
задокументировать многие линии поглощения в спектре солнечного света,
ранее открытые Волластоном (который также использовал тонкую щелевую
Призменный спектроскоп 139
Голубой
Желтый
Красный
Рис. 11.2. Составная призма Амичи, обеспечивающая нулевое отклонение для жел-
того света.
диафрагму). Эти так называемые фраунгоферовы линии будут подробнее
рассматриваться ниже в этой главе.
Следуя экспериментам Фраунгофера в спектроскопии, другие ученые, в
том числе Зантедеши, Кирхгоф и Бунзен, разработали несколько моделей —
предшественниц современного спектроскопа*. Во всех их приборах использо-
вались небольшая диафрагма или щель для пропускания света, собирающая
линза, призма и зрительная труба. Наиболее важным усовершенствованием в
этих спектроскопах было преобразование падающего света в параллельный
пучок (коллимация). Это достигалось размещением диафрагмы в фокальной
плоскости собирающей линзы, что обеспечивало попадание на призму только
параллельных лучей. Результатом было получение «чистых» спектров (в таких
спектрах цвета, составляющие падающий свет, не перекрываются).
Главным ограничением тех простых спектроскопов был слишком малый
угол дисперсии у одиночной призмы, что не позволяло получать спектры,
пригодные для детального изучения. Одним из способов увеличения этого
угла является использование нескольких призм. Однако чем больше добавле-
но призм, тем сильнее отклоняются лучи и растягивается спектр, а потому
увеличение угла дисперсии ограничено.
Чтобы получить компактный спектроскоп с хорошей дисперсией, а также
с находящимися «на одной прямой» падающим светом и средней линией
спектра, прежде всего была необходима призма, обеспечивающая дисперсию
без отклонения. В 1860 г. Амичи достиг этой цели с помощью комбинирован-
ной призмы, состоящей из кронгласа и флинтгласа (сорта стекла), имеющих
разные показатели преломления (рис. 11.2). Конструкция современного
спектроскопа «прямого видения» с использованием тройной призмы Амичи
представлена на рис. 11.3. Этот прибор разлагает видимый свет в спектр под
углом 7°. В более дорогих приборах используется пятиэлементная призма,
обеспечивающая угол разложения света около 10° (можно получить и более
высокую дисперсию, но, как будет сказано ниже, в этом случае уменьшается
интенсивность слабых линий и полос поглощения).
‘ Отметим, что один из пионеров фотографии Фокс Тальбот первым предложил концепцию
спектрального химического анализа, далее развитую его современниками Кирхгофом и Бунзеном.
140 Глава 11. Спектроскопия
Рис. 11.3. (Слева) Призменный спектроскоп с встроенной шкалой длин волн.
(Справа) Схема устройства призменного спектроскопа.
Одной из важных частей спектроскопа является диафрагма или щель, че-
рез которую проходит анализируемый свет. Спектры, видимые в этом прибо-
ре, на самом деле являются серией изображений этой щели. Если щель слиш-
ком широкая, изображения будут перекрываться (как в эксперименте Нью-
тона) и наблюдаемый спектр окажется размытым, а цвета не будут чистыми.
Однако если щель слишком узкая, на призму попадет недостаточно света для
того, чтобы был виден спектр. Из-за этих ограничений в большинстве спект-
роскопов сделана регулируемая щель для получения хорошего изображения
спектра. Установка ширины щели — это обычно компромисс между желани-
ем получить наилучшее разрешение тонких линий в спектре и тем количест-
вом падающего света, которое достаточно для получения спектра. Способ ре-
гулирования щели и фокусировки прибора будет описан ниже в этой главе.
Как уже говорилось, для получения чистых спектров необходимо также
иметь устройство, преобразующее входящий свет в параллельный пучок. С
этой целью между щелью и призмой помещается собирающая линза так, что
ее фокальная плоскость совпадает со щелью.
Еще одно усовершенствование, часто добавляемое к призменному спектро-
скопу, — шкала длин волн. Эта шкала, которую иногда освещают отдельным
источником света, накладывается на изображение спектра с помощью допол-
нительных оптических приспособлений (см. рис. 11.3). Калибровочный винт
дает возможность передвигать шкалу относительно изображения спектра.
Обычно на шкале есть вертикальная линия, соответствующая длине волны
589,3 нм, и с помощью калибровочного винта нужно совместить эту линию с
соответствующей эмиссионной линией в спектре натриевой лампы (такой же,
как лампы, используемые в качестве осветителей в рефрактометрах).
Хотя призменный спектроскоп благодаря яркому изображению спектра
рекомендуется для начальных практических работ по спектроскопии, он
имеет недостаток, заключающийся в том, что спектр в нем неравномерный
по распределению цветов (рис. 11.4, а). Это связано с дисперсионной харак-
теристикой призмы, которая сжимает спектр в красном конце и растягивает
его в направлении фиолетового. Очень слабые линии и полосы поглощения
становится труднее заметить, если они растянуты, а поскольку глаз менее
Спектроскоп с дифракционной решеткой 141
(а)
700 600 500 400
llllllllll I I I I I I I I I I I I I__|_J__|___1___I____I____I____I
Длины волн приведены в нанометрах - умножьте их на десять,
чтобы получить значения в ангстремах, и разделите на тысячу,
чтобы получить значения в микрометрах.
(б)
700 600 500 400
I 1 1 । । I 1 । । i I । । । 1 I । 1 । 1 I 1 1 1 । I । । 1 .kJ
Рис. 11.4. Шкала длин волн: (а) в призменном спектроскопе она сжата на красном
конце спектра и растянута на фиолетовом; (б) в дифракционном спектроскопе шкала
линейная.
чувствителен в сине-фиолетовом конце спектра, это также иногда может слу-
жить ограничивающим фактором. В связи с тем что преломление света в
призме зависит от длины волны, фокус спектроскопа нуждается в небольшой
регулировке при просматривании разных участков спектра. По этим причи-
нам некоторые геммологи предпочитают использовать другой тип спектро-
скопа, о котором будет сказано ниже.
Спектроскоп с дифракционной решеткой
В отличие от призменного спектроскопа для разложения света на спектраль-
ные составляющие здесь используется дифракционная решетка. Решетка
обычно имеет вид стеклянной пластинки, на которую нанесены серии очень
тонких эквидистантно расположенных параллельных линий. Число линий
составляет от 15 000 до 30 000 на один дюйм, они наносятся на стекло фото-
графическим способом с более крупного негатива.
Хотя дифракционный спектроскоп (рис. 11.5) может казаться более про-
стым, чем его призменный аналог, его действие с помощью оптической тео-
рии объясняется сложнее. Приведенное ниже объяснение, хотя и упрощен-
ное, дает представление о получении спектра этим способом.
Рис. 11.5. Схема устройства спектроскопа с дифракционной решеткой.
142 Глава 11. Спектроскопия
В спектроскопе с дифракционной решеткой для расщепления света на спек-
тральные цвета используется комбинация эффектов дифракции и интерферен-
ции. Дифракция искривляет световые лучи, когда они проходят через узкое
отверстие, а интерференция вызывается различной длиной пути луча (см.
рис. 8.5). Когда световые волны должны пройти через небольшое отверстие (та-
кое, как щель), часть света распространяется от источника не по одной прямой.
Если используется серия щелей (как в дифракционной решетке), дифрагиро-
ванные лучи интерферируют и тем самым приводят к образованию спектра.
На рис. 11.6 показано увеличение длины пути от АВ до CD для пучка па-
раллельных лучей, отклоненных от их первоначального пути дифракционной
решеткой. Свет распространяется в виде волнового движения и в связи с раз-
ной длиной пути лучи, прошедшие через дифракционную решетку, взаимно
интерферируют. У некоторых лучей длины волн (или цвета) могут оказаться
в одной фазе друг с другом или же в противофазе — в первом случае этот цвет
будет усиливаться, во втором — ослабляться. Если на одну сторону решетки
падает параллельный пучок, на другой ее стороне образуется спектр цветов
возрастающих длин волн, так как при прохождении через решетку разница в
длине пути возрастает.
Как можно видеть на рис. 11.5, дифракционный спектроскоп состоит из
щели, собирающей коллиматорной линзы, дифракционной решетки и приз-
мы/окуляра. Щель расположена в фокальной плоскости собирающей линзы,
которая преобразует пучок лучей в параллельный. В соответствии с каждой
длиной волны в падающем пучке, появляющейся после прохождения через
решетку, образуется серия дифрагированных лучей, основная часть которых
попадает в окуляр.
Образующийся спектр не такой чистый и яркий, как получаемый с по-
мощью призменного спектроскопа, так как множество спектров возникает с
Параллельные
лучи
Дифрагированные
лучи
Стекло
Решетка
Рис. 11.6. Схема дифракции
лучей, проходящих через ре-
шетку. Разница в длине пути
(от АВ до CD) приводит к об-
разованию спектра в резуль-
тате интерференции лучей.
Использование спектроскопа 143
каждой стороны основного, яркость которого ослабевает. Однако преимуще-
ством спектроскопа с дифракционной решеткой являются равномерное рас-
пределение длин волн спектрального диапазона (рис. 11.4, б) и нахождение в
фокусе всего спектра одновременно. В связи с простотой конструкции этот
тип спектроскопа стоит дешевле призменного и часто выпускается в виде не-
больших портативных моделей с фиксированными щелью и фокусом.
Использование спектроскопа
Прежде чем начать работу со спектроскопом, нужно отрегулировать щель и
устройство установки фокуса (если оно не встроенное). При частично откры-
той щели устанавливается фокус, для чего используют фраунгоферовы линии
дневного света или эмиссионные линии натриевой либо люминесцентной
лампы. (В большинстве приборов фокусировка производится скольжением
окуляра по трубке спектроскопа.)
Одним из наиболее важных дополнений к спектроскопу является источ-
ник белого света высокой интенсивности. В некоторых спектроскопах он яв-
ляется частью прибора (рис. 11.7) вместе с охлаждающим вентилятором и ин-
фракрасным фильтром, предохраняющими исследуемый образец от перегре-
ва. Но даже с этим усовершенствованием образцы, чувствительные к нагреву,
не следует слишком долго держать под источником света. Для передачи света
на образец в таких приборах часто служат гибкие оптоволоконные световоды.
Когда используются отдельный источник света и световод, нужно удосто-
вериться, что ни тот ни другой не имеет своего собственного спектра погло-
щения, который мог бы создать ложные полосы в спектре образца. Для «руч-
ных» спектроскопов, таких, как многощелевая призменная модель «Рейнер»
(рис. 11.8), можно использовать подставку, на которой закреплен вращаю-
щийся столик для образца, покрытый черным поглощающим материалом.
Рис. 11.7. Призменный спектроскоп с
встроенным оптоволоконным осветите-
лем. Диск на конце световода снабжен
цветными фильтрами, чтобы усилить
контрастность спектра. Источник света
(справа) может использоваться также и
для рефрактометра (Kriiss).
Рис. 11.8. Портативный призменный
спектроскоп, смонтированный на под-
ставке Митчела.
144 Глава 11. Спектроскопия
Если есть микроскоп, его можно использовать как источник света и дер-
жатель для портативного спектроскопа. Образец помещают на столик микро-
скопа, устанавливают самое малое увеличение и удаляют окуляр. Источник
света, положение образца и фокус микроскопа регулируют так, чтобы цвет
образца занимал все поле зрения равномерно (рекомендуется при этом поме-
щать кусочек бумаги или опалового стекла перед зрительной трубой, чтобы
не слепило глаза). Затем спектроскоп помещают в зрительную трубу и за-
крепляют бумажным клином или крепежным кольцом.
Когда микроскоп имеет встроенный источник света, используйте освеще-
ние светлым полем (т. е. проходящий свет). Если в столике микроскопа есть
ирисовая диафрагма, с ее помощью можно избежать потерь света на краях
образца (вместо диафрагмы можно закрепить металлическую шайбу). Для не-
прозрачных драгоценных камней нужно использовать падающий (отражен-
ный) свет, и этот способ освещения также может быть пригоден для просвечи-
вающих и прозрачных камней. Ограненные прозрачные камни нужно класть
на столик площадкой вниз, свет должен падать на них через боковые грани па-
вильона, отражаться внутри от площадки и выходить через противоположные
грани павильона (рис. 11.9). Альтернативным способом освещения является
использование точечного источника света, направленного вертикально на
грани павильона. Оба этих способа освещения увеличивают длину пути свето-
вого луча в камне и интенсивность окрашивания выходящих лучей.
Для камней с сильным дихроизмом существует различие в спектрах обык-
новенного и необыкновенного лучей. Из-за этого такие камни нужно вра-
щать, чтобы любые изменения в спектре были замечены до окончательной
идентификации камня.
Наблюдение спектров поглощения на первых порах представляет пробле-
мы для многих студентов-геммологов, в частности при работе с портативным
спектроскопом и независимым источником света (эти проблемы часто вызы-
ваются плохим освещением и неправильной установкой щели и фокуса спект-
Рис.11.9. Схема, показывающая использование света, отраженного от внутренней
поверхности прозрачного ограненного драгоценного камня, с целью увеличить дли-
ну пути и усилить интенсивность окрашивания проходящего света. Другой способ со-
стоит в вертикальном освещении грани павильона точечным источником света.
Использование спектроскопа 145
роскопа). Хотя легче добиться правильного освещения и угла зрения, исполь-
зуя спектроскоп с встроенным осветителем, показанный на рис. 11.7, хорошие
результаты можно получить и с портативным спектроскопом и источником
света, расположив их под нужным углом. Если прибор нужно переносить, до-
статочно хорошие результаты можно получить с небольшим дифракционным
спектроскопом и осветителем-фонариком. Драгоценный камень можно дер-
жать возле конца фонарика, так чтобы весь свет проходил через камень.
Успешное использование спектроскопа также зависит от чувствительно-
сти глаза, которую можно оптимизировать с помощью следующих действий.
1. Прежде чем начать работу, дайте глазам возможность адаптироваться к
темноте и поддерживайте уровень окружающего освещения минималь-
но возможным. Когда регулируете щель, старайтесь не смотреть дли-
тельное время на ярко освещенный спектр.
2. Спектральные линии и полосы иногда могут быть видны более отчетли-
во, если отодвинуть глаз от окуляра на один-два дюйма. Размер наблю-
даемого спектра при этом ограничен, но весь спектр можно увидеть ча-
стями при небольшом движении головой.
3. Если полосы очень слабые, постарайтесь смотреть на них, используя
более чувствительную периферийную часть поля зрения. Окружите ла-
донями окуляр — это поможет убрать дополнительное освещение и
усилит контрастность спектра.
4. Чтобы уменьшить количество попадающего в глаз дополнительного
света, поместите спектроскоп/источник света на большой лист черного
материала (черную ткань или копировальную бумагу).
5. Поскольку глаз часто лучше различает горизонтальные структуры,
можно повернуть спектроскоп на 90° и наблюдать спектр в вертикаль-
ной ориентации — часто это помогает увидеть слабые линии.
6. Когда исследуют эмиссионные линии рубина или красной шпинели, их
легче увидеть, если поместить синий светофильтр перед источником
света, чтобы отсечь красно-оранжевый конец спектра.
Еще один способ используется в спектроскопии в основном для исследо-
вания крупных образцов. Это — усиление слабых линий и полос при охлаж-
дении образца до очень низких температур — порядка —160 °C (т. е. темпера-
туры жидкого азота). Этот метод применяют для обнаружения признаков об-
лучения в фантазийно окрашенных алмазах, и он описан в гл. 14.
На внутренних сторонах обложки (и рис. 11.1) показаны спектры погло-
щения (красный конец находится слева в соответствии со стандартом, при-
нятым в Европе) для некоторых драгоценных камней. Спектры на фото 1 и
2 получены с помощью дифракционного спектроскопа для классических
образцов, имеющих хорошо различимые спектры. Спектры на рис. 11.1 по-
лучены с помощью призменного спектроскопа. Длины волн, которые
раньше выражали в ангстремах, теперь выражают в нанометрах
(1 нм = 10А). Нужно также отметить, что спектры поглощения некоторых
146 Глава 11. Спектроскопия
камней, включая зеленый аквамарин, изумруд, иолит, перидот, рубин и
сапфир, сильно изменяются в зависимости от направления просмотра (см.
Приложение С).
На практике очень малое количество образцов дает такие четко выражен-
ные спектры, как на упомянутых фотографиях и на рис. 11.1. Студентам-гем-
мологам, которые впервые пытаются увидеть спектры цветных камней, сле-
дует вначале использовать подходящие образцы синтетического рубина, син-
тетической синей шпинели, зеленых и коричневых цирконов из Шри-Ланки
и альмандина. Они также должны помнить, что среди окрашенных камней
всего лишь 20% имеют диагностические спектры, которые можно увидеть с
помощью портативного спектроскопа.
Избирательное поглощение свойственно и многим другим камням, так
как именно благодаря ему камень выглядит окрашенным, но интенсив-
ность поглощения незначительна и выражается в небольшом ослаблении
яркости видимого в спектроскопе спектра. Поскольку глаз не способен уви-
деть такие нюансы поглощения, необходимо иметь более точные приборы,
например спектрофотометры, которые будут рассмотрены ниже в этой гла-
ве, а также в гл. 16.
Общая картина спектра поглощения для целей идентификации более важ-
на, чем конкретные длины волн отдельных линий, полос и дублетов, нужно
только внимательно смотреть на их относительную интенсивность, ширину и
положение в спектре. Однако все же существует ряд драгоценных камней, та-
ких, как алмазы серии Кейп, изумруд, рубин, сапфир, красная шпинель и
циркон, для которых полезно знать длины волн главных полос и линий по-
глощения (они приведены в Приложении С).
Тонкие линии спектра
Некоторые камни, такие, как апатит, искусственные ИАГ (иттрий-алюмини-
евый гранат), окрашенный титанат стронция и некоторые окрашенные раз-
новидности CZ (кубический диоксид циркония), имеют в своем спектре так
называемые «тонкие линии». Эти линии поглощения связаны с присутстви-
ем редкоземельных элементов (например, неодима и празеодима, вместе на-
зываемых дидимиумом, в апатите). Цирконы имеют аналогичные спектры,
связанные с присутствием незначительных следов урана, но линии поглоще-
ния в их спектрах более широкие и правильнее их называть полосами. У бес-
цветных образцов, имеющих такой тип спектра (в частности, циркон и ИАГ),
полосы или линии равномерно распределены по спектру и поэтому незначи-
тельно влияют на цвет камня.
Хотя апатит — один из немногих природных драгоценных камней, имею-
щих такой тип спектра поглощения, интенсивность линий у него значитель-
но слабее, чем у искусственных драгоценных камней, цвет которых обуслов-
лен присутствием редкоземельных элементов (см. 14 редкоземельных
элементов, отмеченных звездочкой, в Приложении I). По этой причине лю-
бые сильные тонкие линии в спектре могут являться признаком того, что это
Фраунгоферовы линии 147
Рис. 11.10. Тонкие линии в спектре. Верхний спектр обусловлен присутствием
редкоземельного элемента эрбия и встречается у розового кубического диоксида цир-
кония и розовых редкоземельных гранатов. Нижний спектр связан с наличием дис-
прозия и наблюдается в желто-зеленых редкоземельных гранатах.
искусственный ювелирный камень (рис. 11.10). В отличие от переходных эле-
ментов каждому из редкоземельных элементов, присутствующих в искусст-
венных драгоценных камнях, свойствен свой собственный вид линейчатого
спектра независимо от спектра минерала-хозяина (например, розовый куби-
ческий диоксид циркония с добавлением эрбия имеет такой же спектр погло-
щения, как и аналогично допированный розовый ИАГ).
Фраунгоферовы линии
Имя Фраунгофера уже упоминалось в этой главе несколько раз. Когда бавар-
ский ученый Фраунгофер усовершенствовал опыт Ньютона, продемонстри-
ровавший, что свет состоит из непрерывного спектра цветов, ему удалось в
деталях наблюдать солнечный спектр, открытый Волластоном. Тот спектр,
который он увидел, состоял из массы тонких линий, расположенных по все-
му спектру от красного конца до фиолетового. Поскольку фотографии в на-
чале XIX в. еще не существовало, он зарисовал солнечный спектр, состоящий
примерно из 576 линий (рис. 11.11).
С тех пор солнечный спектр был исследован и описан (см. Приложение J),
а его линии поглощения названы фраунгоферовыми линиями. Большинство
линий связано с поглощением характеристических длин волн парами эле-
ментов, входящих в состав солнечной хромосферы. Линии, обозначенные А
и В, вызваны кислородом земной атмосферы.
Да ВСDEbFG Н
Рис. 11.11. Воспроизведение одного из рисунков солнечного спектра, сделанных
Фраунгофером.
148 Глава 11. Спектроскопия
В геммологии линии Фраунгофера В (686,7 нм в красной области) и G
(430,8 нм в синей области) обычно используются в качестве стандартных при
измерении дисперсии драгоценных камней. Стандартная длина волны
натриевого света, на которой измеряются показатели преломления, равна
589,3 нм (это среднее значение для фраунгоферовых линий Di и D2 паров на-
трия 589,0 и 589,6 нм).
Другие модели спектроскопов
Реверсивный спектроскоп
Этот вариант стандартного спектроскопа призменного или дифракционного
типа был разработан Г. Хартриджем с целью упростить наблюдения и повы-
сить точность измерения длин волн, соответствующих определенным лини-
ям или полосам. Оптическая часть этого спектроскопа модифицирована та-
ким образом, что одновременно видны два спектра, один над другим, но с
противоположным порядком цветов (т. е. у одного спектра красный конец
расположен слева, а у другого — справа). Спектры перемещаются в поле зре-
ния с помощью регулирующего барабана (градуированного в длинах волн) —
при этом спектры сдвигаются в противоположных направлениях. Значение
длины волны отдельной полосы или линии считывается при установке этой
детали одного спектра напротив этой же детали в другом спектре, что можно
сделать с большой точностью.
«Реверсивный» метод хорош для полос поглощения с размытыми грани-
цами. В нем также отсутствуют проблемы, которые существуют в некоторых
приборах, снабженных шкалой длин волн, и связаны с тем, что шкала не
всегда хорошо видна, особенно в более темной части спектра.
Цифровой сканирующий спектроскоп
В этом спектроскопе спектр можно перемещать относительно волосовидно-
го указателя с помощью ручки. Ручка связана с электрическим преобразова-
телем, который выводит цифровые значения длин волн, против которых в
данный момент находится указатель. Несколько сканирующих спектроско-
пов было выпущено фирмами Gemlab и Power Tools Inc. на основе спектро-
скопов с дифракционной решеткой. В этих приборах используются окуляры
с 10-кратным увеличением, позволяющим «растянуть» угловую дисперсию
решетки, равную 7°, и имеют номинальное разрешение ±1 нм.
Другой прибор такого типа, названный Diascan, был изготовлен в Геммо-
логическом институте Америки фирмой Gem Instruments. Эта модель
(рис. 11.12) имеет базу, на которой смонтированы цифровой дисплей (свето-
диоды LCD на жидких кристаллах), источник света (с проходящим и падаю-
щим светом, подаваемым с помощью световодов), держатель камня, съемная
ирисовая диафрагма, защищенная стеклянной пластиной, и встроенный спек-
троскоп с дифракционной решеткой. Окуляр спектроскопа имеет 10-кратное
увеличение для точного определения линий поглощения. Спектр виден в вер-
тикальном положении (красный конец вверху), а горизонтальная линия белого
Другие модели спектроскопов 149
Рис. 11.12. Сканирующий спектроскоп с
дифракционной решеткой Diascan, изго-
товленный фирмой Gem Instruments, с
цифровым дисплеем, показывающим дли-
ны волн (Из материалов GIA.)
волосовидного указателя перемещается по спектру с помощью регулировоч-
ного барабана на спектроскопе. Положение указателя на спектре выводится
на дисплей в нанометрах с помощью светодиодов.
Сравнительный спектроскоп Нельсона
Этот прибор, производимый фирмой McCrone Research Associates, разрабо-
тан с целью избежать ошибки, связанной с параллаксом при наложении шка-
лы длин волн на спектр. Вместо шкалы длин волн в него введен спектр срав-
нения из подходящего ювелирного материала. Это позволяет проводить
прямое сравнение между исследуемым драгоценным камнем и плоскопарал-
лельной пластиной из любого прозрачного ювелирного материала.
Такая пластина закрепляется как слайд и служит для получения постоян-
ного спектра сравнения. Используя материалы с хорошо известными длина-
ми волн поглощения, можно точно определить положение линий и полос в
изучаемом образце.
Видеоспектроскоп
Еще один вид спектроскопа (производится Gemlab и Hanneman Gemological
Instruments) является комбинацией спектроскопа с видеокамерой, передаю-
щей изображение спектра на монитор. Это позволяет сильно увеличить изо-
бражение спектра одновременно со шкалой длин волн. Другим его преиму-
ществом является то, что видеокамера более чувствительна, чем глаз, на
сине-фиолетовом конце спектра, и поэтому легче обнаружить и вывести на
монитор линии и полосы в этой области.
Все описанные здесь спектроскопы имеют еще одно преимущество, за-
ключающееся в том, что шкала не мешает видеть изображение спектра, а так-
же в отсутствии ошибки, связанной с параллаксом, которая часто присутст-
вует, когда шкала накладывается на изображение спектра.
150 Г лава 11. Спектроскопия
Рамановская спектроскопия
Когда пучок света высокой интенсивности (например, лазерный луч) падает
на поверхность, небольшое количество света испытывает комбинационное рас-
сеяние (эффект Рамана). Рассеянный свет имеет компоненты с более коротки-
ми или более длинными волнами, чем в падающем свете (определяются как
стоксовы и антистоксовы длины волн — о правиле Стокса см. гл. 12). Данный
эффект связан с колебаниями молекул в поверхностном слое материала. Сте-
пень изменения длины волны, или рамановский сдвиг, между падающим и
рассеянным светом зависит от природы атомов поверхностного слоя и их
структурной связи. Этот спектральный сдвиг позволяет получать диагности-
ческие спектры в инфракрасном диапазоне и увидеть их в видимом диапазоне
с помощью стандартного спектрофотометра (см. следующий раздел).
Спектрофотометры
Одним из ограничений в использовании спектроскопов является то, что гла-
зом невозможно различить слабые уменьшения интенсивности наблюдаемого
спектра. Цвет многих драгоценных камней обусловлен весьма небольшим по-
глощением части спектра, а не сильными черными полосами или линиями по-
глощения типа тех, которые показаны на рис. 11.1. Из-за нечувствительности
глаза к незначительным изменениям интенсивности некоторые детали спект-
ров не могут быть обнаружены с помощью спектроскопа. По этой причине
можно легко увидеть спектр поглощения лишь около 20% цветных драгоцен-
ных камней, и этот факт часто приводит студентов-геммологов в отчаяние!
Когда нужно различать слабые пики поглощения (в частности при науч-
ных исследованиях), необходимо использовать спектрофотометр. Этот при-
бор снабжен монохроматором, который можно настроить вручную (или авто-
матически) на сканирование по видимому спектру (некоторые приборы
захватывают также ближние инфракрасную и ультрафиолетовую области).
Результирующий спектр поглощения проходящего или отраженного света
фиксируется электрическим фотоприемником излучения и передается на
дисплей или записывается на бумаге в виде графика.
Чувствительность прибора позволяет определять малейшие нюансы спек-
тра. Например, хотя линию железа 450 нм у многих сапфиров Шри-Ланки
трудно увидеть (из-за низкого содержания оксида железа), эта полоса, а также
две другие полосы железа (460 и 470 нм) легко обнаруживаются с помощью
спектрофотометра. Дополнительно к этому модели, работающие в инфра-
красном/видимом/ультрафиолетовом диапазонах, позволяют выявить разли-
чия между некоторыми природными и синтетическими камнями в ближней
инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра. Некоторые способы оп-
ределения синтетических драгоценных камней с помощью спектрофотометра
описаны в гл. 16 в разделе «Лабораторное оборудование и методы исследо-
вания».
Глава 12
Люминесценция, электрические и
тепловые свойства драгоценных камней
Хотя не часто удается получить числовые данные, люминесценция, электри-
ческие и тепловые свойства драгоценных камней могут дать качественную
информацию, помогающую в их идентификации.
Люминесценция
(флюоресценция и фосфоресценция)
Когда некоторые материалы приобретают дополнительную энергию в той
или иной форме ниже уровня, который мог бы вызвать накаливание или воз-
горание (т. е. недостаточную для того, чтобы появилось пламя или тепловое
свечение), они превращают эту энергию в «холодное» излучение, длина вол-
ны которого, как правило, лежит в пределах видимого диапазона спектра.
Механизм, вызывающий это холодное свечение, или люминесценцию, свя-
зан с возбуждением атомов вещества. Дополнительная энергия, получаемая
люминесцирующим веществом, идет на перевод электронов с их нормальных
электронных оболочек (т. е. из «основного» состояния) на орбиты с более вы-
соким уровнем энергии (т. е. в «возбужденное» состояние). Когда эти элект-
роны возвращаются на свои более стабильные орбиты, они испускают полу-
ченную ими дополнительную энергию в виде электромагнитных колебаний
(видимого и иногда ультрафиолетового света). На языке квантовой механики
электроны отдают энергию в форме фотонов света (т. е. дискретных «порций»
энергии).
Во всех формах люминесценции, описанных в этой главе, испускание
света связано с внутренними свойствами материала (например, дефекты
кристаллической решетки в алмазе) или с присутствием люминесцирующих
примесей, называемых активаторами (например, оксид хрома в рубине).
В случае люминесценции, связанной с дефектами в кристалле, энергия
возбуждения должна быть достаточной, чтобы заставить электрон поки-
нуть свою орбиту и стать свободным электроном. Поскольку электрон име-
ет отрицательный заряд, он оставляет «дырку» в кристалле, имеющую
положительный заряд. Свободный электрон перемещается по кристалли-
ческой решетке, пока не встретит другую положительно заряженную дырку
и не реализует дополнительную энергию в виде излучения. Излучаемая
энергия, как правило, попадает в видимый диапазон спектра и может час-
тично или полностью поглощаться присутствующими в материале оксида-
ми железа.
152 Глава 12. Люминесценция, электрические и тепловые свойства драгоценных камней
Активаторы люминесценции — это примеси, имеющие неспаренные
электроны на внешней орбите. Если эти электроны поглощают энергию от
стимулирующего источника, они поднимаются на более высокий энергети-
ческий уровень. Однако возбужденное состояние нестабильно и электроны
возвращаются на более низкий уровень, испуская энергию, которая обычно
соответствует видимому спектру, но, как уже говорилось, будет частично или
полностью поглощаться, если в состав материала входят оксиды железа.
В люминесцирующих материалах переход электронов с их обычных орбит
на более высокоэнергетические уровни происходит беспорядочно. Если
практически нет задержки между поглощением и испусканием видимого све-
та, это явление называется флюоресценцией, которая прекращается тотчас же
с выключением источника возбуждения. Если прежде, чем электроны отда-
дут поглощенную энергию, пройдет какое-то время, явление называют фос-
форесценцией или послесвечением, так как оно существует после выключения
источника возбуждения. У флюорита (минерала, давшего название явлению
флюоресценции) иногда возможна фосфоресценция не в видимом, а в ульт-
рафиолетовом (УФ) диапазоне. В этом случае ее можно зарегистрировать с
помощью электронных устройств или фотографически.
Иногда у материала наблюдаются и флюоресценция, и фосфоресценция.
В этом случае цвет люминесценции может меняться при выключении источ-
ника облучения, когда остается одна только фосфоресценция. Подобное из-
менение бывает весьма полезно для идентификации некоторых минералов.
Другие материалы имеют способность возвращать поглощенную энергию
при нагревании. Этот эффект называется термолюминесценцией и термофос-
форесценцией.
Фотолюминесценция и правило Стокса
Из многих видов люминесценции, которые могут существовать, для геммо-
логических целей наиболее информативна, вероятно, фотолюминесценция.
Этот вид люминесценции возбуждается электромагнитным излучением, кото-
рое может быть видимым светом, УФ и гамма-излучением или рентгеновски-
ми лучами. Важной особенностью фотолюминесценции является то, что ка-
кой бы ни была длина волны возбуждения, длина волны люминесцентного
излучения будет лежать в видимом диапазоне спектра. Соотношение между
длинами волн возбуждающего излучения и люминесценции устанавливается
правилом Стокса. Оно гласит, что люминесценция материала проявляется
всегда в более длинноволновом диапазоне, чем исходное возбуждающее из-
лучение.
Доступные для геммологов виды электромагнитного излучения включают
видимый свет, длинноволновое и коротковолновое УФ излучение и рентге-
новские лучи. Каждый из этих видов энергии имеет свое приложение для
идентификации драгоценных камней по фотолюминесцентным свойствам.
Рассмотрим теперь более подробно методы и оборудование, необходимые
для использования этих четырех форм излучения.
Скрещенные фильтры 153
Скрещенные фильтры
В некоторых драгоценных камнях с помощью более коротких волн синего
конца спектра можно возбудить более длинноволновую флюоресценцию
в красном участке спектра. Это явление впервые применил на практике
Дж. Г. Стокс в 1852 г. для обнаружения присутствия хрома. Данный тест, из-
вестный как метод скрещенных фильтров, был позднее предложен Б. Андерсо-
ном в Лаборатории тестирования драгоценных камней лондонской Торговой
палаты для идентификации драгоценных камней. Чтобы избежать путаницы,
следует сказать, что термин «скрещенные фильтры» не имеет ничего общего с
поляризационными фильтрами, а применяется в отношении цветных свето-
фильтров.
Метод скрещенных фильтров — один из наиболее простых для наблюде-
ния фотолюминесценции. Все, что в нем требуется, это сильный источник
белого света, синий и красный фильтры. Фильтры могут иметь вид сэндвича:
две стеклянные пластинки, а между ними желатиновый окрашенный слой;
стекло предохраняет желатин от нагревания лампой. В качестве альтернати-
вы вместо синего фильтра можно использовать склянку с раствором сульфа-
та меди, которая будет одновременно действовать и как дополнительный теп-
ловой фильтр и как собирающая линза.
Синий фильтр (или склянка) располагается между источником света и
драгоценным камнем. В идеальном случае камень должен быть помещен на
черную неотражающую поверхность и его должен достигать только синий
фильтрованный свет. Затем камень просматривают через красный фильтр.
Если при просмотре через красный фильтр видно розовое или красное свече-
ние, можно говорить, что в том случае, если в падающем свете отсутствует
красная компонента, камень должен обладать флюоресценцией (рис. 12.1).
Такая флюоресценция, видимая в скрещенных красно-синих фильтрах, на-
блюдается в драгоценных камнях, окраска которых связана с присутствием
примеси хрома. К наиболее важным из них относятся: рубин, красная шпи-
нель, редкая разновидность хризоберилла — александрит, изумруд и розовый
Синий
фильтр
Источник
белого света
в кожухе
Рис. 12.1. Схема, иллюстрирующая
использование метода скрещенных
фильтров для проверки люминесцен-
ции.
154 Глава 12. Люминесценция, электрические и тепловые свойства драгоценных камней
Рис. 12.2. Спектры флюоресценции изумруда (а); красной шпинели (б) и рубина (в),
видимые в спектроскопе в синем свете.
топаз. Однако следует помнить, что присутствие в драгоценных камнях оксида
железа может уменьшить или совсем погасить любую флюоресценцию. Цвет
синтетических рубина, красной шпинели, александрита и изумруда тоже связан
с присутствием хрома, и они будут также светиться красным при скрещенных
фильтрах. Но многие из этих синтетических камней практически не содержат
оксидов железа, и потому их флюоресценция часто представляет собой более
яркое свечение, чем у природных камней. Пироп и жадеит, содержащие наряду
с хромом незначительное количество железа, не люминесцируют вообще.
Некоторые камни проявляют желтую или оранжевую флюоресценцию
(например, желтые сапфиры из Шри-Ланки), которая будет лучше видна, ес-
ли использовать желтый или оранжевый фильтр вместо красного.
Если наличие люминесценции подтверждено методом скрещенных филь-
тров, более точную информацию для диагностики можно получить при
наблюдении спектров люминесценции с помощью спектроскопа при ис-
пользовании синего фильтрованного освещения. Таким образом, например,
можно отличить красную шпинель от рубина (рис. 12.2).
Длинноволновое и коротковолновое УФ излучение
В качестве источника УФ лучей используют пары ртутных ламп, так как они
дают интенсивное излучение в диапазоне от желтого до дальнего ультрафио-
летового. Главная эмиссионная линия ртути, используемая при освещении
длинноволновым УФ излучением, имеет длину волны 365 нм, а главная ли-
ния коротковолнового ртутного излучения — 254 нм.
Ртутная лампа, используемая для получения длинноволнового УФ излу-
чения, представляет собой газоразрядную лампу высокого давления, снаб-
женную фильтром для блокирования видимого излучения. Фильтр сделан из
стекла Вуда, которое содержит кобальт и незначительное количество никеля
(выпускается, например, фильтр Чанса типа 0X1). Ртутная лампа, использу-
емая для получения коротковолнового ультрафиолета, является кварцевой
колбой низкого давления. При использовании этой лампы видимое и другие
Длинноволновое и коротковолновое УФ излучение 155
Рис. 12.3. Ультрафиолетовый
осветитель с длинно- и коротко-
волновой лампами. Скользящая
хромированная крышка исполь-
зуется для введения фильтра.
(Gemmological Instruments Ltd)
нежелательные излучения отсекаются фильтром Чанса типа 0X7 (заметим,
что некоторые коротковолновые УФ фильтры и лампы через 100 часов рабо-
ты начинают приходить в негодность).
Хотя коротковолновое УФ излучение с более высокими уровнями энер-
гии необходимо, чтобы стимулировать орбитальные колебания электронов в
некоторых материалах (например, бенитоит, бесцветная синтетическая шпи-
нель и паста), в целом такая флюоресценция оказывается более слабой, чем
возбуждаемая длинноволновым УФ излучением в большинстве драгоценных
камней. Это в равной степени относится к алмазам, только 15% которых об-
ладают сильной флюоресценцией при освещении длинноволновым УФ излу-
чением. Однако если алмаз светится синим светом при облучении его длин-
новолновым ультрафиолетом, а после выключения источника дает желтую
фосфоресценцию, это является для алмаза однозначным диагностическим
тестом, так как ни один минерал, флюоресцирующий синим при этих усло-
виях, не обладает желтым послесвечением.
В большинстве приборов для наблюдения люминесценции имеются лам-
пы как длинно-, так и коротковолнового УФ диапазона, которые могут вклю-
чаться порознь или одновременно (рис. 12.3 и 12.4). Комбинация обеих ламп
в одном осветителе дает возможность быстро сравнивать флюоресценцию
материала при возбуждении излучением разных длин волн. Поскольку лю-
минесценцию невозможно наблюдать в освещенном помещении, удобно ис-
пользовать «УФ-кабинет» — специальный светонепроницаемый ящик с УФ
осветителем и окном для наблюдения (рис. 12.5).
Рис. 12.4. (Вверху). Ультрафиолетовый освети-
тель с длинно- и коротковолновой лампами
мощностью по 4 Вт (U-V Products Inc.)
Рис. 12.5. (Справа) «Ультрафиолетовый каби-
нет» (снабженный таким же УФ осветителем,
как на рис. 12.4) удобен для наблюдения люми-
несценции минералов и драгоценных камней.
156 Глава 12. Люминесценция, электрические и тепловые свойства драгоценных камней
Хотя УФ лампы, используемые для геммологических целей, дают срав-
нительно слабое излучение, не рекомендуется смотреть непосредственно на
них, не надевая специальные защитные очки. Защищая от вредного УФ из-
лучения, очки в то же время усиливают контрастность свечения, удаляя
фиолетовый отсвет от лампы (даже обычные очки в какой-то степени пре-
дохраняют от более опасного из этих двух форм коротковолнового УФ из-
лучения).
Некоторые драгоценные камни могут блекнуть при длительном освеще-
нии УФ излучением. Голубой отожженный циркон восприимчив к УФ-лу-
чам солнечного света и бледнеет при длительном облучении (цвет восста-
навливается при нагревании до температуры темно-красного каления).
Гадолиниево-галлиевый гранат (ГГГ, алмазная имитация) может стать ко-
ричневым, если его долго освещать коротковолновым УФ излучением (он
вновь становится бесцветным, если его оставить на несколько часов в
темноте).
Обзор эффектов флюоресценции и фосфоресценции, которые могут на-
блюдаться у большинства драгоценных камней, когда они подвергаются воз-
действию излучения трех основных типов (длинноволновых и коротковолно-
вых УФ и рентгеновских лучей), описаны ниже в разделе «Фотолюминесцен-
тные свойства драгоценных камней».
Рентгеновские лучи
Поскольку приборы, обеспечивающие рентгеновское излучение, с одной
стороны, дорогие и имеют большие размеры, а с другой — требуют защиты от
вредного воздействия излучения для тех, кто с ним работает, они имеются
только в больших лабораториях, занимающихся исследованием драгоценных
камней. Если говорить об идентификации, то рентгеновские лучи использу-
ются либо для возбуждения люминесценции драгоценных камней, либо (по-
скольку они обладают высокой проникающей способностью) для исследова-
ния внутреннего строения ювелирных материалов.
Диапазон длин волн рентгеновского излучения простирается от
соответствующих самому коротковолновому ультрафиолету (около 20 нм)
до миллионных долей нанометра. Гамма-излучение отличается от рентге-
новского только по способу получения. Рентгеновские лучи образуются в
вакуумной трубке, где электроны, ускоренные электрическим полем с
высоким напряжением, бомбардируют вольфрамовую мишень (при повы-
шении напряжения электрического поля интенсивность излучения повы-
шается, а длины волн уменьшаются). Гамма-лучи испускаются радиоак-
тивными материалами и имеют тот же диапазон длин волн, что и рентге-
новское излучение.
Хотя при освещении УФ излучением алмазы проявляют люминесценцию
разной интенсивности, при облучении рентгеновскими лучами все они дают
белесо-голубую флюоресценцию (без фосфоресценции). Это их свойство ис-
Фотолюминесцентные свойства драгоценных камней 157
Рис. 12.6. Рентгеновский прибор низкой энергии для разделения алмаза и его ими-
таций исходя из прозрачности камня в рентгеновских лучах. (Предоставлено Все-
японской геммологической ассоциацией.)
пользуется в рентгеновских сепараторах на многих алмазных рудниках для
отделения алмазов от гравия и раздробленной породы.
Благодаря своей малой длине волны рентгеновское излучение может
легко проникать в материалы, состоящие из элементов с низкой атомной
массой. Например, алмаз, состоящий из атомов углерода, практически про-
зрачен для рентгеновских лучей, тогда как другие драгоценные камни
(включая алмазные имитации — природные и искусственные) в той или
иной степени в зависимости от атомной массы составляющих их элементов
непроницаемы для них. В производимом Всеяпонской геммологической
ассоциацией приборе используется прозрачность алмаза для рентгеновских
лучей, для того чтобы уметь отличать его от имитаций (рис. 12.6). Исследу-
емый образец помещают на отражающую флюоресцирующую пластину, и,
когда нажимается кнопка включения, возбуждается внутренняя рентгено-
вская трубка низкой энергии. Непрозрачные к рентгеновским лучам образ-
цы будут наблюдаться как тень через смотровое окно. (Рентгеновская
спектроскопия и порошковая рентгеновская дифракция будут рассмотрены
в гл. 16.)
Фотолюминесцентные свойства
драгоценных камней
Люминесценция, хотя и не все драгоценные камни ею обладают, может быть
полезным средством идентификации, особенно если цвета люминесценции в
длинных и коротких УФ волнах различны. В табл. 12.1 приведены данные о
цветах и интенсивностях люминесценции некоторых драгоценных камней
при облучении их коротко- и длинноволновыми УФ, а также рентгеновски-
ми лучами.
Таблица 12.1.
Цвет люминесценции
Драгоценный камень при освещении УФ-лучами при освещении рентгеновскими лучами
длинноволновыми | коротковолновыми
Александрит (природ- ный, синтетический, и корунд синтетический со сменой цвета — ими- тация александрита) Красный Слабо-красный Инертен*
Алмаз Апатит (голубой) Голубой (с желтой фосфоресценцией), зеленый, розовый, красный, желтый Темно-синий до голубого Те же цвета, но более бледные Белесо-голубой, зеленый и желтый Слабый розовато-соломенный
Апатит (желтый) Сиреневый Сиреневый/розовый Розовато-белый/желтый
Апатит (зеленый) Горчично-желтый Слабо-горчичный Желтовато-белый
Апатит (фиолетовый) Зеленовато-желтый Бледный розовато- лиловый Яркий зеленовато-желтый с фосфоресценцией
Бенитоит Инертен1) или тускло-красный Ярко-голубой Голубой
ГГГ (гадолиниево-галли- евый гранат) Бледно-желтый Персиковый Сиреневый
Гидрогроссуляр Данбурит Инертен*) Голубой Инертен*) Бледно-голубой Оранжевый
НАГ (иттриево-алюми- ниевый гранат) Желтый Инертен Желтый
Изумруд (природный) Красный Красный Красный
Изумруд (синтетический) Интенсивный красный Красный Интенсивный красный
Кунцит Оранжевый Инертен*) Оранжевый
Опал Белый, зеленый (иногда), часто с фосфоресценцией Белый, зеленый (иногда) Зеленый (иногда)
Паста (стекло) Бледно-голубой и зеленый Голубой (иногда), зеленый Голубой (иногда), зеленый
Рубин (природный и синтетический) Красный Красный Красный (синтетический — с фосфоресценцией)
Сапфир (белый) Оранжевый Инертен*) Оранжевый
Сапфир (желтый из Шри-Ланки) Абрикосовый Абрикосовый Абрикосовый
Сапфир зеленый (синтетический) Красный Инертен*) Инертен*)
Сапфир (оранжевый синтетический) Красный Красный Красный
Сапфир (розовый при- родный и синтетический) Красный Красный Красный
Сапфир (синий из Шри-Ланки) Инертен1 Розовый Розовый
Сапфир (синий синтетический) Инертен1 Зеленый/голубой (иногда) Зеленый/голубой (иногда)
Скаполит Желтый/оранжевый Розовый/оранжевый Белый/фиолетовый/оранжевый
Шеелит Инертен1’ Голубой Голубой
Шпинель (бесцветная синтетическая) Инертна*) Голубой/белый Белый (иногда)
Шпинель (бледно-голубая природная) Зеленый (иногда) Инертна*) Зеленый (иногда)
Шпинель (желтая и неко- торые виды зеленой — синтетические) Ярко-зеленый Зеленый Зеленый
Шпинель (красная —при- родная и синтетическая) Красный Красный Красный
Шпинель (синяя и зеленая — синтетические) Розовый Розовый Розовый
Титанат стронция Инертен*) Инертен*) Инертен*)
Флюорит (разновидность Голубой, фиоле- Бледно-голубой, Голубой, фиолетовый (в некото-
«блуджон» инертна) товый фиолетовый рых образцах фосфоресценция)
CZ (кубический диоксид циркония) Абриковосо-оранжевый или желтоватый Абрикосово-оранжевый Белый и желтоватый
*) Не люминесцирует
Тест на пропускание коротковолнового УФ излучения 159
Другие формы люминесценции
В то время как фотолюминесценция возбуждается электромагнитным излу-
чением в видимом, УФ и рентгеновском диапазонах спектра, причины, вы-
зывающие появление триболюминесценции, катодолюминесценции и электро-
люминесценции, совершенно иные.
Триболюминесцирующие материалы обладают способностью светиться под
действием трения или истирания. Это иногда случается при огранке или рас-
пиливании алмаза и выражается в появлении голубой или красной флюорес-
ценции. Как только камень перестает быть в контакте с полирующей или рас-
пиливающей поверхностью, эффект тотчас же исчезает, что доказывает его
связь с трением, а не с нагревом.
Катодолюминесценция — это возникновение флюоресценции в некоторых
материалах, когда их бомбардируют пучком электронов в вакууме. Хотя по-
вседневным примером этого эффекта является светящийся экран телевизо-
ра, аналитическое приложение катодолюминесцеции было открыто только
при просмотре образцов в электронном микроскопе. Затем этот метод полу-
чил свое развитие как средство обнаружения редкоземельных элементов и
конкретных минералов в агломератах. Он используется также при изучении
кристаллографических характеристик и азотных пластинок («platelets») в ал-
мазах. В гл. 16 мы увидим, как катодолюминесценция применяется для иден-
тификации синтетических драгоценных камней.
Еще один вид люминесценции может возникать в материале при пропу-
скании через него электрического тока, и тогда про это вещество говорят, что
оно обладает электролюминесценцией. Природные голубые алмазы типа ПЬ
являются полупроводниками (т. е. их проводимость меньше, чем у проводни-
ков, и больше, чем у изоляторов). Один из способов отличить их от искусст-
венно окрашенных алмазов (которые не электропроводны) — приложить к
ним постоянное или переменное напряжение через амперметр. Во время те-
ста природные голубые алмазы часто проявляют электролюминесценцию,
связанную с прохождением тока через их кристаллическую решетку.
Тест на пропускание коротковолнового УФ излучения
Ранее упоминалось об эффекте тушения люминесценции, связанном с нали-
чием в материале оксидов железа. Присутствие этих оксидов определяет так-
же степень прозрачности материала к коротковолновому УФ излучению. По-
скольку большинство природных драгоценных камней всегда содержит не-
которое количество примеси железа, это не только уменьшает интенсивность
люминесценции минералов, содержащих такие активаторы, как хром, но и
сильно уменьшает прозрачность большинства природных камней к коротко-
волновому УФ диапазону.
До начала 1980-х гг. производители синтетических драгоценных камней
(шпинели, рубина, сапфира, александрита, изумруда) имели проблемы с вве-
дением оксидов железа в свою продукцию (см. гл. 15 и 16). В результате дан-
ные синтетические камни были гораздо более прозрачны к коротковолново-
160 Глава 12. Люминесценция, электрические и тепловые свойства драгоценных камней
му УФ излучению, чем их природные аналоги. Этот факт использовался в им-
мерсионной контактной фотографии. Метод определения прозрачности в
коротковолновом УФ излучении был первоначально предложен Б. Андерсо-
ном для выявления разницы в показателях преломления драгоценных кам-
ней, а затем развит Н. Дэем для различения природных и синтетических
изумрудов и рубинов.
При тестировании этим методом образец кладут (вместе с природным
камнем в качестве эталона) площадкой вниз на фотобумагу в затемненном
помещении. Затем камни и бумагу помещают на дно плоского сосуда с водой
и в течение нескольких секунд освещают коротковолновым УФ излучением
(благодаря воде лучи проникают в камень, а не отражаются от его граней).
Затем фотобумагу обрабатывают, и изображение эталонного камня будет
белым (поскольку он будет поглощать коротковолновое УФ излучение), тог-
да как изображение образца, если это синтетический камень, окажется чер-
ным с белой каймой. Хотя синтетические камни, которые стали производить
в более позднее время, содержат оксиды железа (например, синтетические
рубины Kashan) и тем самым делают такое исследование неэффективным, в
случае, когда исследуемый камень проявляет высокую прозрачность при ос-
вещении коротковолновыми УФ-лучами, результат представляет определен-
ную ценность.
Усовершенствованный тест на прозрачность камней к коротковолновому
УФ излучению был предложен позднее японской компанией Culty, разрабо-
тавшей прибор «Color Stone Checker» (рис. 12.7). Этот комбинированный при-
бор включает в себя измеритель коэффициента отражения, источник длинно-
и коротковолнового УФ излучения и УФ детектор. Он был разработан, чтобы
помочь менее опытным ювелирам отличить природные александриты, изум-
руды, рубины и сапфиры от их синтетических аналогов и имитаций.
Относительная прозрачность природных и синтетических камней изме-
ряется при размещении драгоценного камня над диафрагмой УФ осветителя
прибора. Кусочек шеелита под диафрагмой флюоресцирует, когда его дости-
Рис. 12.7. «Color Stone Checker» включает ульт-
рафиолетовый тестер, а также блок с длинно- и
коротковолновой лампами и измеритель коэф-
фициента отражения. (Culty)
Электрические свойства 161
гают коротковолновые УФ лучи, проходя через камень, а интенсивность этой
флюоресценции зависит от степени прозрачности исследуемого камня к уль-
трафиолетовым лучам. Фотодиод, расположенный сбоку от шеелита, преоб-
разует свечение в электрический сигнал, который фиксируется измеритель-
ным прибором. Подходящая калибровка позволяет определить, является ли
исследуемый камень природным (поглощает коротковолновое УФ излуче-
ние) или синтетическим (прозрачен к коротковолновому УФ излучению).
Как и в случае с иммерсионной контактной фотографией, синтетические
камни, содержащие оксид железа, сводят на нет возможности этого теста, по-
скольку результат будет таким же, как и у природного камня.
Электрические свойства
Хотя большинство драгоценных камней относится к изоляторам, существует
несколько камней (гематит, синтетический муассанит, синтетический рутил
и природный голубой алмаз типа ПЬ), которые обладают электропроводно-
стью и, если к ним приложить напряжение, проводят ток (рис. 12.8). О полу-
проводниковых свойствах природного голубого алмаза уже говорилось, и они
связаны с присутствием в его кристаллической решетке примесных атомов
бора. Для голубого алмаза, используя схему или тестер, приведенные на
рис. 12.8, можно определить, природная окраска у камня (проводит электри-
ческий ток) или искусственная, полученная в результате бомбардировки
атомными частицами, — в последнем случае камень не будет обладать элект-
ропроводностью.
Другое электрическое свойство, присущее некоторым минералам, в част-
ности кварцу и турмалину, — пироэлектрический эффект. Когда минералы-
пироэлектрики нагревают, они приобретают электрические заряды на проти-
Рис. 12.8. (Слева) Схема прибора для определения электропроводности драгоценных
камней. (Справа) Тестер для определения синтетического муассанита (Synthetic
Moissanite Megger Tester), разработанный Gemmological Instruments Ltd. Этот прибор
предназначен для определения наличия полупроводниковых свойств (связанных с при-
месями) у синтетического муассанита. Когда электродом зажимают шинку кольца, в ко-
тором закреплен камень, или рундист незакрепленного, а наконечником тестера прика-
саются к площадке, световой индикатор прибора меняет цвет на красный, если камень
электропроводен. Такой же результат получается и на природных алмазах типа ПЬ.
162 Глава 12. Люминесценция, электрические и тепловые свойства драгоценных камней
воположных концах своей кристаллографической оси. В этом отношении
весьма чувствительным является турмалин: достаточно нагрева солнечным
светом или лампами в витрине ювелирного магазина, чтобы он начал притя-
гивать пылинки.
Турмалин и кварц обладают также пьезоэлектрическими свойствами (этот
эффект был открыт Кюри в 1880 г.), т. е. приобретают электрический заряд в
результате механического сжатия в некоторых направлениях. Когда кусочек
кварца, разрезанный вдоль определенной оси, сжимают, на его противопо-
ложных гранях появляются положительный и отрицательный заряды. Если
кристалл растягивают, полярность зарядов меняется.
Пьезоэлектрические свойства кварца позволяют использовать его в каче-
стве электрического резонатора в колебательных контурах. Для этого из кри-
сталла вырезают пластину в одном из направлений, показанных на рис. 12.9.
Когда переменное напряжение прикладывают к металлическим электродам,
прикрепленным к двум плоским сторонам, кристалл начинает испытывать
механические колебания. Если частота переменного тока совпадает с собст-
венными механическими колебаниями пластины (что определяется ее разме-
рами), амплитуда колебаний резко возрастает. Это можно использовать для
точного контроля частоты колебаний в электрическом контуре (рис. 12.10).
Это же свойство используется в кварцевых часах и является причиной
спроса, которым пользуется синтетический кварц. Большинство природных
кристаллов кварца являются двойниками и непригодны для применения в ка-
честве пьезоэлектриков, поэтому необходимо получить несдвойникованный
искусственный материал (как определить, является кристалл кварца двойни-
ком или нет, мы увидим в гл. 16 применительно к синтетическому аметисту).
Пьезоэлектрические свойства кварца используются также в электро-меха-
нических преобразователях, в звукоснимателях проигрывателей и в генерато-
рах звуковых волн в зуммерах и высокочастотных репродукторах (примене-
ние в качестве звукоснимателей сейчас встречается реже, так как устройства
для прослушивания лазерных компакт-дисков заменили пьезоэлектрические
звукосниматели в проигрывателях).
Рис. 12.9. Пьезоэлектрический эффект в
кристалле кварца (а) приводит к появлению
механического напряжения вдоль осей К,
когда по осям X приложен электрический
заряд (б). Пластины, вырезанные, как пока-
зано на рисунке, используются в качестве
электрических осцилляторов. Пластина,
вырезанная перпендикулярно оси У, т. е.
смещенная на 30° относительно случая (в),
колеблется с большей легкостью, в частно-
сти на более низких частотах, чем пластина,
вырезанная перпендикулярно оси X
Теплопроводность и термическая инерция 163
Рис. 12.10. Простой колебатель-
ный контур, частота колебаний в
котором контролируется кристал-
лом кварца.
Еще одним электрическим свойством, присущим некоторым минералам,
является фотопроводимость. В минералах, обладающих этим свойством,
обычное высокое электрическое сопротивление уменьшается при облучении
его электромагнитным излучением, таким, как УФ и у-лучи. Полупроводни-
ковые алмазы, содержащие бор, проявляют фотопроводимость при воздейст-
вии у-лучей и используются в качестве детекторов излучения в условиях, ког-
да требуется чувствительный материал, устойчивый к коррозии (например,
монитор уровня радиации, аналогичный счетчикам Гейгера, для использова-
ния в активной зоне ядерного реактора).
Янтарь — трибоэлектрический материал, на поверхности которого при
трении возникает отрицательный электростатический заряд. Когда это про-
исходит, янтарь начинает притягивать мелкие кусочки папиросной бумаги.
Однако некоторые пластмассовые имитации янтаря тоже обладают этим
свойством, поэтому оно не может использоваться для идентификации янта-
ря без какого-либо дополнительного подтверждающего теста.
Теплопроводность и термическая инерция
Металлы обычно являются хорошими проводниками и тепла и электричества,
в то время как большинство драгоценных камней — плохие проводники тепла
и электричества. Наиболее ярким исключением из этого правила является ал-
маз, который проводит тепло во много раз лучше, чем медь и даже серебро, и,
за исключением природных голубых алмазов, не проводит электричество.
Эта способность алмаза проводить тепло широко применяется в элект-
ронной промышленности как эффективное средство для отвода тепла от
мощных полупроводниковых устройств в медные теплоотводы. И только в
1979 г. появились первые приборы для тестирования драгоценных камней, в
которых это свойство использовалось для идентификации алмаза (см.
рис. 1.6; на рис. 12.11 приведена более поздняя модель).
Чтобы сравнить относительные тепловые свойства драгоценных камней,
нужно вначале дать определения этим свойствам. Теплопроводность являет-
164 Глава 12. Люминесценция, электрические и тепловые свойства драгоценных камней
Рис. 12.11. Термический тестер
«Diamond Probe II». Две поверхности
тестера под измерителем служат для
проверки калибровки. В наконечнике
прибора использованы миниатюрные
термисторы. (Ceres Corp.)
ся мерой способности материала проводить тепло, тогда как термическая
инерция указывает на реакцию материала на периодический (циклически
меняющийся) нагрев. Чтобы объяснить аномалии, которые встречаются при
определении относительной теплопроводности драгоценных камней с по-
мощью некоторых приборов, Б. Гувер предположил, что эти приборы факти-
чески измеряют не удельную теплопроводность, а термическую инерцию.
Поэтому было решено, что более точным названием для таких приборов бу-
дет «измеритель теплопроводности». Однако нужно помнить, что в более
простых приборах используется постоянный, а не переменный источник теп-
ла и исследуемые камни проводят тепло от наконечника в металл оправы, а в
случае незакрепленных камней — в металлический теплоотвод инструмента.
Удельная теплопроводность измеряется в ваттах, деленных на метр и на
градус Цельсия (Вт • м-1 • °C-1). У алмаза при комнатной температуре она из-
меняется от 1000 Вт • м-1 • °C-1 для алмазов типа I до 2600 Вт • м-1 • °C-1 для ал-
мазов типа Па. Ближайший к алмазу драгоценный камень с высокой тепло-
проводностью — синтетический муассанит — характеризуется значением
удельной теплопроводности 200—500 Вт • м-1 • °C-1, далее следует корунд —
40 Вт • м-1 • °C-1. Таким образом, эту величину можно использовать как диаг-
ностическую характеристику для алмаза, позволяющую отличить его от ими-
таций, приведенных в табл. 12.2. В таблице также указаны некоторые кри-
сталлические материалы, обладающие анизотропией теплопроводности.
Таблица 12.2.
Минерал Удельная теплопроводность, Вт • м-1 • °C-1
Алмаз 1000-2600
Синтетический муассанит 200-500
Серебро 430
Медь 390
Золото 320
Платина 70
Корунд 40*
Циркон (высокий) 30*
ИАГ 15
ГГГ 8
Рутил 8*
Кварц 8*
CZ 5
Стекло 1
* Среднее значение теплопроводности в направлении осей с и а.
Тестеры для определения теплопроводности 165
Тестеры для определения теплопроводности
Типичный алмазный тестер, измеряющий теплопроводность (рис. 12.12), со-
стоит из наконечника, металлический кончик которого нагревается элект-
ронным способом, и контрольного блока, состоящего из электрической цепи
для определения падения температуры при соприкосновении наконечника с
поверхностью алмаза. Аналогичного падения температуры не может быть ни
у одной из алмазных имитаций (природной или искусственной), так как они
проводят или поглощают тепло хуже, чем алмаз (правда, синтетический
муассанит по теплопроводности ближе к алмазу, чем другие имитации, и по-
этому возможна ошибка при использовании тестеров с низкой чувствитель-
ностью). Потеря тепла наконечником при соприкосновении с алмазом
фиксируется с помощью стрелочного индикатора, цифрового дисплея или
светового сигнала. Иногда визуальная индикация усиливается звуковым сиг-
налом.
Метод нагрева наконечника и определения его температуры может осуще-
ствляться с помощью одного или двух термисторов (компонент электриче-
ской цепи, сопротивление которого меняется пропорционально изменению
температуры) или с помощью резистивного нагревателя и термопары (спай
двух различных металлов, на контакте которых возникает электрическое на-
пряжение, пропорциональное его температуре). Металлическая пластина
при исследовании обычно действует как теплоотвод для незакрепленных
камней массой менее половины карата. В случае закрепленных камней тепло
переходит через камень (если это алмаз) в оправу.
Металлы, используемые для оправ драгоценных камней, имеют удельную
теплопроводность, близкую к ее значениям для алмаза (см. табл. 12.2), и если
наконечник случайно коснется оправы, может появиться ложный сигнал,
как бы указывающий на то, что это алмаз. Чтобы избежать подобной ошиб-
ки, в некоторых тестерах специальная встроенная система подает звуковой
сигнал в том случае, если наконечник коснется металла. При этом возникает
небольшое электрическое напряжение между наконечником тестера и его
металлическим кожухом. Если оправу камня держать в одной руке, а нако-
Рис. 12.12. Три портативных тестера для
определения теплопроводности, работаю-
щие на батарейках.
166 Глава 12. Люминесценция, электрические и тепловые свойства драгоценных камней
Рис. 12.13. «Duotester» — прибор, объе-
диняющий рефлектометр и тестер тепло-
проводности. На выдвижной дощечке сле-
ва представлен ряд имитаций, которые
используются для проверки калибровки
прибора. На боковой панели справа пред-
ставлены типичные значения коэффици-
ента отражения, которые выводятся на
дисплей на лицевой панели прибора.
(Presidium Diamond Corp.)
Рис. 12.14. Прибор «Альфа-тест» явля-
ется тестером теплопроводности для ря-
да драгоценных камней (в том числе
алмаза и его имитаций). (H.S.Walsh &
Sons Ltd)
нечник — в другой, незначительный электрический ток пройдет через тело
исследующего камень человека, когда наконечник коснется металлической
оправы. Этот ток и активирует зуммер.
Поскольку свойственные измерителям теплопроводности преимущества
и недостатки хорошо дополняют особенности рефлектометров, некоторые
производители объединяют оба метода в одном приборе (рис. 12.13).
Хотя большинство тестеров по теплопроводности разработано для разли-
чения алмаза и его имитаций, выпускается и несколько других приборов,
которые идентифицируют и те и другие драгоценные камни по их теплопро-
водности (рис. 12.14). За исключением алмаза и синтетического муассанита,
драгоценные камни характеризуются очень ограниченным диапазоном зна-
чений теплопроводности от стекла (1,0) до корунда (40). Поэтому такие при-
боры должны обладать большой чувствительностью, для того чтобы уловить
очень малые различия, и их использование требует соблюдения определен-
ных условий. В помещении, где проводятся измерения, не должно быть
сквозняков и должна поддерживаться определенная температура. Сам драго-
ценный камень перед исследованием должен иметь устойчивую температуру
(обычно температуру тела), а наконечник должен касаться поверхности кам-
ня под прямым углом.
Метод, используемый для определения теплопроводности драгоценных
камней в таком узком диапазоне значений, достаточно прост. Когда наконеч-
ник приходит в контакт с драгоценным камнем и его температура начинает
падать, вначале она достигает определенного уровня, при котором включает-
ся электрическая цепь таймера. На следующем, более низком уровне темпе-
Тестеры для определения теплопроводности 167
ратуры цепь выключается и относительная теплопроводность драгоценного
камня выводится на цифровой дисплей как временной интервал между дву-
мя температурными уровнями. Чем выше теплопроводность камня, тем ко-
роче временной интервал и меньше числовое значение. Однако, так же как
многие камни имеют близкие или перекрывающиеся значения удельного ве-
са и показателя преломления, существует много камней с близкими или пе-
рекрывающимися значениями теплопроводности. Поэтому использование
такого типа приборов ограничивается идентификацией весьма небольшого
количества камней, а в случае очень мелких закрепленных камней дает толь-
ко общую ориентацию, если их нет возможности проверить с помощью более
обычного оборудования.
Хотя в общем разница между теплопроводностью природных драгоцен-
ных камней и их синтетических аналогов невелика, этот более чувствитель-
ный тип прибора можно использовать для того, чтобы различить природный
изумруд и синтетические продукты фирм Chatham, Crescent Vert, Gilson,
Lennix, полученные методом кристаллизации из раствора в расплаве, так как
последние имеют вдвое большую теплопроводность, чем природный камень.
Синтетические изумруды, выращенные гидротермальным методом (такие,
как Biron, Lechleitner/Linde), также обладают лучшей теплопроводностью,
чем природный, но разница не столь значительна, как в первом случае.
Прибор «Альфа-тест» мог бы помочь отличить алмаз от недавно появив-
шейся его имитации — синтетического муассанита. Поскольку теплопровод-
ность синтетического муассанита ближе к теплопроводности алмаза, чем
других имитаций, даже с помощью этого прибора он может быть ошибочно
диагностирован как алмаз. (Другой метод тестирования иллюстрирует
рис. 12.8.)
«Альфа-тест» можно также использовать для разделения зеленовато-ко-
ричневого перидота от сингалита, удельный вес, показатель преломления и
двупреломление которых настолько близки, что различить эти камни очень
трудно (теплопроводность сингалита вдвое выше, чем перидота, и дает более
низкое значение на дисплее прибора «Альфа-тест»).
Глава 13
Ручные линзы, микроскоп и фильтр Челси
В конце гл. 1 было сказано о большом количестве приборов для тестирова-
ния драгоценных камней, которые сейчас доступны геммологу и ювелиру.
Некоторые из них уже описаны и проиллюстрированы в предыдущих гла-
вах. Несмотря на сложность и изощренность многих из них, возможно, наи-
более полезны и часто используются ручные линзы, или лупы, как их часто
называют.
Типы луп
Идеальным увеличением для ручной линзы является десятикратное 10х (т. е.
размер объекта увеличивается в 10 раз) — этого достаточно, чтобы различить
большинство внутренних и внешних особенностей драгоценного камня (это
увеличение является также стандартным для определения чистоты брилли-
анта). Существуют лупы и с более значительным увеличением (до 25х), но их
трудно сфокусировать, они имеют ограниченное поле зрения и рабочее рас-
стояние (расстояние между лупой и драгоценным камнем), и все это ослож-
няет их использование.
Проблемами одинарных луп с увеличением более Зх являются искаже-
ние изображения и цветные ореолы. Поэтому все лупы высокого качества, в
частности те, которые используются при оценке бриллиантов, являются со-
ставными и обычно содержат три элемента. Такие лупы называются «трип-
летами», и в них скорректированы хроматическая и сферическая аберрации
(рис. 13.1).
Рис. 13.1. Компоненты ручной лупы — триплета.
Типы луп 169
Рис. 13.2. Дисперсия света в
линзе, приводящая к появле-
нию хроматической аберрации.
Рис. 13.3. Периферийная часть
линзы создает сферическую абер-
рацию.
Хроматическая аберрация, т. е. искажение, вызывающее появление цвет-
ных ореолов вокруг изображения, является результатом дисперсии света в
стекле, из которого изготовлена линза (рис. 13.2). Качественная скорректиро-
ванная лупа состоит из двух линз, имеющих разную дисперсию. Одна линза
двояковыпуклая, другая двояковогнутая. Поскольку дисперсия линз различ-
ная, все компоненты белого света будут сфокусированы в общем фокусе. Со-
ставная лупа такого типа называется ахроматической.
Сферическая аберрация, возникающая в сильно выпуклых линзах с боль-
шим увеличением, вызывается тем, что плоскость, в которой фокусируются
лучи, проходящие через края линзы, несколько отличается от той плоскости,
в которой лежит фокус лучей, проходящих через центральную часть линзы
(рис. 13.3). В результате периферийная часть изображения при просматрива-
нии предмета через лупу может оказаться размытой, а иногда и искаженной.
Сферическая аберрация корректируется использованием составной лупы
(поверхности составных частей должны иметь разную кривизну), что позво-
ляет достичь желаемого увеличения. Такие лупы называются апланатические.
Термином «апохроматический» называют систему линз, в которой скоррек-
тированы и хроматическая и сферическая аберрации.
Даже у высококачественных луп-триплетов с одинаковым увеличением
поле зрения бывает различным, и, если прибор все время в работе, лучше ис-
пользовать системы линз с широким полем зрения.
Студент-геммолог вначале испытывает некоторые проблемы в использо-
вании 10-кратной лупы. Они связаны с необходимостью держать драгоцен-
ный камень и лупу перед глазом в определенном положении, для того чтобы
получить сфокусированное изображение. Лучший способ избежать этих труд-
ностей — располагать лупу близко к глазу (чтобы рука, которая держит лупу,
была устойчива, можно опираться ею о щеку или нос), а другой рукой переме-
щать драгоценный камень (держа его пинцетом) или ювелирное изделие, при-
ближая его к лупе, пока оно не окажется в фокусе. Чтобы рука, держащая ка-
170 Глава 13. Ручные линзы, микроскоп и фильтр Челси
Рис. 13.4. Автор демонстрирует, как
держать ручную лупу и пинцет с макси-
мальной устойчивостью.
мень, не подрагивала, можно опираться ею на руку с лупой (рис. 13.4). Если вы
носите очки, лупу нужно держать как можно ближе к ним.
Здесь уместно упомянуть об одном физиологическом аспекте. Если вы со-
бираетесь пользоваться ручной лупой в течение нескольких часов подряд,
нужно научиться держать открытым другой глаз (и игнорировать то, что он
видит), что предохранит его от каких-либо изменений, которые могут воз-
никнуть при длительной работе.
Для всех луп очень важную роль играет освещение, под которым рассмат-
ривается камень. Используемые для освещения камня лампы должны уста-
навливаться так, чтобы свет падал на камень сбоку, а не прямо в глаза. Любые
особенности внутреннего строения драгоценного камня будут лучше видны
на фоне темной подложки. Такой тип освещения называют «темным полем»,
и мы вернемся к нему дальше в этой главе применительно к микроскопу.
Некоторые ручные лупы объединяют с источниками света на батарейках,
обеспечивающими освещение по типу темного поля и падающий свет (осве-
щение сверху) (рис. 13.5). В других моделях предлагается различное увеличе-
ние за счет дополнительных линз (рис. 13.6). Если работа с лупой продолжа-
Рис. 13.5. Две лупы-триплета 10х с осве-
тителями. Лупы можно поворачивать под
необходимым углом к источнику света на
батарейках, обеспечивающему освещение
для работы в темном поле и отраженном
свете. (Nebula)
Рис. 13.6. Различные ручные лупы.
Нижняя снабжена дополнительной
линзой, изменяющей увеличение
главной линзы от 10х до 25х.
Типы микроскопов 171
Рис. 13.7. Лупа для очков (Behr). Увеличе-
ние одинарной линзы 2х, сдвоенной 10х.
Рис. 13.8. Налобная лупа Opti-
visor. (R. Rubin and Son)
ется долгое время, можно использовать линзы, которые прикрепляются к оч-
кам (рис. 13.7), и налобную лупу, преимущество которой, хотя она и имеет
увеличение меньше 10х, в том, что она бинокулярная (рис. 13.8). Обе эти мо-
дели хороши тем, что оставляют руки свободными для других необходимых
действий.
Типы микроскопов
По сравнению с лупой, при работе с которой увеличение, механическая ус-
тойчивость и освещение являются лимитирующими факторами, микроскоп
имеет ряд преимуществ. Многие геммологи предпочитают именно этот инс-
трумент, хотя для предварительного осмотра лупа имеет преимущества, свя-
занные с ее портативностью. Принято считать, и не без оснований, что для
геммологического анализа требуется следующее трио: микроскоп, рефракто-
метр и спектроскоп. В связи с тем что современные модели микроскопов яв-
ляются в основном стереоскопическими и бинокулярными, исследователь
может проводить за микроскопом без напряжения длительное время, иссле-
дуя внутреннее строение драгоценных камней, в частности в сложных случа-
ях — диагностику синтетических камней. На рис. 13.9 приведена принципи-
альная схема стандартного стереомикроскопа. Как и в случае ручных луп,
при использовании микроскопа нужно учесть несколько важных факторов
(не говоря уже о его цене!). Это — увеличение, поле зрения, рабочее расстоя-
ние и освещение.
Чем больше увеличение микроскопа, тем меньше поле зрения и рабочее
расстояние (т. е. расстояние между основанием объектива и образцом). Плюс
к этому глубина резкости (т. е. расстояние, в пределах которого изображение
находится в фокусе) становится меньше при возрастании увеличения. По
этим причинам максимальное увеличение для геммологических работ нахо-
дится в пределах 60х — 80х, основной же рабочий диапазон увеличения
15х — ЗОх. Микроскопы (как и лупы), которые используются для оценки чис-
тоты бриллиантов, должны иметь стандартное увеличение 10х.
172 Глава 13. Ручные линзы, микроскоп и фильтр Челси
Рис. 13.9. Схема, показы-
вающая элементы типично-
го стереомикроскопа и про-
хождение в нем светового
луча. Нижняя лампа исполь-
зуется для освещения мето-
дом темного поля.
эис. 13.10. В держателе
Рейнера используется пру-
кинный зажим камня. Осно-
вание можно снять и закре-
тить держатель в гнезде на
гголике микроскопа. (Gem-
mological Instruments Ltd)
’ При исследовании драгоценных камней маленькой, но важной принад-
лежностью микроскопа является держатель камня (рис. 13.10). Он дает воз-
можность надежно держать камень в любом положении во время исследова-
ния, а также поворачивать и перемещать его в поле зрения. Держатель камня
должен быть съемным, чтобы можно было легко помещать камень в его зажи-
мы вне микроскопа.
Хотя большинство современных моделей микроскопов являются биноку-
лярными, они делятся на два типа: микроскопы, имеющие одну систему линз
Светлое поле, темное поле и падающий свет 173
объектива — изображение в них разделяется на два окуляра, — и более доро-
гостоящие стереомикроскопы, имеющие две системы линз объектива, каж-
дая из которых соединена с соответствующим окуляром. Существует также
два основных типа стереомикроскопа: в одном используется система
Greenough с двумя наборами фокусирующей оптики, а в другом, более доро-
гом, применяются две параллельные оптические системы. Оба типа дают
прямое (правильно ориентированное) изображение.
Во многих из выпускаемых микроскопов система линз объектива имеет
переменное фокусное расстояние, что позволяет плавно изменять его увели-
чение (zoom). Однако для работ, связанных с определением размеров камня,
лучше использовать микроскоп с револьверной головкой с несколькими объ-
ективами при фиксированном увеличении. В качестве компромисса можно
использовать микроскопы с плавным изменением увеличения, снабженные
указателем на определенном увеличении.
Общее увеличение микроскопа определяют, умножая увеличение окуляра
на увеличение объектива. Если к объективу прикреплена дополнительная
линза, ее увеличение также нужно учесть и ранее полученный результат умно-
жить на эту величину. Рабочее расстояние и диаметр поля зрения уменьшают-
ся прямо пропорционально повышению увеличения линзы объектива. Смена
окуляров влияет на размер поля зрения, но не меняет рабочее расстояние.
Хотя здесь приведены детали конструкции обычного геммологического
микроскопа, студентов, обучающихся в Британской геммологической ассо-
циации, предупреждают, что все, что необходимо знать, — это описание мик-
роскопа и его применение, а детали конструкции им знать необязательно.
Светлое поле, темное поле и падающий свет
В отличие от простейших монокулярных моделей большинство микроскопов
имеют встроенные в столик осветители. Это может быть лампа под столиком
и рассеивающая пластина (рис. 13.11). Дополнительно можно использовать
Рис. 13.11. Недорогой стереомикроскоп Бенсона, в
котором используется падающий свет от кварцево-гало-
генной лампы, расположенной позади объектива. В
столике имеются осветители для работы в темном и
светлом поле (Gemmological Instruments Ltd).
174 Глава 13. Ручные линзы, микроскоп и фильтр Челси
Рис. 13.12. Микроскоп «Ргоарех Stereo Zoom
6». Падающий свет обеспечивается закреплен-
ным осветителем, имеющим скорректирован-
ную по цвету флюоресцентную лампу. В столи-
ке имеются осветители для работы в темном и
светлом поле. (Gemmological Instruments Ltd)
ирисовую диафрагму для изменения размера освещенной площади. В более
дорогих моделях применяется освещение падающим светом или же освеще-
ние, создающее светлое и темное поле, — два последних осветителя располо-
жены под столиком (рис. 13.9 и 13.11).
При работе в светлом поле свет проходит через образец и попадает в объек-
тив микроскопа. Когда используется освещение для работы в темном поле, от-
ражающая пластина размещается над лампой, не давая свету попасть прямо в
объектив, и свет направляется на образец сбоку с помощью зеркала. Такое ос-
вещение можно также получить с помощью одного-двух горизонтально рас-
положенных источников света или световодов. Для серьезных геммологиче-
ских работ освещение по типу темного поля — лучший способ освещения, так
как при просмотре на темном фоне лучше выявляются особенности внутрен-
него строения драгоценного камня (включения, трещины напряжения и т. д.).
Для освещения падающим светом часто используют отдельную лампу
(или лампы), закрепленную над столиком и снабженную отражателем или
линзой для получения сфокусированного пятна. Если имеется внешний ис-
точник света, для этой цели пригодны световоды. Для оценки цвета брилли-
антов служит скорректированная по цвету флюоресцентная лампа
(рис. 13.12), которая дает освещение, аналогичное дневному (описываемое в
северном полушарии как «дневной свет с северной стороны»).
Точечное освещение и способ затенения
Точечное освещение — еще один способ освещения, при котором свет попада-
ет внутрь камня и позволяет выявить различные включения. При освещении
падающим светом большой площади значительная часть света отражается об-
ратно от поверхности камня. В случае точечного освещения с помощью
Иммерсионный метод 175
световода создается световой пучок малого диаметра, но высокой интенсив-
ности с минимальным обратным рассеянием.
В способе затенения между источником света и образцом вводится не-
прозрачный черный экран. Улучшающую изображение контрастность, до-
стигаемую затенением, в самом простом случае можно получить, используя
ирисовую диафрагму микроскопа и тем самым ограничивая освещенную
площадь. Однако главный геммолог ГИА Дж. Койвула усовершенствовал
этот способ таким образом, что дифракция и рассеяние света на краях экра-
на позволяют усилить контрастность включений, показатель преломления
которых не такой, как у кристалла-хозяина.
Рассеянный свет, возникающий на краях экрана, проходит через кристалл
до тех пор, пока не достигнет включений, имеющих иную оптическую плот-
ность. Часть лучей отражается от объектива микроскопа и вызывает потемне-
ние этой части изображения, а та часть включения, через которую свет про-
шел, преломившись, выглядит светлой, что в целом приводит к повышению
контрастности изображения. Затенение достигается при использовании про-
ходящего света и введении непрозрачного экрана соответствующих формы и
размеров между источником света и образцом. Экран затем медленно пере-
двигают поперек поля зрения, пока не появится затенение и включение не
станет более контрастным по сравнению с кристаллом-хозяином.
Иммерсионный метод
В гл. 7 упоминалось, что драгоценный камень «исчезает», если его погрузить
в иммерсионную жидкость с близким значением показателя преломления.
Это явление обусловлено соотношением между отражательной способно-
стью материалов и его показателем преломления согласно формуле Френеля
(л-Л)2
Коэффициент отражения------,
(п + А)2
где п — показатель преломления образца, а А — показатель преломления ок-
ружающей его среды.
Когда значение А показателя преломления иммерсионной жидкости при-
ближается к значению п, отражение света от поверхности камня падает до ну-
ля и, если только камень не имеет очень яркой окраски, он становится почти
невидимым. Но для изучения таких особенностей камня, как наличие вклю-
чений внутри него, это даже удобно. Одной из проблем, возникающей при
освещении изучаемого камня, является отражение от его поверхности значи-
тельной доли падающего света. Из-за этого бывает особенно трудно осветить
ограненный камень так, чтобы можно было изучать его внутреннее строение.
Если же камень погрузить в иммерсионную жидкость с близким показателем
преломления, лучи света уже не будут отражаться от его поверхности, а про-
никнут в камень, осветив его внутреннюю часть.
Уменьшение отражения от поверхности достигается погружением камня в
иммерсионную кювету (см. рис. 9.21), содержащую жидкость с подходящим
176 Глава 13. Ручные линзы, микроскоп и фильтр Челси
Рис. 13.13. (Слева) Стереомикроскоп
KAI 1 с переменным фокусным расстоя-
нием имеет основной диапазон увеличе-
ния 10—40х. Это горизонтальная модель
для применения иммерсионного мето-
да, но легко трансформируется в верти-
кальную модель (Kriiss). (Вверху) Гори-
зонтальный иммерсионный микроскоп
М-55 с увеличением от 3,6 до 98х.
показателем преломления (даже вода дает некоторое улучшение). В табл. 13.1
дан перечень иммерсионных жидкостей с их показателями преломления.
Таблица 13.1.
Иммерсионная жидкость Показатель преломления Иммерсионная жидкость Показатель преломления
Вода 1,33 Бромоформ 1,59
Спирт 1,36 Йодобензин 1,62
Скипидар 1,47 Монобромнафталин 1,66
Бензилбензоат 1,56 Дийодометан (йодистый метилен) 1,74
Примечание: Пористые камни, такие, как опал и бирюза, или камни с трещинами, достигающи-
ми поверхности, нельзя погружать в эти жидкости, так как в результате может произойти их
обесцвечивание. Такие жидкости, как бензилбензоат, являются сильными растворителями и мо-
гут растворить цемент в составных камнях. Жидкости рекомендуется фильтровать перед упот-
реблением, чтобы плавающие в них частицы не искажали вид погруженного камня.
Некоторые микроскопы предназначены специально для работы с иммер-
сионными жидкостями, и система линз в них расположена так, что свет по-
падает в объектив по горизонтали (рис. 13.13). Это делается для того, чтобы
держатель камня можно было ввести в иммерсионную кювету вертикально. В
случае более традиционного вертикального микроскопа высота кюветы дол-
жна быть ограничена, так чтобы можно было ввести в нее пинцет с камнем.
Дополнительное применение микроскопа
Многие производители микроскопов разрабатывают свои приборы на основ-
ной базе, меняя оптические головки, подставки, источники света и различ-
ные дополнительные приспособления. Это позволяет применять микроско-
Дополнительное применение микроскопа 177
Рис. 13.14. Двойной поляриза-
ционный фильтр можно закрепить
на иммерсионной кювете микро-
скопа и использовать как поляри-
скоп. (Eikhorst)
пы в сочетании с другими дополнениями для различных целей. Дополнения
к микроскопам многочисленны и включают поляризационные фильтры
(рис. 13.14), цветные и нейтральные фильтры с различной оптической плот-
ностью, видеокамеру (рис. 13.15), устройства для записи и экраны.
Из перечисленного наиболее полезным в геммологии является поляриза-
ционный фильтр. Микроскоп можно использовать как полярископ, поме-
стив один фильтр (в качестве поляризатора) между источником света и образ-
цом, а второй (в качестве анализатора) — перед объективом. Эти фильтры
нужно привести в затемненное положение, чтобы выявить наличие внутрен-
них напряжений (по появлению аномального двупреломления), определить,
изотропный или двупреломляющий ли это камень и имеет ли он микрокри-
сталлическое или поликристаллическое строение. Если один из фильтров
удалить, второй можно использовать для выявления дихроизма, а также для
усиления контрастности включений.
Рис. 13.15. Видеокамера, присоединенная к тринокулярному микроскопу, позволя-
ет получить на экране увеличенное изображение. (Eikhorst)
178 Глава 13. Ручные линзы, микроскоп и фильтр Челси
С помощью различных дополнительных приспособлений микроскоп мо-
жет служить для решения самых разных задач:
1. Изучение внутренних особенностей драгоценного камня и определе-
ние наличия включений и структур роста, что помогает установить,
природный это камень или синтетический.
2. Изучение поверхности драгоценного камня для определения качества
огранки.
3. Выявление дихроизма (с поляризационным фильтром на объективе).
4. Выявление двупреломления — с использованием двух поляризацион-
ных фильтров: поляризатора и анализатора.
5. Анализ спектров с применением спектроскопа, помещенного в окуляр.
6. Оценка цвета бриллиантов в отраженном свете с использованием ис-
точника дневного света.
7. Оценка чистоты бриллиантов с увеличением 10х.
8. Оценка показателя преломления «прямым методом» (деление дей-
ствительной глубины камня на кажущуюся).
9. Измерение пропорций драгоценного камня и углов между гранями с
помощью окулярной сетки.
10. Микрофотография с использованием фотоаппарата и видеосъемка с
помощью видеокамеры, присоединенной к микроскопу.
Предосторожности при использовании микроскопа
1. Старайтесь (при фокусировке) не касаться образца при опускании объ-
ектива — вы можете при этом поцарапать линзы. Лучше начинать на-
страивать микроскоп без образца. Точную фокусировку потом можно
произвести при удалении объектива от образца. Легче производить фо-
кусировку при минимальном увеличении микроскопа, а затем увели-
чить его, если это необходимо.
2. Будьте осторожны при работе с иммерсионными жидкостями. Некото-
рые из них разъедают поверхность, и любая пролитая капля должна
быть немедленно удалена.
3. Содержите микроскоп чистым, очищайте его от пыли. Линз микроскопа
нельзя касаться пальцами — при необходимости воспользуйтесь специ-
альной тканью для удаления пыли с внешних линз окуляров и объектива.
4. Когда микроскоп не используется, накрывайте его чехлом.
Фильтр Челси
Простое приспособление, называемое фильтром Челси (рис. 13.16) и разра-
ботанное в 1934 г. Б. Андерсоном и Ч. Пейном совместно с группой геммоло-
гов в Политехническом колледже Челси в Лондоне, позволяет отличить
изумруд от многих его имитаций.
Этот оригинальный фильтр состоит из двух тщательно соединенных же-
латиновых фильтров, которые пропускают темно-красный и поглощают
Фильтр Челси 179
Рис. 13.16. Фильтр Челси пропу-
скает свет в красном и зеленом диа-
пазонах спектра соответственно про-
пусканию изумрудом света в красной
области и поглощению в желто-зеле-
ной (Gemmological Instruments Ltd)
желто-зеленый свет. Когда ярко освещенные зеленые камни просматривают
через этот фильтр, изумруды становятся отчетливо красными или розовыми
(в зависимости от интенсивности окраски камня), тогда как их имитации вы-
глядят зелеными. То, что изумруд выглядит красным или розовым, связано с
наличием в нем окрашивающей примеси — хрома. Впоследствии стали ис-
пользовать одиночный желатиновый фильтр Илфорда, который имеет «ок-
но» пропускания и в красной, и в зеленой областях.
Когда на рынке появились синтетические изумруды, фильтр Челси стал
менее надежным инструментом, так как синтетический продукт также содер-
жит хром и выглядит через этот фильтр красным; хотя красный цвет в этом
случае, как правило, является более интенсивным, существуют некоторые
природные изумруды, в частности из ЮАР, у которых невозможно увидеть
розовый цвет при просмотре через этот фильтр.
Фильтр Челси не вполне подходит для идентификации граната деманто-
ида и зеленого циркона, которые, как и изумруд, выглядят в этом фильтре
розовыми. Однако оба этих камня отличаются от изумруда по показателю
преломления (их значения находятся за пределами стандартной шкалы ре-
фрактометра) и в отличие от изумруда они тонут в бромоформе. Зеленый
турмалин, особенно отожженный, иногда также используется как имитация
изумруда. Хотя некоторые зеленые турмалины содержат хром и, как и изум-
руд, выглядят розовыми в фильтре Челси, их легко идентифицировать по их
показателю преломления. Кроме того, изумруд плавает в бромоформе, а
турмалин тонет.
Несмотря на несовершенство проверки изумрудов с помощью фильтра
Челси, этот фильтр все-таки играет некоторую вспомогательную роль в ди-
агностике. Окрашенные кобальтом синтетические и искусственные мате-
риалы (такие, как синтетическая шпинель и голубое кобальтовое стекло,
имитирующее аквамарин, сапфир и голубой циркон) при просмотре через
этот фильтр выглядят красными в отличие от драгоценных камней, которые
они имитируют. За исключением розового смитсонита и редкой синей
шпинели, не существует природных драгоценных камней, содержащих
кобальт, так что этот тест может дать основания предполагать наличие син-
тетических камней. Но и здесь есть исключение — некоторые синие сапфи-
ры из Шри-Ланки содержат столько хрома, что выглядят розовыми под
фильтром Челси.
180 Глава 13. Ручные линзы, микроскоп и фильтр Челси
При использовании фильтра Челси очень важно освещать камень интен-
сивным светом лампы накаливания. Для достижения наилучшего эффекта
фильтр нужно держать близко к глазу (не на расстоянии руки!). Полученные
результаты не являются определяющими и всегда требуют проведения под-
тверждающих тестов.
Обращение с драгоценными камнями
Пинцеты, или щипцы для камня, как их иногда называют, — основной инстру-
мент геммолога, которым он держит камень. Так же как вначале трудно есть
палочками, так и пинцетом сначала правильно пользоваться не просто. Про-
блемы совершенно аналогичны. Во-первых, нужно взять драгоценный ка-
мень так, чтобы он надежно удерживался пинцетом; во-вторых, нужно сжать
пинцет так, чтобы не повредить камень. Если сжимать пинцет слишком силь-
но, камень может из него вылететь (в такую ситуацию лучше не попадать на
практическом экзамене!).
Хотя начинающим может казаться, что легче пользоваться цанговым
пинцетом с лапками (рис. 13.17), такой пинцет скрывает часть камня и, в
случае если нужно оценить чистоту бриллианта, это может повлиять на ито-
говую оценку. Уверенность в этом пинцете замедлит освоение обычного
пинцета.
Рис. 13.17. Цанговый пинцет с че-
тырьмя лапками.
Рис. 13.18. Набор пинцетов. Пинцет
в середине имеет скользящий зажим,
позволяющий держать камень, не сжи-
мая пинцет пальцами. Два пинцета
справа от него — обратного действия.
Обращение с драгоценными камнями 181
Выбирая пинцет, студенты могут быть удивлены их разнообразием
(рис. 13.18). Для геммологических целей лучше всего начать с пинцета дли-
ной 150 мм, имеющего слегка закругленные (а не точечные) концы. Внут-
ренняя поверхность кончиков для лучшего захвата камня должна иметь на-
резку.
Лучший способ взять камень — сначала положить его площадкой вниз на
плоскую твердую поверхность и держать пинцет параллельно этой поверхно-
сти. Камень нужно слегка сжать кончиками пинцета точно по центральной
линии рундиста. Чтобы можно было крепче удерживать камень, в некоторых
пинцетах на внутренней поверхности кончиков вырезана бороздка парал-
лельно длине пинцета.
Совок для драгоценных камней — другое очень полезное приспособление
для захвата камней, в частности если вы имеете дело с несколькими камнями
и их нужно быстро собрать, чтобы положить в пакет. Несколько маленьких
латунных хромированных совочков, используемых геммологами, показано
на рис. 13.19.
Те, кто связан с торговлей драгоценными камнями, должны уметь пользо-
ваться специальными пакетами для хранения камней. Пакеты для драгоцен-
ных камней и пакеты для алмазов производятся нескольких размеров. Наи-
более популярны пакеты № 2 размерами 4x2 дюйма (102 х 51 мм), в которых
можно хранить до 50 камней массой 1 кар. Пакеты обычно выстланы внутри
тканью, которая предохраняет содержимое пакета и иногда слегка окрашена,
являясь подложкой для цветных камней.
Рис. 13.19. Совочки для дра-
гоценных камней. (R. Rubin
and Son)
182 Глава 13. Ручные линзы, микроскоп и фильтр Челси
Рис. 13.20. Размеры и последова-
тельность складывания пакета № 2
для драгоценных камней. Размеры
указаны в дюймах.
Рис. 13.21. Так нужно держать открытый па-
кет при пересыпании в него камней (см. текст).
Пакеты для камней складываются очень просто, и геммологи и ювелиры
могут сложить их сами (рис. 13.20). Когда вы высыпаете камни из пакета, его
можно развернуть так, чтобы левый и нижний клапаны оставались в таком
положении, которое нужно, чтобы удерживать камни. Камни можно высы-
пать прямо на совок или на любую поверхность. Аналогичным образом их
можно легко пересыпать из совочка в полуоткрытый пакет (как показано на
рис. 13.21), прежде чем вновь завернуть его.
Глава 14
«Облагораживание» драгоценных камней
Каждый начинающий изучение геммологии должен иметь в виду, что улуч-
шение внешнего вида камня человеком проводится с использованием совре-
менных высоких технологий. Хотя многие виды обработки, используемой
для улучшения цвета, а соответственно и для увеличения стоимости камня,
разработаны сравнительно недавно, искусственное улучшение внешнего ви-
да ювелирных материалов известно с древнейших времен.
В I в. н.э. Плиний Старший опубликовал свой 37-томный труд «Естест-
венная история», в котором описал многие виды обработки драгоценных
камней, включая их промасливание и окрашивание, а также использование
фольги. Многими веками позже, в 1502 г. Камиллус Леонардус опубликовал
свой труд «Speculum Lapidum», в котором подробнее описал рассмотренные
ранее Аристотелем и Плинием вопросы. Как и Плиний, Леонардус знал о га-
зовых пузырях в стеклянных имитациях драгоценных камней и даже о со-
ставных камнях!
Фольга, цветная подложка и окрашивание
Уже в античные времена ювелиры почти всегда под слабоокрашенные или бес-
цветные камни, обычно в глухой закрепке, подкладывали цветную фольгу или
бумагу. Зеркальная подложка служила осветлению темного камня. Для получе-
ния эффекта звезды фольгу или зеркальную подложку иногда гофрируют или
гравируют основание кабошона. Чтобы скрыть подложку, такие камни поме-
щают в глухую закрепку, и это может служить предупреждением о возможном
обмане, что нередко подтверждается при просмотре в лупу или микроскоп.
Другой сравнительно легкий путь улучшить или изменить внешний вид
камня — окрасить или протравить его. Микрокристаллические и поликри-
сталлические ювелирные материалы имеют слегка пористую поверхность,
что делает их пригодными для такого вида обработки. Первоначально ис-
пользовались органические красители, но они портятся с течением времени.
В настоящее время широко применяются более устойчивые неорганические
красители. Протравливая агаты, имеющие пористую поверхность, удается
изменить их цвет и усилить контрастность их полос. Имитацию черного
оникса можно получить кипячением халцедона в сахарном сиропе и после-
дующей обработкой его серной кислотой.
Протравливанием яшмы можно получить имитацию лазурита — так на-
зываемый швейцарский или немецкий лазурит. Белый или слабоокрашенный
184 Глава 14. «Облагораживание» драгоценных камней
нефрит подвергают травлению для усиления его зеленого цвета и тем самым
повышения его цены. Аналогичным образом улучшают цвет бирюзы. Все эти
виды обработки можно обнаружить при просмотре в микроскоп, особенно
если есть поверхностные трещины, в которых концентрируется краска. При
использовании спектроскопа у «облагороженного» зеленого жадеита можно
увидеть широкую полосу поглощения в красной области спектра, связанную
с наличием красителя, тогда как типичные для этой же области спектра ли-
нии, связанные с хромом, отсутствуют. Окрашенный розовато-лиловый жа-
деит при освещении длинноволновым ультрафиолетовым светом иногда
проявляет ярко-оранжевую флюоресценцию. Большинство красителей мож-
но удалить с помощью ватного тампона, смоченного каким-либо растворите-
лем, например ацетоном.
Жемчуг низкого качества окрашивают в черный цвет при помощи раство-
ра нитрата серебра, из которого под действием УФ лучей на внешний перла-
мутровый слой осаждается серебро. В скрещенных фильтрах такой обработан-
ный жемчуг выглядит инертным в отличие от природного черного жемчуга,
который выглядит розоватым.
Для улучшения цвета драгоценных камней применяется также окрашивание
павильона. Нанесение тонкого полупрозрачного голубого или фиолетового по-
крытия на павильон желтых бриллиантов серии Кейп осветляет их желтый цвет
(фиолетовый цвет является дополнительным к желтому). В то время как боль-
шинство красителей можно удалить, промывая камень в соответствующих рас-
творителях, голубоватое фтористое покрытие (используемое при изготовлении
линз) является более устойчивым. При обнаружении на павильоне бриллианта
его можно удалить только механическим путем или кипячением в воде.
Пропитывание
Некоторые ювелирные материалы (такие, как бирюза), пропитывают бес-
цветным парафином (или пластиком, дающим более устойчивый результат),
для того чтобы стабилизировать их и защитить от внешнего воздействия (та-
кая пропитка является допустимым видом обработки). Менее допустима
пропитка окрашенными веществами с целью повысить стоимость, напри-
мер, бесцветной или бледно-окрашенной бирюзы. Прожилки бирюзы имеют
неправильную форму и бывают очень тонкими, и, чтобы сделать из них кабо-
шон, на обратную сторону камня наносят насыщенную металлом эпоксид-
ную смолу. Бирюза затем устанавливается в глухую закрепку, скрывающую
основание из эпоксидной смолы (стоимость такой бирюзы гораздо ниже, чем
бирюзы аналогичного качества без подложки).
Бесцветное масло также используется для заполнения поверхностных
трещин, а применение окрашенного масла преследует две цели: с одной сто-
роны, — заполнение поверхностных трещин, с другой — улучшение цвета
изумрудов, рубинов и сапфиров (как ограненных, так и в сырье). В случае
изумрудов масло вводят в вакууме, используя капиллярный эффект. В одном
из методов обработки изумрудов трещины сначала тщательно промывают в
Пропитывание 185
соляной кислоте в вакууме. Затем камень подвергают ультразвуковой очистке
(обычно это не рекомендуется делать, так как камень может треснуть), а потом
помещают в сосуд с кедровым маслом, которое имеет показатель преломле-
ния, близкий к изумрудному 1,57. Масло нагревают, чтобы уменьшить его
вязкость, и сосуд помещают в вакуумную камеру для удаления воздуха из тре-
щин и введения в них масла. В некоторых случаях изумруды выдерживают не-
сколько часов при температуре 83 °C для лучшего проникновения в них масла.
В некоторых промышленных методах пропитка производится по трещи-
нам в изумруде, достигающим поверхности. Для этого применяется канад-
ский бальзам (природная смола), либо бесцветная или зеленая эпоксидная
смола, например Оптикон, либо для заполнения трещин в алмазах методом
Иегуды — бесцветное стекло.
При заполнении трещин Оптиконом промытый ограненный камень по-
гружают в эпоксидную смолу при низкой температуре (около 95 °C) на 24 ча-
са. Затем на поверхность камня наносят отвердитель и оставляют на 10 мин,
прежде чем удалить излишек отвердителя.
Обработка изумрудов с целью улучшения цвета методом «LubriGem» со-
стоит в использовании красителя на масляной основе одновременно с нагре-
вом (не в вакууме), усиливающим проникновение заполнителя в поверхност-
ные трещины. Емкостью для окрашивания служит толстостенный цилиндр,
наполовину заполненный выбранным маслом. Считается, что кедровое мас-
ло лучше всего подходит для колумбийских изумрудов, а парафин — для
изумрудов Замбии (можно использовать также и Оптикон). Наполнитель на-
гревают до 95—100 °C, и изумруды, помещенные в перфорированную стек-
лянную чашку, погружают в наполнитель. В верхней части цилиндра поме-
щают пружинный металлический поршень, на который нажимают рукой,
чтобы сжать содержимое. Обработка продолжается от 30 минут до 12 часов в
зависимости от качества изумруда, после чего нагрев прекращают. Изумруды
вынимают и масло с поверхности удаляют тряпочкой.
Наличие искусственного заполнения доходящих до поверхности трещин
можно обнаружить, используя микроскоп с малым увеличением и рассеян-
ным проходящим светом. Необходимо избегать ультразвуковой очистки из-
делий с изумрудами, так как это вредно для камней независимо от того, про-
питаны они маслом или нет!
В опалах тоже часто имеются поверхностные трещины, которые пропиты-
вают маслом, чтобы улучшить вид камня. Для них применяют масло с показа-
телем преломления около 1,41, но его вязкость ниже, чем масла, используемо-
го для изумрудов, поэтому оно быстрее испаряется и трещины снова становят-
ся заметными. Пропитыванию маслом подвергают также янтарь (см. гл. 18).
При любом способе обработки масло имеет тенденцию высыхать, и тогда
камень приобретает свой исходный вид, причем это может произойти быст-
рее, если камень подвергать очистке! Присутствие масла можно выявить, по-
гружая камень на несколько часов в теплую воду, после чего на поверхности
воды появится тонкая масляная пленка. Когда вы держите в руках промаслен-
ные камни — ограненные и неограненные, — вы чувствуете, что они жирные.
186 Глава 14. «Облагораживание» драгоценных камней
Рис. 14.1. Окрашенное
масло, используемое для
повышения привлекатель-
ности ограненных и неог-
раненных рубинов в Таи-
ланде. (Из материалов
Геммологического инсти-
тута Америки, 1990)
Рис. 14.2. Дилер на-
тирает красным мас-
лом рубиновое сырье
на руднике Бо-Рай в
Таиланде. (Фотогра-
фия сделана Р. Кам-
мерлингом, Геммоло-
гический институт
Америки)
Промасливание камней, особенно рубинов, часто используется дилерами
на месторождениях, и появление бутылочек с «красным рубиновым маслом»
на прилавках торговцев в Таиланде — обычное дело (рис. 14.1 и 14.2)!
Термообработка
В настоящее время все большее число драгоценных камней для улучшения или
изменения их цвета подвергают термической обработке. Иногда при покупках
и неоднократных перепродажах камней каждый владелец, чтобы повысить при-
влекательность камня и поднять его цену, подвергает их тепловой обработке,
что подчас приводит к гибельным для камня результатам! Ниже в разделе «Ме-
тоды облучения» описаны наиболее широко применяемые при этом процеду-
ры. Однако существует множество других методов (и других драгоценных кам-
ней, которые ими обрабатывают), используемых как в коммерческих, так и в
научных целях. Больше информации о способах обработки вы можете найти в
книгах, перечисленных в списке использованной литературы (Приложение А).
Веками термообработка применяется к кварцу, турмалину, топазу, цирко-
ну у корунду. Многие цитрины, например, представляют собой результат на-
гревания до 450 °C слабоокрашенных аметистов, и их называют «отожженные
аметисты». Иногда такая обработка приводит к образованию зеленого кварца
(называемого празиолитом).
Красновато-коричневый циркон из Камбоджи может стать голубым при
нагревании его до 1000 °C в бескислородной атмосфере. Хотя это изменение
считается необратимым, интенсивность полученного цвета с годами умень-
шается, особенно при воздействии яркого солнечного света. Глубину окра-
Термообработка 187
ски можно восстановить при нагревании до температуры красного каления
на воздухе, и этой обработке невольно подвергаются некоторые камни при
починке ювелирных изделий!
Если красновато-коричневые цирконы нагреть до 900 °C на воздухе, их
окраска может измениться до бесцветной, золотисто-коричневой или крас-
ной. Некоторые низкие (метамиктные) и промежуточные цирконы, кристал-
лическая структура которых нарушена облучением альфа-частицами, испу-
скаемыми изоморфными примесями урана или тория, могут стать светлее,
если их нагревать в течение 6 часов до температуры 1450 °C (при этом их по-
казатель преломления и удельный вес повысятся, приближаясь к значениям
для высоких цирконов). В этом случае происходит рекомбинация близкого к
аморфному кремнезема и циркония, появившихся в результате облучения
альфа-частицами, с образованием кристаллического циркона.
Зеленый и сине-зеленый берилл (аквамарин) нагревают до 450 °C, чтобы
получить наиболее популярный оттенок голубого аквамарина. Берилл оран-
жевого и абрикосового цвета нагревают до 400 °C, получая розовую разновид-
ность, называемую морганит.
Розовый цвет топаза можно получить нагреванием желтого и желто-ко-
ричневого топаза, содержащего следы хрома, до 550 °C (при этой температу-
ре топаз становится бесцветным, а при охлаждении приобретает розовый
цвет). Если же термообработку провести до 1000 °C, то после охлаждения
большинство топазов останется бесцветными.
Цвет темно-зеленого турмалина из Намибии можно улучшить нагревани-
ем до изумрудно-зеленого, а большинство голубых цоизитов получены при
нагревании коричневато-зеленого материала примерно до 370 °C. Лиловый
цвет плеохроизма природного голубого цоизита можно ослабить нагревани-
ем, получив сапфирово-синий цвет.
Наиболее коммерчески важным из процессов тепловой обработки являет-
ся тот, который применяют к корундам. Синий цвет сапфира, содержащего
титан, можно улучшить нагревом до температуры порядка 1600 °C в бескис-
лородной атмосфере. При этом происходит переход трехвалентного железа в
двухвалентное:
Fe2O3 -> FeO.
Нагревание камня до аналогичной температуры на воздухе осветляет его
вследствие обратного перехода
FeO -> Ре20з.
Это осветление или усиление цвета связано с увеличением или уменьше-
нием поглощения при электронных переходах между оксидами двух/трехва-
лентного железа и оксидом титана (см. Приложение Е «Теория цвета»).
Некоторые темные австралийские сапфиры могут быть несколько освет-
лены при более низких температурах — около 1200 °C, тогда как аналогичный
процесс проводится для улучшения цвета коричневато-красных тайских ру-
бинов (или для удаления синего оттенка у лиловатых рубинов и розовых сап-
фиров) путем нагревания их на воздухе при температуре 1000 °C.
188 Глава 14. «Облагораживание» драгоценных камней
Корунд, характеризующийся градациями от просвечивающего до непроз-
рачного из-за наличия рутиловых игл, можно сделать более прозрачным, на-
гревая его длительное время до 1600—1900 °C. Такая обработка приводит к
растворению рутила в оксиде алюминия, а быстрое охлаждение препятствует
его перекристаллизации (сапфиры «геуда», в частности, — пример просвечи-
вающего корунда, содержащего нерастворенный рутил; ниже в этой главе
они будут рассмотрены более подробно). Если их (или другие корунды) на-
гревать длительное время до 1300 °C (так называемый отжиг), рутил выпада-
ет из раствора и в камне возникает астеризм.
Цвет бледно-желтых и почти бесцветных сапфиров (содержащих некото-
рое количество оксида двухвалентного железа) можно усилить, получив при-
влекательные золотисто-желтые и коричневые камни в результате длитель-
ного нагревания их на воздухе при температурах 1000—1450 °C. При этом же-
лезо переходит из двухвалентного в трехвалентное, но в отличие от нагрева
обогащенных титаном сапфиров, упоминавшихся ранее, результатом являет-
ся усиление или возникновение окраски. Уменьшение времени нагрева воз-
можно при достижении температуры 1900 °C. В отличие от радиационной об-
работки бледно-желтых сапфиров, которая будет описана ниже, изменение
цвета оказывается устойчивым.
Сапфиры «геуда» — это просвечивающие корунды молочно-белого цвета,
которые когда-то считались ничего не стоящими. Затем в начале 80-х гг. в Таи-
ланде был разработан метод тепловой обработки, который превращал непри-
влекательные сапфиры «геуда» в прекрасные прозрачные сапфиры. Мутнова-
тый вид материала «геуда» связан с присутствием нерастворенного рутила Т1О2,
содержащего переходный элемент титан, который вместе с железом обусловли-
вает синий цвет сапфира. Когда камень подвергают ступенчатому нагреву до
1200° и затем до 1700 °C в бескислородной атмосфере в течение 30 часов, титан
растворяется в оксиде алюминия и получается прозрачный синий сапфир.
Печи для тепловой обработки бывают разными: от электрических печей
для отжига с контролем температуры (рис. 14.3) до конверторных масляных
Рис. 14.3. Электрическая муфельная печь с конт-
ролем температуры и ее измерением с помощью
термопары. (Thermolyne)
Термообработка 189
Рис. 14.4. Схема масляной ци-
линдрической печи, используе-
мой в Таиланде.
цилиндрических.печей (рис. 14.4). Температуры в диапазоне 1600-1700 °C
достигаются в цилиндрической печи, выложенной огнеупорным кирпичом и
заполненной коксом, при сгорании керосина, который вдувается под давле-
нием (отсюда описание процесса обработки камней «геуда» как «нагрев под
давлением»). Отсутствие кислорода в атмосфере достигается помещением
сырья или частично обработанных камней в запечатанные тигли из фарфора
или глинозема, заполненные древесным углем. В простейших печах такого
типа отсутствует температурный контроль и поэтому иногда происходит
плавление корундового материала. Детали процесса, касающиеся точных
температур, времени отжига и добавления каких-либо химических компо-
нентов в тигель представляют тщательно охраняемую коммерческую тайну!
Подвергались ли камни высокотемпературной обработке (до 1700 °C и вы-
ше) часто можно определить по наличию ямок на рундисте (рис. 14.5) и по ре-
зультатам воздействия высоких температур на включения. Последние могут
увеличиться (часто становятся белыми) и вызвать появление округлых тре-
щин напряжения (рис. 14.6). В отожженных сапфирах полоса поглощения
Рис. 14.5. Ямки на грани (частично
полированной) корунда, подвергавше-
гося высокотемпературной обработке.
(Из материалов Геммологического ин-
ститута Америки, 1990)
Рис. 14.6. Округлая трещина напряже-
ния вокруг включения, которое увеличи-
лось и стало белым в результате термооб-
работки сапфира «геуда». (Amanda Good)
190 Глава 14. «Облагораживание» драгоценных камней
железа при 450 нм практически отсутствует. Правда, в необработанных сап-
фирах Шри-Ланки она часто бывает настолько слаба, что ее невозможно
обнаружить с помощью спектроскопа и ее присутствие можно установить
только с помощью спектрофотометра. Другие остаточные признаки отжи-
га — отсутствие «шелка» (рутиловые иглы в этом процессе растворяются), не-
резкая гексагональная цветовая зональность и белая флюоресценция при
освещении коротковолновым УФ. Сапфиры Шри-Ланки, подвергшиеся от-
жигу до появления золотисто-желтого или золотисто-коричневого цвета,
можно опознать, если нагреть их в течение 15 минут под 150-ваттной лампой.
Они потемнеют, но при охлаждении исходный цвет вернется. Поскольку
отжиг сильно влияет на включения, наличие в корунде двух- или трехфазных
включений доказывает не только, что камень природный, но и что он никог-
да не подвергался тепловой обработке.
Поверхностная диффузия
Бледно окрашенные или бесцветные корунды могут стать рубинами и сап-
фирами с насыщенной окраской, если предварительно обработанные камни
(ограненные, но не полированные) поместить в глинистую смесь, содержа-
щую необходимое количество добавок переходных элементов. Для рубина
это — оксид хрома Сг20з, а для синего сапфира — оксид железа FeO и диок-
сид титана TiO2. Затем камни нагревают приблизительно до 1750 °C в тече-
ние нескольких дней, для того чтобы вызывающие появление окраски эле-
менты проникли в их поверхностный слой. Раньше толщина диффузионно
окрашенного поверхностного слоя составляла лишь тысячные доли дюйма
(менее десятой доли миллиметра), теперь же удается достичь большей его
толщины. Используя смесь с диоксидом титана, можно получить поверхно-
стный астеризм.
В связи с тем что под воздействием высоких температур на поверхности
камня появляются ямки, после диффузионного окрашивания необходимо
провести окончательную полировку. Малая толщина окрашенного слоя и
возможное его удаление при переполировке делают поверхностную
диффузию не самым удачным типом обработки. Ее можно выявить по
отсутствию нормальной цветовой зональности у камня (окраска распреде-
лена необычайно равномерно, либо вовсе отсутствует на тех гранях, ко-
торые подверглись переполировке). Другим признаком является наличие
ямок на гранях (это видно на частично обработанных поверхностях —
рис. 14.5).
Если диффузионно окрашенный камень погрузить в воду, хорошо видна
концентрация окраски на ребрах, так как на гранях после полировки окра-
шенный слой становится тоньше (рис. 14.7), но это менее заметно, если ок-
рашенный слой толще. Поскольку при таком окрашивании используется вы-
сокая температура, некоторые включения увеличиваются в размерах (и часто
становятся белыми), вызывая появление кольцевых трещин типа тех, кото-
рые видны в сапфирах «геуда» (рис. 14.6). В таких сапфирах полоса поглоще-
Методы облучения 191
Рис. 14.7. Концентрация окра-
ски на ребрах граней, которую
можно видеть в диффузионно ок-
рашенном сапфире, погруженном
в воду. (Amanda Good)
ния 450 нм отсутствует, а остальные признаки сходны со следами тепловой
обработки.
Методы облучения
Механизм усиления или изменения цвета драгоценных камней в результате
облучения связан с образованием центров окраски (см. гл. 8), которые при
последующей термообработке могут трансформироваться. Одним из кам-
ней, на которые наиболее часто воздействуют облучением для улучшения
их цвета, является голубой топаз. Гамма-лучи, генерируемые источником
радиоактивного излучения, например кобальтом-60, электроны с высоки-
ми энергиями, генерируемые линейным ускорителем, или нейтроны, гене-
рируемые ядерным реактором, — все эти виды облучения используются для
такой обработки и превращают некоторые бесцветные материалы в корич-
невые. Чтобы возникла устойчивая голубая окраска, камни проходят термо-
обработку при 250 °C. Если не остается некоторой остаточной радиоактив-
ности (что может случаться при использовании излучения высокой энергии
для получения более глубокой окраски, а также если камни попадают на
рынок слишком быстро), нет возможности каким-либо простым способом
отличить природно окрашенный голубой топаз от облученного.
Облучение также позволяет превращать бесцветный синтетический кварц
в цитрин и получать аметистовую окраску у синтетического кварца, содержа-
щего оксид железо.
Используя у-лучи, можно усилить цвет бледно-окрашенных желтых сап-
фиров, но это изменение цвета неустойчиво и окраска может побледнеть пои
воздействии солнечных лучей, УФ (а также при нагревании). Как и в случае
отожженных сапфиров, диагностическая полоса железа при 450 нм исчезает
в результате облучения. В необработанных сапфирах Шри-Ланки эта полоса
часто настолько слабая, что в спектроскоп не видна и ее присутствие или от-
сутствие можно установить только с помощью спектрофотометра.
192 Глава 14. «Облагораживание» драгоценных камней
В связи с большой разницей в цене между слабоокрашенными желтоваты-
ми алмазами серии Кейп и алмазами с природной фантазийной окраской
привлекательного розового, золотисто-желтого, коричневого, зеленого, ли-
лового или голубого цвета проводилось много исследовательских работ по
искусственному окрашиванию алмазов с помощью радиоактивного облуче-
ния. В первой половине XX в. сэр У. Крукс первым использовал соли радия
для искусственного окрашивания алмазов. После облучения алмазы стано-
вились темно-зелеными. Окраска была поверхностной, но окрашенные об-
разцы до сих пор сохраняют остаточную радиоактивность!
Впоследствии алмазы стали окрашивать, облучая их нейтронами высоких
энергий в атомном реакторе. Таким образом получают однородный зеленый
цвет в объеме камня, который можно изменить на желтый, золотисто-жел-
тый или золотисто-коричневый (реже на розовый, красный или лиловый) в
результате отжига при температуре около 800 °C. Сразу после обработки кам-
ни радиоактивны, но радиоактивность быстро пропадает.
Изменение цвета может также происходить при бомбардировке электро-
нами в электронном ускорителе (рис. 14.8). В этом случае некоторые алмазы
приобретают бледно-голубую или голубовато-зеленую окраску. Окраска яв-
ляется поверхностной и может быть удалена при полировке, если цвет полу-
чился неудачный, и тогда обработку повторяют. Поэтому сейчас считается
предпочтительным производить обработку нейтронами низких энергий,
приводящую к появлению поверхностной окраски.
Протоны, дейтроны и альфа-частицы, генерируемые в циклотроне, также
можно использовать для изменения цвета алмаза в сочетании с последующим
отжигом при температуре около 800 °C. При этом тоже возникает только по-
верхностная окраска и алмазы быстро перестают быть радиоактивными. Хо-
тя для изменения цвета алмазов пригоден любой из перечисленных методов,
ни один из них не приводит к осветлению алмаза. Метод уменьшения насы-
щенности желтого цвета будет описан ниже.
Рис. 14.8. Ускоритель электронов. (Bell Labo-
ratories)
Методы облучения 193
Алмазы, окрашенные в голубой цвет искусственно, можно отличить от
природных голубых по электропроводности (см. рис. 12.8). Природные голу-
бые камни (тип ПЬ) содержат бор, который замещает некоторые атомы угле-
рода в кристаллической решетке, приводя к появлению электропроводности.
Искусственно окрашенные голубые алмдзы не проводят электричества.
Если алмаз облучался в циклотроне через павильон (т. е. со стороны кале-
ты), при просмотре камня через площадку будет виден эффект «открытого
зонтика» вокруг калеты (рис. 14.9). Если камень облучали со стороны пло-
щадки, вокруг рундиста будет виден темный круг. В камнях, которые облуча-
лись сбоку, будет видна концентрация окраски вблизи рундиста со стороны,
ближайшей к источнику излучения.
В крупных геммологических лабораториях выявление обработанных («об-
лагороженных») алмазов производится с помощью спектрофотометров. В
желтой области спектра облученных и отожженных камней должна быть вид-
на узкая полоса 594 нм. Эта полоса часто бывает очень слабой, но ее легче вы-
явить, регистрируя спектр алмаза, охлажденного до температуры жидкого
азота. Для этого алмаз охлаждают парами азота (испаряющимися с поверхно-
сти жидкого азота). Камень помещают в стеклянную трубку с двойными
стенками, которая уменьшает конденсацию влаги, и смотрят спектр через
спектроскоп (иногда достаточно использовать охлаждающий аэрозоль, что-
бы лучше были видны слабые полосы в спектре).
В 1978 г. А. Т. Коллинз из Королевского колледжа в Лондоне показал, что
если облученные алмазы отжигать при 1000°С, полоса 594 нм полностью ис-
чезает. В 1985 г. Г. С. Вудс разработал метод, позволяющий выявлять облаго-
раживание алмазов по спектрам поглощения в инфракрасной области при
1936 и 2024 нм (их можно обнаружить с помощью спектрофотометра, и часто
они четко видны даже при комнатной температуре). Если эти полосы (и по-
лоса 594 нм) отсутствуют, цвет алмаза является природным.
Строго говоря, следующий процесс надо было описать в разделе «Термо-
обработка», но мы его включили сюда, чтобы полностью осветить вопросы
искусственного изменения цвета алмазов. В конце 70-х гг. ученые из лабора-
тории «Дженерал электрик» в США открыли, что желтые алмазы серии Кейп
Рис. 14.9. Эффект «зонтика» виден вок-
руг калеты при просмотре через площад-
ку алмаза, обработанного в циклотроне.
194 Глава 14. «Облагораживание» драгоценных камней
(и синтетические алмазы) можно осветлить, если нагревать их под высоким
давлением в течение длительного времени.
Желтый цвет алмазов серии Кейп связан с присутствием рассеянного в
структуре алмаза азота, замещающего атомы углерода. Такие алмазы относят-
ся к типу lb. В алмазах типа 1а атомы азота сгруппированы в кластеры (опре-
деляемые как плейтелетс — «platelets»), которые не влияют на цвет алмаза. При
нагревании желтых алмазов серии Кейп (относящихся к смешанному типу
la + 1b) в условиях высоких температур и давлений, достигаемых при искусст-
венном выращивании алмазов, в них происходит миграция атомов азота с обра-
зованием кластеров. Такой переход типа 1b в 1а приводит к осветлению камня.
Заполнение стеклом
На гранях рубинов и сапфиров, в частности на камнях, имеющих большую
стоимость, обычно присутствуют, поверхностные полости и ямки. Их остав-
ляют потому, что механическое удаление подобных дефектов приводит к зна-
чительной потере веса и соответственно уменьшению стоимости камня. В
1984 г. на рынке Таиланда начали появляться камни с поверхностными ямка-
ми, заполненными стеклом. Стекло, введенное в полости, делает их менее за-
метными, и внешняя привлекательность камня повышается.
Из-за различия в отражательной способности стекла и корунда обман лег-
ко заметить, так как контраст между двумя материалами хорошо виден
(рис. 14.10). Это еще более заметно, если поместить камень в иммерсионную
жидкость с высоким показателем преломления, такую, как йодистый мети-
лен, и смотреть на него в рассеянном свете. Внутри заполняющего стекла ча-
сто видны газовые пузырьки. Аналогичное заполнение стеклом может быть
обнаружено и в сапфирах.
Недавно аналогичный метод заполнения стеклом был применен и к алма-
зу^ но здесь целью является повышение чистоты алмаза. Трещины, достига-
ющие поверхности, понижают качество алмаза и соответственно его сто-
имость, и их заполняют, используя метод, разработанный Жви Иегудой
(Рамат-Ган, Израиль). Используется свинцовое оксихлоридное стекло с низ-
Рис. 14.10. Заполненные стеклом ямки и трещины в рубинах имеют более слабый
блеск по сравнению с окружающим корундом. Газовые пузыри в стекле выглядят как
черные кружки. (R.W.Hughes)
Лазерное сверление алмазов 195
кой температурой плавления, которое имеет показатель преломления, близ-
кий к показателю, алмаза.,'Этот способ обработки вызвал дискуссии в торгов-
ле, и некоторые лаборатории отказываются оценивать алмазы, чистота кото-
рых улучшена методом Иегуды.
Идентификация заполненных трещин в алмазах производится визуально.
При исследовании таких алмазов методом темного поля наблюдаются
интерференционные окраски — так называемый «флеш-эффект». Это выра-
жается в том, что в темном поле на трещине появляются желтовато-оранже-
вые цвета, сменяющиеся ярко-синим при вращении камня до положения,
когда подложка становится ярко освещенной. В стекле могут быть также уп-
лощенные газовые пузыри. Если заполняющий материал имеет большую
толщину, появляются светло-коричневые до оранжево-желтых цвета. Круп-
ные заполненные трещины непрозрачны для рентгеновских лучей.
Лазерное сверление алмазов
Лазерное сверление алмазов — косметический способ улучшения чистоты
камня. В нем для того, чтобы достичь включения, в алмазе лазером высверли-
вается маленькое отверстие (диаметром менее 0,005 дюймов). В темные
включения через отверстие вводится обесцвечивающее вещество, которое
отбеливает его. Чтобы сделать отверстие менее заметным, его часто заполня-
ют прозрачным гелем или эпоксидной смолой.
Поскольку длина волны лазерного пучка лежит в инфракрасном диапазо-
не (около 1060 нм), в котором алмазы прозрачны, необходимо начать сверле-
ние с покрытия области отверстия поглощающим энергию веществом (на-
пример, аморфным углеродом). Когда этот слой испарится под действием
лазерного луча, освобожденная энергия перейдет в находящийся под покры-
тием алмазный слой и можно переходить к сверлению.
У некоторых алмазов имеется несколько лазерных каналов. При просмот-
ре в микроскоп эти каналы имеют «смятый» вид и могут слегка менять на-
правление по длине канала (рис. 14.11).
Рис. 14.11. Видны ла-
зерные каналы в алмазе,
достигающие вытравлен-
ных включений. (Из ма-
териалов Геммологиче-
ского института Амери-
ки, 1990 — John Koivula)
196 Глава 14. «Облагораживание» драгоценных камней
Информация о проведении «облагораживания»
В США Федеральная торговая комиссия (FTC) рекомендует сообщать поку-
пателям о лазерном сверлении алмазов массой 0,02 кар и более. Если резуль-
тат обработки не является стабильным, Комиссия запрещает продажу любых
камней (включая алмазы), цвет которых искусственно изменен в результате
покрытия, облучения, отжига либо в результате ядерной бомбардировки (или
других способов), если об этом не сообщается. В этом контексте стабиль-
ность обработки означает, что при нормальных условиях носки или демонст-
рации вид драгоценного камня не меняется. В дальнейшем было решено, что
можно не сообщать об обработке, которую нельзя выявить в «геммологиче-
ских лабораториях с высококвалифицированным персоналом».
Международная конфедерация по ювелирным камням, изделиям из. се-
ребра, алмазам и жемчугу (CIBJO) требует, чтобы драгоценные камни,.цвет
которых изменен в результате облучения, химической обработки или покры-
тия, описывались как «обработанные» («облагороженные») с названием со-
ответствующей разновидности минерала. Как следует из рекомендаций FTC,
CIBJO не считает необходимым информировать покупателей о термической
или кислотной обработке камней со стабильными результатами и необрати-
мым изменением цвета, например, халцедона (полосчатый агат, карнеол,
оникс, зеленый агат, синий агат), берилла (аквамарин, марганит), кварца
(цитрин, празиолит), розового топаза, турмалина всех цветов, синего цоизи-
та и корунда. Обработка карнеола и оникса дает устойчивый цвет, и если дра-
гоценный камень продается как халцедон, в этом случае CIBJO не требует
упоминания об обработке. Пятнистый зеленый халцедон, имитирующий
хризопраз, и синяя яшма, имитирующая лазурит, — вот два случая, когда ин-
формация о проведенной обработке по правилам CIBJO обязательна.
Что касается жемчуга, здесь правила CIBJO не столь категоричны. Хотя
искусственное окрашивание любого природного жемчуга (например, серого
или черного) должно быть указано, легкое изменение цвета (например, при-
дание розоватого оттенка) при обработке культивированного жемчуга может
не указываться.
Оба набора требований, конечно, имеют цель предостеречь от обмана, но
они также легализируют ситуацию, когда устойчивую обработку и ту, кото-
рую (пока еще) технически невозможно обнаружить) можно не указывать,
хотя, когда известно, что драгоценный камень обработан, по правилам FTC
рекомендуется сообщать об этом во избежание «путаницы и привлечения к
ответственности».
Глава 15
Синтетические ювелирные камни и
имитации ювелирных камней
Производство искусственных ювелирных камней началось около 4000 г. до
н.э. Одними из первых были бусины из покрытого глазурью синего стеатита
(мыльного камня), который должен был имитировать лазурит. С 3500 г.
до н.э. стеатит был заменен материалом, называемым фаянсом. Его делали
из измельченного в порошок кварца, который смешивали с различными до-
бавками и отливали в форме бусин. Затем добавляли раствор для глазирова-
ния и вновь отжигали бусины.
Ранние попытки синтеза ювелирных камней
Искусственные продукты, описанные выше, не являются синтетическими
камнями в геммологическом смысле этого слова. Скорее это — имитации
ювелирных камней. Как говорилось в гл. 1, только в XIX в. появились первые
действительно синтетические ювелирные камни (рубины), созданные фран-
цузским химиком Годеном. Это произошло в период, когда минералоги пы-
тались искусственно воспроизвести процесс кристаллизации, происходя-
щий в природе. Успех Годена повторили другие химики, и их совместными
усилиями была создана основа современного раствор-расплавного, или флю-
сового, метода выращивания кристаллов. В нем составляющие ювелирных
камней, имеющие высокую температуру плавления, растворяют в веществе,
или флюсе, имеющем значительно более низкую температуру плавления.
В 1877 г. другому французу — Фреми — с помощью свинца в качестве
флюса удалось вырастить большое количество очень мелких кристаллов ру-
бина. В то время использование флюсового метода сталкивалось с пробле-
мой воспрепятствовать образованию многочисленных зародышей кристал-
лов. Их возникновение делало практически невозможным выращивание
крупных монокристаллов.
Несколькими годами позже альтернативным флюсовому процессом были
получены гораздо более крупные кристаллы рубина. Их представили как
«женевские» рубины. Тогда предполагали, что эти камни получены сплавле-
нием мелких кусочков природного рубина, и их стали называть «реконстру-
ированными» рубинами (несомненно, это одна из первых уловок избежать
термина «синтетический»!). Попытки воспроизвести этот процесс в конце
1960-х гг. показали, что таким способом невозможно получить «женевские»
рубины. Скорее всего использовался процесс многоступенчатого плавления
рубинового порошка в пламени.
198 Глава 15. Синтетические ювелирные камни и имитации ювелирных камней
Хотя это был не лучший метод для массового синтеза рубина, он позволил
Вернейлю, студенту Фреми, избежать трудностей флюсового метода и прове-
сти эксперименты по кристаллизации рубина методом плавления в пламени.
Это привело к крупномасштабному производству синтетического корунда с
использованием печей Вернейля. Прежде чем описать аппарат Вернейля и со-
ответствующие процессы, рассмотрим использование в геммологии терми-
нов «синтетический» и «имитация».
Определения
В геммологии термин синтетический может применяться только к искусст-
венно полученному материалу, который имеет тот же химический состав,
кристаллическую структуру и физические/оптические характеристики, что и
его природный аналог (на практике возможны небольшие вариации состава,
связанные с наличием примесей). Существует, однако, целый ряд искусст-
венных ювелирных материалов, не имеющих природных аналогов, и их пра-
вильнее называть искусственный продукт. Поскольку невозможно синтези-
ровать ювелирные материалы, являющиеся продуктами биологических про-
цессов роста, т. е. органогенные ювелирные камни (такие, как янтарь, коралл
и гагат), термин «синтетический» применим только к ювелирным камням не-
органического происхождения.
С другой стороны, имитацией может быть любой материал, который име-
ет внешнее сходство с имитируемым камнем. Часто более дешевые ювелир-
ные камни используют как имитации более дорогих камней такого же цвета
(например, синий турмалин выдают за сапфир). Аналогичным образом син-
тетический камень, такой, как зеленая синтетическая шпинель, может слу-
жить имитацией зеленого турмалина. Наиболее часто в качестве имитации
ювелирных камней используется цветное стекло (называемое «пастой»). Хи-
мический состав, физические параметры и т. д. имитации и природного кам-
ня, который она имитирует, обычно совершенно различны, что делает иден-
тификацию сравнительно легким делом (как описано в гл. 17).
Иногда из-за путаницы терминов «синтетическим алмазом» могут назы-
вать алмазную имитацию, в частности такие искусственные продукты, как
кубический диоксид циркония (CZ), ИАГ или синтетический корунд.
Процесс Вернейля — плавление в пламени
Печь Вернейля (рис. 15.1) состоит из вертикальной кислород-водородной го-
релки, дозатора порошка и керамического основания. С небольшими изме-
нениями эту печь можно использовать для выращивания синтетических кри-
сталлов корунда, шпинели, рутила и титаната стронция*.
Когда синтезируется корунд, дозатор наполняют высокочистым порош-
ком оксида алюминия. Последний получают в результате перекристаллиза-
* Хотя сначала предполагалось, что титанат стронция в природе не встречается, в 1987 г. зер-
на SrTiO3 были найдены в бывшем СССР и минерал назвали таусонитом.
Процесс Вернейля — плавление в пламени 199
Рис. 15.1. Схема печи Вернейля для син-
теза методом плавления в пламени.
ции аммониевых квасцов из водного раствора и прокаливании их при 1100 °C.
В процессе прокаливания в виде газов удаляются аммиак и диоксид серы и
остается чистый у-оксид алюминия. До прокаливания в квасцы добавляют
2—3% окрашивающей примеси (см. ниже). Примесями служат следующие ве-
щества:
• оксид хрома — для рубина
• оксиды железа и титана — для синего сапфира
• оксид никеля — для желтого сапфира
• никель, хром и железо — для оранжевого сапфира
• марганец — для розового сапфира
• медь — для голубовато-зеленого сапфира
• кобальт — для темно-синего сапфира
• оксиды ванадия и хрома — для получения эффекта смены цвета, ими-
тирующего александрит (розовато-лиловый/светло-синий вместо крас-
ный/зеленый).
Вибратор (или маленький подвижный молоток) постукивает по дозатору
и заставляет порошок оксида алюминия сыпаться с контролируемой скоро-
стью в поток кислорода. Поскольку порошок падает через кислород-водо-
родное пламя с температурой 2200 °C, он плавится и капает на вращающееся
керамическое основание, находящееся в круглой камере из огнеупорного
200 Глава 15. Синтетические ювелирные камни и имитации ювелирных камней
Рис. 15.2. Внутренняя часть печи Вернейля, в ко-
торой показана буля. (Д. Сваровски)
кирпича (рис. 15.2). Когда расплавленный порошок оксида алюминия начи-
нает застывать, скорость его подачи увеличивается, пока не начинает форми-
роваться корундовая буля диаметром 15-25мм. По мере роста були основа-
ние опускается, так чтобы верхняя часть кристалла находилась в самой горя-
чей части пламени. Обычно булю длиной 40—48 мм и массой от 200 до 500 кар
выращивают около 4 часов (рис. 15.3). Слово «буля» происходит от француз-
ского «boule» — шар: первые кристаллы были круглые и напоминали метал-
лические сферы, использовавшиеся во французской игре в шары.
Быстрый рост и последующее охлаждение були приводят к возникнове-
нию в ней внутренних напряжений, которые вызывают растрескивание при
распиливании ее перпендикулярно удлинению. В результате буля (если она
еще не треснула) после удаления из печи расщепляется на две части по дли-
не, при этом снимаются внутренние напряжения. Для получения максималь-
ного выхода камни обычно гранят из этих двух половинок були так, чтобы их
площадки были параллельны поверхности расщепления були.
Рис. 15.3. Набор типичных корундо-
вых и шпинелевых буль, выращенных в
печи Вернейля. (Д. Сваровски)
Процесс Вернейля — плавление в пламени 201
Рис. 15.4. В синтетическом звезд-
чатом корунде отчетливо виден ас-
теризм.
Первые синтетические рубины, полученные Вернейлем, появились в
1910 г. Производство корундов этим методом сейчас достигает 1 млрд кар в
год. Большая часть их используется в качестве опор в часовых механизмах и
других приборах, в производстве часовых стекол, игл звукоснимателей и ни-
тководителей в текстильной промышленности. Основные производители
синтетических корундов методом Вернейля — компании «Джева» в Швейца-
рии и «Накацуми» в Японии.
Несмотря на большой объем и низкую стоимость выращенных этим мето-
дом рубинов и сапфиров, имеющих ювелирное качество, долгое время счита-
лось, что синтезировать звездчатые рубины и сапфиры невозможно. Однако
в 1947 г. компания «Линде» в США начала промышленное производство син-
тетических звездчатых корундов (рис. 15.4), а теперь они изготавливаются
также в Германии и Японии.
Для получения звездчатых камней в порошок оксида алюминия вначале до-
бавляют диоксид титана* и далее рост були происходит обычным путем в печи
Вернейля. Полученную булю снова нагревают, чтобы диоксид титана выделил-
ся в виде игл по направлениям трех основных кристаллографических осей (по-
хоже на используемый сейчас метод растворения и перекристаллизации беспо-
рядочно ориентированных рутиловых игл в природном корунде — см. гл. 14).
Синтетическая шпинель впервые была получена методом Вернейля в
1926 г. из смеси оксидов алюминия и магния (MgO и А12О3). Когда берется их
соотношение 1:1, чтобы точно воспроизвести химический состав природной
шпинели (MgO • А12О3), возникают проблемы, связанные с тем, что буля в
большой степени подвержена самопроизвольному растрескиванию.
Чтобы решить проблему, использовали другое соотношение: 1 часть MgO
на 1,5—3,5 части А12О3. Этот диапазон может меняться в зависимости от ок-
рашивающих добавок (например, для камней, окрашенных оксидом хрома:
отношение 1:2 для зеленовато-коричневых шпинелей MgO • 2А12О3, 1:3 для
зеленых MgO • ЗА12О3, 6:1 для темно-зеленых MgO • 6А12О3). Полученная буля
состоит из смеси синтетической шпинели и у-оксида алюминия, и это
вызывает появление напряжений в материале, которые видны в скрещенных
поляризационных фильтрах полярископа в виде аномального двупреломления.
Состав также влияет на значения показателя преломления и удельного
* Последующий анализ химического состава игл в некоторых синтетических звездчатых ко-
рундах показал, что это титанат алюминия (AljTiOs), а не рутил (TiO2), как предполагали вначале.
202 Глава 15. Синтетические ювелирные камни и имитации ювелирных камней
веса: у синтетической шпинели они выше, чем у природной, что облетает
идентификацию этих двух камней. Разница в химическом составе и констан-
тах между природной и синтетической шпинелью, строго говоря, делает вы-
ражение «синтетическая шпинель» необоснованным, тем не менее его ис-
пользование допускается.
Були синтетической шпинели не такие круглые, как корундовые, обычно
они слегка уплощенные с боков в соответствии с их кубической сингонией.
Для синтетической шпинели применяются следующие основные окрашива-
ющие примеси:
• оксид кобальта — для синих и зеленых камней
• оксид железа — для розовых
• оксид марганца — для светло-зеленых камней
• оксид хрома — для зеленых и коричневых камней
• оксиды ванадия и хрома — для имитации александрита (зеленый/се-
рый).
Ни один из этих цветов не имеет оттенков природной шпинели, и эти камни
в основном производятся как имитации других природных ювелирных камней
(аквамарина, сапфира, турмалина, изумруда и др.). Красная синтетическая
шпинель отсутствует в приведенном выше списке, так как ее наиболее сложно
получить методом Вернейля (кристаллы красной шпинели успешно выращива-
ют флюсовым методом, который будет описан ниже в этой главе). Тем не менее
красную синтетическую шпинель иногда получают в печи Вернейля, но чтобы
чтобы получить красную, а не зеленую булю, нужно взять смесь оксидов магния
и алюминия в соотношении 1:1. В результате получается легко растрескиваю-
щаяся буля, поэтому из нее можно огранить только мелкие камни. В результате
красная синтетическая шпинель, выращенная методом Вернейля, встречается
редко, а из-за хрупкости були ограненные камни обычно очено малы. Соотно-
шение оксидов 1:1 приводит к тому, что эти камни имеют такой же удельный
вес, как и природная шпинель, но показатели преломления их несколько выше,
чем у природной шпинели, в связи с высоким содержанием хрома.
Методом Вернейля выращиваются также титанат стронция и синтетиче-
ский рутил. Поскольку с приближением температуры к точке плавления
оксид титана в обоих этих материалах имеет тенденцию терять кислород, не-
обходима дополнительная подача кислорода во время роста були. Это дости-
гается видоизменением стандартной горелки Вернейля. Горелка снабжена до-
полнительной трубкой для подачи кислорода и насыщения им пламени. Даже
с такой дополнительной подачей кислорода були получаются черными и их
приходится отжигать в кислороде для получения прозрачного материала.
Метод Чохральского
Впервые разработанный Дж. Чохральским в 1918 г. процесс «вытягивания
кристалла» и сегодня широко применяется для выращивания высокочистых
кристаллов для применения в оптической промышленности и лазерах. В
этом методе используется затравочный кристалл, который помещают в ири-
Метод Чохральского 203
Тепловой
экран
из ZrO9
тигель
с крышкой
Вход Подача^1 Вход
радиопитания газа радиопитания
У г Кристалл
Выход газа
Вытягивающий
стержень
Стеклянный сосуд
Зажимной патрон
Трубка из
стабилизированного ZrO2
Порошок из
стабилизированного ZrO2
Трубка из переплавленного
кварца
Нагревательная
радиочастотная катушка
Расплав
Рис. 15.5. Схема аппарата,
использованного Чохраль-
ским для синтеза методом
«вытягивания кристалла».
диевый тигель, содержащий расплавленный питающий материал (иридий и
платина — два из немногих металлов, устойчивых к высоким температурам и
химическому воздействию, которые характерны для этого и других процессов
синтеза). Тигель обычно нагревают с помощью радиочастотной индукцион-
ной катушки (рис. 15.5).
Когда затравочный кристалл приходит в соприкосновение с поверхностью
расплава, его вращают и затем начинают медленно поднимать с тщательно кон-
тролируемой скоростью. Материал кристаллизуется на затравке и растет вниз
по мере вытягивания его из расплава. Температура расплавленного материала
является критической и удерживается на несколько градусов выше точки плав-
ления. Слишком высокая температура приведет к расплавлению затравочного
кристалла, слишком низкая — к спонтанной кристаллизации в расплаве.
Этот метод позволяет выращивать крупные кристаллы рубина и редкозе-
мельных гранатов (ИАГ, ГГГ и др.), применяемые в лазерах. Он использует-
ся также для производства синтетического шеелита, плавикового шпата и ни-
обата лития (иногда используемого как имитация алмаза). Не так давно япон-
ской компанией «Киосера» методом Чохральского был синтезирован алек-
сандрит (разновидность хризоберилла). Этот камень с торговым названием
«Crescent Vert Alexandrite» в США продается как «Inamori Created Alexandrite»
и (в отличие от синтетических корунда и шпинели, имитирующих александ-
рит) обладает таким же эффектом смены цвета, как его природный аналог*.
Недавно та же компания впервые выпустила на рынок синтетический
александритовый кошачий глаз (природный александритовый кошачий
* В России также выращивается александрит методами Чохральского и флюсовым. — Прим. ред.
204 Глава 15. Синтетические ювелирные камни и имитации ювелирных камней
глаз — один из самых дорогих ювелирных камней). Однако стоимость — не
единственный критерий для разработки методов синтеза ювелирных матери-
алов. На лекции в Лондоне, когда Пьер Жильсон рассказывал о получаемых
им различных синтетических материалах, его спросили, почему он никогда
не синтезировал александрит. «Потому что я не люблю этот камень», — был
его ответ!
Метод выращивания из раствора в расплаве
Это процесс, основанный на растворении, аналогичен тому, который ис-
пользовали французские и немецкие химики в конце XIX в. Хотя некоторое
время основным объектом синтеза раствор-расплавным методом оставался
рубин, в 1888 г. Отфель и Перри вырастили мелкие кристаллы изумруда, при-
менив двойной флюс (молибдат и ванадат лития), в котором они растворили
необходимые компоненты.
Технология, используемая сегодня, аналогична той, которую разработали в
1935 г. в германской компании «И. Г. Фарбениндустри» для получения синте-
тического изумруда. В этом методе необходимые компоненты (оксиды берил-
лия и алюминия плюс оксид хрома в качестве окрашивающей примеси) рас-
творены во флюсе — молибдате лития, и платиновый тигель нагревается до
800 °C (рис. 15.6). Пластины из силикатного стекла, плавающие на поверхно-
сти расплава, взаимодействуя с оксидами бериллия и алюминия, образуют рас-
твор, по составу соответствующий бериллу. Затем в раствор опускают в плати-
новых клетках затравочные кристаллы из природного или синтетического бе-
рилла и температуру тигля медленно понижают до первоначального уровня.
Затравочные
кристаллы
Кварцевое
стекло
Платиновая
клетка
Питающий
материал
Рис. 15.6. Аппарат, использованный компанией «И. Г. Фарбениндустри» для выра-
щивания синтетических кристаллов изумруда флюсовым методом.
Метод выращивания из раствора в расплаве 205
Когда раствор берилла становится пересыщенным, кристаллы синтетиче-
ского изумруда осаждаются и растут на затравках. Процесс очень медленный
и требует точного температурного контроля, с тем чтобы создать в тигле гра-
диент температуры, который заставляет питающий материал растворяться на
дне тигля и вновь кристаллизоваться в верхней его части. В процессе роста
питающий материал пополняется через постоянные промежутки времени че-
рез воронку в верхней части аппарата.
В 1939 г. война прервала работу германской компании, и ее синтетический
изумруд, названный «игмеральд», никогда не производился в промышленных
количествах. К 1938 г. американский химик К. Ф. Чэтем успешно синтезиро-
вал изумруд в промышленном масштабе. Процесс держали в секрете, но изум-
руды были очень похожи на немецкие «игмеральды», что указывало на ис-
пользование раствор-расплавного метода синтеза. Другой синтетический
изумруд был получен позже В. Церфассом в Идар-Оберштайне, Германия
(по-видимому, он использовал процесс, разработанный «Фарбениндустри»).
В 1963 г. Пьер Жильсон во Франции усовершенствовал раствор-расплав-
ный метод с целью производства высококачественных кристаллов изумруда
(он ввел также автоматическую огранку этих камней). В методе Жильсона
платиновый тигель делится перфорированным экраном на две части, одна из
которых содержит затравочные пластины (рис. 15.7), а другая — питающий
материал. Температурный градиент создается таким, чтобы затравочное от-
деление было холоднее, чем питающий материал, а флюс мог циркулировать
между ними. Основной мировой производитель синтетических изумрудов —
Япония, и в 1980-х гг. компания Nakazumi Earth Ciystals приобрела права на
процесс Жильсона.
Метод выращивания изумрудов Ленникс-2000 разрабатывался в течение
нескольких лет начиная с 1952 г. и был усовершенствован Л. Ленсом во Фран-
ции. Он отличается тем, что в нем проводится серия последовательных стадий
роста, каждая продолжительностью по 5—6 недель (а не один 8—10-месячный
Рис. 15.7. (Слева) Платиновая клетка с затравочными пластинами для синтеза мето-
дом Жильсона после двух месяцев роста. (Справа) Кристаллы синтетического изум-
руда Жильсона после 10 месяцев роста. (Лаборатория Жильсона)
206 Глава 15. Синтетические ювелирные камни и имитации ювелирных камней
период). Стадийный процесс позволяет каждый раз выбрать лучшие кристал-
лы для дальнейшего роста. Другой особенностью процесса Ленникса является
то, что кристаллы выращиваются в недорогом керамическом контейнере вме-
сто дорогостоящих платиновых тиглей. Это позволяет уменьшить стоимость
конечного продукта. Хотя платина не поддается химическому воздействию во
время процесса синтеза, она становится мягкой при высоких температурах,
необходимых в этом производстве, и подвергается механической эрозии; го-
ворят, что потери платины в результате эрозии обусловливают 80% стоимости
конечного продукта.
Еще две компании в Японии, которые также производят синтетические
изумруды флюсовым методом, — это «Киосера» и «Сейко». Продукт компа-
нии «Киосера» называют «Crescent», а изумруды компании «Сейко» использу-
ются в ювелирной промышленности их дочерней компанией Bijoreve. В быв-
шем СССР также производились изумруды раствор-расплавным методом.
Процесс выращивания кристаллов данным методом является очень мед-
ленным, требуя от 2 до 10 месяцев (в зависимости от особенностей конкрет-
ного метода) для получения кристаллов, пригодных для огранки. В этом от-
ношении он имеет отдаленное сходство с гораздо более продолжительным
геологическим процессом формирования драгоценных камней как минера-
лов. Быстрое охлаждение приводит к возникновению многочисленных мел-
ких кристаллов, тогда как для того, чтобы образовались крупные кристаллы,
требуется очень медленное равномерное осаждение.
Синтетические рубин, шпинель, кварц, александрит и редкоземельные гра-
наты также производятся раствор-расплавным методом при использовании
соответствующих растворителей, химических компонентов и окрашивающих
примесей. Синтетические александриты, выращиваемые американской ком-
панией Creative Crystals, окрашиваются железом и хромом, воспроизводя такое
же изменение цвета, как у природных российских александритов. В 1969 г. на
рынке появились флюсовые рубины Кашана. Позднее в них стали добавлять
различные количества оксида железа, из-за чего их стало труднее отличать от
природных рубинов в коротковолновом ультрафиолетовом свете.
В 1982 г. на рынке появились раствор-расплавные рубины Knischka, а
процесс их производства описывался как «Luxury synthesis» с целью отличить
его от более дешевого метода Вернейля. Наиболее интересной геммологиче-
ской особенностью рубинов Knischka является форма неограненных кри-
сталлов, которые принимают вид коротких гексагональных бипирамид с
многочисленными второстепенными гранями. Компания Knischka (Австрия)
предлагает в качестве питающего материала использовать измельченный
природный рубин (это напоминает изумруды Пула, которые будут описаны
ниже в разделе «Гидротермальный процесс»).
В США Кэрол Чэтем производит рубины и сапфиры раствор-расплавным
методом. Этим же методом в США получают синтетические рубины
Ramaura, которые имеют в питающем материале флюоресцирующую добав-
ку, что облегчает их диагностику. К сожалению, эта добавка имеет тенденцию
мигрировать к поверхностному слою кристалла и ее не всегда легко увидеть в
Зонная плавка 207
ограненных камнях. По сравнению с природными рубинами в длинноволно-
вом ультрафиолетовом свете цвет флюоресценции рубинов Ramaura больше
сдвинут к желто-оранжевому участку спектра. Крупные кристаллы синтети-
ческой красной шпинели массой 10—20 кар успешно выращиваются раствор-
расплавным методом в бывшем СССР. В результате появились более круп-
ные ограненные камни, чем та красная синтетическая шпинель, которую
можно было получить методом Вернейля.
Зонная плавка
Метод зонной плавки может служить для очистки (т. е. повышения чистоты
материала) или для выращивания высокочистых кристаллов из твердого или
частично расплавленного порошка. Установка включает в себя радиочастот-
ную индукционную катушку, которая перемещается вдоль емкости с питаю-
щим материалом, расплавляя его. При дальнейшем передвижении катушки
материал охлаждается и кристаллизуется или (если необходима его очистка)
перекристаллизуется. В другом варианте индукционная катушка может быть
неподвижной, а материал двигается внутри нее.
При очистке этим методом (рис. 15.8, слева) кристалл держат вертикально и
вращают по мере его движения внутри индукционной катушки. Расплавленная
зона удерживается от расползания поверхностным натяжением материала. Во
время перемещения кристалла вниз через катушку примеси переносятся в рас-
Рис. 15.8. Процесс зонной плавки. (Слева) Зонная очистка кристалла; (справа) ме-
тод плавающей зоны, использованный Сейко. (По К. Нассау)
208 Глава 15. Синтетические ювелирные камни и имитации ювелирных камней
плавленной зоне к концу кристалла. Синтетические рубины, сапфиры и алек-
сандриты «Сейко» производятся с помощью разновидности такого процесса,
называемой «методом плавающей зоны» (рис. 15.8, справа). Кристаллы, полу-
ченные таким образом, не имеют включений и видимых признаков роста.
Гидротермальный метод
В отличие от других процессов синтеза ювелирных камней, в гидротермаль-
ном методе кристаллы выращивают из водного раствора питающего матери-
ала. Если воду нагреть под давлением в герметичном сосуде, ее температуру
можно поднять выше ее обычной точки кипения 100 °C. Используя соответ-
ствующий сосуд, называемый автоклавом (рис. 15.9), точку кипения можно
поднять еще выше. При давлении 144,8 МПа точка кипения воды поднима-
ется до 400 °C. Вода такой температуры и связанный с нею перегретый пар
действуют как растворитель на многие минералы, в том числе кварц. В связи
с такой высокой реакционной способностью перегретой воды внутренние
стенки автоклава делают из благородных металлов, таких, как серебро.
Гидротермальный метод синтеза повторяет природные процессы роста
кварца и других минералов. Используя способность питающих материалов
растворяться в перегретых воде и паре, можно получать пересыщенные вод-
ные растворы, из которых ювелирные материалы осаждаются и выращивают-
ся на затравках.
Чтобы синтезировать кварц, измельченный кремнезем помещают на дно
автоклава в качестве питающего материала, а готовые пластины кварца под-
вешивают в верхней части сосуда в качестве затравочных (рис. 15.9). Затем
автоклав на 85% заполняют слегка щелочной водой, в которой 1% объема за-
нимает гидроксид натрия — минерализатор, повышающий растворимость
кварца в воде.
Рис. 15.9. Упрощенная схема облицованного
серебром автоклава для выращивания гидро-
термального кварца: 1 — теплоизоляция; 2 —
затравочные пластины; 3 — перегородка; 4 —
питающий материал; 5 — обогащенный крем-
неземом водный раствор; 6 —серебряная обли-
цовка; 7 — электронагреватель.
Г идротермальный метод 209
Автоклав нагревают, и, когда температура воды достигнет 200 °C,
ббльшая часть ее переходит в перегретый пар. При температуре 300 °C дав-
ление внутри автоклава составляет 138 МПа (более чем в 1000 раз превыша-
ет атмосферное давление), в связи с чем автоклав называют также бомбой!
Без дополнительной минерализации воды ее температуру нужно было бы
поднять еще выше, чтобы добиться необходимой растворимости кварца.
Измельченный кварц на дне автоклава теперь растворяется в смеси пере-
гретого пара и воды и начинает подниматься. В зоне, где находятся затра-
вочные пластины, температура приблизительно на 40 °C ниже, чем в осно-
вании сосуда, и, когда раствор кремнезема попадает в эту более прохладную
область, он становится пересыщенным и начинается кристаллизация на за-
травочных пластинах.
Кристаллы бесцветного кварца до 50 мм в ширину и 150 мм в длину (в ос-
новном для электронной промышленности) можно вырастить этим методом
за 3—4 недели (рис. 15.10). Синтетический окрашенный кварц для ювелирной
промышленности получают, добавляя в раствор кобальт (синий цвет) либо
железо (зеленый или желтый цвет). Синтетический аметист выращивают, до-
бавляя железо и затем подвергая полученные кристаллы радиоактивному об-
лучению.
Синтетические изумруд и рубин также можно получать гидротермальным
методом. В 1960 г. Й. Лехлейтнер в Инсбруке (Австрия) впервые использовал
этот метод для наращивания тонкого слоя синтетического изумруда на уже
ограненный природный слабоокрашенный берилл. Покрытие на гранях ко-
роны затем слегка полировалось, а грани павильона оставались матовыми
для сохранения цвета. Бериллы с изумрудным покрытием впервые появились
на рынке под названием «эмерита», затем его изменили на «симеральд».
Впоследствии они производились отделением «Линде» американской корпо-
рации «Юнион карбайд» под названием «синтетический изумруд Линде»
(рис. 15.11). В 1964 г. Лехлейтнер получил синтетические изумруды, выращи-
вая их на затравках гидротермальным методом (в 1965 г. аналогичный про-
дукт получила «Линде»), а в 1985 г. — синтетические рубины и сапфиры, ис-
Рис. 15.10. Кристалл синтетического гид-
ротермального кварца с характерной «бу-
лыжной» поверхностью, которая никогда не
встречается в природном кварце.
210 Глава 15. Синтетические ювелирные камни и имитации ювелирных камней
>----------22 ММ---------------И
Рис. 15.11. Схематические изображения синте-
тического изумруда Линде типа «Лехлейтнер»
(Дж. Синкенкес). {Слева) Таблитчатый кристалл,
извлеченный из автоклава. (Справа) Поперечный
разрез кристалла, показывающий наращивание
синтетического изумруда на тонкую затравочную
пластину бесцветного берилла.
пользуя затравки, выращенные методом Вернейля, и гидротермальное нара-
щивание.
Основным различием в синтезе кварца и изумруда гидротермальным ме-
тодом является то, что для синтеза изумруда питающий материал помещают
как на дно, так и в верхнюю часть автоклава, а затравочные пластинки берил-
ла подвешивают в центре (оксиды алюминия, бериллия и хрома содержатся в
нижней части сосуда, тогда как измельченный кварц держат в отдельном пер-
форированном контейнере в верхней части сосуда). Другое отличие гидро-
термального синтеза изумруда состоит в том, что в качестве минерализатора
в этом случае нужно использовать подкисленную воду, чтобы перевести ок-
сид хрома в раствор. Составляющие изумруда растворяются в перегретых во-
де и паре при температуре около 600 °C и вступают в реакцию в центральной
части автоклава, образуя раствор, по составу соответствующий изумруду, ко-
торый затем кристаллизуется на затравочных пластинах.
В отличие от флюсового процесса здесь невозможно пополнять питаю-
щий материал, так как автоклав загерметизирован, и это ограничивает размер
выращиваемых кристаллов. Более крупные кристаллы получают, повторяя
процесс несколько раз и каждый раз используя полученные ранее кристаллы
в качестве затравок.
Некоторые синтетические изумруды, такие, как Regency — продукт
Vacuum Ventures (США), содержат достаточное количество хрома, проявляя
ярко-красную флюоресценцию при интенсивном освещении белым светом.
В других синтетических гидротермальных изумрудах, выращиваемых фир-
мой Crystal Research в Мельбурне (Австралия), цвет обусловлен присутстви-
ем ванадия, а не хрома. Ванадий использовался как окрашивающий элемент
и в более ранних разработках — например в синтетическом изумруде Бирона,
характеризующемся исключительно красивым цветом и чистотой.
Права на процесс Бирона были приобретены в 1987 г. фирмой Equity
Finance, г. Перт в Австралии. В попытках избежать термина «синтетический»
в рекламе и продажах дочерняя компания этой фирмы (Excaliber Holdings) на-
звала свой продукт «изумруд Пул» и в публикациях представляла его как «при-
Метод прямого высокочастотного плавления 211
родный перекристаллизованный изумруд». Название «Пул» происходит от на-
звания изумрудного рудника Пул в Западной Австралии, который поставляет
низкокачественные природные изумруды, используемые как питающий мате-
риал при гидротермальном синтезе этого камня. В 1990 г. компания «Бирон
интернейшнл» изготовила синтетический розовый берилл (похожий на мор-
ганит — природную розовую разновидность берилла), использовав гидротер-
мальный метод. Однако цвет этого материала обусловлен присутствием тита-
на, а не марганца, как в природных камнях.
Метод прямого высокочастотного плавления
в холодном контейнере (метод гарниссажа)
Точка плавления порошка диоксида циркония (используемого для производ-
ства имитации алмаза — кубического диоксида циркония — сокращенно CZ)
значительно выше 2000 °C, поэтому его невозможно расплавить в обычных
огнеупорных тиглях. В связи с этим кристаллы диоксида циркония произво-
дятся так называемым методом гарниссажа, разработанным в Физическом
институте им. Лебедева в Москве.
Аппарат, используемый для синтеза этим методом, состоит из водоохлаж-
даемых медных трубок (рис. 15.12). Порошок диоксида циркония (плюс ста-
билизатор, необходимость которого будет обоснована ниже) помещают
внутрь аппарата, и он плавится под действием токов высокой частоты. По-
скольку диоксид циркония электропроводен только при высоких температу-
рах, процесс плавления начинается с пластинки металлического циркония,
помещенной в центр. Она окисляется по мере плавления и становится частью
питающего диоксида циркония.
Когда определенный объем порошка расплавится, вокруг него остается
внешняя корка, температура которой ниже температуры плавления куби-
ческого диоксида циркония и которая находится в контакте с холодными
медными трубками; таким образом, она формирует собственный, устойчи-
Рис. 15.12. Схема аппарата
для синтеза методом индук-
ционного (высокочастотного)
плавления в холодном кон-
тейнере.
212 Глава 15. Синтетические ювелирные камни и имитации ювелирных камней
Рис. 15.13. (Слева) Монокристалл диоксида циркония (CZ) массой около 600 кар,
выколотый из скопления кристаллов внутри «тигля». (Справа) Копия в 800 кар алма-
за «Куллинан-I» из диоксида циркония (CZ).
вый к высоким температурам тигель. Через несколько часов высокочастот-
ный нагрев порошка медленно уменьшают и, когда расплав остынет, из-
влекают прозрачные кристаллы CZ (рис. 15.13). Для снятия напряжений в
охлаждаемых кристаллах их отжигают при температуре 1400 °C в течение
12 часов.
В расплавленном состоянии диоксид циркония имеет кубическую струк-
туру, но, остыв до комнатной температуры, становится моноклинным (и не-
прозрачным). Чтобы сохранить диоксид циркония кубическим и прозрач-
ным при его затвердевании, перед нагревом в питающий материал вводится
«стабилизатор». Подходящими для этих целей стабилизаторами являются ок-
сиды марганца, кальция и иттрия (в промышленности нестабилизированный
непрозрачный диоксид циркония используют как высокотемпературный ог-
неупорный материал).
На рынок кубический диоксид циркония в бывшем СССР поступает под
названием «фианит»; «джевалит» производится Джевахирджаном в Швейца-
рии, «даймонеск» — корпорацией «Церес» в США. «Сваровски» в Австрии —
еще одна из многих компаний, производящих в больших количествах эту по-
пулярную в мире имитацию алмаза. Окрашенный диоксид циркония также
производится рядом компаний; окраска связана с добавками редкоземель-
ных и переходных элементов.
Синтез алмаза
Шведская компания ASEA первой заявила о своем синтезе алмаза в 1953 г.,
хотя это событие не подтверждено независимым наблюдателем. Причиной,
по которой они не сообщили в то время о своем успехе, было желание улуч-
шить размер и чистоту получаемых алмазов, сохраняя процесс в секрете.
Предполагалось также, что больше никто синтезом алмаза не занимается.
Оборудование ASEA для синтеза включало составную сферу, рассчитанную на
Синтез алмаза 213
Рис. 15.14. (Слева) Очень мелкие кристаллы синтетического алмаза технического
качества. Габитус кристаллов может быть иным при изменении температуры и давле-
ния процесса. (Справа) Производственное отделение компании «Де Бирс» содержит
ряд прессов высокого давления, используемых в производстве синтетических техни-
ческих алмазов.
высокое давление, в которой для нагрева карбида железа применялась тер-
митная смесь. Сфера была запатентована, но только для использования в экс-
периментах. К 1955 г. это оборудование было заменено устройством, состоя-
щим из поршня и цилиндра, которое потом стало основным на заводах ASEA.
В 1955 г. «Дженерал электрик» в Америке получила патент на синтез алма-
за и сообщила всему миру о своем успехе. Четырьмя годами позже «Де Бирс»
также успешно синтезировала алмазы размером с песчинку и, используя
прессовый метод высоких давлений ASEA, развила этот метод до уровня про-
мышленного процесса (рис. 15.14). Затем синтез мелких технических алмазов
был успешно осуществлен во многих странах, в том числе СССР, Японии и
Китайской Народной республике.
Базовая технология для крупномасштабного синтеза технических алмазов
включает растворение графита в расплавленном железе, никеле, марганце
или кобальте при высоких температурах и давлениях. В этом процессе металл
действует как катализатор, понижая температуру и давление, необходимые
для перехода гексагональной структуры графита в более плотно упакованную
кубическую структуру алмаза.
Переход осуществляется при давлении ПО ООО атм (около 11 030 МПа),
приложенном к пирофиллитовому картриджу, который содержит диски гра-
фита и металлического катализатора, и одновременном нагреве до 3300 °C.
При этой температуре металлические диски плавятся, растворяя графит. За-
тем температура начинает падать, углерод графита испытывает перекристал-
лизацию в кластеры мелких алмазов, причем процесс занимает всего 2—3 ми-
нуты. После затвердевания металла картридж с его содержимым удаляют из
пресса, дробят и извлекают алмазы, растворяя неалмазную часть в кислотах.
214 Глава 15. Синтетические ювелирные камни и имитации ювелирных камней
В 1970 г. компанией «Дженерал электрик» в Америке в лабораторных усло-
виях были выращены синтетические алмазы ювелирного качества размером в
карат и более. Они были получены диффузионным методом, в котором сво-
бодные атомы углерода вводились в систему для кристаллизации на затравках
из синтетического алмаза в более холодной части металлического расплава в
каталитической «ванне». Углеродный исходный материал состоял из мелких
кристаллов алмаза, помещенных в горячую секцию «ванны». Полученные
таблитчатые кристаллы алмаза были очень дорогими по сравнению с природ-
ными камнями, так что промышленное производство их было невыгодно.
В 1986 г. японская фирма «Сумитомо электрик индастриз» сообщила о
промышленном производстве прозрачных желтых кристаллов синтетическо-
го алмаза ювелирного качества в один и более каратов (рис. 15.15). Эти алма-
зы были более высокого качества, чем обычные технические, и могли исполь-
зоваться в различных целях. Кристаллы массой до 1,2 кар были выпущены на
рынок в виде распиленных лазером и частично отполированных прямоуголь-
ных пластин массой до 0,40 кар. Хотя отпускная цена алмазов «Сумитомо»
была близка к стоимости природных алмазов аналогичного размера, цвета и
качества, компания заявила, что не планирует выпуск продукции на ювелир-
ный рынок. Вскоре после этого заявления образцы «Сумитомо» были разосла-
ны в ведущие геммологические лаборатории, а ограненные желтые синтети-
ческие алмазы, похожие на продукцию «Сумитомо», видели в Лондоне!
Рис. 15.15. (Вверху) Кри-
сталлы синтетических
алмазов ювелирного каче-
ства, произведенные «Су-
митомо»; на переднем
плане — образцы выре-
занных из них теплоотво-
дов. (Внизу) Кристаллы
синтетических алмазов
ювелирного качества, по-
лученные «Де Бирс».
Синтез алмаза 215
В 1987 г. компания «Де Бирс» послала образцы своих собственных желтых
синтетических алмазов ювелирного качества каратного размера (рис. 15.15)
для проверки в ГИА. Согласно их заявлению, крупные алмазы ювелирного
качества синтезировались ими на экспериментальной основе в Научно-исс-
ледовательской лаборатории алмазов в Йоханнесбурге с начала 70-х гг. К
1988 г. самые крупные кристаллы синтетического алмаза, выращенные «Де
Бирс» (автор проводил их экспертизу во время посещения этой лаборатории
в этом году) весили около 11 кар. Компания объявила, что целью их исследо-
вательской программы было вырастить крупные прозрачные синтетические
алмазы ювелирного качества (такие, как алмазы «Сумитомо»), с тем чтобы
исследовать возможность высокотехнологичных приложений и лучше по-
нять процесс синтеза алмаза. В то время у них не было планов использовать
свои кристаллы в ювелирной торговле.
Кристаллы синтетического алмаза «Де Бирс» являются искаженными окта-
эдрами. Их выращивают флюсовым методом. В одном контейнере могут быть
одновременно выращены несколько кристаллов (на затравках из синтетическо-
го алмаза). Как сообщают, наиболее трудно вырастить прозрачные бесцветные
или синие синтетические алмазы высокого качества. Как и все желтые синтети-
ческие алмазы (и ювелирного и технического качества), производимые сегодня,
алмазы «Де Бирс» на 100% относятся к типу 1b. Этот тип алмазов содержит ато-
мы азота, рассеянные в кристаллической решетке, и в природе встречается
очень редко (природные желтые алмазы обычно относятся к типу la + 1b).
Синтетические алмазы получаются также в условиях взрыва, когда созда-
ются кратковременные температуры и давления, необходимые для перехода
графита или аморфного углерода в алмаз. Другой метод, разработанный ком-
панией «Линде» в США, состоит в пропускании метана над очень мелкими
затравочными кристаллами алмаза при температурах от 600 до 1600 °C. Угле-
род метана осаждается на алмазных затравках, но скорость роста при этом
очень мала. Физики из Научно-исследовательского центра по атомной энер-
гии в Харуэлле (Великобритания) разработали похожий процесс, но в нем
ионы углерода подаются к алмазным затравкам в виде пучка с высокой энер-
гией. Эти процессы являются предшественниками технологии осаждения ал-
мазных пленок, которая будет описана в последнем разделе этой главы.
В 1993 г. Томас Чэтем в США сообщил, что его компания собирается вы-
пустить на рынок синтетические алмазы ювелирного качества, произведен-
ные в России, по значительно более низким ценам, чем природные алмазы.
Через некоторое время компания, называемая Supersprings, в Лос-Анджелесе
начала использовать желтые и голубые синтетические алмазы в ювелирных
изделиях. Синтетические камни с торговым названием «SuperDiamonds» раз-
мера 0,15—0,25 кар были произведены в России.
В 1996 г., поскольку было ясно, что использование синтетических алмазов
в ювелирной промышленности наверняка будет возрастать, в научном цент-
ре «Де Бирс» DTC, расположенном в Великобритании, были разработаны два
прибора, позволяющие различать природные и синтетические алмазы. Они
будут описаны в гл. 16.
216 Глава 15. Синтетические ювелирные камни и имитации ювелирных камней
«Синтетические» лазурит, бирюза и опал
Хотя искусственные имитации лазурита, бирюзы и опала, созданные Жиль-
соном (рис. 15.16), рекламировались как синтетические версии этих камней,
последующие анализы этих материалов ведущими геммологами показали,
что правильнее было бы называть их имитациями. Причиной является нали-
чие в составе этих продуктов компонентов, отсутствующих в природных
камнях. Установлено, например, что лазурит Жильсона состоит в основном
из синтетического ультрамарина и двух гидрофосфатов цинка, а в природ-
ном лазурите эти составляющие отсутствуют. Аналогична ситуация с бирю-
зой и опалом Жильсона, которые также содержат компоненты, отсутствую-
щие в природных камнях. Некоторые образцы бирюзы Жильсона имеют на
поверхности углубления, имитирующие заполненные лимонитом трещины
в природной бирюзе. Поскольку эти продукты в действительности не явля-
ются синтетическими, особенности их диагностики будут описаны в гл. 17,
где рассматриваются неорганические ювелирные камни и их имитации.
Рис. 15.16. «Синтетика» Жильсона. Слева направо: кабошоны лазурита, бирюзы и
опала; на заднем плане — необработанные образцы.
«Синтетические» опалы Жильсона производятся белого и черного цвета.
Из них белый опал выглядит наиболее реалистично. Хотя процесс Жильсона
сохраняется в тайне, предполагается что опал производят из раствора кремни-
евого эфира. Частицы кремнизема, аналогичные кристобалитовым сферам в
природном опале, осаждаются в закрытом контейнере в течение нескольких
недель, после чего остаток воды удаляют. Высокопористый и хрупкий продукт
затем пропитывают и стабилизируют опаловидным кремнеземом.
Синтетический жадеит
В 1984 г. «Дженерал электрик» в Америке получила образцы белого, зелено-
го, черного и лавандового синтетического жадеита. Первоначальные экспе-
рименты по его синтезу компания стала проводить спустя всего несколько
Составные камни 217
лет после успешного синтеза алмазов ювелирного качества. Исходный мате-
риал для получения синтетического жадеита включал дробленое кварцевое
стекло, глинозем и карбонат натрия, процесс происходил в аппаратах высо-
кого давления при температуре около 1400 °C. Было объявлено, что синтети-
ческие жадеиты являются продуктом экспериментального изучения и компа-
ния не планирует их промышленное производство*.
Имитации ювелирных камней
В противоположность синтетическим камням, имеющим тот же химический
состав, кристаллическую структуру и физические параметры, что и их при-
родные аналоги, имитации только внешне сходны с природным камнем, ко-
торый они имитируют. Для получения имитаций более дорогих камней ис-
пользуются разнообразные материалы — от природных драгоценных камней
(иногда окрашенных) до различных искусственных продуктов. Их идентифи-
кация обычно не вызывает проблем, так как физические характеристики их
сильно отличаются от параметров тех камней, которые они имитируют. Ими-
тации алмаза наиболее сложны для диагностики, поскольку их показатель
преломления часто лежит вне пределов шкалы стандартного рефрактометра.
Описание имитаций алмаза и других драгоценных камней вместе с методами
их диагностики см. в гл. 17.
Составные камни
За исключением опаловых дублетов и триплетов, составные камни произ-
водятся с целью обмана. Они составляют отдельную, отличную от других
группу имитаций, а поэтому их описание и определение ограничатся этой
главой.
Составные камни включают в себя дублеты и триплеты, компоненты
которых могут быть различными: от фрагментов одного и того же минера-
ла, склеенных, чтобы получить больший камень, до камней, имеющих ко-
рону из драгоценного камня, а павильон из стекла или синтетического
камня (например, алмазная корона и павильон из синтетического корун-
да — рис. 15.17).
Опаловые дублеты состоят из тонкого слоя благородного опала с подлож-
кой из пластика или обыкновенного опала. Иногда опаловый «дублет» быва-
ет вырезан из слоя опала с подложкой из его собственной железистой матри-
цы. Опаловые триплеты делают, приклеивая купол из чистого кварца (или
синтетической шпинели либо корунда) поверх опалового дублета. В этом
случае верхняя часть составного камня не проявляет игры цветов, а показа-
тель преломления, определенный «дистанционным методом», соответствует
только верхней части триплета.
' Синтетический жадеит получен также в России во ВНИИСИМСе (г. Александров). —
Прим. ред.
218 Глава 15. Синтетические ювелирные камни и имитации ювелирных камней
Алмаз
Изумруд «ссуде»
Кварц
Окрашивающий
v слой
Алмаз
Рис. 15.17. Поперечные сечения не-
которых дублетов.
Начиная с Викторианских времен существуют дублеты из цветного стек-
ла, имитирующего соответствующий камень, и тонкой пластинки альманди-
на на короне. Эти составные камни называют «дублетом с верхней частью из
граната (GTD)». Сильный блеск и высокий показатель преломления граната
(1,77), покрывающего площадку, делает его пригодным для имитации ко-
рунда, и чаще всего такие камни имитируют рубин или синий сапфир, хотя
изготавливаются также имитации изумруда, перидота, желтого сапфира и
топаза.
Как видно по рис. 15.17, гранатовый слой редко соединяется со стеклом
симметрично. Это связано с тем, что два фрагмента (состоящие из тонкой
пластинки граната и стеклянного шарика) помещают в нагретую форму и
сплавляют перед огранкой и полировкой. Если есть подозрение, что ка-
мень — дублет с гранатовой верхней частью, это легко проверить, поместив
его площадкой вниз на лист белой бумаги. При наблюдении с использовани-
ем мощного осветителя во всех дублетах с гранатовой верхней частью, кроме
красных, виден розовый ободок вокруг зоны склейки. Или же линию соеди-
нения между верхней частью и основанием дублета можно сделать более за-
метной, если поместить камень в иммерсионную жидкость с показателем
преломления, близким к показателю стекла (например, бромоформ). Даже
вода помогает повысить контраст между двумя составляющими дублета
(рис. 15.18).
Если тщательно исследовать камень через микроскоп или ручную лупу,
можно увидеть не только линию склейки (которая часто бывает неровной —
рис. 15.19), но и присутствующие в нем пузырьки воздуха. У дублетов с боль-
шими и доступными гранями павильона определить природу камня поможет
разница в показателях преломления, снятых с площадки и павильона (иск-
Составные камни 219
Рис. 15.18. Соединение павильона из
стекла с короной из альмандина в дуб-
лете с гранатовым верхом становится
хорошо заметным при помещении
камня в иммерсионную жидкость.
Рис. 15.19. Гранатовый фраг-
мент на короне дублета с гранато-
вым верхом часто бывает несим-
метричным.
лючая не совсем обычный случай, когда фрагменты состоят из одинакового
материала, например корона — из природного корунда, а павильон — из син-
тетического, имитирующего рубин или сапфир).
Триплеты, такие, как изумруд «соуде» (soude), состоят из бесцветного
кварца, синтетической шпинели или берилла сверху такого же основания.
Цвет может быть обусловлен наличием тонкого окрашенного слоя желатина
или пластины шпинели, вцементированной или вплавленной между короной
и павильоном. В отличие от гранатовых дублетов изумруд «соуде» симметри-
чен — окрашенный слой помещен в области рундиста (рис. 15.20).
Симметричные составные камни кварц/кварц также делают с цветным
фильтром в качестве центрального слоя для имитации аметиста. Если такой
триплет поместить в соответствующую иммерсионную жидкость и смотреть
на него вдоль плоскости рундиста, то можно видеть, что корона и павильон
этого триплета бесцветные. Обе части изумруда «соуде» иногда содержат
включения, которые могут ввести в заблуждение, но в микроскоп виден со-
держащий пузыри окрашенный слой в дублетах обоих типов.
Рис. 15.20. Видимые в иммерсионной
жидкости три компонента изумруда «соу-
де». Верхняя и нижняя части бесцветные, а
изумрудно-зеленый цвет возникает за счет
тонкого центрального слоя.
220 Г лава 15. Синтетические ювелирные камни и имитации ювелирных камней
Хотя и не всегда это возможно, но, исследуя камень без оправы, всегда нуж-
но проверять, не составной ли это камень, особенно если его показатель пре-
ломления не согласуется с другими диагностическими характеристиками камня
(например, удельным весом). В этих случаях следует очень внимательно иссле-
довать область вблизи рундиста, чтобы понять, из скольких частей состоит ка-
мень — из одной или больше (на практике всегда ищите признаки составного
камня при первичном просмотре ограненного камня с помощью ручной лупы).
Видимо, наибольшую потенциальную опасность при диагностике пред-
ставляют составные камни, являющиеся дублетами с верхней частью из алма-
за. В них тонкая корона из алмаза приклеена к павильону из различных мате-
риалов: от кварца до искусственных имитаций алмаза (таких, как синтетиче-
ский корунд, ИАГ, ГГГ, CZ и даже самая последняя алмазная имитация —
синтетический муассанит). Иногда можно встретить дублет, в котором коро-
на из ИАГ или синтетического корунда склеена с павильоном из титаната
стронция, для того чтобы притупить чрезмерную игру света этого материала
и сделать верхнюю часть камня более твердой. В результате получается ка-
мень, внешне более похожий на алмаз, чем каждый из этих материалов в от-
дельности, и с более низкой ценой, чем CZ; такая замена, впрочем, не пред-
ставляет особого интереса для современной ювелирной промышленности.
Дублет алмаз/алмаз, хотя и редко встречается, но тоже может представить
проблему. Причиной появления таких дублетов скорее всего является нели-
нейный рост цены в зависимости от размера алмаза (сравнительная редкость
крупных камней приводит к тому, что стоимость 2-каратного алмаза в четы-
ре раза превышает стоимость 1-каратного). Дублет алмаз/алмаз (если не
выявлено, что это составной камень) может стоить на рынке больше, чем
суммарная стоимость составляющих его частей. Диагностика его основана на
явлениях в области склейки. Общее внутреннее отражение понижается, а ме-
сто склейки создает зеркальный эффект при просмотре через площадку. В
плоскости склейки обычно видны пузыри. Более эффектным тестом (хотя
его и нельзя рекомендовать) является нагрев камня до размягчения цементи-
рующего слоя, когда верхнюю часть камня можно осторожно сдвинуть в одну
сторону.
Тонкие алмазные пленки
В рамках этой главы следует уделить некоторое внимание относительно но-
вой технологии, которая может представить проблему для геммологов в буду-
щем. Примерно в 1985 г. в бывшем СССР и Японии начали проводиться ис-
следования по наращиванию тонкого слоя синтетического алмаза на различ-
ные подложки, например кремний. В этом методе смесь метана и водорода
проходит через микроволновую «ванну», в которой молекулы газа разлагают-
ся на водород и углерод и затем углерод кристаллизуется как алмаз на повер-
хности подложки. Такие покрытия можно использовать при разработке
инструментов и опор длительного пользования, создании повышенной твер-
дости линз и окон для научных приборов, а также теплоотводов. Тонкие
Тонкие алмазные пленки 221
пленки синтетического алмаза сейчас производятся во всем мире многими
компаниями (например «Де Бирс», «Дженерал электрик» и «Сумитомо»).
Разработан также метод наращивания алмазоподобных углеродных пленок
(DLC), получить которые гораздо легче, чем алмазные пленки. В покрытиях
DLC между атомами углерода наблюдаются как алмазные, так и графитовые
связи, вследствие чего свойства покрытия отличаются от свойств алмаза.
Технически возможно наносить тонкие алмазные пленки на ювелирные
камни, хотя сцепление пленки с многими ювелирными материалами часто
представляет проблему. Если какую-нибудь имитацию алмаза (скажем, CZ)
покрыть тонкой алмазной пленкой, это будет трудно обнаружить, так как от-
ражение от поверхностного слоя станет сильнее и блеск будет таким же, как у
алмаза. Толщина покрытия обычно не превышает 0,001 мм (для наращива-
ния пленки даже такой толщины требуется около часа), и поэтому не будет
влиять на показания тестера, основанного на определении теплопроводно-
сти, даже если пленка контактирует с металлом оправы.
Глава 16
Различия между синтетическими и
природными драгоценными камнями
Поскольку между стоимостью синтетических и природных драгоценных кам-
ней существует большая разница, геммолог должен уметь не только диагно-
стировать камень, но и определять, является ли он природным или синтети-
ческим. Идентификация имитаций драгоценных камней основана на разли-
чии физических констант самой имитации и драгоценного камня, который
она имитирует. В этом смысле синтетическую шпинель (за исключением
красной) также можно отнести к имитациям, так как ее используют в качест-
ве имитации других драгоценных камней, но не природной шпинели (эти
камни рассмотрены в гл. 17).
Однако определение синтетических аналогов таких ювелирных камней,
как алмаз, изумруд, кварц, рубин, сапфир и александрит, представляет более
сложную проблему, поскольку их константы и константы природных камней
очень близки. Идентификация таких камней основана на признаках, обус-
ловленных различиями в условиях и времени роста между природными и
синтетическими кристаллами. К ним относятся линии роста, цветовая зо-
нальность и включения. Все эти признаки помогают отличать природные
камни от синтетических.
Линии роста и цветовая зональность
Изогнутые линии роста и криволинейную цветовую зональность обычно
можно видеть только в окрашенных корундах, выращенных методом Вер-
нейля, и в полученной этим же методом красной шпинели (т. е. в камнях, вы-
ращенных методом плавления в пламени). Их появление связано с прерыви-
стым падением капель расплавленного оксида алюминия на верхнюю часть
були и с большей летучестью окрашивающих оксидов по сравнению с окси-
дом алюминия. Линии роста очень трудно обнаружить — исключение
составляет рубин, полученный по методу Вернейля, — а криволинейные
цветные полосы, которые часто достаточно широки и видны даже невоору-
женным глазом (особенно если камень погружен в жидкость), очень хорошо
заметны в синих сапфирах и красной шпинели, выращенных методом Вер-
нейля.
Отсутствующую в корундах, выращенных методом Вернейля, прямоли-
нейную цветовую зональность можно увидеть во многих природных камнях,
включая кварц, рубин, сапфир и изумруд (обычно она соответствует гори-
зонтальным осям кристалла).
Типы включений 223
Двойникование
Повторяющиеся, или многократные, двойники являются особенностью не-
которых драгоценных камней (таких, как кварц, корунд и хризоберилл) и
иногда помогают отличать их от синтетических аналогов (см. ниже в этой
главе). Двойникование в кристалле может возникать как во время, так и по-
сле его образования — в последнем случае оно связано с послеростовой де-
формацией. Эти формы вместе с двойниками прорастания и контактными
двойниками были описаны в гл. 4.
Типы включений
Возможно, наиболее полезной для идентификации особенностью драгоцен-
ных камней является наличие включений, так как они непосредственно свя-
заны со средой минералообразования. Включения в природных драгоценных
камнях можно разделить на три основные группы.
1. Протогенетические включения (уже существовавшие раньше, чем обра-
зовался кристалл). Они состоят из минералов (иногда в виде хорошо ог-
раненных мельчайших кристаллов), которые образовались до того, как
начал расти кристалл-хозяин. Апатит в корунде и гранате гессоните,
слюда в корунде, кварце и изумруде, рутил в кварце, алмаз в алмазе и
пирит в корунде и изумруде — обычные включения этого типа.
2. Сингенетические включения (образовавшиеся одновременно с кристал-
лом). Они состоят из материала, который существовал одновременно с
кристаллом-хозяином (они могли расти из того же раствора, что и кри-
сталл-хозяин, или иметь похожую атомную структуру). Они могут при-
сутствовать в виде кристаллов, в виде захваченных жидких включений
или в виде жидкости, попавшей в трещины, которые затем закрылись
растущим кристаллом-хозяином (так называемые «залеченные трещи-
ны»). Такие трещины обычно заполнены рассеянными группами от-
дельных жидких капель и хорошо видны в корунде, перидоте, шпинели
и топазе. В перидоте подобные дисковидные трещины называют «лис-
том кувшинки».
Если захваченное жидкое включение содержит газовый пузырек или
миниатюрный кристаллик, или и то и другое, оно называется соответ-
ственно двухфазным или трехфазным. Двухфазные и трехфазные вклю-
чения встречаются в изумрудах и топазах. Двухфазные включения мож-
но увидеть в аквамарине. Обычные кристаллические включения этого
типа — иглы рутила в корунде и кварце, оливин в алмазе, шпинель и
циркон в корунде, а также апатит в корунде, гранате и шпинели. Мель-
чайшие октаэдры шпинели могут приводить к образованию перьевид-
ных структур в некоторых видах красной шпинели.
Полости в кристалле-хозяине могут быть результатом перерыва в ро-
сте. В этом случае образовавшиеся пустоты часто имеют правильную
форму и заполнены жидкостью или газом. Из-за их характерной фор-
мы, нередко повторяющей форму кристалла, их называют «отрицатель-
224 Глава 16. Различия между синтетическими и природными драгоценными камнями
ными» кристаллами. Эти включения можно распознать по наличию
внутри них газовых пузырей. Отрицательные кристаллы встречаются в
корунде и шпинели.
3. Эпигенетические включения (возникшие после кристаллизации мине-
рала-хозяина). Эти включения образуются после формирования кри-
сталла-хозяина. Они возникают в результате перекристаллизации в
трещинах инородных материалов, возникновения астеризма в резуль-
тате распада твердого раствора диоксида титана (например, в корун-
де), образования внутренних трещин по спайности (в топазе и лунном
камне) или радиационных изменений в кристаллической решетке,
связанных с радиоактивными материалами, попавшими в кристалл-
хозяин (как в случае зеленых и коричневых цирконов). В корундах из
Шри-Ланки включения кристаллов циркона (содержащего радиоак-
тивные элементы уран и торий) несколько увеличиваются в размерах
в результате внутреннего облучения альфа-частицами, и при этом об-
разуются трещины, связанные с наличием напряжений и называемые
«цирконовые гало».
Характерные признаки природных и
синтетических драгоценных камней
Этот раздел посвящен тем природным камням, которые имеют синтетиче-
ские аналоги, выращиваемые в промышленных масштабах (диагностические
особенности других природных драгоценных камней приведены в Приложе-
нии С). Здесь мы ограничимся теми идентификационными признаками, ко-
торые можно выявить, используя описанные ранее приборы. Характерные
признаки синтетических камней во многом связаны с наличием газовых пу-
зырей, остатков шихты или водных растворов либо металлических пластинок
от производственного оборудования. Ниже в этой главе будут описаны мето-
ды идентификации, требующие наличия сложной аппаратуры, которая име-
ется только в крупных геммологических лабораториях.
Александрит
Природный камень часто содержит «перья» и двухфазные включения. В по-
ляризованном свете можно выявить ступенчатые двойниковые плоскости.
Синтетический александрит выращивают раствор-расплавным методом
(Creative Crystals), методом вытягивания Чохральского (фирма «Киосера»
производит александриты Crescent Vert или Inamori) и методом зонной
плавки («Сейко»). Камни, выращенные первыми двумя методами, характе-
ризуются наличием скоплений пылевидных включений (возможно, парал-
лельных поверхности затравки). Встречаются также беспорядочно ориенти-
рованные иглы, параллельные удлиненные кристаллы и тонкие треугольные
платиновые пластинки. Ранее синтезированные раствор-расплавным мето-
дом камни содержат заполненные жидкостью трещины (рис. 16.1). Синтети-
Характерные признаки природных и синтетических драгоценных камней 225
Рис. 16.1. Типичные содер-
жащие жидкость залеченные
трещины в синтетическом
александрите, выращенном
раствор-расплавным мето-
дом. (Eppler)
ческие александриты «Сейко» имеют свили и содержат газовые пузыри, по-
хожие на головастиков и сходные с теми, которые встречаются в синтетиче-
ских рубинах Вернейля.
Алмаз
Природный алмаз содержит большое количество включений, в том числе
кристаллы алмаза, граната, оливина, хромдиопсида, хромэнстатита и пирита.
На поверхности кристаллов алмаза (или «найфах», т. е. участках природных
граней на рундисте ограненного камня) могут встречаться треугольные
структуры роста или «тригоны» травления (рис. 16.2). В большинстве случаев
это «негативные» тригоны, ориентированные обратно параллельно треуголь-
ным граням октаэдра. В то время как все природные алмазы практически
инертны при облучении коротковолновым УФ, около 20% их проявляют яр-
кую флюоресценцию в длинноволновом УФ (и природные и синтетические
алмазы люминесцируют при облучении рентгеновскими лучами). Природ-
ные алмазы, флюоресцирующие голубым при освещении их длинноволно-
вым УФ, дают слабую желтую фосфоресценцию (это является диагностиче-
Рис. 16.2. Тригоны травле-
ния на поверхности алмаза.
(«Де Бирс»)
226 Глава 16. Различия между синтетическими и природными драгоценными камнями
ским признаком для алмазов, так как никакой другой минерал, флюоресци-
рующий голубым при освещении длинноволновым УФ, не имеет желтой
фосфоресценции).
Синтетические алмазы ювелирного качества, выращиваемые компания-
ми «Дженерал электрик» (GE), «Сумитомо» и «Де Бирс», имеют определен-
ные диагностические признаки. Камни, синтезированные «Дженерал элект-
рик», обладают магнитными свойствами (что связано с присутствием в них
металлического катализатора, используемого при синтезе), но это можно об-
наружить только с помощью сильного магнита, который сможет притянуть
незакрепленный камень, подвешенный на нитке. Желтые камни GE инерт-
ны при освещении длинноволновым УФ, но при коротковолновом УФ флю-
оресцируют и фосфоресцируют зеленовато-желтым или желтым светом и
(как и бесцветные и коричневые алмазы GE) не дают полосы поглощения
414,5 нм. На кристаллах изредка можно видеть крупные тригоны, но не в та-
ком количестве, как на поверхностях природных кристаллов. Некоторые
желтые российские синтетические алмазы, которые подвергались последую-
щей обработке при высоких температурах и давлениях, флюоресцируют
более интенсивно в длинноволновом, чем в коротковолновом УФ (как и при-
родные). Таким образом, этот тест сам по себе больше не является диагности-
ческим для разделения желтых природных и синтетических алмазов. Однако
для российских синтетических алмазов характерно присутствие узких полос
поглощения при 460, 560, 637 и 658 нм.
Как и алмазы «Дженерал электрик», синтетические камни ювелирного ка-
чества «Сумитомо» инертны в длинноволновом УФ и флюоресцируют в ко-
ротковолновом (фосфоресценция отсутствует). В кристаллах «Сумитомо»
видны вуалеподобные бесцветные зоны, но их можно удалить при огранке.
Часто внутри камня беспорядочно распределены белесые пылевидные вклю-
чения, видимые в микроскоп. Могут присутствовать цветовая зональность и
линии скольжения. Тригоны отсутствуют. Возможно наличие магнитных
свойств.
Синтетические алмазы ювелирного качества фирмы «Де Бирс» также
инертны в длинноволновом УФ, а в коротковолновом УФ флюоресцируют не
все камни. Фосфоресценция характерна для зеленовато-желтых алмазов по-
сле освещения их коротковолновым УФ. Включения представлены крупны-
ми черными частицами шихты, имеющими металлический блеск (они могут
быть таблитчатыми, удлиненными или иглоподобными). Могут присутство-
вать линии скольжения и цветовая зональность. На гранях кристаллов видны
только пирамидальные структуры роста, тригоны отсутствуют. Магнитные
свойства возможны.
Хотя идентифицировать большинство синтетических алмазов можно по
их сильной флюоресценции в коротковолновом УФ и магнитным свойствам,
растущая угроза появления недорогих синтетических алмазов не вызывает
сомнения в необходимости точной диагностики. С этой целью в исследова-
тельском центре DTC «Де Бирс» в Великобритании были разработаны два
прибора, позволяющие различать природные и синтетические алмазы.
Характерные признаки природных и синтетических драгоценных камней 22 /
Первый из этих приборов «DiamondSure» (рис. 16.3, вверху) выявляет
наличие линии 415 нм, присущей природным алмазам, но отсутствующей в
синтетических. В зависимости от результата на дисплее передней панели
прибора появляется надпись «ПРОЙДЕН» («PASS») или «ОТОСЛАТЬ НА
ДАЛЬНЕЙШЕЕ ИССЛЕДОВАНИЕ» («REFER FOR FURTHER TESTS»). В
случае появления второго сообщения используется второй прибор
«DiamondView» (рис. 16.3, внизу). В нем с помощью УФ лучей высокой интен-
сивности (с длиной волны менее 230 нм) создается флюоресцентное изобра-
жение, которое обрабатывается специальным компьютером и передается на
его экран, четко выявляя структуры роста алмаза. Для синтетических алмазов
характерна сильная флюоресценция желто-зелено-голубых цветов, которая
позволяет выявить пирамиды нарастания граней, соответствующие октаэдру
и кубу. В отличие от них в природных алмазах голубая флюоресценция не
столь четко выявляет структуры роста: могут быть видны зональность, свя-
занная с октаэдрическим ростом, и пирамиды нарастания граней куба с вхо-
дящими углами.
Рис. 16.3. Приборы «Де Бирс». (Вверху) «Dia-
mondSure» с оптоволоконным осветителем, уста-
новленным вертикально. Дчя тестирования неза-
крепленных алмазов на присутствие линии 415 нм
алмаз помещают на черную платформу. Когда тес-
тируют закрепленные алмазы, платформу удаляют
и световод держат рукой напротив грани алмаза.
(Внизу) «DiamondView», где используются телеви-
зионная камера, расположенная вертикально меж-
ду двумя источниками коротковолнового УФ вы-
сокой интенсивности, и специальный компьютер с
дисплеем (здесь показано изображение выявлен-
ных флюоресценцией структур роста синтетиче-
ского алмаза). Для незакрепленных камней и кам-
ней в изделиях имеются специальные держатели.
228 Глава 16. Различия между синтетическими и природными драгоценными камнями
Изумруд
Внутренние диагностические признаки природных изумрудов сильно меня-
ются в зависимости от источника их нахождения и перечислены здесь соот-
ветственно странам:
Бразилия Слюда биотит и тонкие жидкие пленки, напомина- ющие булыжную мостовую.
Колумбия Трехфазные включения с зазубренными концами (рис. 16.4), содержащие жидкость, газ и кристаллы соли (галита) (во всех рудниках); кристаллы альбита и пирита (рудник Чивор); ромбоэдры кальцита, желтые и коричневые ромбоэдры паризита (рудник Музо).
Индия Гексагональные отрицательные кристаллы, содер- жащие двухфазные включения, по виду напомина- ющие запятые, и слюду.
Пакистан Чешуйки слюды, кристаллы фенакита и тонкие жидкие пленки, напоминающие вуаль, в раствор- расплавных синтетических камнях.
ЮАР (Трансвааль) Чешуйки фуксита — зеленой хромсодержащей слю-
Россия (Сибирь)* ды. Чешуйки слюды и зеленые кристаллы актинолита, напоминающие по форме бамбуковые палочки (рис. 16.5).
Замбия Кристаллы турмалина, чешуйки слюды, удлинен- ные двухфазные включения, волокнистые и иголь- чатые кристаллы тремолита.
Зимбабве (Сандавана) Волосовидные волокна тремолита (рис. 16.6), слюда.
Синтетические изумруды, выращенные раствор-расплавным методом
(Chatham, Gilson, Lennix, Crescent Vert, Seiko, Zerfass, российские), обычно
имеют более низкие показатель преломления п, двупреломление и удельный
вес, чем природные изумруды (у синтетических п = 1,560; 1,563; двупрелом-
ление = 0,003; удельный вес = 2,65; у природных соответственно 1,577; 1,583;
0,006; 2,71). В бромоформе, разведенном до удельного веса 2,65 с использова-
нием горного хрусталя как индикатора, эти синтетические камни плавают
или находятся во взвешенном состоянии, тогда как природные изумруды то-
нут. Различить природные и синтетические раствор-расплавные изумруды
можно также с помощью рефрактометра.
Более низкие значения показателя преломления, двупреломления и
удельного веса синтетических изумрудов обычно связаны с отсутствием ок-
сидов железа. Когда их первоначально вводили, они вызывали нежелатель-
ную коррозию платины в аппаратах для синтеза. Отсутствие железа приводит
к тому, что такие изумруды выглядят более красными при просмотре через
фильтр Челси и через скрещенные поляризационные фильтры (а также к по-
* Точнее, Урал. — Прим. ред.
Характерные признаки природных и синтетических драгоценных камней 229
Рис. 16.4. (Слева) Трехфазные включения в изумрудах рудника Чивор, Колумбия.
(Справа) Двухфазные включения, похожие на запятые, в индийских изумрудах.
Рис. 16.5. Кристалл актинолита в
уральском изумруде.
Рис. 16.6. Волокна тремолита в изум-
руде из Сандаваны.
явлению более интенсивной люминесценции в длинно- и коротковолновом
УФ), чем большинство природных изумрудов. По этой же причине синтети-
ческий продукт более прозрачен в коротковолновом УФ. Однако данные те-
сты не позволяют получить решающий ответ о происхождении камня, так
как некоторые природные изумруды, в частности с рудников Чивор в Колум-
бии, также выглядят ярко-красными при просмотре через фильтр и обладают
похожей люминесценцией.
В этом отношении синтетические камни Crescent Vert и более поздние
синтетические изумруды Чэтема и Жильсона гораздо ближе по своим свойст-
230 Глава 16. Различия между синтетическими и природными драгоценными камнями
вам к природным камням. Скорее всего это обусловлено добавлением в рас-
плав небольшого количества оксида железа, в результате чего происходит ту-
шение флюоресценции и уменьшение прозрачности в коротковолновом УФ.
Константы синтетических изумрудов, выращенных гидротермальным
методом (например, Lechleitner, Linde, Regency, Biron, Pool и российские
изумруды) гораздо ближе к параметрам природных камней. В то время как
большинство синтетических камней (окрашенных в результате присутствия
хрома) выглядят через фильтр Челси розовыми до красных, некоторые из них
(например, Regency) содержат значительное количество хрома и выглядят яр-
ко-красными. Флюоресценция этих камней также более интенсивно-крас-
ная, чем природных, при освещении коротко- и длинноволновым УФ, и даже
при освещении белым светом высокой интенсивности у них возможна крас-
ная флюоресценция.
Некоторые синтетические изумруды, такие, как ранние образцы изумру-
дов Бирона, окрашены ванадием, а не хромом и совсем не флюоресцируют (в
Великобритании и Европе изумрудом считается только зеленый берилл, ок-
рашенный примесью хрома).
Имеется также существенная разница между теплопроводностью синте-
тического и природного изумруда, и это свойство можно использовать для
идентификации, применяя соответствующие тестеры, которые были разра-
ботаны для идентификации цветных камней (см. «Тестеры теплопроводно-
сти» в гл. 12).
В синтетических изумрудах могут присутствовать следующие включения:
Изумруды,
синтезированные
раствор-расплавным
методом
Изумруды,
синтезированные
гидротермальным
методом
Скрученные вуали, напоминающие кружево трещины
(похожие на тонко рассеянный сигаретный дым —
рис. 16.7) и прозрачные бесцветные кристаллы фена-
кита (обычно присутствующие в большинстве синте-
тических изумрудов — рис. 16.8). Изумруды «Сейко»
содержат пылевидные частицы вблизи поверхности, а
также двухфазные включения в скрученных перьях и
окрашенные линии роста, параллельные площадке.
Жидкие капли в изумрудах Lennix могут также состо-
ять из двухфазных включений.
Изумрудное покрытие на камнях Лехлейтнера и Линде
имеет сеть тонких трещин на поверхности (рис. 16.9).
Грани павильона могут быть частично оставлены не-
полированными, для того чтобы максимально сохра-
нить цвет. Если камень погрузить в бромоформ, у него
будет виден темный ободок покрытия из окрашенного
в цвет изумруда синтетического берилла, а также пы-
левидные кристаллические включения на границе
«покрытия».
Во всех гидротермальных изумрудах можно увидеть за-
травочные пластины, цвет которых часто светлее.
Характерные признаки природных и синтетических драгоценных камней 231
Камни Линде помимо похожих на кружево искривлен-
ных трещин (таких же, как и в других синтетических
изумрудах) иногда содержат когтевидные включения,
состоящие из конических трубочек, закрытых кри-
сталлами фенакита (рис. 16.10). Изумруды Линде и
Regency к тому же сильно флюоресцируют в коротко-
и длинноволновом УФ и интенсивном белом свете, и
выглядят ярко-красными в скрещенных фильтрах и
через фильтр Челси.
Российские камни содержат кристаллы фенакита ха-
рактерной формы «кинжала», частично залеченные
трещины, а также похожие на латунные металличе-
ские иглы.
Рис. 16.7- {Вверху слева) Скрученные, по-
хожие на клочки трещины в синтетическом
изумруде Чэтема. выращенном раствор-
расплавным методом. (Giibelin)
Рис. 16.8. {Вверху справа) Типичный кри-
сталл фенакита, который можно видеть во
многих синтетических изумрудах. (Giibelin)
Рис. 16.9. {Слева) Сеть тонких поверхно-
стных трещин на синтетическом изумруде
Лехлейтнера, покрывающем берилл.
Рис. 16.10. Когтевидные включения фена-
кита, закрывающие игольчатую или кони-
ческую трубочку в полученном гидротер-
мальным методом синтетическом изумруде
Линде.
232 Глава 16. Различия между синтетическими и природными драгоценными камнями
Морганит
Фирма «Бирон» начала производство синтетического розового берилла (т. е.
морганита — розовой разновидности берилла) гидротермальным методом в
1990 г. Этот материал окрашен добавкой титана (природные камни окраше-
ны примесью марганца). Если вы встретите этот камень в ограненном виде,
вы легко определите, что это синтетический материал по его более низким
значениям физических констант (показатели преломления 1,578; 1,571;
удельный вес 2,685, тогда как у природного берилла они равны соответствен-
но 1,586; 1,594 и 2,80) и по двум широким полосам поглощения при 495 и
550 нм, связанным с присутствием титана (в спектре природного камня нет
четко различимых полос).
Кварц
Синтетический кварц выращивается гидротермальным методом и многие го-
ды он производился для оптической и электронной промышленности как вы-
сококачественный материал, в котором отсутствовали двойники. Несколько
позже в США, а затем в СССР стали выращивать синтетический окрашенный
кварц (в частности аметист, а в России — и прозрачный розовый кварц).
Обнаружение плоскостей двойникования, имеющихся в природном квар-
це, стало основным методом, позволявшим различать природные и синтети-
ческие аметисты и цитрины (см. раздел «Использование полярископа» далее).
Однако теперь этот метод больше не считается полностью надежным, так как
гидротермальным методом на затравках из двойников можно вырастить
сдвойникованные кристаллы синтетического кварца. Поэтому при иденти-
фикации надежнее основываться на присутствии характерных включений. В
природных аметистах можно наблюдать отчетливые включения, называемые
отпечатками пальцев или «тигровыми полосами» (рис. 16.11), и, хотя они так-
же связаны с двойникованием, включения такой формы не встречаются в
синтетическом сдвойникованном материале. Другими природными включе-
ниями в кварце являются группы призматических кристаллов (рис. 16.12).
Рис. 16.11. Типичные включения («тиг-
ровые полосы») в природном аметисте.
Рис. 16.12. Группы призматических
кристаллов в кварце.
Характерные признаки природных и синтетических драгоценных камней 233
Синтетический аметист иногда содержит включения, напоминающие
хлебные крошки, и в синтетическом кварце всегда видны следы бесцветной
затравочной пластины, сопровождаемые интенсивными цветными зонами,
параллельными этой пластине.
Рубин
Синтетический рубин имеет те же физические свойства и константы, что и
природный, и главными идентификационными признаками у него являются
линии роста, цветовая зональность и наличие характерных включений. Боль-
шинство этих камней синтезируется методом плавления в пламени Верней-
ля, хотя сейчас синтетические рубины производятся также методом зонной
плавки («Сейко»), раствор-расплавным методом (Chatham, Kashan, Knischka,
Ramaura) и гидротермальным методом («Лехлейтнер»).
В природных рубинах обычно имеется цветовая зональность по гексаго-
нальной призме, правда иногда такая же зональность встречается в синтети-
ческих камнях, полученных раствор-расплавным методом, хотя и менее от-
четливая. Ниже описаны включения и другие особенности, характерные для
рубинов из различных месторождений.
Мьянма {Бирма) Циркон, шпинель и округлые бесцветные кристал- лы (рис. 16.13) ромбоэдров кальцита и желтоватые кристаллы сфена. Иглы рутила (образующие шелк и звездчатость — рис. 16.14). Окраска может распреде- ляться в виде свилей («патока»).
Шри-Ланка Длинные рассеянные иглы рутила (образующие «шелк» и звезду), кристаллы циркона с «гало», пи- рит и слюда биотит.
Танзания Иглы рутила, кристаллы апатита, циркона и кальци- та. Белесые частицы бемита вдоль двойниковых плоскостей.
Таиланд Меньше включений, чем в камнях из Бирмы. Крас- новато-коричневые непрозрачные кристаллы аль- мандина. Частично залеченные трещины или «перья», желтоватые пластинки апатита. Очень не- много «шелка» (иглы рутила).
Рис. 16.14. Иглы рутила, образую-
щие «шелк» в бирманском рубине.
Рис. 16.13. Кристаллические включения и
цветовая зональность в бирманском рубине.
234 Г лава 16. Различия между синтетическими и природными драгоценными камнями
Идентификационные признаки синтетических рубинов следующие (за-
метим, что рутил в виде «шелка» в синтетических камнях практически отсут-
ствует):
Шубины,
выращенные
методом Вернейля
Изогнутые линии роста (лучше всего видны при по-
гружении камня в жидкость и использовании рассеян-
ного света — см. гл. 13), облака мелких газовых пузы-
рей (в современных продуктах редко) и газовые
пузыри в форме головастиков (рис. 16.15). Поскольку
камни, особенно крупные, гранят (для получения мак-
симального выхода годного) так, чтобы площадка бы-
ла параллельна плоскости раскола були (т. е. оси с
плоскости площадки), в дихроскоп часто видны оран-
жево-красные цвета плеохроизма рубина при про-
смотре через грани короны. У большинства природных
рубинов, чтобы избежать этого, площадку ориентиру-
ют перпендикулярно оси с. Вблизи ребер этих синте-
тических камней иногда видны «огненные знаки». Эти
параллельные трещиноподобные отметины появляют-
ся в результате перегрева камня при быстрой полиров-
ке данного недорогого материала (рис. 16.16). Рубины
Вернейля прозрачны в коротковолновом УФ, так как
не содержат оксидов железа (оксиды, вводимые в пи-
тающий порошок, мигрируют к периферийной части
були). Из-за этого, а также наличия хрома характерна
ярко-красная флюоресценция в длинноволновом УФ
и при скрещенных фильтрах.
Корунды Вернейля, являющиеся чистыми камнями,
не содержат заметных включений, и их можно диагно-
стировать с помощью теста Плато, который будет опи-
сан в разделе «Использование полярископа» ниже в
этой главе.
Эффект астеризма обычно выражен более'резко и
сконцентрирован ближе к поверхности, чем у природ-
Звездчатые камни
Рис, 16.15. Изогнутые линии роста и
газовые пузыри в синтетическом ру-
бине Вернейля.
Характерные признаки природных и синтетических драгоценных камней 235
Рис. 16.16. «Огненные знаки» (поверхно-
стные трещинки) и пузыри в синтетиче-
ском рубине Вернейля.
Зонная плавка
Раствор-расплавный
метод
ных камней. В первых синтетических продуктах Вер-
нейля лучи звезды не достигали основания кабошона
(см. раздел «Поверхностная диффузия» в гл. 14).
Синтетические рубины «Сейко», выращиваемые этим
методом, практически не содержат включений, но
имеют свилеватые структуры роста, похожие на изогну-
тые линии роста в рубинах Вернейля. Могут присутст-
вовать облака пузырьков.
Помимо получения синтетических рубинов для юве-
лирных целей, этот метод (наравне с методом Чохраль-
ского) применяется для выращивания высококачест-
венных кристаллов рубинов для лазерной техники.
Рубины Kashan содержат разные включения, в част-
ности удлиненной формы, похожие на брызги краски
(рис. 16.17). В камнях низкого качества имеется сеть
грубых ячеек из заполненных флюсом белесых отри-
цательных кристаллов (рис. 16.18). Рубины Kashan бы-
ли первыми синтетическими рубинами, содержащими
оксиды железа. В связи с этим недействителен тест на
прозрачность в коротковолновом УФ, а флюоресцен-
ция в длинноволновом ультрафиолете и вид в фильтре
Рис. 16.18. Сеть отрицательных кри-
сталлов, заполненных флюсом, в синте-
тическом рубине Kashan (R. W. Hughes)
Рис. 16.17. Включения типа «брызг кра-
ски» в синтетическом рубине Kashan.
(Eppler)
236 Глава 16. Различия между синтетическими и природными драгоценными камнями
Челси такие же, как в случае природных камней (сла-
бая или отсутствует). По всем признакам рубины
Kashan напоминают таиландские рубины.
Рубины Ramaura содержат включения оранжево-жел-
того и белого флюса и кометоподобные включения с
хвостами. В длинно- и коротковолновом УФ видны
белые и голубовато-белые зоны. Флюоресцирующие
добавки в питающем материале приводят к смещению
цветов флюоресценции к желто-оранжевой области
(это не всегда легко увидеть и лучше сравнивать с
красной флюоресценцией природных рубинов в тем-
ной комнате).
Рубины Knischka содержат отрицательные кристаллы,
завершающиеся длинными кристаллическими тру-
бочками, черные деформированные шестиугольные
пластинки платины и серебра (в современной продук-
ции их почти нет) и двухфазные включения, считаю-
щиеся диагностическими для этого материала. Камни
имеют сильную флюоресценцию при облучении их
ультрафиолетом.
Гидротермальный Производство синтетических рубинов этим методом в
метод основном является экспериментальным. Однако
Лехлейтнер использует такой процесс для наращива-
ния рубина (и синего сапфира) на затравочные корун-
ды, выращенные методом Вернейля, иногда прошед-
шие обдирку. В этих камнях присутствуют включения,
упомянутые выше для камней, синтезированных ме-
тодом Вернейля, а трещиноватая поверхность нара-
щенного слоя похожа на ту, которая приведена на
рис. 16.9. Могут присутствовать белесые остатки флю-
са и скрученные вуали.
Сапфир
Как и синтетический рубин, синтетический сапфир имеет такие же физиче-
ские свойства и константы как природные камни. Определяющими призна-
ками поэтому являются особенности его внутреннего строения, такие, как
цветовая зональность и включения. Большинство синтетических сапфиров
выращивают методом плавления в пламени Вернейля; кроме него использу-
ются метод зонной плавки («Сейко»), раствор-расплавный метод («Чэтем»,
«Киосера») и гидротермальный метод («Лехлейтнер»).
В природных камнях обычно присутствует четкая гексагональная цвето-
вая зональность, особенно в синих сапфирах (рис. 16.19); похожая зональ-
ность, но менее отчетливая, встречается в камнях, выращенных раствор-рас-
плавным методом. Ниже описаны включения, встречающиеся в камнях из
различных месторождений.
Характерные признаки природных и синтетических драгоценных камней 237
Рис. 16.19. {Слева) Прямолинейная цветовая зональность в природном сапфире.
{Справа) Криволинейная цветовая зональность в синтетическом сапфире Вернейля.
Австралия Сильная цветовая зональность, кристаллы циркона с гало (как в сапфирах Шри-Ланки), кристаллы пла- гиоклаза.
Камбоджа Индия {Кашмир) Плагиоклаз и красный пирохлор. Молочно-белые зоны или облачность, вызываемая слоями жидких включений; «перья» и кристаллы циркона с гало (последние две особенности такие же, как в сапфирах из Шри-Ланки).
Мьянма {Бирма) Изогнутые залеченные трещины (выглядят как скрученные флаги), короткие толстые иглы рутила, кристаллы апатита.
Шри-Ланка Иглы рутила создают «шелк» (иногда астеризм), встречаются трехфазные включения, кристаллы циркона с гало и «перьями», цепочки октаэдров шпинели (рис. 16.20). Удлиненные отрицательные кристаллы.
В синтетических сапфирах встречаются следующие включения:
Метод плавления в пламени Вернейля Цветовая зональность в виде изогнутых линий (хоро- шо видна в синих камнях — см. рис. 16.19) и мелкие газовые пузырьки. Для желтых и оранжевых сапфиров увидеть искривленные цветные полосы помогает ис- пользование рассеянного проходящего света и синего контрастного фильтра. В сапфирах присутствуют изо- гнутые линии роста, такие же, как в рубине, но их труд- но обнаружить. Поскольку крупные камни гранят (для получения максимального выхода годного) так, чтобы площадка была параллельна плоскости раскола були (т. е. оси с в плоскости площадки), в дихроскоп при просмотре че- рез грани короны часто видны сине-зеленые цвета плеохроизма синего сапфира. У большинства природ-
238 Глава 16. Различия между синтетическими и природными драгоценными камнями
Рис. 16.20. Включения в сапфирах
Шри-Ланки: (а) трехфазные включе-
ния; (0 иглы рутила, образующие
«шелк»; (в) кристаллы циркона с гало;
(г) «цепочка» октаэдров шпинели.
Звездчатые камни
Зонная, плавка
вых синих сапфиров площадка ориентируется перпен-
дикулярно оси с, чтобы избежать появления этих цве-
тов. (При просмотре синтетических синих сапфиров в
дихроскоп можно одновременно увидеть криволиней-
ную цветовую зональность.)
Чистые камни, не содержащие заметных включений,
можно диагностировать, используя тест Плаго, кото-
рый будет описан ниже.
Эффект астеризма обычно более отчетлив и сконцент-
рирован ближе к поверхности, чем у природных кам-
ней. В первых синтетических продуктах Вернейля лу-
чи звезды не достигали основания кабошона (см раз-
дел «Поверхностная диффузия» в гл. 14).
Оранжевые и розовые сапфиры «Сейко» содержат изо-
гнутые структуры роста, которые лучше всего видны
Характерные признаки природных и синтетических драгоценных камней 239
Раствор-расплавный
метод
Гидротермальный
метод
при погружении камней в иммерсионную жидкость,
например в дийодметан (йодистый метилен).
Синие и оранжевые сапфиры Чэтема имеют отчетли-
вую гексагональную цветовую зональность. Оранже-
вые сапфиры содержат включения твердого флюса в
виде похожих на завитки и кружево трещин и «флаж-
ков». Присутствуют шестиугольные, треугольные и
игольчатые включения платины. В оранжевых синте-
тических сапфирах «Киосера» меньше включений
флюса и платины, чем в сапфирах Чэтема, но они со-
держат равномерно распределенные по объему тонкие
включения.
Синие сапфиры Лехлейтнера произведены наращива-
нием гидротермального покрытия на затравки или
прошедшие обдирку корунды Вернейля. Затравки со-
держат газовые пузыри, а иногда и остатки белого
флюса, образующего «перья» и вуали, похожие на
клочки. Покрытие имеет тонкие трещины на поверх-
ности, как на рис. 16.9.
Шпинель
В большинстве случаев шпинель, производимая методом плавления в пламе-
ни Вернейля, используется как имитация других драгоценных камней, цвет
которых легко отличить от цвета природной шпинели. Синтетическую шпи-
нель также легко отличить от природной по более высокому показателю пре-
ломления (1,727 по сравнению с 1,717). В синтетическом камне обычно вид-
но аномальное двупреломление (в полярископе узоры выглядят как пересе-
кающиеся штрихи и называются «муаровым погасанием»). Синие и зеленые
камни, окрашенные добавлением кобальта, имеют три характерные полосы в
желто-зеленой части спектра; но не стоит забывать, что в некоторых редко
встречающихся синих природных шпинелях также присутствует в качестве
примеси кобальт.
Природную шпинель напоминает лишь редко встречающаяся красная
синтетическая шпинель Вернейля (о проблемах, связанных с ее выращива-
нием, см. гл. 15). Однако красная синтетическая шпинель недавно была по-
лучена в России раствор-расплавным методом. Поскольку отношение окси-
дов магния и алюминия в красной синтетической шпинели обоих типов 1:1,
удельный вес их такой же, как и природной шпинели, но из-за большего со-
держания в них хрома несколько повышен показатель преломления (1,73).
Синтетические камни Вернейля часто содержат много мелких газовых пу-
зырьков и обладают ярко выраженной криволинейной цветовой зонально-
стью, которая создает эффект «жалюзи». В российской раствор-расплавной
синтетической шпинели имеются трещины, связанные с наличием напряже-
ний (окруженные зонами сильного аномального двупреломления), и мелкие
240 Глава 16. Различия между синтетическими и природными драгоценными камнями
черные частицы флюса. В природном камне обычно встречаются включения
мелких октаэдров шпинели, часто в виде цепочки, отрицательные октаэдри-
ческие кристаллы, а также «перья», окрашенные железистым веществом, и
цирконы с гало.
Диффузионная цветовая зональность и
индуцированные трещины («отпечатки пальцев»)
Если корунды Вернейля нагревать до очень высокой температуры в течение
длительного времени, криволинейная цветовая зональность становится вид-
на хуже, делая камень более похожим на его природный аналог.
Синтетический корунд может иметь также вполне убедительные «включе-
ния» в виде перьев, созданные в камне посредством тепловой обработки.
Камни, предназначенные для обработки, сначала неравномерно нагревают,
используя кислородно-ацетиленовую газовую горелку, с тем чтобы из-за не-
равномерного расширения образовались внутренние трещины. Затем их еще
раз нагревают, чтобы произошло частичное залечивание этих трещин и они
приняли вид, сходный с залеченными трещинами («перьями») в природных
корундах.
Когда индуцированные «перья» сочетаются с диффузионной цветовой зо-
нальностью, корунд Вернейля теряет два из своих отличительных признаков
и его диагностика зависит от точного выявления других особенностей, таких,
как газовые пузыри, прозрачность в коротковолновом УФ и использование
теста Плато, описанного в следующем разделе.
Использование полярископа
(идентификация синтетического кварца и корунда,
синтезированного методом Вернейля)
Идентификация природного и синтетического кварца
Первоначально процесс синтеза кварца был разработан для получения не-
сдвойникованного материала, который в первую очередь требовался для
электронной промышленности. Поэтому до недавнего времени отсутствие
двойников было основным признаком, позволявшим, согласно предложе-
нию д-ра Карла Шметцера, считать кварц синтетическим.
Упрощенный вариант такого теста разработан Лабораторией GTL Гем-
мологического института Америки и включает определение направления в
камне, соответствующего оси с, с помощью полярископа, снабженного
коноскопом (см. раздел «Коноскоп» в гл. 10). Найденное направление
отмечают на камне фломастером или белым корректором. Затем камень
просматривают через скрещенные поляроиды в полярископе (или поляри-
зационном микроскопе) в найденном направлении — лучше это делать с
погружением камня в иммерсионную жидкость с показателем преломле-
Использование полярископа 241
Рис. 16.21. Схематическое изображе-
ние цветных интерференционных по-
лос, вызванных двойникованием в
природном кварце (со скрещенными
поляроидами при просмотре в направ-
лении оси с).
ния, близким к показателю кварца, подходит даже вода. Если есть двойни-
ки, об этом будут свидетельствовать параллельные цветные и интерферен-
ционные полосы (рис. 16.21).
Однако, поскольку для ювелирной промышленности нет необходимости
выращивать синтетический кварц, не имеющий двойников, производители,
возможно, начнут использовать затравки из сдвойникованного кварца, и по-
этому роль полярископа в идентификации синтетического кварца умень-
шится.
Различие между природным и синтетическим кварцем проявляется и в
распределении окраски в аметисте. В природном камне это ясно различимые
лиловые, или фиолетово-голубые, или бесцветные зоны; в синтетическом же
материале эти зоны размытые. Возможно, эта особенность тоже связана с
различием между сдойникованным и несдвойникованным материалом. До-
полнительные признаки, позволяющие различить природный и синтетиче-
ский кварц, были описаны выше в подразделе «Кварц».
Тест Плато для диагностики корундов,
полученных методом Вернейля
Доктором В. Плато разработан метод идентификации синтетических корун-
дов, выращенных методом Вернейля, которые не содержат диагностических
включений, линий роста или цветовой зональности. В нем сначала при помо-
щи полярископа с коноскопом определяют направление в камне, соответст-
вующее оси с (см. раздел «Коноскоп» в гл. 10). Его отмечают на камне флома-
стером или белым корректором. Затем камень в найденном направлении
просматривают в скрещенных поляроидах (лучше всего при увеличении 20—
ЗОх). При этом камень помещается в иммерсионную жидкость, например,
дийодметан, и лучше использовать иммерсионный микроскоп. Если видны
242 Глава 16. Различия между синтетическими и природными драгоценными камнями
Рис. 16.22. Линии Плато в желтом
синтетическом сапфире при про-
смотре параллельно оси с со скре-
щенными поляроидами.
две серии полос, пересекающиеся под углом 60° (рис. 16.22), этот камень яв-
ляется синтетическим корундом Вернейля.
Лабораторное оборудование и методы исследования
Хотя для большинства геммологов, ювелиров и небольших геммологических
лабораторий это и дорого, количество сложного аналитического оборудова-
ния, используемого для определения природы потенциально высококачест-
венных драгоценных камней, постоянно увеличивается. Охлаждение с
помощью жидкого азота, применяемое для выявления слабых линий погло-
щения в спектре с целью выявления радиационной и тепловой обработки,
упоминалось в гл. 14 в разделе «Методы облучения». Ниже кратко описаны
некоторые методы исследования и соответствующее оборудование.
Электронный микроанализатор
Используется для неразрушающего анализа состава драгоценных камней и
включений, достигающих поверхности камня. Прибор состоит из вакуумной
камеры для образца, электронной пушки, рентгеновского спектрометра и
микроскопа. Анализируемый камень с помощью микроскопа помещают в
фокус пучка электронов. Когда электроны бомбардируют поверхность кам-
ня, из нее испускаются рентгеновские лучи, причем каждый элемент, входя-
щий в состав бомбардируемого участка, испускает рентгеновские лучи с ха-
рактеристической длиной волны. Рентгеновское излучение регистрируется
спектрометром. Для идентификации элементов используются таблицы спек-
тров испускания. Чтобы получить количественные данные о химическом со-
ставе образца, результаты анализируют с помощью компьютера, и сравнива-
ют с результатами, полученными для калиброванных образцов.
Методом рентгеновской флюоресценции, который уже становится стан-
дартным во многих геммологических лабораториях, показано, что, хотя син-
тетические рубины содержат немного примесных элементов, присутствие
некоторых из них (Mo, La, W, Pt, Pb, Bi) характерно только для синтетиче-
ских рубинов, полученных раствор-расплавным методом, тогда как Ni и Си
встречаются в гидротермальных синтетических рубинах. Если эти элементы
Лабораторное оборудование и методы исследования 243
не обнаружены, тогда присутствие Ti, V, Fe и Са говорит о природном проис-
хождении рубина.
Кроме того, анализ элементов-примесей позволяет определять происхож-
дение образца. Рубины из базальтов (Камбоджа и Таиланд) содержат сравни-
тельно большое количество Fe и малое V, тогда как камни из рубинсодержа-
щих мраморов (Мьянма, Непал, Китай) — сравнительно мало Fe и много V.
Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ)
Одним из наиболее важных приложений СЭМ в геммологии является ис-
пользование его как спектрометра рассеянной энергии (EDS; рис. 16.23). В
этом случае он действует так же, как электронный микроанализатор, и может
быть полезен для оценки рентгеновского излучения, возникающего при
электронной бомбардировке образца. Но основная функция СЭМ в качестве
микроскопа — с помощью бомбардировки образца сфокусированным пуч-
ком электронов вызвать вторичную эмиссию электронов с его поверхности.
Различные интенсивности и картина распределения вторичных электронов
детектируются и передаются на видеодисплей.
Преимуществом СЭМ перед оптическим микроскопом является то, что
электроны имеют значительно более короткие длины волн, чем видимый
свет, и благодаря этому с их помощью можно исследовать гораздо меньшие
детали строения поверхности. Увеличение вплоть до 250 000х, достижимое в
этом методе, позволяет увидеть сферы кристобалита, вызывающие опалес-
ценцию в опале (см. рис. 8.9 в гл. 8).
Рис. 16.23г Сканирующий электронный микроскоп, используемый как спектро-
метр (EDS) для определения химического состава драгоценных камней в научно-ис-
следовательской лаборатории ГИД.
244 Глава 16. Различия между синтетическими и природными драгоценными камнями
Спектрофотометры
Эти приборы сейчас широко используются для анализа драгоценных кам-
ней. Они состоят из источника света (который может охватывать как види-
мый, так и ультрафиолетовый и инфракрасный диапазоны спектра), моно-
хроматора, который может быть настроен на определенный спектральный
диапазон, приемного блока для регистрации прошедшего через образец или
отраженного от него света, фотоумножителя, усиливающего сигнал и пере-
дающего его на дисплей.
Спектрофотометры часто включают автоматическое сканирование и ре-
гистрацию спектров поглощения или пропускания. Когда их используют в
видимом диапазоне для измерения цвета, они должны быть соединены с ком-
пьютером, чтобы можно было производить пересчет спектра в значения цве-
товых координат (рис. 16.24).
Швейцарский геммолог Боссарт разработал методику спектрофотометри-
ческого анализа в УФ диапазоне для диагностики природных и синтетиче-
ских рубинов по различию пропускаемых ими длин волн. Эта методика стала
менее надежной с появлением рубинов Ramaura, характеристики которых в
коротковолновом УФ почти такие же, как у природных камней. Наблюдае-
мое сходство между рубинами Чэтема и некоторыми природными рубинами
из Мьянмы и Шри-Ланки и между рубинами Kashan и природными камнями
из Кении и Мьянмы заставляют проводить исследование включений с по-
мощью микроскопа.
Для геммологических целей наиболее важна спектроскопия в инфра-
красном диапазоне. Используя такие приборы, как инфракрасный фурье-
спектрометр «Nicolet 60SX», можно отличать природные изумруды от син-
Рис. 16.24. Спектрофотометр, разработанный для расчета координат цвета огранен-
ных камней: слева — контрольный блок, в центре — камера для образца и детектор,
справа — источник света и монохроматор.
Лабораторное оборудование и методы исследования 245
тетических (как раствор-расплавных, так и гидротермальных) по содержа-
нию воды. Для этого сравнивают полосы поглощения воды с центром око-
ло 3600 см-1 (2778 нм) в инфракрасном диапазоне. Аналогичная методика
позволяет отличать природный александрит от большинства раствор-рас-
плавных аналогов. Анализ инфракрасных спектров проводят, чтобы под-
твердить природное происхождение цвета в фантазийно окрашенных алма-
зах или установить искусственно наведенную окраску (см. раздел «Методы
облучения» в гл. 14).
Другим неразрушающим методом определения химического состава
драгоценного камня является ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Ос-
новной принцип, лежащий в основе этого метода, — избирательное погло-
щение внешнего электромагнитного излучения атомами или молекулами в
тестируемом образце. Поглощение вызвано взаимодействием между маг-
нитными моментами ядер вещества и интенсивным внешним магнитным
полем.
Для создания сильного магнитного поля, необходимого для проведения
измерений в ЯМР-спектрофотометрах используется либо электромагнит с
железным сердечником весом в несколько тонн, либо криомагниты, действу-
ющие при температуре жидкого гелия. Питание детектора осуществляется
через высокочастотный передатчик и приемник, которые контролируют
энергию поглощения различных ядер в образце. Прибор соединен с компью-
тером, анализирующим полученные результаты.
ЯМР позволяет получать количественные данные о большинстве элемен-
тов в составе драгоценных камней, в том числе водороде, алюминии, крем-
нии, бериллии, литии, натрии и фосфоре. Полный анализ методом ЯМР
обеспечивает, как отпечатки пальцев, индивидуальную характеристику ис-
следуемого материала и поэтому помогает различать природные и синтетиче-
ские камни.
Аналогичный метод, называемый нейтронно-активационным анализом
(НАА), используется для того, чтобы различать природные и синтетические
камни по наличию галлия, который присутствует в природных камнях, но
обычно отсутствует в синтетических. Однако в некоторых синтетических
изумрудах, синтетическом александрите и одном синтетическом рубине не-
давно были обнаружены небольшие количества галлия — такие же, как в при-
родных камнях! Хотя этот метод и не дает совершенно определенных резуль-
татов, все же полное отсутствие галлия в драгоценном камне свидетельствует
о том, что он синтетический.
Рентгеновское оборудование
Проще всего позволяет различать природный и культивированный жемчуг
источник рентгеновского излучения, для чего используется контактная кар-
тина в рентгеновских лучах. Более сложным является фотографический ме-
тод Лауэ. Он позволяет получать рисунок из черных точек, образуемый на
фотопленке в результате рассеяния узкого пучка рентгеновских лучей атом-
ными плоскостями в кристаллах арагонита, слагающих жемчужные слои, и
246 Глава 16. Различия между синтетическими и природными драгоценными камнями
Рис. 16.26. {Слева) Лауэграмма (полученная с кристалла берилла в направлении
оси с), показывающая симметрию шестого порядка. {Справа) Лауэграмма кристалла,
полученная в направлении оси третьего порядка.
Рис. 16.25. {Слева) Схема получения лауэг-
раммы. X — рентгеновская трубка (В, F,T —
наклонный экран, лампа накаливания, ми-
шень); Р — точечное коллимирующее отвер-
стие; CS — образец; L — свинцовый диск, по-
глощающий основной поток рентгеновских
лучей; PF— фотопленка.
(в случае культивированного жемчуга) ядром жемчужницы (рис. 16.25). Лау-
эграммы используются также для определения степени симметрии образца
(рис. 16.26).
Идентификацию минералов можно проводить и с помощью рентгенов-
ской дифракции порошка, т. е. истертого образца. Поскольку ориентация от-
дельных кристаллов в порошке беспорядочная, результирующая лауэграмма
состоит из серии концентрических колец, а не точек (рис. 16.27). Сравнивая
полученную картину с каталогом порошковых дифрактограмм кристалличе-
ских веществ, можно провести идентификацию вещества.
Рис. 16.27. Порошковая дифрактограмма алмаза.
Лабораторное оборудование и методы исследования 247
Рис. 16.28. Рентгеновский тестер низ-
ких энергий, позволяющий отличать
алмаз от его имитаций.
Рис. 16.29. На проекционной рентгено-
топограмме алмаза бриллиантовой огран-
ки видны различные дефекты кристалла.
Рентгеновские лучи позволяют различать алмаз и его имитации. Алмазы в
рентгеновских лучах прозрачны, а все их имитации в разной степени поглоща-
ют эти лучи (рис. 16.28). В связи с алмазом уместно вспомнить и метод рентге-
новской топографии, с помощью которого можно получать индивидуальную
характеристику данного конкретного камня. Сканирование алмаза производят
вертикальным лентоподобным параллельным пучком рентгеновских лучей.
При этом алмаз располагают так, чтобы произошла дифракция пучка лучей на
атомных слоях кристаллической решетки. Выходящие из кристалла рентгенов-
ские лучи попадают на фотопластинку, образуя проекционную топограмму,
позволяющую увидеть дефекты кристаллической решетки камня (рис. 16.29).
Количественная катодолюминесценция
Катодолюминесценция (КЛ) — это флюоресценция, возникающая в некото-
рых материалах при бомбардировке их пучком электронов в вакууме. В мето-
де количественной катодолюминесценции, разработанном д-ром Дж. Пона-
льо, фототок / датчика люминесценции является функцией энергии возбуж-
дения электронов ПК В природных изумрудах наблюдается лишь незначи-
тельное линейное возрастание / в зависимости от И7, в синтетических же оно
гораздо более заметно. У природных таиландских рубинов интенсивность КЛ
в 10—100 раз слабее, чем у синтетических рубинов при одинаковом возбужде-
нии. Таким образом, метод количественной КЛ позволяет сравнительно на-
дежно различать природные и синтетические рубины и изумруды.
В усовершенствованном варианте этого метода Дж. Пональо использует
микроспектрофотометрию, позволяющую более четко выявить различия
между природными и синтетическими драгоценными камнями по их спект-
рам КЛ. Благодаря этому методу можно сравнивать спектры КЛ поделочных
камней и различать лазуриты из Афганистана, Чили и бывшего СССР. Син-
тетические алмазы ювелирного качества, произведенные компаниями «Су-
митомо» и «Де Бирс», также можно отличить от природных алмазов с по-
мощью спектров КЛ.
Глава 17
Идентификация имитаций
неорганических ювелирных камней
В отличие от синтетических ювелирных камней, которые имеют такие же хи-
мический состав, кристаллическую структуру и физические свойства, как их
природные аналоги, имитации должны обладать только внешним сходством с
соответствующими драгоценными камнями. Вследствие этого константы
имитаций, как правило, сильно отличаются от констант натуральных камней.
Хотя на этом главным образом основана идентификация, при проверке подо-
зреваемого камня надо обращать внимание на присутствие диагностических
включений (см. раздел «Характерные признаки природных и синтетических
драгоценных камней» в предыдущей главе). Для имитации более дорогостоя-
щих натуральных драгоценных камней используются различные материалы —
от природных минералов (иногда окрашенных) до самых разных искусствен-
ных продуктов.
По-видимому, наиболее обычной из недорогих имитаций является стекло
(паста). Оно распознается по его некристаллическому строению, присутст-
вию напряжений, определяемых с помощью полярископа, низкой теплопро-
водности (теплое на ощупь), относительно низкой твердости (выражается в
округленности и потертости ребер граней), наличию раковистого излома, не-
равномерному распределению цвета (свили) и газовым пузырям (рис. 17.1).
Составные драгоценные камни и их определение были рассмотрены в пред-
ыдущей главе, так как не все они являются действительно имитациями (на-
пример, опаловые и алмазные дублеты).
Рис. 17.1. (Вверху) Цветовые свили в стекле.
(Справа) Типичные пузыри в стекле.
Аквамарин 249
Как уже говорилось, отличить стекло и другие имитации драгоценных
камней сравнительно нетрудно, поскольку физические параметры редко сов-
падают с константами тех драгоценных камней, которые они имитируют. За-
крепленные алмазные имитации, — возможно, самые проблематичные кам-
ни из-за их высоких показателей преломления, значения которых обычно ле-
жат вне пределов шкалы стандартного рефрактометра. Поэтому они будут
рассмотрены здесь более подробно. (Идентификацию органических матери-
алов и их имитаций см. в гл. 18.)
Александрит
Как синтетический корунд, так и синтетическая шпинель производятся с эф-
фектом смены цвета для имитации разновидности хризоберилла — александ-
рита. Однако цвет синтетического корунда (с примесью ванадия) изменяется
от аметистово-лилового при искусственном освещении до серовато-голубого
при дневном и не может быть спутан с коричневато-красным, меняющимся
до зеленого у природного александрита. Хотя изменение цвета синтетической
шпинели более приемлемое, этот камень сейчас встречается редко. Сильный
плеохроизм александрита (красный, оранжевый, зеленый при искусственном
освещении) также позволяет отличать его от имитации из синтетического ко-
рунда (который плеохроирует коричневато-желтым и лиловым), равно как и
диагностическая линия поглощения синтетического корунда (связанная с
присутствием ванадия) на 475 нм. Кроме того, более сильный плеохроизм ре-
дкого драгоценного камня андалузита (зеленый, желтый, красный) может
привести к путанице его с александритом. В табл. 17.1 приведены диагности-
ческие константы этих камней.
Таблица 17.1.
Драгоценный камень Показатель преломления Двупреломление Удельный вес Твердость по шкале Мооса
Александрит 1,746; 1,755 0,009 3,72 8,5
Синтетический корунд 1,762; 1,770 0,008 3,99 9,0
Синтетическая шпинель 1,727 — 3,64 8,0
Андалузит 1,63; 1,64 0,01 3,18 7,5
Аквамарин
За исключением имитаций из стекла и составных камней (о характерных
признаках последних говорилось в гл. 15), чаще всего имитацией аквамарина
служит синтетическая голубая шпинель. Простое исследование с помощью
полярископа (будьте внимательны, не ошибитесь, увидев структуры ано-
мального двупреломления в синтетической шпинели) поможет отличить дву-
преломляющий аквамарин от изотропной шпинели. В спектроскопе у шпи-
нели аквамаринового цвета видна слабая спектральная линия, связанная с
присутствием кобальта, а через фильтр Челси камень будет выглядеть розо-
вым. Другие возможные имитации акавамарина — голубой циркон (в кото-
250 Глава 17. Идентификация имитаций неорганических ювелирных камней
Рис. 17.2. Высокое двупреломление цир-
кона вызывает удвоение ребер граней па-
вильона, видное при просмотре через пло-
щадку.
ром из-за высокого двупреломления (0,058) видно «удвоение» ребер павиль-
она — рис. 17.2), топаз и берилловое стекло (переплавленный берилл, окра-
шенный кобальтом). Последние два камня отличаются по своим физическим
константам, приведенным в табл. 17.2.
Таблица 17.2.
Драгоценный камень Показатель преломления Двупреломление Удельный вес Твердость по шкале Мооса
Аквамарин 1,574; 1,580 0,006 2,71 7,5
Синтетическая шпинель 1,727 — 3,64 8,0
Топаз 1,61; 1,62 0,01 3,56 8,0
Циркон 1,93; 1,99 0,058 4,68 7,5
Берилловое стекло 1,52 — 2,44 7,0
Алмаз
Алмаз является наиболее часто имитируемым драгоценным камнем, что свя-
зано с его высокой ценой. В отличие от изумруда, рубина и александрита, сто-
имость которых нередко превышает стоимость алмаза, на рынке нет большо-
го количества синтетических алмазов, хотя появилось несколько ограненных
желтых камней фирмы «Сумитомо» и по крайней мере две лаборатории в Рос-
сии производят их в ограниченных количествах (см. «Синтез алмаза» в гл. 15).
Имитации алмаза включают природные камни, например бесцветные
разновидности кварца, топаза, корунда и циркона, каждый из которых мож-
но распознать по наличию у них двупреломления. За исключением циркона,
все эти камни можно идентифицировать с помощью рефрактометра. Значе-
ния показателя преломления являются диагностическими и для бесцветной
синтетической шпинели, синтетического корунда и пасты.
Первой искусственной имитацией алмаза, видимо, был флинтглас, хотя
его использование в античных ювелирных изделиях, вероятно, было обуслов-
лено сильной «игрой света» (его дисперсия 0,04 близка к дисперсии алмаза),
Дополнительные тесты для диагностики алмаза 251
а не внешним сходством с алмазом. За исключением бесцветных синтетиче-
ских корунда и шпинели, которые появились в качестве имитаций более
60 лет назад, большинство искусственных имитаций алмаза — это побочные
продукты, получаемые при выращивании кристаллов для электроники, лазе-
ров и космической промышленности.
Из них ИАГ (иттриево-алюминиевый гранат), ГГГ (гадолиниево-галли-
евый гранат), CZ (кубический диоксид циркония) и ниобат лития не имеют
природных аналогов и должны называться искусственными продуктами, а не
синтетическими камнями. До 1987 г. еще одну имитацию алмаза — титанат
стронция — относили к этой же категории. Однако в 1987 г. в СССР были об-
наружены зерна этого природного минерала, названного таусонитом. Поэто-
му титанат стронция сейчас нужно описывать как синтетический камень, а не
как искусственный продукт. CZ, производство которого было описано в
гл. 15, — наиболее приемлемая и широко распространенная имитация алма-
за. В 1,996 г. появилась новая алмазная имитация — синтетический муассанит
(желтый до бесцветного карбид кремния, кристаллизующийся в гексагональ-
ной сингонии), производимая в США фирмой «СЗ Incorporated». Этот мате-
риал имеет высокое двупреломление (0,043), высокую дисперсию (0,104) и
полупроводниковые свойства (см. «Электрические свойства» в гл. 12), что
позволяет легко отличить его от алмаза. Константы алмазных имитаций,
включая дисперсию, приведены в табл. 17.3.
Таблица 17.3.
Драгоценный камень Показатель преломления Дву прелом- ление Дисперсия Удельный вес Твердость по шкале Мооса
Алмаз 2,417 — 0,044 3,52 10,0
Флинтглас 1,6-1,7 — 0,04 3,0-4,0 5,0
Кварц 1,54; 1,55 0,009 0,013 2,65 7,0
Топаз 1,61; 1,62 0,01 0,014 3,56 8,0
Циркон 1,93; 1,99 0,058 0,039 4,68 7,0
Синтетическая шпинель 1,727 — 0,02 3,64 8,0
Корунд 1,76; 1,77 0,008 0,018 3,99 9,0
Синтетический рутил 2,61; 2,897 0,287 0,280 4,2-4,3 6,5
ИАГ 1,83 — 0,028 4,58 8,5
Титанат стронция 2,41 — 0,190 5,13 5,5
Ниобат лития 2,21; 2,30 0,09 0,120 4,64 5,5
ГГГ 1,97 0,045 0,045 7,05 6,0
CZ 2,15-2,18 — 0,065 5,6-6,0 8,0
Синтетический муассанит 2,65-2,69 0043 0,104 3,22 9,25
Дополнительные тесты для диагностики алмаза
Метод падающего света (или наклона камня)
Если осветить правильно ограненный камень бриллиантовой огранки и
смотреть на него со стороны площадки под прямым углом на темном фоне,
камень будет выглядеть однородно блестящим. Это происходит потому, что
грани павильона действуют как зеркала и отражают падающий свет обратно
через площадку под углом полного внутреннего отражения.
252 Глава 17. Идентификация имитаций неорганических ювелирных камней
Рис. 17.3. Метод наклона камня.
На схеме сравниваются полное
внутреннее отражение света иде-
ально ограненным бриллиантом и
потеря света через грани павильона
при наклоне камня в случае алмаз-
ной имитации.
Если камень является алмазом (притом правильно ограненным), можно
наклонять верхний край камня от линии просмотра и его блеск не ухудшит-
ся. Если же камень представляет собой алмазную имитацию (и его показатель
преломления меньше, чем у алмаза), его блеск уменьшится за счет потери ча-
сти света. В результате самые удаленные от глаза грани павильона начинают
выглядеть черными, так как они уже не действуют как зеркала (свет проходит
через них вместо того, чтобы отражаться назад через площадку — рис. 17.3).
Чем ниже показатель преломления имитирующего алмаз камня, тем более
отчетлив этот эффект (рис. 17.4).
Исключениями для этого теста (т. е. камни по оптическим свойствам подо-
бны алмазу) являются титанат стронция (также известный как синтетический
Рис. 17.4. Пять алмазных имитаций, сфотографированных под углом, чтобы проил-
люстрировать эффект «потери света». В центре — ИАГ (показатель преломления
1,83); слева вверху — ГГГ (показатель преломления 1,97); справа вверху — ниобат ли-
тия (показатель преломления 2,25); слева внизу — CZ (показатель преломления 2,16);
справа внизу — титанат стронция (показатель преломления 2,42), у которого, как и у
алмаза, не наблюдается утечки света через грани павильона.
Дополнительные тесты для диагностики алмаза 253
таусонит — см. Приложение D), синтетический муассанит и синтетический
рутил, которые имеют показатели преломления, близкие или превышающие
алмазный. Титанат стронция и синтетический рутил можно идентифициро-
вать по их очень яркой «игре» (дисперсия этих камней в несколько раз превы-
шает дисперсию алмаза). Синтетический муассанит имеет высокое двупрелом-
ление и может быть диагностирован (как и циркон) по «раздвоению» ребер у
граней павильона при просмотре через главную грань короны. Невозможно
определить этим методом и такие имитации, как CZ, у которых павильон гра-
нится более глубоким, чем в идеальной бриллиантовой огранке, для того что-
бы скомпенсировать низкий показатель преломления. В этом случае у камня
возникает полное внутреннее отражение, даже если его наклонить.
Алмазы с маленькой площадкой и глубоким павильоном — так называе-
мая «старая английская» огранка — будут пропускать свет в наклонном поло-
жении, так что прежде чем проводить этот тест, убедитесь, что пропорции
камня соответствуют идеальной бриллиантовой огранке (см. гл. 19).
«Точечный» тест
Этот метод более применим к незакрепленным камням, чем предыдущий.
Однако, как и предшествующий тест, он зависит от показателя преломления
камня и его пропорций и также может приводить к ошибочным результатам
и имеет исключения. Для проведения теста сначала нужно нанести на белую
бумагу маленькую черную точку. Если камень является имитацией (с показа-
телем преломления ниже, чем у алмаза), точка будет видна в виде кольца вок-
руг калеты. Этот эффект связан с потерей света через грани павильона, кото-
рые при этом не действуют как «внутренние» зеркала. В результате точка ста-
новится видна через каждую грань павильона, что образует кольцо (заметим,
что через бриллианты с неглубоким павильоном точка также будет видна в
виде кольца).
Тест на «пропускание» света
Этот тест сходен с предыдущим, но камень помещают не над точкой, а пло-
щадкой вниз на любую интенсивно окрашенную поверхность. Если цвет
подложки не виден через павильон камня, значит это алмаз, титанат строн-
ция, рутил, синтетический муассанит или имитация с глубоким павильоном
(однако алмаз с мелким павильоном не проходит этот тест).
Качество финишной обработки граней
Алмаз является самым твердым из всех известных природных и искусствен-
ных материалов, и это позволяет достичь очень высокого качества полиров-
ки его граней. Из-за высокой твердости алмаза можно отполировать грани
так, что они будут совершенно плоскими и иметь четкие ребра. У более мяг-
ких камней получить такое качество полировки невозможно, и ребра могут
быть слегка округлыми. Если изделие из алмазной имитации (даже бесцвет-
ный сапфир) находилось несколько лет в носке, на ребрах можно найти сле-
ды потертостей или сколов.
254 Глава 17. Идентификация имитаций неорганических ювелирных камней
Отражательная способность и теплопроводность
Из-за высокого значения показателя преломления у алмаза (и некоторых его
имитаций) измерить его с помощью рефрактометра не представляется воз-
можным. Но поскольку существует прямая зависимость между коэффициен-
том отражения и показателем преломления, алмаз и его имитации можно
идентифицировать, используя электронные рефлектометры (см. гл. 9).
За исключением синтетического муассанита (который можно определить
по очень высокому двупреломлению), теплопроводность алмаза также на-
много больше, чем у его имитаций. Поэтому один из наиболее широко рас-
пространенных методов распознавания алмаза основан на теплопроводности
(см. гл. 12). Поскольку преимущества и недостатки способов идентификации
по отражательной способности и теплопроводности прекрасно дополняют
друг друга, на рынок выпущены тестеры, сочетающие оба метода в одном
приборе (см. рис. 12.13).
Соотношение массы камня и диаметра рундиста
Незакрепленные камни можно идентифицировать, проверяя соотношение
между их массой и диаметром рундиста. Этот способ по существу основан на
определении удельного веса камня. Соотношения между размерами камней и
их массой для алмаза и нескольких его имитаций приведены в табл. 17.4.
Предполагается, что все камни огранены правильной бриллиантовой огран-
кой. Допустимые отклонения в пропорциях огранки могут приводить к изме-
нению массы до ±10%. В связи с этим синтетический муассанит, удельный
вес которого 3,22, может иметь те же значения массы, что и алмаз, и поэтому
в таблице не приведен.
Таблица 17.4.
Диаметр Масса в каратах (с точностью до сотых долей)
рундиста, мм Алмаз CZ ИАГ ггг Титанат стронция
2,0 0,03 0,05 0,04 0,06 0,04
4,0 0,23 0,38 0,30 0,47 0,34
6,5 1,00 1,65 1,30 2,00 1,46
8,0 1,87 3,07 2,43 3,74 2,27
10,0 3,64 6,00 4,74 7,30 5,31
Изумруд
Многие имитации изумруда (но не синтетические изумруды) могут быть вы-
явлены с помощью фильтра Челси (см. гл. 13). Лучше всего проводить этот
тест, освещая камень мощной лампой накаливания и держа фильтр вблизи
глаза. Изумруды, окрашенные примесью хрома, выглядят через фильтр розо-
выми до красных, тогда как их имитации, не содержащие хрома, остаются зе-
леными. Однако существуют изумруды (например, из ЮАР) которые не ста-
новятся розовыми в фильтре Челси, в то время как такие имитации, как бе-
рилловое стекло (переплавленный берилл, окрашенный оксидом хрома),
Жад 255
гранат демантоид и зеленый циркон, наоборот, выглядят розовыми. Две по-
следние имитации имеют показатели преломления вне шкалы стандартного
рефрактометра и, в отличие от изумруда, тонут в бромоформе.
Идентификационные константы изумруда и его имитаций приведены в
табл. 17.5.
Таблица 17.5.
Ювелирный материал Показатель преломления Двупреломление Удельный вес Твердость
Изумруд 1,57; 1,58 0,006 2,71 7,5
Демантоид 1,89 — 3,85 6,5
Циркон 1,78-1,99 0-0,03 3,9-4,68 6,0-7,5
Сапфир 1,76; 1,77 0,009 3,99 9,0
Перидот 1,654; 1,690 0,036 3,34 6,5
Жадеит 1,66-1,68 Поликристаллический 3,30-3,36 6,5-7,0
Турмалин 1,62; 1,64 0,018 3,05 7,0
Берилловое стекло 1,52 — 2,44 7,0
Жад
Существует множество имитаций двух минералов группы жада: жадеита и
нефрита. Оба этих минерала при просмотре в полярископ имеют микро-
кристаллический характер (т. е. пропускают свет через анализатор в любом
положении при вращении камня) и это помогает отличить их от некоторых
имитаций. Зеленый жадеит иногда можно диагностировать с помощью
спектроскопа по интенсивной полосе поглощения в фиолетовой области
на 437 нм. Жадеит, который обычно стоит дороже, чем нефрит, после
полировки часто имеет характерную рябь, или поверхность типа «апельси-
новой корки», что связано с его неоднородной твердостью. Но сейчас эта
его особенность уже устранена, так как для полировки используются ал-
мазные круги. И жадеит, и нефрит — пористые минералы, и для повыше-
ния привлекательности их иногда окрашивают в зеленый цвет. Окрашен-
ный материал выглядит розоватым через фильтр Челси и имеет неясную
полосу в красной области; окрашенный жадеит не имеет полосы 437 нм.
Идентификационные константы жадеита, нефрита и некоторых их имита-
ций приведены в табл. 17.6.
Таблица 17.6.
Ювелирный материал Показатель преломления Удельный вес Твердость
Жадеит 1,66-1,68 3,30-3,36 6,5-7,0
Нефрит 1,60-1,641 2,90-3,02 6,5
Гидрогроссуляр 1,74-1,75 3,6-3,67 7,0-7,5
Бовенит 1,56 2,58-2,62 4,0-5,0
Амазонит 1,52-1,54 2,56 6,0
Вердит 1,58 2,80-2,99 з,о
Пренит 1,61; 1,64 2,88-2,89 6,0
Соссюрит 1,57-1,70 3,00-3,40 6,5
256 Глава 17. Идентификация имитаций неорганических ювелирных камней
Лазурит
«Швейцарская лазурь» — наиболее распространенная имитация лазурита, по
составу — яшма, окрашенная «берлинской лазурью». Ее можно распознать
по отсутствию включений пирита и несколько более высокому показателю
преломления (1,54 в отличие от 1,50 для истинного лазурита). Другой имита-
цией является содалит, который можно отличить по удельному весу (лазурит
2,8; содалит 2,28).
Наиболее дорогостоящая имитация лазурита была создана компанией
German Degussa в 1954 г. Это шлаковая форма синтетической шпинели, по-
лученная при нагревании смеси оксида алюминия, магнезии и кобальта до
температуры, несколько более низкой, чем точка плавления шпинели. В ре-
зультате получается грубо текстурированный материал, по цвету напоминаю-
щий лазурит. Говорят, что для имитации включений пирита, встречающихся
в природном материале, в смесь вводились золотые чешуйки. Это могло быть
связано с тем, что пирит несовместим с условиями производства.
Упомянем здесь «синтетический» лазурит Жильсона, так как по составу
он не соответствует природному камню и должен классифицироваться как
имитация. Этот материал в качестве одного из своих ингредиентов содержит
минерал лазурит, а также чешуйки пирита. Продукт Жильсона гораздо более
пористый, чем лазурит, имеет более низкий удельный вес (2,36, а не 2,8) и бо-
лее быстро реагирует с кислотами. Он имеет более сильный блеск, чем при-
родный камень, и в отличие от лазурита прозрачен для рентгеновских лучей.
Бирюза
К имитациям бирюзы относятся окрашенный халцедон и говлит, одонтолит
(также называемый «костяной бирюзой»), лазулит, амазонит и хризоколла.
Характерные константы имитаций приведены в табл. 17.7.
Таблица 17.7.
Ювелирный материал Показатель преломления Дву преломление Удельный вес Твердость
Бирюза 1,61-1,65 — 2,60-2,90 5,5-6,0
Халцедон 1,53-1,54 — 2,58-2,64 6,5
Говлит 1,59 — 2,58 3,5
Одонтолит 1,57-1,63 — 3,0-3,25 5,0
Лазулит 1,615; 1,645 0,03 3,1-3,2 5,5
Амазонит 1,52-1,54 0,008 2,56 6,0
Хризоколла 1,50 — 2,00-2,45 2,0-4,0
«Прессованную» бирюзу производят из слабоокрашенной или рыхлой би-
рюзы. Исходный продукт измельчают и затем прессуют с полистироловой
смолой или силикатом натрия. Существуют также имитации из окрашенного
обожженного гипса или алебастра. Все эти материалы имеют совершенно
иную структуру поверхности, чем природная бирюза, которая, как видно под
микроскопом, представляет собой кристаллические частицы в аморфном бе-
лесом порошке.
Опал 257
Искусственную бирюзу Жильсона также следует классифицировать как
имитацию, так как ее состав отличается от природного камня. Под микроско-
пом (с увеличением 50) видно, что она состоит из мелких темно-голубых уг-
ловатых частиц в белой матрице, т. е. ее структура совершенно непохожа на
ту, которая видна у природного камня.
Опал
Искусственный опал Жильсона, так же как его лазурит и бирюза, относится
к имитациям, так как отличается от природного аналога по химическому со-
ставу. Производятся и белый, и черный опал. Из них белый более похож на
природный. Для тех, кто знаком с природным опалом, идентификация чер-
ного опала Жильсона не представляет проблемы.
При большом увеличении (60х) желтые участки в ранних белых опалах
Жильсона похожи на серию близко расположенных линий, идущих от цент-
ральной оси ствола. Структура внутри оранжевых участков у более поздних
белых опалов похожа на булыжную мостовую. Многие белые опалы при про-
смотре сбоку имеют столбчатую структуру. У цветных участков в последних
опалах Жильсона поверхность похожа на «кожу ящерицы» (рис. 17.5). Мно-
гие опалы Жильсона высокопористы (поэтому они прилипают к языку, что
не отмечается у большинства природных опалов).
Все образцы имитаций опала, производимые Жильсоном, имеют грязно-
зеленую флюоресценцию в коротковолновом УФ и слабо флюоресцируют в
длинноволновом УФ. Опалы, не обнаруживающие признаков флюоресцен-
ции, являются природными. Если природный опал все же флюоресцирует в
Рис. 17.5. Эффект «кожи ящерицы», наблюдаемый у имитации белого опала, произ-
водимой Жильсоном.
258 Глава 17. Идентификация имитаций неорганических ювелирных камней
УФ (обычно белесым или кремовым светом), он проявляет также фосфорес-
ценцию. Эта фосфоресценция в темной комнате продолжается до 12 секунд.
У темных образцов Жильсона фосфоресценция практически отсутствует.
В Японии изготавливают имитации опала из монодисперсного полисти-
рольного латекса. Из-за его рыхлости на этот продукт наносят акриловое по-
крытие, которое придает ему «глянцеватый» вид. Эти камни имеют гораздо
более низкий удельный вес, чем природный опал (1,2, а не 2,1), и более высо-
кий показатель преломления (1,51 против 1,45). Кроме того, они гидрофобны
(капля воды, помещенная на их поверхность, образует полусферическую «бу-
синку», а природный опал является гидрофильным и капля воды сразу расте-
кается по его поверхности).
«Камень Слокума», появившийся в конце 70-х гг., представляет собой
стеклянную имитацию опала разного цвета, включая черный, белый, янтар-
ный и зеленый. Его удельный вес (2,4—2,5) выше, чем у опала, так же как и
показатель преломления (1,49—1,51). Игра цветов у камня Слокума связана с
очень тонкими чешуйками, похожими на блестки, которые обусловливают
появление интерференционных окрасок. В этом материале видны также га-
зовые пузыри случайной формы и свили.
Кварц
Из-за своей более высокой стоимости аметист является той разновидностью
кварца, которую чаще всего пытаются имитировать. Для этого используют
цветное стекло, симметричный триплет (похожий на изумруд «соуде»), в ко-
тором корона и павильон сделаны из бесцветного кварца, а между ними на-
ходится окрашенный слой, или фиолетовый синтетический корунд.
Имитации из цветного стекла идентифицируются по их очень сильному
аномальному двупреломлению, видимому в полярископе, включениям газо-
вых пузырей и по физическим константам. Составляющие кварцевого трип-
лета можно увидеть, погрузив камень в воду. Если в качестве иммерсионной
жидкости используется бромоформ (показатель преломления 1,59), корона и
павильон «исчезают», а окрашенный слой ясно виден. В области склейки ча-
сто видны пузыри. Имитацию из фиолетового синтетического корунда мож-
но распознать по ее константам (показатель преломления 1,76; 1,77, а удель-
ный вес 3,99, тогда как для кварца соответственно 1,544; 1,553 и 2,65).
Рубин
Имитациями рубина служат паста и составные камни (см. гл. 15). Использу-
ют и природные камни: гранаты пироп и альмандин, шпинель, турмалин,
циркон и иногда розовый топаз. В табл. 17.8 перечислены характерные кон-
станты этих имитаций и рубина.
Гранаты пироп и альмандин и красную шпинель (природную и синтети-
ческую), особенно мелких размеров, трудно отличить от рубина невооружен-
ным глазом. Однако отсутствие у этих имитаций дихроизма одновременно с
Сапфир 259
характерным видом их спектров поглощения и различным поведением в по-
лярископе служат для идентификации и различия этих камней. В отличие от
большинства рубинов, эти два граната не флюоресцируют при облучении
длинноволновым УФ в связи с присутствием в их составе железа.
Таблица 17.8.
Ювелирный камень Показатель преломления Двупреломление Удельный вес Твердость
Рубин 1,76 0,008 3,99 9,0
Пироп 1,74—1,77 — 3,7-3,8 7-7,5
Альмандин 1,77-1,81 — 3,8-4,2 7,5
Природная шпинель 1,717 — 3,6 8,0
Синтетическая шпинель 1,73 — 3,6 8,0
Турмалин 1,62; 1,64 0,018 3,05 7-7,5
Топаз 1,62; 1,64 0,008 3,53 8,0
Циркон 1,93-1,99 0,059 4,68 7,25
Сапфир
Хотя для имитации сапфира используются и паста, и составные камни, наи-
лучшими его имитациями являются синтетическая синяя шпинель и некото-
рые природные синие драгоценные камни. Синяя синтетическая шпинель
легко диагностируется по ее более низкому показателю преломления, изо-
тропному характеру в полярископе, типичному спектру поглощения, связан-
ному с присутствием кобальта, а также тому факту, что этот камень выглядит
розовым через фильтр Челси.
Таблица 17.9.
Ювелирный камень Показатель преломления Двупреломление Удельный вес Твердость
Сапфир 1,76; 1,77 0,008 3,99 9,0
Синтетическая шпинель 1,727 — 3,64 8,0
Топаз 1,61; 1,62 0,01 3,56 8,0
Турмалин 1,62; 1,64 0,018 3,10 7,0-7,5
Кианит 1,715; 1,732 0,017 3,65-3,69 5,0-7,0
Берилл 1,570; 1,575 0,005 2,69 7,5
Иолит (кордиерит) 1,54; 1,55 0,009 2,57-2,6 7,5
Цоизит 1,69; 1,70 0,009 3,35 6,5
Глава 18
Органические ювелирные материалы и
их имитации
Органические ювелирные материалы отличаются от неорганических тем,
что являются продуктами жизнедеятельности живых организмов. За исклю-
чением жемчуга и кораллов, все эти материалы являются некристаллически-
ми (аморфными), что еще более отличает их от большинства неорганических
драгоценных камней.
Природный жемчуг
Несмотря на свою низкую твердость и на то, что он подвержен изменениям
при воздействии химических веществ, пота и косметики, жемчуг не теряет
своей популярности. Кроме природного жемчуга широко распространен
культивированный жемчуг, а также имитации жемчуга. Хотя и природный и
культивированный жемчуг легко отличить от имитаций, одной из наиболее
сложных проблем, с которыми сталкиваются ювелиры и геммологи, являет-
ся отличие природного жемчуга от культивированного продукта.
Природные жемчужины формируются внутри жемчужной устрицы (т. е.
моллюска). Чаще всего это происходит в результате проникновения в оболоч-
ку раковины паразитической личинки и возникающего вследствие этого раз-
дражения или инфекции. Первоначальная теория, объясняющая этот про-
цесс проникновением песчинки, сейчас в основном отвергнута. Реагируя на
локальное воспаление, моллюск окружает место поражения клеточной «сум-
кой» из внутренней защитной ткани, называемой мантией. Клетки поверх-
ностного слоя мантии выделяют материал, который заключает вторгшуюся
личинку в своеобразную капсулу из концентрических перламутровых слоев.
Перламутровый слой состоит из очень тонкой сетки конхиолина (корич-
невого органического вещества), промежутки в которой заполнены мельчай-
шими кристаллами арагонита. Последний представляет собой ромбическую
модификацию карбоната кальция, и его кристаллы расположены так, что их
главные оси ориентированы под прямыми углами к слою. В начале жизни
моллюска перламутр также откладывается на внутренних стенках раковины,
формируя так называемый перламутровый слой, о котором подробнее мы
будем говорить ниже в этой главе. Этот материал выделяется на раковину
всей поверхностью мантии и сходен по структуре со слоями, которые форми-
руют растущую жемчужину.
После того как моллюск окружил источник раздражения перламутром, на
протяжении периода до 7 лет он продолжает откладывать слои перламутра, и
Природный жемчуг 261
Рис. 18.1. (Слева) Сечение натурального жемчуга с концентрической структурой.
(Справа) Гребни перекрывающихся перламутровых слоев на поверхности жемчужи-
ны при увеличении 90х. (V.G.Hinton)
из тысяч тонких полупрозрачных пленок в конце концов формируется жем-
чужина (рис. 18.1). Если место первоначального раздражения находилось
внутри ткани мантии моллюска, образуется круглая пузырчатая жемчужина.
Однако если оно располагалось вблизи перламутровой внутренней поверхно-
сти раковины моллюска, формируется блистер-жемчуг, который прикрепля-
ется к поверхности раковины (рис. 18.2). В то время как пузырчатый жемчуг
обычно в итоге полностью сформирован и представляет собой сферический
драгоценный камень, блистер-жемчуг приходится срезать с раковины мол-
люска, а потому он имеет незавершенную форму (обычно полусферическую
или сферическую на три четверти). Та часть блистер-жемчуга, которой он
соприкасался с раковиной, лишена перламутра. Поэтому лишенный перла-
мутра участок либо полируется, а затем прячется в креплении ювелирного из-
делия, либо покрывается фрагментом перламутрового слоя (это делает его
похожим на жемчуг мабэ, описанный ниже в разделе «Культивированный
жемчуг»).
Хотя многие моллюски способны подобным путем создавать жемчужины,
главным источником этих драгоценных камней является моллюск Pinctada,
обитающий в соленой воде. Эти моллюски обитают на теплых мелководьях,
Рис. 18.2. Природный блистер-жемчуг, еще при-
крепленный к створке раковины.
262 Глава 18. Органические ювелирные материалы и их имитации
Рис. 18.3. Японские «ама», готовящиеся ны-
рять за жемчужными раковинами. (Mikimoto)
и места сбора «урожая» таких жемчужин расположены в Персидском заливе
(Кувейт — Бахрейн), Манарском заливе (между побережьем Индии и северо-
западной оконечностью Шри-Ланки), у островов южной части Тихого океа-
на на тихоокеанском побережье Мексики, в Калифорнийском заливе и на се-
веро-западном побережье Австралии.
Морской жемчуг у островов и в бухтах Японии традиционно вылавливал-
ся девушками-ныряльщицами, которых называли «ама». И по сей день «ама»
ныряют за жемчугом, но теперь это происходит для привлечения туристов
(рис. 18.3). Когда-то обнаженные, теперь ныряльщицы с головы до ног обла-
чены в белые костюмы (которые они носят не столько из скромности, сколь-
ко для отпугивания акул!).
Самой привлекательной чертой жемчуга является его переливчатость
(рриент). Она вызывается комбинацией эффектов интерференции и дифрак-
ции в тонких поверхностных слоях драгоценного камня. Хотя большинство
жемчужин имеет серебристо-белый ориент, жемчуг, добываемый на тихооке-
анском побережье Мексики и в Калифорнийском заливе, имеет черный ме-
таллический оттенок (считается, что это связано с составом воды). Розовый
жемчуг встречается реже и соответственно стоит дороже. Другой тип жемчу-
га такого же цвета классифицируется CIBJO как «Розовый Жемчуг» из-за
отсутствия перламутра на его поверхности. Этот Розовый Жемчуг имеет фар-
форовидную поверхность с «огненными» метками. Его находят в одноствор-
чатых моллюсках Strombusgigas у берегов Флориды и Вест-Индии.
Пресноводный жемчуг производится разными видами съедобных моллю-
сков и мидий главным образом в реках Великобритании, США, бывшего
СССР и Китая. Обычно он отличается более слабой игрой, чем морской, и
менее важен в коммерческом смысле. Знаменитый пресноводный жемчуг
Абернети массой 43,6 грана (10,9 кар) был найден в шотландской реке Тей в
1967 г. Хотя показатель преломления жемчуга трудно измерить, его значения
лежат в диапазоне 1,52—1,66 (1,53—1,69 для черного жемчуга). Удельный вес
природного жемчуга 2,68—2,78.
Культивированный жемчуг
Насколько известно, первые попытки культивировать этот органический
драгоценный камень относятся к XIII в., когда в Китае получили жемчуг низ-
кого качества и неправильной формы, введя между створкой и мантией мол-
Культивированный жемчуг 263
люска раздражающее вещество. Веками китайцы использовали этот способ,
для того чтобы покрыть маленькие изображения Будды тонким слоем перла-
мутра, помещая их в мантию пресноводных моллюсков.
Ранняя история культивации жемчуга в Японии осложнена конфликтами
и конкуренцией между первыми производителями этого материала. Сейчас
считается, что первый культивированный жемчуг сферической формы был
получен примерно в 1900 г. Мизе. Более совершенные методы, основанные
на научных экспериментах, разработали позднее Нисикава и Микимото. Хо-
тя имя Микимото сейчас считается синонимом культивированного жемчуга,
его метод «полного обволакивания» оказался очень сложным и требует боль-
шой осторожности (бусину-ядро обертывают кусочком ткани мантии и завя-
зывают шелковой ниткой). Метод Нисикавы более прост и используется в
настоящее время и Микимото, и другими производителями сферического
культивированного жемчуга.
К сожалению, воды, окружающие Жемчужный остров Микимото в райо-
не Тоба, стали слишком загрязненными для производства жемчуга, хотя ост-
ров еще привлекает туристов музеем жемчуга и магазином Микимото. Другая
опасность для морских моллюсков — ежегодное нашествие красного планк-
тона («красный прилив»), который в плохие годы может полностью уничто-
жить моллюсков на ферме.
Различные методы производства культивированного жемчуга можно сум-
мировать следующим образом.
Основной метод
Это метод «кусочка ткани», разработанный Т. Нисикава. Он заключается во
внедрении в тело трехгодовалого моллюска перламутрового шарика диамет-
ром 5—7 мм и маленького кусочка ткани мантии моллюска. Створки
раковины моллюска приоткрывают, и бусину и кусочек ткани помещают в
разрез, сделанный в мягкой ткани моллюска. Створку возвращают на место,
раковину кладут в корзину и опускают в море (рис. 18.4). Через три года мол-
люска снова достают из моря, перламутровую бусину, ставшую теперь куль-
Рис. 18.4. Японская ферма по производству морского культивированного жемчуга.
Корзины с моллюсками подвешены под деревянными плотами. (R.V.Huddlestone)
264 Глава 18. Органические ювелирные материалы и их имитации
Рис. 18.5. На тонком срезе культивированного
жемчуга видны параллельные концентрические
слои перламутра, окружающие крупную буси-
ну-ядро.
тивированной жемчужиной, покрытой 1—2-мм слоем перламутра, извлекают
(рис. 18.5). К сожалению, моллюск при этом погибает.
Жемчуг мабэ и культивированный блистер-жемчуг
Культивированный блистер-жемчуг, известный под названием мабэ, имеет
относительно крупные размеры (1—20 мм в диаметре) и полусферическую
форму. Его выращивают, приклеивая на внутреннюю поверхность раковины
шарик из мыльного камня (стеатита). Этот материал выбран в качестве ядра,
так как впоследствии от него легко отделить наросший перламутровый слой.
Затем моллюска возвращают в море, где шарик начинает покрываться слоя-
ми перламутра. Через 2—3 года моллюска извлекают и полученную жемчужи-
ну отпиливают от раковины. Шарик из мыльного камня удаляют из жемчу-
жины, ее внутреннюю поверхность очищают (а иногда и подкрашивают) и
вводят на место этого шарика перламутровую бусину или заполняют полость
какой-либо смолой. Наконец, основание мабэ закрывают полированным ку-
сочком перламутра.
Культивированный блистер-жемчуг других видов получают аналогичным
методом, за исключением того что в него вводят перламутровое ядро. В отли-
чие от мабэ ядро в этом случае остается в жемчужине после того, как ее отпи-
лили от раковины. Обычно этот жемчуг имеет полусферическую или на три
четверти сферическую форму и спиленное основание, которое позволяет
увидеть ядро и перламутровый слой.
Чтобы избежать путаницы между жемчугом мабэ, культивированным бли-
стер-жемчугом и использованием в Японии слова «мабэ» для определенного
вида устриц, жемчуг мабэ (который состоит из двух или более компонентов)
правильнее называть составным культивированным жемчугом мабэ.
Жемчуг Бива
В более поздних опытах по выращиванию пресноводного жемчуга с ядром
было установлено, что жемчуг может образоваться, если в моллюск по-
местить кусочек мантии. При этом полученный жемчуг мельче, так как он
Отличие природного жемчуга от культивированного 265
Рис. 18.6. Раковина пресно-
водного моллюска Hyriopsis
schlegeli и образцы выращен-
ного в ней жемчуга Бива.
целиком состоит из перламутровых слоев. Из-за отсутствия твердого ядра
этот жемчуг классифицируют как безъядерный (иногда говорят — с тканевым
ядром). Его называют «жемчуг Бива», поскольку основные фермы по его вы-
ращиванию расположены на озере Бива в Японии. Жемчуг Бива выращива-
ют в крупных пресноводных моллюсках Hyriopsis schlegeli.
При использовании этого вида моллюсков внедрение ядер не приносит
успеха. Другим отличием пресноводного жемчуга озера Бива от морского
культивированного жемчуга является то, что в крупных моллюсках
Schlegeli вырастает одновременно несколько жемчужин (рис. 18.6), а также
то, что после того как снят первый «урожай», моллюск возвращают в воду
и жемчуг может вырасти во второй раз естественным путем. Первый уро-
жай обычно представлен жемчужинами овальной или барочной (непра-
вильной) формы, и в связи с отсутствием ядра эти жемчужины мелкие.
Жемчужины первого или второго урожая, имеющие плохую форму, часто
помещают в качестве «затравки» в другие моллюски, для того чтобы улуч-
шить их форму и размер.
Отличие природного жемчуга
от культивированного
Отличить культивированный жемчуг от природного бывает очень трудно,
так как поверхность того и другого сложена одинаковым материалом, и это
под силу только опытным экспертам. Тем не менее небольшие различия в
характере поверхности дают достаточно оснований для идентификации.
Например, более просвечивающий внешний слой культивированного жем-
чуга придает ему восковой блеск. В просверленных жемчужинах осмотр от-
верстия часто позволяет увидеть четкую границу между ядром и внешним
слоем в случае культивированного жемчуга. Кроме этой границы здесь от-
сутствует ростовая зональность. Проверяя отверстие в жемчужине, лучше
266 Г лава 18. Органические ювелирные материалы и их имитации
Рис. 18.7. Бусина и слои перламутра в
культивированном блистер-жемчуге, осве-
щенные с помощью световода.
всего освещать его световодом, соединенным с мощным источником света
(рис. 18.7).
Для выявления различия между культивированным и природным жемчу-
гом используется так называемый метод просвечивания. При проведении
этого теста жемчужину медленно вращают перед яркой лампой, которая пол-
ностью закрыта, за исключением квадратного отверстия площадью 1 мм2. В
культивированном жемчуге видны полоски, связанные со структурой перла-
мутровой бусины, которые проектируются на ее поверхность (в природном
жемчуге ничего подобного не видно), и за один оборот жемчужины будет
видно две световые вспышки. Этот принцип идентификации был положен в
основу люцидоскопа, состоящего из освещенной иммерсионной кюветы,
снабженной ирисовой диафрагмой. Чтобы улучшить прохождение света че-
рез параллельные слои ядра, жемчуг погружают в чистый бензин, который не
оставляет осадка при испарении.
Перламутровое ядро в культивированном жемчуге имеет больший удель-
ный вес, чем природный жемчуг, и это позволяет провести другой простой
тест. Если жемчуг, который нужно идентифицировать, поместить в тяжелую
жидкость с удельным весом, соответствующим исландскому шпату (разно-
видности кальцита) (бромоформ, разбавленный монобромнафталином до
удельного веса 2,71), то природный жемчуг, имеющий удельный вес
2,68—2,70, в основном будет плавать, тогда как культивированный жемчуг бу-
дет тонуть (составной культивированный жемчуг мабэ, заполненный смолой,
может иметь гораздо меньший удельный вес — около 2,2 и также будет пла-
вать в жидкости с удельным весом 2,71 ив стандартной жидкости для тести-
рования кварца с удельным весом 2,65).
Два последующих теста позволяют провести более надежную идентифи-
кацию, чем предыдущие.
Эндоскоп
В этом давно известном методе, еще применяемом в некоторых лабораториях,
используется прибор, называемый эндоскопом (рис. 18.8). Сначала его произ-
водили во Франции, сейчас он не производится. Прибор состоит из полой иг-
лы, на которую нанизывается жемчужина. На конце иглы имеется короткий
металлический стержень, концы которого срезаны под углом 45° и отполиро-
Отличие природного жемчуга от культивированного 267
Рис. 18.8. Использование эндоскопа.
ваны, в результате чего образуются две зеркальные поверхности (рис. 18.9, а).
В игле перед первой зеркальной поверхностью сделано маленькое отверстие,
что позволяет свету, который попадает туда через иглу, отражаться от стенок
отверстия внутрь жемчужины.
Во время теста жемчуг осторожно передвигают по игле, удаляя и прибли-
жая его к отверстию с помощью специального рычага, а в это время на внеш-
ний конец иглы смотрят через микроскоп. Если жемчуг природный, можно
найти положение, в котором свет, попадающий в жемчужину через отвер-
стие, проходит по концентрическому слою и отражается в микроскоп вторым
зеркалом как вспышка света (рис. 18.9, б).
Если же жемчуг культивированный, ни в каком положении вспышки мы
не увидим. В этом случае жемчужину вращают на игле до тех пор, пока не бу-
дет найдено положение, в котором лучи света, пройдя через параллельные
слои в перламутре, образуют светлую полоску на внешней стороне жемчужи-
ны. Линза и зеркало, которыми снабжен эндоскоп, позволяют оператору на-
блюдать этот эффект в микроскоп (рис. 18.9, в).
Рис. 18.9. (а) Конструкция иглы эндо-
скопа. (б) Природный жемчуг идентифи-
цируется по его концентрическим слоям,
дающим возможность световому лучу по-
пасть в окуляр микроскопа, (в) В культи-
вированном жемчуге свет проходит через
перламутровое ядро, выходя за пределы
жемчужины, на поверхности которой по-
является световая полоска.
268 Глава 18. Органические ювелирные материалы и их имитации
Рентгеновские методы
В другом подтверждающем природу жемчуга тесте используется генератор
рентгеновских лучей. В природном жемчуге кристаллы арагонита в много-
численных перламутровых слоях расположены радиально и их главные оси
перпендикулярны поверхности. Если жемчужину поместить в узкий пучок
рентгеновских лучей (рис. 18.10), эти кристаллы рассеивают часть лучей и да-
ют лауэграмму, которую можно зафиксировать на фотопленке. Вследствие
кристаллической структуры арагонита картина будет иметь гексагональную
симметрию при любой ориентации природной жемчужины (рис. 18.11).
В случае культивированного жемчуга, имеющего ядро, слой перламутра
относительно тонкий и гексагональная симметрия дифракционной картины
получается только в двух положениях (рис. 18.12а), когда рентгеновский пу-
чок перпендикулярен слоям перламутрового ядра. В других положениях жем-
чужины картина имеет симметрию 4-го порядка или имеет вид колец в резуль-
Рис. 18.10. Схема, иллюстрирующая получе-
ние лауэграммы жемчуга: X — рентгеновская
трубка; С — коллиматор; 5 — жемчужина; D —
дифрагированные рентгеновские лучи; М —
основной рентгеновский луч; L — свинцовый
диск, поглощающий основной луч (обычно его
удаляют при тестировании жемчуга); F — фо-
топленка.
Рис. 18.11. Гексагональ-
ная симметрия картины
дифракции рентгеновских
лучей, получаемая для
природного жемчуга неза-
висимо от его ориентации.
(А. Е. Farn)
Отличие природного жемчуга от культивированного 269
Рис. 18.12а. Картина
дифракции рентгенов-
ских лучей, получаемая
при исследовании куль-
тивированного жемчуга.
Гексагональная симмет-
рия наблюдается, когда
рентгеновские лучи пер-
пендикулярны перламут-
ровым слоям ядра; в на-
правлении параллельно
слоям видна симметрия
4-го порядка. (A.E.Fam)
тате наложения картин, имеющих симметрию 6-го и 4-го ‘ порядков
(рис. 18.126). Поэтому, чтобы избежать ошибки, жемчуг следует проверять
как минимум в двух положениях под углом 90° друг к другу.
Рис. 18.126. Схема, пока-
зывающая смешанную — с
симметрией 4-го и 6-го по-
рядков — картину дифрак-
ции рентгеновских лучей,
полученную для диагональ-
ных направлений относи-
тельно перламутровых сло-
ев ядра. (А. Е. Farn)
270 Глава 18. Органические ювелирные материалы и их имитации
Рис. 18.13. Контактная рентгеновская фо-
тография нитки культивированного жемчу-
га, содержащего ядро.
Одной из проблем рентгеновского тестирования жемчуга является следу-
ющая: если жемчужины являются частью ожерелья, для проверки в несколь-
ких направлениях их нужно снять с нитки. Однако, имея соответствующее
оборудование и время, можно получить контактную рентгеновскую картину
(рентгеновский снимок) целой нитки жемчуга, используя широкий рентге-
новский луч. На ней ясно видна разница в прозрачности по отношению к
рентгеновским лучам между внешним слоем культивированного жемчуга и
его перламутровым или стеклянным ядром (рис. 18.13). В природном жемчу-
ге прозрачность меняется более равномерно в зависимости от размера жемчу-
га и видны тонкие концентрические линии роста. Для безъядерного культи-
вированного жемчуга этот метод применить сложнее, так как нет ядра и нет
разницы между ним и слоями перламутра, а видны только неправильной
формы мелкие полости или пятна вблизи центра. Но жемчуг Бива в рентге-
новских лучах интенсивно люминесцирует, и это помогает надежно отличить
его от природного жемчуга.
Имитации жемчуга и их идентификация
В связи с популярностью жемчуга (и редкостью природного жемчуга) его
имитации производились всегда. Их можно разделить на три группы: полый
стеклянный шарик, заполненный воском; цельный шарик из стекла или пла-
стика и шарик из перламутра. Первый тип появился во Франции в XVII в. и
назывался «римским жемчугом»: прежде чем заполнить его воском, его внут-
реннюю поверхность покрывали жемчужной «эссенцией». Два других типа
имитаций появились позже, и их внешний блеск связан с особой обработкой.
Паста для такой обработки называется «жемчужной эссенцией», и когда-
то она состояла из кристаллитов гуанина, экстрагированного из чешуи рыбы
уклейки. Сейчас эти кристаллиты добывают из чешуи сельди, вылавливаемой
в заливе Фанди между провинциями Новая Шотландия и Нью-Брансуик в
Канаде. В обоих случаях экстракт гуанина растворяют в специальном раство-
рителе и затем добавляют в целлюлозный лак.
На фабрике Perlas Manacor на Майорке процесс производства имитации
жемчуга из целого стеклянного шарика начинается со стержня из опалесциру-
ющего белого стекла. Конец стержня держат в пламени горелки, и капли рас-
Имитации жемчуга и их идентификация 271
Рис. 18.14. Бусы и брошь из имитации
жемчуга.
плавленного стекла попадают на проволоку, которую вращают, придавая им
форму сферической бусины. Проволоку предварительно покрывают тонким
слоем глиноподобного материала, который позволяет легко снять бусины с
проволоки после охлаждения (одновременно в бусине остается отверстие).
В следующей операции бусины закрепляют труппами по сто штук на метал-
лических стержнях, закрепленных на основах. Основу со стержнями затем по-
мещают во вращающуюся камеру, заполненную жемчужной эссенцией. На бу-
сину наносят не менее пяти слоев эссенции. По окончании процесса покрытия
основу с бусинами медленно продвигают через цилиндрическую печь, чтобы
покрытие запеклось. Последней операцией является нанесение ацетата или
нитрата целлюлозы для усиления переливчатости между слоями (рис. 18.14).
Несколько более сложная имитация жемчуга, которая поступает на рынок
под названием «Анжело», производится с использованием в качестве ядра тех
же бусин, что и в культивированном жемчуге. Этот продукт имеет три слоя
покрытия из материала типа пластика, где второй слой обеспечивает пере-
ливчатый блеск поверхности.
Разницу между несколько неровной поверхностью слоев природного и
культивированного жемчуга и гладкой поверхностью имитаций часто можно
обнаружить, проведя жемчужиной по зубам. Более надежный метод — ана-
Рис. 18.15. Поверхность имита-
ции жемчуга — вокруг отверстия
видна стеклянная бусина.
272 Глава 18. Органические ювелирные материалы и их имитации
Рис. 18.16. Контактная рентгеновская фото-
графия, на которой в одном ожерелье видны
бусины из имитаций (непрозрачные) и из куль-
тивированного жемчуга (просвечивающие).
лизирование просверленного отверстия. У имитаций жемчуга оно неровное:
видны сколы на покрытии и стеклянном ядре. В микроскоп (с увеличением
40-80х) видно, что типичные края перламутрового слоя отсутствуют (см.
рис. 18.1). Чтобы установить наличие воска, заполняющего полое ядро,
можно ввести под углом в отверстие иглу.
Черный жемчуг из Калифорнийского залива и с тихоокеанского побе-
режья Мексики часто подвергают обработке с целью улучшить его цвет. Для
этого его выдерживают в нитрате серебра. При этом получается ненатураль-
но однородное и интенсивное черное покрытие, которое заметно отличается
от бронзовой или сероватой иризации необработанного жемчуга. Черный
жемчуг флюоресцирует красным в скрещенных фильтрах или в длинновол-
новом УФ, но этот эффект практически полностью подавляется в жемчуге,
обработанном нитратом серебра. Имитация черного жемчуга из гематита не
обладает иризацией, присущей природному жемчугу. Имитации из гематита
легко идентифицируются по их высокому удельному весу (4,95-5,16).
Для выявления имитаций жемчуга можно использовать и рентгеновское
излучение, в котором они, в отличие от природного и культивированного
жемчуга, совершенно непрозрачны. С помощью рентгеновских лучей иногда
выявляются смешанные ожерелья, состоящие из имитаций и культивирован-
ного жемчуга (рис. 18.16).
Раковины
Перламутр получается из иризирующих слоев карбоната кальция, отложен-
ных на внутренней поверхности раковины. Как и у жемчуга, иризация вызва-
на интерференцией и дифракцией света в тонком просвечивающем слое пер-
ламутра, находящемся сверху. Раковина моллюска абалон, или Haliotis, осо-
Янтарь 271
бенно красочная в соответствии со слоями роста (этот моллюск производит
жемчуг «барокко» с такой же иризацией, как у раковины). Кусочками рако-
вины моллюска абалон (также называемого пауа) часто украшают одежду. Из
перламутра также изготавливают пуговицы, рукоятки ножей и другие декора-
тивные изделия.
На раковинах моллюсков Giant Conch и Helmet (как на агате) вырезают ка-
меи, используя два и более контрастных по цвету и иризации слоя. На верх-
нем слое вырезают рельефную фигуру, а подстилающий слой служит фоном
(рис. 18.17). Камеи на раковинах с коричневым фоном приходят к нам с Ба-
гамских островов, раковины с оранжевым нижним слоем находят у побе-
режья Малагасийской Республики. (См. также раздел «Резьба по драгоцен-
ным камням» в гл. 19.)
Идентификация раковины производится в основном с помощью лупы
или микроскопа, которые позволяют увидеть структуру поверхности верхне-
го слоя. Можно также увидеть «пламенную» структуру конхиолина жемчуга.
Пластиковые имитации лишены этих особенностей.
Янтарь
Это ископаемая смола, состоящая из смеси углеводородов и сукциновой (ян-
тарной) кислоты. Первоначально, примерно 20—60 млн лет назад в миоцено-
вый и палеоценовый периоды, она вытекала из стволов различных деревьев,
включая хвойные.
Греки называли янтарь электрум («созданный солнцем»). Позднее было
обнаружено, что янтарь может аккумулировать отрицательный электриче-
ский заряд при трении и притягивать мелкие обрывки ткани или бумаги
(этим свойством обладают и некоторые его пластиковые имитации). По на-
чальной ассоциации с янтарем это явление получило название «электричест-
во» — от греческого «электрум».
Янтарь обычно имеет бледный желто-коричневый цвет и является просве-
чивающим или непрозрачным материалом, но находят также красновато-ко-
ричневые, зеленоватые, голубовато-серые и черные его разновидности. Мор-
ской янтарь (известный также как «морской камень» и «береговой янтарь»)
274 Глава 18. Органические ювелирные материалы и их имитации
добывают в Черном море, на побережье Сицилии и у берегов Балтийского
моря, где его называют «золото Балтики». Россыпной янтарь в основном до-
бывают на Пальмникенском месторождении вблизи Калиниграда в бывшем
СССР. Менее важные месторождения известны в Мексике, Румынии, Мьян-
ме и Доминиканской Республике.
Достаточно крупные куски янтаря, которые пригодны для изготовления
ювелирных и резных изделий, называют блоками. Меньшие куски приемле-
мого качества нагревают до температуры около 180 °C и спрессовывают вме-
сте (или продавливают через сито), создавая реконструированный, или прессо-
ванный, янтарь (известный также как «амброид»). В большинстве случаев
янтарь из северной Европы обрабатывается именно таким образом, и из него
тогда легко можно получать бусины любой формы.
«Облачный» янтарь иногда делают более прозрачным, нагревая в рапсо-
вом масле. Масло попадает в пузыри, которые образуют облака, и делает их
прозрачными. Если затем янтарь слишком быстро охладить, образуются тре-
щины напряжения, имеющие форму блестящих дисков (рис. 18.18). Такая
обработка вскоре стала производиться специально, и при этом иногда в мас-
ло добавляют красители. Другие включения в янтаре, иногда мрачноватого
вида, имеют органическую природу, это — насекомые (рис. 18.19).
Рис. 18.18. «Солнечные диски» — тре-
щины напряжений в янтаре.
Рис. 18.19. Насекомые, попавшие живыми в янтарь.
Слоновая кость 275
Среди многочисленных имитаций янтаря, возможно, лучшая — смола ко-
пал. По сравнению с янтарем это «молодая» смола различных тропических
деревьев. В основном ее используют как основу для копаловых лаков. По-
скольку копал имеет такой же удельный вес, что и янтарь (1,08), их невоз-
можно разтличить при помощи гидростатического взвешивания или погру-
жения в жидкость. Но в отличие от янтаря копал размягчается в эфире и ма-
ленькая капля жидкости оставляет на его поверхности матовое пятно. Копал
легко крошится под лезвием ножа (и даже при надавливании ногтем). Если
его разломать, на поверхности излома появляется характерная сеть мелких
трещинок.
В расплавленный копал иногда помещают умерших насекомых, чтобы луч-
ше имитировать янтарь, но помимо прочих диагностических признаков, о ко-
торых говорилось выше, здесь нет следов борьбы за жизнь насекомых, попав-
ших в ловушку, которые видны в янтаре, куда насекомые попадают живыми!
Другая имитация янтаря, похожая на копал, это каури (дерево каури на
Северном острове Новой Зеландии). Как и копал, это более молодой матери-
ал, чем янтарь, хотя ископаемая смола каури тоже существует. Более молодая
смола лучше растворяется в эфире, чем янтарь, но ископаемая смола может
пройти это испытание.
Стеклянные имитации янтаря легко определить по их твердости. Она ме-
няется от 5,0 до 6,0, в то время как твердость янтаря 2,0—2,5 (самый твер-
дый — янтарь из Бирмы, самый мягкий — из Доминиканской Республики).
Стекло можно отличить от янтаря и по более холодному ощущению при при-
косновении и, подобно пластиковым имитациям, по большему удельному
весу, чем у янтаря (1,08).
Подходящей «тяжелой жидкостью» для определения янтаря является рас-
твор поваренной соли в воде: 10 чайных ложек соли (50 г) в 1/2 пинты (0,28 л)
воды. Удельный вес этого раствора 1,13. Янтарь (как и копал и каури), имея
удельный вес 1,08, будет плавать в растворе соли, тогда как стеклянные и
пластмассовые имитации, такие, как бакелит и казеин, потонут. Показатель
преломления янтаря (а также копала и каури) 1,54, и иногда этот факт ис-
пользуют для идентификации, особенно если янтарь имеет вид бусины с
почти плоской поверхностью.
Слоновая кость
Бивни слона, к несчастью для животного, являются легким источником денти-
новой (зубной) кости. Однако кость можно получить и из других источников,
например из клыков моржей и гиппопотамов, переднего зуба нарвала (похо-
жий на дельфина арктический кит), зубов кашалота и реже — бивней мамонта.
Зубная кость состоит в основном из дентина, может включать остатки
эмали и других органических веществ. Слоновая кость относительно мягка
(твердость 2,0—3,0) и имеет занозистый излом. Материал наилучшего качест-
ва получают от индийских слонов, у которых бивни меньше, чем у африкан-
ских. Мамонтовая кость из Сибири и с Урала тверже, чем другие разновидно-
276 Глава 18. Органические ювелирные материалы и их имитации
Рис. 18.20. (Слева) Микрофотография поперечного сечения кости. (Справа) Мик-
рофотография продольного сечения кости.
сти кости, но обычно бывает в трещинах. Показатель преломления слоновой
кости около 1,54, и при определении в рефрактометре можно наблюдать не-
четкую линию. Удельный вес слоновой кости 1,7—2,0.
Из имитаций слоновой кости, включая пластик, наиболее удачной можно
считать целлулоид. Он имеет более низкий удельный вес, чем слоновая кость
(1,3—1,8), и может разрезаться ножом. Кость скелетов животных — еще одна
имитация слоновой кости — обладает более высокой плотностью (удельный
вес 1,9—2,1). Под микроскопом на зачищенной поверхности кости видны
многочисленные мелкие трубки (так называемые «гаверсовы каналы»), кото-
рые выглядят как точки в поперечном сечении или как линии в перпендику-
лярном направлении (рис. 18.20). При больших увеличениях ячейки кости
имеют вид звездчатых образований.
При просмотре в микроскоп на поверхности слоновой кости видны
две системы пересекающихся параллельных линий (рис. 18.21). Это — оп-
тический эффект, вызванный субмикроскопической структурой слоновой
кости.
Моржовая кость характеризуется резким контрастом между внешней и
внутренней частями. Внутренняя часть ее мраморовидная. Структура кости
гиппопотама похожа на структуру слоновой кости, но содержит более тонкие
и близко расположенные концентрические линии. На поперечном сечении
выступающего вперед в виде рога клыка нарвала (однажды проданного как
«кость единорога») видны угловатые концентрические «круги» и полая серд-
цевина. Зубы кашалота имеют четкую границу между внутренней и внешней
частью. В поперечном сечении последней бывают видны концентрические
Панцирь черепахи 277
Рис. 18.21. Уникальная структура поверх-
ности слоновой кости.
круги и параллельные линии, следующие за кривизной зуба. Во внутренней
части имеются две сходящиеся группы параллельных линий.
Имитациями слоновой кости являются «растительная кость», получаемая
из орехов дум-пальмы и орехов короцо (костяной пальмы). Продукт, получае-
мый из обоих видов орехов, имеет более низкий удельный вес, чем дентин
слоновой кости (1,39—1,40), и на его зачищенной поверхности видны связан-
ные овальные ячейки. Из растительной кости обычно вырезают изделия не-
большого размера, так как диаметр этих орехов не превышает 2—3 см.
Одонтолит
Эта окаменелая кость скелетов или дентин доисторических животных, на-
пример мамонта, известна также как костяная бирюза. Ее голубоватый цвет
связан с присутствием вивианита, фосфата железа. Используется как имита-
ция бирюзы. Под микроскопом ясно видна его типичная для кости структу-
ра. Одонтолит гораздо плотнее кости (его удельный вес 3,0—3,25), тверже нее
(5,0) и имеет более высокий показатель преломления (1,57—1,63).
Панцирь черепахи
Основным источником материала, получаемого из черепахового панциря,
является не сухопутная черепаха, а роговые щитки панциря морской черепахи
бисса. Отдельные пластины черепахового панциря крапчатые желто-корич-
невые. Передние пластины называются плечевыми, центральные — спинны-
ми, по бокам располагаются главные и хвостовые пластины (рис. 18.22).
Чистый желтый материал получают из-под верхнего щитка.
Показатель преломления черепахового панциря около 1,55, удельный вес
около 1,29. Как и янтарь, маленькие фрагменты панциря можно размягчить
нагреванием (до 100 °C) и спрессовать вместе для получения более удобных
по размеру кусков.
Для имитации черепахового панциря используют различные пластмассы,
в том числе казеин. Их можно отличить от подлинного панциря черепахи по
природе окраски. В черепаховом панцире под микроскопом видны мелкие
278 Глава 18. Органические ювелирные материалы и их имитации
Рис. 18.22. Схема пластин панциря черепахи бисса: 1-4 —
спинные (поперечные); 5—7 — плечевые; 8—11 — главные;
12, 13 — хвостовые, 14 — краевые.
Рис. 18.23. {Слева) Микрофотография цветных пятен в панцире черепахи. {Справа)
Цветные полосы в пластиковой имитации черепахового панциря.
пигментные пятна. Цвет пластмассовых имитаций более однородный или
распределен в материале полосами (рис. 18.23).
Гагат
Гагат представляет собой окаменелую древесину и в Викторианскую эпоху
использовался в качестве траурных украшений. По составу соответствуя ка-
менному углю, гагат содержит следы алюминия, кремния и серы плюс
12—19% минеральных масел. В этом отношении гагат соответствует лигниту
или бурому углю и является промежуточным по характеру образования меж-
ду торфом и битуминозным углем. Его твердость 2,5—4,0, удельный вес
1,3—1,4, а показатель преломления порядка 1,6—1,68. В Викторианскую эпо-
ху основным источником гагата были рудники в северном Йоркшире. Цент-
ром обработки гагата был город Уитби, и именно там процветало искусство
резьбы по гагату (рис. 18.24). Сегодня основные месторождения высококаче-
ственного «твердого» гагата находятся в Испании, Франции, Германии, на
территории бывшего СССР и в штате Юта (США).
Пять главных имитаций гагата — это формованное стекло, известное под
названием «французский гагат» или «воксхоллское стекло»; вулканит (твер-
Гагат 279
Рис. 18.24. Набор
браслетов из гагата,
сделанных из отдель-
ных секций с эластич-
ным креплением.
дая черная вулканизированная резина, называемая эбонитом); пластмассы,
такие, как бакелит и эпоксидная смола, и черный халцедон. Французский га-
гат имеет более высокие удельный вес (около 2,9) и твердость (6,0), чем гагат.
Он более холодный на ощупь и может содержать пузыри. Вулканит во время
прикосновений горячей иглой или напильником при обработке выделяет
сернистый газ, к тому же он не имеет раковистого излома, характерного для
гагата. Бакелит — феноловая смола (патент 1906 г.); во времена короля Эду-
арда VII использовался как имитация гагата и янтаря. Как и более поздние
имитации из эпоксидной смолы, он издает характерный запах карболовой
кислоты при прикосновении горячей иглой. Хотя бакелит имеет такую же
твердость, как гагат, он более прочный и не имеет признаков раковистого из-
лома возле отверстий для продевания нити при нанизывании в ожерелье.
Халцедон можно идентифицировать по его более высокой твердости, более
низкому показателю преломления и ощущению холода при прикосновении.
Среди менее распространенных имитаций гагата — антрацит, который яв-
ляется плотной небитуминизированной разновидностью каменного угля. У
него стеклянный до металлического блеск, благодаря чему он выглядит более
«твердым», чем гагат с его более бархатистой на вид поверхностью. В Вели-
кобритании из него еще делают небольшие резные изделия (рис. 18.25).
я®
Рис. 18.25. Резьба по антрациту.
280 Глава 18. Органические ювелирные материалы и их имитации
Коралл
Это другой вид ювелирного материала, популярного в Викторианское время.
Кораллы состоят в основном из карбоната кальция в форме волокнистого
кальцита. Их ветвистая древовидная структура (рис. 18.26) формируется из
скелетных остатков различных типов морских полипов, которые живут коло-
ниями в мелких субтропических водах Средиземного моря и окаймляют бе-
реговую линию Австралии, Японии и Малайзии. Благородный коралл в ос-
новном белый, розовый, красный, темно-красный и черный, используется
при изготовлении ожерелий, браслетов, иногда для камей и резьбы. Розовая
разновидность коралла называется «кожей ангела», а менее ценный белый
коралл иногда окрашивают, чтобы придать ему более привлекательный вид.
«Черный коралл» состоит из органического рогового вещества и вырастает в
высоту на несколько футов вокруг Малайского архипелага, вдоль северной
береговой линии Австралии и в Красном море.
Рис. 18.26. Схема роста благородного
коралла и изготовления бусин из такого
«дерева».
Существует много имитаций коралла, включая пластмассу, розовую рас-
тительную кость и окрашенную скелетную кость животных. Окрашенную
растительную и животную кость можно определить по их структуре (см. раз-
дел «Слоновая кость»). Идентификационные признаки коралла включают
удельный вес (2,6—2,84 для белой и розовой разновидностей и 1,34—1,46 для
черной), а также «шипение» при попадании на его поверхность капли кисло-
ты. Окрашенный белый коралл можно отличить от натурального розового
коралла, приложив к нему ватный тампон, смоченный в растворителе (на-
пример, в ацетоне) и удаляя тем самым краску с его поверхности. Розовый
коралл обычно имеет более высокий удельный вес, чем окрашенный белый
(2,84 против 2,6), так как он в основном состоит из полиморфной модифика-
ции карбоната кальция — арагонита.
Глава 19
Обработка драгоценных камней
За исключением нескольких драгоценных камней, например жемчуга* и иног-
да янтаря, большинство органических и неорганических ювелирных материа-
лов приобретают привлекательный вид после придания им определенной
формы и полировки. Для просвечивающих и непрозрачных камней основным
процессом обработки является галтовка, в результате которой их поверхность
становится гладкой и блестящей и в то же время сохраняются причудливые
очертания исходного необработанного материала. Кроме того, камни такого
типа можно обрабатывать в форме кабошона (рис. 19.1), чтобы стали заметнее
их цвет или полосчатость, как в случае малахита и агата. Обработка в виде ка-
бошона помогает выявить такие оптические эффекты, как астеризм, перелив-
чатость и кошачий глаз (например, выявление эффекта кошачьего глаза у
кварца и хризоберилла, звездчатости у рубина и сапфира). Если камень про-
свечивающий, но темный, кабошон можно делать невысоким, чтобы «освет-
лить» цвет. Иногда с этой же целью основание кабошона делают вогнутым.
Рис. 19.1. Профиль кабошона. Иногда,
S'"_____________чтобы камень осветлить, кабошон дела-
~ ют выпукло-вогнутым, как показано на
Z_____________X LlL____________ ЧА правом рисунке.
Хотя галтовка улучшает вид необработанных камней, а кабошон подходит
для непрозрачных и камней с оптическими эффектами, большинство про-
зрачных камней обрабатывают фасетной огранкой, чтобы выявить их основ-
ной цвет, сверкание (поверхностные и внутренние отражения света), игру
(дисперсия) и сцинтилляции (вспышки света в камне при движении источ-
ника света или самого камня).
Сверкание драгоценного камня, обусловленное отражением света от его
поверхности (т. е. его блеск, или отражательная способность), связано с по-
казателем преломления камня по формуле Френеля (см. гл. 9). А часть свер-
кания, вызваная отражениями от внутренних поверхностей драгоценного
камня, зависит от типа огранки, который, в свою очередь, отчасти определя-
ется величиной критического угла для данного ювелирного материала.
* Практикуемая иногда очистка жемчуга включает в себя удаление плохо окрашенного или
поврежденного верхнего слоя путем его осторожного стирания.
282 Глава 19. Обработка драгоценных камней
Критический угол
В гл. 9 был описан путь светового луча, проходящего через оптически более
плотную среду, и его отражение от поверхности менее плотной среды, при ус-
ловии что угол между падающим лучом и нормалью больше, чем критический
угол полного внутреннего отражения на границе раздела данных двух сред.
Если оптически более плотная среда — драгоценный камень, а менее
плотная — воздух (рис. 19.2), луч 7) будет отражаться в камне как R\. Однако
при угле падения, равном критическому углу полного внутреннего отраже-
ния, луч I2 уже не будет подчиняться закону отражения и, преломившись,
пойдет вдоль поверхности камня как Т?2. При углах, меньших критического,
все лучи (например 13) будут преломляться и выходить из камня в воздух (R3).
Чтобы полнее выявить сверкание прозрачного ограненного камня, важно,
чтобы как можно больше лучей, попавших в камень через его верхние грани
(корону), отразилось обратно от нижних граней (павильона) и вышло через ко-
рону в результате полного внутреннего отражения.
Для достижения этой цели огранщики цветных драгоценных камней и ал-
мазов должны делать углы между гранями короны и павильона такими, что-
бы большинство лучей, входящих в камень через корону, попали на внутрен-
ние поверхности граней павильона под углами к нормали, превышающими
критический угол. Если углы между гранями неправильные, большая часть
лучей пройдет через грани павильона и камень будет казаться темным. Точно
так же важно, чтобы лучи, отраженные от граней павильона, попали на грани
короны под углом, меньшим критического. В противном случае произойдет
повторное отражение и лучи вернутся в камень.
Критический угол г'кр драгоценного камня зависит от показателя прелом-
ления п как самого камня (и2), так и окружающей среды (п\) согласно следу-
ющему соотношению:
/кр = arcsin(n,/«2).
Рис. 19.2. Световые лучи отражаются
от грани драгоценного камня внутрь
камня под углами к нормали N, пре-
вышающими критический угол, и
преломляются из драгоценного кам-
ня, если падают на грань под углами
меньше критического.
Критический угол 283
Поскольку окружающей средой является воздух, п\ = 1, и
zKp = arcsin(l/«2).
Чтобы определить критический угол ювелирного материала, разделите
единицу на значение его показателя преломления. Вы получите синус этого
угла, по которому можно определить угол, пользуясь тригонометрическими
таблицами (этот угол можно определить и непосредственно по показателю
преломления, пользуясь компьютерной программой, такой, как GEMDATA,
имеющейся в Лаборатории GTL Геммологического института Америки. Для
алмаза с п = 2,417 /кр - 24,43°; для кварца (л = 1,545) /кр = 40,33°.
Отсюда видно, что для достижения максимального сверкания угол между
короной и павильоном в ограненном кварце должен быть иным, чем у алма-
за. На рис. 19.3 (вверху) показана траектория луча (1), претерпевшего полное
внутреннее отражение. Другой луч (2) падает на площадку алмаза под малым
углом, преломляется и выходит из камня через «конус», образуемый критиче-
ским углом. Если кварц огранить так, что угол наклона граней павильона бу-
дет таким же, как у алмаза, ни один из лучей, прошедших через площадку, не
отразится от граней павильона, так как они попадут на них под утлом, мень-
шим чем критический угол для кварца 40,33°. Однако если угол наклона гра-
ней павильона увеличить с 40 до 43° (см. нижнюю схему на рис. 19.3), луч 1 бу-
дет отражен гранями павильона.
Рис. 19.3. На верхней схеме показано пол-
ное внутреннее отражение луча 1, который
падает на грани павильона внутри алмаза
под углом, большим критического, и пре-
ломление луча 2, падающего на грань па-
вильона под углом, меньшим критического
и пересекающего ее. На нижней схеме па-
вильон сделан более глубоким, чтобы полу-
чить полное внутреннее отражение луча 1 в
кварце, у которого критический угол боль-
ше, чем у алмаза.
284 Глава 19. Обработка драгоценных камней
Схемы на рис. 19.3 — упрощенная иллюстрация того, насколько важно
знать значение критического угла, чтобы выбрать правильный профиль дра-
гоценного камня. Если принять во внимание траектории всех лучей, падаю-
щих на площадку, схема будет гораздо сложнее. Чтобы быстро определить,
как будет меняться блеск драгоценного камня при любых незначительных
колебаниях углов короны и павильона, разработаны специальные компью-
терные программы.
Роль критического угла драгоценного камня имеет еще один аспект, не
всегда учитываемый теми, кто носит ювелирные изделия. Если грани павиль-
она загрязняются жиром или мылом, общее сверкание камня ухудшается.
Это происходит потому, что показатель преломления жира и мыла больше,
чем воздуха, что ведет к увеличению критического угла драгоценного камня
(см. приведенную выше формулу). Этот эффект особенно заметен у алмазов
бриллиантовой огранки, у которых 83% сверкания обусловлено полным
внутренним отражением; поэтому необходимо иногда промывать камни в
растворителях жира.
Типы огранки
Главной целью обработки бесцветных драгоценных камней является получе-
ние ограненного камня с максимальным сверканием и привлекательностью.
Как говорилось выше, сверкание камня зависит от его отражательной способ-
ности (т. е. блеска, который у некоторых камней заметен даже в неограненном
состоянии) и от полного внутреннего отражения лучей, попавших внутрь кам-
ня через грани короны. Если камень имеет достаточно большую дисперсию,
огранщик должен учесть это свойство, чтобы придать камню «игру».
Разложение белого света на спектральные цвета, которое приводит к по-
явлению отблесков типа огненных вспышек («игра камня») (рис. 19.4), в то
же время уменьшает количество недиспергированного белого света, отража-
емого гранями павильона. По этой причине при огранке камня нужно стре-
Белый
Рис. 19.4. Белый свет, попадающий в алмаз
бриллиантовой огранки под углом к поверх-
ности, разлагается на спектральные цвета, ис-
пытывая полное отражение внутри камня, что
создает его «игру».
Типы огранки 285
миться достичь баланса между его сверканием и игрой. Лучи, падающие на
площадку по нормали, т. е. под прямым углом, при попадании в камень не
преломляются и поэтому не диспергируют.
Если для простоты мы будем учитывать только те лучи, которые падают на
площадку по нормали, то окажется, что чем больше поверхность этой грани,
тем больше будет сверкать камень. Чтобы получить больше игры, площадку
нужно уменьшить, с тем чтобы больше лучей могло пройти в камень через бо-
ковые грани короны и испытать дисперсию. Для цветных драгоценных кам-
ней тип огранки следует выбирать так, чтобы максимально выявить их цвет.
В случае таких дорогих драгоценных камней, как алмаз, тип огранки зави-
сит и от формы исходного необработанного камня. Это связано с необходи-
мостью получить максимальное отношение веса ограненного камня к исход-
ному. У некоторых цветных камней, например сапфира, цвет бывает распре-
делен неоднородно и огранку нужно выбирать так, чтобы участки с худшим
цветом попали в павильон. Это создает эффект усиления цвета камня при
просмотре через корону. Если камень обладает сильным плеохроизмом, ко-
рону нужно сориентировать относительно оптической оси кристалла так,
чтобы через площадку был виден лучший цвет (или, как в случае андалузита,
все цвета плеохроизма). Далее будут описаны виды огранки, применяемые
как для алмаза, так и для других драгоценных камней.
Виды огранки алмаза
Одной из самых ранних форм огранки алмаза был алмазный наконечник. Он
получался в результате полировки алмазного октаэдра с сохранением его
природной формы (поскольку октаэдрические грани кристалла алмаза самые
твердые, полировать их приходилось под небольшим углом).
Следующим шагом в развитии огранки алмаза стала огранка таблицей со
спиленной вершиной октаэдра. В течение нескольких последующих столетий
предшественники современных огранщиков алмазов экспериментировали с
алмазной таблицей, стремясь улучшить сверкание и игру камня. Постепенно
огранщики поняли, что, меняя углы и пропорции ограненного камня методом
проб и ошибок, можно улучшить его оптические свойства. Прогресс техники
позволил повысить точность обработки. Так появилась существующая и сей-
час бриллиантовая огранка. Есть легенда, что одним из первых огранил алмаз с
площадкой, короной и павильоном в XVII в. венецианский огранщик по име-
ни Винченцо Перуцци, хотя подтверждения этому не найдено.
Параллельно с медленно развивавшейся бриллиантовой огранкой появи-
лась другая популярная форма огранки — розой (рис. 19.5). У камней такой
огранки плоское основание и пирамидальная корона, покрытая треугольны-
ми гранями. Огранка розой ни в коем случае не может считаться оптически
идеальной (отсутствие полного внутреннего отражения иногда компенсиро-
вали зеркальной подложкой). Огранкой двойной розой, при которой корона
и павильон одинаковы, несколько улучшаются сверкание и игра, хотя углы
граней в нижней части дают далеко не максимальное отражение лучей обрат-
но через корону. Другими вариантами огранки розой являются антверпен-
286 Глава 19. Обработка драгоценных камней
Рис. 19.6. Античная огранка, или подушка.
ская, или брабантская, роза, при которой углы у граней короны меньше, и
голландская роза с более высокой короной. Сегодня огранка розой использу-
ется редко, в основном для обработки мелких алмазов и цирконов.
Подушка, или античная огранка (рис. 19.6), — ранний вариант бриллиан-
товой огранки. Она была предпочтительной для бразильских алмазов, так как
позволяла получить ограненный камень наибольшей массы. Правда, камень
при этом сверкает меньше. Для мелких алмазов (с рундистом менее 2 мм в ди-
аметре) используется простая огранка, позволяющая понизить стоимость об-
работки менее ценных камней. Ограненный камень состоит из восьми граней
короны, окружающих площадку, и восьми граней павильона. Но в настоящее
время с развитием ограночных автоматов стала более выгодной полная ог-
ранка даже еще более мелких камней.
При огранке бриллианта из кристалла алмаза «выход годного» редко пре-
вышает 50%, а может составлять и 40% в зависимости от формы исходного
кристалла. Чтобы увеличить выход годного, например из удлиненного окта-
эдрического кристалла, из него можно огранить не традиционный круглый
бриллиант, а удлиненные формы, такие, как багет, овал, маркиза или груша
(рис. 19.7 и 19.8).
Рис. 19.7. Четыре алмаза бриллиантовой ог-
ранки, вверху слева — алмаз изумрудной ог-
ранки. («De Beers»)
Типы огранки 287
Рис. 19.8. Виды огранки алмаза (слева направо)', круглый бриллиант, маркиза, овал и
багет.
Современная бриллиантовая огранка (рис. 19.9) состоит из 57 граней, из
которых 33 выше рундиста образуют корону и 24 нижние грани образуют па-
вильон. На основание павильона иногда наносится одна дополнительная
грань, называемая калетой. Она предохраняет шип павильона от поврежде-
ний, но также маскирует некоторую несимметричность ребер у граней па-
вильона! Поскольку калета является гранью, через которую свет проходит на-
сквозь, ее размер не должен превышать булавочного острия. Если смотреть
на источник света через площадку камня, она видна как световая точка.
Если в ограненном алмазе павильон более глубокий или более мелкий,
чем в идеальном случае, не весь свет, прошедший в камень через корону, ис-
Рис. 19.9. Идеальные пропорции и
углы алмаза бриллиантовой огранки
по скандинавской номенклатуре
(грани короны в форме бумажного
змея также называются главными
гранями короны). В огранке Эппле-
ра размер площадки, высота короны
и глубина павильона составляют 56;
14,4 и 43,2% соответственно. Угол
короны составляет 33,17°, а павиль-
она 40,83°. В идеальной огранке
Толковского площадка несколько
меньше (53%), а корона несколько
выше (16,2%).
288 Глава 19. Обработка драгоценных камней
Рис. 19.10. {Вверху) 85-гранная королев-
ская огранка состоит из 49 граней короны
(включая 12-угольную площадку) и 36 гра-
ней павильона (плюс калета). {Внизу) Ог-
ранка магна содержит 101 грань: 61 грань
короны (включая 10-угольную площадку)
и 40 граней павильона (плюс калета).
Рис. 19.11. {Слева) Шестиугольная огранка «огненная роза» может иметь круглую,
грушевидную, сердцевидную форму, а также ту же форму, что маркиза. Эта огранка
разработана с целью повысить выход годного и усилить сверкание интенсивно окра-
шенных алмазов. (De Beers). {Справа) 12-угольная огранка овальной формы («георги-
на») обеспечивает более высокий выход годного из удлиненных кристаллов алмаза, чем
другие виды огранки; подходит и для интенсивно окрашенных алмазов. (De Beers)
пытает полное внутреннее отражение. При просмотре через корону камни с
неглубоким павильоном выглядят темными в центральной части площадки
(создается эффект «рыбьего глаза»), тогда как при слишком глубоком па-
вильоне камни будут иметь темный ободок вокруг верхних граней рундиста.
Для повышения игры света ограненных алмазов было разработано еще не-
сколько видов бриллиантовой огранки с дополнительными гранями
(рис. 19.10). Две из последних разработок (Г. Толковского к юбилею «Де Бирс»)
иллюстрирует рис. 19.11.
Цирконовая огранка
Этот способ огранки основан на идеальной бриллиантовой огранке для алма-
за. Он был разработан с целью улучшить сверкание циркона (показатель пре-
ломления которого несколько ниже, чем алмаза). Хотя углы короны и па-
вильона относительно рундиста здесь такие же, как в бриллиантовой огран-
ке, при цирконовой огранке уменьшается потеря света через павильон за счет
Типы огранки 289
Рис. 19.12. В цирконовой ог-
ранке вокруг калеты помещаются
дополнительные грани, чтобы
уменьшить потери света через ос-
нование павильона.
Рис. 19.13. Изумрудная, ступенчатая, или ог-
ранка лесенкой.
нанесения дополнительных граней между калетой и основными гранями па-
вильона (рис. 19.12).
Изумрудная огранка
Разработанная специально для изумруда, эта огранка не только усиливает
цвет камня, но и снижает риск повреждения углов (рис. 19.13). Эта огранка
известна также как ступенчатая или лесенкой и часто используется для алма-
за и других драгоценных камней. Ее разновидностью является огранка ради-
ант (рис. 19.14), используемая преимущественно для алмазов.
Крестовая огранка, или огранка клиньями
Это модификация изумрудной огранки, но имеющая прямоугольную форму и
треугольные грани вокруг площадки (рис. 19.15). Ее используют, так же как
изумрудную огранку, для усиления цвета камня. Но в центральной части павиль-
она камней, ограненных такой огранкой, происходит некоторая потеря света.
Рис. 19.14. Для алмазов используется и огранка радиант, состоящая из 61 грани. Ог-
ранка короны такая же, как у изумрудной огранки, а грани павильона представляют
собой треугольники. Для этой огранки характерны такие же игра и вспышки света в
центральной части, как у камня бриллиантовой огранки, поэтому для алмазов она
предпочтительнее, чем изумрудная.
Корона
Рис. 19.15. Крестовая, или огранка
клиньями.
290 Глава 19. Обработка драгоценных камней
Смешанная огранка
Применяется в основном для цветных драгоценных камней. Состоит из ко-
роны бриллиантовой огранки (овальной или круглой) и ступенчатого па-
вильона (рис. 19.16). Эта огранка нередко используется кустарными огран-
щиками и часто имеет очень глубокий павильон для максимального сохране-
ния веса камня.
Другие виды огранки
Помимо описанных выше традиционных видов огранки существует множе-
ство других. Многие из них являются разновидностями основных способов и
разрабатывались с учетом формы необработанного камня. Некоторые про-
стые виды огранки имеют описательные названия, — например, гексагональ-
ная, квадратная, треугольная, замковая. Наиболее усовершенствованным ва-
риантом, используемым для огранки крупных цветных камней, является
португальская огранка, включающая до 177 граней (рис. 19.16). Для разработ-
ки новых способов огранки все больше используется лазерное оборудование.
Процесс огранки драгоценных камней
Первоначально алмазы и другие драгоценные камни обрабатывали одни и те
же огранщики. Однако со временем мир драгоценных камней разделился на
две совершенно отдельные области — от добычи до огранки и продажи. Спе-
циалисты по огранке сейчас разделились на огранщиков алмазов и огранщи-
ков цветных камней. Хотя и очень редко, но огранщики цветных камней
берутся за обработку алмаза. Огранщики же алмазов с большой неохотой ис-
пользуют свое оборудование для других камней.
Технология обработки цветных камней
Основным методом обработки цветных камней является комбинация распи-
ливания и обтачивания с целью придания камню необходимой формы (по-
верхность камня при этом остается матовой), а затем идет заключительная
операция полирования для достижения наибольшего блеска поверхности
камня или его граней.
Рис. 19.16. (Слева) Смешанная огранка, используемая в основном для цветных кам-
ней. В ней корона огранена бриллиантовой огранкой, а павильон — ступенчатой.
(Справа) Португальская огранка, иногда применяемая для огранки крупных цветных
камней.
Технология обработки цветных камней 291
Необработанные камни, обладающие сильным плеохроизмом, перелив-
чатостью или астеризмом, прежде всего необходимо правильно сориентиро-
вать. У камней с эффектом кошачьего глаза и звездчатых волокна, иглы или
полости, обусловливающие появление этих эффектов, должны располагать-
ся параллельно основанию кабошона. Как упоминалось в гл. 5, огранщик
должен избегать плоскостей спайности в камне, чтобы не произошло непред-
виденного раскалывания в процессе обработки. Нужно быть уверенным, что
любая наносимая грань составляет с такой плоскостью не менее 5°. Если ог-
ранщик попытается, например, нанести грань под прямым углом к удлине-
нию призмы топаза, в результате он получит ямчатую поверхность, связан-
ную с выкрашиванием в направлении спайности (рис. 19.17).
Далее необработанный ювелирный материал распиливают на необходи-
мые по размеру куски, используя вращающуюся пилу, режущий край кото-
рой импрегнирован алмазным порошком. На эти куски затем наносят кон-
тур, соответствующий требуемой форме ограненного драгоценного камня.
Если должен получиться кабошон, такой фрагмент без разметки попадает к
огранщику, который создает округлые очертания, используя вертикальный
шлифовальный круг с водяным охлаждением. Затем камень приклеивается к
оправке, чтобы его было легче держать, и с помощью более тонкозернистых
шлифовальных кругов создается верхняя часть кабошона. Заключительное
полирование поверхности производится на вращающемся полировальном
круге с использованием соответствующих полировальных порошков. Для по-
лировки кабошонов круг может быть деревянным и содержать желобки необ-
ходимых радиусов.
Чтобы получить ограненный драгоценный камень, необработанный мате-
риал распиливают на куски необходимой формы и полученные заготовки по-
ступают к огранщику, который наносит на них грани, используя различные
круги: железные, медные или из сплава меди с оловом и цинком (стеклянные
круги, производимые в США, имеют более плоскую поверхность и меньше
царапаются, чем металл). Полировальный круг может приводиться в движе-
ние электромотором или ручным приводом (в последнем случае легче осуще-
ствлять контроль за процессом). Примитивные полировальные круги с руч-
ным приводом до сих пор применяются в Индии и Шри-Ланке (рис. 19.18).
Рис. 19.17. Выкрашивание по спайно-
сти в топазе, связанное с тем, что пло-
щадка расположена под прямым углом к
оси с кристалла. (J. Gemmell)
292 Глава 19. Обработка драгоценных камней
Опорная втулка
Рис. 19.18. (Вверху слева) Вертикаль-
ный полировальный круг с ручным при-
водом, которым до сих пор пользуются
огранщики-кустари в Индии и Шри-
Ланке. (Вверху справа) Схема примене-
ния опорной втулки. (Внизу слева)
Огранщик, использующий опорную
втулку (на дальней стороне круга).
Традиционным элементом является также опорная втулка — деревянное
приспособление грибообразной формы с отверстиями, которые являются
опорными для свободного конца оправки. Закрепляя оправку в различных
отверстиях, можно подобрать необходимые углы нанесения граней
(рис. 19.18). Более совершенным устройством является механическая голо-
вка для закрепления и размещения камня (рис. 19.19).
Рис. 19.19. (Слева) Закрепление камня и создание предварительной формы с по-
мощью механической ограночной головки, которая может устанавливаться под опре-
деленным углом. (Справа) Камень, помещенный под нужным углом с помощью ме-
ханической ограночной головки, приводят в соприкосновение с ограночным (поли-
ровальным) кругом.
Резьба по драгоценным камням 293
Для огранки и полирования в течение многих лет использовались различ-
ные материалы. К традиционным полирующим порошкам относятся наждак
и трепел. Трепел — это белый до светло-коричневого «мягкий» абразивный
материал на основе кремнезема, который получается при разложении извест-
няка. Наждак — грубый карборундовый (карбид кремния) порошок. Сейчас
эти материалы почти полностью заменены металлическими порошками, в
частности оксидами церия и олова. Алмазные и корундовые порошки также
широко используются, причем первые ускоряют обработку, что частично
компенсирует их более высокую стоимость.
За исключением алмазного порошка, который часто смешивают с ланоли-
ном, остальные полировочные материалы используют в виде водной суспен-
зии. Помимо металлической и стеклянной поверхность ограночного круга
может быть из других материалов, включая дерево, жесткий фетр, кожу и да-
же пластик. Огранщики обычно имеют разные круги, каждый для определен-
ного драгоценного камня или группы камней (в этом случае не происходит
повреждения поверхности ограночного круга более твердыми ювелирными
материалами). Для первичной обработки сырья используются алмазные по-
рошки размерности 60—90 мкм. Затем размерность порошков уменьшается:
для придания формы используются порошки размерности 30—60 мкм, для
предварительного полирования 6—12 и на заключительной стадии полирова-
ния 1—6 мкм.
Стоимость ограненных камней зависит от многих факторов, в том числе
цвета, отсутствия включений и качества огранки. Некоторые организации
разработали стандарты оценки для цветных камней. Однако из-за сложности
оценки таких факторов, как плеохроизм, цвет, насыщенность цвета и цвето-
вая зональность, ни один из этих стандартов не стал международным — та-
ким, как системы оценки цвета и чистоты бриллиантов, которые будут опи-
саны ниже.
Резьба по драгоценным камням
Резьба по драгоценным камням — еще одна область обработки, известная
уже тысячи лет. По-видимому, наиболее хорошо известна китайская резьба
по жаду, и сейчас ею занимаются в крупной ювелирной мастерской в Пеки-
не, где работают по 40 резчиков на каждом этаже (рис. 19.20).
Исторически большая часть ранней китайской резьбы производилась
по нефриту из восточного Туркестана. Начиная с XVIII столетия китай-
ские резчики стали использовать жадеит, импортируемый из Бирмы. В
1850 г. галька нефрита была найдена в реках Сибири, и появился более
доступный источник материала для резьбы. Тем не менее бирманский жа-
деит с его более интенсивным цветом оставался предпочтительным для ки-
тайских резчиков.
Камеи и инталъи (последние иногда использовались в качестве печатей)
долгое время вырезались из раковин, кораллов (и более твердых ювелирных
материалов типа агата) в Италии и других местах. Другим центром резьбы по
294 Глава 19. Обработка драгоценных камней
Рис. 19.20. Резьба по нефриту (вверху сле-
ва), кораллу (вверху справа) и бирюзе (сле-
ва) в крупном ювелирном центре Пекина
(Китай).
драгоценным камням и камеям является Идар-Оберштайн в Германии
(рис. 19.21).
С появлением ультразвуковой резки и быстрым созданием копий с камей
работы известных мастеров стало важным уметь отличать камеи ручной рез-
ки от их копий. Поскольку ультразвуковая технология приводит к появлению
эффекта, который можно описать как «свежевыпавший снег», одним из спо-
собов выявления этой технологии обработки является тщательное изучение
поверхности камеи. Такие «морозные узоры» заметны в углублениях камеи,
даже если после ультразвуковой резки она была дополирована вручную.
Рис. 19.21. (Слева) Камея из агата. (Emil Becker). (Спра-
ва) Красноголовая утка-нырок, вырезанная из голубого
халцедона с головой из тигрового глаза, хвостом из соко-
линого глаза и серебряными лапками, на азурит-малахи-
товой подставке. (Emil Becker)
Технология обработки алмаза 295
Для резьбы используются различные инструменты — от стального лезвия
и напильника до вращающихся фрез и наконечников из карбида кремния.
Резьба по корунду из-за его твердости осуществляется с помощью алмазных
инструментов.
Технология обработки алмаза
То, что алмаз, самый твердый из всех драгоценных камней, может быть
обработан, связано с анизотропией его твердости (см. гл. 6). Начиная с не-
обработанного кристалла алмаза, эксперт «дизайнер» (обычно владелец
фирмы по огранке алмазов) изучает камень и решает, как именно его нуж-
но огранить, чтобы получить ограненный камень наибольшей массы. За-
тем он намечает тушью на поверхности камня направление, по которому
кристалл должен быть распилен или расколот (для крупных камней могут
применяться оба метода). В зависимости от качества камня (его цвета и
включений) он также решает, каким будет ограненный камень. Наилуч-
шим будет вид камня, пропорции и углы которого приближены к идеаль-
ным в бриллиантовой огранке. В случае камня низкого качества возможно
отклонение от идеальных пропорций для получения более крупного огра-
ненного камня.
Чтобы расколоть камень, нужно, во-первых, правильно определить по-
ложение в нем плоскости спайности и затем нанести на поверхности алмаза
неглубокую бороздку параллельно этой плоскости. Для этого используется
острый осколок алмаза, закрепленный в оправке (сейчас такая бороздка час-
то наносится с помощью лазера). Далее в бороздку помещают остро заточен-
ное долото и коротким резким ударом раскалывают камень по плоскости
спайности (раскалывающее лезвие действует как клин — рис. 19.22). На этой
стадии раскалыванием можно удалить часть камня с большим количеством
включений.
Распиливают камень с помощью тонкого жестко зажатого лезвия из фосфо-
ристой бронзы, которое импрегнировано алмазным порошком и вращается со
Рис. 19.22. (Слева) Одна из четы-
рех плоскостей спайности и одно
из двух направлений распилива-
ния алмаза. (Справа) Край лезвия
для раскалывания алмаза действу-
ет как клин для разделения кри-
сталла.
296 Глава 19. Обработка драгоценных камней
Рис. 19.23. (Слева) Закрепленный кристалл алмаза под давлением опускают на лез-
вие пилы из фосфористой бронзы, шаржированной алмазным порошком.
(Monnikendam) (Справа) Двойной ряд аппаратов для распиливания алмазов.
(Monnikendam)
скоростью 5000 об/мин (рис. 19.23). Распиливание кристалла можно произво-
дить только в двух направлениях: параллельно природному рундисту октаэдри-
ческого кристалла и под прямым углом к нему, через вершины октаэдра.
Для алмазов применяется также лазерное «распиливание». Поскольку
трудно фокусировать луч глубоко внутри кристалла, эта технология ограни-
чивается камнями массой менее 3 кар. Распил с помощью лазера имеет фор-
му клина и приводит к большим потерям, чем обычная распиловка, но ско-
рость лазерного распиливания гораздо выше и плоскость распиливания не
зависит от кристаллографического направления в данном камне (т. е. пло-
скостей спайности и направлений максимальной и минимальной твердости).
Распиленный или расколотый камень затем подвергается обдирке (т. е.
приданию круглой формы) вращением в шпинделе типа токарного, а другой
алмаз при этом служит режущим инструментом (это может быть остаток от
распиленного камня — рис. 19.24). Обдирщик может оставить небольшой
участок природной грани алмаза на рундисте. Это свидетельствует о том, что
достигнут максимальный выход годного из данного кристалла (на участке
природной грани иногда остаются тригоны, которые могут служить иденти-
фикационным признаком).
Рис. 19.24. Обдирщик наносит контур
рундиста на распиленный октаэдриче-
ский кристалл алмаза. Угол другой час-
ти распиленного камня закреплен в
оправе и используется как режущий ин-
струмент. (Monnikendam)
Технология обработки алмаза 297
Далее наносят грани короны и павильона. Для этого предварительно об-
работанный камень закрепляют в оправке и приводят в соприкосновение с
поверхностью 12-дюймового (30 см) железного ограночного (полировально-
го) круга (рис. 19.25). Он имеет пористую поверхность, покрыт смесью олив-
кового масла и алмазного порошка и вращается со скоростью 3000 об/мин.
Встречаются оправки двух типов: в более старой модели для закрепления
алмаза используется легкоплавкий припой, а в более современных — механи-
ческий зажим. В обоих случаях они прикрепляются к концу короткого мед-
ного стержня, который наклоняют рукой под необходимым углом к поверх-
ности ограночного круга. Стержень зажат в седловидной ручке (рис. 19.25), с
помощью которой осуществляется прижим камня с необходимым давлени-
ем. В более сложных механических оправках углы относительно поверхности
круга можно выбирать и устанавливать заранее с помощью специального
приспособления.
Используя оправку, огранщик наносит грани короны и павильона в опре-
деленной последовательности, проверяя каждую с помощью лупы, прежде
чем перейти к следующей. Две первые грани, наносимые на корону, распола-
гают на разных сторонах рундиста. Две следующие грани наносят между ни-
ми, располагая точно друг против друга. Таким образом достигается симмет-
ричная основа, которая служит ориентиром при нанесении граней павильона.
Разработан ряд автоматических машин для огранки алмазов, и они широ-
ко используются в ограночных центрах, где рабочая сила очень дорогая. Эти
машины чаще всего применяются для огранки мелких алмазов, когда цена
бриллиантов в соответствии с исходным сырьем должна быть невысока.
Рис. 19.25. Механическая оправка для удержания алмаза на ограночном (полиро-
вальном) круге. Оправки закреплены на концах ручек, которые осуществляют необ-
ходимый для полирования прижим камней к поверхности круга. (De Beers)
298 Глава 19. Обработка драгоценных камней
Огранка алмаза (кроме мелких) обычно производится шестью специали-
стами. Разметчик размечает камень для распиливания или раскалывания.
Колъщик и(или) пильщик производят первичный раскол или распиливание
камня. Обдирщик затем придает ему круглую форму или же, смещая камень,
создает овальную форму либо маркизу. Огранщик берет предварительно обра-
ботанный камень и наносит на него площадку, а также шестнадцать главных
граней короны и павильона. Если огранщик посчитает необходимым поли-
ровать нанесенные им грани с небольшим смещением от центральной линии
камня (например, чтобы удалить внутренние или поверхностные дефекты),
он возвращает камень обдирщику, с тем чтобы тот, изменив форму рундиста,
сделал грани снова симметричными. Наконец камень попадает следующему
огранщику, который наносит последние 24 грани короны и 16 граней павиль-
она и производит заключительную полировку всех граней.
Оценка бриллиантов
После огранки окончательную стоимость ограненных алмазов определяют че-
тыре основных параметра. Они хорошо известны как «четыре Си» («four C’s»)
бриллианта. Эти четыре параметра и критерии их оценки приведены ниже.
Цвет (Colour)
По-видимому, это наиболее важный параметр. Для субъективной оценки
цвета ограненных желтых алмазов (далее — бриллиантов) серии Кейп их по-
мещают в белый сортировочный лоток с желобком и сопоставляют их цвет с
цветом эталонных камней из специального набора тщательно подобранных
бриллиантов или их имитаций (рис. 19.26). Просматривая камни через боко-
вые грани павильона при освещении их «дневным» светом, цвет камня срав-
нивают с цветами эталонов. В то же время цвет бриллианта можно опреде-
лить объективно с помощью специально оборудованного спектрофотометра
(см. рис. 16.24). Международные шкалы для оценки цвета бриллиантов серии
Кейп приведены в табл. 19.1.
Рис. 19.26. Набор бриллиантов-
эталонов, используемый для срав-
нительной оценки цвета.
Таблица 19.1. Международные шкалы оценки цвета бриллиантов
Традиционная, Великобритания Немецкая RAL, Скандинавская DN Скандинавская DN (ниже 0,5 кар) (0,5 кар и выше)
Наилучший белый Ривер Редчайший белый
Высокий белый Топ Вессельтон Редкий белый
Белый Вессельтон Белый
Коммерческий белый Высокий кристалл Белый с незначи- тельным оттенком
Высокий серебристый Кейп Кристалл
Серебристый Кейп Высокий Кейп Белый с оттенком
Светлый Кейп Кейп Светлый желтоватый
Кейп Светлый желтый Желтоватый
Темный Кейп
Желтый
Желтый
Геммологический институт Америки (ГИЛ) CIBJO IDC
D Исключительный белый + Исключительный белый +
Е Исключительный белый Исключительный белый
F Редкий белый + Редкий белый +
G Редкий белый Редкий белый
Н Белый Белый
I Белый с незначи- тельным оттенком Белый с незначи- тельным оттенком
J
К Белый с опенком Белый с опенком
L
М Окрашенный Окрашенный 1-й
N
0 Окрашенный 2-й
Р
Q Окрашенный 3-й
R
S-Z Окрашенный 4-й
300 Глава 19. Обработка драгоценных камней
Чистота (Clarity)
Под чистотой понимается отсутствие в камне, просматриваемом при увели-
чении 10х, каких-либо внутренних дефектов (например, любых включений),
которые могут понизить сверкание камня. Система оценки принимает во
внимание положение дефекта внутри камня. Дефекты, видимые через пло-
щадку, обусловливают более низкую оценку, чем такие же по размеру, но ви-
димые через корону вблизи рундиста. В табл. 19.2 приведены международные
шкалы чистоты, в табл. 19.3 и 19.4 — стандарты чистоты бриллиантов Вели-
кобритании и CIBJO.
Огранка (Cut)
Оценивается, насколько пропорции и углы данного ограненного алмаза
близки к идеальной бриллиантовой огранке. При этом принимаются во вни-
мание любые внешние дефекты, дополнительные или неправильно разме-
щенные грани.
Таблица 19.2. Международные шкалы чистоты бриллиантов
Традиционная, Великобритания RAL Скандинав- ская DN Геммологический институт Америки (ГИА) CIBJO IDC
Flawless IF FL IF Чистый при Чистый при
просмотре просмотре
в лупу в лупу
IF
WSI 1 WSI 1 WS 1 WS 1
WS WS WSI2 WSI 2 WS2 WS2
VSI 1 VSI 1 VS 1 VS 1
VS VS VSI2 VSI 2 VS 2 VS 2
ст ст jSI 1 SI 1 SI 1 SI
м 1 SI 2 SI 2 SI 2
1st рк PK1 PK1 I 1 PI PI
2nd РК PK2 PK2 12 PII PII
3rd РК PK3 PK3 13 PHI Pill
Spotted
Heavily spotted
Rejection
Оценка бриллиантов 301
Таблица 19.3. Традиционные стандарты чистоты Великобритании (увеличение 10х)
Flawless Чистый камень
WS Очень мелкие белые или черные пятнышки вне центра
vs Мелкие белые или черные пятнышки вне центра
SI Мелкие включения вблизи центра
Ist РК Черные или белые пятнышки в основном в центральной ча- сти, видны с трудом
2nd РК 1 Многочисленные хорошо видимые белые или черные пятна,
3rd PK | Spotted 1 в 3rd РК — в центре
Heavily spotted | Rejection ) Ясно видные крупные включения, трещины и т. д.
Таблица 19.4. Стандарты оценки чистоты CIBJO (увеличение 10х)
Чистый при просмотре Бриллианты классифицируются как чистые при просмотре в
в лупу лупу, если они совершенно прозрачны и свободны от види- мых включений
WS(WS 1, WS2) Очень очень мелкие включения, которые с трудом можно обнаружить с помощью лупы 10х
VS (VS 1, VS 2) Очень мелкие включения, которые можно обнаружить с по- мощью лупы 10х
SI 1, SI 2 Мелкие включения, легко обнаруживаемые с помощью лупы 10х, но не видимые невооруженным глазом через грани ко- роны
PI Включения легко видны в лупу 10х, но с трудом могут быть обнаружены невооруженным глазом, не понижают блеск камня
PII Крупные и(или) многочисленные включения, легко види- мые невооруженным глазом через грани короны; несколько понижают блеск бриллианта
PHI Крупные и(или) многочисленные включения, очень легко видимые невооруженным глазом через грани короны; пони- жают блеск бриллианта
Подразделения WS 1, WS 2, VS 1 и VS 2 используются только для камней массой 0,47 кар и более.
Масса в каратах (Carat weight)
Это наиболее простой из четырех параметров оценки, усложненный только
нелинейным ростом стоимости бриллиантов (например, из-за редкой встре-
чаемости крупных алмазов, камень массой 2 кар может быть в четыре раза до-
роже камня массой 1 кар с такой же оценкой цвета, чистоты и огранки).
Обычной единицей массы для алмазов является метрический карат (кар),
который используется и для цветных камней (1 кар = 0,20 г). Масса брилли-
анта может быть также выражена двумя другими способами: мелкие камни
измеряются в пойнтах (100 пойнтов соответствуют 1 карату); более крупные
камни (включая неограненные алмазы) можно определять как один, два или
три грейнера (1 грейнер, как и гран для жемчуга, эквивалентен 0,25 кар).
Приложения
Приложение А
Литература
Anderson, B.W. Gemstones for Everyman, Faber and Faber, London, 1976.
Anderson, B.W. Gem Testing, 10th edn, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1990.
Arem, J.E. Color Encyclopedia of Gemstones, 2nd edn, Van Nostrand, New York, 1987.
Bank, H. From the World of Gemstones, Penguin, Innsbruck, 1973. [Русский перевод:
Г. Банк. В мире самоцветов. — М.: Мир, 1979.]
Barnard, A. The Diamond Formula, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1999.
Bruton, E. Diamonds, 2nd edn, NAG, London, 1978.
Church, Sir A. Precious Stones, London, 1883.
Davies, G. Diamond, Hilger, Bristol, 1984.
Elwell, D. Man-made Gemstones, Horwood, New York, 1979.
Fam, A.E. Pearls: natural, cultured and imitation, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1986.
[Русский перевод: А. Фарн. Жемчуг. — M.: Мир, 1991.]
Fraquet, H.R. Amber, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1987. [Русский перевод: Э. Фра-
кей. Янтарь. — М.: Мир, 1990.]
GIA The GIA Diamond Dictionary, 3rd edn, GIA, Carlsbad, CA, 1993.
Gill, J.O. Gill's Index to Journals, Articles and Books relating to Gems and Jewelery, GIA,
Santa Monica, CA, 1978.
Giibelin, E.J. Internal World of Gemstones, 2nd edn, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1979.
Giibelin, E.J. and Koivula, J. Photoatlas of Inclusions in Gemstones, ABC, Zurich, 1986.
Giinther, B. Tables of Gemstone Identification, Elizabeth Lenzen, Kirschweiler, 1981.
Hecht, E. and Zajac, A. Optics, Addison-Wesley, Reading, MA, 1974.
Holmes, A. Holmes' Principles of Phisical Geology, 3rd edn, Nelson, London, 1978.
Hoover D.B. Topaz, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1992.
Hughes, R.W. Corundum, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1990.
Lenzen, G. Diamondsand Diamond Grading, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1983.
Leonardus, C. The Mirror of Stones, London, 1750.
Liddicoat, R.T. A Handbook of Gem Identification, 12th edn, GIA, Santa Monica, CA, 1989.
Marrison, L.W. Crystals, Diamondsand Transistors, Penguin, Harmondsworth, 1966.
Matthews, W.H. Introducing the Earth, Bailey Brithers and Swinfen, Folkstone, 1976.
Muller, H. Jet, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1987. [Русский перевод: Э. Муллер. Га-
гат. — М.: Мир, 1990.]
Nassau, К. Gemstone Enhancement, 2nd edn, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1994.
Nicols, T. A Lapidary; the history of precious stones, Cambridge University Press, Cambridge,
1652.
O’Donoghue, M. Quarz, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1987.
O’Donoghue, M. Gemstones, Chapman and Hall, London, 1988.
O’Donoghue, M. Synthetic, Imitation & Treated Gemstones, Butterworth-Heinemann,
Oxford, 1997.
Pagel-Theisen, V. Diamond Grading ABC, 7th edn, Pagel-Theisen, Frankfurt, 1980.
Приложение В. Органические ювелирные камни 303
Read, P.G. Gemmological Instruments, 2nd edn, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1983.
Read, P.G. Dictionary of Gemmology, 2nd edn, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1988. [Пе-
ревод 1-го изд.: П. Дж. Рид. Геммологический словарь. — Л.: Недра. 1986.]
Rouse, J.D. Garnet, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1986.
Schumann, W. Gemstones of the World, NAG, London, 1977.
Sinkankas, J. Gem Cutting, 3rd edn, Van Nostrand, New York, 1985. [Русский перевод:
Дж. Синкенкес. Руководство по обработке драгоценных и поделочных камней. —
М.: Мир, 1989.]
Sinkankas, J. and Read, P.G. Beryl, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1986.
Smith, G.F.H. Gemstones, 14th edn, Chapman and Hall, London, 1972. [Русский перевод:
Г. Смит. Драгоценные камни. — М.: Мир, 1980.]
Themelis, Т. The Heat Treatment of Ruby and Sapphire, Gemlab Inc., USA, 1992.
Theophrastus History of Stones, London, 1774.
Tolanski, S. The History and Use of Diamond, Methuen, London, 1962.
Walton, Sir J. Physical Gemmology, Pitman, London. 1952.
Watermeyer, B. Diamond Cutting, Purnell, Cape Town, 1980.
Webster, R. Practical Gemmology, 6th edn, NAG, London, 1976.
Webster, R. The Gemmologist’s Compendium, 7th edn, NAG, London, 1998.
Webster, R. Gems, 5th edn, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1994.
Yaverbaum, L.H. Syntetic Gems — production techniques, Noyes Data Corporation, Park
Ridge, NJ, 1990.
Приложение В
Органические ювелирные камни
Химический состав, разновидности, физические константы,
характеристики и месторождения
Гагат
Состав-. Органическое соединение, образовавшееся за счет углефикации, со
следами других элементов. Гагат — форма окаменелой древесины (как
и лигнит и бурый уголь), промежуточная между торфом и битумини-
зированным углем
Разновидности-. Твердый гагат и мягкий гагат (черный и темно-коричневый)
Показатель преломления-. 1,64—1,68
Удельный вес. 1,3—1,4
Твердость'. 2,5—4,0
Блеск: Смолистый
Излом: Раковистый (конхоидальный)
Месторождения: Франция, Германия, Испания, Великобритания (йорк-
ширское побережье вблизи Уитби), США и территория бывш. СССР
Жемчуг (природный)
Состав: Карбонат кальция (86%), конхиолин (12%), вода (2%)
Разновидности: Белый, черный и розовый блистер-жемчуг, пузырчатый и
пресноводный жемчуг; розовый конхиолиновый жемчуг без перла-
мутровых слоев.
304 Приложения
Показатель преломления: 1,52—1,66 (1,53— 1,69 для черного жемчуга)
Удельный вес: 2,68—2,78 (2,83—2,86 для конхиолинового жемчуга)
Твердость: 2,5—3,5
Люминесценция: Черный жемчуг флюоресцирует красновато-коричневым в
длинноволновом УФ
Месторождения: Персидский залив у берегов Кувейта и Бахрейна, Манар-
ский залив, острова южных морей, тихоокеанское побережье Мекси-
ки (черный жемчуг), Калифорнийский залив (черный жемчуг), севе-
ро-западное побережье Австралии и вокруг Японских островов. Ро-
зовый конхиолиновый жемчуг (без перламутровых слоев) находят у
берегов Флориды и Вест-Индии. Пресноводный жемчуг — в реках
Великобритании, США, бывш. СССР и КНР
Копал
Состав: Более молодая, чем янтарь, ископаемая древесная смола (иногда ис-
пользуется в качестве имитации янтаря)
Константы: Имеет такие же константы, как янтарь, но в отличие от янтаря
копал размягчается в эфире, имеет трещиноватую поверхность и лег-
ко крошится лезвием ножа
Включения: В отдельных случаях содержит насекомых
Месторождения: Восточная Африка и Южная Америка
Коралл
Состав: Ветвистая древовидная структура, сформированная остатками ске-
летов различных морских полипов, состоит в основном из волокон
арагонита — полиморфной модификации СаСО3 (белая и розовая
разновидности) или из рогового вещества конхиолина (черная и золо-
тистая разновидности, хотя строго в геммологическом смысле корал-
лами они не являются)
Разновидности: Белый, розовый («кожа ангела»), красный, золотистый и чер-
ный
Показатель преломления: Около 1,48 для карбонатного коралла, 1,56 для ко-
ралла конхиолинового типа
Удельный вес: 2,60—2,70 для карбонатного коралла, 1,37 для конхиолинового
Твердость: 3,5 для карбонатного коралла, 2,5—3,0 для конхиолинового
Блеск: Восковой
Месторождения: Белый, розовый и красный коралл находят в мелких водах
зоны субтропиков в западной части Средиземного моря, в водах Япо-
нии и Малайзии. Черный и золотистый коралл добывают в районе
Малайского архипелага, вдоль северной береговой линии Австралии,
в Красном море и вблизи Гавайских островов
Одонтолит
Состав: Голубоватая ископаемая кость доисторических животных, например
мамонта, содержит кальцит, а ее цвет связан с присутствием вивиа-
Приложение В. Органические ювелирные камни 305
нита (фосфат железа). Известен также как костяная бирюза и исполь-
зуется в качестве имитации бирюзы
Показатель преломления'. 1,57—1,63
Удельный вес: 3,0—3,25
Твердость: 5,0
Месторождения: Франция
Панцирь черепахи
Состав: Используют в основном панцирь морской черепахи бисса, состоя-
щий преимущественно из кератина (протеин, являющийся основой
рогов, клешней, ногтей и т. д.)
Показатель преломления: 1,55
Удельный вес: 1,29
Твердость: 2,5
Люминесценция: Желтоватые части панциря в длинноволновом УФ флюорес-
цируют голубовато-белым светом
Месторождения: Черепаха бисса встречается в тропических и субтропических
морях, в частности в районе Малайзии, Вест-Индии и Бразилии
Раковины
Состав: Покрывающие слои субмикроскопических кристаллов карбоната
кальция, образующих внутренний перламутровый слой раковин мол-
люсков
Разновидности: Перламутр из различных раковин, включая раковины
моллюсков Pinctada maxima, Pinctada margaritifera, Haliotis (также
называемый «абалон»). Спиральные раковины морской улитки
используются для производства имитаций жемчуга («антильский»,
или «масляный», жемчуг). Камеи вырезают из раковин, имеющих
контрастные по цвету слои, например из раковины моллюска
кассис (Cassis madagascariensis и гигантской раковины Strombus
gigas)
Месторождения: Раковины Pinctada и Haliotis встречаются в водах Америки,
Австралии, Кореи, Японии и Новой Зеландии; моллюски кассис — в
водах Вест-Индии, гигантские раковины — в прибрежных водах
Вест-Индии и Флориды
Янтарь
Состав: Ископаемая древесная смола, содержащая смесь углеводородов
плюс янтарную кислоту, состоит в основном из углерода (79%), водо-
рода (10%) и кислорода (11%)
Разновидности: Непрозрачный белый, лимонно-желтый, золотистый, крас-
но-коричневый, коричневый и черный. Просвечивающий до
прозрачного бесцветный, бледно-желтый, насыщенный желтый,
светлый до насыщенного красного и иногда зеленый и голубовато-
серый
306 Приложения
Показатель преломления'. 1,54
Удельный вес. 1,05—1,10
Твердость'. 2,5
Блеск'. Смолистый
Люминесценция'. Голубовато-белая (в длинноволновом УФ), зеленоватая (в
коротковолновом УФ)
Включения'. Частицы растений и насекомые, пузыри
Месторождения'. Морской янтарь — у побережья Балтийского и Северного
морей; россыпной — в Сицилии, Румынии, Мьянме, Доминикан-
ской Республике и Калининграде (Россия)
Приложение С
Неорганические ювелирные камни
Химический состав, разновидности, константы, характеристики и
месторождения
Если для двупреломляющих камней разность между двумя приведенными
здесь показателями преломления существенно больше двупреломле-
ния, значит приведен интервал возможных значений показателей прелом-
ления.
Алмаз
Состав'. Углерод
Сингония'. Кубическая
Габитус. В основном октаэдрический, но встречаются также кубы, додекаэд-
ры и их модификации (рис. 4.6). Сдвойникованные октаэдры называ-
ются «мэклз» и имеют входящие углы (рис. 4.15)
Разновидности: Прозрачный; бесцветный и желтый разных оттенков (серия
Кейп), коричневый (коричневая серия) и зеленый. Кроме того, «фан-
тазийные»: красного цвета (очень редкие), розовые, оранжевые, жел-
тые, коричневые, голубые, зеленые. Технические алмазы обычно
имеют непривлекательный цвет и низкое качество, часто микрокри-
сталлические (борт)
Алмазы типа I в качестве основной примеси содержат азот (в алмазах типа
1а атомы азота присутствуют в виде кластеров, которые не влияют на цвет
камня; в типе 1b атомы азота рассеяны по всей кристаллической решетке и
обусловливают появление желтого цвета у алмазов серии Кейп)*. Природные
алмазы обычно представляют собой смешанный тип Ia+Ib (синтетические
алмазы соответствуют типу 1b).
* Это не совсем точно: желтая окраска алмазов серии Кейп отмечается в алмазах типа 1а
(центр N3 в спектрах поглощения проявляется в виде системы полос с главной линией 415 нм). —
Прим. ред.
Приложение С. Неорганические ювелирные камни 307
Алмазы типа 1а можно подразделить на тип 1аА (с атомами азота в виде
пар) и тип 1аВ (содержит группы из трех атомов азота — центры N3, а также
более крупные агрегаты из четного числа этих атомов — по 4 или 6).
Алмазы типа II не содержат примеси азота (тип Иа вообще не содержит ни-
каких примесей и редко встречается в природе; тип ПЬ очень редок в природе
и содержит примесь бора, замещающего атомы углерода и обусловливающего
полупроводниковые свойства таких алмазов). Алмазы типа ПЬ — синего цве-
та, облученные алмазы такого же цвета не обладают полупроводниковыми
свойствами. Алмазы типа II имеют значительно более высокую теплопровод-
ность, чем алмазы типа I.
Алмазы типа III были обнаружены в метеоритах леди Кетлин Лонсдейл (и
названы лонсдейлитом). Они являются гексагональными, а не кубическими*
Показатель преломления: 2,417
Дисперсия: Высокая (0,044)
Удельный вес: 3,52
Твердость: 10
Спайность: Совершенная по октаэдру (в четырех направлениях)
Излом: Раковистый (конхоидальный) до неровного
Блеск: Алмазный
Люминесценция: Флюоресценция различного цвета при освещении длинно-
волновым УФ. Наиболее устойчива голубовато-белая, желтоватая
или зеленоватая при освещении рентгеновскими лучами
Спектр поглощения: Бесцветные до желтых камни серии Кейп имеют полосу
в фиолетовой области при 415,5 нм (плюс другие слабые полосы в фи-
олетовой области у интенсивно окрашенных камней; цв. фото 1).
Камни коричневой серии имеют полосу в зеленой области при 504 нм
(цв. фото 1), а иногда еще две более слабые полосы в этой же области
Включения: Кристаллы гематита, алмаза, диопсида, энстатита, граната, оли-
вина, циркона. Черные включения могут быть минералами железа
или графитом**. Могут присутствовать зарождающиеся трещины по
спайности и другие трещины
Месторождения: Западная Австралия, Бразилия, Китай, ЮАР и Намибия,
бывш. СССР
Андалузит (цв. фото 7)
Состав-. Al2SiO5
Сингония: Ромбическая (полиморфные модификации — кианит и фибролит)
Габитус: Призматический (очертания псевдотетрагональные)
Разновидности: Прозрачный коричневато-зеленый и зеленый. Разновид-
ность с примесями хиастолит — непрозрачный желто-белый матери-
ал, содержащий углистые включения в виде черного креста
* Алмазы данного типа относятся к кубической сингонии, но в них содержится также неко-
торое количество гексагональной модификации углерода — лонсдейлита. — Прим. ред.
** Среди черных включений наиболее часто отмечаются сульфиды и хромшпинелиды (хро-
мит, хромпикотит). — Прим. ред.
308 Приложения
Показатель преломления: 1,63—1,64
Двупреломление и оптический знак: 0,01; отрицательный
Дисперсия: Низкая (0,016)
Удельный вес: 3,18
Твердость: 7,5
Спайность: Отчетливая (по призме)
Излом: Субраковистый (субконхоидальный)
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: Сильный (желтый, зеленый, красный)
Спектр поглощения: Коричневато-зеленая разновидность — полоса в фиоле-
товой области, тонкая полоса — в голубой. Зеленая разновидность —
полоса в фиолетовой области плюс шесть более узких полос в сине-
зеленой
Месторождения: Бразилия, Шри-Ланка, Испания; хиастолит — Австралия,
Франция, бывш. СССР, Зимбабве
Апатит
Состав: Са5(Р,СЬ)(РО4)з
Сингония: Гексагональная
Габитус: Призматический (завершается усеченными бипирамидами см.
рис. 4.8)
Разновидности: Прозрачный голубой, зеленый, желтый, фиолетовый
Показатель преломления: 1,63—1,64
Двупреломление и оптический знак: 0,003; отрицательный
Дисперсия: Низкая (0,013)
Удельный вес: 3,2
Твердость: 5,0
Спайность: Несовершенная (по призме)
Излом: Раковистый
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: Различимый в голубом (голубой, желтый)
Люминесценция: Сложная (табл. 12.1)
Спектр поглощения: Желто-зеленые камни имеют спектр поглощения редко-
земельных элементов (дидимия), состоящий из двух групп близко рас-
положенных линий в желтой (сильные) и зеленой областях (цв. фото 1)
Месторождения: Бразилия, Мьянма (Бирма), Канада, Мексика, Шри-Ланка,
США
Бенитоит
Состав: BaTiSi3O9
Сингония: Тригональная (наиболее симметричная)
Габитус: Тригональная бипирамида
Разновидности: Прозрачный до просвечивающего светло-голубой, синий,
бесцветный
Показатель преломления: 1,75—1,80
Приложение С. Неорганические ювелирные камни 309
Двупреломление и оптический знак'. 0,047; положительный
Дисперсия'. Высокая (0,046)
Удельный вес. 3,65—3,68
Твердость: 6,5
Спайность: Отсутствует
Излом: Раковистый
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: Сильный (голубой, бесцветный)
Люминесценция: Сильная голубая флюоресценция в коротковолновом УФ (в
бесцветных камнях может встречаться тускло-красная при облучении
длинноволновым УФ)
Месторождения: окр. Сан-Бенито (шт. Калифорния, США)
Берилл
Состав: ВезА12(8Юз)б
Сингония: Гексагональная
Габитус: Призматический (рис. 4.8)
Разновидности: Прозрачный до непрозрачного; аквамарин, биксбиит (крас-
ный), изумруд, ванадиевый берилл (зеленый), гошенит (бесцветный),
гелиодор (золотисто-желтый), морганит (розовый), машише и маши-
ше-тип (темно-синий, выцветающий при дневном свете)
Показатель преломления: 1,56—1,59 в зависимости от разновидности (см.
Приложение G) (большинство синтетических изумрудов, полученных
раствор-расплавным методом, имеют значительно более низкие пока-
затели преломления, чем природные камни: 1,560—1,563)
Двупреломление: 0,005-0,008 в зависимости от разновидности (Приложение
G) (большинство синтетических изумрудов, полученных раствор-рас-
плавным методом, имеют значительно более низкое двупреломление,
чем природные камни: 0,003)
Оптический знак: Отрицательный
Дисперсия: Низкая (0,014)
Удельный вес: 2,7—2,8 в зависимости от разновидности (Приложение G)
Твердость: 7,5—8,0
Спайность: Несовершенная (по пинакоиду)
Излом: Раковистый до неопределенного
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: От среднего до слабого (изумруд, морганит, биксбиит, ванадие-
вый берилл — разные оттенки основного цвета; аквамарин — цвет
камня и почти бесцветный; машише и машише-тип — светло-голубой
дихроизм при просмотре перпендикулярно оптической оси (в этой
ориентации аквамарин проявляет более темные цвета дихроизма)
Люминесценция: Изумруд — красная до розовой флюоресценция средней ин-
тенсивности в УФ и рентгеновских лучах, но может подавляться при-
сутствием оксидов железа. Морганит — малиновая флюоресценция в
рентгеновских лучах
310 Приложения
Спектр поглощения: Изумруд имеет четкие различия в спектре обыкновен-
ного и необыкновенного лучей. В первом случае имеется дублет в
красной области (680/683 нм), линия 637 нм, широкая слабая поло-
са поглощения с центром около 600 нм в желтой области и — в обо-
гащенных хромом камнях — в голубой области линия 471 нм. В
спектре необыкновенного луча дублет более интенсивный, но ли-
ния 637 нм отсутствует; на ее месте две диффузные линии 646 и
662 нм, широкая полоса поглощения гораздо слабее и нет линий в
голубой области (цв. фото 1). Голубой аквамарин имеет слабые по-
лосы в голубой (456 нм) и фиолетовой (427 нм) областях. Зеленый
аквамарин имеет полосу 537 нм в зеленой области в спектре необык-
новенного луча. Темно-синие бериллы машине и машине-тип име-
ют полосы поглощения в красной области (695, 654 нм) со слабыми
полосами в оранжевой, желтой и желто-зеленой областях спектра
(628,615,581,550 нм)
Включения: Изумруд — см. гл. 16. Аквамарин — двухфазные включения,
«дождь» и слюда (в большинстве случаев включения отсутствуют)
Месторождения: Аквамарин — Бразилия, Мьянма (Бирма), Малагасийская
Республика, Намибия, Нигерия, США. бывш. СССР. Биксбиит —
США. Изумруд и ванадиевый берилл — Афганистан, Бразилия, Ко-
лумбия, Индия, Пакистан, ЮАР, бывш. СССР, Замбия, Зимбабве.
Гошенит — США. Гелиодор — Бразилия, Малагасийская Республика,
Намибия, США. Машише и машише-тип — Бразилия. Морганит —
Бразилия, Малагасийская Республика, США, Зимбабве
Бирюза
Состав: СиА16(РО4)4(ОН)8 • 5Н2О
Сингония: Триклинная
Габитус: Натечный, массивный, зернистый до микрокристаллического
Разновидности: Непрозрачная (иногда с прожилками песчаника или лимони-
та), небесно-голубая, голубовато-зеленая, зеленая
Показатель преломления: 1,61—1,65 (обычно в рефрактометре виден один
край тени около 1,62)
Удельный вес: 2,6—2,9 (в зависимости от месторождения)
Твердость: 5,5—6,0
Излом: Раковистый
Блеск: Восковой
Спектр поглощения: Могут быть видны линии 420 и 432 нм в сине-фиолето-
вой области
Месторождения: Афганистан, Китай (Тибет), Иран, Израиль (Синай), США
Бовенит
Состав-. Водный силикат магния (разновидность серпентина)
Сингония: Моноклинная
Габитус: Массивный, поликристаллический
Приложение С. Неорганические ювелирные камни 311
Разновидности: Просвечивающий, желто-зеленый до сине-зеленого, часто с
белыми пятнами
Показатель преломления: 1,56
Удельный вес: 2,58—2,59
Твердость: 4,0—5,0
Спайность: Отсутствует
Излом: Ровный до зазубренного
Блеск: Восковой
Месторождения: Афганистан, Китай, Новая Зеландия, ЮАР
Гематит
Состав: Fe2O3
Сингония: Тригональная
Габитус. Таблитчатые или ромбоэдрические кристаллы, массивный или на-
течный
Разновидности: Непрозрачный серый до красновато-черного («Румяна юве-
лира» — порошок гематита)
Показатель преломления: 2,94—3,22
Двупреломление и оптический знак: 0,28; отрицательный
Удельный вес: 5,0
Твердость: 5,5—6,5
Излом: Неровный
Блеск: Металлический
Месторождения: Бразилия, Англия, Франция, Италия (Эльба), Швейцария
Гипс
Состав: Водный сульфат кальция CaSO4 • 2Н2О
Сингония: Моноклинная
Габитус: Массивный (столбчатые до таблитчатых кристаллы)
Разновидности: Прозрачные кристаллы; массивная разновидность алебастр —
от полупрозрачного белого до непрозрачного желтого, коричневого и
черного в жилах или пятнами
Показатель преломления: 1,52; 1,53 (у алебастра в пределах этих значений ви-
ден один край тени)
Удельный вес: 2,3—2,33
Твердость: 2,0 (для алебастра чаще около 3,0)
Спайность: Кристаллы легко раскалываются в одном направлении
Блеск: Стекловидный
Месторождения: Повсеместно; алебастр поделочного качества — Италия
Гранат
Состав: Группа граната состоит из двух изоморфных рядов: пиральспиты,
состоящие из альмандина FejAh (SiO4)3, пиропа Mg3Al2 (SiO4)3, спес-
сартина МпзА12 (SiO4)3, и уграндиты — из андрадита Ca3Fe2 (SiO4)3,
312 Приложения
гроссуляра Ca3Al2(SiO4)3, уваровита Ca3Cr2(SiO4)3. Приведенный здесь
состав каждого члена изоморфного ряда является идеальным. Изо-
морфные замещения приводят к изменению физических свойств
Сингония-. Кубическая
Габитус-. Додекаэдры, менее распространены тетрагонтриоктаэдры (рис. 4.6)
Разновидности-. Альмандин (прозрачный коричневато-красный до лилово-
красного). Андрадит (прозрачный желтый; демантоид — прозрачный
зеленый; меланит — черный). Гроссуляр (гессонит — прозрачный до
просвечивающего, коричневато-желтый до коричневато-красного;
гидрогроссуляр, в состав которого входит группа ОН, — просвечиваю-
щий жад — зеленый, розовый, серо-белый; тсаворит — прозрачный зе-
леный, окрашен примесями ванадия и хрома). Пироп (прозрачный
красный, лиловато-красный). Спессартин (прозрачный оранжевый,
желтый, красный). Уваровит (изумрудно-зеленый)
Разновидность Показатель преломления Дисперсия Удельный вес Твердость
Альмандин 1,76-1,81 0,024 3,8-4,2 7,5
Андрадит 1,89 0,057 3,85 6,5
Гроссуляр 1,74-1,75 0,028 3,6-3,7 7,0-7,5
Пироп 1,74-1,76 0,022 3,7-3,8 7,25
Спессартин 1,80-1,82 0,027 4,16 7,25
Уваровит 1,87 0,030 3,77 7,5
Излом-. Субраковистый
Блеск-. Стеклянный до алмазовидного (андрадит)
Люминесценция-. Только у гидрогроссуляра (оранжевая в рентгеновских лу-
чах), который вместе с демантоидом (разновидность андрадита) может
выглядеть розовым через фильтр Челси
Спектр поглощения-. См. цв. фото 1 и 2 для альмандина и демантоида и рис.
11.1 для пиропа и альмандина. Спектр пиропа похож на спектр альман-
дина, но в нем имеются три сливающиеся полосы в зеленой, желтой и
оранжевой областях и (в камнях, содержащих хром) дублет в красной
области. В спектре спессартина имеются две очень сильные полосы в
фиолетовой области, а также могут присутствовать слабые полосы аль-
мандина. У некоторых гроссуляров имеются полосы в красной и оран-
жевой областях. В спектрах демантоидов имеется сильная полоса
железа в фиолетовой области, которая обрезает этот край спектра
(в спектрах камней, обогащенных хромом, имеется дублет в красной
области и бывают две неясные полосы в оранжевой)
Включения-. У альмандина — кристаллы минералов и связанные с ними тре-
щины напряжения, нитевидные кристаллы рутила. У демантоида —
включения «конский хвост», состоящие из радиально расположенных
волокон биссолита (асбеста). У гроссуляра (в частности гессонита) —
изобилие мелких кристаллов апатита, а также циркона, придающих
ему патокоподобный вид. У пиропа встречаются иглоподобные кри-
сталлы. В спессартине — расщепленные трещины
Приложение С. Неорганические ювелирные камни 313
Месторождения-. Альмандин — Австрия, Бразилия, Китай, Чехия, Шри-Лан-
ка. Андрадит — Швейцария (желтый), бывш. СССР (демантоид).
Гроссуляр — Бразилия, Канада, Кения (тсаворит), Новая Зеландия,
ЮАР (гидрогроссуляр), Шри-Ланка (особенно гессонит), Танзания
(тсаворит), США. Пироп — Чехия, ЮАР, Шри-Ланка, США, бывш.
СССР. Спессартин — Бразилия, Малагасийская Республика, Мьянма
(Бирма), Шри-Ланка, США. Уваровит — Канада, Финляндия, Поль-
ша, США, бывш. СССР
Данбурит
Состав: СаВг(8Ю4)2
Сингония: Ромбическая
Габитус: Ромбическая призма с коническим завершением
Разновидности: Прозрачный; бесцветный, бледно-желтый, бледно-розовый
Показатель преломления: 1,63—1,64
Двупреломление и оптический знак: 0,006; отрицательный
Дисперсия: Низкая (0,017)
Удельный вес: 3,0
Твердость: 7,0
Спайность: Отсутствует
Излом: Субраковистый
Блеск: Стеклянный
Люминесценция: Небесно-голубая флюоресценция в коротко- и длинновол-
новом УФ
Спектр поглощения: У некоторых образцов в спектре проявлены слабые поло-
сы, связанные с примесями редкоземельных элементов
Месторождения: Мьянма (Бирма), Япония, Малагасийская Республика,
Мексика, США
Диопсид
Состав: CaMgSiaOe
Сингония: Моноклинная
Габитус: Таблитчатые призматические кристаллы с квадратным поперечным
сечением
Разновидности: Прозрачный до просвечивающего; бесцветный, бутылочно-
зеленый, фиолетовый до голубого, желтый и коричневатый; звездча-
тый и зеленый хромдиопсид
Показатель преломления: 1,67—1,70
Двупреломление и оптический знак: 0,027; положительный
Дисперсия: Очень низкая
Удельный вес: 3,3
Твердость: 5,0
Спайность: Хорошая (по призме — в двух направлениях под углом около 90°)
Излом: Раковистый
314 Приложения
Блеск'. Стеклянный
Плеохроизм: Слабый до среднего
Люминесценция: Различная
Спектр поглощения: Зеленый хромдиопсид имеет тонкие линии в красной об-
ласти и две узкие полосы в синей
Месторождения: Австрия, Бразилия, Мьянма (Бирма), Малагасийская Ре-
спублика, ЮАР, Шри-Ланка, США*
Диоптаз
Состав: CuSiO3 • Н2О
Сингония: Тригональная
Габитус: Короткие призматические кристаллы
Разновидности: Прозрачный до полупрозрачного зеленого
Показатель преломления: 1,644—1,709
Двупреломление и оптический знак: 0,053; положительный
Дисперсия: Средняя (0,03)
Удельный вес: 3,28—3,35
Твердость: 5
Спайность: Совершенная по ромбоэдру
Излом: Раковистый до неровного
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: Слабый
Люминесценция: Отсутствует
Спектр поглощения: Две полосы в желто-зеленой области (560, 570 нм)
Месторождения: Чили, Намибия, США, бывш. СССР, Заир
Жадеит (вместе с нефритом классифицируется как жад)
Состав: NaAl(SiOj)2
Сингония: Моноклинная
Габитус: Поликристаллический (микропрорастание волокнистых кристал-
лов)
Разновидности: Просвечивающий до непрозрачного белого, разные оттенки
зеленого, розовый, сиреневый, фиолетовый, коричневый, черный
(наиболее ценен просвечивающий изумрудно-зеленый)
Показатель преломления: 1,66—1,68 (в связи с беспорядочной ориентацией
волокон у кристаллов в рефрактометре виден только один неясный
край тени около 1,66)
Удельный вес: 3,30—3,36
Твердость: 6,5—7,0
Излом: Занозистый
Блеск: Жирный до стеклянного
Спектр поглощения: Диагностическая линия 437 нм в синей области; в спект-
ре хромсодержащего зеленого жадеита имеется дублет в красной об-
* И Россия (хромдиопсид). — Прим. ред.
Приложение С. Неорганические ювелирные камни 315
ласти и две полосы в красно-желтой. Прокрашенный жадеит имеет
полосу в оранжевой и полосу в желто-зеленой областях спектра (плюс
диагностическая линия 437 нм)
Месторождения: Мьянма, США
Идокраз(везувиан)
Состав: Сложный алюмосиликат кальция
Сингония: Тетрагональная
Габитус: Призмы, завершенные усеченными пирамидами, и массивный
Разновидности: Прозрачный оливково-зеленый и желтовато-коричневый;
калифорнит — полупрозрачный до непрозрачного зеленый (похож на
жадеит)
Показатель преломления: 1,70—1,723
Двупреломление и оптический знак: 0,005; отрицательный (более низкие значе-
ния показателя преломления) или положительный (более высокие
значения показателя преломления)
Дисперсия: Низкая (0,019)
Удельный вес: 3,32—3,42
Твердость: 6,5
Спайность: Несовершенная
Излом: Субраковистый
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: Отчетливый (разные оттенки основного цвета)
Спектр поглощения: Зеленые камни — сильная полоса 461 нм в голубой обла-
сти. Коричневые камни — сильная полоса 584 нм в желтой области
(могут присутствовать также линии редкоземельных элементов)
Месторождения: Австрия, Канада, Италия, Швейцария, США (калифорнит),
бывш. СССР
Иолит (кордиерит)
Состав: Сложный силикат магния и алюминия
Сингония: Ромбическая
Габитус: Призмы (редко), массивный
Разновидности: Прозрачный до просвечивающего, бесцветный (редко) до го-
лубого
Показатель преломления: 1,53—1,55
Двупреломление и оптический знак: 0,009; отрицательный
Дисперсия: Низкая (0,017)
Удельный вес: 2,57—2,61
Твердость: 7,5
Спайность: Отчетливая по пинакоиду
Излом: Субраковистый
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: Сильный (голубой, фиолетовый, бледно-желтый)
316 Приложения
Спектр поглощения-. Две полосы в желтой области, узкая полоса в зеленой (в
спектре желтого луча); более широкая полоса и две узкие в сине-фио-
летовой области (для голубого луча)
Включения-. Тонкие пластинки оксида железа в камнях из Шри-Ланки (когда
их много, образуется так называемый кровавый иолит)
Месторождения-. Бразилия, Индия, Малагасийская Республика, Мьянма,
Шри-Ланка
Кальцит (и арагонит — Ред.)
Состав: СаСОз
Сингония-. Тригональная (арагонит — ромбическая)
Габитус-. Призматический
Разновидности-. Прозрачный бесцветный исландский шпат. Прозрачный ко-
ричневый и желтый кальцит ювелирного качества. Сатиновый
шпат — волокнистая форма кальцита. Полосчатый арагонит (поли-
морфная модификация карбоната кальция) используются для резь-
бы. Кальцит является основой всех мраморов и известняков. Ромби-
ческий арагонит — основная составляющая жемчуга
Показатель преломления-. 1,486—1,658
Двупреломление и оптический знак'. 0,172; отрицательный
Дисперсия-. Низкая (0,02)
Удельный вес: 2,71 (исландский шпат)
Твердость: 3,0
Спайность: Совершенная по ромбоэдру (в трех направлениях)
Излом: Раковистый (редко виден из-за совершенной спайности)
Блеск: Стеклянный
Люминесценция: Различные флюоресцентные эффекты
Включения: В исландском шпате зарождающиеся плоскости спайности
Месторождения: Повсеместно
Кварц (цв. фото 5 и 6)
Состав: SiCh
Сингония: Тригональная
Габитус: Призматический (гексагональная призма, завершенная положи-
тельным или отрицательным ромбоэдром — очень тонкая штриховка
под прямым углом к удлинению призмы — рис. 4.9, 4.14); разновид-
ность «розовый кварц» массивная (призмы редки)
Разновидности: Горный хрусталь (прозрачный бесцветный). Аметист (про-
зрачный лиловый до бледно-фиолетового). Аметрин (двухцветный
аметист-цитрин). Цитрин (прозрачный желтый). Розовый (pink)
кварц (прозрачный, редок). Розовый (rose) кварц (просвечивающий
розовый). Голубой кварц (просвечивающий до непрозрачного; цвет
вызван присутствием голубоватых игл рутила). Зеленый кварц (про-
дается как празиолит). Молочный кварц (просвечивающий белый).
Дымчатый кварц (прозрачный коричневый до черного). Кварцевый
Приложение С. Неорганические ювелирные камни 317
кошачий глаз (просвечивающий, содержит рутил). Тигровый глаз
(непрозрачный золотисто-коричневый; переливчатость вызвана за-
мещением кварцем асбестовых волокон крокидолита). Синий мате-
риал называют «соколиный глаз», а смешанный коричнево-синий —
«ястребиный глаз». Яшма (загрязненный непрозрачный поликри-
сталлический кварц красновато-коричневого цвета; зеленый —
празем; розовый, желтый). Окаменелое дерево (замещение волокон
древесины кварцем, подобно тому как кварц замещает волокна асбе-
ста, образуя тигровый глаз). Микрокристаллический кварц — см.
Халцедон
Показатель преломления'. 1,544— 1,553
Двупреломление и оптический знак'. 0,009; положительный
Дисперсия'. Низкая (0,013)
Удельный вес. 2,65 (яшма 2,58—2,91)
Твердость'. 7,0 (яшма 6,5—7,0)
Излом: Раковистый
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: Слабый (у большинства разновидностей) до отчетливого (дым-
чатый кварц)
Включения: См. гл. 16
Месторождения: По всему миру, кроме тигрового глаза, соколиного глаза и
ястребиного глаза, которые встречаются в основном в ЮАР; кварце-
вый кошачий глаз — главным образом Шри-Ланка и Индия; двух-
цветный аметрин — Боливия
Корнерупин
Состав: Сложный боросиликат алюминия, железа и магния
Сингония: Ромбическая
Габитус: Призматический
Разновидности: Прозрачный до полупрозрачного (встречаются образцы с эф-
фектом кошачьего глаза и астеризмом) зеленый и зеленовато-корич-
невый
Показатель преломления: 1,67—1,68
Двупреломление и оптический знак: 0,013; отрицательный
Дисперсия: Низкая (0,019)
Удельный вес: 3,28—3,35
Твердость: 6,5
Спайность: По призме
Излом: Раковистый
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: Отчетливый (зеленый, желтый, коричневый)
Спектр поглощения: Полоса около 503 нм в сине-зеленой области и сильная
полоса около 446 нм в фиолетовой области спектра
Месторождения: Восточная Африка, Малагасийская Республика, Мьянма,
ЮАР, Шри-Ланка
318 Приложения
Корунд (цв. фото 4)
Состав: AI2O3
Сингония: Тригональная
Габитус: Сапфир — бочонковидные бипирамиды с шестиугольным попереч-
ным сечением. Рубин — таблитчатые призмы с шестиугольным кон-
туром
Разновидности: Рубин (розовый до красного) и сапфир (бесцветный, синий,
оранжевый — «падпараджа», желтый, зеленый, пурпурный)
Показатель преломления: 1,76—1,77
Двупреломление и оптический знак: 0,08; отрицательный
Дисперсия: Низкая (0,018)
Удельный вес: 3,99
Твердость: 9,0
Спайность: Несовершенная (отдельность, параллельная пинакоиду и ромбо-
эдрическим плоскостям, связанным с пластинчатым двойникованием)
Излом: Раковистый до неровного
Блеск: Стеклянный до алмазовидного
Плеохроизм: Сильный: рубин (темно-красный, оранжево-красный). Сред-
ний: сапфир (синий, зеленовато-синий); желтый и зеленый сапфиры
(два оттенка основного цвета); оранжевый сапфир (оранжевый, бес-
цветный), фиолетовый сапфир (фиолетовый и оранжевый)
Люминесценция: См. табл. 12.1
Спектр поглощения: Рубин (рис. 11.1 и цв. фото 1): дублет в темно-красной об-
ласти плюс еще две линии в красной области, широкая полоса с цент-
ром около 550 нм (эта линия более четко выражена в спектре обыкно-
венного луча), три линии в синей области (дублет 476/477 нм и линия
468 нм). При соответствующем освещении дублет и линии в красной
области бывают видны в спектре излучения, а не поглощения. Сапфир:
в большинстве случаев присутствует полоса поглощения железа около
450 нм (цв. фото 2). Наиболее сильна она в спектре обыкновенного лу-
ча. В обогащенных железом камнях имеются три полосы поглощения:
471, 460 и 450 нм (рис. 11.1)
Включения: Самые разные в разных месторождениях (см. разделы «Рубин» и
«Сапфир» в гл. 16)
Месторождения: Рубин — Афганистан, Мьянма, Камбоджа, Кения, Паки-
стан, Шри-Ланка, Танзания, Таиланд. Сапфир — Восточная Африка,
Австралия, Мьянма, Кампучия (Камбоджа), Кашмир, Нигерия, Шри-
Ланка, Таиланд, США
Лазурит
Состав: Порода, состоящая из собственно лазурита, гаюина, кальцита и пи-
рита
Разновидности: Непрозрачный фиолетово-синий, пятнистый синий и белый
с блестками пирита
Приложение С. Неорганические ювелирные камни 319
Показатель преломления'. 1,5
Удельный вес. 2,7—2,9
Твердость'. 5,5
Излом'. Неровный
Блеск'. Смолистый до стеклянного
Люминесценция'. Зеленоватая или белесая флюоресценция в коротковолновом
УФ; оранжевые пятна (кальцит) в длинноволновом УФ
Месторождения'. Афганистан, Чили, бывш. СССР
Лунный камень
Состав: Состоит из перемежающихся слоев полевых шпатов: ортоклаза
(KAlSi3O8) и плагиоклаза (NaAlSi3O8), создающих иризацию
Сингония: Моноклинная
Габитус: Призматический (осколки по плоскостям спайности)
Разновидности: Прозрачный до просвечивающего бесцветный, белый, розо-
вый, желтый с голубой или голубовато-фиолетовой иризацией
Показатель преломления: 1,52—1,53
Двупреломление и оптический знак: 0,006
Дисперсия: Низкая (0,012)
Удельный вес: 2,56
Твердость: 6,0—6,5
Спайность: Совершенная в двух направлениях под углом, близким к 90°
Излом: Неровный
Блеск: Стеклянный
Включения: Пересекающиеся трещины напряжения, которые выглядят как
сороконожки
Месторождения: В основном Шри-Ланка, но также Индия, Малагасийская
Республика, Мьянма, США
Малахит
Состав: Си2(ОН)гСОз
Сингония: Моноклинная
Габитус: Массивный (агрегаты из тонких иголок), натечный
Разновидности: Непрозрачный светло- и темно-зеленый с концентрической
полосчатостью; азурмалахит представляет собой взаимное прораста-
ние малахита и азурита
Показатель преломления: 1,66—1,91 (только один край тени около 1,80 на ре-
фрактометре)
Двупреломление и оптический знак: 0,26; отрицательный
Удельный вес: 3,8
Твердость: 4,0
Излом: Занозистый до неровного
Блеск: Шелковистый до стеклянного
Месторождения: Австралия, Чили, ЮАР, США, бывш. СССР, Заир, Зимбабве
320 Приложения
Нефрит (вместе с жадеитом классифицируется как жад)
Состав: Сложный силикат кальция, магния и железа
Сингония: Моноклинная
Габитус: Поликристаллический (под микроскопом — спутанные волокни-
стые кристаллы)
Разновидности: Просвечивающий до непрозрачного белый, зеленый, серый,
желтоватый, коричневый, черный
Показатель преломления: 1,62 (на рефрактометре из-за беспорядочной ориен-
тации кристаллов виден только один неясный край тени)
Удельный вес: 2,9—3,2
Твердость: 6,5
Излом: Занозистый
Блеск: Жирный до стеклянного
Спектр поглощения: Неясный, может присутствовать полоса 509 нм в сине-зе-
леной области спектра
Месторождения: Канада, Китай, Новая Зеландия, Тайвань, США, бывш.
СССР
Опал
Состав: SiO2 • НгО (гидратированный кремнезем, содержащий до 10% воды)
Аморфный
Разновидности: Обычный, или «поч»-опал, непрозрачный белесый без игры
цветов. Белый опал (белая подложка с иризацией). Черный опал (тем-
ная подложка с иризацией). Огненный опал (прозрачный до просве-
чивающего оранжевый, иногда с иризацией). Водяной опал (просве-
чивающий до прозрачного бесцветный или бледный коричневато-
желтый с иризацией). Гиалит (прозрачный бесцветный без ириза-
ции). Гидрофан (непрозрачный светлоокрашенный, становится про-
зрачным и иризирующим при насыщении водой). Розовый, желтый,
зеленый и голубой опал (просвечивающий, но без иризации). Опало-
вая окаменелая древесина, псевдоморфозы опала по раковинам, кос-
тям и минералам
Показатель преломления: 1,45 (у огненного опала 1,40)
Удельный вес: Белый и черный опал 2,1. Огненный опал 2,0
Твердость: 6,0
Блеск: Стеклянный
Люминесценция: См. табл. 12.1
Месторождения: В основном Новый Южный Уэльс и Квинсленд в Австра-
лии, Бразилия, Мексика (огненный опал), США
Перидот*
Состав: (Mg,Fe)2SiO4
Сингония: Ромбическая
* Синоним — оливин. — Прим. ред.
Приложение С. Неорганические ювелирные камни 321
Габитус. Призматический (совершенные кристаллы редки; рис. 4.10)
Разновидности'. Прозрачный желто-зеленый*, оливково-зеленый, коричне-
вый (редко)
Показатель преломления'. 1,65—1,69
Двупреломление и оптический знак: 0,036; положительный
Дисперсия: Средняя (0,02)
Удельный вес: 3,34
Твердость: 6,5
Спайность: Несовершенная
Излом: Раковистый
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: Слабый (зеленый, желтовато-зеленый)
Спектр поглощения: Три полосы в синей области (цв. фото 2), спектр наибо-
лее сильный в направлении необыкновенного луча
Включения: Кристаллы хромита, вокруг них плоские трещины напряжения,
называемые «лист лилии»; чешуйки слюды и мелкие капельки, похо-
жие на пузырьки
Месторождения: Главный источник — остров Зебергед в Красном море и
Верхняя Мьянма; также Австралия, Бразилия, Китай, Мексика, Нор-
вегия, США
Пирит
Состав: FeS2
Сингония: Кубическая
Габитус: Куб, октаэдр, додекаэдр (рис. 4.6). Штриховка в разных направле-
ниях на смежных гранях куба
Разновидности: Непрозрачный бронзово-желтый. Хотя пирит, используемый
в ювелирной промышленности, называют «марказит», истинный мар-
казит является полиморфной модификацией пирита и рассыпается в
порошок на воздухе
Показатель преломления: Выше 1,81
Удельный вес: 4,84—5,10
Твердость: 6,5
Спайность: По призме
Излом: Раковистый до неровного
Блеск: Металлический
Месторождения: Повсеместно
Полевые шпаты
Состав: Калиевые полевые шпаты (включая полиморфные модификации ор-
токлаз, микроклин и санидин) KAlSiaOg; натриевые и кальциевые по-
левые шпаты (плагиоклазы (Ca,Na)Al2Si2O8 — изоморфный ряд)
* Разновидность зеленого цвета известна под названием «хризолит». — Прим. ред.
322 Приложения
Сингония: Санидин и ортоклаз моноклинные. Микроклин и плагиоклаз три-
клинные
Габитус: Призматический (рис. 4.11, 4.12); лабрадор — компактные агрегаты
Разновидности: Ортоклаз (прозрачный до просвечивающего бледно-желтый).
Санидин (редкий; прозрачный бесцветный до коричневатого). Мик-
роклин (амазонит, непрозрачный зеленый). Плагиоклаз (лабрадор не-
прозрачный иризирующий — финская разновидность под названием
«спектролит»; редкие прозрачные желтоватые и коричневатые разно-
видности). Лунный камень — просвечивающий белый, кремовый с
иризацией (вызвана вростками ортоклаза). Олигоклаз — прозрачный
желтый. Солнечный камень, или авантюриновый полевой шпат, — не-
прозрачный до просвечивающего с бронзовыми или зелеными блест-
ками. Хромистый альбит, известный как мау-сит-сит — непрозрачный
зеленый с черными вростками, содержащими обогащенный хромом
жадеит
Показатель преломления: Ортоклаз 1,52—1,53. Плагиоклаз (олигоклаз, лун-
ный камень, солнечный камень, хромистый альбит) 1,527—1,553; лабрадор
1,56-1,57
Двупреломление и оптический знак: Ортоклаз 0,006, отрицательный. Плагио-
клазы (кроме лабрадора) 0,007, положительные или отрицательные;
лабрадор 0,009, положительный
Дисперсия: Низкая
Удельный вес: Ортоклаз 2,56. Плагиоклазы (кроме лабрадора) 2,6—2,65; лаб-
радор 2,7
Твердость: 6,0
Спайность: Совершенная в двух направлениях под углом около 90°, различи-
мая в третьем направлении
Излом: Раковистый до неровного
Блеск: Стеклянный (иногда перламутровый на плоскостях спайности)
Плеохроизм: Слабый
Месторождения: Ортоклаз — Малагасийская Республика. Микроклин —
Бразилия, Индия, США, бывш. СССР. Плагиоклазы — Канада (лаб-
радор), Финляндия (спектролит), Мьянма (Бирма) (хромистый аль-
бит), Норвегия (солнечный камень), США, бывш. СССР
Природные стекла
Состав: Кварцевые стекла, содержащие различные элементы (из-за высоко-
го содержания в них кремнезема их классифицируют как тектиты).
Аморфные
Разновидности: Молдавит (прозрачный до просвечивающего зеленый, ко-
ричневый) на 75% состоит из кремнезема. Обсидиан (прозрачный до
непрозрачного черный, серый, коричневый, зеленый) — вулканиче-
ское стекло, состоящее на 70% из кремнезема; снежный обсидиан —
белые пятна на черном фоне; серебристый и золотистый обсидиан
имеет иризацию, связанную с мельчайшими пузырями и включения-
Приложение С. Неорганические ювелирные камни 323
ми. Базальтовое стекло (полупрозрачное до непрозрачного черное,
серо-коричневое, темно-синее, голубовато-зеленое) содержит 50%
кремнезема. Ливийское стекло (прозрачное до просвечивающего зе-
леновато-желтое) — почти чистое силикатное стекло
Тип Показатель преломления (приблизит.) Удельный вес Твердость
Молдавит 1,50 2,4 5,5
Обсидиан 1,50 2,3-2,5 5,0
Базальтовое стекло 1,61 2,7-3,0 6,0
Ливийское стекло 1,46 2,2 6,0
Излом'. Раковистый
Блеск'. Стеклянный
Включения'. Молдавит — пузыри и свили. Обсидиан — пузыри, мелкие кри-
сталлы, дендриты, свили
Месторождения: Молдавит — Чехия и Словакия. Обсидиан — Северная Аф-
рика, Мексика, бывш. СССР. Базальтовое стекло — повсеместно. Ли-
вийское стекло — Ливийская пустыня
Родонит
Состав-. MnSiO3
Сингония: Триклинная
Габитус: Массивный (редко — хорошо сформированные кристаллы)
Разновидности: Прозрачный красный (кристаллы редки) до непрозрачных
красных агрегатов с черными тонкими дендритами оксидов марганца
Показатель преломления: 1,72—1,74
Двупреломление и оптический знак: 0,014; положительный или отрицательный
Удельный вес. 3,4—3,7
Твердость: 6,0
Спайность: Совершенная (в двух направлениях), хорошая (в одном направле-
нии)
Излом: Неровный
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: Отчетливый (желто-красный, розово-красный, красно-желтый)
Месторождения: Австралия (прозрачный), Мексика, ЮАР, Швеция, США,
бывш. СССР
Родохрозит
Состав: МпСО3
Сингония: Тригональная
Габитус: Массивный (редко — ромбоэдрические кристаллы)
Разновидности: Прозрачные розово-красные кристаллы; непрозрачные мас-
сивные агрегаты с темно- и светло-красной полосчатостью
Показатель преломления: 1,60—1,82
324 Приложения
Двупреломление и оптический знак: 0,22; отрицательный
Удельный вес. 3,5—3,6
Твердость'. 4,0
Спайность'. Совершенная по ромбоэдру (в трех направлениях)
Излом'. Неровный
Блеск'. Стеклянный
Месторождения-. Аргентина (массивный), ЮАР (прозрачный)
Рутил
Состав'. TiO2
Сингония'. Тетрагональная
Габитус. Призматический и массивный (часто коленчатые двойники)
Разновидности'. Прозрачный до просвечивающего красный, красно-коричне-
вый,.желтоватый, черный
Показатель преломления: 2,61—2,90
Двупреломление и оптический знак: 0,287; положительный
Дисперсия: Очень высокая (0,28)
Удельный вес: 4,2—4,3
Твердость: 6,5
Спайность: Отчетливая (по призме)
Излом: Неровный
Блеск: Алмазный
Месторождения: Бразилия, Франция, Италия, Малагасийская Республика,
США, бывш. СССР
Сингалит
Состав: Mg(Al,Fe)BO4
Сингония: Ромбическая
Габитус: Массивный (хорошо оформленные кристаллы редки)
Разновидности: Прозрачный до просвечивающего желтый, зеленовато-ко-
ричневый, коричневый
Показатель преломления: 1,67—1,71
Двупреломление и оптический знак: 0,038; отрицательный
Дисперсия: Низкая (0,018)
Удельный вес: 3,48
Твердость: 6,5
Излом: Раковистый
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: Отчетливый (зеленый, светло- и темно-коричневый)
Спектр поглощения: Аналогичен спектру перидота (цв. фото 2), но с четырьмя
полосами в зелено-голубой — синей области. (Раньше сингалит клас-
сифицировали как перидот, но в 1952 г. его выделили в отдельный ми-
нерал)
Месторождения: Шри-Ланка
Приложение С. Неорганические ювелирные камни 325
Скаполит
Состав'. Сложный алюмосиликат натрия и кальция (член изоморфного ряда,
крайними членами которого являются мариалит и мейонит)
Сингония-. Тетрагональная
Габитус. Призматический и массивный
Разновидности-. Прозрачный бесцветный, розовый, желтый, сине-фиолето-
вый
Показатель преломления'. 1,55—1,57 (желтый); 1,545—1,560 (бесцветный, ро-
зовый, сине-фиолетовый)
Двупреломление и оптический знак'. 0,02 (желтый), отрицательный; 0,016 (бес-
цветный, розовый, сине-фиолетовый), отрицательный
Дисперсия'. Низкая (0,017)
Удельный вес. 2,74 (желтый); 2,63 (бесцветный, розовый, сине-фиолетовый)
Твердость'. 6,0
Спайность'. Совершенная (в двух направлениях); отчетливая (в двух других
направлениях)
Излом'. Раковистый
Блеск'. Стеклянный
Плеохроизм'. Сильный в розовых и фиолетовых камнях (розовый, синий),
средний в желтых камнях (желтый и бесцветный)
Люминесценция'. Желтые камни флюоресцируют бледно-желтым цветом в
длинноволновом УФ и розовым в коротковолновом УФ
Спектр поглощения'. Розовые и сине-фиолетовые камни имеют две полосы в
красной области и широкую полосу в желтой
Месторождения-. Бразилия, Малагасийская Республика, Мозамбик, Мьянма,
Шри-Ланка
Содалит
Состав'. Сложный хлорсодержащий алюмосиликат натрия
Сингония: Кубическая
Габитус. Массивный
Разновидности: Непрозрачный до просвечивающего (редко) голубой, серый с
белыми прожилками
Показатель преломления: 1,48
Удельный вес: 2,28
Твердость: 5,5 — 6,0
Спайность: Отчетливая по додекаэдру
Излом: Раковистый до неровного
Блеск: Стеклянный
Месторождения: Бразилия, Канада, Намибия, США
Сподумен
Состав: LiAl(SiOj)2
Сингония: Моноклинная
326 Приложения
Габитус: Призматический, таблитчатый (на поверхности кристаллов клино-
видные ямки)
Разновидности: Прозрачный розовый (кунцит), желтый, зеленый (гидденит)
Показатель преломления: 1,66—1,68
Двупреломление и оптический знак: 0,015; положительный
Дисперсия: Низкая (0,017)
Удельный вес: 3,18
Твердость: 7,0
Спайность: Совершенная (по призме в двух направлениях под углом, близ-
ким к 90°)
Излом: Неровный
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: Сильный в розовых камнях (фиолетовый, бледно-розовый, бес-
цветный); в зеленых камнях (сине-зеленый, изумрудно-зеленый,
желто-зеленый)
Люминесценция: Интенсивная желто-красная до оранжевой в розовых кам-
нях при освещении длинноволновым УФ
Спектр поглощения: В зеленом гиддените виден спектр, связанный с присут-
ствием хрома, — линии в красной и желтой областях. В спектре жел-
того сподумена имеются две полосы в сине-фиолетовой области (цв.
фото 2)
Месторождения: Кунцит — Афганистан, Мьянма, Бразилия, Малагасийская
Республика. Гидденит — США
Стеатит (мыльный камень)
Состав: Водный силикат магния
Сингония: Моноклинная
Габитус: Массивный
Разновидности: Просвечивающий до непрозрачного желтый, зеленоватый,
коричневый, красноватый; разновидность талька
Показатель преломления: 1,55
Удельный вес: 2,5—2,8
Твердость: 1,0 (иногда тверже за счет примесей)
Излом: Неровный
Блеск: Восковой
Месторождения: Канада, Центральная Африка, Индия, Зимбабве
Сфен (титанит)
Состав: CaTiSiOs
Сингония: Моноклинная
Габитус: Клиновидные кристаллы, уплощенные и сдвойникованные кри-
сталлы с входящими углами, массивный
Разновидности: Прозрачный до просвечивающего желтый, коричневый, зе-
леный
Показатель преломления: 1,89—2,02
Приложение С. Неорганические ювелирные камни 327
Двупреломление и оптический знак'. 0,13; положительный
Дисперсия'. Высокая (0,051)
Удельный вес. 3,53
Твердость: 5,5
Спайность'. Отчетливая (в двух направлениях по призме)
Излом'. Раковистый
Блеск'. Восковой до алмазовидного
Плеохроизм'. Отчетливый в зеленых камнях (бесцветный, зеленый), сильный в
желтых камнях (бесцветный, желтый, красноватый)
Спектр поглощения: Полосы поглощения 582 и 586 нм в оранжевой области,
иногда видны линии редкоземельных элементов (слабый спектр ди-
димия)
Месторождения: Австрия, Бразилия, Канада, Малагасийская Республика,
Мексика, Шри-Ланка, Швейцария, США
Топаз (цв. фото 3)
Состав: A12(F,OH)2SiO4
Сингония: Ромбическая
Габитус: Призматический с пирамидальным и иногда конусовидным завер-
шением
Разновидности: Прозрачный бесцветный, красный, розовый, оранжевый,
коричневый, желтый, голубой, зеленый (редко)
Показатель преломления: 1,61—1,62* (бесцветный, коричневый, голубой, жел-
тый); 1,63—1,64* (красный, розовый, оранжевый)
Двупреломление и оптический знак: 0,01 (бесцветный, коричневый, голубой,
желтый); положительный; 0,008 (красный, розовый, оранжевый); по-
ложительный
Дисперсия: Низкая (0,014)
Удельный вес: 3,53—3,56
Твердость: 8,0
Спайность: Совершенная по пинакоиду
Излом: Субраковистый до неровного
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: Отчетливый до сильного в зависимости от глубины окраски
Люминесценция: Слабая; красные, розовые, светло-коричневые и желтые
камни иногда проявляют оранжево-желтую флюоресценцию в длин-
новолновом УФ
Спектр поглощения: В спектрах красных и розовых топазов имеется полоса
при 683,8 нм в красной области
Включения: Полости, содержащие двухфазные включения, и длинные каналы
Месторождения: Африка и Азия, но основной источник — Бразилия
* По Гуверу показатель преломления топаза зависит от содержания фтора, а не от цвета. По-
этому нужно избегать увязывания цвета и показателя преломления топаза, а его двупреломле-
ние — считать в среднем 0,009 независимо от содержания фтора.
328 Приложения
Турмалин
Состав'. Сложный борсодержащий силикат алюминия, магния и железа
Сингония'. Тригональная
Габитус: Трехгранная призма с выпуклыми гранями* и сильной штриховкой
вдоль удлинения (рис. 4.9)
Разновидности: Прозрачный до просвечивающего одноцветный и полихром-
ный (цвета меняются вдоль удлинения и по радиусам); обогащенные
щелочными металлами камни (содержащие натрий, литий или ка-
лий) бесцветные, красные или зеленые; обогащенные железом —
темно-синие, синевато-зеленые или черные; камни, содержащие
марганец, бесцветны или окрашены в желто-коричневый до корич-
невато-черного
Показатель преломления: 1,62—1,66
Двупреломление и оптический знак: 0,014—0,021, отрицательный
Дисперсия: Низкая (0,018)
Удельный вес: 3,01—3,11 (черные камни 3,15—3,26)
Твердость: 7,0—7,5
Излом: Раковистый
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: Слабый до сильного в зависимости от интенсивности окраски
(два оттенка основного цвета)
Спектр поглощения: В спектрах синих и зеленых камней имеется интенсивная
полоса в зеленой области при 498 нм и слабая 468 нм в голубой (цв.
фото 2). В спектрах розовых и красных турмалинов — широкая поло-
са поглощения в зеленой области и две узкие в голубой 450 и 458 нм
(цв. фото 2).
Включения: Нитевидные полости неправильной формы и плоские пленки
Месторождения: Бразилия, Восточная Африка, Малагасийская Республика,
Намибия, Мьянма, Шри-Ланка, США, бывш. СССР
Фенакит
Состав: Be2SiO4
Сингония: Тригональная
Габитус: Призматический и таблитчатый
Разновидности: Прозрачный бесцветный, розовый, бледно-желтый, зелено-
ватый
Показатель преломления: 1,65—1,67
Двупреломление и оптический знак: 0,016; положительный
Дисперсия: Низкая (0,015)
Удельный вес: 2,95—2,97
Твердость: 7,5
* Точнее, дитригональная призма с дитригональной пирамидой и моноэдром на концах. —
Прим. ред.
Приложение С. Неорганические ювелирные камни 329
Спайность: Отчетливая по призме
Излом: Конхоидальный (раковистый)
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: Отчетливый (бесцветный, оранжево-желтый)
Месторождения: Африка, Бразилия, Мексика, США, бывш. СССР
Флюорит (плавиковый шпат)
Состав: CaF2
Сингония: Кубическая
Габитус: Кубы, октаэдры (раскалываются на кубы), прорастание кубов (рис.
4.6 и 4.15)
Разновидности: Прозрачный до непрозрачного, бесцветный, голубой, фио-
летовый, зеленый, желтый, оранжевый, розовый; разновидность с
чередующимися лиловыми и белыми полосами называется «блу-
джон»
Показатель преломления: 1,434
Дисперсия: Очень низкая (0,007)
Удельный вес: 3,18
Твердость: 4,0
Спайность: Совершенная по октаэдру (в четырех направлениях)
Излом: Субраковистый (субконхоидальный)
Блеск: Стекловидный
Люминесценция: Слабая до сильной сине-фиолетовая в длинноволновом УФ
(слабее в коротковолновом УФ); отсутствует в разновидности «блу-
джон»
Спектр поглощения: Зеленая разновидность имеет полосу в желто-красной
области при 585 нм; иногда встречаются линии редкоземельных эле-
ментов
Включения: Двух- и трехфазные, зарождающиеся плоскости спайности
Месторождения: Повсеместно; «блуджон» — в Дербишире, Великобритания
Халцедон
Состав: SiO2 (микрокристаллический кварц)
Сингония: Тригональная
Габитус: Массивный
Разновидности: Агат (концентрическая зональность любого цвета). Авантюрин
(непрозрачный с включениями чешуек слюды, зеленый, золотисто-ко-
ричневый). Кровавик (непрозрачный зс пеный с пятнами красной или
коричневой яшмы). Халцедон (просвечивающий неполосчатый серый
и голубой). Хромистый халцедон (просвечивающий зеленый). Хризоп-
раз (полупрозрачный до непрозрачного зеленый). Карнеол (просвечи-
вающий красновато-оранжевый). Огненный агат (полупрозрачный до
непрозрачного красноватый иризирующий). Моховой агат (просвечи-
вающий бесцветный халцедон с зелеными дендритами). Оникс (корич-
330 Приложения
невые и белые прямолинейные полосы, называется также сардоникс).
Сард (просвечивающий коричневато -красный)
Показатель преломления'. 1,53—1,54
Удельный вес. 2,58—2,64
Твердость'. 6,5
Спайность’. Отсутствует
Излом'. Раковистый
Блеск'. Стеклянный
Месторождения'. Повсеместно.
Хризоберилл
Состав'. ВеА^Од
Сингония'. Ромбическая
Габитус. Таблитчатый или призматический; также тройники (повторяющие-
ся двойники, образующие псевдогексагональные кристаллы с входя-
щими углами — рис. 4.15)
Разновидности'. Александрит (прозрачный драгоценный камень, меняющий
цвет, зеленый при дневном свете, красный в свете лампы накалива-
ния); прозрачный зеленый, желтый и коричневый хризоберилл;
просвечивающий желтоватый хризоберилловый кошачий глаз (ци-
мофан)
Показатель преломления: 1,74—1,75
Двупреломление и оптический знак: 0,009; положительный
Дисперсия: Низкая (0,015)
Удельный вес: 3,72
Твердость: 8,5
Спайность: Отчетливая (по призме)
Излом: Раковистый до неровного
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: Сильный у александрита (зеленый, желтоватый, розовый — при
дневном свете; красный, оранжево-желтый, зеленый — в свг е лампы
накаливания)
Люминесценция: Красная флюоресценция в длинноволновом УФ сла*ч>-
красная — в коротковолновом УФ
Спектр поглощения: Александрит имеет линии хрома в го&сиой бласти
области и две узкие полосы в синей области ;цв. фото 1). Желтый
хризоберилл имеет широкую полосу в сипе? 'Ъл.г.'Л'л при 444 нм
(цв. фото 2)
Включения: Хризоберилл — двухфазные ’'ключ.ния, кошачий глаз содержит
параллельные каналы или иглы. Александрит - см. гл. 16
Месторождения: Александрит — Бразилия, 3
СССР, Зимбабве. Другие разновидности
гасийская Республика, Шри-Ланка, Зимбабве
Бразилия, Мьянма, Мала
Приложение С. Неорганические ювелирные камни 331
Хризоколла
Состав: Водный силикат меди
Сингония: Моноклинная
Габитус: Массивный, микрокристаллический
Разновидности: Полупросвечивающая до непрозрачной, зеленая, голубая.
Эйлатский камень — смесь хризоколлы, бирюзы и других минералов
меди
Показатель преломления: 1,50
Удельный вес. 2,0—2,45 (эйлатский камень 2,8—3,2)
Твердость: 2,0—4,0 (может приближаться к 7 при прорастании кварцем)
Излом: Ровный
Блеск: Стеклянный
Месторождения: Чили, Перу, США, бывш. СССР, Заир (эйлатский камень —
вблизи города Эйлат на берегу Акабского залива Красного моря)
Циркон
Состав: ZrSiC>4
Сингония: Тетрагональная
Габитус: Призматический; призмы с квадратным сечением завершаются пира-
мидами (если призма не удлиненная, она похожа на октаэдр — рис. 4.7)
Разновидности: Прозрачный желтый, зеленый, коричневый, красный, оран-
жевый, голубой, золотисто-коричневый, бесцветный (красновато-
коричневые камни из Индокитая отжигают, чтобы получить голубые,
золотисто-коричневые и бесцветные). В состав циркона могут изо-
морфно входить уран и (или) торий, и в результате самопроизвольно-
го излучения этими элементами альфа-частиц кристаллическая
структура может быть частично разрушена до почти аморфного со-
стояния. Поэтому у цирконов выделяют «высокий», «промежуточ-
ный» и «низкий» (или метамиктный) типы, которые представляют
собой различные фазы разрушения кристаллической структуры. Ме-
тамиктные цирконы фактически не являются кристаллическими и
обычно имеют зеленый или коричневый цвет. Степень радиоактив-
ного повреждения влияет на константы циркона. Из-за присутствия
следов урана и тория большинство цирконов дает «авторадиографию»
(т. е. собственную фотографию), если положить их на несколько ча-
сов на фотобумагу
Показатель преломления: Высокий циркон 1,93—1,99; промежуточный цир-
кон 1,84—1,93; низкий циркон 1,78—1,84
Двупреломление и оптический знак: Высокий циркон 0,059, положительный.
Ниже у промежуточного и близко к нулю у низкого циркона
Дисперсия: Высокая (0,039)
Удельный вес: 3,9—4,68 (от низкого к высокому типу)
Твердость: 6,0—7,25 (от низкого к высокому типу). Циркон хрупок, что при-
водит к возможному его разрушению, если незакрепленный камень
332 Приложения
поместить в бумажный пакет вместе с другими; при этом на камнях по-
являются потертости
Спайность: Плохая
Блеск: Стеклянный до алмазовидного
Плеохроизм: Слабый, за исключением отожженных голубых камней (голубой,
бесцветный)
Спектр поглощения: Диагностическая линия 653,5 нм, часто с другими лини-
ями по всему спектру (спектр урана — цв. фото 1 и рис. 11.1)
Месторождения: Австралия, Кампучия, Франция (красный циркон), Индо-
китай, Шри-Ланка, Таиланд
Цоизит
Состав: Са2(ОН)А1з(8Ю4)з
Сингония: Ромбическая
Габитус: Призматический (с вертикальной штриховкой) и массивный
Разновидности: Прозрачный сине-фиолетовый (танзанит), непрозрачный зе-
леный (часто окружающий кристаллы рубина) и розовый (тулит)
Показатель преломления: 1,69—1,70
Двупреломление и оптический знак: 0,009; отрицательный
Дисперсия: Низкая (0,012)
Удельный вес: 3,35
Твердость: 6,5
Спайность: Совершенная по призме
Излом: Неровный
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: Сильный в синих камнях (фиолетовый, зеленый, синий в не-
отожженных камнях; синий и фиолетовый — в отожженных)
Спектр поглощения: Имеется широкая полоса поглощения в желто-зеленой
области и две более слабые полосы: 528 нм в зеленой области и 455 нм
в голубой
Месторождения: Танзания (синий цоизит), Норвегия, Австралия и ЮАР (ту-
лит)
Шпинель
Состав: MgO • AI2O3 (синтетическая шпинель MgO • 3AI2O3)
Сингония: Кубическая
Габитус: Октаэдры и шпинелевые двойники (рис. 4.6 и 4.15)
Разновидности: Прозрачная разного цвета: от почти бесцветной (редко) до
красной, желтоватой, зеленой и сине-фиолетовой. Ганошпинель —
синяя шпинель с высоким содержанием цинка (в ганите цинк полно-
стью замещает магний)
Показатель преломления: 1,712—1,720 (красная синтетическая шпинель
1,72—1,73; синтетические шпинели других цветов 1,727); 1,725—1,753
(ганошпинель)
Приложение С. Неорганические ювелирные камни 333
Дисперсия: Средняя (0,02)
Удельный вес: 3,60 (и синтетическая красная шпинель; синтетическая шпи-
нель других цветов 3,64); ганошпинель 3,58—4,06 (до 4,60 у ганита)
Твердость: 8,0
Излом: Раковистый до неровного
Блеск: Стеклянный
Люминесценция: См. табл. 12.1
Спектр поглощения: В спектрах красной и розовой шпинели имеются линии
хрома — до восьми линий в красной области (описываются как «ор-
ганные трубы»), которые могут быть и флюоресцентными (цв. фото 1
и рис. 11.1). Синяя шпинель (цв. фото 2); некоторые редкие разновид-
ности синей шпинели окрашены кобальтом (как синтетическая си-
няя шпинель — рис. 11.1) и имеют в спектре тонкие линии, связанные
с присутствием кобальта
Включения: Мелкие октаэдры, «перья» с железистыми пятнами и (в камнях из
Шри-Ланки) цирконовые гало. (Синтетическая красная шпинель
имеет четкую криволинейную цветовую зональность; см. гл. 16)
Месторождения: Бразилия, Камбоджа, Шри-Ланка, Мьянма, Таиланд,
США, бывш. СССР (розовая)
Энстатит
Состав: (Mg, Fe)SiO3
Сингония: Ромбическая
Габитус: Призматический
Разновидности: Прозрачный до непрозрачного, бесцветный, коричневато-зе-
леный, зеленый, бронзовый; звездчатые камни и с эффектом кошачь-
его глаза
Показатель преломления: 1,65—1,68
Двупреломление и оптический знак: 0,01; положительный
Дисперсия: Слабая
Удельный вес: 3,25—3,30
Твердость: 5,5
Спайность: Отчетливая (по призме — в двух направлениях под углом около
90°)
Излом: Неровный
Блеск: Стеклянный
Плеохроизм: Сильный в коричневых камнях, более слабый в зеленых камнях
(два оттенка основного цвета)
Люминесценция: Отсутствует
Спектр поглощения: Полоса 506 нм в сине-зеленой области (цв. фото 2) со
смежными тонкими линиями у коричневых камней и (или) дублетом
в красной области у камней, окрашенных хромом.
Месторождения: Австрия (бронзовые камни), Мьянма, Индия (звездчатые
камни), ЮАР, Шри-Ланка (кошачий глаз)
334 Приложения
Приложение D
Искусственные ювелирные камни,
не встречающиеся в природе
Химический состав, константы, характеристики, методы синтеза
Гадолиниево-галлиевый гранат (ГГГ)
Состав: GdjGasOn
Сингония: Кубическая
Форма кристаллов: Столбчатые диаметром 7,5 см (первоначально произво-
дились как основа для блоков памяти компьютеров)
Цвет: Бесцветный (имитация алмаза), красный (марганец), желтый (празео-
дим), сиреневый (неодим), зеленый (хром или кобальт)
Показатель преломления: 1,97
Дисперсия: Высокая (0,045)
Удельный вес: 7,05
Твердость: 6,0 (хрупкий)
Блеск: Алмазовидный
Люминесценция: Бесцветные камни флюоресцируют персиковым цветом в
коротковолновом УФ (при облучении в течение нескольких минут
камень становится коричневым, но через несколько часов вновь ста-
новится бесцветным). В рентгеновских лучах люминесценция сире-
невая
Спектр поглощения: Окрашенные камни имеют спектр, соответствующий пе-
реходным или редкоземельным элементам
Метод синтеза: Метод вытягивания Чохральского
Иттриево-алюминиевый гранат (ИАГ)
Состав: Y3AI5O12
Сингония: Кубическая
Форма кристаллов: Длинные столбчатые диаметром 3,75 см (в основном про-
изводятся для использования в лазерах)
Цвет: Бесцветный (имитация алмаза), красный (содержит марганец), розо-
вый (эрбий), желтый (иттербий), бледно-зеленый (празеодим), изум-
рудно-зеленый (хром), голубой (кобальт)
Показатель преломления: 1,83
Дисперсия: Средняя (0,028)
Удельный вес: 4,58
Твердость: 8,5
Блеск: Алмазовидный
Люминесценция: Некоторые камни проявляют желтоватую флюоресценцию в
длинноволновом УФ и желтую или яркую розовато-лиловую в рент-
геновских лучах
Спектр поглощения: Окрашенные камни имеют спектр, характерный для пе-
реходных и редкоземельных элементов, но и некоторые бесцветные
Приложение D. Искусственные камни, не встречающиеся в природе 335
камни также имеют спектр, соответствующий редкоземельным эле-
ментам
Метод синтеза'. Метод вытягивания Чохральского и раствор-расплавный
метод
Кубический диоксид циркония* (цв. фото 8)
Состав'. ZrO2
Сингония'. Кубическая
Цвет: Бесцветный (имитация алмаза), густо-красный (окрашен примесью
церия), розовый (эрбия), желтый, оранжево-коричневый (церия), зе-
леный, сиреневый (неодима), голубой, лиловый; некоторые цвета
связаны с присутствием переходных элементов
Форма кристаллов: Столбчатые с искривленными гранями
Показатель преломления: 2,15—2,18 (зависит от количества стабилизатора)
Дисперсия: Очень высокая (0,065)
Удельный вес: 5,6—6,0 (зависит от количества стабилизатора)
Твердость: 8,5
Блеск: Алмазный
Люминесценция: Зелено-желтая до желтой в коротковолновом УФ, белесая в
рентгеновских лучах
Спектр поглощения: Интенсивные линии редкоземельных элементов у розо-
вых, сиреневых и оранжево-коричневых камней; камни глубокого
красного цвета (содержащие церий) имеют интенсивную полосу в
желтой области (575 нм) и сплошное поглощение от 560 нм до фиоле-
тового конца спектра; лиловые камни имеют три полосы в оранже-
вой, желтой и зеленой областях
Метод синтеза: Метод гарниссажа
Ниобат лития
Состав: LiNbCh
Сингония: Тригональная
Форма кристаллов: Столбчатые крупные
Цвет: Бесцветный (имитация алмаза), красный (с примесью железа), жел-
тый (никеля или марганца), зеленый (хрома), сине-фиолетовый (ко-
бальта)
Показатель преломления: 2,21—2,30
Двупреломление и оптический знак: 0,09, отрицательный
Дисперсия: Очень высокая (0,13)
Удельный вес: 4,64
Твердость: 5,5
Блеск: Алмазный
Спектр поглощения: Для окрашенных камней — в зависимости от примеси
Метод синтеза: Метод вытягивания Чохральского
* В России применяется под названием «фианит». — Прим. ред.
336 Приложения
Титанат стронция
Замечание'. В 1987 г. в СССР были найдены зерна природного SrTiO3, и ми-
нерал был назван таусонитом. Данный факт привел к тому, что этот матери-
ал следовало описывать как синтетический, а не искусственный, т. е. синте-
тический таусонит
Состав'. SrTiO3
Сингония'. Кубическая
Форма кристаллов: Були
Цвет: Бесцветный (имитация алмаза), красный, желтый, коричневый, голу-
бой при добавлении соответствующих переходных элементов
Показатель преломления: 2,41
Дисперсия: Очень высокая (0,19)
Удельный вес: 5,13
Твердость: 5,5 (подвержен разрушению при ультразвуковой очистке)
Блеск: Алмазный
Спектр поглощения: Для окрашенных камней — в зависимости от примеси
Метод синтеза: Метод плавления в пламени (для образования бесцветной
були используется печь Вернейля со специальной горелкой, обеспе-
чивающей большое количество кислорода)
Приложение Е
Теория цвета
Объяснение причин появления окраски в соответствии с современными тео-
риями приведено в деталях и с диаграммами в гл. 26 книги К. Нассау «Искус-
ственные драгоценные камни» (Gems Made by Man) (см. список литературы
в Приложении А). О некоторых из них говорилось в гл. 8, для понимания дру-
гих требуется знание физики, в основном находящейся вне сферы интересов
большинства геммологов. Однако для полноты картины суммируем их здесь.
1. В первую группу входят те окрашенные минералы, у которых одной из
основных составляющих является какой-нибудь из так называемых пе-
реходных элементов. Это минералы с идиохроматической (собственной)
окраской. Они отличаются тем, что имеют всегда практически один и
тот же цвет. Примерами могут служить альмандин, красный цвет кото-
рого обусловлен присутствием железа, малахит и бирюза, цвет которых
связан с наличием в них меди.
2. Вторая и наиболее важная для геммологии группа — драгоценные кам-
ни с аллохроматической окраской, которые по существу являются бес-
цветными минералами, а широкий диапазон их окрасок связан с при-
сутствием небольших количеств различных переходных элементов в
виде примесей. Хорошо известные примеры — изумруд и рубин (крас-
ный корунд, содержащий хром), аквамарин и желтый хризоберилл (со-
держащий железо).
Приложение Е. Теория цвета 337
3. Цвет минералов третьей группы вызван наличием центров окраски, ко-
торые приурочены к дефектам кристаллической решетки. Попав в та-
кую «ловушку», электрон может оказаться в положении, где обычно он
не должен находиться. Или же потеря электрона может приводить к
появлению дырки. Примерами ювелирных камней, цвет которых обус-
ловлен такими дефектами, являются флюорит, аметист и дымчатый
кварц.
4. Четвертая группа окраски связана с переносом заряда, который объяс-
няет различие в валентности двух разных переходных элементов или
двух ионов одного и того же элемента, находящихся в разных валент-
ных состояниях. Хорошо известным примером является сапфир, у ко-
торого цвет зависит не только от присутствия железа и титана, но и от
их валентностей. Если двухвалентный атом железа (Fe2+) и четырехва-
лентный атом титана (Ti4+) занимают соседние позиции алюминия в
кристалле корунда, может случиться, что электрон от двухвалентного
железа перейдет к четырехвалентному титану, в результате чего оба
иона станут трехвалентными. Процесс переноса заряда требует затрат
определенного количества энергии, которую обеспечивает поглощение
света, и таким образом появляется окраска минерала.
5. Красящие органические вещества, присутствующие в таких материа-
лах, как янтарь и коралл, включены Нассау в пятую группу. Красители
в прошлом использовались для окрашивания агатов, которые резали и
полировали в Идар-Оберштайне (Германия), но такая окраска со вре-
менем выцветала и сейчас предпочитают использовать более стойкие
неорганические красители.
6. В шестую группу помещены проводники, т. е. металлы, не часто рас-
сматриваемые в этой связи геммологами. Их типичный бриллиантовый
блеск приписывается свободному перемещению внешних электронов
от одного атома к другому, что делает эти материалы электро- и тепло-
проводными. Поток электронов обеспечивает непрозрачность и высо-
кую отражательную способность металлов. Однако существует некото-
рая разница между металлами в длинах волн света, которые наиболее
сильно ими отражаются, что и вызывает различия в цвете золота, меди,
серебра и т. д.
7. Седьмая группа Нассау включает в себя полупроводники, среди кото-
рых важное место занимает алмаз, а также такие минералы, как галенит
и пирит, имеющие металлический блеск. Для этих кристаллов харак-
терна ковалентная химическая связь, которая предполагает обобществ-
ление электронов, а не их переходы. Цвет таких материалов (не считая
тот, который связан с примесями) рассматривается в зонной теории и
зависит от наличия запрещенной энергетической зоны между зоной
проводимости и валентной зоной. Переходы между этими зонами, а не
между энергетическими уровнями отдельных атомов обусловливают
цвет некоторых драгоценных камней. Такой цвет не может быть инду-
цирован или изменен при какой-либо ювелирной обработке, посколь-
338 Приложения
ку он связан с самой кристаллической структурой драгоценного камня,
а не с ее дефектами или примесями. Если между уровнями энергии име-
ется широкая запрещенная зона, как в алмазе, кристалл будет практи-
чески бесцветным в видимой области спектра и неэлектропроводным.
Цвет алмаза, возникающий при облучении, является результатом обра-
зования центров окраски.
Введение таких атомов, как азот с его пятью внешними электрона-
ми, в решетку алмаза, в которой каждый атом углерода имеет только
четыре внешних электрона, означает, что атомы азота действуют как
доноры и их присутствие может сузить запрещенную зону. Это влечет
за собой поглощение алмазом света в фиолетовой области спектра и
окрашивание его в желтый цвет. Алмазы, содержащие изолированные
замещающие атомы азота в количестве около 100 частей на миллион
(10-4), очень редки, и их относят к типу 1b. Гораздо чаще встречаются
алмазы типа 1а, в котором азот содержится в большем количестве, но
здесь атомы азота уже не действуют как доноры, так как объединены в
более крупные кластеры. Алмазы типа 1а практически бесцветны.
Большинство алмазов представляет собой смесь алмазов типа 1а и ти-
па 1b.
Полосы поглощения, имеющиеся у большинства желтых или желто-
ватых алмазов хорошо известной серии Кейп, обусловлены наличием
так называемых N3-центров, которые, как полагают, представляют со-
бой треугольники, состоящие из трех ближайших соседних атомов азо-
та, связанных с обычным атомом углерода.
8. Восьмая группа по Нассау включает «допированные» полупроводни-
ковые кристаллы, такие, как алмаз, содержащий атомы бора, который,
как сейчас считают, является единственной, кроме азота, важнейшей
примесью в природных кристаллах алмаза. Поскольку атомы бора име-
ют на один электрон меньше, чем атомы углерода, присутствие этого
элемента создает акцепторные уровни, содержащие дырки для каждого
атома бора, попавшего в запрещенную зону. Результатом является ок-
рашивание в синий цвет не только редких природных алмазов, таких,
как «Хоуп», но и синтетических алмазов, в которые вводится бор. Та-
кое незначительное количество бора, как одна часть на миллион (10~6),
вызывает окрашивание в синий цвет и делает алмаз электропровод-
ным. Облучение электронами также может вызвать появление у алма-
за голубого цвета, но в этом случае эффект связан с образованием цен-
тров окраски.
Оставшиеся четыре случая возникновения окраски у драгоценных камней
Нассау классифицирует как оптические эффекты, и камни, у которых обна-
руживаются такие эффекты, обычно не относятся геммологами и дилерами к
окрашенным камням, даже если их стоимость зависит в основном от цвето-
вых эффектов. Последние вызываются такими физическими явлениями, как
дисперсия, рассеяние, интерференция и дифракция света.
Приложение F. Экзамены и образцы экзаменационных работ 339
Приложение F
Экзамены и образцы экзаменационных работ
Вводные замечания
И Предварительные и Дипломные экзамены в Геммологической ассоциации
Великобритании состоят из двух теоретических письменных работ. На каж-
дом теоретическом Предварительном экзамене дается пять вопросов, на каж-
дый из которых нужно попытаться ответить. Вместе с вопросами даются об-
разец необработанного кристалла (или его рисунок) и фотография огранен-
ного камня (образец и фотография должны быть сданы вместе с ответами в
конце экзамена). Если дан образец кристалла, студентам нужно иметь лупу с
увеличением 10х и ручку-фонарик для исследования этого кристалла. По-
скольку необязательные вопросы на этом экзамене отсутствуют, поступаю-
щие должны быть ознакомлены с полной программой, чтобы получить соот-
ветствующие оценки. На написание каждой работы дается 3 часа.
Каждая письменная работа Дипломного экзамена состоит из шести воп-
росов. Четыре вопроса являются обязательными. Из двух оставшихся допол-
нительных вопросов в каждом случае нужно ответить на один. Как и в случае
Предварительных экзаменов, на написание дается 3 часа.
Несмотря на ощущение, что ответить на пять вопросов в отведенное вре-
мя невозможно, поступающий должен первые 5 мин посвятить внимательно-
му прочтению всех вопросов, чтобы точно понять, что спрашивается в каж-
дом из них. В Дипломных теоретических экзаменах важно оценить, на какой
из дополнительных вопросов можно ответить лучше, чтобы получить более
высокую оценку (если студент одинаково хорошо знает ответы на оба вопро-
са, лучше выбрать тот из них, на который можно ответить за более короткое
время, возможно с помощью таблиц и графиков).
Чтобы успеть проверить все свои ответы, нужно точно рассчитать время
ответа на каждый вопрос — 30 мин (±2 мин). Если 5 мин использовано внача-
ле на чтение всех вопросов, остается 20 мин на проверку ответов. И в Предва-
рительных и в Дипломных работах наиболее важно, чтобы экзаменующийся
попытался ответить на все пять вопросов. Даже если на один или два вопроса
даны плохие или неполные ответы, они все равно будут хоть как-то оценены!
Одной из опасностей любого письменного экзамена является неправиль-
ное истолкование вопросов, хотя, как правило, их формулируют, стараясь из-
бежать какой-либо двусмысленности. Риск неправильного понимания воп-
роса можно снизить, предварительно ознакомившись с содержанием и
стилем работ предыдущих лет. Копии таких работ можно получить в офисе
Геммологической ассоциации в Лондоне.
Несмотря на недостаток времени, нужно стараться писать разборчиво.
Схемы должны быть достаточно крупными (количество бумаги не ограничи-
вается!) и существенные детали на них — ясно прокомментированы. Цель
каждого ответа — убедить экзаменатора в хорошем владении предметом, а
неразборчиво написанные ответы и трудно читаемые диаграммы отдаляют
эту цель.
340 Приложения
Все ответы должны быть написаны перьевой или шариковой ручкой. Схе-
мы следует рисовать карандашом с применением линейки. Ни в одной из ра-
бот нельзя пользоваться белой непрозрачной корректирующей жидкостью.
Экзаменаторы учитывают, что для многих студентов английский язык явля-
ется иностранным, поэтому за неправильное написание слов и грамматиче-
ские ошибки оценки не снижаются. Если нужно, студенты могут предварить
свои ответы пометкой: «Мой родной язык — не английский».
Для студентов, обучающихся заочно, практический экзамен может ока-
заться сложнее, чем теоретический. Практический экзамен продолжается
3'/2 часа и состоит из четырех разделов: 1) определение и описание (в том
числе сингонии) пяти кристаллических образцов с помощью одного только
визуального осмотра и просмотра через лупу; 2) точное измерение (до треть-
его знака после запятой) показателя преломления и двупреломления пяти
полированных срезов (это могут быть не только ювелирные материалы,
включенные в программу, но идентифицировать их не требуется); 3) иденти-
фикация десяти ограненных драгоценных камней с использованием необхо-
димого оборудования (описание огранки, цвета и использованных вами ме-
тодов — проверка твердости запрещена!) и, наконец, 4) идентификация пяти
образцов только с помощью спектроскопа (нужно указать увиденные линии
поглощения, нанеся их на схему с четко отмеченными красным и синим кон-
цами спектра).
Как и в случае теоретических экзаменов, рекомендуем точно рассчитать
время, необходимое на каждый раздел. На каждое определение следует тра-
тить не больше 7—8 мин. Оставшиеся 15 мин нужно использовать для провер-
ки ответов и повторного определения образцов, которые вызывают сомнения
(это возможно, если камень есть в наличии).
Поскольку большинство вопросов, вынесенных на экзамен, требует ис-
пользования оптического оборудования, уровень освещенности в аудитории
обычно понижен. Поэтому перед тем как войти в это помещение, рекоменду-
ем избегать яркого солнечного света и дать глазам несколько минут для адап-
тации к такой освещенности.
Во время практического экзамена каждому поступающему предоставляет-
ся таблица с константами драгоценных камней, но поскольку для теоретиче-
ского экзамена эти значения нужно знать, можно сохранить время, если об-
ращаться к этим таблицам только в крайнем случае.
В более крупных экзаменационных центрах, например в Лондоне, узким
местом могут стать оборудование и наличие образцов. Экзаменующиеся
должны быть готовы использовать свое время наилучшим образом, пусть
даже нарушая традиционную последовательность тестов и беря следующий
освободившийся образец из любого раздела в ходе экзамена. Из-за этого
очень важно на обороте проверочного листа в контрольном списке галоч-
кой отмечать каждый просмотренный образец, что позволит избежать по-
второв. Этот список нужно показывать помощнику экзаменатора каждый
раз, когда нужен следующий образец, чтобы он смог выдать не отмеченный
в списке камень.
Приложение F. Экзамены и образцы экзаменационных работ 341
Для студентов заочных курсов (Предварительных и Дипломных), которые
не имеют доступа к приборам для тестирования драгоценных камней, нужно
пройти 3-4-дневные курсы подготовки (которые проводят непосредственно
перед сдачей соответствующих экзаменов), чтобы они научились пользовать-
ся рефрактометром, микроскопом, полярископом и тяжелыми жидкостями.
Копии программ для Предварительных и Дипломных экзаменов по геммоло-
гии можно получить в Геммологической ассоциации Великобритании (27 Greville
Street, London EC1N 8TN, UK; telephone 0171 404 3334).
Список вопросов по программе Предварительного курса
Введение — природа ювелирных материалов.
1. Природные ювелирные материалы.
2. Кристаллические вещества.
3. Прочность.
4. Удельный вес.
5. Свет.
6. Отражение и его эффекты.
7. Преломление и двупреломление; рефрактометр.
8. Цвет; видимый спектр и спектроскоп.
9. Поляризованный свет; полярископ и дихроскоп.
10. Использование невидимого излучения, энергия и флюоресценция.
11. Лупа с увеличением Юхи микроскоп.
12. Химический состав, сингония и габитус, характерные формы кристаллов,
спайность и излом, твердость, удельный вес, цвет и вызывающие его при-
чины, плеохроизм, блеск, эффекты внутреннего отражения, показатель
преломления и двупреломление, дисперсия, характерные включения, ос-
новные промышленные месторождения мира, добыча и способы обога-
щения для всех разновидностей следующих камней: берилл, хризоберилл,
корунд, алмаз, группа гранатов, жадеит, нефрит, опал, перидот, кварц
(халцедон), шпинель, топаз, турмалин и циркон.
Спектры поглощения (см. п. 8) следующих камней: гранат альмандин,
жадеит, синий сапфир, рубин, циркон, изумруд, перидот, окрашенное
кобальтом синее стекло, окрашенное селеном красное стекло, окрашен-
ная кобальтом синяя шпинель, синтезированная методом Вернейля.
13. Образование, структура и простейшие методы идентификации природно-
го и культивированного жемчуга. Образование, свойства и идентифика-
ция янтаря, коралла и гагата.
14. Описание, идентификация и определение искусственных и синтетических
ювелирных камней. Плавление в пламени, раствор-расплавный и гидро-
термальный методы синтеза. Паста (искусственное стекло) и пластмасса.
15. Описание и простейшие методы идентификации имитаций драгоценных
камней и составных камней. Отличие алмаза от его имитаций (в частно-
сти, кубического диоксида циркония).
16. Описание и простейшие методы идентификации «облагороженных» дра-
гоценных камней.
342 Приложения
17. Наиболее важные отличительные особенности (описательного характера;
количественные показатели требуются только те, которые указаны выше)
следующих камней: кальцит (разновидности), полевой шпат (разновид-
ности), флюорит, гипс (включая алебастр), гематит, лазурит, малахит, пи-
рит, слоновая кость, природные стекла (включая обсидиан), родохрозит,
родонит, серпентин (включая бовенит), содалит, стеатит, танзанит (цои-
зит), черепаховый панцирь, бирюза.
18. Огранка драгоценных камней. Описание видов огранки и их выбор.
Список вопросов по программе Дипломного курса
Дипломная программа включает в себя всю Предварительную одновременно
с более глубоким изучением следующих вопросов:
1. Природа драгоценных камней, их происхождение и месторождения.
2. Атомная и кристаллическая структура драгоценных камней.
3. Оптические свойства; их использование при тестировании драгоценных
камней.
4. Спектр электромагнитных волн; видимый спектр и спектроскоп.
5. Цвет и оптические эффекты в драгоценных камнях.
6. Невидимое излучение и энергия в тестировании драгоценных камней;
особенности методов тестирования.
7. Использование увеличения; изучение включений.
8. Описание природных ювелирных материалов неорганического происхож-
дения; все драгоценные камни и их свойства, перечисленные в программе
Предварительного курса (п. 12), с добавлением (где это применимо) спек-
тров поглощения, люминесценции и двупреломления, оптического харак-
тера и оптического знака плюс все свойства следующих ювелирных
камней: апатит, полевой шпат (лунный камень, лабрадор, амазонит и сол-
нечный камень), иолит (кордиерит) и цоизит (танзанит).
Наиболее характерные особенности драгоценных камней, перечислен-
ные в п. 17 программы Предварительного курса, и дополнительно: андалу-
зит, диопсид, гидрогроссуляр, кианит, природные стекла (включая обси-
диан и молдавит), скаполит, сингалит и сподумен.
9. Описание природных ювелирных материалов органического происхож-
дения: янтарь, копал, коралл, слоновая кость, гагат, черепаховый пан-
цирь, жемчуг (природный и культивированный) и раковины.
10. Искусственные и составные ювелирные камни и имитации: определение
и идентификация имитаций драгоценных камней. Как отличить алмаз от
его имитаций (в частности, кубического диоксида циркония, иттриево-
алюминиевого граната и титаната стронция)?
Способы производства искусственных ювелирных материалов (гар-
ниссаж, вытягивание кристалла из расплава, метод зонной плавки).
Определение и идентификация составных камней, имитаций и поде-
лочных материалов, включая пластмассы, искусственное стекло, имита-
ции жемчуга, опала и жада.
Приложение F. Экзамены и образцы экзаменационных работ 343
11. «Облагораживание» ювелирных материалов и методы облагораживания.
12. Огранка драгоценных камней. Изготовление бриллиантов, огранка
цветных камней, резьба и гравирование. Выбор способа и формы ог-
ранки.
Два примера Предварительных экзаменационных
теоретических работ (составлены с сохранением стиля и
содержания действующих тестов)
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ЭКЗАМЕН 1
ВРЕМЯ: 3 ЧАСА
Следует ответить на все вопросы.
За ответ на каждый вопрос можно получить максимум 10 баллов.
Желательно приводить информацию в виде таблиц и схем.
1. Дается бесцветный прозрачный образец кристалла ——
кварца. \1
а) Как называется эта разновидность кварца? \^-1 -tr
б) С помощью схем опишите сингонию, к которой
относится кварц; при этом укажите кристаллографические оси и пе-
речислите элементы симметрии.
в) Укажите, является ли этот материал изотропным, одно- или двуос-
ным.
г) Назовите простые формы кристалла представленного образца.
д) Осмотрите внимательно образец и опишите какие-либо видимые
структуры роста.
е) Назовите и кратко опишите три микрокристаллических разновидно-
сти кварца.
2. Подробно опишите метод гидростатического взвешивания для опреде-
ления удельного веса. Каковы преимущества и недостатки этого мето-
да? Опишите, какие предосторожности необходимы для получения
точных результатов.
Если камень весит 10 кар в воздухе и 7,5 кар в воде, каков его удель-
ный вес?
3. Различия между:
а) Спайностью и изломом.
б) Аллохроматической и идиохроматической окраской.
в) Астеризмом и эффектом кошачьего глаза.
4. Приведите как можно больше сведений о:
а) Группе гранатов.
б) Турмалине.
5. Перечислите и опишите минералы шкалы твердости Мооса. В чем раз-
ница между твердостью и прочностью драгоценных камней? Назовите
какой-нибудь драгоценный камень твердый, но хрупкий, а также ка-
мень твердый и прочный.
344 Приложения
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ЭКЗАМЕН 2 ВРЕМЯ: 3 ЧАСА
Следует ответить на все вопросы.
За ответ на каждый вопрос можно получить максимум 10 баллов.
Желательно приводить информацию в виде таблиц и схем.
1. а) Назовите тип показанной здесь огранки драгоценного камня.
б) Для каких драгоценных камней обычно используется та-
кая форма?
в) Назовите модификацию этой огранки, у которой прямо- ШйэдцП
угольный контур и треугольные грани вокруг площадки.
г) Опишите, как спайность помогает или мешает огранщикам драго-
ценных камней и алмазов.
2. Дайте определение:
а) Плотности.
б) Удельного веса.
в) Метрического карата.
г) Нанометра.
д) Дисперсии.
3. Приведите как можно больше.сведений о:
а) Жадеите
б) Гагате.
в) Хризоберилле.
4. а) Назовите и кратко опишите два метода выращивания синтетическо-
го изумруда.
б) Объясните, как отличить природный синий сапфир от синего сапфи-
ра, выращенного методом Вернейля.
5. а) С помощью чертежей опишите принцип полного внутреннего отра-
жения и покажите, как он используется в конструкции рефрактомет-
ра полного внутреннего отражения.
б) Почему нет смысла пытаться измерить показатель преломления ал-
маза на таком рефрактометре?
в) Почему при пользовании рефрактометром полного внутреннего от-
ражения необходима контактная жидкость и что ограничивает значе-
ния показателей преломления, определяемых с помощью такого ре-
фрактометра, величиной 1,81?
Два примера Дипломных экзаменационных теоретических работ
(составлены с сохранением стиля и содержания действующих тестов)
ДИПЛОМНЫЙ ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ЭКЗАМЕН 1 ВРЕМЯ: 3 ЧАСА
Следует ответить только на ПЯТЬ вопросов.
На вопросы 1, 2, 3 и 4 ответы ОБЯЗАТЕЛЬНЫ.
Ответьте на вопрос 5 ИЛИ 6.
За ответ на каждый вопрос можно получить максимум 20 баллов.
Желательно приводить информацию в виде таблиц и схем.
Приложение F. Экзамены и образцы экзаменационных работ 345
1. а) Опишите процесс отжига, используемый для улучшения или измене-
ния цвета корундов, и укажите, устойчив ли результат такой обработки.
б) Какие признаки проведения отжига вы можете найти у этих драго-
ценных камней?
2. Объясните смысл следующих терминов:
а) Поликристаллический.
б) Изоморфное замещение.
в) Параллельный рост.
г) Метамиктный.
д) Закрытая форма.
е) Эвгедральный.
ж) Аномальное двупреломление.
з) Метаморфический.
3. а) Опишите с помощью схемы конструкцию полярископа.
б) Объясните, что вы можете увидеть в полярископе при вращении
анизотропного драгоценного камня между скрещенными поляриза-
ционными фильтрами.
в) Какой эффект проявляется при вращении халцедона между этими
фильтрами? Объясните причину его появления.
г) Опишите и объясните, что именно вы наблюдаете, вращая пасту (ис-
кусственное стекло) между фильтрами.
4. Дайте определения терминам:
а) Имитация.
б) Синтетический.
в) Критический угол.
г) «Мэкл».
д) Дифракция.
е) Оптическая ось.
ж) Интерференция.
ДАЙТЕ ОТВЕТ НА ВОПРОС 5 ИЛИ 6 - НЕ НУЖНО ОТВЕЧАТЬ НА ОБА
ВОПРОСА
5. У вас есть ожерелье из прозрачных бесцветных ограненных камней,
часть которых — бриллианты. Используя рефлектометр и измеритель
теплопроводности:
а) Опишите результаты, которые вы ожидаете получить с помощью
каждого прибора.
б) Перечислите достоинства и недостатки каждого прибора.
6. Объясните явления ультрафиолетовой флюоресценции и фосфорес-
ценции драгоценных камней. Опишите результаты, которые можно по-
лучить при анализе следующих предметов с помощью длинно- и корот-
коволнового ультрафиолетового излучения:
а) Брошь с большим количеством бриллиантов.
б) Обручальное кольцо с кубическим диоксидом циркония.
в) Кольцо с бесцветной синтетической шпинелью.
346 Приложения
ДИПЛОМНЫЙ ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ЭКЗАМЕН 2 ВРЕМЯ: 3 ЧАСА
Следует ответить только на ПЯТЬ вопросов.
На вопросы 1, 2, 3 и 4 ответы ОБЯЗАТЕЛЬНЫ.
Ответьте на вопрос 5 ИЛИ 6.
За ответ на каждый вопрос можно получить максимум 20 баллов.
Желательно приводить информацию в виде таблиц и схем.
1. а) Перечислите оптические и другие физические свойства драгоценных
камней, изменяющиеся в зависимости от направления.
б) Опишите конструкцию и использование какого-нибудь прибора
(кроме рефрактометра), в котором используется одно из таких
свойств.
2. а) Как различить поверхность излома, плоскость спайности и полиро-
ванную грань драгоценного камня?
б) Опишите спайность и перечислите плоскости спайности, которые
можно было бы обнаружить в призме топаза и ромбоэдре кальцита.
в) Что в кристаллических материалах вызывает появление спайности, а
что — отдельности?
3. а) Как измерить удельный вес крупного (200 г) резного камня?
б) У вас есть смешанный лот мелких голубых бусин, состоящий из тур-
малина, аквамарина и синтетической шпинели. Каким способом
можно быстро разделить эти бусины на три группы?
в) Какие предосторожности нужно соблюдать при использовании тя-
желых жидкостей?
г) Перечислите сравнительные достоинства и недостатки определения
удельного веса с помощью тяжелых жидкостей и методом гидроста-
тического взвешивания.
4. а) Опишите конструкцию и использование ручного спектроскопа.
б) Если вы видите одинаковые линии поглощения или флюоресценции
в спектре всех тестируемых с помощью спектроскопа камней, какая
причина может это вызывать?
ДАЙТЕ ОТВЕТ НА ВОПРОС 5 ИЛИ 6 - НЕ НУЖНО ОТВЕЧАТЬ НА ОБА
ВОПРОСА
5. Опишите источники получения, состав, физические/оптические кон-
станты и способы идентификации:
а) Слоновой кости.
б) Янтаря.
в) Гагата.
г) Коралла.
6. Опишите, используя схемы, четыре типа составных камней, называя
компоненты и драгоценные камни, которые они имитируют.
Какие методы можно использовать и какие признаки можно увидеть,
чтобы доказать, что каждый из этих камней составной?
Приложение G. Постоянные ювелирных камней 347
Приложение G
Постоянные ювелирных камней
(камни — в алфавитном порядке)
Ювелирный камень Сингония Показатель преломления (приблизит.) Дву прелом- ление и опти- ческий знак Дисперсия Удельный вес Твердость
Аквамарин — см. Берилл Александрит — см. хризоберилл Алмаз Кубическая 2,417 0,044 3,52 10,0
Альмандин (гранат) Кубическая 1,77-1,81 — 0,024 3,8-4,2 7,5
Амазонит (полевой шпат, Триклинная 1,52-1,54 -0,008 0,012 2,56 6,0
микроклин) Андалузит Ромбическая 1,63-1,64 -0,01 0,016 3,18 7,5
Андрадит (демантоид, гранат) Кубическая 1,89 — 0,057 3,85 6,5
Апатит Гексагональная 1,63-1,64 -0,003 0,013 3,18-3,22 5,0
Бенитоит Тригональная 1,76-1,80 +0,046 0,046 3,65-3,68 6,5
Берилл (аквамарин, Гексагональная 1,57-1,59 -0,005/6 0,014 2,71 7,5-8,0
изумруд, гошенит, гелиодор, ванадиевый берилл) Биксбиит (красный берилл) Гексагональная 1,586-1,594 -0,008 0,014 2,80 7,5-8,0
Бирюза Триклинная 1,61-1,65 — — 2,6-2,9 5,5-6,0
Бовенит Моноклинная 1,56 2) — 2,58-2,64 4,0-5,0
Гагат Аморфный 1,64-1,68 — — 1,3-1,4 2,5-4,0
ГГГ Кубическая 1,97 — 0,045 7,05 6,0
Гелиодор — см. Берилл Гематит Гессонит — см. Гроссуляр Гидденит — см. Сподумен Гошенит — см. Берилл Гранат — см. Альмандин, Тригональная 2,94-3,22 -0,28 - 4,9-5,3 5,5-6,5
андрадит, гроссуляр, пироп, спессартин, уваровит Гроссуляр (гессонит, гранат) Кубическая 1,74-1,75 0,028 3,6-3,7 7,0-7,5
Данбурит Демантоид — см. Андрадит Ромбическая 1,63-1,64 ±0,006 0,017 3,0 7,0
Диопсид Моноклинная 1,67-170 +0,027 — з,з 5,0
Диоптаз Дихроит — см. Иолит Тригональная 1,644-1,709 +0,053 0,03 3,25-3,35 5,0
Жадеит Моноклинная 1,66-1,68 2) — 3,330-3,36 6,5-7,0
Жемчуг (природный) Ромбическая 1,52-1,66 — — 2,68-2,78 2,5-3,5
ИАГ Кубическая 1,83 — 0,028 4,58 8,5
Идокраз Изумруд — см. Берилл Тетрагональная 1,70-1,723 ±0,005 0,019 3,32-3,42 6,5
Иолит (кордиерит, дихроит) Ромбическая 1,54-1,55 -0,009 0,017 2,57-2,61 7,5
Кальцит Тригональная 1,486-1,658 -0,172 0,02 2,71 3,0
Кварц Тригональная 1,544-1,553 +0,009 0,013 2,65 7,0
Кианит Триклинная 1,715-1,732 -0,017 0,02 3,65-3,69 5,0 и 7,0
Коралл (белый и розовый) Тригональная — 2) — 2,6-2,84 3,5-4,0
Коралл (черный) Кордиерит — см. Иолит Тригональная — — — 1,34-1,46 3,5
Корнерупин Ромбическая 1,67-1,68 -0,013 0,019 3,28-3,35 6,5
Корунд (рубин, сапфир) Тригональная 1,76-1,77 -0,008 0,018 3,99 9,0
Кость (дентин) Аморфная 1,54 — — 1,70-2,00 2,0-3,0
Кость (растительная) Аморфная 1,54 — — 1,38-1,54 2,5
Кубический диоксид циркония Кунцит — см. Сподумен Кубическая 2,15-2,18 — 0,065 5,6-6,0 8,5
348 Приложения
Продолжение
Ювелирный камень Сингония Показатель преломления (приблизит.) Двупрелом- ление и опти- ческий знак Дисперсия Удельный вес Твердость
Лабрадор (полевой шпат) Триклинная 1,56-1,57 -0,009 0,012 2,69-2,72 6,0
Лазурит — 1,50 — — 2,7-2,9 5,5
Лунный камень и ортоклаз (полевой шпат) Моноклинная 1,52-1,53 -0,006 — 2,56 6,0-6,5
Малахит Моноклинная 1,66-1,91 -0,25 — 3,8 4,0
Машише и машише-тип берилл Гексагональная Микроклин — см. Амазонит 1,584-1,592 -0,008 — 2,80 7,5
Молдавит Аморфный 1,50 — — 2,4 5,5
Морганит (розовый берилл) Гексагональная 1,586-1,594 -0,008 0,014 2,80 7,5-8,0
Муассанит (синтетический) Гексагональная Мыльный камень — см. Стеатит 2,65-2,69 +0,043 0,104 3,22 9,25
Нефрит Моноклинная 1,62 2) — 2,90-3,2 6,5
Ниобат лития Тригональная 2,21-2,30 -0,09 0,13 4,64 5,5
Обсидиан Аморфный 1,50 — 0,01 2,3-2,5 5,0
Огненный опал Аморфный 1,40 — — 2,0 6,0
Одонтолит Аморфный 1,57-1,63 — — 3,25 5,0
Олигоклаз (полевой шпат) Триклинная 1,53-1,54 -0,007 — 2,64 6,0
Опал (кроме огненного опала) Ортоклаз — см. Лунный камень Аморфный 1,45 — — 2,1 6,0
Перидот Ромбическая 1,65-1,69 +0,036 0,02 3,34 6,5
Пирит Кубическая — — — 4,84 6,5
Пироп (гранат) Полевой шпат — см. Амазонит, лунный камень, олигоклаз, ортоклаз, солнечный камень Кубическая 1,74-1,77 0,022 3,7-3,8 7,0-7,5
Пренит Ромбическая 1,61-1,64 +0,03 — 2,88-2,94 6,0
Родонит Триклинная 1,72-1,74 ±0,014 — 3,4-3,7 6,0
Родохрозит Рубин — см. Корунд Тригональная 1,60-1,82 -0,22 — 3,5-3,6 4,0
Рутил Сапфир — см. Корунд Тетрагональная 2,61-2,90 +0,287 0,28 4,2-4,3 6,5
Сингалит Ромбическая 1,67-1,71 -0,038 0,018 3,48 6,5
Скаполит (голубой, розовый, бесцветный) Тетрагональная 1,545-1,56 -0,016 0,017 2,63 6,0
Скаполит (желтый) Тетрагональная 1,55-157 -0,02 0,017 2,74 6,0
Содалит Солнечный камень — см. Олигоклаз Кубическая 1,48 — — 2,28 5,5-6,0
Соссюрит — 1,57-1,70 2) — 3,4 6,5
Спессартин (гранат) Кубическая 1,80-1,82 — 0,027 4,16 7,25
Сподумен (гидденит, кунцит) Моноклинная 1,66-1,68 +0,015 0,017 3,18 7,0
Стеатит (мыльный камень) Сфен — см. Титанит Моноклинная 1,55 — — 2,5-2,8 1,0+
Тааффеит Танзанит — см. Цоизит Гексагональная 1,717-1,723 -0,004 — 3,60-3,61 8,0
Титанат стронция Кубическая 2,42 — 0,19 5,13 5,5
Титанит (сфен) Топаз (белый, голубой, Моноклинная 1,89-2,02 +0,13 0,051 3,53 5,5
желтый, коричневый) Топаз (красный, розовый, Ромбическая 1,61-1,62’ +0,01 0,014 3,56 8,0
оранжевый) Ромбическая 1,63-1,64’ +0,008 0,014 3,53 8,0
Турмалин Тригональная 1,62-1,66 -0,018 0,017 3,01-3,11 7,0-7,5
Уваровит (гранат) Кубическая 1,87 — — 3,77 7,5
Фенакит Тригональная 1,65-1,67 +0,016 0,015 2,95-2,97 7,5
Флюорит Кубическая 1,434 — 0,007 3,18 4,0
Приложение G. Постоянные ювелирных камней 349
Продолжение
Ювелирный камень Сингония Показатель преломления (приблизит.) Дву прелом- ление и опти- ческий знак Дисперсия Удельный вес Твердость
Халцедон Тригональная 1,53-1,54 1) — 2,58-2,64 6,5
Хризоберилл (александрит, цимофан) Ромбическая 1,74-1,75 +0,009 0,014 3,72 8,5
Хризоколла Цимофан — см. Хризоберилл Моноклинная 1,50 о — 2,0-2,45 2,0-4,0
Циркон (высокий) Тетрагональная 1,93-1,99 +0,059 0,039 4,68 7,25
Циркон (низкий) Циркония диоксид — см. Кубический диоксид циркония Метамиктный 1,78-1,84 — — 3,9-4,1 6,0
Цоизит (танзанит — синий цоизит) Ромбическая 1,69-1,70 +0,009 0,012 3,35 6,5
Шеелит Тетрагональная 1,92-1,93 +0,016 0,038 5,9-6,1 4,5
Шпинель (природная) Кубическая 1,712-1,725 — 0,020 3,60 8,0
Шпинель (синтетическая) Кубическая 1,727 — 0,020 3,64 8,0
Энстатит Ромбическая 1,66-1,67 +0,01 — 3,25-3,30 5,5
Янтарь Аморфный 1,54 — — 1,05-1,10 2,5
° Микрокристаллический.
2) Поликристаллический.
3) По Гуверу показатель преломления топаза зависит от содержания фтора, а не от цвета. Поэтому не следует увязывать
цвет топаза с его показателем преломления, а его двупреломление нужно считать в среднем равным 0,009 независимо
от содержания фтора.
Константы ювелирных камней
(в порядке возрастания показателя преломления)
Показатель преломления (приблизит.) Двупрелом- ление и опти- ческий знак Ювелирный камень Сингония- Дисперсия Удельный вес Твердость
1,40 — Огненный опал .Аморфный — 2,0 6,0
1,434 — Флюорит Кубическая 0,007 3,18 4,0
1,45 — Опал (кроме огненного) Аморфный — 2,1 6,0
1,48 — Содалит Кубическая — 2,28 5,5-6,0
1,486-1,658 -0,172 Кальцит (исландский шпат) Тригональная 0,02 2,71 з,о
1,50 1) Хризоколла Моноклинная — 2,0-2,45 2,0-4,0
1,50 — Лазурит — — 2,7-2,9 5,5
1,50 — Молдавит Аморфный — 2,4 5,5
1,50 — Обсидиан Аморфный 0,01 2,3-2,5 5,0
1,52-1,53 -0,006 Лунный камень, ортоклаз (полевые шпаты) Моноклинная — 2,56 6,0
1,52-1,54 -0,008 Микроклин, амазонит (полевые шпаты) Триклинная — 2,56 6,0
1,52-1,66 — Жемчуг (природный) Ромбическая — 2,70-2,74 2,5-3,5
1,53-1,54 И Халцедон Тригональная — 2,58-2,64 6,5
1,53-1,54 -0,007 Олигоклаз и солнечный камень (полевой шпат) Триклинная — 2,64 6,0
1,54 — Янтарь Аморфный — 1,05-1,10 2,5
1,54 — Кость (дентин) Аморфный — 1,70-2,00 2,0-3,0
1,54 — Кость (растительная) Аморфный — 1,38-1,42 2,5
1,54-1,55 -0,009 Иолит (кордиерит, дихроит) Ромбическая 0,017 2,57-2,61 7,5
1,544-1,553 +0,009 Кварц (горный хрусталь) Тригональная 0,013 2,65 7,0
1,544-1,56 -0,016 Скаполит (голубой, розовый, Тетрагональная бесцветный) 0,017 2,634 6,0
1,55 — Стеатит (мыльный камень) Моноклинная — 2,5-2,8 1,0+
1,55-1,57 -0,02 Скаполит (желтый) Тетрагональная 0,017 2,74 6,0
350 Приложения
Продолжение
Показатель преломления (приблизит.) Двупрелом- ление и опти- ческий знак Ювелирный камень Сингония Дисперсия Удельный вес Твердость
1,56 2) Бовенит Моноклинная — 2,58-2,62 4,0-5,0
1,56-1,57 +0,009 Лабрадор (полевой шпат) Триклинная 0,012 2,69-2,72 6,0
1,57-1,63 — Одонтолит Аморфный — 3,0-3,25 5,0
1,57-1,59 -0,005 Берилл (аквамарин, изумруд, Гексагональная 0,014 2,71 7,5-8,0
гошенит, гелиодор, ванадие-
вый берилл)
1,57-1,70 2) Соссюрит — — 3,0-3,4 6,5
1,584-1,592 -0,008 Машише и машише-тип Гексагональная — 2,80 7,5
берилл
1,586-1,594 -0,008 Берилл (морганит и биксбит) Гексагональная 0,014 2,80 7,5-8,0
1,60-1,82 -0,22 Родохрозит Тригональная — 3,5-3,6 4,0
1.61 2) Нефрит Моноклинная — 2,9-3,2 6,5
1,61-1,623) +0,01 Топаз (белый, голубой, Ромбическая 0,014 3,56 8,0
желтый, коричневый)
1,61-1,64 +0,03 Пренит Ромбическая — 2,88-2,94 6,0
1,61-1,65 — Бирюза Триклинная — 2,6-2,9 5,5-6,0
1,61-1,66 -0,018 Турмалин Тригональная 0,017 3,01-3,11 7,0-7,5
1,63-1,64 -0,01 Андалузит Ромбическая 0,016 3,18 7,5
1,63-1,64 -0,003 Апатит Гексагональная 0,013 3,18-3,22 5,0
1,63-1,64 ±0,006 Данбурит Ромбическая 0,017 3,0 7,0
1,63-1,643) +0,008 Топаз (красный, розовый, Ромбическая 0,014 3,53 8,0
оранжевый)
1,64-1,68 — Гагат Аморфный — 1,3-1,4 2,5-3,5
1,644-1,709 +0,053 Диоптаз Тригональная 0,03 3,25-3,35 5,0
1,65-1,67 +0,016 Фенакит Тригональная 0,015 2,95-2,97 7,5
1,65-1,69 +0,036 Перидот Ромбическая 0,02 3,34 6,0
1,66-1,67 +0,01 Энстатит Ромбическая — 3,25-3,30 5,5
1,66-1,68 2) Жадеит Моноклинная — 3,3-3,36 6,5-7,0
1,66-1,68 +0,015 Сподумен (кунцит, гидденит) Моноклинная 0,017 3,18 7,0
1,66-1,91 -0,25 Малахит Моноклинная — 3,8 4,0
1,67-1,68 -0,013 Корнерупин Ромбическая 0,019 3,28-3,35 6,5
1,66-1,70 +0,027 Диопсид Моноклинная — 3,3 5,0
1,67-1,71 -0,038 Сингалит Ромбическая 0,018 3,48 6,5
1,69-1,70 +0,009 Цоизит (танзанит) Ромбическая 0,012 3,35 6,5
1,70-1,72 ±0,005 Идокраз Тетрагональная 0,019 3,32-3,42 6,5
1,712-1,730 - Шпинель Кубическая 0,020 3,6 8,0
1,715-1,732 -0,017 Кианит Триклинная 0,02 3,65-3,69 5,0 и 7,0
1,717-1,723 -0,004 Тааффеит Гексагональная — 3,60-3,61 8,0
1,72-1,74 +0,014 Родонит Триклинная — 3,4-3,7 6,0
1,727 — Шпинель (синтетическая) Кубическая 0,020 3,64 8,0
1,74-1,75 +0,009 Хризоберилл (александрит, Ромбическая 0,014 3,72 8,0
цимофан)
1,74-1,75 — Гроссуляр (гессонит, гранат) Кубическая 0,028 3,6-3,7 7,0-7,5
1,74-1,77 — Пироп (гранат) Кубическая 0,022 3,7-3,8 7,0-7,5
1,76-1,77 -0,008 Корунд (рубин, сапфир) Тригональная 0,018 3,99 9,0
1,76-1,80 +0,047 Бенитоит Тригональная 0,04 3,65-3,68 6,5
1,77-1,81 — Альмандин (гранат) Кубическая 0,024 3,8-4,2 7,5
1,78-1,84 — Циркон (низкий) Метамиктный — 3,9-4,1 6,0
1,80-1,82 — Спессартин (гранат) Кубическая 0,027 4,16 7,25
1,83 — ИАГ Кубическая 0,028 4,58 8,5
1,87 — Уваровит Кубическая — 3,77 7,5
1,89 — Андрадит (демантоид, гранат) Кубическая 0,057 3,85 6,5
1,89-2,02 +0,13 Титанит (сфен) Моноклинная 0,051 3,53 5,5
1,92-1,93 +0,016 Шеелит Тетрагональная 0,038 5,9-6,1 4,5
1,93-1,99 +0,059 Циркон (высокий) Тетрагональная 0,039 4,68 7,25
Приложение Н. Единицы измерения 351
Продолжение
Показатель преломления (прибл.) Дву прелом- ление и опти- ческий знак Ювелирный камень Сингония Дисперсия Удельный вес Твердость
1,97 — ГГГ Кубическая 0,045 7,05 6,0
2,15-2,18 — Кубический диоксид циркония Кубическая 0,065 5,6-6,0 8,5
2,21-2,30 -0,09 Ниобат лития Тригональная 0,130 4,64 5,5
2,417 — Алмаз Кубическая 0,044 3,52 10,0
2,42 — Титанат стронция Кубическая 0,19 5,13 5,5
2,61-2,90 +0,287 Рутил Тетрагональная 0,28 4,2-4,3 6,5
2,65-2,69 +0,043 Муассанит (синтетический) Гексагональная 0,104 3,22 9,25
2,94-3,22 -0,28 Микрокристаллический. 2) Поликристаллический. Гематит Тригональная 4,9-5,3 5,5-6,5
3) По Гуверу показатель преломления топаза зависит от содержания фтора, а не от цвета. Поэтому не следует увязывать
цвет топаза с его показателем преломления, а его двупреломление нужно считать в среднем равным 0,009 независи-
мо от содержания фтора.
Приложение H
Единицы измерения
Вес (масса)
Стандартной международной (СИ) единицей массы является килограмм (кг).
Наиболее часто используются более мелкие подразделения грамм (г) и мил-
лиграмм (мг).
1 кг = 1000 г
1 г = 1000 мг
— 0,03527 английской унции (1 англ, унция = 28,3495 г)
= 0,03215 тройской унции (1 тройская унция = 31,1035 г)
Для драгоценных камней стандартной единицей массы является метриче-
ский карат (кар).
1 кар = 0,2 г (1 г = 5 кар)
= 0,007055 английской унции (1 англ, унция = 141, 7475 кар)
= 0,006430 тройской унции (1 тройская унция = 155, 517 кар)
Для взвешивания жемчуга стандартной единицей является грейнер:
1 грейнер - 0,25 кар (1 кар — 4 грейнерам)
Замечание. Массу мелких необработанных алмазов иногда выражают в
Грейнерах (например, 1,0 кар может быть выражен как «четыре грейнера»).
Массу ограненных алмазов менее 1,0 кар можно выразить в пунктах (пой-
нтах):
1 пункт = 0,01 кар (1 кар = 100 пунктам)
352 Приложения
Длина
Стандартной международной (СИ) единицей измерения длины является
метр (м). Наиболее часто используются его подразделения: сантиметр (см),
миллиметр (мм), микрометр (мкм, ранее называвшийся «микроном») и нано-
метр (нм).
1 м = 100 см
1 см = 10 мм = 10-2 м
1мм = 1000 мкм = 10-3 м
1 мкм = 1000 нм = 10-6 м
1 нм = 10~9 м
Объем
Стандартной международной (СИ) единицей измерения объема является ку-
бический метр (м3). Наиболее часто используются его подразделения: литр (л)
и кубический сантиметр (см3) или миллилитр (мл).
1 м3 = 1000 л
1 л = 1000 см3 или 1000 мл
Замечание. Для практических целей используется мера объема 1 литр, ко-
торая соответствует объему 1 кг чистой воды при 4 °C.
Длина волны
Стандартной международной (СИ) единицей измерения длины волны явля-
ется нанометр (нм).
1 нм = 10~9 м (одна миллиардная часть метра)
1 нм = 10 А (ангстрем)
Длина волны света часто задается в микрометрах (мкм)
1 мкм = 1000 нм = 10-6 м
Температура
Стандартными международными (СИ) единицами измерения температуры
являются градус Кельвина (К) и градус Цельсия (°C), у обеих шкал — равные
интервалы температуры. Кельвин используется в основном в термодинамике
и представляет собой абсолютную температуру.
0 °C = 273,16 К
0 К = —273,16 °C (температура, при которой объектом уже не может выде-
ляться внутренняя энергия, а объем газа теоретически равен нулю).
Приложение I. Таблица химических элементов 353
Приложение I. Таблица химических элементов
Элемент Символ Атомный номер Z Атомная масса Валентность Удельный вес
Азот N 7 14,007 3,5 —
Актиний Ас 89 227,05 — —
Алюминий А1 13 26,98 3 2,6
Америций Ат 95 243,02) — —
Аргон Аг 18 39,944 0 —
Астат At 85 210,02) — —
Барий Ва 56 137,34 2 3,8
Бериллий Be 4 9,02 2 1,83
Берклий Вг 97 249,02) — —
Бор В 5 10,82 3 2,5
Бром Вг 35 79,904 1 3,1
Ванадий V 23 54,94 3,5 6,0
Висмут Bi 83 209,0 3,5 9,8
Водород Н 1 1,008 1 —
Вольфрам W 74 183,85 6 19,3
Гадолиний1) Gd 64 157,25 3 5,9
Галлий Ga 31 69,72 3 5,95
Гафний Hf 72 178,49 — —
Гелий Не 2 4,003 0 —
Германий Ge 32 72,59 4 5,47
Гольмий1) Но 67 164,93 3 —
Диспрозий1) Dy 66 162,46 3 —
Европий1) Eu 63 151,96 3 —
Железо Fe 26 55,84 2,3 7,87
Золото Au 79 196,967 1,3 19,3
Индий In 49 114,82 3 7,3
Иридий Ir 77 192,2 4 22,4
Иттербий1) Yb 70 173,04 3 5,5
Иттрий Y 39 88,905 3 3,8
Йод I 53 126,93 1 4,95
Кадмий Cd 48 112,41 2 8,64
Калий К 19 39,102 1 0,86
Калифорний Cf 98 251,02) — —
Кальций Ca 20 40,08 2 1,54
Кислород 0 8 16,00 2 —
Кобальт Co 27 58,94 2,3 8,6
Кремний Si 14 28,086 4 2,3
Криптон Kr 36 83,8 0 —
Ксенон Xe 54 131,3 0 —
Кюрий Cm 96 247,02) — —
Лоуренсий Lw 103 257,02) — —
Лантан1) La 57 138,9 3 6,12
Литий Li 3 6,94 1 0,53
Лютеций1) Lu 71 174,97 3 —
Магний Mg 12 24,31 2 1,74
Марганец Mn 25 54,93 2,3 7,4
Медь Cu 29 63,55 1,2 8,93
Менделевий Md 101 256,02) — —
Молибден Mo 42 95,94 4,6 10,0
Мышьяк As 33 74,92 3,5 5,72
Натрий Na 11 22,99 1 0,97
Неодим1) Nd 60 144,24 3 6,96
Неон Ne 10 20,17 0 —
Нептуний Np 93 237,02) — —
354 Приложения
Продолжение
Элемент Символ Атомный номер Z Атомная масса Валентность Удельный вес
Никель Ni 28 58,71 2,3 8,8
Ниобий4^ Nb 41 92,91 5 8,5
Нобелий No 102 254,02) — —
Олово Sn 50 118,69 2,4 7,28
Осмий Os 76 190,2 6 22,5
Палладий Pd 46 106,4 2,4 И,4
Платина Pt 78 195,09 2,4 21,4
Плутоний Pu 94 244,02) — —
Полоний Po 84 209,0 — —
Празеодим1) Pr 59 140,91 3 6,48
Прометий1) Pm 61 145,02) — —
Протактиний Pa 91 231,0 — —
Радий Ra 88 226,0 2 —
Радон Rn 86 222,0 — —
Рений Re 75 186,2 — 21,2
Родий Rh 45 102,91 3 12,44
Ртуть Hg 80 200,59 1,2 13,59
Рубидий Rb 37 85,48 1 1,53
Рутений Ru 44 101,7 6,8 12,3
Самарий1) Sm 62 150,35 3 7,8
Свинец Pb 82 207,2 2,4 11,34
Селен Se 34 78,96 2 4,8
Сера S 16 32,064 2,4 2,07
Серебро Ag 47 107,87 1 10,5
Скандий Sc 21 44,96 3 —
Стронций Sr 38 87,63 2 2,54
Сурьма Sb 51 121,75 3,5 6,6
Таллий T1 81 204,3 1 11,9
Тантал Ta 73 180,88 5 16,6
Теллур Те 52 127,61 2 6,25
Тербий1) Tb 65 158,93 3 —
Технеций Tc 43 99,02) — —
Титан Ti 22 47,9 4 4,5
Торий Th 90 232,04 4 н,з
Тулий1) Tm 69 168,93 3 —
Углерод C 6 12,01 4 1,9—2,33>
Уран u 92 238,03 4,6 18,7
Фермий Fm 100 253,02) — —
Фосфор P 15 30,97 3,5 1,85>
Франций Fr 87 223,02) — —
Фтор F 9 18,998 1 —
Хлор Cl 17 35,453 1 —
Хром Cr 24 51,996 3,6 7,1
Цезий Cs 55 132,91 1 1,87
Церий1) Ce 58 140,12 3,4 6,9
Цинк Zn 30 65,38 2 7,1
Цирконий Zr 40 91,22 4 6,5
Эйнштейний Es 99 254,02) — —
Эрбий1) Er 68 167,26 3 4,8
Один из редкоземельных элементов группы лантаноидов.
2) Изотоп с наибольшим периодом полураспада.
3) Графит.
4) Ранее назывался колумбием (СЬ).
5> Желтый (красный = 2,2).
Приложение К. Взвешивание драгоценных камней 355
Приложение J
Таблица основных фраунгоферовых линий
Фраунгоферова линия Длина волны, нм Элемент
А 762,8 (темно-красная) Кислород 1 В атмосфере
В 686,7 (красная) Кислород | Земли
С 656,3 (оранжевая) Водород
Di 589,6 (желтая) Натрий
d2 589,0 (желтая) Натрий
Е 527,0 (зеленая) Железо
bi ь2 Ьз 518,4 517,3 516,9 Магний Магний Железо Элементы ► хромосферы Солнца
ь4 516,7 Магний
F 486,1 (сине-зеленая) Водород
G 430,8 (синяя) Кальций
Н 396,8 (фиолетовая) Кальций
К 395,3 (фиолетовая) Кальций
Замечание. Двойная линия натрия Db D2 (со средней длиной волны 589,3 нм) используется в ка-
честве стандартного источника при определении показателя преломления драгоценных камней.
Дисперсию определяют как разность показателей преломления для длин волн линий В и G.
Приложение К
Взвешивание драгоценных камней
Вес (массу) драгоценных камней, включая алмазы, традиционно измеряют в
каратах (кар). Карат как стандарт веса имеет длинную историю. Его назва-
ние, вероятнее всего, происходит от семян восточного рожкового дерева (ка-
роб). Высушенные семена этого дерева обладали необычным свойством: они
имели почти одинаковый вес, и вначале их использовали как единицу изме-
рения веса при торговле жемчугом.
По мере распространения торговли жемчугом и драгоценными камнями
по всему миру название этих семян было переделано в «карат» и многие стра-
ны стали использовать их вес в качестве собственной единицы измерения ве-
са драгоценных камней. Это привело к тому, что вес карата оказался различ-
ным в разных странах. В начале XX в. между разными странами было приня-
то соглашение о стандартном карате, названном метрическим каратом. При
этом 1 г = 5 метрич. кар (о других единицах веса см. Приложение Н).
Производятся механические весы с двумя чашками и комплектом грам-
мовых или каратных разновесов. Комплект разновесов обычно включает ди-
апазон от 100 г (500 кар) до 1 г (5 кар) из латуни и от 0,5 г (2,5 кар) до 0,001 г
(0,005 кар) из алюминия. При взвешивании драгоценных камней хочется для
уравновешивания чашек использовать разновесы беспорядочно. Однако ре-
комендуется следующий более эффективный способ.
356 Приложения
Сначала выберите один разновес, который тяжелее взвешиваемого пред-
мета. Затем замените его несколькими меньшими. Начиная с самого малого
разновеса, удаляйте их с чашки, чтобы взвешиваемый предмет снова переве-
сил. Верните на чашку вместо последнего удаленного разновеса меньший и
повторите весь процесс снова, пока не добьетесь равновесия. Общий вес раз-
новесов на чашке равен весу образца. При пользовании аналитическими ве-
сами все равно нужно двигаться от большего веса к меньшему.
Чтобы взвешивание было более точным, прежде чем добавлять или уби-
рать разновесы, нужно дождаться остановки весов (нельзя делать это на кача-
ющихся весах). Разновесы следует брать пинцетом, чтобы не загрязнить их и
тем самым не уменьшить точность взвешивания.
Современные электронные весы действуют автоматически; при их
использовании, как и при использовании механических весов, в помещении
не должно быть сквозняков и вибрации. Если воздух в помещении сухой, не-
обходимо его увлажнять, чтобы уменьшить влияние статических электриче-
ских зарядов.
Предметный указатель
Аберрация 168, 169
Авантюриновый полевой шпат 61, 322
Авантюрин 329
Авторадиография 331
Агат 294, 329
Адуляресценция 95
Аквамарин 187
включения 223
имитации 249
спектр 310
Активаторы 151
Алебастр 311
Александрит 17, 88, 224, 249, 330
включения 224
имитации 89, 202, 249
синтетический 14, 203, 206, 208, 224
спектр 330, фото 1
Аллохроматическая окраска 87, 96, 336
Алмаз 15, 40, 283, 306, 351
включения 225, 307
«Де Бирс» 12, 215, 247
добыча 28-30, 68
имитации 12, 13, 16, 156, 165, 198, 211,
217, 220, 250
лазерное распиливание 296
— сверление 195
«Линде» 215
«облагораживание» 192—196
образование 23
огранка 41, 59, 60, 252, 285-289, 298, 300
оценка 298-301
серии Кейп 91, 192, 306, 338
синтез 14, 198, 212-215, 221, 250
спайность 41, 59
спектр 193, 227, 307, фото 1
структура 57
«Сумитомо» 14, 214, 247, 250
твердость 40, 62—68
теплопроводность 163, 307
технический 213, 306
технология обработки 60, 253, 295—298
типы I, II, III 306-307, 338
фантазийный 91,245,306
флюоресценция 155, 156, 225-227
цвет 91, 192-194,337,338
Алмазные пленки 220
Алмазный рефрактометр 112
Альмандин 138, 311-313
Аметист 232, 241,258,316
синтетический 232, 241
Аметрин (кварц) 316
Амичи призма 139
Андалузит 249, 307
Андрадит (гранат) 311-313
Антрацит 279
Апатит 146, 233, 308
Арагонит 245, 260, 268, 280, 316
Асбест 92, 312
Астеризм 93, 190, 201, 234, 238
Атомная масса 32
— структура (кристалла) 41, 57
Атомный номер 32
Базальтовое стекло см. Стекла природные
Бакелит 279
Бекке полоска 118
Бенитоит 308
Берилл 79, 209-211,309
имитации см. Изумруд и Аквамарин
машише и машише-тип 309, 310
синтетический см. Изумруд
Биксбиит (берилл) 310
Бирюза 184, 256, 294,310
имитация 216, 256, 277
Блеск 91, 113,281,284
Бовенит 255, 310
Бриллиантов оценка 298
Бриллиантовая огранка идеальная 253
Брюстера закон 123
Брюстера угол поляризации 123—125,
127
Буля 200
Валентность 34, 337
Везувиан см. Идокраз
Вернейля процесс 8. См. также Плавление в
пламени
Включения 222-226, 229-240
Вулканит 279
Габитус кристаллов 50-52
Гагат 278, 279, 303
Гадолиниево-галлиевый гранат (ГГГ) 14,
156, 203,251,334
Гамма-лучи 191
Гарниссажа метод 211
Гелиодор (берилл)310
Гематит 280, 311
Гессонит (гранат) 312, 313
Гидденит 326
358 Предметный указатель
Гидрогроссуляр (гранат) 312, 313
Гидростатическое взвешивание 72-76
Гидротермальный метод синтеза 208
Гидрофан 320
Гипс 63,311
Гониометр 121
Горные породы 20—22
Горный хрусталь 41, 316
Гошенит (берилл) 310
Гранаты 25, 218, 258, 311-313
Графит 58, 213
Грейнер 351
Гроссуляр (гранат) 312, 313
Данбурит 158, 313
Двойникование 53, 66, 223, 232
Двупреломление 99, 106, 133, 251, 347-351
аномальное 131, 177, 201
«Де Бирс» 8,15
Демантоид (гранат) 312, 313
Диопсид 313
Диоптаз 314
Дисперсия 90, 91, 169, 251, 281, 347-351
Дистанционный метод определения пока-
зателя преломления 110
Дифракция 94, 142, 268
Диффузионное окрашивание 190
Дихроизм 133, 144
Дихроит см. Иолит
Дихроскоп 134-136
Длина волны 84, 85, 352
Дублет см. Составные камни
Жад 255, 293,314
Жадеит 255,293,314
имитации 255
синтетический 216
Жемчуг 260-272, 351
барочный 265, 273
безъядерный см. Бива
Бива 264, 270
блистер 261, 264, 265
имитации 270-272, 305
культивированный 262-265
мабэ 261, 264
окрашивание 184, 196
переливчатость (ориент) 262
пресноводный 262, 264
природный 260-262, 303
пузырчатый 261
розовый 262
черный 272
Жеода 22
Жильсона метод 205
Затенения способ см. Освещение
Звездчатые камни 234
природные 93, 238
синтетические 201, 234, 238
Зонная плавка 207
— теория 337
Игра (камня) 90, 281, 284-285
- света 92-95, 250
Идентификация драгоценных камней
(природный/синтетический) 222-247
александрит 224, 245
алмаз 16, 117, 225-227, 245, 247
изумруд 167, 228-231, 244, 247
кварц 232, 240
рубин 233-236, 242, 244, 247
сапфир 236-239
шпинель 222, 239
Идентификация имитаций драгоценных
камней 248-259
аквамарин 249
александрит 249
алмаз 117, 247, 249-254
бирюза 256
жад 255
изумруд 254
кварц 258
лазурит 256
опал 257
рубин 258
сапфир 259
Идентификация органических драгоцен-
ных камней 260-280
гагат 278, 279
имитации жемчуга 270-272
коралл 280
одонтолит 277
панцирь черепахи 277
природный/культивированный жемчуг
245, 265-270
раковина 273
слоновая кость 276-277
янтарь 275
Идиохроматическая окраска 87, 96, 336
Идокраз 315
Избирательное поглощение 87, 133, 137,
146
Излом 60
Износа фактор 67
Изогиры 133
Изотопы 32
Изумруд 228
Бирон/Пул 210, 230
включения 223, 228-231
гидротермальный 209, 210, 230
Жильсона 13, 205, 229
игмеральд 205
имитации 178, 219, 254
«Киосера» 206
Ленникса 205, 206, 230
Лехлейтнера 13, 209, 230, 231
Линде 209, 230,231
обработка 184
раствор-расплавный 204, 228, 230
Предметный указатель 359
российские 230, 231
«Сейко» 206, 230
симеральд 209
синтетический 8,11,13,14,167, 228-231
соуде 218, 219
спектр 310, фото 1
флюоресценция 154, 230, 309
Чэтема 11, 205,229, 231
эмерита 209
Crescent Vert 14? 229
Regency 210, 230,231
Имитации 198, 217, 248, 260
Иммерсионные жидкости 114, 117, 175,
176
Инталья 293
Интерференционная окраска 89
Интерференционные полосы 241
— фигуры 133
Интерференция 142
Иолит 315
Иризация 94
Исландский шпат 41
Итгриево-алюминиевый гранат (ИАГ) 13,
146, 203,251,334
Кабошон (огранка) 92, 95, ПО, 281
Калета 287
Кальцит 41, 59, 316
Камея 273, 293, 294
Карат 301, 351, 355
Карбонаты 38
Карнеол 329
Катодолюминесценция 159, 247
Кварц 133, 162, 283,316
звездчатый 93
имитации 258
кошачий глаз 92, 317
синтетический 208, 209, 232, 240
Кереца эффект 107
Кианит 66
Кимберлит 23
Клеричи жидкость 78
Коноскоп 132
Контактная жидкость 101—103
Конхиолин 260, 304
Копал (смола) 275, 304
Коралл 280, 293, 294, 304
Кордиерит см. Иолит
Корнерупин 317
Корона 282
Корунд 93, 194, 224,318
синтетический 8,198, 201, 222, 240-242,
249, 258
термообработка 187—189
Кость Z15-2T1, 280
Костяная бирюза см. Одонтолит
Кошачий глаз 92, 203, 333
кварцевый 317
хризоберилловый 17, 92,330
Кристаллические материалы 40
Кристаллического поля теория 88
Кристаллографические индексы см. Мил-
лера индексы
— оси 43
Кристобалит 94
Критический угол 100-102, 282-284
Кровавик см. Халцедон
Крокидолит 92, 317
Кронглас 139
Кунцит 326
Лабрадор 322
Лабрадоресценция 95
Лазурит 20, 247, 318
имитации 216, 256
Лауэграмма 246, 268
Лехлейтнера синтетический изумруд 209
Ливийское стекло см. Стекло природное
Линзы см. Лупы
Линии роста 222, 234
Лонсдейлит 307
Лунный камень 95, 319, 322
Лупы 168-171
Луч обыкновенный и необыкновенный
103, 127,310
Люминесценция 151-161
Люцидоскоп 266
Матнитные свойства 226
Малахит 319
Марказит см. Пирит
Масса (в каратах) 301, 351
Массы оценка 301
Месторождения драгоценных камней 24,
26-30
Метамеризм 88
Метамиктные минералы 54
Микроклин 321, 322
Микрокристаллические минералы 40, 54,
131
Микроскопы 119, 171-178, 243
Миллера—Браве индексы 56
Миллера индексы 54—56
Минералы 20, 24
анизотропные и изотропные 99, 100,
ПО, 134
одноосные и двуосные 108, ПО, 133
Молдавит см. Стекло природное
Мооса шкала твердости 63
Морганит (берилл) 211, 309, 310
синтетический 232
Мауссанит синтетический 16, 167, 251
Мыльный камень см. Стеатит
Нейтронно-активационный анализ (НАА)
245
Нефрит 255,293,320
имитации 255
Николя призма 127
Ниобат лития 13, 203, 251, 335
360 Предметный указатель
«Облагораживание» драгоценных камней
183-196
Облучение драгоценных камней 191-194
Обработка драгоценных камней 281,
290-293
Обсидиан см. Стекло природное
«Огненные знаки» 234, 235
Огранка 59, 281, 284-290
Огранки оценка 300
Одонтолит 277, 304
Окрашивание драгоценных камней 183,
192, 337
Оксиды 38
Оливин см. Перидот
Олигоклаз 322
Оникс 329
Опал 94, 185,243, 320
имитации 216, 257
люминесценция 158
составной 217, 218
Опалесценция 17, 95
Оптическая ось 107
Оптический знак 108, 347—351
-характер ПО, 130
Органические материалы 18, 260-280
Ориент 262
Ортоклаз 321, 322
Осветители
натриевая лампа 99, 103, 104
световоды 143, 174, 266
светодиоды LED 103, 104, 115
ультрафиолетовые 155—156
Освещение
методом светлого поля 173, 174
— темного поля 172—174
падающим светом 174
способ затенения 174
точечное 174
Оси симметрии 43
Отдельность 60
Отражательная способность 113-f 17
Отражение полное внутреннее 100, 282
Отражения коэффициент ИЗ, 175
Павильон 282
Панцирь черепахи 277, 305
Паста 65, 130, 198,248,258
Перидот 48, 320
Перламутр 260, 261, 272
Пикнометр 71
Пинцеты 180
Пиральспиты (гранаты) 311
Пирит 321
Пироп (гранат) 138, 311-313
Пироэлектрический эффект 161
Плавиковый шпат см. Флюорит
Плавление в пламени 198—202
Плагиоклаз 321
Плато тест 234, 238, 241
Плеохроизм 133
Плоскость симметрии 44
Плотность 69
относительная 69
Полевые шпаты 21, 25, 321
Поликристаллические минералы 40, 54,131
Полиморфизм 36
Полирование 290-293
Поляризация света 100, 126
Поляризационные фильтры 126
Полярископ 128-132, 240
«Поч»-опал 320
Празиолит (кварц) 196, 316
Преломление света 98
Преломления показатель 98, 347-351
определение 101-114, 117-125
связь с коэффициентом отражения 113,
175
Прозрачность 96
Промасливание см. Пропитывание дра-
гоценных камней
Пропитывание драгоценных камней
184-186
Просвечивание жемчуга 266
Прочность камня 17, 37, 62
Псевдокрокидолит см. Тигровый глаз
Пьезоэлектрический эффект 162
Радиоактивность
алмаз 192
топаз 191
циркон 187
эканит 13
Раковины 272, 293, 305
Распространение драгоценных камней
24-26
Раствор-расплавный процесс 8, 11,197, 204
Редкоземельные элементы 147, 308, 327
Резьба (по драгоценным камням) 95, 279,
280, 293-295
Рентгеновская дифракция 246, 268, 269
- топография 247
Рентгеновские лучи 156, 242, 245-247, 268,
272
Рефлектометр 14, 92, 114-117
Рефрактометр 8-10, 100-112
Родонит 323
Родохрозит 323
Рубин 93, 244, 259
Вернейля 201, 222, 233, 234
включения 233, 318
гидротермальные 209, 233, 236, 242
женевские 8, 197
зонная плавка 207, 233, 235
имитации 258
раствор-расплавные 197, 204, 206, 233,
235,242
Сейко 235
синтетические 7, 8, 14, 201, 233-236
спектр 138, 318
термообработка 187
362 Предметный указатель
Фотопроводимость 163
Фраунгоферовы линии 139,147, 355
Френеля формула ИЗ, 175
Халцедон 279, 329
Хиастолит 307
Химические связи 35-37
Химический элемент 32,33
Хризоберилл 25, 330
синтетический, см. Александрит
спектр 330
Хризоколла 331
Хризолит 321
Хризопраз 329
Цвет 86-91,95
Цвета оценка 298,299
- теория 336-338
Цветовая зональность 222,240
Центр симметрии 44
Центры окраски 91,191,337
Цимофан см. Кошачий глаз хризоберил-
ловый
Циркон 54,63,138,186,187, 250, 312, 331
Циркония диоксид кубический (CZ) 14,15,
211,251,335
Цирконовая огранка 288
Цирконовое гало 224,233, 237,333
Цитрин (кварц) 316
синтетический 232
Цоизит 13,332
Челси фильтр см. Фильтры
Чистоты оценка 300
Чохральского процесс 202
Шиллеризация см. Адуляресценция
Шпинель 11,223,239, 259,332
люминесценция 158
синтетическая 201, 202, 207, 222, 239,
249,259
спектр 138,259, 333
Эбонит 279
Эйлатский камень 331
Эканит 13
Электрические свойства 161—163
Электролюминесценция 159
Электромагнитные волны 84
Электронный микроанализатор 242
Элементарная ячейка 42
Элементы симметрии 43-49
Энантиоморфизм 51
Эндоскоп 9,266
Энстатит 333
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) 245
Янтарь 79,163,185,273-275, 305
имитации 275
морской 273, 306
прессованный 274
Ястребиный глаз 317
Яшма 256, 317
Оглавление
Предисловие..................................................................
Благодарности ...............................................................
Глава 1. Введение ...........................................................
Эволюция геммологии как науки ......................................
Достижения последних 160 лет .......................................
Основные признаки драгоценных камней................................
Органические и неорганические драгоценные камни.....................
5
6
7
7
7
17
18
Глава 2. Образование и распространение драгоценных камней .................... 19
Строение Земли....................................................... 19
Минералы и породы ................................................... 20
Образование драгоценных камней в земной коре ........................ 20
Группы, виды и разновидности......................................... 24
Распространение основных драгоценных камней ......................... 24
Способы разработки месторождений..................................... 27
Глава 3. Химический состав драгоценных камней ...............................
Элементы, атомы, молекулы и соединения..............................
Валентность ........................................................
Химические связи ...................................................
Соотношение между химическим составом и прочностью..................
Глава 4. Кристаллография.....................................................
Кристаллические и некристаллические материалы.......................
Атомная структура кристалла.........................................
Классификация кристаллов по их симметрии ...........................
Семь сингоний и их элементы.........................................
Простые формы кристаллов............................................
Габитус кристаллов и его использование при идентификации ...........
Сдвойникованные кристаллы ..........................................
Поликристаллические и микрокристаллические минералы ................
Метамиктные минералы................................................
Определение особенностей кристаллографической структуры с помощью ин-
дексов ............................................................
Глава 5. Спайность, отдельность и излом......................................
Механизм возникновения спайности....................................
Проблемы огранщиков, связанные с наличием спайности ................
Использование спайности при обработке алмаза........................
Отдельность (псевдоспайность).......................................
Излом и его использование для идентификации ........................
Глава 6. Твердость ..........................................................
Прочность драгоценного камня .......................................
Шкала относительной твердости Мооса ................................
Определение твердости (использование специальных карандашей и пластин
твердости).........................................................
Зависимость твердости от направления................................
Технические способы определения твердости ..........................
Влияние твердости на технологию добычи .............................
Глава 7. Удельный вес, плотность и относительная плотность...................
Определения.........................................................
Закон Архимеда и измерение удельного веса ..........................
Измерение удельного веса методом вытеснения ........................
31
31
34
35
37
39
39
41
43
44
49
50
53
54
54
54
57
57
59
60
60
60
62
62
63
64
66
67
68
69
69
69
70
364 Оглавление
Гидростатические методы измерения удельного веса ..................
Оценка удельного веса с помощью тяжелых жидкостей .................
Меры предосторожности .............................................
Точное определение удельного веса с использованием тяжелых жидкостей ....
Глава 8. Цвет, блеск и другие оптические эффекты ...........................
Электромагнитные колебания.........................................
Фотон..............................................................
Цвет и избирательное поглощение....................................
Аллохроматическая и идиохроматическая окраска драгоценных камней ..
Переходные элементы................................................
Драгоценные камни, изменяющие свой цвет............................
Интерференционная окраска..........................................
Дисперсия..........................................................
Центры окраски.....................................................
Блеск .............................................................
Игра света.........................................................
Цвет, прозрачность и идентификация камня ..........................
Глава 9. Отражение и преломление............................................
Законы отражения и преломления Снеллиуса ..........................
Показатель преломления ............................................
Двупреломление.....................................................
Рефрактометр.......................................................
Контактная жидкость ...............................................
Источники света....................................................
Работа с рефрактометром............................................
Оптические оси, оптический знак и оптический характер..............
Метод дистанционного наблюдения....................................
Специальные модели рефрактометров..................................
Формула Френеля для коэффициента отражения ........................
Измеритель отражательной способности...............................
Другие методы измерения показателя преломления ....................
Глава 10. Поляризация и плеохроизм .........................................
Поляризация света..................................................
Поляризационные фильтры............................................
Полярископ ........................................................
Использование полярископа..........................................
Коноскоп (интерференционные фигуры) ...............................
Плеохроизм (различное избирательное поглощение) ...................
Дихроскоп..........................................................
Глава 11. Спектроскопия ....................................................
Спектры поглощения и испускания....................................
Призменный спектроскоп ............................................
Спектроскоп с дифракционной решеткой...............................
Использование спектроскопа ........................................
Тонкие линии спектра...............................................
Фраунгоферовы линии................................................
Другие модели спектроскопов........................................
Рамановская спектроскопия .........................................
Спектрофотометры ..................................................
Глава 12. Люминесценция, электрические и тепловые свойства драгоценных камней . . .
Люминесценция (флюоресценция и фосфоресценция) ....................
Фотолюминесценция и правило Стокса ................................
Скрещенные фильтры.................................................
Длинноволновое и коротковолновое УФ излучение......................
Рентгеновские лучи.................................................
Фотолюминесцентные свойства драгоценных камней ....................
Другие формы люминесценции.........................................
Тест на пропускание коротковолнового УФ излучения .................
Электрические свойства.............................................
Теплопроводность и термическая инерция.............................
Тестеры для определения теплопроводности ..........................
Глава 13. Ручные линзы, микроскоп и фильтр Челси ...........................
Типы луп...........................................................
Типы микроскопов ..................................................
72
76
82
83
84
84
85
86
87
87
88
89
90
91
91
92
95
97
97
98
99
100
102
103
105
107
НО
111
113
114
116
126
126
126
128
130
132
133
134
137
137
138
141
143
146
147
148
150
150
151
151
152
153
154
156
157
159
159
161
163
165
168
168
171
Оглавление 365
Светлое поле, темное поле и падающий свет ........................
Точечное освещение и способ затенения.............................
Иммерсионный метод................................................
Дополнительное применение микроскопа .............................
Предосторожности при использовании микроскопа.....................
Фильтр Челси......................................................
Обращение с драгоценными камнями..................................
Глава 14. «Облагораживание» драгоценных камней ............................
Фольга, цветная подложка и окрашивание............................
Пропитывание .....................................................
Термообработка....................................................
Поверхностная диффузия............................................
Методы облучения..................................................
Заполнение стеклом ...............................................
Лазерное сверление алмазов........................................
Информация о проведении «облагораживания».........................
Глава 15. Синтетические ювелирные камни и имитации ювелирных камней........
Ранние попытки синтеза ювелирных камней...........................
Определения.......................................................
Процесс Вернейля — плавление в пламени............................
Метод Чохральского ...............................................
Метод выращивания из раствора в расплаве..........................
Зонная плавка.....................................................
Гидротермальный метод.............................................
Метод прямого высокочастотного плавления в холодном контейнере (метод
гарниссажа) ......................................................
Синтез алмаза.....................................................
«Синтетические» лазурит, бирюза и опал ...........................
Синтетический жадеит..............................................
Имитации ювелирных камней.........................................
Составные камни...................................................
Тонкие алмазные пленки............................................
Глава 16. Различия между синтетическими и природными драгоценными камнями..
Линии роста и цветовая зональность ...............................
Двойникование.....................................................
Типы включений ...................................................
Характерные признаки природных и синтетических драгоценных камней.
Диффузионная цветовая зональность и индуцированные трещины («отпечатки
пальцев»).........................................................
Использование полярископа (идентификация синтетического кварца и корун-
да, синтезированного методом Вернейля)............................
Лабораторное оборудование и методы исследования ..................
Глава 17. Идентификация имитаций неорганических ювелирных камней...........
Александрит.......................................................
Аквамарин.........................................................
Алмаз.............................................................
Дополнительные тесты для диагностики алмаза.......................
Изумруд...........................................................
Жад...............................................................
Лазурит ..........................................................
Бирюза............................................................
Опал..............................................................
Кварц.............................................................
Рубин.............................................................
Сапфир ...........................................................
Глава 18. Органические ювелирные материалы и их имитации ..................
Природный жемчуг..................................................
Культивированный жемчуг ..........................................
Отличие природного жемчуга от культивированного ..................
Имитации жемчуга и их идентификация...............................
Раковины..........................................................
Янтарь ...........................................................
Слоновая кость....................................................
Одонтолит.........................................................
173
174
175
176
178
178
180
183
183
184
186
190
191
194
195
196
197
197
198
198
202
204
207
208
211
212
216
216
217
217
220
222
222
223
223
224
240
240
'242
248
249
249
250
251
254
255
256
256
257
258
258
259
260
260
262
265
270
272
273
275
277
366 Оглавление
Панцирь черепахи..................................................
Гагат.............................................................
Коралл............................................................
Глава 19. Обработка драгоценных камней.....................................
Критический угол .................................................
Типы огранки......................................................
Процесс огранки драгоценных камней ...............................
Технология обработки цветных камней...............................
Резьба по драгоценным камням .....................................
Технология обработки алмаза.......................................
Оценка бриллиантов................................................
Приложения.................................................................
Приложение А. Литература .........................................
Приложение В. Органические ювелирные камни .......................
Приложение С. Неорганические ювелирные камни......................
Приложение D. Искусственные ювелирные камни, не встречающиеся в природе
Приложение Е. Теория цвета........................................
Приложение F. Экзамены и образцы экзаменационных работ............
Приложение G. Постоянные ювелирных камней (камни — в алфавитном по-
рядке) ...........................................................
Приложение Н. Единицы измерения...................................
Приложение I. Таблица химических элементов........................
Приложение J. Таблица основных фраунгоферовых линий...............
Приложение К. Взвешивание драгоценных камней .....................
Предметный указатель.......................................................
277
278
280
281
282
284
290
290
293
295
298
302
302
303
306
334
336
339
347
351
353
355
355
357
АНГСТРЕМЫ
риродный синий сапфир
Гранат демантоид
Синий и зеленый
турмалин
Красный и розовый
турмалин
Желтый хризоберилл
Перидот
Энстатит
Желтый сподумен
Природная синяя
шпинель
Синтетический корунд
эффектом смены цвета)
Фото 2. Спектры поглощения некоторых ювелирных камней (получены при
использовании спектроскопа с дифракционной решеткой)
Фото 3. Кольцо с бразильским
топазом и бриллиантами
Фото 4. Кольцо с желтым
сапфиром из Шри-Ланки и
бриллиантами
Фото 5. Редкий образец друзы
кристаллов розового кварца
Фото 6. Брошь со дуешанным
камнем: тигровый гЛ&з
и соколиный глаз
Фото 7. Кольцо с андалузитом.
Хорошо виден плеохроизм
ISBN 5-03-003369-6
Фото 8. Несколько образцов
кубического диоксида циркония,
окрашенных примесями различных
редкоземельных и переходных
элементов
9 785030 033693