التعرف والأدوات

التكبير أول الاختبارات وأكثرها استعمالًا. والعدسة المكبرة (loupe) المعيارية ثلاثية العدسات بتكبير 10×: ثلاث عدسات ملصوقة تصحّح الحواشي اللونية (الزيغ اللوني) وتموّه الحواف (الزيغ الكروي). والتكبير عشرة أضعاف هو التكبير المرجعي لتصنيف نقاء الألماس. وتربط US Federal Trade Commission كلمة «flawless» بحجر لا يُظهر عيوبًا سطحية عند فحصه بمكبّر مصحَّح عند عشرة أضعاف، بإضاءة كافية، على يد شخص ماهر في تصنيف الألماس. والعدسات اليدوية الأقوى أضيق مجالًا للرؤية وأقل عمقًا في التحديق، فهي أصعب استعمالًا.

ومجهر الأحجار الكريمة مجهر مجسّم ثنائي العينية بإضاءة مصممة للأحجار الكريمة. وفي إضاءة الحقل المعتم يحجب حاجز الضوء المباشر فتلمع الشوائب على خلفية سوداء. والحقل المضيء يُظهر السمات القليلة النتوء وخطوط النمو المنحنية في هيئة أشكال غامقة، وضوء علوي أو ضوء الألياف البصرية يكشف آثار الصقل والنقر. وغمر الحجر في سائل يقطع انعكاسات السطح ويسهّل رؤية تمنطق اللون. ويلاحظ GIA أن ما يعطيه المجهر يتوقف على المشغّل، الذي يحتاج إلى سنوات من التدريب.

وعلماء الأحجار الكريمة يبحثون عن سمات قاطعة: الخطوط المنحنية وفقاعات الغاز في الكوراندوم المصنّع بالصهر باللهب، وبصمات المصهور المساعد وصفائح البلاتين في الأحجار المستنبتة فيه، وملتقيات الأوجه المزدوجة في الموسانيت المصنّع، وآثار الوميض على امتداد الشقوق المحشوة في أحجار الألماس المعالجة.

مقياس الانكسار يقيس معامل الانكسار بـالزاوية الحرجة. إذ يستقر وجه مستوٍ على نصف أسطوانة من زجاج كثيف، يصلهما قطرة من سائل التلامس، والحد الفاصل بين الضوء والظلمة على المقياس الداخلي يعلّم معامل انكسار الحجر، ويُقرأ تحت ضوء أصفر. والحجر مزدوج الانكسار يعطي قراءتين عند تدويره؛ والفرق بينهما هو الانكسار المزدوج، وطريقة حركتهما تُظهر إن كان الحجر أحادي المحور أو ثنائي المحور. أما الكابوشونات المنحنية فتعطي قراءة بقعة مموّهة بدلًا من ذلك. ومعامل انكسار سائل التلامس عند GIA هو 1.81، ولا يمكن قراءة ما فوقه، فالزركون المرتفع والزركونيا المكعبة والألماس والجارنت في أعلى نطاقه لا تُظهر حدًا وتُسجّل فوق الحد.

ومنظار الاستقطاب يضع الحجر الكريم بين مرشّحي استقطاب متصالبين. فالحجر أحادي الانكسار يبقى معتمًا في دورة كاملة؛ والحجر مزدوج الانكسار يعتم كل 90°؛ والتجمّع الدقيق البلورات مثل الكالسيدوني يبقى مضيئًا. والإجهاد الداخلي قد يجعل حجرًا أحادي الانكسار يُظهر انكسارًا مزدوجًا شاذًا، وتدوير المحلّل يفصله عن الانكسار المزدوج الحقيقي. والكونوسكوب (conoscope) يضيف أشكال تداخل تفرّق الأحجار أحادية المحور من ثنائية المحور.

ومنظار تعدد الألوان (dichroscope) يُظهر ألوان تعدد الألوان جنبًا إلى جنب: لونين في الحجر أحادي المحور، وثلاثة في ثنائي المحور، ولا شيء في الحجر أحادي الانكسار.

المطياف اليدوي يفرّق الضوء الذي مرّ عبر الحجر الكريم إلى طيف، تظهر فيه الأطوال الموجية الممتصة في هيئة خطوط ونطاقات غامقة. والطرز الموشورية تمدّ الطرف الأزرق؛ وطرز محزوز الانعراج تفرّق المدى المرئي على نحو أكثر تساويًا. وعدة أنماط قاطعة: فالكروم يعطي الياقوت خطًا ضيقًا عند 694 nm، والحديد في الكوراندوم ينتج سمات قرب 377 و388 و450 nm متى تجاوز محتوى الحديد نحو 150 ppma، والزركون يُظهر سلسلة خطوط يسمّيها علماء الأحجار الكريمة طيف أنابيب الأرغن. ويسمّي GIA المطياف اليدوي واحدًا من أصعب الأدوات المحمولة إتقانًا.

ومرشّح Chelsea يمرّر الضوء في نطاقين ضيقين، ويُستخدم في الفحص الأولي لبعض الأحجار الخضراء والحمراء والزرقاء وفي كشف الأصباغ في الكالسيدوني. والمرشّحات من هذا النوع تعين على التعرف لكنها لا تُستخدم للحكم النهائي.

والمصابيح فوق البنفسجية تختبر التفلور والتفسفر، طويلة الموجة عند 365 nm وقصيرة الموجة عند 254 nm. والاستجابة الخامدة لا تثبت أن الحجر غير معالج، والتلألؤ نصف كمي فحسب.

والميزان الهيدروستاتي يقيس الوزن النوعي بمبدأ أرخميدس: الوزن في الهواء مقسومًا على الفقد في الوزن في الماء. وقطرة من منظّف تخفض التوتر السطحي. والطريقة بطيئة وغير موثوقة في الأحجار البالغة الصغر أو المسامية، لكنها تفصل المتشابهات المختلفة الكثافة.

الألماس ينقل الحرارة أفضل من أي مادة كريمة أخرى، وعلى ذلك تعتمد المختبرات الحرارية المحمولة باليد. فطرف فلزي مسخّن يلمس الحجر، وتقيس الأداة سرعة انصراف الحرارة. والزركونيا المكعبة والزجاج وYAG وGGG وتيتانات السترونشيوم والياقوت الأزرق عديم اللون تنقل الحرارة نقلًا ضعيفًا فترسب في الاختبار؛ والألماس ينجح.

وقد هزم الموسانيت المصنّع هذا الاختبار عندما بلغ المجوهرات في أواخر تسعينيات القرن العشرين. وأورد GIA حينها أن خواصه الحرارية قريبة من خواص الألماس قربًا يجعل المجسّات الحرارية تتفاعل معه كأنه ألماس. ثم أضافت المختبرات المتعددة اللاحقة الناقلية الكهربائية، لأن الموسانيت نصف ناقل. والألماس من النمط IIb الحامل للبورون، طبيعيًا كان أو مستنبتًا في المختبر، ناقل للكهرباء كذلك. والعدسة المكبرة تعطي تحققًا متقاطعًا سريعًا: فالموسانيت مزدوج الانكسار، فتبدو ملتقيات أوجهه الخلفية مزدوجة، وهو أخف من الألماس، بوزن نوعي 3.22 مقابل 3.52.

ولا مجسّ حراري ولا كهربائي يفصل الألماس الطبيعي من المستنبت في المختبر، لأن كليهما بلورة الكربون نفسها. فذلك يحتاج إلى فحص أولي طيفي، ويقول GIA إنه لا توجد أداة فحص أولي سريعة قليلة الكلفة تتعرف على كل ألماسة مستنبتة في المختبر. وأجهزة مثل iD100 من GIA تختبر الأحجار السائبة أو المركّبة، عديمة اللون إلى قريبة من عديمة اللون، من 0.9 mm وأكبر في أقل من ثانيتين، وتعيد نتيجة «pass» أو «refer». والحجر المحال يذهب إلى مختبر.

المختبرات الكبرى تضيف أدوات تسبر البنية والكيمياء، ومعظمها غير مدمّر.

فـFTIR، أي التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه، يسجّل الامتصاص تحت الأحمر. وهو يثبّت نمط الألماس بكشف النيتروجين والبورون، ويكشف التشريب بالبوليمر في اليشم وأدلة بعض المعالجات في الكوراندوم. وUV-Vis-NIR يقيس الامتصاص من فوق البنفسجي إلى قرب تحت الأحمر لإثبات سبب اللون؛ وتُبرّد الأحجار بالنيتروجين السائل لتحديد أطيافها. والرامان يوجّه ليزرًا إلى بقعة ويقرأ إزاحات طاقة صغيرة في الضوء المتشتت، وهي بصمة اهتزازية تتعرف على حجر كريم أو على شائبة تحت السطح، وهو أنجع ما يكون على المادة الشفافة إلى نصف الشفافة. والتلألؤ الضوئي (PL) بالتحليل الطيفي، وهو أيضًا مثار بالليزر ويُجرى في العادة عند حرارة النيتروجين السائل، يكشف عيوبًا موجودة بأجزاء من المليار، وهو محور فصل أحجار الألماس الطبيعية والمستنبتة في المختبر والمعالجة. وDiamondView يصوّر التلألؤ تحت أشعة فوق بنفسجية دون 225 nm لإظهار أنماط النمو.

وفي الكيمياء، يقرأ EDXRF، أي التفلور بالأشعة السينية المفرّق بالطاقة، الأشعة السينية المميزة لكل عنصر، لكنه لا يكشف شيئًا أخف من الصوديوم، فيفوته البريليوم في الكوراندوم. وLA-ICP-MS، أي مطيافية الكتلة بالبلازما المقرونة بالحث مع الاستئصال بالليزر، يبخّر ذرّة صغيرة فيترك فوهة عرضها نحو 50 µm، على الحزام في المعتاد، ويقيس معظم العناصر النزرة دون 1 ppm والعناصر الثقيلة حتى أجزاء من المليار. وفي اللؤلؤ يصوّر التصوير الشعاعي بالأشعة السينية وmicro-CT البنية الداخلية، وإن كان لا بد في العادة من فكّ تركيب اللؤلؤ المركّب أولًا.

العناصر النزرة في الحجر الكريم تعكس الصخور والسوائل التي نما منها، فتقارن المختبرات كيمياء الحجر وشوائبه وأطيافه بعينات مرجعية معلومة المنشأ. وقد توسّع هذا المنهج في مستهل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، عندما تبنّت المختبرات LA-ICP-MS لكشف الانتشار بالبريليوم في الكوراندوم، فوجدت البيانات نفسها نافعة في تفريق المكامن.

وفي الياقوت الأزرق يستخدم GIA المغنيسيوم والتيتانيوم والفاناديوم والحديد والغاليوم. وهو يُجري الفحص الأولي أولًا بنطاق الامتصاص عند 880 nm، الذي يفصل الأحجار المتحولة من الأحجار المرتبطة بالبازلت، ثم يرسم الحجر المجهول في مقابل أحجار مرجعية مشابهة التركيب، ولا يقبل منشأً إلا حين تتفق الشوائب والكيمياء والأطياف كلها. وقد أظهر Peucat وزملاؤه في 2007 أن أحجار الياقوت الأزرق الماغماتية تحمل غاليومًا مرتفعًا ومغنيسيومًا منخفضًا، فتعطي نسبة Ga/Mg فوق 10، في حين تقع الأحجار المتحولة تحتها.

والشوائب تضيف بعدًا زمنيًا. فجهاز GemTOF في SSEF، وهو LA-ICP-MS بزمن الطيران رُكّب في يوليو 2016، يسجّل الجدول الدوري كله تقريبًا في وقت واحد، ويستطيع تأريخ شوائب الزركون باليورانيوم والرصاص. وأطياف الرامان لتلك الشوائب تعين كذلك: فالزركونات في أحجار الياقوت الأزرق الكشميرية الحديثة جيولوجيًا تعطي قممًا ضيقة، في حين تعطي الزركونات الأقدم الأشد تحولًا إشعاعيًا (metamict) في أحجار الياقوت الأزرق المدغشقرية نطاقات عريضة.

وللمنهج حدود حقيقية. فيورد GIA أن الأحجار من مواضع مختلفة كثيرًا ما تتداخل تداخلًا يبلغ حدًا لا يمكن فيه تحديد المنشأ، فيصدر نتيجة غير قاطعة بدلًا من التخمين.