آیا فرآیند بهسازی فقط مختص سنگهای طبیعی است؟

همانطور که میدانیم سنگهایی با کیفیت پایین را جهت افزایش زیبایی، ثبات، کیفیت شامل رنگ و شفافیت، بهسازی میکنند. همچنین عملیات بهسازی روی برخی از مواد ارزان قیمت مانند رنگ کردن کوارتزیت جهت شبیه سازی یاقوت سرخ، سفایر، زمرد و .. انجام میشود. اگرچه این روش ها تنها به مواد ارزان قیمت “طبیعی” محدود نیست و روی مواد باکیفیت ساخته دست بشر روشهای بهسازی انجام میشود. در دهه گذشته ما شاهد سنگهای سنتتیکی بودیم که روشهایی معمول از بهسازی روی آنها انجام و به صورت عمیقی در بازار تجارت گوهر ها نفوذ کرده اند. بهسازی ها اغلب روی کروندوم های سنتتیک شامل رنگهای قرمز، آبی، زرد و بی رنگ که با روش ورنوئیل یا همان گداختگی (Flame-fusion) تولید شده اند انجام میشد.هدف از بهسازی سنگهای سنتتیک ایجاد اینکلوژن و یا خصوصیاتی مشابه با نوع طبیعی است.

این تکنیک ها یا بهسازی ها شامل حرارت دادن مانند خورد کردن (quench crackling)، ایحاد فلاس (flux-induced)، پر کردن با شیشه (glass-filled)، نفوذ یا دیفیوژن (diffused) است. گاهی چند عدد از سنگهای مصنوعی بهسازی شده با این روش در بارخانه طبیعی گذاشته میشود که تشخیص و تفاوت نمونه سنتتیک با طبیعی یک چالش سخت برای گوهرشناسان بخصوص برای فروشندگان سنگ و جواهر فروشان (مانند تصویر 1) میگردد.

بخش اول: ایجاد اینکلوژن

حرارت دادن

دهه ها روش حرارت دادن یاقوت های طبیعی به عنوان تکنیکی جهت بهسازی شفافیت / رنگ آنها استفاده میشد. ولی برای نمونه های سنتتیک حرارت دادن شفافیت را نه برای بهبود بلکه برای کاهش شفافیت انجام شود. اگرچه حرارت دادن برخی قالب های مواد مصنوعی کروندوم که با روش های flame-fusion یا روش فلاکس ساخته میشوند میتواند رنگ آنها را بهبود بخشد. به دلیل اینکه این روشها بیشتر روی یاقوت های سنتتیک flame-fusion استفاده میشود، در این مقاله از اینجا به بعد فقط این دسته را مورد مطالعه قرار میدهیم و نمونه های رشد یافته با روش فلاکس یا هیدروترمال را مورد بررسی قرار نمیدهیم. حرارت دادن یاقوتهای سنتتیک میتواند رنگ و شفافیت از نظر حذف حباب های گیر افتاده درون آن را بهبود بخشد. همچنین خطوط رشد منحنی وار معمول در آنها پخش و پراکنده میشوند تا جایی که قابلیت مشاهده آنها به طور قابل توجهی کاهش میابد. این خصیصه لایه های رشد منحنی وار به دلیل تغییرات دما و تراکم ناخالصی ها همراه با لایه های رشد متوالی در حین تولید این نوع کروندوم در آزمایشگاه ایجاد میشود. در حین حرارت، نقاط اتصال این لایه ها حل شده و در گرادیان کم دما، حین بلورسازی دوباره، این خطوط رشد تقریبا ناپدید و رنگ نیز پخش میشود. همچنین حرارت دادن سبب میشود خطوط یا پدیده معروف به ‘plato-lines’ در یاقوت های سنتتیک ورنوئیل کاهش یابد. 

آیا سنگهای سنتتیک و مصنوعی پاک و بدون ناخالصی هستند؟

این یک تصور اشتباه عامه در بین برخی بازاریان و خریداران است که فکر میکنند یاقوت های سنتتیک معمولا پاک و بدون هیچ اینکلوژنهایی که “با چشم دیده شود” هستند. حتی برخی از فروشندگان زرنگ از این نسخه پیچی برای فروختن زمرد و یاقوت های سنتتیک به عنوان اصل به مشتری استفاده میکنند. این درحالی است که نمونه های زیادی از یاقوت های سنتتیک ساخته شده به روش گداختگی دیده ایم که درون خود ابرهایی از حباب (قابل دیدن با چشم غیر مسلح) هستن که با اینکلوژن های گروهی روتایل (clouds of silk) اشتباه گرفته میشوند. البته این تا اندازه ای درست است که یاقوت های سنتتیک flame-fusion اینکلوژنهای قابل دید با چشم غیر مسلح را به جز ابرهای حبابی یا گاهی ابرهای قطعات تیتانیوم اکساید (ناشی از فرآیند تولیدش) ندارد. ولی بخش اعظمی کروندوم های ساختگی تولید شده معمولا کاملا شفاف هستند که میتوان به راحتی آنها را از نمونه های طبیعی تشخیص داد. ولی اشخاصی که در بهسازی سنگها حرفه ای هستند به اندازه کافی باهوش هستند تا مقدار اینکلوژن درون سنگهای سنتتیک قرار دهند!

اضافه کردن اینکلوژن با روش quench crackling

در این روش سنگها را در دمایی بالغ بر 1000 تا 1200 درجه سانتیگراد به مدت 3 تا 4 ساعت حرارت داده سپس آنها را درون آب سرد انداخته که دمای سنگ ناگهانی کاهش میابد و به سنگ شوک وارد شده که در نهایت موجب ترک بستن سنگ میشود. بدین صورت در چشمان یک گوهرشناس تازه وارد، پدیده اثر انگشتی (Finger print) در ترکها ایجاد میشود. یاقوت های quench crackled در بازار ایران به یاقوت های آب جوشی و یا آتشین معروفند. این فرآیند روی کروندوم ها و بخصوص کوارتز ، چندین دهه است که انجام میگردد که البته برای تشخیص آن میتوان از پدیده شطرنجی شدن ‘checker-board’ یا ساختار تار عنکبوتی درون آن به این روش بهسازی “برای یک چشم آموزش دیده” پی برد.

حرارت دادن دوباره!

یاقوت هایی که با روش quench-crackled خورد و ترکدار شدند را دوباره تحت دمایی حدود 1200 تا 1400 درجه سلسیوس به مدت 72 ساعت در جریانی بیرنگ (مانند بوراکس) حرارت میدهند که در نتیجه مواد ذوب شده به درون ترکها نفوذ و بدین طریق احیا میشوند. اگر زیر میکروسکوپ به محل ترکها نگاه کنید، اینکلوژن اثر انگشت (Finger print) که اغلب در یاقوت های طبیعی و یا بهسازی شده وجود دارد مشاهده میشود. هرچند که همان ساختار شطرنجی که گفته شد میتوان آن را تشخیص داد. کل هدف این است که کروندوم مصنوعی شبیه به یاقوت های طبیعی که ترکهای آنها با روش flux-healed بهبود یافته است شوند. (تصویر5)

پر کردن ترک با شیشه glass filling

امروزه دیده شده که علاوه بر پر کردن ترکها با فلاکس، با روش lead-glass نیز آنها را بهسازی میکنند. در این حالت مشخصه نفوذ شیشه در سنگ دیده میشود که میتواند شامل انعکاس نور آبی یا حباب گیر افتاده درون سنگ باشد. بنابراین اگر به دقت بررسی نشود ممکن است با یاقوت های طبیعی گلس شده اشتباه گرفته شوند.

ترکهای ترمیم شده اتفاقی

نمونه هایی از کروندوم های سنتتیک دیده شده که با روش فلاکس حرارت دیده اند ولی مشخصه پدیده ‘checker-board’ در آنها دیده نشده است. این نمونه ها به صورت رندوم دارای یک یا گروهی جداگانه از ترک و درز در خود دارند که ظاهر یک ترک ترمیم شده یا اثر انگشت (Finger print) هیت شده به آن میدهد. این چیزی است که در یاقوت های طبیعی که فقط با هیت(حرارت) بهسازی شده اند دیده میشد.

در این حالت تشخیص و تمایز نمونه به عنوان سنتتیک یا طبیعی میتواند برای یک گوهر شناس چالشی سخت باشد و باید مشخصه های مربوط به ترک ها و علت پدید آمدن آنها به دقت و با احتیاط بررسی شود. موارد زیادی از اشتباه در تشخیص این نوع یاقوت ها دیده شده است.

روبی های سنتتیک با غشای لکه آهن (iron-stained)

روبی های سنتتیکی دیده شده که ترکهایشان با موادی با رنگ قرمز مایل به نارنجی پر شده است و پدیده ‘iron-stained’ به آن داده که امری معمول در سنگهای طبیعی است. چنین لایه بسیار نازکی میتواند به راحتی فرد را فریب دهد.

بخش دوم: ایجاد رنگ

روشهای بهسازی فقط مربوط به اضافه کردن اینکلوژن به کروندوم های مصنوعی نیست بلکه رنگ غالبا آبی به کروندوم های بی رنگ توسط پروسه دیفیوژن اضافه می گردد. اصطلاح ‘diffusion’ یا “نفوذ” که در حال حاضر به صورت گسترده مورده استفاده قرار گرفته است به وارد سازی ناخالصی های خاصی در ساختار کروندوم اشاره دارد که درنتیجه آن شفافیت، رنگ و پدیده اصلاح یا تغییر میکنند. در حال حاضر دو ناخالصی رایج تیتانیوم (رنگ آبی را ایجاد میکند) و بریلیوم (گستره ای از رنگها را ایجاد میکند) در کروندوم میباشد. گرچه آزمایش هایی با عناصر کبالت (تولید رنگ آبی)، کروم (تولید رنگ قرمز)، لیتیوم (تولید طیف رنگی) و.. انجام شده است با این حال تغییر رنگ تولید شده توسط این دو فرآیند دیفیوژن رایج مکانیزمی کاملا متفاوت دارد که اینجا مورد بحث نیست. دیفیوژن یا نفوذ تیتانیوم در کروندوم (بی رنگ تا سفایر کمرنگ) برای ایجاد رنگ آبی از دهه 80 میلادی در صنعت گوهر شناخته شده است. روش بهسازی دیفیوژن یا نفوذ روی سفایرهای طبیعی که فاقد تیتانیوم درساختارشان است به وسیله حرارت دادن ساده همراه با نفوذ تیتانیوم، رنگشان به آبی تغییر میکند. با گذشت زمان دیفیوژن تیتانیوم بر روی سفایرهای بی رنگ مصنوعی هم آزمایش شده و از ابتدای قرن حاضر نیز این سفایرهای مصنوعی بهسازی شده بیشتر متداول شده اند. امروزه سفایرهای مصنوعی دیفیوژن با اندازه هایی نسبتا بزرگ (حتی تا 30 قیراط دیده شده) به بازار وارد شده اند.

چالش های شناسایی سفایرهای تیتانیوم دیفیوژن مصنوعی

در بیشتر حالات شناسایی سفایرهای تیتانیوم دیفیوژن طبیعی یا مصنوعی بسیار ساده و سرراست است. ویژگی های بارز مشاهده شده در آنها مربوط به غلظت رنگ در لبه ها و یا توضیع رنگ ناهموار در فست ها است. برخی از فست ها تیره تر از بقیه بنظر میرسند. این ویژگی ها زمانی که سنگ متیل یدید غوطه‌ور است قابل روئیت هستند. علاوه بر این، هنگامی که کروندوم تحت فرآیند دیفیوژن قرار میگیرد نیازمند این است که در دمای بالایی حرارت داده شود. بنابراین ترکها و تنشهای سطحی بوجود می آیند که وقتی همین سنگ را در جریان پسماند فلاکس قرار میدهند ترکها پر شده و به درون آن شماتیکی از اینکلوزیون اثر انگشت ترمیم شده را میدهد. چیزی که در کروندوم های طبیعی حرارت شده میتوان مشاهده کرد! سفایرهای بی رنگ مصنوعی اغلب بدون ناخالصی هستند. چالش اصلی این است که تشخیص بدهیم که این ناخالصی مربوط به طبیعی هست یا مصنوعی. بنابراین مطالعه چگونگی پدید آمدن و مشخصه های درونی طبیعی با ساختگی باید مورد مطالعه قرار گیرد.

منشا سنتتیک یا طبیعی بودن سفایر در این جا میتواند بررسی حباب ها و خطوط پلاتو باشد که در خطوط متقاطع تاریک در نور پلاریزه روی محور نوری قابل مشاهده است. با این حال برای دیدن این خطوط تجربه، حوصله و جهت گیری مناسب نیاز است. البته باید توجه داشته باشید که به علت هیت شدن ، خطوط plato-lines بسیار کم دیده میشوند و نبود این خطوط دلیلی بر طبیعی بودن سنگ نیست.

اگر در نمونه خود اینکلوژن قطعی ندیدید، الگوی فلورسانسی آن در ارتباط با توزیع رنگ میتواند در تشخیص به ما کمک کند. سفایرهای مصنوعی به دیفیوژن شده، فلورسانس آبی گچی رنگی را در موج کوتاه UV را در لبه لبه فستهای کمرنگ (بخصوص در گریدل) نشان میدهد. این درحالی است که در فست های تیره تر واکنشی را نشان نمیدهد. این امر بدین علت است که در حقیقت سفایر بی رنگ تحت نور موج کوتاه UV به رنگ آبی گچی (قلیاییی) در می آید و بعد از دیفیوژن، لایه ای از ناخالصی های عامل رنگزا پراکنده میشود که دید فلورسانس را خنثی یا ناپدید میسازد. هنگامی که سنگ پس از بهسازی، صیقل و پولیش داده میشود، فست هایی که برای مدت نسبتا طولانی تر پولیش داده شده اند، رنگ بیشتری از دست داده اند که سبب میشود نور UV به لایه های زیرین نفوذ و ماهیت سنتتیک بودن سنگ را آشکار نماید. به طور تجربی، سفایرهای طبیعی دیفیوژن شده معمولا در زیر نور فرابنفش خنثی هستند. تجزیه تحلیل بیشتر با استفاده از LIBS یا LA-ICP-MS تغییرات در شیمی سطح و پایه سفایر های مصنوعی و طبیعی را نشان میدهد. هرچند که این امکانات و آنالیز ها در کمتر آزمایشگاه گوهرشناسی در جهان میتوان دید. آزمایش هایی از بریلیوم دیفیوژن روی سفایرهای مصنوعی انجام شده است ولی در بازار محبوبیتی کسب نکردند. یکی از دلایل آن این بود که ویژگی بصری قابل تشخیصی که بتوان آن را با طبیعی اشتباه گرفت در آنها وجود نداشت. شاید فکر کنید چرا وقتی میتوان سفایر را به صورت سنتتیک از همان اول در انواع رنگهای مختلف ساخت، چرا آنها بی رنگ را بهسازی و مورد دیفیوژن قرار میدهند؟

پاسخ مناسبی در این مورد ندارم ولی شاید یک علت بوجود آوردن ویژگی های طبیعی یک سفایر در آن و جا زدن آن به عنوان طبیعی در بازار است. اگر شما یک یاقوت دیفیوژن شده ببینید تصور دارید بهسازی شده است و پس از مشاهده اینکلوژن اثر انگشت تصور دارید طبیعی است. این موضوع براحتی بسیاری از گوهرشناسان را در تشخیص به اشتباه می اندازد.

منابع: با تشکر از مازیار ثقفی که در ترجمه قسمت سفایرها در این مقاله همکاری نمودند. Are Treatments Only for Natural Gems? Part II: adding colourAuthor: Gagan Choudhary Are Treatments only for natural gems Part 1: adding inclusions Author: Gagan Choudhary Choudhary G. (2008) An interesting synthetic sapphire, Gems & Gemology, Vol. 44, No. 1, pp 87-88 Choudhary G. (2008) Two interesting synthetic rubies, Gems & Gemology, Vol. 44, No. 3, pp 279-281 Hughes R.W. (1997) Ruby & Sapphire, RWH Publishing, Colorado, USARenfro N. (2012) Lead Glass-Filled Synthetic Ruby, Gems & Gemology, Vol. 48, No.3, pp 214 Themelis T. (2010) The Heat Treatment of Ruby & Sapphire – 2nd edition, BangkokGolecha C. (2006) Diffusion-Treated Synthetic Sapphire, Gems & Gemology, Vol. 42, No.2, pp 185-186 Kane, R.E., Kammerling, R.C., Koivula, J. I., Shigley, J.E., and Fritsch, E., 1990, The identification of blue diffusion – treated sapphires, Gems & Gemology, Vol.26, No.2, pp 115-133 McClure S. (2012) Titanium Diffused Synthetic Sapphire- Potential Identification Issues, The 3rd International Gem & Jewelry Conference (GIT 2012), proceedings volume, pp 284-289 All photographs and photomicrographs by G. Choudhary, unless otherwise stated.