EXAMENSARBETE - pure.ltu.se - Luleå tekniska universitet

EXAMENSARBETE - pure.ltu.se - Luleå tekniska universitet

EXAMENSARBETE
Undersökning av beryllium-behandlade
safirer med uv-ljus
Torbjörn Lindwall
2015
Högskoleingenjörsexamen
Ädelstensteknik
Luleå tekniska universitet
Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser
INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1. Förord…………………………………………………………………………………..………..2 2. Abstract………………………………………………………………………………..………..3 3. SammanfaBning…………………………………………………………………..…………4 4. Bakgrund…………………………………………………….....................................5 5. SyKet med arbetet............................................................................6 6. Utrustning.........................................................................................7 7. Allmänt om korund...........................................................................8 Iden-fiering av korund: Data................................................................9 Orsaken -ll färg hos naturliga safirer..................................................10 Fluorescens hos korund......................................................................11 Inneslutningar i obehandlad safir.......................................................12 Kristallina inneslutningar....................................................................13 Tvåfas-­‐inneslutningar.........................................................................14 Zonering.............................................................................................14 8. Kännetecken i behandlad safir...........................................................15 YMre kännetecken..............................................................................15 Inre kännetecken...............................................................................16 9. Metoder för Be-­‐behandling.............................................................17 Resultat av Be-­‐behandling..................................................................19 Berylliumets inverkan på färgen.........................................................20 10. IdenYfiering av Be-­‐behandlade safirer...........................................21 LIBS-­‐spektra av obehandlad och Be-­‐behandlad safir..........................22 Inneslutningar i Be-­‐behandlad safir....................................................23 11. Arbetets u[örande........................................................................25 12. Resultat.........................................................................................26 13. Diskussion.....................................................................................28 14. Slutsats..........................................................................................29 15. Referenser.....................................................................................30 Bilaga 1..........................................................................................31 Bilaga 2..........................................................................................32 1. FÖRORD DeMa examensarbete skrevs för ädelstensteknik programmet på Luleå Tekniska Universitet 180p och avslutades våren 2015. Jag vill rikta miM tack -ll Agne Söderström och Jenny Söderström på Kristallen AB i Lannavaara för deras hjälp och lån av lokaler och utrustning som möjliggjorde deMa arbete. Tack även -ll Lennart Widenfalk som var min handledare när deMa jobb påbörjades, och tack även -ll Olof Mar-nsson som var min handledare vid uppsatsens färdigställande. Om inget annat anges så är det förfaMaren av denna uppsats som har tagit bilderna i denna uppsats. Torbjörn Lindwall FGA, DGA Luleå 2 2. ABSTRACT Today we use exlusive gemstones with totally different op-cal and physical proper-es that requires great crabmanship to process and in some cases represents great economic value. There is a rela-velly small number of gemstones that are really high quality and therefore almost all gem material are treated rou-nely, to improve the appearance, but also to make certain more durable and more resistant to abrasion and chemicals. Since great values are at stake and there is a lot money to earn for the less selec-v people, so it is not always the customers will be informed that the stones have been treated. As for sapphires the price can be reduced by up to 70% if you can prove that it has been berylliumtreated. I choosed to do this work because I want to find a simple method that can be used by almost everyone in the industri, and be produced at a reasonable price and spread throughout the world. 3 3. SAMMANFATTNING Berylliumbehandlade korunder har idag översvämmat ädelstensmarknaden. Det kan vara svårt , nästan omöjligt för en gemmolog aM med 100% säkerhet avgöra om en safir har blivit utsaM för berylliumbehandling, om det inte finns några diagnos-ska kännetecken såsom exempelvis inneslutningar eller färgfördelning. DeMa arbete har emeller-d visat aM det är fullt möjligt aM med hjälp av ultravioleM ljus, som ligger utanför de våglängder som normalt används inom gemmologin, få en bra indika-on på om en safir har utsaMs för Be-­‐behandling. Tack vare deMa så kan man begränsa antalet stenar som måste skickas iväg -ll avancerade laboratorier för analys och därmed hålla nere kostnaderna för såväl ädelstensgrossister som guldsmeder och i sista ledet även kunderna. 4 4. BAKGRUND Rubin och safir har värmebehandlats för aM förbäMra eller förändra färgen sedan an-kens dagar. Dagens moderna värmebehandlingstekniker producerar drama-ska resultat jämfört med de tekniker som har använts -digare. En historisk milstolpe var i miMen på 1960-­‐talet när man upptäckte aM translucent, mjölkigt vit och gulak-g -ll bruna, och blåak-gt vita safirer från Sri Lanka, kända under namnet Geuda-­‐safirer, kunde färgförändras -ll en vacker transparent, blå sten med en atmosfär-­‐kontrollerad värmebehandling vid höga temperaturer, ca 1500* C, (Themelis, 2003). Diffusionsbehandling av korunder dök för första gången upp på marknaden under senare delen av 1970-­‐talet. Den behandlingen går ut på aM man smälter in eM tunt lager med aluminiumoxid, blandat med små mängder järn och -tan för aM ge en blå färg, i ytan på en färdigslipad sten för aM förstärka färgen. Stenen måste däreber poleras om. Berylliumbehandlingen blev för första gången känd i oktober 2001. Det var en australisk gemmolog vid namn Terry Coldham som meddelade aM han, under en inköpsresa i Thailand, träffat en ”treater” (ädelstensbehandlare) som färgförändrade blåak-gt röda safirer -ll en vacker röd-­‐orange färg. Strax däreber kom det flera rapporter som bekräbade deMa.(Themelis, 2003) Denna metod kallas ibland ”giMer-­‐diffusion”. Men -ll skillnad från äldre typer av diffusions-­‐ behandlingar så går den här behandlingen mycket djupare in i stenen, som utan problem kan ompoleras om det behövs. Eber några inledande kontroverser, är Be-­‐behandlingen nu allmänt accepterad i ädelstensbranchen. Det är dock mycket vik-gt aM stenar som behandlas med denna metod redovisas som sådana. Priset på en Be-­‐behandlad safir är ca. 70% lägre än en obehandlad motsvarighet. De vanligaste termerna är ”Beryllium-­‐behandlade” eller ”Be-­‐behandlade” (Be är symbolen för grundämnet beryllium), (Themelis, 2003). 5 5. SYFTET MED ARBETET Sybet med det här arbetet var aM undersöka om det finns något enklare säM aM iden-fiera, eller få en indika-on på om en rubin eller safir har blivit utsaM för en beryllium-­‐behandling. Idag måste en sådan sten skickas iväg -ll eM laboratorium med avancerad och väldigt dyr analysutrustning. Dessa undersökningar är kostsamma för en kund aM få ulörda. Det skulle spara mycket värdefull -d och pengar om det gick aM begränsa antalet stenar som måste skickas iväg -ll dessa laboratorier. EM problem som oba uppstår när smycken ska värderas, och framförallt när stenar ska iden-fieras och graderas, är aM stenarna oba är infaMade i metall. Dessa metaller är obast guld, pla-na eller silver. För aM kunna iden-fiera en ädelsten, och avslöja eventuella behandlingar är det i de allra flesta fall nödvändigt aM ta ut stenarna från infaMningarna. Det finns all-d risker förknippade med deMa. Om stenarna siMer i en så kallad kloinfaMning så måste klorna vikas isär och det riskerar aM utmaMa metallen så aM infaMningen försvagas. EM större problem uppstår om stenarna siMer infaMade med en sarg. Då måste metallen bändas upp, och ibland förstöras för aM stenen ska gå aM få lös. DeMa innebär oba aM den infaMningen måste ersäMas med en ny, vilket medför ökade kostnader för kunden. En annan stor risk med deMa är aM stenen skadas. Om det är en vacker, unik sten så kan den vara i det närmaste omöjlig aM ersäMa. Det hör -ll praxis aM all-d fråga kunden om lov aM ta ut stenarna från smyckena innan arbetet påbörjas, och de blir oba eM nekande svar när man har förklarat riskerna med deMa. Problemen som kan uppstå är aM klorna i infaMningen kan skadas eller gå av, och i värsta fall aM stenen eller stenarna skadas eller går sönder. En av dom enklaste och snabbaste metoderna aM i vissa fall avslöja en behandling inom gemmologin är aM använda ultravioleM ljus, då stenen inte behöver tas ut ur infaMningen. Vågländerna på de UV-­‐ljus som vanligen används inom gemmologin är för långvågigt UV-­‐ljus (LW) 365 nm och för kortvågigt UV-­‐ljus (SW) 254 nm. DeMa ger upphov -ll fluorescens i karakteris-ska färger. 6 6. UTRUSTNING FörfaMaren -ll denna rapport och min -digare arbetsgivare, Kristallen AB i Lannavaara, har i samarbete med en uppfinnare, Göran Åslin i Sundsvall, tagit fram en ny UV-­‐lampa som har en steglös reglering av våglängderna. DeMa öppnar för helt nya möjligheter aM kunna vara en hjälp vid iden-fiering av ädelstenar och aM avslöja behandlingar som -digare enbart avancerade laboratorier -digare kunnat göra. UV-­‐filtret är, enligt -llverkaren, steglöst reglerbart mellan 10 nm och 365 nm. Till iden-fieringen av safirerna användes: -­‐  en gemmologisk refraktometer med roterbart polarisa-onsfilter för aM mäta stenarnas ljusbrytningsindex och dubbelbrytningens storlek. -­‐  en LED-­‐lampa med monokroma-skt ljus som ljuskälla -ll refraktometern. -­‐  eM polariskop av fabrikat Rayner. -­‐  eM conoskop som användes för aM undersöka stenarnas interferensfigur där det var möjligt -­‐  en caratvåg för vägning och beräkning av specifik vikt, fabrikat Sartorius. -­‐  eM binokulärt gemmologiskt mikroskop utrustat med behållare för immersionsvätska och med en adapter för kamera. -­‐ UV-­‐lampa med steglös reglering av våglängderna, (Figur 1). För fotografering användes en digital systemkamera Pentax K10D, och en kompakt digitalkamera Lumix DMC-­‐TZ65. Figur 1. UV-­‐lampa med steglös reglering av våglängderna. 7 7. ALLMÄNT OM KORUND Korund förekommer som accessoriskt mineral i vissa metamorfa bergarter såsom marmor och dolomiter, glimmerskiffer och gnejs. Mineralet finns även i granit, och en del kiseldioxidfaoga magma-ska bergarter som syenit och nefelinsyenit och alkalibasalt. (Lee A. Groat, 2007) Ädelstenskvaliteterna förekommer oba också anrikad i flodsediment som alluviala förekomster. Korund som ädelsten delas in i två varianter, rubin och safir. Rubin är den röda varianten som får sin färg av krom och alla andra färger kallas för safir där man använder färgen som prefix vid namngivningen av stenen, ex. blå safir, gul safir etc. Några exempel på kända fyndplatser där man utvinner rubin och safir av ädelstenskvalitet: Australien: Ruby vale, Anakie, Hearts Range Brasilien: MaMo Grosso, Jauru Colombia: Mercaderes, Cacua Indien: Kashmir, Mysore Japan: Mt Gongen, Hodono Valley Madagaskar: Andranondambo, Antsiranana Malawi: Chimwadzulu Hill Myanmar: Mogok Nepal: Taplejung Pakistan: Hunza Valley Sri Lanka: Ratnapura, Rakwana Tanzania: Longido, Umba Valley, Morogoro Thailand: Chantabun, BaMambang Vietnam: Phuoc Hiep, Tan Huong-­‐Truc Lau Korund av industrikvalitet som skall användas som slipmedel finns över hela världen och bryts kommersiellt i bl.a. Zimbabwe, Ryska federa-onen och Indien. (Joel E Arem, 1987) Korund blandad med magne-t och hema-t (smärgel) bryts bl.a. på öarna Naxos och Samos (Grekland), vid Izmir (Turkiet) och Peekskill (New York, USA). (Joel E Arem, 1987) 8 IdenYfiering av korund: Data Kemisk sammansäMning Aluminiumoxid Al2 O3 Kristallsystem Trigonal Habitus Sexsidigt prisma som oba har triangulära -llväxtzoneringar på pinacoidala ytor och bipyramider med tydlig tvärgående striering, tunnformade med flata ändar, massiv och även granulär. Spaltning och BroM Mycket dålig, basal. Delning (sönderfall); parallellt med de romboedriska ytorna Moh`s hårdhet 9 Specifik vikt 3.80 -ll 4.05 Färger (varianter) Röd (rubin), blå (safir), alla andra färger kallas safir Stjärnstenar förekommer i alla färger Pleokroism Dikrois-sk, varierande beroende på färg Glans Stark glasak-g-­‐nästan diamantak-g Brytningsindex och dubbelbrytning 1.76 -ll 1.78 DR 0.008 -ll 0.009, enaxligt nega-v Dispersion Låg Typiska inneslutningar Stort antal varierande mineral, vädrar, tvåfas-­‐inneslutningar. (se bilder) Förekomster Metamorfa och alluviala förekomster är vanligast, men det finns även korunder i magma-ska förekomster Geografiska lokaler Rubin: Afghanistan, Burma, Östafrika Kambodja, Vietnam. Safir: Australien, Kambodja, Pakistan, Burma, Sri Lanka, Thailand, USA Slipformer Varierande faseMslipningar, stjärnstenar och lågkvalita-vt mtrl. cabochoner och kulor (Arem, 1987) 9 Orsaken Yll färg hos naturliga safirer Orsakerna -ll färg i korund är många och har tagits upp i många publika-oner. En bra allmän översyn har -llhandahållits av Fritsch och Rossman (1987, 1988); Häger (2001) har granskat färger hos korund ulörligt i samband med värmebehandling. De grundläggande orsakerna -ll färg (även kallad kromoforer) är välkända: Cr3+ producerar ljusrosa -ll djupt röda i takt med aM koncentra-onen ökar, Fe3+ producerar en blekgul, Fe2+ -­‐ Ti4+ par producerar blå. (Kvapil et al., 1973; Schmetzer, 1981; Schmetzer et al., 1983; Boiko et al., 1987; EmmeM och Douthit, 1993; Häger, 1993). EM mycket bredare urval av färger är producerad av kombina-oner av dessa primära kromoforer. Till exempel grön orsakas av Fe3+ gul och Fe2+ plus –Ti4+ blå. Lila eller violeM är en kombina-on av Cr3+ röd med Fe2+-­‐Ti4+ blåM och orange kan vara en kombina-on av gula plus Cr3+ rosa. Medan dessa orsaker -ll färg förstås rent allmänt, krävs en mer detaljerad förståelse för aM avgöra effekterna av aM den redan komplexa uppsäMningen av naturliga spårelement i korund. Dessutom måste man ha en djupare förståelse för de kemiska samspel som sker mellan de olika spårämnena inom korundens kristallgiMer. (John L. EmmeM, Kenneth ScarraM, Shane F. McClure, Thomas Moses, Troy R. Douthit, Richard Hughes, Steven Novak, James E. Shigley, Wuyi Wang, Owen Bordelon, Robert E. Kane, 2003) 10 Fluorescens hos naturlig safir. Blå safir: De flesta blå safirer är inerta, förutom, i undantagsfall, enstaka safirer från Thailand som kan fluorescera svagt grönak-gt viM i kortvågigt uv-­‐ljus. Grön safir: inerta p.g.a högt Fe-­‐innehåll Gul safir: Moderat orange-­‐röd eller orange-­‐gul -ll inert i långvågigt uv-­‐ljus. Svag röd eller gul-­‐orange -ll inert i kortvågigt uv-­‐ljus. Rosa safir: Stark orange-­‐röd i långvåg, svagare i kortvågigt uv-­‐ljus. Viole4 eller färgväxlande safir: Stark röd i långvågigt, svag ljust röd i kortvågigt uv-­‐ljus. Färglös safir: Moderat ljust röd-­‐orange i långvågigt, inert i kortvågigt uv-­‐ljus. Orange safir: Stark orange-­‐röd i långvågigt uv-­‐ljus. (Arem, 1987) 11 Inneslutningar i naturlig, obehandlad safir Flera olika typer av mineral har påträffats som inneslutningar i korund, ibland förekommer de orienterade i vissa kristallografiska riktningar. Nedan följer några exempel. Figur 2. Kalcit, zinkblände och ru-l Foto: John Koivula (Källa: hMp://www.ruby-­‐sapphire.com/r-­‐s-­‐bk-­‐ch5.htm) Figur 3. Ru-l som formar eM så kallat ”spiderwebb”, dessa ligger här orienterade parallellt med de prisma-ska ytorna. Foto: R W Hughes (Källa:hMp://www.sapphminco.com/images/sapphire-­‐story/ru-le-­‐silk.jpg) Figur 4. Ru-lkristaller Foto: John Koivula (Källa:hMp://www.ruby-­‐sapphire.com/images/photo_cd_images/1171-­‐83.jpg) Figur 5. Spinelloktaedrar Foto: John Koivula (Källa:hMp://www.ruby-­‐sapphire.com/images/photo_cd_images/1171-­‐84.jpg) 12 Figur 6. Ru-lnålar Foto: Richard Hughes (Källa:hMp://www.ruby-­‐sapphire.com/images/
photo_cd_images/0087-­‐34a.jpg) Figur 7. Bohemitnålar Foto: John Koivula (Källa:hMp://www.ruby-­‐sapphire.com/images/
photo_cd_images/0157-­‐31.jpg) Figur 8. Gul apa-t Foto: John Koivula (Källa:hMp://www.ruby-­‐sapphire.com/images/
photo_cd_images/1171-­‐75.jpg) 13 Fluider kan också förekomma som inneslutningarna. Vanligen utgörs de av både vätska och gas. Figur 9. Tvåfasinneslutningar bestående av vätska och gas. Foto: John Koivula (Källa:hMp://www.ruby-­‐sapphire.com/images/photo_cd_images/ 1171-­‐81.jpg) Figur 10. Tvåfas-­‐inneslutning bestående av vätska o gas. Foto: John Koivula (Källa:hMp://www.ruby-­‐sapphire.com/images/photo_cd_images/ 1171-­‐91.jpg) Figur 11. Delvis läkt spricka, även kallat ”Fingerprint”. Foto: John Koivula (Källa:hMp://www.ruby-­‐sapphire.com/images/photo_cd_images/ 0087-­‐11.jpg) Exempel på zonering hos safir, dessa kan uppkomma på grund av varierande fysikaliska-­‐kemiska förhållanden under mineralets Yllväxt. Figur 12. Tillväxtzonering som är orienterade parallellt med de prisma-ska ytorna. Foto: John Koivula (Källa:hMp://www.ruby-­‐sapphire.com/images/photo_cd_images/ 0087-­‐20.jpg) 14 8. KÄNNETECKEN I BEHANDLAD SAFIR YBre kännetecken i ytdiffusionsbehandlad safir Figur 13. En itusågad safir eber ytdiffusionsbehandling.Man ser tydligt den påsmälta Al-­‐oxiden, som i det här fallet har blandats med Ti-­‐oxid för aM ge en blå färg, denna måste slipas och poleras bort. (Källa:hMp://www.ruby-­‐sapphire.com/images/vampire_blues/ vampire_3.jpg) Figur 14. Safir från Sri Lanka före och eber ytdiffusionsbehandling. I deMa fall har Al-­‐oxiden blandats med Ti-­‐oxid för aM ge en blå färg vilket klart förbäMrar stenens utseende. (Källa:hMp://www.ruby-­‐sapphire.com/images/vampire_blues/ vampire_1.jpg) Figur 15. Ytdiffusionsbehandlad safir undersökt i mikroskop med immersionsvätska. Man ser tydligt färgkoncentra-onen i FaseMkanterna som eM resultat eber ompolering. (Källa:hMp://i1116.photobucket.com/albums/k569/gemsharmony/Diff.jpg) 15 Inre kännetecken i ytdiffusions/värmebehandlad korund Figur 16. Typiska inneslutningar i värmebehandlad korund. Inneslutningen har expanderat av värmen och eberlämnat en spänningsspricka runt kristallen. (Källa:hMp://www.suwagem.com/dic-onary/untreated/sapphire/ img/3.jpg) Figur 17. Delvis smälta ru-lnålar i en värmebehandlad rubin. (Källa:hMp://www.lotusgemology.com/images/library/ar-cles/ gemologyar-cles/silk-­‐road/burned-­‐ru-le.jpg) 16 9. METODER FÖR BERYLLIUMBEHANDLING Behandlingen är ganska enkel aM ulöra. Man värmebehandlar safir och rubin -llsammans med pulveriserad beryll och/eller krysoberyll i en trestegs process. (Figur 18). 1.Uppvärmningsfasen: Temperaturen höjs gradvis med ca 250 grader/-mme -lls behandlingstemperaturen har uppnåMs, dock max 1850 grader C. (Figur 18). 2. Behandlingsfasen: Temperaturen är vanligtvis mellan 1625-­‐1775 grader C. Högre temperaturer , upp -ll 1850 grader förbäMrar berylliumets förmåga aM lösas upp och diffundera in i materialet som behandlas. Det tar minst 10 -mmar aM behandla mindre material med storleken 3-­‐4 mm. 3. Nedkylningsfasen: Ugnen stängs av och får svalna långsamt. DeMa tar ca. 9-­‐10 -mmar. 1800°C 1500°C 1000°C 500°C Tid i -mmar Figur 18. Temperaturer vid behandling av safirer (Themelis, 2003) 17 Figur 19. Beryll och krysoberyll pulveriseras för aM användas vid behandlingen (Themelis 2003).
Figur 20. De olika beryllkomponenterna blandas ihop (Themelis 2003). Figur 21. Tradi-onell thailändsk ugn för värmebehandling av ädelstenar (Themelis 2003). Figur 22. En Lot safirer eber beryllium-­‐behandlingen. Det vita pulvret består av olika berylliumkomponenter (Themelis 2003). 18 RESULTAT AV Be-­‐BEHANDLING Figur 23. Exempel på typiska färger som kan uppstå eber Be-­‐behandlingen. (Källa: hMp://www.gemresearch.ch/journal/No4/images/p02-­‐01.jpg) Berylliumets exakta roll i korunden när det gäller de olika resultat man kan få vid behandlingen är under utredning. Den stora varia-onen av färger som erhålls eber Be behandlingen (Figur 23) är relaterade -ll, och beroende av, kromoforer som finns i värdmaterialet i olika former och interagerar med berylliumet under värmebehandlingen. Slutresultatet av behandlingen är -d/temperatur beroende så -ll vida aM ju längre -d korunderna behandlas desto starkare blir färgen och desto djupare tränger färgen in. 19 Berylliumets inverkan på färgen. Det verkar som aM berylliumet i sig inte kan producera de intensiva gula, orange, orange-­‐rosa och andra färger som finns på marknaden idag, men å andra sidan så uppträder inte dessa färger utan berylliumet som -llsats. Man kan inte se berylliumet som en sann kromofor, men ändock en indirekt orsak som färggivande element, bäst beskriven som en ”trigger” eller ”modifierare”. (John L. EmmeM, Kenneth ScarraM, Shane F. McClure, Thomas Moses, Troy R. Douthit, Richard Hughes, Steven Novak, James E. Shigley, Wuyi Wang, Owen Bordelon, Robert E. Kane, 2003) Ädelstensvarianterna av korund är vanligtvis inte särskilt starka i färgen, vilket innebär aM koncentra-onen av Fe2 + - Ti4 + par eller Mg2 + -hål inte är stora nog.
Genom aM minska koncentra-onen av Fe2 + -­‐ Ti4 + par eller öka koncentra-onen av Mg2 + -­‐hål, och diffundera in beryllium istället, så kan det ha en stark inverkan på färgen. Vilken färg stenen ska få eber Be-­‐behandlingen avgörs -ll stor del på små skillnader i den kemiska sammansäMningen hos värdmineralet. Som nämnts -digare så är den exakta orsaken -ll varför slutresultatet av behandlingen varierar inte helt klarlagd, men det är fortsaM under utredning, (Themelis, 2003). 20 10. IDENTIFIERING AV BE-­‐BEHANDLAD SAFIR Berylliumbehandlade rubiner och safirer har samma op-ska och fysikaliska egenskaper som obehandlade stenar. Det enda som i dagsläget kan hjälpa en gemmolog aM avslöja denna behandling är aM med hjälp av mikroskop och immersionsvätskor studera stenarna. -­‐ EM vik-gt diagnos-skt kännetecken är en oba ganska tydlig färgad yMerkant. Om stenarna är små eller behandlingen pågåM en längre -d, upp -ll 24 -mmar, kan färgen gå genom hela stenen, (figur 9d). -­‐ Om stenen har inneslutningar av andra mineral har dessa oba, p.g.a värmen, tappat formen och blivit vita, (figur 9f). -­‐  Om man inte kan hiMa några tydliga bevis för aM behandlingen har ulörts måste den skickas iväg -ll eM mer avancerat laboratorium för analys. Där används i huvudsak tre metoder för aM detektera om beryllium finns i stenarna, LIBS=Laser-­‐Induced Breakdown Spectroscopy, även känd som LASS eller LIPS. SIMS=Secondary Ion Mass Spectroscopy och LA-­‐ICPMS=Laser Abla-on-­‐Induc-vely Coupled Plasma Mass Spectroscopy. Nackdelen med dessa metoder är aM dom är destruk-va, det uppkommer små gropar på ytan av materialet som testa. Figur 24. Sims-­‐utrustning som används för aM avslöja Be-­‐behandling i korunder (Themelis 2003).
21 LIBS Spektra av obehandlad och Be-­‐behandlad safir (Laser-­‐Induced Breakdown Spektra) Figur 25. Obehandlad safir (hMp://www.palagems.com/Images/beryllium_libs_tes-ng/ be_spectrum6.gif) Figur 26. Beryllium-­‐behandlad safir (Källa: hMp://www.palagems.com/Images beryllium_libs_ tes-ng/be_spectrum5.gif) 22 Inneslutningar i berylliumbehandlade safirer Flera olika typer av fysikaliska förändringar kan uppkomma vid berylliumbehandling av safirer Figur 27. 2 st.berylliumbehandlade Padparadscha safirer där man kan se en tydlig orange yMerkant, (Themelis 2003). Figur 28. Dendri-ska vädrar bestående av delvis ihopläkta sprickor i berylliumbehandlad safir, (Themelis 2003). Figur 29. Dendri-ska inneslutningar och ”bomullstussar” eller ”breadcrumbs”. Dessa består av små kristallina inneslutningar som har förlorat sin ursprungliga form och färg p.g.a. den höga temperaturen vid behandlingen, (Themelis 2003). 23 Figur 30. Inneslutningar i form av vätskefyllda, tublika kanaler som utgörs av delvis läkta sprickor, (Themelis 2003). Figur 31. Denna berylliumbehandlade safir är itu-­‐
sågad för aM visa hur djupt färgen har trängt in i stenen. Man ser tydligt en orange färg i stenens yMre del. Zirkoninneslutningarna har tappat formen och blivit vita p.g.a behandlingen, (Themelis 2003). Figur 32. Be-­‐behandlad orange Songea safir med en tydlig rosa kant, (Themelis 2003). 24 11. ARBETETS UTFÖRANDE Berylliumbehandlade safirer finns idag i alla tänkbara färger. Så för aM få eM någorlunda representa-vt utslag av denna undersökning införskaffades safirer med så stor färgvaria-on som möjligt. Samtliga stenar fotograferades, undersöktes och iden-fierades som naturliga, behandlade safirer innan arbetet påbörjades, (se bilaga 1). Jag har under deMa arbete undersökt 31 st. safirer som med hjälp av gängse gemmologiska undersökningar visat sig vara naturliga safirer som är diffusionsbehandlade med beryllium. De gemmologiska tester som ulördes var bl.a. mätning av brytningsindex, dubbelbrytning, pleokroism, polariskop i kombina-on med eM conoskop och specifik vikt. AM samtliga stenar blivit Be-­‐behandlade bekräbades med undersökningar i mikroskop med stenarna nedsänkta i immersionsvätska. Alla stenar har undersökts med en vanlig UV-­‐lampa där våglängderna är fasta på LW 365 nm och SW 264 nm, och däreber undersöktes stenarna med den steglösa UV-­‐lampan. När stenarna undersöktes med den steglösa UV-­‐lampan fotograferades fluorescenseffekten och styrkan på fluorescensen graderades i en skala från 1-­‐5, där 1 är svag och 5 är stark. Även färgen på fluorescenseneffekten noterades, (se bilaga 2). Jag började undersökningarna med aM ställa in UV-­‐lampan på 365 nm och gick sedan gradvis över mot kortare våglängder. Av alla de stenar som uppvisade en fluorescenseffekt, så började effekten synas vid ca 320 nm och den upphörde vid ca 230 nm. Man kunde tydligt se aM effekten är som starkast vid ca 270 nm. Samtliga UV-­‐undersökningar ulördes i eM mörkt rum med eM maM, svart tyg som underlag för eliminera alla risker för felak-ga resultat. Resultaten redovisas i tabell 1. 25 12. RESULTAT Resultatet av dessa undersökningar visar ganska klart aM man kan ha stor användning av UV-­‐ljus för aM få en indika-on på om en safir har blivit utsaM för Be-­‐behandling. DeMa är särskilt tydligt för blå och gröna stenar där dom naturligt färgade stenarna normalt är inerta när dom undersöks med UV-­‐ljus, men nu hade en rosaröd -ll svag röd fluorescens. De stenar som inte uppvisade någon fluorescens alls, dvs. var helt inerta i undersökningen, har troligtvis eM så högt järninnehåll ursprungligen aM fluorescens effekten helt uteblir. Se resultatet av undersökningen i tabell 1. 26 Tabell 1. Resultat av undersökningsstenar Sten nr. Egen färg Fluorescensfärg Styrka 1.  orange orangeröd 2 2. orange orangeröd 1 3. orange-­‐röd orangeröd 3 4. orange orangeröd 3 5. röd-­‐orange orangeröd 2 6. orange orangeröd 1 7. orange orangeröd 2 8. svag rosa-­‐orange orangeröd 1 9. gulgrön mkt svag rosaröd 1 10. rosa orangeröd (rosa) 5 11. rosa orangeröd (rosa) 5 12. rosa orangeröd (rosa) 4 13. svag lilarosa orangeröd (rosa) 5 14. svag lilarosa orangeröd (rosa) 4 15. svag lilarosa rosaröd 4 16. svag gul inert 17. gulbrun inert 18. gul-­‐orange inert 19. gul-­‐orange inert 20. gul inert 21. svag gulgrön rosaröd 2 22. grön rosaröd 2 23. grön rosaröd 2 24. grönblå rosaröd 2 25. grönblå rosaröd 2 26. blå rosaröd 2 27. blå inert 28. blå svag röd 1 29. ljus blågrön inert 30. lila orangeröd 4 31. lila rosaröd 2 27 13. DISKUSSION Undersökning av ädelstensmaterial med UV-­‐ljus är en enkel, snabb och billig metod aM få en första indika-on på om eM material har utsaMs för någon typ av behandling. Förutom aM avslöja behandlingar så kan UV-­‐ljuset även indikera om en sten inte är det den sägs vara, dvs en imita-on. Även synte-ska ädelstensmaterial kan ibland avslöjas. Lampan som har använts vid deMa arbete har ju den fördelen aM man kan reglera våglängderna steglöst, vilket leder -ll aM möjligheterna aM avslöja behandlingar, imita-oner och synte-ska stenar kan förenklas betydligt. En nackdel är aM i all gemmologisk liMeratur refereras det enbart -ll två våglängder av UV-­‐ljus, långvågigt 365nm och kortvågigt 264nm. Man måste ju således bygga upp en ny referensbank med vågländer från hela spektrat av UV-­‐
ljus. En annan aspekt av det hela är aM denna metod all-d ska göras med försik-ghet då ultravioleM ljus, speciellt av kortare våglängd; kan skada ögonen. En annan sak är aM det även kan orsaka färgförändringar hos eM fåtal stenar, ex zirkon där värmebehandlade stenar kan blekas eller förlora färgen om de utsäMa för kortvågigt UV-­‐ljus. Utöver de Be-­‐behandlade korunderna så har undersökningar även gjorts på diamanter. Då testades naturliga obehandlade, naturliga behandlade och synte-ska diamanter och resultaten var även här aM det uppvisades fluorescens effekter som ligger utanför de gängse våglängderna och mycket väl kan vara -ll hjälp vid iden-fiering och särskiljning av dessa. 28 14. SLUTSATS Användandet av UV-­‐ljus har visat sig vara mycket användbart för aM få en indika-on om en safir har blivit utsaM för beryllium-­‐behandling. Vid vanliga gemmologiska undersökningar används normalt UV-­‐ljus med två fasta våglängder, dessa är 365nm (långvåg) och 264nm (kortvåg). Resultaten från undersökningar som har ulörts med dessa våglängder är väl dokumenterat, och de man normalt brukar se är aM man kan få en fluorescenseffekt i orange-­‐röda Be-­‐behandlade safirer, när du utsäMs för kortvågigt UV-­‐ljus. Vid denna undersökning har det använts en nyframtagen UV-­‐lampa där man kan reglera våglängderna steglöst. DeMa har visat sig vara mycket användbart ebersom resultaten visar aM om man använder våglängder som ligger utanför de ordinära, så kan man få resultat som klart indikerar aM stenarna har blivit utsaMa för Be-­‐behandling. En stor fördel med denna UV-­‐lampa är aM den är läM aM använda och inte särskilt dyr aM köpa in. Om den utvecklas och ”renodlas” lite så kan det vara eM instrument som mycket väl kan finnas i alla gemmologers lab. utrustning. Utöver de Be-­‐behandlade korunderna så har undersökningar även gjorts på diamanter. Då testades naturliga obehandlade, naturliga behandlade och synte-ska diamanter och resultaten var även här aM det uppvisades fluorescens effekter som ligger utanför de gängse våglängderna och mycket väl kan vara -ll hjälp vid iden-fiering och särskiljning av dessa. 29 15. REFERENSER ReferensliBeratur -­‐ Arem, J. E. PHD FGA, (1987) Color Encyclopedia of Gemstones, Chapman & Hall, 314 sidor. -­‐ Boiko B.B., Shkadarevich A.P., Zhdanov É.A., Kalosha I., Koptev V.G., Demidovich A.A. (1987) Lasing due to color centers in an Al O :Mg 23 crystal. Soviet Journal of Quantum Electronics, Vol. 17, No. 5, . 581–582. -­‐ EmmeM J.L., Douthit T.R. (1993) Heat trea-ng the sapphires of Rock Creek, Montana. Gems & Gemology, Vol. 29, No. 4, sid. 250–272. -­‐ Fritsch E., Rossman G.R. (1987) An update on color in gems. Part 1: Introduc-on and colors -­‐ caused by dispersed metal ions. Gems & Gemology, Vol. 23, No. 3, pp. 126–139. -­‐ Fritsch E., Rossman G.R. (1988) An update on color in gems. Part 2: Colors involving mul-ple atoms and color centers. Gems & Gemology, Vol. 24, No. 1, sid. 3–15. -­‐ Groat L. A. (2007) Geology of Gem Deposits, Marquis Canada, 270 sidor. -­‐ Häger T. (2001) High temperature treatment of natural corundum. InternaOonal Workshop on Material CharacterizaOon by Solid State Spectroscopy: The Minerals of Vietnam, April 4–10, Ins-tute of Materials Science, Hanoi. -­‐ Häger T. (1993) Stabilisierung der Farbzentren von gelben natürlichen Saphiren. Berichte der Deutschen Mineralogischen GesellschaW, BeiheWe zum European Journal of Mineralogy, Vol. 5, sid. 188. -­‐ John L. EmmeM, Kenneth ScarraM, Shane F. McClure, Thomas Moses, Troy R. Douthit, Richard Hughes, Steven Novak, James E. Shigley, Wuyi Wang, Owen Bordelon, Robert E. Kane, (summer 2003), Beryllium Diffusion of Ruby and sapphire. Gems and Gemology, volume 39 No.2, sid. 84-­‐133. -­‐ Kvapil J., Perner B., Sulovsky J., Kvapil J. (1973) Colour centre forma-on in corundum doped with divalent ions. Kristall und Technik, Vol. 8, No. 1/3, sid. 247–251. -­‐ Schmetzer K. (1981) The colour of natural corundum. Neues Jahrbuch für Mineralogie, MonatsheWe, No. 2, sid. 59–68. -­‐ Schmetzer K., Bosshart G., Hänni H.A. (1983) Naturally-­‐coloured and treated yellow and orange-­‐brown sapphires. Journal of Gemmology, Vol. 18, No. 7, sid. 607–622. -­‐ Themelis, T. (2003) Beryllium-­‐Treated Rubies and Sapphires, eget förlag, 48 sidor. Referensbilder Bilden på försäMs-­‐sidan och bilderna på sidorna 17, 18, 21, 23 och 24 är kopierade från boken Beryllium-­‐Treated Rubies and sapphires (2003) av Ted Themelis, som även har ge4 si4 skriWliga Ollstånd a4 få användas Oll denna uppsats. Resterande bilder är nedladdade från nätet, länk -ll platsen dom hämtades finns vid varje bild. 30 Bilaga 1 Undersökningsstenarna fotograferade i dagsljusbelysning. 31 Bilaga 2 Undersökningsstenarna fotograferade i UV-­‐ljus 32