Madagascar Sapphire - Xử lý nhiệt ở nhiệt độ thấp


Trong bài viết này, Jade House Việt Nam (www.jadehousevn.com) giúp quý độc giả có cái nhìn mới mẻ về phương pháp xử lý nhiệt Sapphire!

Nghiên cứu thí nghiệm về phương pháp xử lý nhiệt Sapphire

Mẫu

Mười hai mẫu Madagascar Sapphire xanh chưa được xử lý được chọn từ các bưu kiện từ ba địa điểm đã được chuẩn bị cho các thí nghiệm sưởi ấm. Các mẫu 1 Ném4 được Rosey Perkins thu thập vào năm 2017 tại Bemurdy, Madagascar. Các mẫu 5 Ném8 đã được mua bởi một nhóm từ Lotus Gemology trong chuyến đi năm 2016 đến Ilakaka, Madagascar. Các mẫu 9 Ném12 được lấy tại Bangkok từ rất nhiều sapphire Andranondambo thô từ Simonaleighart của Châu Á Lounges và Isaac Stern. Tất cả các viên đá đã được kiểm tra trước khi nung nóng và cho thấy các đặc điểm phù hợp với sapphire Madagascar chưa được xử lý (Peretti và Peretti, 2017; Krzemnicki et al., 2017).

Chuẩn bị mẫu

Bốn mẫu được chọn từ mỗi trong số ba bưu kiện từ Bemurdy, Ilakaka và Andranondambo, theo màu sắc và vùi của chúng. Ưu tiên cho những người có màu đậm hơn với các vùi đặc trưng, ​​và một số hiển thị phân vùng màu. Các mẫu tối hơn được chọn vì chúng tôi đặc biệt thích xem nhiệt độ nào sẽ làm sáng vật liệu quá tối. Sau đó, tất cả 12 mẫu được đánh bóng thành các tấm mỏng có độ dày khoảng 2 che5 mm. Những viên đá được làm sạch bằng axit trong hỗn hợp 50% hydrochloric và 50% axit hydrofluoric trong khoảng 48 giờ trước khi được đun nóng. Sau vòng gia nhiệt cuối cùng, các mẫu được sơn lại một chút để loại bỏ thiệt hại bề mặt xảy ra do xử lý nhiệt.

Hệ thống lò nung

Sau khi làm sạch axit, chúng tôi đã kiểm tra và ghi lại dữ liệu về 12 viên đá. Sau đó, chúng tôi làm nóng chúng trong không khí, đó là một bầu không khí oxy hóa, đến 800 ° C, 900 ° C, 1000 ° C và 1100 ° C trong tám giờ ở mỗi nhiệt độ với lò nướng Vulcan 3-550 (hình 4). Chúng được làm nóng thêm trong không khí đến 1300 ° C và 1500 ° C bởi John L. Emmett với lò nướng Lindberg 51333. Những viên đá được đặt trên corundum cảm thấy trong khi được nung nóng.
[caption id="attachment_3217" align="aligncenter" width="636"]E. Billie Hughes loại bỏ các mẫu khỏi lò nướng Vulcan 3-550 sau một phiên làm nóng Madagascar Sapphire[/caption]

Xác định nhiệt độ thấp

Mặc dù một số đại lý mà chúng tôi đã nói đến việc xác định xử lý nhiệt độ thấp dưới 1000 ° C, cho mục đích nghiên cứu, chúng tôi định nghĩa nó hơi khác nhau. Xử lý nhiệt độ cao liên quan đến việc hòa tan các vi tinh thể pha thứ cấp, trong khi xử lý nhiệt độ thấp thì không. Phổ biến nhất của các vi tinh thể trong corundum là lụa rutile. Sự hòa tan rutile có thể xảy ra vào khoảng 1200 Pha1350 ° C, chúng tôi sử dụng để xác định ranh giới gần đúng giữa các phương pháp xử lý nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao (Hughes et al., 2017). Vì điều này, chúng tôi đã tập trung thí nghiệm vào bốn vòng nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ thấp hơn từ 800 đến 1100 ° C, một vòng tròn trung gian nhiệt độ ở 1300 ° C, chúng tôi có thể xem xét một khu vực biên giới và một vòng đường cao ở 1500 ° C cho độ tương phản.

EDXRF

Phân tích khối lượng huỳnh quang tia X phân tán năng lượng (EDXRF) được thực hiện bằng Skyray EDX 6000B. Chúng tôi thu được thành phần hóa học trên tất cả các mẫu trước khi gia nhiệt (bảng 1). Giới hạn phát hiện là 1 Tắt3 ppmw (0,5 trừ1 ppma) cho Ti, 3 Tắt7 ppmw (1 Lời3 ppma) cho V, 3 Ném7 ppmw (1 Lời3 ppma) cho Cr, 14 ppmw (5 ppma) cho Fe và 1 P4 ppmw (1 ppma) cho Ga. Tiến sĩ Andreas Burkhardt đã hiệu chỉnh quy trình corundum với các tiêu chuẩn corundum tự nhiên và tổng hợp được phân tích bằng phương pháp cắt đốt bằng laser kết hợp với quang phổ khối plasma plasma (LA-ICP-MS) và microprobe (LA-ICP-MS) EMPA) tại Đại học Bern và Đại học Basel, Thụy Sĩ. Tính năng thú vị nhất là dải sắt (Fe) rộng, từ mẫu 10 ở 243 ppma đến mẫu 2 ở 2465 ppma.

Chụp ảnh vĩ mô

Ảnh được chụp bằng máy ảnh Canon EOS 6D với ống kính 65 mm được kẹp vào giá đỡ bản sao. Các mẫu được đặt trên hộp đèn được cung cấp bởi nguồn sáng XD-300 (xenon). Hình ảnh được ghi lại trước khi sưởi ấm và sau mỗi vòng tám giờ sưởi ấm ở mỗi nhiệt độ.
Mẫu 1, không giống như các mẫu khác được thử nghiệm, có vùng màu hồng mạnh ngoài phân vùng màu xanh. Vùng màu hồng này trở thành một màu cam mạnh mẽ hơn với mỗi vòng sưởi ấm (điều này từ lâu đã được đồn đại sẽ diễn ra ở Sri Lanka). Phân vùng màu xanh lam trong mảnh bắt đầu sáng và chuyển sang màu tía, đặc biệt là sau khi làm nóng đến 1100 nhiệt1300 ° C, và bắt đầu trở lại màu xanh mạnh hơn sau khi làm nóng đến 1500 ° C.
[caption id="attachment_3209" align="aligncenter" width="636"] Madagascar Sapphire[/caption]
Máy chụp ảnh quang học bao gồm được chụp bằng máy ảnh Canon EOS 6D được kết nối với kính hiển vi Olympus SZX16 bằng ống kính SDF PLAPO 0,8 .. Một loạt các vùi có dấu hiệu thay đổi một khi đá được nung nóng. Một số thay đổi bắt đầu trở nên rõ ràng sau vòng gia nhiệt đầu tiên ở 800 ° C, trong khi những thay đổi khác phát triển ở nhiệt độ cao hơn. Nhiều thay đổi bắt đầu ở nhiệt độ thấp ngày càng trở nên kịch tính khi nhiệt độ tăng.
Một trong những thay đổi đầu tiên chúng tôi bắt đầu nhận thấy là sự phát triển của các vết nứt. Ngay cả sau các vòng gia nhiệt đầu tiên ở 800 ° C và 900 ° C, các khe nứt sáng bóng đã xuất hiện xung quanh nhiều tinh thể đi kèm. Khi đá được nung nóng đến nhiệt độ cao hơn, các khe nứt như vậy có xu hướng phát triển lớn hơn, với các khu vực thủy tinh, hiển nhiên trong hình 7, 8, 9 và 11. Khoảng 1300 ° C, một số khu vực thủy tinh này bắt đầu hình thành cổ xuống và hình thành các kênh sủi bọt nhỏ trông giống như dấu vân tay của người Hồi giáo (Hughes và Emmett, 2004). Trong mẫu 3, có một vết nứt lớn được chữa lành một phần ngay cả trước khi xử lý nhiệt, một số kênh giống như ống trong khe nứt cho thấy các dấu hiệu thay đổi rõ ràng sau nhiệt đến 1500 ° C và phát triển hình tròn.
[caption id="attachment_3210" align="aligncenter" width="636"]Vết nứt được chữa lành một phần, hoặc dấu vân tay, hình xăm trong mẫu 3 trước khi gia nhiệt. Lưu ý các kênh kéo dài, giống như ống. B: Sau khi nung đá đến 1500 ° C, nhiều cạnh lởm chởm của các ống đã trở nên tròn, và một số cổ thậm chí còn hạ xuống để tạo thành các hình tròn nhỏ hơn thay cho các ống thon dài (Hughes, 2017). Ánh sáng khuếch tán. Máy chụp ảnh quang học của E. Billie Hughes; trường nhìn 1 mm Vết nứt được chữa lành một phần, hoặc dấu vân tay, hình xăm trong mẫu 3 trước khi gia nhiệt. Lưu ý các kênh kéo dài, giống như ống. B: Sau khi nung đá đến 1500 ° C, nhiều cạnh lởm chởm của các ống đã trở nên tròn, và một số cổ thậm chí còn hạ xuống để tạo thành các hình tròn nhỏ hơn thay cho các ống thon dài (Hughes, 2017). Ánh sáng khuếch tán. Máy chụp ảnh quang học của E. Billie Hughes; trường nhìn 1 mm[/caption][caption id="attachment_3211" align="aligncenter" width="636"]Trong mẫu 4 trước khi nung, một cụm các tinh thể trong suốt được bao quanh bởi các vết nứt ứng suất có cánh đã làm mất màu các khu vực xung quanh chúng. B: Sau vòng nung nóng đầu tiên ở 800 ° C, chúng ta đã có thể quan sát những thay đổi nhỏ, vì hai trong số các tinh thể đã phát triển các vết nứt thủy tinh lớn hơn so với ban đầu. C: Vào thời điểm mẫu được làm nóng đến 1100 ° C, sự khác biệt đáng kể đã xuất hiện. Các vết nứt mịn và thủy tinh trước đây xung quanh các tinh thể đã trở nên lớn hơn và bắt đầu lành lại, tạo ra một hình dạng dấu vân tay. Cũng lưu ý rằng các khu vực khử màu ít nổi bật hơn nhiều, và màu xanh tổng thể của đá đã trở nên nhạt hơn. Chiếu sáng trường sáng, với các bộ lọc khuếch tán màu xanh và trắng. Một bộ lọc khuếch tán màu xanh được sử dụng để chỉnh màu cho nguồn sáng, có tông màu vàng, để làm cho nó trung tính hơn. Máy chụp ảnh quang học của E. Billie Hughes; trường nhìn 1,8 mm Trong mẫu 4 trước khi nung, một cụm các tinh thể trong suốt được bao quanh bởi các vết nứt ứng suất có cánh đã làm mất màu các khu vực xung quanh chúng. B: Sau vòng nung nóng đầu tiên ở 800 ° C, chúng ta đã có thể quan sát những thay đổi nhỏ, vì hai trong số các tinh thể đã phát triển các vết nứt thủy tinh lớn hơn so với ban đầu. C: Vào thời điểm mẫu được làm nóng đến 1100 ° C, sự khác biệt đáng kể đã xuất hiện. Các vết nứt mịn và thủy tinh trước đây xung quanh các tinh thể đã trở nên lớn hơn và bắt đầu lành lại, tạo ra một hình dạng dấu vân tay. Cũng lưu ý rằng các khu vực khử màu ít nổi bật hơn nhiều, và màu xanh tổng thể của đá đã trở nên nhạt hơn. Chiếu sáng trường sáng, với các bộ lọc khuếch tán màu xanh và trắng. Một bộ lọc khuếch tán màu xanh được sử dụng để chỉnh màu cho nguồn sáng, có tông màu vàng, để làm cho nó trung tính hơn. Máy chụp ảnh quang học của E. Billie Hughes; trường nhìn 1,8 mm[/caption][caption id="attachment_3212" align="aligncenter" width="636"]Trước khi xử lý nhiệt, mẫu 6 cho thấy một nhóm các tinh thể nhỏ trong các khu vực bị mất màu cũng như các dải màu đặc biệt của phân vùng màu. B: Ở 900 ° C, tinh thể lớn nhất đã phát triển một vết nứt lớn, sáng bóng xung quanh nó, và phân vùng màu sắc đã sáng lên một chút. C: Khi chúng ta nóng lên mức cao hơn, những vết nứt này bắt đầu lành lại ở các cạnh. Đến vòng nhiệt cuối cùng của chúng tôi, ở 1500 ° C, các tinh thể nhỏ khác cũng đã phát triển các vết nứt thủy tinh đang bắt đầu lành. Bất kỳ dấu vết nào của việc phân vùng màu nổi bật trước đó gần như không còn nữa, và viên đá có màu xanh lam nhạt hơn. Chiếu sáng trường với các bộ lọc khuếch tán màu xanh và trắng. Máy chụp ảnh quang học của E. Billie Hughes; trường nhìn 1,2 mm Trước khi xử lý nhiệt, mẫu 6 cho thấy một nhóm các tinh thể nhỏ trong các khu vực bị mất màu cũng như các dải màu đặc biệt của phân vùng màu. B: Ở 900 ° C, tinh thể lớn nhất đã phát triển một vết nứt lớn, sáng bóng xung quanh nó, và phân vùng màu sắc đã sáng lên một chút. C: Khi chúng ta nóng lên mức cao hơn, những vết nứt này bắt đầu lành lại ở các cạnh. Đến vòng nhiệt cuối cùng của chúng tôi, ở 1500 ° C, các tinh thể nhỏ khác cũng đã phát triển các vết nứt thủy tinh đang bắt đầu lành. Bất kỳ dấu vết nào của việc phân vùng màu nổi bật trước đó gần như không còn nữa, và viên đá có màu xanh lam nhạt hơn. Chiếu sáng trường với các bộ lọc khuếch tán màu xanh và trắng. Máy chụp ảnh quang học của E. Billie Hughes; trường nhìn 1,2 mm[/caption][caption id="attachment_3213" align="aligncenter" width="636"]Trước khi nung, mẫu 9 cho thấy hai tinh thể trong suốt bên cạnh một mô hình phân vùng màu xanh góc cạnh. B: Khi đun nóng đến 1000 ° C, tinh thể lớn hơn cho thấy sự phá hủy nhiệt, với một vết nứt thủy tinh hình thành xung quanh nó. Lưu ý làm thế nào màu nền đã sáng. C: Ở 1100 ° C, khe nứt đã trở nên lớn hơn và một vết nứt nhỏ đã bắt đầu phát triển xung quanh tinh thể nhỏ hơn. D: Ở 1500 ° C, cảnh bao gồm gần như không thể nhận ra. Các vết nứt lớn đã phát triển xung quanh cả hai tinh thể và bắt đầu lành lại, tạo ra dấu vân tay trông tan chảy. Các vùng màu xanh lam đã chuyển sang màu nâu nhạt, nhưng toàn bộ màu cơ thể đã trở nên mạnh mẽ hơn, thậm chí là màu xanh. Chiếu sáng trường sáng với các bộ lọc màu xanh và trắng cộng với ánh sáng sợi quang xiên khuếch tán. Máy chụp ảnh quang học của E. Billie Hughes; trường nhìn 1,7 mm. Trước khi nung, mẫu 9 cho thấy hai tinh thể trong suốt bên cạnh một mô hình phân vùng màu xanh góc cạnh. B: Khi đun nóng đến 1000 ° C, tinh thể lớn hơn cho thấy sự phá hủy nhiệt, với một vết nứt thủy tinh hình thành xung quanh nó. Lưu ý làm thế nào màu nền đã sáng. C: Ở 1100 ° C, khe nứt đã trở nên lớn hơn và một vết nứt nhỏ đã bắt đầu phát triển xung quanh tinh thể nhỏ hơn. D: Ở 1500 ° C, cảnh bao gồm gần như không thể nhận ra. Các vết nứt lớn đã phát triển xung quanh cả hai tinh thể và bắt đầu lành lại, tạo ra dấu vân tay trông tan chảy. Các vùng màu xanh lam đã chuyển sang màu nâu nhạt, nhưng toàn bộ màu cơ thể đã trở nên mạnh mẽ hơn, thậm chí là màu xanh. Chiếu sáng trường sáng với các bộ lọc màu xanh và trắng cộng với ánh sáng sợi quang xiên khuếch tán. Máy chụp ảnh quang học của E. Billie Hughes; trường nhìn 1,7 mm.[/caption][caption id="attachment_3215" align="aligncenter" width="636"]Một tinh thể nhỏ, phẳng được mô tả trong mẫu 10 trước khi xử lý nhiệt. B: Một vết nứt phản chiếu bắt đầu xuất hiện xung quanh tinh thể sau lần nung nóng đầu tiên đến 800 ° C. Đến năm 1100 ° C (ảnh), vết nứt đã bắt đầu lành ở các cạnh. C: Đến vòng gia nhiệt cuối cùng, ở 1500 ° C, vết nứt xung quanh tinh thể này đã bắt đầu lành lại thành dấu vân tay. Các tinh thể cũng đã thay đổi và phát triển một vẻ ngoài mờ nhạt, trắng. Darkfield chiếu sáng. Máy chụp ảnh quang học của E. Billie Hughes; trường nhìn 1 mm Một tinh thể nhỏ, phẳng được mô tả trong mẫu 10 trước khi xử lý nhiệt. B: Một vết nứt phản chiếu bắt đầu xuất hiện xung quanh tinh thể sau lần nung nóng đầu tiên đến 800 ° C. Đến năm 1100 ° C (ảnh), vết nứt đã bắt đầu lành ở các cạnh. C: Đến vòng gia nhiệt cuối cùng, ở 1500 ° C, vết nứt xung quanh tinh thể này đã bắt đầu lành lại thành dấu vân tay. Các tinh thể cũng đã thay đổi và phát triển một vẻ ngoài mờ nhạt, trắng. Darkfield chiếu sáng. Máy chụp ảnh quang học của E. Billie Hughes; trường nhìn 1 mm[/caption]

UV-Vis-NIR

Quang phổ tử ngoại / nhìn thấy / cận hồng ngoại (UV-Vis-NIR) được thực hiện với máy quang phổ Magilabs GemmoSphere UV-Vis-NIR. Chúng tôi đã ghi lại phổ UV-Vis-NIR trước khi gia nhiệt và sau mỗi giai đoạn gia nhiệt. Trước khi nung, 11 trong số 12 viên đá cho thấy quang phổ điển hình của sapphire biến chất, với độ hấp thụ nổi bật giữa 500 và 600nm (hình 12A). Chỉ có mẫu 3 cho thấy một phổ không phải là điển hình của sapphire biến chất (hình 13). Nó hiển thị mức độ hấp thụ giữa 500 và 600nm cũng như một đỉnh nổi bật ở 880nm, thường liên quan đến các viên sapphire magma (Hughes et al., 2017).
Mười một trong số mười hai viên đá cũng cho thấy các đỉnh liên quan đến Fe ở 450nm, từ yếu đến rất mạnh. Viên đá duy nhất ban đầu không hiển thị đỉnh này là mẫu 1 (hình 14), có cả hai vùng màu hồng và màu xanh. Viên đá này cho thấy sự truyền tải chỉ dưới 700nm trong vùng màu đỏ.
Sau mỗi vòng sưởi ấm, chúng tôi lại chạy quang phổ. Với nhiệt độ ở 800 ° C, tất cả các quang phổ tương tự như các nhiệt thu được trước khi gia nhiệt.
Đối với vòng tiếp theo, chúng tôi đã làm nóng các mẫu đến 900 ° C. Chúng tôi rất ngạc nhiên khi thấy hai trong số các quang phổ thay đổi đáng kể. Trong các mẫu 7 và 12, cực đại giữa 550 và 600nm trở nên kém nổi bật hơn và dải hấp thụ rộng tập trung ở 880nm được phát triển (hình 12B).
Lúc đầu, chúng tôi nghi ngờ rằng chúng tôi đã gây ra lỗi, có lẽ vì chúng tôi đã tập trung vào một khu vực hơi khác của các viên đá khi chạy quang phổ (xem Giới hạn của các kết quả UV-Vis-NIR bên dưới). Chúng tôi chạy lại quang phổ nhiều lần, với kết quả tương tự. Trong tài liệu đá quý, sự thay đổi này hiếm khi được chi tiết. Tài liệu tham khảo sớm nhất mà chúng tôi tìm thấy liên quan đến saphia Montana được xử lý nhiệt, cũng cho thấy sự thay đổi này sau khi điều trị (Emmett và Douthit, 1993). Nó cũng đã được báo cáo trong saphia Madagascar nóng trong luận án thạc sĩ (Worawitratanagul, 2005).
Đến vòng sưởi ấm tiếp theo, đến 1000 ° C, quang sai này trở thành xu hướng. Các mẫu 7 và 12 vẫn hiển thị cực đại khoảng 880nm, nhưng năm viên đá nữa cũng cho thấy sự dịch chuyển này (các mẫu 2, 4, 5, 9 và 10). Ở 1100 ° C, phổ của mẫu 11 cũng hiển thị sự thay đổi, với tổng số 8 trên 12.
Trong số tám viên đá có quang phổ thay đổi để hiển thị đỉnh 880nm này, bảy viên đá vẫn giữ lại đỉnh sau tất cả các vòng gia nhiệt tiếp theo. Ngoại lệ duy nhất là mẫu 9, có phổ trở lại chỉ hiển thị độ hấp thụ từ 550 đến 600nm sau khi làm nóng ở 1300 ° C. Chúng tôi không chắc chắn về nguyên nhân. Thử nghiệm thêm với các mẫu được căn chỉnh theo trục c có thể hữu ích trong việc khám phá điều này hơn nữa (một lần nữa, xem Giới hạn của các kết quả UV-Vis-NIR bên dưới).
Những thay đổi quang phổ đáng kể này cho thấy mối tương quan mạnh mẽ với những thay đổi lớn về màu sắc sau khi xử lý nhiệt. Nó đã được đề xuất rằng có một mối tương quan mạnh mẽ giữa một đỉnh 880 và nguồn gốc liên quan đến bazan. Với thực tế là chúng tôi đã ghi nhận đỉnh này trong sapphire biến chất nóng, chúng tôi sẽ thận trọng không sử dụng phổ UV-Vis-NIR làm bằng chứng duy nhất về nguồn gốc bazan. Như mọi khi, những quang phổ này nên được cân nhắc với các yếu tố khác.

Hạn chế của kết quả UV-Vis-NIR

Chúng ta nên lưu ý rằng các tấm wafer không được định hướng theo trục c khi chúng được đánh bóng và quang phổ có thể được lấy từ các vị trí hơi khác nhau trên đá. Điều này có thể ảnh hưởng đến kết quả.
Tuy nhiên, những thay đổi đáng kể trong một số phổ (8 trong số 12 viên đá) là bằng chứng mạnh mẽ cho thấy sự dịch chuyển này là kết quả của quá trình xử lý nhiệt, không chỉ do sự liên kết khác nhau của các viên đá trong khi thu được phổ. Các thí nghiệm trong tương lai với các mẫu được định hướng cho trục c và được định vị giống hệt nhau sẽ củng cố các kết quả này.

FTIR

Fourier transform-hồng ngoại (FTIR) quang phổ được thực hiện bằng một Bruker tensor 27 phổ, với mẫu đặt trên một Pike trôi tập tin đính kèm và quét 64 lần ở độ phân giải 4 cm -1 . Phổ thu được trước khi nung và sau khi nung ở mỗi nhiệt độ, với kết quả như sau:
  • Ở trạng thái không bị nung nóng và sau khi xử lý nhiệt đến 800 ° C và 900 ° C, không có viên đá nào cho thấy các đỉnh đáng kể.
  • Sau khi làm nóng đến 1000 ° C, hai trong số các mẫu bắt đầu hiển thị các đỉnh chẩn đoán.
  • Mẫu 2 cho thấy đỉnh núi rất yếu tại 3.309 và 3.232 cm -1 . Khi được làm nóng đến 1100 ° C, các tính năng này trở nên nổi bật hơn. Xu hướng này tiếp tục sau khi làm nóng đến 1300 ° C, nơi ngoài các 3309 và 3232 cm -1 đỉnh, các 3186 cm -1 xuất hiện trong loạt bài này (hình 15). Sau khi làm nóng tới 1500 ° C, chỉ có 3309 và 3232 cm -1 đỉnh đã có mặt. Bản thân sự hiện diện của đỉnh 3309 không phải là bằng chứng chẩn đoán xử lý nhiệt nhân tạo trong sapphire và ruby ​​có nguồn gốc từ đá biến chất; tuy nhiên, sự hiện diện của một đỉnh 3232 trên sàn tiếng ồn cho thấy đá đã được nung nóng một cách giả tạo.
  • Mẫu 8 hiển thị chỉ là một rất yếu 3309 cm -1 đỉnh sau khi gia nhiệt đến 1000 ° C và không hiển thị các tính năng chẩn đoán sau khi làm nóng ở nhiệt độ bất kỳ khác.
  • Khi các viên đá được làm nóng đến 1100 ° C, hai viên đá nữa bắt đầu hiển thị các tính năng bổ sung.
  • Mẫu 4 hiển thị đỉnh yếu tại 3.309 và 3.232 cm -1 , mà đã trở thành nổi bật hơn sau khi làm nóng đến 1300 ° C (hình 16). Sau khi làm nóng đến 1500 ° C, không có tính năng chẩn đoán rõ ràng.
  • Mẫu 6 cũng bắt đầu hiển thị một 3309 rất yếu cm -1 đỉnh ở 1100 ° C, mà cũng đã có mặt sau khi làm nóng ở 1300 ° C và 1500 ° C.
  • Tám viên đá còn lại cho thấy không có tính năng chẩn đoán sau khi nung ở mọi nhiệt độ.
Nhìn chung, kết quả cho thấy sự xuất hiện của cm 3309 -1 loạt (với 3.232 cm -1 đỉnh) có thể là dấu hiệu của xử lý nhiệt trong thấp Fe corundum biến chất. Tuy nhiên, việc thiếu các tính năng này không nhất thiết có nghĩa là đá không được nung nóng. Điều quan trọng cần lưu ý rằng trong saphia-Fe cao từ nguồn gốc bazan liên quan đến một yếu đến 3.309 cm vừa -1 loạt với 3.232 cm -1 đỉnh thường có thể tìm thấy một cách tự nhiên và do đó không phải là một dấu hiệu đáng tin cậy của xử lý nhiệt (Hughes et al., 2017).

Hạn chế của kết quả FTIR

Như với kết quả kiểm tra UV-Vis-NIR, kết quả FTIR có thể bị giới hạn bởi thực tế là các viên đá không được định hướng theo trục c và quang phổ không được chụp ở cùng một vị trí.

Phản ứng huỳnh quang

Kiểm tra các phản ứng huỳnh quang của đá là một lĩnh vực trọng tâm chính của dự án này, với sự nhấn mạnh đặc biệt vào các phản ứng sóng ngắn. Giá trị của việc kiểm tra huỳnh quang UV sóng ngắn trong nghiên cứu corundum đã được công nhận trong nhiều thập kỷ (Crowningshield, 1966), và nó đã được kết nối với việc phát hiện xử lý nhiệt.
Ban đầu huỳnh quang được quan sát bằng cách sử dụng đèn UV UV Series-UV EL Series sử dụng bóng đèn sáu watt, với nguồn sáng sóng dài ở bước sóng 365nm và nguồn sáng sóng ngắn ở bước sóng 254nm. Nếu tìm thấy phản ứng, chúng tôi cũng đã kiểm tra mẫu bằng hệ thống huỳnh quang UV sâu được thiết kế tùy chỉnh Magilabs, bao gồm một thiết lập kính hiển vi huỳnh quang được trang bị đèn flash xenon cường độ cao với bộ lọc băng thông nhiễu ở bước sóng 228nm.
Máy quang phổ huỳnh quang sóng ngắn được chụp bằng máy ảnh Canon EOS 6D được kết nối với kính hiển vi Wild M400 và hệ thống huỳnh quang UV sâu được thiết kế tùy chỉnh của Magilabs.
Huỳnh quang sóng dài. Dưới tia cực tím dài, khoảng một nửa số viên đá không nung đã trơ và không có phản ứng. Nửa còn lại cho thấy huỳnh quang màu cam được phân vùng yếu đến trung bình. Việc làm nóng không tạo ra bất kỳ thay đổi đáng kể nào trong phản ứng huỳnh quang sóng dài của hầu hết các mẫu.
[caption id="attachment_3218" align="aligncenter" width="636"]Sau khi mẫu 6 được làm nóng đến 1000 ° C, chúng tôi quan sát thấy huỳnh quang phấn được khoanh vùng yếu. Dải màu trắng mạnh hơn là sự phát huỳnh quang trong một khe nứt nhỏ ở một đầu của hòn đá, nhưng có thể nhìn thấy một huỳnh quang màu xanh phấn được khoanh vùng góc cạnh trong cơ thể của viên đá. B: Sau khi làm nóng đến 1100 ° C, huỳnh quang phấn góc trở nên mãnh liệt hơn. C: Đến 1300 ° C, phản ứng huỳnh quang thậm chí còn mạnh mẽ hơn, với các khu vực được khoanh vùng góc cạnh hầu như không nhìn thấy được khi viên đá có vẻ ngoài giống phấn hơn. D: Ở 1500 ° C, phản ứng tương tự như vòng trước, với vẻ ngoài màu xanh phấn tổng thể. Một vùng tam giác nhỏ ở một đầu, không rõ ràng trong các vòng trước, có thể là do chúng ta hơi chế lại đá để loại bỏ các mảnh vụn bề mặt Sau khi mẫu 6 được làm nóng đến 1000 ° C, chúng tôi quan sát thấy huỳnh quang phấn được khoanh vùng yếu. Dải màu trắng mạnh hơn là sự phát huỳnh quang trong một khe nứt nhỏ ở một đầu của hòn đá, nhưng có thể nhìn thấy một huỳnh quang màu xanh phấn được khoanh vùng góc cạnh trong cơ thể của viên đá. B: Sau khi làm nóng đến 1100 ° C, huỳnh quang phấn góc trở nên mãnh liệt hơn. C: Đến 1300 ° C, phản ứng huỳnh quang thậm chí còn mạnh mẽ hơn, với các khu vực được khoanh vùng góc cạnh hầu như không nhìn thấy được khi viên đá có vẻ ngoài giống phấn hơn. D: Ở 1500 ° C, phản ứng tương tự như vòng trước, với vẻ ngoài màu xanh phấn tổng thể. Một vùng tam giác nhỏ ở một đầu, không rõ ràng trong các vòng trước, có thể là do chúng ta hơi chế lại đá để loại bỏ các mảnh vụn bề mặt[/caption][caption id="attachment_3219" align="aligncenter" width="636"]Mẫu 10 không cho thấy bất kỳ phản ứng huỳnh quang sóng ngắn nào cho đến khi nó được làm nóng đến 1000 ° C. Tại thời điểm này, nó hiển thị một phản ứng màu xanh phấn mạnh mẽ, với các vùng huỳnh quang góc phức tạp Mẫu 10 không cho thấy bất kỳ phản ứng huỳnh quang sóng ngắn nào cho đến khi nó được làm nóng đến 1000 ° C. Tại thời điểm này, nó hiển thị một phản ứng màu xanh phấn mạnh mẽ, với các vùng huỳnh quang góc phức tạp[/caption][caption id="attachment_3220" align="aligncenter" width="636"]Mẫu 11 bắt đầu cho thấy phản ứng huỳnh quang sóng ngắn sau khi làm nóng đến 1000 ° C. Điều này chủ yếu được giới hạn ở một bên của hòn đá, nơi có thể nhìn thấy một dải màu xanh phấn. B: Sau khi làm nóng đến 1100 ° C, phản ứng màu xanh phấn trở nên mạnh mẽ và lan rộng hơn, với các dải màu xanh phấn trên đá. C: Sau khi làm nóng đến 1300 ° C, phản ứng thậm chí còn mạnh hơn, với vẻ ngoài sáng hơn, phấn hơn. D: Đến vòng gia nhiệt cuối cùng ở 1500 ° C, phản ứng huỳnh quang vẫn xuất hiện cực kỳ mạnh mẽ và phấn, mặc dù dải ở phía dưới ít rõ ràng hơn. Điều này có thể là do sơn lại nhẹ để loại bỏ các mảnh vụn bề mặt. Sự xuất hiện tổng thể vẫn là một phản ứng huỳnh quang phấn rõ ràng, mạnh mẽ Mẫu 11 bắt đầu cho thấy phản ứng huỳnh quang sóng ngắn sau khi làm nóng đến 1000 ° C. Điều này chủ yếu được giới hạn ở một bên của hòn đá, nơi có thể nhìn thấy một dải màu xanh phấn. B: Sau khi làm nóng đến 1100 ° C, phản ứng màu xanh phấn trở nên mạnh mẽ và lan rộng hơn, với các dải màu xanh phấn trên đá. C: Sau khi làm nóng đến 1300 ° C, phản ứng thậm chí còn mạnh hơn, với vẻ ngoài sáng hơn, phấn hơn. D: Đến vòng gia nhiệt cuối cùng ở 1500 ° C, phản ứng huỳnh quang vẫn xuất hiện cực kỳ mạnh mẽ và phấn, mặc dù dải ở phía dưới ít rõ ràng hơn. Điều này có thể là do sơn lại nhẹ để loại bỏ các mảnh vụn bề mặt. Sự xuất hiện tổng thể vẫn là một phản ứng huỳnh quang phấn rõ ràng, mạnh mẽ[/caption]
Một ngoại lệ cho mẫu này là trong mẫu 1, một hòn đá với phân vùng màu hồng và xanh dương mạnh mẽ. Vùng màu hồng (chuyển sang màu cam sau khi xử lý nhiệt) phát huỳnh quang màu cam mạnh và vùng màu xanh lam phát sáng màu đỏ trung bình đến mạnh. Đá không cho thấy sự thay đổi đáng kể trong huỳnh quang sóng dài sau khi sưởi ấm.
Huỳnh quang sóng ngắn. Trước khi xử lý nhiệt, tất cả các viên đá đều trơ dưới huỳnh quang sóng ngắn. Ban đầu chúng tôi đã kiểm tra huỳnh quang trong hộp đèn UV tiêu chuẩn của chúng tôi. Nếu chúng tôi thấy bất kỳ dấu hiệu nào của huỳnh quang, chúng tôi đã chụp ảnh nó với hệ thống huỳnh quang UV sâu được thiết kế riêng của Magilabs. Chỉ đến khi những viên đá được làm nóng đến 1000 ° C, chúng ta mới bắt đầu thấy những thay đổi, trong đó một số viên đá bắt đầu hiển thị huỳnh quang màu xanh phấn yếu . Sự xuất hiện phấn này đã được liên kết với xử lý nhiệt trong sapphire.

Trong saphia tự nhiên, được làm nóng, huỳnh quang phấn này có liên quan đến sự hiện diện của rutile. Hầu như tất cả các viên sapphire màu xanh tự nhiên đều chứa một số rutile đã khử (TiO 2 ). Khi những viên sapphire này được nung nóng, có sự hòa tan chậm của rutile, tạo ra các ion Ti 4+ và vị trí tuyển dụng Ti-Al. Chúng sẽ phát huỳnh quang khi được chiếu sáng trong tia UV sóng ngắn. Các khu vực phấn mạnh sẽ tuân theo mô hình phân vùng của rutile, và huỳnh quang mạnh nhất sẽ ở các khu vực có nồng độ Fe thấp nhất và nồng độ rutile cao nhất (Hughes et al., 2017, tr 154 154155).
Khi chúng tôi bắt đầu sử dụng thiết bị huỳnh quang Magilabs, chúng tôi nhận ra rằng các phản ứng mạnh hơn và rõ ràng hơn so với thiết bị UV Series-26 EL Series của chúng tôi. Do đó, sau vòng gia nhiệt ở 1000 ° C này, chúng tôi bắt đầu xem xét tất cả các viên đá trong hệ thống Magilabs. Chúng tôi thấy rằng hai trong số những viên đá xuất hiện trơ trong đơn vị thông thường nhưng cho thấy huỳnh quang phấn yếu trong đơn vị Magilabs.
Vào thời điểm chúng tôi nóng lên đến 1300 ° C, tất cả 12 viên đá đều thể hiện ít nhất một phản ứng huỳnh quang màu xanh phấn được khoanh vùng yếu. Một vài trong số những viên đá này xuất hiện trơ trong hộp đèn UV thông thường của chúng tôi. Một lần nữa, khi chúng tôi kiểm tra từng viên đá trong hệ thống Magilabs của chúng tôi, chúng tôi bắt đầu thấy các phản ứng cực kỳ khó hoặc không thể nhìn thấy trong đơn vị huỳnh quang thông thường của chúng tôi. Có thể là huỳnh quang rõ ràng sau khi làm nóng dưới 1000 ° C (nhiệt độ nơi chúng tôi nhận thấy lần đầu tiên) nhưng chúng tôi không thấy phản ứng vì đơn vị UV thông thường của chúng tôi không đủ mạnh. Trong các thí nghiệm trong tương lai, chúng tôi dự định tiến hành quan sát với đơn vị Magilabs sau tất cả các giai đoạn nung nóng.
Trên thực tế, một số viên đá xuất hiện trơ ngay cả trong đơn vị Magilabs này cho thấy huỳnh quang phấn cực kỳ yếu khi chụp ảnh. Có vẻ như máy ảnh của chúng tôi đã có thể ghi lại những phản ứng yếu đến mức gần như không thể nhận ra đối với mắt người. Điều này cho thấy rằng có nhiều thông tin đáng kể chúng ta có thể thiếu khi sử dụng hộp đèn UV truyền thống. Sự phát triển của các công cụ tốt hơn để kiểm tra các phản ứng UV sóng ngắn sẽ là một bước tiến đáng kể đối với đá quý và chúng tôi tin rằng sự cải tiến này có thể được sử dụng rất nhiều trong việc xác định xử lý nhiệt ở corundum.
Xử lý nhiệt từ nhiệt độ thấp hơn đến nhiệt độ cao hơn có thể có tác động đáng kể đến màu sắc của những viên sapphire màu xanh biến chất từ ​​Madagascar. Trong nghiên cứu của chúng tôi, nhiệt độ từ 800 đến 1100 ° C trong không khí làm sáng màu xanh lam, trong khi nhiệt độ cao hơn, có thể hòa tan rutile, tạo ra màu xanh đậm hơn, bão hòa hơn.
Có thể phát hiện phương pháp điều trị này bằng cách kết hợp các đặc điểm quan sát và huỳnh quang UV sóng ngắn, cũng như quang phổ hồng ngoại. Chúng tôi tin rằng nghiên cứu về huỳnh quang UV sóng ngắn cho thấy nhiều hứa hẹn trong việc xác định xử lý nhiệt trong sapphire. Sẽ có lợi cho cộng đồng đá quý khi tìm ra những cách chi tiết và chính xác hơn để quan sát phản ứng này ở cường độ mạnh hơn và với độ phóng đại.
Điều quan trọng cần lưu ý là các tác giả nhận thấy rằng đối với nhiều viên đá, quang phổ UV-Vis-NIR cho thấy sự thay đổi từ chủ yếu có các cực đại giữa 550 FPV600nm trước khi nung nóng sang cực đại mạnh ở 880nm sau khi nung. Các thí nghiệm cho thấy đỉnh 880nm này, thường có tương quan với các saphia có nguồn gốc liên quan đến bazan, cũng có thể xảy ra ở các saphia biến chất nóng. Do đó, đỉnh này phải luôn được xem xét với các tính năng khác trước khi đưa ra kết luận.
Nghiên cứu của chúng tôi về những viên đá này chứng minh rằng sapphire xanh Madagascar biến chất nóng có thể thường được tách ra khỏi vật liệu không nung, ngay cả khi được nung nóng đến nhiệt độ thấp tới 800 ° C.
Xem thêm:
Madagascar Sapphire - Xử lý nhiệt ở nhiệt độ thấp (Phần 1)
Blue Sapphire từ một mỏ Andranondambo, Madagascar

Nhận xét

Đăng nhận xét