Диагностика и приборы

Увеличение, это первое испытание и самое частое. Стандартная лупа, это триплет 10×: три склеенные линзы, исправляющие цветную кайму (хроматическую аберрацию) и размытие по краю (сферическую аберрацию). Десятикратное увеличение служит эталонным при оценке чистоты бриллианта. Федеральная торговая комиссия США связывает слово «flawless» с камнем, у которого при осмотре в исправленную лупу десятикратного увеличения, при достаточном освещении и опытным в оценке бриллиантов человеком не видно поверхностных дефектов. У более сильных ручных луп поле зрения уже, а глубина резкости меньше, поэтому пользоваться ими труднее.

Геммологический микроскоп, это бинокулярный стереомикроскоп с освещением, рассчитанным на камни. При тёмнопольном освещении заслонка перекрывает прямой свет, и включения светятся на чёрном фоне. Светлое поле показывает малорельефные особенности и изогнутые линии роста как тёмные фигуры, а верхний или волоконно-оптический свет выявляет следы полировки и выколки. Погружение камня в жидкость гасит поверхностные отражения и облегчает наблюдение цветовой зональности. GIA отмечает, что результат зависит от работающего, которому нужны годы подготовки.

Геммолог ищет диагностические признаки: изогнутые полосы роста и газовые пузырьки у синтетического корунда Вернейля, флюсовые отпечатки пальцев и пластинки платины у камней из раствора-расплава, раздвоенные рёбра граней у синтетического муассанита и эффекты вспышки вдоль заполненных трещин у обработанных бриллиантов.

Рефрактометр измеряет показатель преломления по критическому углу. Плоская грань лежит на полуцилиндре из плотного стекла, соединённая с ним каплей контактной жидкости, и граница света и тени на внутренней шкале отмечает показатель преломления камня, считываемый при жёлтом свете. Двупреломляющий камень при повороте даёт два отсчёта; их разность, это двупреломление, а характер их движения показывает, одноосный камень или двуосный. Выпуклые кабошоны вместо этого дают размытое пятно. У контактной жидкости GIA показатель преломления 1.81, и ничего выше прочесть нельзя, поэтому высокий циркон, кубический диоксид циркония, алмаз и гранаты в верхней части своего диапазона не дают границы и записываются как за пределом шкалы.

Полярископ помещает камень между скрещёнными поляризационными фильтрами. Однопреломляющий камень остаётся тёмным весь оборот; двупреломляющий гаснет каждые 90°; микрокристаллический агрегат, такой как халцедон, остаётся светлым. Внутренние напряжения могут дать однопреломляющему камню аномальное двупреломление, которое поворот анализатора отделит от истинного. Коноскоп добавляет интерференционные фигуры, отличающие одноосные камни от двуосных.

Дихроскоп показывает плеохроичные цвета рядом: два у одноосного камня, три у двуосного и ни одного у однопреломляющего.

Ручной спектроскоп раскладывает прошедший через камень свет в спектр, где поглощённые длины волн видны как тёмные линии и полосы. Призменные модели растягивают синий край; дифракционные распределяют видимый диапазон ровнее. Несколько картин диагностичны: хром даёт рубину узкую линию при 694 nm, железо в корунде даёт особенности около 377, 388 и 450 nm, как только его содержание превысит примерно 150 ppma, а циркон показывает ряд линий, который геммологи называют спектром органных труб. Ручной спектроскоп GIA называет одним из самых трудных переносных приборов для освоения.

Фильтр Челси пропускает свет в двух узких полосах и служит для отсева некоторых зелёных, красных и синих камней и для выявления красителей в халцедоне. Фильтры такого рода помогают диагностике, но окончательного вывода по ним не делают.

Ультрафиолетовые лампы проверяют люминесценцию и фосфоресценцию, длинноволновая при 365 nm и коротковолновая при 254 nm. Отсутствие отклика не доказывает, что камень не обработан, а само свечение оценивается лишь полуколичественно.

Гидростатические весы измеряют плотность по закону Архимеда: вес в воздухе делят на потерю веса в воде. Капля моющего средства снижает поверхностное натяжение. Способ медленный и ненадёжный для очень мелких или пористых камней, но он разделяет похожие камни разной плотности.

Алмаз проводит тепло лучше любого другого самоцветного материала, и на этом держатся ручные тепловые пробники. Нагретое металлическое остриё касается камня, и прибор измеряет, как быстро уходит тепло. Кубический диоксид циркония, стекло, YAG, GGG, титанат стронция и бесцветный сапфир проводят тепло плохо и испытания не проходят; алмаз проходит.

Синтетический муассанит обошёл эту проверку, когда попал в украшения в конце 1990-х годов. GIA сообщила тогда, что его тепловые свойства настолько близки к алмазным, что тепловые пробники отзываются на него как на алмаз. Позже многофункциональные приборы добавили электропроводность, поскольку муассанит, это полупроводник. Борсодержащий алмаз типа IIb, природный или выращенный, тоже проводит электричество. Лупа даёт быструю перекрёстную проверку: муассанит двупреломляющий, поэтому рёбра его задних граней выглядят раздвоенными, и он легче алмаза, с плотностью 3.22 против 3.52.

Ни тепловой, ни электрический пробник не отделяет природный алмаз от выращенного, потому что это один и тот же кристалл углерода. Для этого нужен спектроскопический отсев, и GIA указывает, что ни один быстрый и дешёвый отсеивающий прибор не выявляет все выращенные алмазы. Приборы вроде iD100 от GIA проверяют незакреплённые и закреплённые бесцветные и почти бесцветные камни от 0.9 mm менее чем за две секунды и выдают «прошёл» или «на проверку». Отправленный на проверку камень идёт в лабораторию.

Крупные лаборатории добавляют приборы, исследующие структуру и состав, и почти все они не разрушают камень.

FTIR, инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье, записывает инфракрасное поглощение. Она устанавливает тип алмаза, обнаруживая азот и бор, и выявляет полимерную пропитку в жадеите и признаки некоторых обработок в корунде. Спектроскопия UV-Vis-NIR измеряет поглощение от ультрафиолета до ближнего инфракрасного, чтобы установить причину цвета; камни охлаждают жидким азотом, чтобы обострить спектры. Рамановская спектроскопия наводит лазер в точку и считывает малые сдвиги энергии в рассеянном свете, колебательный отпечаток, который опознаёт камень или включение под поверхностью, и лучше всего работает на прозрачном и просвечивающем материале. Фотолюминесцентная спектроскопия, тоже возбуждаемая лазером и обычно проводимая при температуре жидкого азота, улавливает дефекты в количестве частей на миллиард и играет главную роль в разделении природных, выращенных и обработанных алмазов. DiamondView снимает люминесценцию под ультрафиолетом ниже 225 nm, чтобы показать картины роста.

Для состава EDXRF, энергодисперсионная рентгенофлуоресцентная спектрометрия, читает характеристическое рентгеновское излучение каждого элемента, но не видит ничего легче натрия, поэтому пропускает бериллий в корунде. LA-ICP-MS, масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой и лазерной абляцией, испаряет крупинку, оставляя кратер около 50 µm в поперечнике, обычно на рундисте, и измеряет большинство примесных элементов ниже 1 ppm, а тяжёлые элементы до частей на миллиард. Для жемчуга рентгенография и микротомография показывают внутреннее строение, хотя закреплённый жемчуг обычно приходится сперва вынимать.

Примесные элементы камня отражают породы и флюиды, из которых он вырос, поэтому лаборатории сравнивают его химию, включения и спектры с образцами известного происхождения. Подход расширился в начале 2000-х годов, когда лаборатории взяли LA-ICP-MS для выявления бериллиевой диффузии в корунде и нашли те же данные полезными для различения месторождений.

Для синего сапфира GIA использует магний, титан, ванадий, железо и галлий. Сперва идёт отсев по полосе поглощения 880 nm, которая отделяет метаморфические камни от связанных с базальтами, затем неизвестный камень наносят на график рядом со справочными камнями сходного состава, и происхождение принимают только тогда, когда включения, химия и спектры согласуются. Пёка с коллегами показали в 2007 году, что магматические сапфиры несут много галлия и мало магния, что даёт отношение Ga/Mg выше 10, а метаморфические лежат ниже.

Включения добавляют измерение времени. Прибор GemTOF лаборатории SSEF, времяпролётный LA-ICP-MS, установленный в июле 2016 года, записывает почти всю таблицу элементов разом и способен датировать цирконовые включения по урану и свинцу. Помогают и рамановские спектры этих включений: цирконы в геологически молодых кашмирских сапфирах дают узкие пики, а более древние и метамиктные цирконы в мадагаскарских сапфирах, широкие полосы.

У метода есть настоящие пределы. GIA сообщает, что камни из разных мест часто перекрываются настолько, что происхождение определить нельзя, и выдаёт заключение без определённого вывода, а не догадку.