گوهر شناسی و سنگ شناسی
میکروسکوپ گوهر شناسی و آموزش کار با آن جهت تشخیص سنگهای قیمتی
میکروسکوپ مهمترین وسیله جهت تعیین خصوصیات گوهرهاست. میکروسکوپ های گوهرشناسی از نوع پلاریزان و غیر پلاریزان هستند. میکروسکوپهای گوهر شناسی که داری یک عدسی شیئ (Objective) هستند به نام میکروسکوپهایی ساده و میکروسکوپ هایی که دارای دو یا چند عدسی شیئی هستند به نام میکروسکوپ های مرکب نامیده میشوند. معمولا این نوع میکروسکوپها دارای دو عدسی چشمی (Binocular Microscope) میباشند. اگرچه بزرگنمایی میکروسکوپ گوهر شناسی متغیر است ولی برای کارهای گوهرشناسی معمولا بزرگنمایی تا حداکثر 50x کافی است. به طور کلی بزرگنمایی عدسی های شیئی از 3x تا 60x بزرگنمایی های چشمی معمولا 10x است. میکروسکوپ دوچشمی تصویری استریوسکپی برای بررسی بهتر میانبارهای درون گوهر ارائه می دهد. بزرگنمایی بیشتر در میکروسکوپ فاصله و میدان دید را محدود می‌کند.
تفاوت میکروسکوپ گوهر شناسی پلاریزان و زیست شناسی چیست؟
ویژگی میکروسکوپ های گوهرشناسی نسبت به میکروسکوچهای معمولی پلاریزان و زیست شناسی در آن است که فاصله بین عدسی های شیئی تا صفحه پلاتین که در میکروسکوپ های پلاریزان و زیست شناسی بسیار کم در نظر گرفته شده، به مراتب بیشتر است به طوری که میتوان اجسام بزرگ را در حد فاصل عدسی شیئی و صفحه پلاتین قرار داد و مطالعه نمود. همچنین در میکروسکوپ های گوهرشناسی بر خلاف نوع پلاریزان و زیست شناسی تصویر گوهرها به صورت معکوس در عدسی چشمی دیده نخواهد شد بلکه تصویر قسمت سمت راست اشیاء در سمت چپ دیده میشوند. میکروسکوپ های گوهرشناسی ضمن داشتن سیستم نور عبوری برای مطالعه دونی گوهرها، می بایست دارای سیستم نور انعکاسی نیز باشند تا بتوان سطوح برش، تیز بودن سطوح برش و سایر ویژگی های سطحی گوهرها را مطالعه نمود.
نحوه قرار گیری گوهر در زیر عدسی میکروسکوپ گوهر شناسی
ب) نحوه صحیح قرارگیری گوهر بر روی صفحه پلاتین
محوه قرارگیری گوهر بر روی صفحه میکروسکوپ نیز بسیار مهم است. در شکل بالا نحوه قرار گیری گوهر در حالت استفاده از نور عبوری برای مطالعه خصوصیات درونی گوهرها نشان داده شده است. در حالت اول که سطح صاف گوهر بر روی صفحه پلاتین قرار گرفته است مقدار نور عبوری و داخل شده به عدسی چشمی بسیار کم است لذا پاره ای از خصوصیات درونی نمونه قابل مشاهده نیست در حالی که در حالت دوم که پایه (پاویلیون) گوهر بر روی صفحه پلاتین واقع شده نور نسبتا بیشتری به عدسی چشمی میرسد لذا امکان بررسی خصوصیات درونی گوهرها فراهم است.
برای تمرکز هرچه بیشتر نور عبوری از گوهرها به درون عدسیهای چشمی و پرهیز از تاثیر منفی هوا که بین عدسی شیئی و گوهر قرار گرفته، میتوان از روغنهای مخصوص ایمرسیون یا غوطه ورسازی و نیز میکروسکوپهای با میدان دید تیره استفاده کرد. سنگ شناس
در میکروسکوپهای با میدان دید تیره، گوهر در محفظه ای که تحت تابش پرتوهای مخروطی شکل است قرار دارد به طوری که قسمت پایه گوهر یا همان پاویلیون به سمت منبع می باشد. در این حالت گوهر به صورت درخشان در یک ضمینه تاریک دیده میشود و این حالت بهترین وضعیت برای مطالعه درونی گوهرهاست. این نوع میکروسکوپها بیشترین کاربرد را در گوهرشناسی دارند.
کاربردهای میکروسکوپ گوهر شناسی چیست
- 1 -برای دیدن ویژگی‌های درونی گوهرها و پدیده‌های رشدی و میانبارها (Inclusions)
- 2 -برای دیدن ویژگی‌های خارجی مانند Fracture ، Blemish و…
- 3 -برای جداسازی پاره‌ای گوهرهای ساختگی (Synthetic) از طبیعی (Natural)
- 4 -برای تشخیص دابلت) (Doublet، تریپلت (Triplet)و مشابهات گوهرها(Imitation)
- 5 -برای شناسایی گوهرهای بهسازی شده (treated Gem)
نکته: همیشه از بزرگنمایی کم 10x شروع نموده که تمام گوهر در زیر میکروسکوپ دیده شود، سپس از بزرگنمایی بالاتر استفاده شود.
روش کار با میکروسکوپ گوهر شناسی
همیشه گوهر باید قبل از بررسی میکروسکوپی کاملا با پارچه تمیز شود و در مورد الماس از الکل استفاده شود. برای تمیز کردن گوهرها معمولا از روش های استانداردی مانند: اسید، بخارشوئی و یا وسائل التراسونیک استفاده می شود که در‌پاره‌ای مواقع استفاده از این روش‌ها موجب آسیب رساندن به گوهر میشود. نخست گوهر ریزوجه دار باید از طریق صفحه رویی (Table) که دید کافی ارائه می‌دهد، مورد بررسی قرار گیرد و سپس جهات دیگر برای مشاهده رنگ های نواری، چند رنگی و پدیده های دیگری که از صفحه روئی قابل مشاهده نیستند، مورد بررسی قرار گیرند.
روش غوطه وری (Immersion method)
نوردهی برای آزمون‌های درونی گوهر در بزرگنمائی بالا بواسطه بازتاب نور از سطوح صیقلی معمولا با مشکل مواجه میشود. این مشکل را با قرار دادن‌گوهر در مایعی با ضریب شکست برابر با گوهر میتوان برطرف کرد. در این حالت‌گوهر در مایع محو میشود و ریزوجه‌ها دیگر مشکلی ایجاد نمی‌کنند. بکارگیری سلول غوطه‌وری (Immersion cell) چند امتیاز دارد
- 1 – فرد مشکل بسیار کمتری برای دیدن درون گوهرهایی با بازتابندگی بالا دارد.
- 2 – نوریکه بدرون گوهر وارد می شود کاملا میانبار را روشن و متمایز می سازد.
- 3 – تمایزی بین نارسائی سطحی و درونی ایجاد میشود.
- 4 – خطوط رشد و رنگهای انحناء یافته بسیار مشخص تر میشوند.
بهترین نوع روغن برای مطالعه گوهرها بهترین نوع روغن برای مطالعه گوهرها روغنی است که ضریب شکستی معادل با ضریب شکست گوهر داشته باشد. در این حالت پرتوهای نورانی به صورت مستقیم از گوهر عبور کرده و به چشمان ناظر خواهد رسید. درصورتی که ضریب شکست روغن با گوهر برابر نباشد پرتوهای نورانی در عبور از گوهر دچار انحراف خواهند شد. از روغن های ایمرسیون معروف میتوان به یدیدمتیلن، منوبرومونفتالین، سولفید کربن، بروموفورم، اسید بنزوئیک، تترالین و بنزول اشاره نمود. یک نوع میکروسکوپ گوهر شناسی افقی وجود دارد که برای استفاده از روش غوطه‌وری مناسب تر است. البته سمی بودن و پاک کردن گوهر از روغن، جزو مشکلات مهم استفاده از روغنها برای بررسی گوهرهاست. مایعات ایمرسیونی خطرناک و سمی هستند و کار کردن میکروسکوپی با آنها از بالا و تنفس این مایعات میتواند مشکل آفرین باشد.
روش های بررسی گوهر در زیر میکروسکوپ
معمولا در بررسی با میکروسکوپ این سؤال پیش می آید: آیا گوهر طبیعی است یا ساختگی؟ اگر طبیعی است بهسازی شده یا خیر؟ منشأ گوهر کجاست؟ در گوهرهای دوبلت (Doublet) و تریپلت (Triplet) مرز جداشدگی بین آنها را میتوان براحتی بوسیله صفحاتی از حباب‌ها یا تغییر رنگ بین قطعات مشخص کرد. برای مثال دوبلت گارنت – شیشه، میانبارهای طبیعی گارنت و حباب گازی شیشه کاملا مشخص می شود، افزون بر آن شفافیت و جلای متفاوت شیشه و گارنت را نیز مشخص می کند. به طور کلی چندین روش برای بررسی گوهر در زیر میکروسکوپ گوهر شناسی وجود دارد: روش نور عبوری، روش سایه‌ای، نور جانبی، نور بازتابی، نور پالریزه، نور افقی
انواع روش های نور دهی جهت تشخیص سنگ قیمتی زیر میکروسکوپ گوهر شناسی
نور عبوری (Transmitted light)
یک روش نوردهی در میکروسکوپ نور عبوری (Transmitted light) است که برای دیدن ویژگی های درونی گوهر استفاده می شود. نور از بخش زیرین تأمین و به گوهر تابیده می شود. با نور عبوری می توان بعضی میانبارهای ریز را به وضوح مشاهده کرد.نور عبوری به سه دسته تقسیم می شود:
الف) میدان روشن (Light Field)
در این نوع نور بصورت مستقیم از زیر به گوهر تابیده می شود و میانبارهای تیره بصورت نقاط سیاهی در زمینه روشن دیده میشوند. از این نور برای دیدن خطوط انحناء یافته (Curved steria)و دیگر میانبارها حتی با برجستگی پایین (Low Relief) استفاده میشود.
ب) میدان تاریک (Dark field)
متداول ترین شیوه برای بررسی گوهرها است. در این روش یک صفحه تیره بین منبع نور و گوهر قرار می‌گیرد و سبب می شود نور بطور غیر مستقیم به گوهر تابیده شود.در این حالت میانبارها بصورت نقاط روشن روی زمینه تاریک دیده میشوند. این حالت مناسبترین روش برای دیدن میانبارها است.
پ) روشنایی پخش شده (illumination Diffused)
در این حالت یک صفحه از شیشه یا پالستیک را بین گوهر و منبع نور قرار می‌گیرد. این روش برای دیدن نوارهای رنگی (Color banding) ، زون بندی رنگ (Color Zoning) و خطوط رشد(Growth line) ، مناسب تر است.
نور‌دهی‌افقی (Horizontal illumination)
یک روش نوردهی بصورت افقی و از اطراف است که برای مکان یابی و تشخیص بلورهای ریز و بررسی حباب‌های گاز و مایع بسیار مفید است. برای این منظور هم از چراغ‌قوه (light Pen) و هم از فیبر‌نوری (Fiber optic) بعنوان منبع نور میتوان استفاده کرد.
نور بازتابی (Reflected light)
نور بازتابی برای دیدن نقایص سطحی بکار می‌رود مانند Nick،Scratches و سایر پدیده‌ها.
نور پالریزه (Polarized light)
شاید مناسبترین پرتو نوری، نور پالریزه باشد که با قرار دادن یک پلاریزور بین منبع و گوهر و دیگری بین گوهر و فرد ناظر قرار داده میشوند.شبیه به پلاریسکوپ است و موقعی که دو پلاریزور عمود بر یکدیگر هستند به آنها پالریزاتورهای متقاطع (XPL) می‌گویند. گوهر با دوران در XPL مانند پالریسکوپ روشن و خاموش میشود و حفرات میانبار مایع و گازی در تمام مدت تاریک است، اما میانبارهای جامد روشن و تیره شده و گاهی رنگهای تداخلی روشنی ایجاد می کنند. معمولا این میانبارها جهت یابی تاریک و روشنی متفاوت از گوهر به نمایش می گذارند.
موارد‌ی که با نور عبوری زیر میکروسکوپ گوهر شناسی میتوان مشاهده کرد:
1 -شکستگی‌ها (Fractures)
ترکها و شکستگی های را میتوان با نور عبوری و دوران گوهر در زیر میکروسکوپ مشخص کرد. اگر این ترکها عمود بر منبع نور باشند، روشن و شفاف ظاهر میشوند و فقط در لبه‌های آن نور شکسته میشود. اگر ترک دوران داده شود، پرتو نوری شکسته شده و دیده میشود تا موقعی که به زاویه بحرانی برسد که در این حالت ترک ناگهان تیره و سیاه میشود.هرچهRI گوهر بیشتر باشد، ترک مشخص تر‌دیده میشود.
2 -حفرات و محتوای آن (Cavities)
حفرات درون گوهر فضاهای پر شده با گاز، مایع، جامد یا ترکیبی از آنها هستند.این مواد ضریب شکست RIمتفاوتی با گوهر داشته که هویت آنها را مشخص می‌سازد.
3- حفرات کروی (Spherical Cavities)
موقعی که نور وارد حباب گازی میشود با زاویه بیشتری شکسته میشود چون ضریب شکست گاز کمتر از گوهر است و موقعی که از گاز خارج میشود باز هم از خط عمود بر صفحه دورتر میشود و در نتیجه نور عبوری شکلی کروی و تاریک با مرکزی روشن ارائه‌می‌دهد. زیرا نوری که به مرکز حباب گازی نفوذ می‌کند خمیده نشده و به چشم ناظر میرسد. از طرف دیگر پرتو نوری که با فاصله از مرکز حباب می گذرد به چشم ناظر نمی‌رسد. با تفاوت بیشتر RI بین گوهر و حفره گازی، نقطه روشن مرکزی کوچکتر نشان داده خواهد شد. حباب گازی یاقوت ساختگی (Verneuil) مثال مناسبی از این نوع هستند. حفرات پر شده توسط مایع تفاوت RI کمتری داشته و بخش مرکزی آنها بزرگتر است. در بیشتر مواقع، میانبارهای مایع RI کمتری نسبت به گوهر دارند.
روش سایه‌ای (Shadowing technique)
در این روش، صفحه‌ای با شیارهای نازک موازی بین منبع نور و گوهر قرار داده میشود. در این حالت، نوری سایه مانند ایجاد میشود که میانبارهایی با تمایز )تباین( کم مانند خطوط رشد را میتوان مشاهده کرد. مانند یاقوت ساختگی که این خطوط تمایز (Contrast) پایینی دارند. بهترین نتیجه موقعی مشاهده میشود که شیارهای موازی با خطوط رشد گوهر همسو قرار گیرند.
نور بازتابی کناری یا مورب (Oblique illumination)
در این روش نور بطور غیر مستقیم و مورب به گوهر برخورد می‌کند و بازتابی از میانبارها ارائه می‌دهد که متفاوت از نور عبوری است. حفره‌های گازی و ترکها در این روش جلای فلزی دارند، در نتیجه تشخیص آنها از میانبارهای جامد فلزی مشکل است. در هر حال، در این حالت میانبارهای فلزی روشن و درخشان بنظر میرسند و ترکها و حفرات ظاهری کدر دارند. بعضی میانبارهایی که در نور عبوری متمایز نیستند در این نوع نوردهی قابل مشاهده هستند. شیشه و روغنهای پُر کننده با این روش مشخص شده و رنگهای تداخلی را بوجود می‌آورند.
صفحات دوقلوئی (Twining Plan)
صفحات دوقلوئی سطوحی هموار در گوهر با جهت یابی متفاوت هستند. در این حالت بواسطه جهت رشد متفاوت، این سطوح بصورت روشن در زمینه تیره در XPL نمایش داده میشوند و گاهی رنگهای تداخلی روشنی را مانند آمتیست به نمایش می‌گذارند.
تنش (Tension)
تنش آشفتگی در شبکه بلوری است که بصورت رنگهای تداخلی در گوهر در موقعیت تاریکی به نمایش گذاشته می شود. برخی مواقع این تنش‌ها آنقدر شدید و زیاد هستند که گوهر نا همسانگردی ناهنجاری را به نمایش می‌گذارد مانند گارنت‌ها. خاموشی موجی در اسپینل ساختگی نیز نتیجه این تنش است. تنش هاله ای و تنش خطی نیز از این نوع هستند. تنش هاله‌ای در زیرکن و حول میانبارهای آن اتفاق می‌افتد که در اثر عناصر پرتوزا است که شبکه اطراف میانبار بلوری را تخریب می‌کند. وجود آن مبنی بر طبیعی بودن گوهر است. تنش خطی: خطوط موازی تنشی هستند که تنها در جهت محور نوری مشاهده میشوند. این تنش‌ها همراه با سایر میانبارها در نمونه‌های طبیعی و ساختگی مشاهده میشوند.
تعیین ضریب شکست سنگ به وسیله میکروسکوپ گوهرشناسی
به وسیله میکروسکوپ های پلاریزان به راحتی میتوان سنگهای دارای شکست مضاعف را از گوهرهای فاقد ضریب شکست مضاعف مثل الماس، گارنت، اسپینل، اوپال و فلوریت تشخیص داد. گوهرهایی که دارای شکست مضاعف هستند در هر بار چرخش 360 درجه صفحه پلاتین میکروسکوپ در حالت پلاریزه، چهار بار تاریک و چهار بار روشن خواهند شد در حالی که گوهرهایی مثل الماس در چرخش 360 درجه ای صفحه پلاتین یکسره تیره بنظر میرسند. این کار میتواند توسط دستگاه پلاریوسکوپ نیز انجام شود که در مقاله جدا بررسی شده است. بر اساس نوع سنگ این رفتار متفاوت است :
1- گوهرهای همسانگرد (Isotrope)
در این حالت گوهر با دورن 361 درجه‌ای درXPL تاریک باقی میماند. میانبارهای همسانگرد (Isotrope) نیز تاریک می‌مانند. این مورد بکارگیری XPL چندان مفید نیست اما میانبارهای ناهمسانگرد (انیزوتروپ)، در زمینه تاریک، روشن و تاریک میشوند. در پاره‌ای مواقع، رنگهای تداخلی) اینترفرنس( زیبائی از میانبارها را میتوان مشاهده کرد. در بیشتر حالات، تشخیص میانبار ناهمسانگرد برای طبیعی بودن گوهر کفایت می‌کند.
2- گوهرهای ناهمسانگرد (Anisotrope)
گوهر ناهمسانگرد در زیر میکروسکوپ گوهر شناسی تاریک و روشن میشود و میانبارهای همسانگرد آن تاریک باقی می‌مانند. میانبارهای ناهمسانگرد نیز روشن و تاریک میشوند. موقعی که گوهر در جهت محور نوری و در موقعیت تاریکی قرار گیرد موارد زیر را میتوان در آن مشاهده کرد. منابع: دکتر اعتمادی قسمت هایی از این مقاله از کتاب گوهرشناسی دکتر بهزار حاج علیلو انتشارات پیام نور گرفته شده است که خرید این کتاب را به شما دوستان پیشنهاد میدهم.
