اسپکتروسکوپ گوهر شناسی و آموزش کار با آن جهت تشخیص گوهرهای مصنوعی

اسپکتروسکوپ گوهر شناسی یا طیف سنج از ابزارهای مهم در شناخت گوهرها و سنگهای قیمتی است. قبلا به اهمیت اسپکتروسکوپ در شناسایی گوهرها توجه نمی شد ولی از هنگامی که الماسهای مصنوعی تولید و وارد بازار شد، اهمیت اسپکتروسکوپ برای شناسایی الماسهای مصنوعی و طبیعی آشکار گشت. این روش برای شناسایی گوهرهای با ضریب شکست خیلی بالا مثل الماس و گارنتها و یا گوهرهای صیقل نخورده و فاقد سطوح صاف برش خورده (دارای تراش کابوشن) که انکسارسنج یا رفرکتومتر قادر به شناسایی آنها نیست، بسیار مفید است. اسپکتروسکوپ گوهر شناسی وسیله برای تجزیه نور عبوری از گوهر مورد استفاده قرار می گیرد. و برای گوهرهای نصب شده و کدر، مجزا و خام نیز مورد استفاده قرار می گیرد. اسپکتروسکوپ بویژه برای گوهرهایی استفاده می شود که شکست سنج (رفرکتومتر) به دلیل تراش ضعیف، اندیس شکست بالا با نصب شده یا گنبدی شکل بودن مشکل می تواند ضریب شکست آنرا اندازه گیری کند.

انواع اسپکتروسکوپ گوهر شناسی

اسپکتروسکوپ ها به دو گروه بزرگ اسپکتروسکوپهای طیف نشری و اسپکتروسکوپهای طیف جذبی تقسیم می شوند. در روش طیف نشری، کانی یا گوهر توسط یک قوس الکتریکی به حالت بخارا در می آید. در حالت برانگیخته (بخار) اتمهای عناصر موجود، نوری با طول موج مشخص گسیل می کنند که برای هر عنصر طیف معینی ایجاد می شود. این روش استفاده کمی در گوهر شناسی دارد زیرا در این روش، نمونه مورد آزمایش تخریب می گردد. در هر حال با تجزیه و تحلیل نور گسیل شده از گوهرها می توان به شناسایی آنها اقدام نمود. در روش طیف جذبی بر اساس طیفهای جذب شده از نور سفید توسط نمونه ها اقدام به شناسایی گوهرها می نمایند.

انواع اسپکتروسکوپ طیف جذبی و تفاوت آنها

اسپکتروسکوپهای ساخته شده بر اساس طیف جذبی دو نوع می باشند که شامل اسپکتروسکوپ گوهر شناسی مدل پراش و اسپکتروسکوپ مدل منشوری یا انکساری است:

• 1- نوع منشوری (Prism type)
• ۲- نوع پراش شبکه ای (Diffraction Grating type)

اسپکتروسکوپهای منشوری بسیار کارآمدتر از اسپکتروسکوپهای نوع پراش هستند. اسپکتروسکوپ منشوری دارای دو یا یک لوله فلزی است که در یک طرف دارای شکاف قابل تنظیم و در طرف دیگر دریچه چشمی است. بین دو انتهای اسپکتروسکوپ منشوری، یک عدسی برای تنظیم نور در شکاف و چند منشور پشت سر هم قرار داده شده است. وقتی که شکاف به صورت مستقیم جلوی منبع نور سفید قرار می گیرد، می توان نواری از طیف مرئی کامل (سرخ در یک سمت و بنفش در سمت دیگر) را مشاهده کرد. با خارج یا داخل کردن لوله تلسکوپ می توان بخشهای مختلف طیف را واضح کرد. اسپکتروسکوپهای منشوری پیشرفته ای نیز وجود دارد که دارای منبع نور مجزا، گیره مخصوص نگهداری گوهر و صفحه مخصوص قرارگیری گوهر است که در شکل بالا نشان داده شده است. نوع پراش شبکه ای ارزان و از دقت کمتری برخوردار است. نوع منشوری دارای دو امتیاز ویژه است، نور بیشتری وارد گوهر می شود و خواندن ارقام بر روی آن راحت تر است. نوع قابل حمل آن كم دقت است و نتیجه چندان رضایت بخشی ارائه نمی دهد. نوع منشوری از دو لوله یکی بلندتر و دیگری کوتاه تر تشکیل شده است. لوله بلندتر همان اسپکتروسکوپ و لوله کوتاه تر دربرگیرنده مقياس مدرج روشنی است. هر گوهر از طیف جذبی خاصی برخوردار است که متأسفانه در تمام حالات مشهود نیست.

نحوه کار با اسپکتروسکوپ گوهر شناسی

قبل از بکارگیری اسپکتروسکوپ نوری قوی بکاربرده و از طرف چشمی بدرون آن نگاه کنید. در این حالت باید طیف کامل رنگین کمانی را از قرمز در یک انتها تا بنفش در انتهای دیگر مشاهده کنید (در هفت رنگ). وقتی که از چشمی اسپکتروسکوپ به داخل آن نگاه شود، رنگین کمانی از نگهای قرمز تا بنفش در درون اسپکتروسکوپ مشاهده خواهد شد. هنگامی که گوهر بین نور سفید و اسپکتروسکوپ قرار می گیرد نور سفید پس از عبور از گوهر و منشورها به طیفهای تشکیل دهنده خود تجزیه می گردد لذا طیفی از رنگهای قرمز تا بنفش در اسپکتروسکوپ مشاهده می شود. ممکن است نوارها یا خطهای تیرهای بر روی طیفهای مذکور مشاهده گردد. این نوارهای تیره نشانگر طول موج طیفهایی است که توسط گوهر مورد نظر جذب شده اند (جذب انتخابی). این جذب انتخابی راهنمای بسیار خوبی برای تشخیص گوهرهاست.  موقعیت نوارهای تیره بستگی به عناصر اصلی و حتی عناصر فرعی موجود در ترکیب گوهرها خواهد داشت. در نوع پراش شبکه ای، طیف رنگ ها با فاصله یکسانی قرار دارند. اما در نوع منشوری فواصل طیفی یکسان نبوده و در طرف آبی – بنفش فاصله بیشتری دارند. با دید از درون گوهر خطوط یا نوارهای سیاهی ظاهر می شود که مربوط به جذب طول موج در آن گوهر خاص است. نخست گوهری مانند دمانتوئید را بر روی اسپکتروسکوپ آزمایش کنید. دو خط قوی یکی در انتهای بنفش 440nm  و دیگری در انتهای قرمز نزدیک به 700nm مشاهده خواهید کرد. در بقيه طيف رنگ های زیبایی را خواهید دید.

نکاتی که باید حین کار با اسپکتروسکوپ گوهر شناسی رعایت کنید:

• 1- از داشتن یک منبع نور پر قدرت برای روشن کردن کامل گوهر اطمینان حاصل شود. از ورود نورهای اضافی به اسپکتروسکوپ جلوگیری کنید. فقط طیفهای عبوری یا انعکاسی از گوهر مورد آزمایش، طیف سنجی گردد. بهتر است بکارگیری اسپکتروسکوپ در اتاق تاریک صورت پذیرد.
• ٢- اگر گوهر شفاف تا نیمه شفاف است آنرا بين نور و اسپکتروسکوپ قرار دهید. اگر گوهر کدر است (مانند فیروزه) از نور بازتابی استفاده کنید. برای گوهرهای تیره و سیاه از نور قوی Fiber Optic استفاده کنید.
• ٣- اگر خطوط مشاهده نشد شکاف تنظیم نور را تنظیم کنید آنرا بازتر یا تنگ تر کنید. اسپکتروسکوپ بدون این تنظیم کننده توصیه نمی شود.
• ۴- اسپکتروسکوپ گوهرشناسی باید ثابت باشد. اگر ثابت نباشد خطوط وطيف محو می شوند. بنابراین نوع ثابت آن توصیه می شود.
• ۵- هر گوهری باید از چندین جهت مورد طیف سنجی قرار گیرد چون ممکن است در برخی جهات، باندهای سیاه طیف جذبی واضح و مشخص نباشند. گوهر را از چند جهت آزمایش کنید. اگر باز هم خطوط مشخص ظاهر نشد، زاویه تابش نور را تغییر دهید.
• ۶- از نور دهی زیاد که باعث گرم شدن گوهر می شود احتراز کنید. گرم شدن علاوه بر اینکه به گوهر صدمه می زند باعث محو شدن خطوط طیفی نیز می شود.
• 7- انتظار انطباق کامل طیف با جداول استاندارد را نداشته باشید اگر نزدیک به آن بود کافی است.
• 8- در پاره ای از موارد با توجه به پیشترفت فناوری ساخت گوهرهای مصنوعی، گوهرهایی ساخته می شوند که طیف جذبی کاملا یکسانی با گوهرهای طبیعی دارند لذا روش اسپکتروسکوپی قادر به تشخیص این نوع گوهرها از گوهرهای طبیعی نیست.

شناسایی سنگ مصنوعی از طبیعی به وسیله اسپکتروسکوپ گوهر شناسی

برای شناسایی گوهرهای مختلف از همدیگر یا گوهرهای مصنوعی از طبیعی لازم است موقعیت نوارهای تیره ایجاد شده توسط نمونه مورد آزمایش، با طیفهای استاندارد تهیه شده برای گوهرهای مختلف مقایسه شود. در اسپکتروسکوپهای با سیستم پراش، فواصل باندهای رنگی تقریبا یکسان است در حالی که در انواع منشوری، باندهای قرمز و بنفش گسترده تر هستند و باندهای نارنجی و زرد فشرده تر می باشند. در بالای باندهای طیفی، اعداد ۴۰۰۰ تا ۷۰۰۰ بر حسب نانومتر نوشته شده که طول موج طیفهای مرئی نور سفید را نشان می دهد. محل نوارهای سیاه در گوهرهای مختلف متفاوت است مثلا در دمانتوئید (گارنت سبز) که ضریب شکست بالایی نیز دارد، در حد فاصل ۴۴۰۰ تا ۴۴۵۰ نانومتر باند سیاه مشاهده می شود و نشانگر جذب طیف با این طول موج توسط دمانتوئید است.

سافیر دارای طیف جذبی در طول موج ۴۵۰۰ نانومتر است در حالی که نوع مصنوعی آن فاقد این طیف جذبی است و یا طيف جذبی کاملا خفیفی از خود نشان می دهد. استفاده از طیفهای جذبی روش مناسبی برای تشخيص الماسهای رنگ شده به وسیله تشعشع مواد رادیواکتیو از الماسهای طبیعی است. هم چنین برای تمیز اسپینلهای مصنوعی رنگ آمیزی شده از اسپینلهای طبیعی یا تشخيص الكساندریت از کروندم مصنوعی رنگ آمیزی شده و تشخیص جیدیت های سبز از انواع رنگ آمیزی شده استفاده از طیفهای جذبی بسیار مفید می باشد.

چند نمونه از بکارگیری نتایج اسپکتروسکوپی در تشخیص گوهر سنگها

• الکساندریت: الكسانریت طبیعی و ساختگی هردو یک زوج خط تیره در ناحيه قرمز در 680 و 678 ارائه می دهند. یک دابلت ضعیف دیگر ممکن است در 650 و 640 داشته باشند. هیچکدام از گروه های کروندوم و اسپینل که تغییر رنگ می دهند و مشابه الکساندریت هستند، این خطوط را ندارند.
• الماس با رنگ های فانتزی: دیدن خطوط در الماس ها بسیار مشکل است مگر اینکه سرد شوند. با یخ خشک آنرا سرد و معمولا الماس های بهسازی شده خطوط بیشتری را به نمایش می گذارند و اگر بخش قرمز خاکستری یا سیاه به نظر برسد، مشکوک به بهسازی است. توجه: اگر خط 592 مشاهده شد، دلیل مثبتی بر بهسازی الماس است. اگر نبود خط 498 و 504 را نگاه کنید هر دو در الماس های طبیعی ظاهر می شوند. اما در نوع بهسازی شده 498 قوی تر است.
• سفایر آبی: تمام سفایرهای آبی طبیعی خطی در منطقه بنفش طیف در 450 نشان می دهند که با عمیق تر شدن رنگ سفایر بارزتر می شود. سفایرهای آبی ساختگی به همراه اسپینل آبی ، تانزانیت و شیشه این خط را نمایش نمی دهند. اخيرا سفایر ساختگی Chatham وارد بازار شده که این خط را نشان نمی دهد.
• گارنت دمانتوئید: اندیس شکست دمانتوئید بالا است بطوریکه شکست سنج چیزی را نشان نمی دهد. بنابراین اسپکتروسکوپ برای تشخیص آن بسیار مؤثر است. گوهر سبز عمیق یک زوج خط در انتهای قرمز در حدود 700 همراه با احتمالا یک زوج ضعيف در قرمز نارنجی در حدود 625 و 645 به نمایش می گذارد. گوهر سبز زرد یک باند قوی در منطقه بنفش در 440 به نمایش می گذارد.
• جیدیت سبز طبیعی: یک مجموعه سه خطی در 685، 660، 630 به ترتیب شدت از بیشتر به کمتر ارائه می دهد. این طرح در جیدیت سبز رنگ شده با مواد دیگر رنگ شده مشابه دیده نمی شود.