การตรวจระบุและเครื่องมือ

กำลังขยายเป็นการทดสอบแรกและเป็นการทดสอบที่ใช้มากที่สุด ลูป (loupe) มาตรฐานคือชุดเลนส์สามชิ้นกำลังขยาย 10 เท่า เลนส์สามชิ้นที่ประกบกันนี้แก้ขอบสีเหลื่อม (ความคลาดสี) และความพร่าที่ขอบภาพ (ความคลาดทรงกลม) กำลังขยายสิบเท่าคือกำลังขยายอ้างอิงสำหรับการจัดเกรดความสะอาดของเพชร Federal Trade Commission ของสหรัฐผูกคำว่า “flawless” ไว้กับพลอยที่ไม่แสดงตำหนิที่ผิวเมื่อตรวจด้วยแว่นขยายที่แก้ความคลาดแล้วที่กำลัง 10 เท่า ภายใต้แสงสว่างเพียงพอ โดยผู้ที่ชำนาญการจัดเกรดเพชร แว่นมือถือที่กำลังขยายสูงกว่ามีมุมมองแคบกว่าและระยะชัดตื้นกว่า จึงใช้ยากกว่า

กล้องจุลทรรศน์อัญมณีศาสตร์ คือกล้องจุลทรรศน์สเตอริโอสองตาที่มีระบบแสงออกแบบมาสำหรับอัญมณี ในการส่องแบบ สนามมืด แผ่นบังจะกั้นแสงตรงไว้ มลทินจึงสว่างขึ้นบนพื้นหลังสีดำ ส่วน สนามสว่าง แสดงลักษณะที่นูนต่ำและเส้นการเติบโตโค้งเป็นรูปทรงสีเข้ม และแสงจากด้านบนหรือแสงไฟเบอร์ออปติกเผยรอยขัดกับหลุมเล็กๆ การแช่พลอยในของเหลวลดการสะท้อนที่ผิวและทำให้เห็นการแบ่งโซนสีได้ง่ายขึ้น GIA ระบุว่าสิ่งที่ได้จากกล้องจุลทรรศน์ขึ้นกับผู้ใช้ ซึ่งต้องผ่านการฝึกหลายปี

นักอัญมณีศาสตร์มองหาลักษณะที่บ่งชี้ได้ เช่น ริ้วโค้งและฟองแก๊สในคอรันดัมสังเคราะห์จากการหลอมด้วยเปลวไฟ รอยนิ้วมือฟลักซ์และแผ่นแพลทินัมในพลอยที่ปลูกด้วยฟลักซ์ รอยต่อเหลี่ยมที่ดูซ้อนกันในมอยส์ซาไนต์สังเคราะห์ และปรากฏการณ์แฟลชตามรอยแตกที่อุดแล้วในเพชรที่ผ่านการปรับปรุง

รีแฟรกโตมิเตอร์ วัดดรรชนีหักเห (RI) ด้วย มุมวิกฤต เหลี่ยมแบนของพลอยวางบนครึ่งทรงกระบอกแก้วความหนาแน่นสูง เชื่อมกันด้วยของเหลวสัมผัสหนึ่งหยด และเส้นแบ่งระหว่างสว่างกับมืดบนมาตราภายในบอกค่า RI ของพลอย อ่านใต้แสงสีเหลือง พลอยที่หักเหสองแนวให้ค่าสองค่าเมื่อหมุนมัน ผลต่างของทั้งสองคือค่าการหักเหสองแนว และลักษณะการขยับของค่าบอกว่าพลอยเป็นชนิดแกนเดียวหรือสองแกน ส่วนพลอยหลังเบี้ยที่ผิวโค้งให้เพียงจุดอ่านที่พร่ามัว ของเหลวสัมผัสของ GIA มีค่า RI 1.81 และอ่านค่าที่สูงกว่านั้นไม่ได้ เพทายชนิดสูง คิวบิกเซอร์โคเนีย เพชรและการ์เนตที่ปลายบนของช่วงจึงไม่แสดงเส้นขอบ และถูกบันทึกว่า เกินขีดจำกัด

โพลาริสโคป วางอัญมณีไว้ระหว่างแผ่นกรองโพลาไรซ์ที่ไขว้กัน พลอยที่หักเหแนวเดียวจะมืดตลอดการหมุนครบรอบ พลอยที่หักเหสองแนวจะมืดทุก 90° ส่วนมวลรวมผลึกละเอียดอย่างคาลซิโดนีจะสว่างอยู่ตลอด ความเครียดภายในทำให้พลอยที่หักเหแนวเดียวแสดง การหักเหสองแนวผิดปกติ ได้ ซึ่งแยกออกจากการหักเหสองแนวที่แท้จริงได้ด้วยการหมุนตัวแอนะไลเซอร์ โคโนสโคปเพิ่มภาพการแทรกสอดที่แยกพลอยแกนเดียวออกจากพลอยสองแกน

ไดโครสโคป แสดงสีพลีโอโครอิกเคียงข้างกัน สองสีในพลอยแกนเดียว สามสีในพลอยสองแกน และไม่มีเลยในพลอยที่หักเหแนวเดียว

สเปกโทรสโคป มือถือกระจายแสงที่ผ่านอัญมณีออกเป็นสเปกตรัม ซึ่งความยาวคลื่นที่ถูกดูดกลืนจะปรากฏเป็นเส้นและแถบสีเข้ม แบบปริซึมยืดปลายน้ำเงินออก แบบเกรตติงเลี้ยวเบนกระจายช่วงที่มองเห็นได้อย่างสม่ำเสมอกว่า มีหลายรูปแบบที่บ่งชี้ได้ โครเมียมทำให้ทับทิมมีเส้นแคบที่ 694 nm เหล็กในคอรันดัมสร้างลักษณะใกล้ 377, 388 และ 450 nm เมื่อปริมาณเหล็กเกินราว 150 ppma และเพทายแสดงชุดเส้นที่นักอัญมณีศาสตร์เรียกว่าสเปกตรัมท่อออร์แกน GIA เรียกสเปกโทรสโคปมือถือว่าเป็นหนึ่งในเครื่องมือพกพาที่เชี่ยวชาญได้ยากที่สุด

ฟิลเตอร์ Chelsea ยอมให้แสงผ่านในสองแถบแคบ และใช้คัดกรองพลอยสีเขียว แดงและน้ำเงินบางชนิด กับตรวจหาสีย้อมในคาลซิโดนี ฟิลเตอร์ประเภทนี้ช่วยในการตรวจระบุ แต่ไม่ใช้เพื่อสรุปผลขั้นสุดท้าย

หลอดอัลตราไวโอเลต ทดสอบการเรืองแสงและการเรืองแสงค้าง คลื่นยาวที่ 365 nm และคลื่นสั้นที่ 254 nm การไม่ตอบสนองไม่ได้พิสูจน์ว่าพลอยไม่ผ่านการปรับปรุง และการเปล่งแสงบอกค่าได้เพียงกึ่งเชิงปริมาณ

ตาชั่งไฮโดรสแตติก วัดความถ่วงจำเพาะด้วยหลักของอาร์คิมิดีส คือน้ำหนักในอากาศหารด้วยน้ำหนักที่หายไปในน้ำ น้ำยาล้างจานหนึ่งหยดช่วยลดแรงตึงผิว วิธีนี้ช้าและไม่น่าเชื่อถือกับพลอยที่เล็กมากหรือมีรูพรุน แต่มันแยกของหน้าตาคล้ายกันที่มีความหนาแน่นต่างกันได้

เพชรนำความร้อนได้ดีกว่าวัสดุอัญมณีอื่นใด และ เครื่องทดสอบความร้อน แบบมือถืออาศัยข้อนั้น ปลายโลหะที่ร้อนจะแตะพลอยและเครื่องวัดว่าความร้อนไหลออกไปเร็วเพียงใด คิวบิกเซอร์โคเนีย แก้ว YAG, GGG สทรอนเทียมไทเทเนตและแซปไฟร์ไร้สีนำความร้อนได้ไม่ดีจึงไม่ผ่าน ส่วนเพชรผ่าน

มอยส์ซาไนต์สังเคราะห์เอาชนะการทดสอบนี้ได้เมื่อมันเข้าสู่เครื่องประดับในปลายทศวรรษ 1990 GIA รายงานไว้ในตอนนั้นว่าสมบัติทางความร้อนของมันใกล้เพชรมากจนหัววัดความร้อนตอบสนองราวกับว่ามันเป็นเพชร ต่อมา เครื่องทดสอบรวม เพิ่มการวัดสภาพนำไฟฟ้าเข้าไป เพราะมอยส์ซาไนต์เป็นสารกึ่งตัวนำ เพชร type IIb ที่มีโบรอน ทั้งธรรมชาติและที่ปลูกในห้องปฏิบัติการ ก็นำไฟฟ้าได้เช่นกัน ลูปช่วยตรวจทานอย่างรวดเร็วได้ มอยส์ซาไนต์หักเหสองแนว รอยต่อเหลี่ยมด้านหลังของมันจึงดูซ้อนกัน และมันเบากว่าเพชร ด้วยความถ่วงจำเพาะ 3.22 เทียบกับ 3.52

ไม่มีหัววัดความร้อนหรือไฟฟ้าใดแยกเพชรธรรมชาติออกจากเพชรที่ปลูกในห้องปฏิบัติการได้ เพราะทั้งคู่เป็นผลึกคาร์บอนอย่างเดียวกัน เรื่องนั้นต้องใช้การคัดกรองด้วยสเปกโทรสโกปี และ GIA ระบุว่าไม่มีเครื่องมือคัดกรองที่เร็วและต้นทุนต่ำเครื่องใดระบุเพชรที่ปลูกในห้องปฏิบัติการได้ทุกเม็ด อุปกรณ์อย่าง iD100 ของ GIA ตรวจพลอยไร้สีถึงเกือบไร้สีทั้งแบบร่วงและแบบฝังตัวเรือน ตั้งแต่ 0.9 mm ขึ้นไป ในเวลาไม่ถึงสองวินาที และให้ผลว่า “pass” หรือ “refer” พลอยที่ถูกส่งต่อจะไปที่ห้องปฏิบัติการ

ห้องปฏิบัติการใหญ่เพิ่มเครื่องมือที่ตรวจสอบโครงสร้างและเคมี โดยส่วนมากไม่ทำลายตัวอย่าง

สเปกโทรสโกปี FTIR (ฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์มอินฟราเรด) บันทึกการดูดกลืนอินฟราเรด มันระบุไทป์ของเพชรด้วยการตรวจหาไนโตรเจนกับโบรอน และเผยการอัดพอลิเมอร์ในหยกกับหลักฐานของการปรับปรุงบางอย่างในคอรันดัม สเปกโทรสโกปี UV-Vis-NIR วัดการดูดกลืนตั้งแต่อัลตราไวโอเลตถึงอินฟราเรดใกล้ เพื่อหาสาเหตุของสี โดยพลอยจะถูกทำให้เย็นด้วยไนโตรเจนเหลวเพื่อให้สเปกตรัมคมขึ้น สเปกโทรสโกปี รามาน ยิงเลเซอร์ไปที่จุดหนึ่งแล้วอ่านการเลื่อนพลังงานเล็กๆ ในแสงที่กระเจิงออกมา ซึ่งเป็นลายนิ้วมือการสั่นที่ระบุอัญมณีหรือมลทินใต้ผิวได้ และมันได้ผลดีที่สุดกับวัสดุโปร่งใสถึงโปร่งแสง สเปกโทรสโกปี โฟโตลูมิเนสเซนซ์ (PL) ซึ่งกระตุ้นด้วยเลเซอร์เช่นกันและมักทำที่อุณหภูมิไนโตรเจนเหลว ตรวจพบความบกพร่องระดับส่วนในพันล้านส่วน และเป็นหัวใจของการแยกเพชรธรรมชาติ เพชรที่ปลูกในห้องปฏิบัติการและเพชรที่ผ่านการปรับปรุง ส่วน DiamondView ถ่ายภาพการเปล่งแสงใต้แสงอัลตราไวโอเลตที่ต่ำกว่า 225 nm เพื่อแสดงรูปแบบการเติบโต

สำหรับงานเคมี EDXRF (การเรืองรังสีเอกซ์แบบกระจายพลังงาน) อ่านรังสีเอกซ์เฉพาะตัวของแต่ละธาตุ แต่ตรวจธาตุที่เบากว่าโซเดียมไม่ได้ จึงมองไม่เห็นเบริลเลียมในคอรันดัม ส่วน LA-ICP-MS (เลเซอร์แอบเลชันอินดักทิฟลีคัปเปิลด์พลาสมาแมสสเปกโทรเมตรี) ระเหยเนื้อพลอยจุดเล็กๆ ทิ้งหลุมกว้างราว 50 µm ไว้ ซึ่งมักอยู่ที่ขอบเอว และวัดธาตุร่องรอยส่วนใหญ่ที่ต่ำกว่า 1 ppm กับธาตุหนักได้ถึงระดับส่วนในพันล้านส่วน สำหรับไข่มุก การถ่ายภาพรังสีเอกซ์และ ไมโคร-CT ถ่ายภาพโครงสร้างภายใน แม้ว่าไข่มุกที่ฝังตัวเรือนไว้โดยทั่วไปจะต้องถอดออกก่อน

ธาตุร่องรอยของอัญมณีสะท้อนหินและของไหลที่มันเติบโตขึ้นมา ห้องปฏิบัติการจึงเทียบเคมี มลทินและสเปกตรัมของพลอยกับตัวอย่างอ้างอิงที่ทราบแหล่งกำเนิด แนวทางนี้ขยายตัวในช่วงต้นทศวรรษ 2000 เมื่อห้องปฏิบัติการรับ LA-ICP-MS มาใช้ตรวจการแพร่เบริลเลียมในคอรันดัม แล้วพบว่าข้อมูลชุดเดียวกันมีประโยชน์ในการแยกแหล่งแร่ออกจากกัน

สำหรับไพลิน GIA ใช้แมกนีเซียม ไทเทเนียม วาเนเดียม เหล็กและแกลเลียม มันคัดกรองก่อนด้วยแถบการดูดกลืนที่ 880 nm ซึ่งแยกพลอยแปรสภาพออกจากพลอยที่สัมพันธ์กับหินบะซอลต์ แล้วจึงพล็อตพลอยที่ไม่ทราบที่มาเทียบกับพลอยอ้างอิงที่มีองค์ประกอบใกล้เคียงกัน และยอมรับแหล่งกำเนิดก็ต่อเมื่อมลทิน เคมีและสเปกตรัมสอดคล้องกันทั้งหมด Peucat และคณะแสดงไว้ในปี 2007 ว่าแซปไฟร์จากหินอัคนีมีแกลเลียมสูงและแมกนีเซียมต่ำ ให้อัตราส่วน Ga/Mg สูงกว่า 10 ขณะที่แซปไฟร์แปรสภาพอยู่ต่ำกว่านั้น

มลทินเพิ่มมิติด้านเวลาเข้ามา GemTOF ของ SSEF ซึ่งเป็น LA-ICP-MS แบบเวลาบิน ติดตั้งในเดือนกรกฎาคม 2016 บันทึกตารางธาตุได้เกือบทั้งตารางในคราวเดียว และหาอายุมลทินเพทายได้จากยูเรเนียมกับตะกั่ว สเปกตรัมรามานของมลทินเหล่านั้นก็ช่วยได้เช่นกัน เพทายในแซปไฟร์แคชเมียร์ซึ่งอายุน้อยทางธรณีวิทยาให้พีกแคบ ขณะที่เพทายที่แก่กว่าและเสียหายจากรังสีมากกว่าในแซปไฟร์มาดากัสการ์ให้แถบกว้าง

วิธีนี้มี ขีดจำกัดที่แท้จริง GIA รายงานว่าพลอยจากแหล่งต่างกันมักทับซ้อนกันมากจนระบุแหล่งกำเนิดไม่ได้ และจะออกผลว่าสรุปไม่ได้แทนที่จะเดา