Identyfikacja i wycena kamienia szlachetnego - ametyst

Wydział Geologii Geofizyki i Ochrony Środowiska,

Inżynieria Mineralna

Damian Krupa i Andrzej Kałkowski

Kraków, 2015

1. Wstęp

   1. Cel i zakres projektu

2. Charakterystyka ogólna ametystu

3. Jakość szlifu

   1. Symetria szlifu

   2. Poler szlifu

   3. Ocena proporcji szlifu

4. Pomiary

   1. Pomiar masy i gęstości

   2. Pomiar wielkości

5. Analiza laboratoryjna

   1. Badanie współczynnika załamania światła (dwójłomność)

   2. Badanie pleochroizmu i barwy interferencyjnych

   3. Badanie luminescencji

   4. Badanie inkluzji

   5. Badanie przewodności cieplnej

6. Metodyka i obliczenia

7. Wyniki, wnioski końcowe i podsumowanie

8. Bibliografia

1. Wstęp

   1. Cel i zakres projektu

Celem niniejszej pracy jest identyfikacja kamienia szlachetnego za pomocą oceny makroskopowej i specjalistycznych przyrządów gemmologicznych, a także jego wycena zgodnie z metodą 4C .

1. Charakterystyka ogólna ametystu

Ametyst

Wzór sumaryczny: SiO₂

Układ: trygonalny

Barwa: fioletowa

Twardość: 7

Gęstość: 2,65 g/cm³

Stopień przezroczystości: przeźroczysty do przeświecającego

Współczynnik załamania światła: zmienny 1,544 – 1,553

Dwójłomność: (+) 0,009

Dyspersja: 0,013

Pleochroizm: bardzo słaby

Linie absorbcji: 550-520 nm

Luminescencja: niekiedy słaba, zielonkawa

Nazwa ametyst jest zarezerwowana dla fioletowych odmian kwarcu (nie mylić z kwarcem ametystowym). „Jako zjawisko fizyczne barwa ta związana jest z obecnością w strukturze kwarcu jonów żelaza (Fe2⁺ oraz Fe3⁺), przy czym największa jej intensywność zaznacza się najczęściej na końcu piramidy heksagonalnej. Jest ona uwarunkowana zjawiskami oddziaływania elektronowego między różnie na­ładowanymi jonami żelaza, zajmującymi odmienne pozycje w strukturze kwarcu (tetraedryczne, międzywęzłowe). Jony te przy oddziaływaniu radiacyjnym mogą tworzyć efektywne centra wychwytu elektronów. Zachodzi więc zjawisko noszenia ładunków i to ma decydujący wpływ na barwę ametystu (linia absorpcji ok. 540 nm) […].

Ametyst jest bardzo czuły na temperaturę. Niektóre jego osobniki już pod działaniem światła słonecznego wyraźnie bledną. Tłumaczy się to reakcjami, ja­kie zachodzą między jonami żelaza i tworzącymi się centrami wychwytu ładun­ków, które jednocześnie są centrami absorbcji światła widzialnego. Już w tempe­raturze 400 500 °C wszystkie te centra barwne ulegają zniszczeniu. Ujawnia znów częściowo swą obecność, gdy kamień poddamy działaniu wysokoenergetycznych cząstek α i β  lub γ. Stwierdzono jednak, że powolne ogrzewanie kamie­nia do wyższej temperatury powoduje trwałą zmianę jego barwy, a tym samym zanik wspominkach centrów barwnych i przy 750 °C pojawia się zabarwienie żółte (barwa cytrynu). Należy więc z dużą ostrożnością prowadzić obróbkę mechaniczną i oprawę tych kamieni […].

Największe ilości tych kamieni wydobywa się w Brazylii, Urugwaju, na Madagaskarze, Syberii, Sri Lance, w Indiach, Meksyku i w niektórych rejonach Ameryki Północnej. W Polsce wystąpienia znane są na Dolnym Śląsku, jednak dobrze wykształcone i przezroczyste kryształy należą do rzadkości […].

Charakterystyczna barwa ametystu, a także cechy fizyczne tego minerału pozwalają przeprowadzić bezbłędną jego identyfikację. Do diagnostycznych cech należą: średnie współczynniki załamania światła, niska dwójłomność i dyspersja, co przejawia się brakiem „ognia”, a także wysoka twardość. Charkaterystyczny jest także zespół wrostków mineralnych. Przyjmują one formy pierzaste, niczym płatki białego kwiatu, to znowu pręcikowe, czarne wydłużone „pióra”. Towarzyszą im skupienia inkluzji ciekłych, niczym „odcisk palca” lub „pręgi tygrysie” […] (Hefilik, Natkaniec-Nowak, 2011).

1. Ocena jakości szlifu

Podstawowym celem rzeczoznawcy gemmologa oprócz samej identyfikacji mineralogicznej badanego okazu, jest oszacowanie jego wartości. Na wartość kamienia szlachetnego, zgodnie z metodą 4C, ma wpływ także jakość szlifu. Jakość tę definiujemy poprzez odstępstwa od założonych pierwowzorów (np. proporcje szlifu wg Tolkowskyiego dla szlifu diamentowego), a także poprzez wrażenia estetyczne, czyli „nieprzyjemne dla oka” defekty, np. błędy poleru.

1. Ocena symetrii szlifu

Wśród błędów symetrii szlifu brylantowego (także fantazyjnego typu łezka (gruszka)) wyróżnia się:

1. Przesunięcie koletu względem tafli

2. Asymetria konturu tafli

3. Brak równoległości płaszczyzny tafli względem płaszczyzny rondysty

4. Krzywość (falistość) rondysty

5. Płaskość koletu

6. Przesunięcie fasetek pawilonu względem fasetek korony

7. Przesunięcie fasetek w obrębie korony

8. Dodatkowa faseta (naturalna, nieoszlifowana ściana)

   1. Ocena poleru szlifu

Wśród błędów poleru szlifu brylantowego (także fantazyjnego typu łezka (gruszka)) wyróżnia się:

1. Sfazowane (i/lub zaokrąglone) krawędzie szlifu

2. Chropowatość rondysty

3. Prążki polerskie

4. Efekt zabrudzenia (wszelkie zmętnienia i naloty wskutek przegrzania materiału podczas obróbki)

5. Mikropęknięcia i bruzdy

   1. Ocena proporcji szlifu

Proporcje szlifu odgrywają niezwykle ważną rolę w wycenie kamienia jubilerskiego; od nich bowiem zależy w głównej mierze wypadkowy efekt brylancji. Szlify były doskonalone przez lata, a wszystkim tym działaniom przyświecał jeden cel – zwiększeniu „ognia” kamienia, poprzez umiejętne dostrojenie fasetek w celu zintensyfikowania zjawiska odbicia światła w brylancie.

Spośród metod służących do oceny proporcji szlifu, skorzystano podczas badań z:

a) metody kwadratów (wypukłościowa),

Jest to metoda subiektywna, zależna zwłaszcza od szeroko pojmowanej percepcji badacza. Polega na zbadaniu kamienia pod lupą o powiększeniu 10x w celu zidentyfikowania szerokości tafli. Obserwacje wykonuje się prostopadle do czoła kamienia. Dwa kwadraty, które go tworzą w płaszczyźnie mogą zachowywać się na trzy podstawowe sposoby:

- ich boki są proste - brak zniekształceń, czyli odpowiednie proporcje,

- ich boki są wypukłe - gdy szerokość tafli > 60%,

- ich boki są wklęsłe - gdy szerokość tafli 58%.

b) metody określenia kąta korony,

Jest to metoda subiektywna, zależna zwłaszcza od szeroko pojmowanej percepcji badacza. Polega na zbadaniu kamienia pod lupą o powiększeniu 10x w celu zidentyfikowania kąta zawartego między fasetkami korony a rondystą. Obserwacje wykonuje się prostopadle do czoła kamienia. Określa się wielkość fasetek pawilonu widocznych przez fasetki korony. Te proporcje określone są następującymi zależnościami:

- gdy obie fasetki są jednakowych rozmiarów to kąt fasetek korony wynosi 25^o,

- gdy dolna fasetka jest większa to kąt wynosi 34,5^o (idealnie) i powiększa się wraz z dolną fasetą.

c) metody lustrzanych odbić

Jest to metoda subiektywna, zależna zwłaszcza od szeroko pojmowanej percepcji badacza. Polega na zbadaniu kamienia pod lupą o powiększeniu 10x w celu zidentyfikowania kąta zawartego między fasetkami korony a rondystą. Obserwacje wykonuje się prostopadle do czoła kamienia. Określa się głębokość pawilonu na podstawie odbitej od pawilonu tafli. Proporcje określone są następującymi zależnościami:

- gdy odbicie tafli (szara plama) stanowi 1/2 pola powierzchni tafli to głębokość pawilonu - 45 %.

- 2/3 – 46,8 %

- ¾ - 47, 5 %

- gdy następuje całkowite przesłonięcie tafli jej odbiciem to głębokość pawilonu 50,2 %

Nie skorzystano natomiast z metody proporcjoskopu, ponieważ badany okaz posiadał szlif typu łezka, natomiast wzorzec na membranie urządzenia odpowiada szlifowi okrągłemu dla diamentów. Dlatego też nie skorzystano z metody Tolkowsky’ego, Epplera, czy z Wzorca Skandynawskiego.

Tab.1 Ocena wpływu jakości szlifu brylantowego na jego wartość (wg Centrum Gemmologicznego Uniwersytetu Moskiewskiego, zmodyfikowano)

Parametry symetrii szlifu	Bardzo dobra	Dobra	Dostateczna	zła
Kształt rondysty	Rondysta okrągła	Delikatnie zniekształcona	Zniekształcenie widoczne pod lupą	Zniekształcenie widoczne gołym okiem
Asymetria tafli, błędy symetrii fasetek	Brak lub dostrzegalne z trudem	Niektóre błędy zauważalne	Niektóre błędy łatwo zauważalne	Błędy widoczne
Wielkość koletu	Szpic lub bardzo mała	mała	Średnia do dużej	Bardzo duża
Rondysta	Równa	w jednym, dwóch miejscach nieco falista	Nierówna lub falista	Bardzo nierówna lub falista
Zniżka wartości	-	Do 4 %	5-8%	9-12%. Powyżej 12% ponowny szlif

1. Pomiary

   1. Pomiar masy i gęstości

Podstawową cechą kamieni jubilerskich jest ich masa wyrażana w karatach metrycznych (1 [ct] = 0,2g) oraz gęstość. Do pomiaru mas używa się tradycyjnie wagi szalkowej – ostatnio coraz częściej – wagi elektronicznej. Wymagana jest dokładność do drugiego miejsca po przecinku. Masę kamienia w karatach można przedstawić w postaci ułamka lub w postaci liczby dziesiętnej z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku.

W przypadku gdy kamień znajduje się w oprawie stosuje się tzw. wzory przeliczeniowe. Umożliwiają one oszacowanie masy okazu bez wyjmowania go z oprawy. Należy przy okazji podkreślić, że jakakolwiek mechaniczna interwencja w wyrób jubilerski jest oczywiście niepożądana; można bowiem uszkodzić kamień (rozprężenia w strukturze po wyjęciu go z oprawy), nie wspominając już potencjalnych defektach w samej oprawie. To typ szlifu determinuje rodzaj odpowiedniego wzoru na masę. W niniejszym przypadku wzór przedstawia się następująco:

Typ szlifu: łezka (gruszka), brylantowy dla zmodyfikowanych diamentów,

Wzór na masę: M = D*S *H*k [ct],

gdzie:

M – masa kamienia [ct],

D – długość kamienia [mm],

S – szerokość kamienia [mm],

H – wysokość kamienia [mm],

k – współczynnik zmienności (zależny od $\frac{D}{S}$ ) [-] (dla łezki optymalny to: 1,50-1,75; zbyt wysoki:

> 2,00; zbyt niski: <1,50).

Gęstość wyraża się w [g/cm³]. Jest to jedna z najbardziej pomocnych cech identyfikujących badany minerał. Jej pomiar jest nieinwazyjny i stosunkowo prosty. Polega bowiem na metodzie hydrostatycznego ważenia, której idea opiera się o prawo wyporności Archimedesa.

1. Pomiar wielkości

Pomiar wielkości jest niezbędny do obliczenia masy przeliczeniowej. W zależności od typu szlifu, mierzy się odpowiednie jego elementy za pomocą suwmiarki Leveridge’a. W przypadku szlifu typu łezka (gruszka) mierzy się:

a) głębokość,

b) wysokość,

c) szerokość.

1. Analiza laboratoryjna

   1. Współczynnik załamania światła, transparencja i dwójłomność

Współczynnik załamania światła to podstawowy parametr optyczny wykorzystywany w diagnostyce kamieni szlachetnych i ozdobnych. Jest to stosunek prędkości rozchodzenia się światła w próżni, a praktycznie biorąc w powietrzu do prędkości światła w krysztale (ośrodek gęstszy od powietrza). Minerały optycznie izotropowe oraz krystalizujące w układzie regularnym mają jeden współczynnik załamania światła. Dla minerałów optycznie anizotropowych n_w dla promienia zwyczajnego i n_E – dla promienia nadzwyczajnego. Dla kryształów optycznie dwuosiowych są to trzy współczynniki załamania światła.

Z omówionym parametrem optycznym wiąże się ściśle dwójłomność. Określa się ją jako różnicę między największym a najmniejszym współczynnikiem załamania światła. Minerały silnie załamujące światło to kryształy silnie dwójłomne.

Transparencja, czyli przezroczystość wiąże się z jonowym charakterem wiązań atomów budujących strukturę danego minerału.

1. Pleochroizm i barwy interferencyjne

Barwa minerału jest jego cechą postrzeganą makroskopowo, natomiast w polu mikroskopu obserwujemy tzw. barwy pleochroiczne. Pleochroizm to zjawisko polegające na różnej absorbcji światła przez substancje mineralne, zależnie od orientacji wektora natężenia pola elektrycznego fali świetlnej. Wynika z tego, że minerału są różnie zabarwione w zależności od kierunku obserwacji.

1. Luminescencja

Zjawisko emisji fal świetlnych (świecenie, jarzenie) przez ciało, które zostało wcześniej poddane różnym oddziaływaniom zewnętrznym np. napromieniowaniem wysokoenergetycznym cząsteczkami a, B, Y, promieniowaniem X, odziaływaniem mechanicznym tj. tarciem, zginaniem, ściskaniem lub poprzez reakcje chemiczne. Zjawisko to wykorzystuje się w praktyce gemmologicznej w odniesieniu do kamieni syntetycznych i imitacji kamieni naturalnych. Luminescencja kamieni wywołana jest obecnością drobnych domieszek jonów pewnych pierwiastków, m.in. Cr, Co, Ni, Mn, związków molibdenu, wolframu itd. W zależności od długości czasu wzbudzenia układu emitującego promieniowanie i emisji w postaci promieniowania widzialnego wyróżnia się dwa rodzaje luminescencji:

1. fluorescencja – gdy emisja światła i pobudzenie zachodzą jednocześnie,

2. fosforoescencja – gdy substancja pobudzona utrzymuje świecenie nawet po zaprzestaniu jej napromieniowania.

   1. Badanie inkluzji

Inkluzje, czyli wrostki to wszelkie substancje (stałe, ciekłe, gazowe) występujące wewnątrz minerału. Są zamykane w jego obrębie podczas krystalizacji, lub dostają się wewnątrz w okresie późniejszym, wskutek wnikania obcych substancji wzdłuż różnych nieciągłości. Ciekłe i gazowe przybierają postaci najczęściej w postaci pęcherzyków. Powodują barwę i różne efekty barwne np. opalizacje, iryzacje, adularyzacje itd. Stanowią często cechę diagnostyczną kamieni. Do inkluzji zalicza się także różne pęknięcia i szczeliny. (Żaba, 2010)

1. Badanie przewodności cieplnej

Przewodność cieplna to jedna z mierzalnych własności fizycznych. Jest bardzo pomocna w diagnostyce minerałów. Podstawą pomiaru jest zależność temperatury od przewodności cieplnej właściwej badanego kamienia. Duotestr to urządzenie, które identyfikuje niektóre kamienie jubilerskie, wykorzystując ich własności cieplne. Jednak sam w sobie przyrząd nie informuje nas o wartości ciepła właściwego [W/(mK)]. Ciepło właściwe ma charakter wektorowy, dlatego ogrzewanie minerału o układzie regularnym, jest równomierne w każdym kierunku. W innym układach sytuacja się komplikuje.

1. Metodyka i obliczenia

Np. taki początek:

Zbadano kamień szlachetny (próbka nr 56) bez oprawy o szlifie brylantowym zmodyfikowanym w kształcie łezki (gruszki). Spośród błędów symetrii, autorzy, zarejestrowali:

- przesunięcie fasetek w obrębie korony,

- asymetria konturu tafli,

- płaski kolet,

- brak równoległości płaszczyzny tafli względem płaszczyzny rondysty.

Wśród błędów poleru zaobserwowano:

- prążki polerskie,

- zmętnienia fasetek brzucha i głowy (korona)

- porysowane fasetki pawilonu,

- wyszczerbiona rondysta.

W ksiące gemmologia, którą masz na str 33 jest dużo przydatnych informacji.

Krok po kroku opsujesz, co robilśmy w formie bezosobowej: zrobiono, dokonano.

Najlepiej jeśli będziesz opisywać czynności zgodne z spisem treści, czyli na samym początku ocena jakości szlifu, a na końcu badania laboratoryjne. Napisz z jakich urządzeń korzystaliśmy: refraktometr, duotester, polaryskop, suwmiarka Leveridga, lupa x10 itd i jak to pięknie robiliśmy, krok po kroku tak jak ja to napisałem w chemii organicznej Vega ZZ.

80% metodyki najlepiej skopiuj ze sprawozdań.

Analizowany kamień nie posiadał oprawy, zatem wyznaczenie jego masy odbyło się za pomocą wyłącznie wagi. Jednak ze względów poglądowych oraz weryfikacyjnych (sprawdzenie, czy masa zważona równa jest w przybliżeniu masie przeliczeniowej) zdecydowano się wspomnieć o niej w tej pracy.

Gęstość: polega na metodzie hydrostatycznego ważenia, której idea opiera się o prawo wyporności Archimedesa.

1. Wyniki, wnioski i podumowanie

Tutaj w formie tabeli, albo jak tam chcesz, np.

Lumienscencja – brak

Barwa – filoet

Pleochrozim – brak

Na końcu wniosek: AMETYST!

1. Bibliografia

W. Heflik, L. Natkaniec-Nowak, Gemmologia, Kraków 2011

W. Heflik, L. Natkaniec-Nowak, Zarys gemmologii, Kraków 1996

W. Łapot, Gemmologia ogólna, Katowice 1999

J. Żaba, Ilustrowana encykopedia skał i minerałów, Katowice, 2010.

N. Sobczak, T. Sobczak, Wielka encyklopedia kamieni szlachetnych i ozdobnych, Warszawa 1998