การตรวจพิสูจน์อัญมณี gemstone identification

การตรวจสอบด้วยตาเปล่า ขั้นตอนแรกในการตรวจสอบอัญมณี คือการตรวจดูลักษณะทางกายภาพที่เห็น ได้ด้วยตาเปล่าและแว่นขยาย 10 เท่า ได้แก่ รูปผลึก : กรณีเป็นพลอยก้อนยังไม่ได้เจียระไน สี : เป็นข้อมูลสำคัญอันดับแรกในการคาดเดาชนิดของอัญมณี นอกจากดูสีหลัก แล้วต้องพิจารณาความเข้ม หรือความเจิดจ้าของสีด้วย เช่น อัญมณีสีเขียวสด มีเพียงไม่กี่ชนิด : มรกต หยก ดีมานทอยด์การ์เนต ซาโวไรต์ โครมทัวร์มาลีน พาราอิบ้าทัวร์มาลีน ไดออปไซด์ เป็นต้น สปอดูมีน (คุนไซต์) : พบเฉพาะสีชมพูอ่อน ๆ ไม่มีสีเข้ม สีแฝด : อัญมณีที่แสดงสีแฝดเด่นชัดมีจำนวนน้อยชนิด การสังเกตสีอัญมณี ร่วมกับการเปลี่ยนสีแฝดเด่นชัด อาจช่วยคาดเดาชนิดอัญมณีได้ใน ขั้นต้น

ความวาวหรือประกาย ( Luster ) : ในอัญมณีโปร่งใสที่มีค่าดัชนีหักเห สูง และค่าการกระจายแสงสูง เช่น เพชร เพทายจะมีประกายดีมากกว่า อัญมณีชนิดอื่น เพทายมักมีร่องรอยการสึกกร่อนบริเวณขอบหน้า เจียระไน ขณะที่เพชรไม่พบการสึกกร่อน

ในอัญมณีโปร่งแสงและทึบแสงบางชนิดมีประกายเฉพาะตัว เช่น เทอร์คอยซ์และหยกมีประกายคล้ายไข อำพันมีประกายคล้ายยางสน แนวแตกเรียบ ( cleavage ) แนวแตก ( parting ) หรือ ระนาบแฝด ( twin plane ) : อัญมณีบางชนิดแสดงแนวแตกเรียบ 2 ทิศทาง หรือ 3 ทิศทาง ตัดกันเป็นมุมแน่นอน เช่น สปอดูมีน โทแพซ และเฟลด์สปาร์ บางชนิดแสดงการแฝดเป็นแนวระนาบซ้อนกัน เช่น ทับทิม ที่เห็นได้ด้วยกำลังขยาย 10 เท่า

ลักษณะการซ้อนกันของขอบเจียระไนเมื่อมองจากหน้าเทเบิล เรียกว่า ขอบซ้อน ( doubling ) : เห็นได้ชัดเจนในอัญมณีที่มีค่าไบรีฟริงเจนซ์สูง เช่น เซอร์คอน และทัวร์มาลีน เป็นต้น

อัญมณีที่แสดงปรากฏการณ์ทางแสงเฉพาะตัว ทำให้ระบุชนิดอัญมณีได้ เช่น การเล่นสี ( play of colour ) พบเฉพาะในโอปอ การเปลี่ยนสี ( colour change ) - พบบ่อยในคริโซเบริล เรียกว่า พลอยอะเล็กซานไดรต์ แต่อาจพบบ้างในอัญมณีชนิดอื่น เช่น การ์เนต คอรันดัม และสปิเนล เป็นต้น การเหลือบแสงแบบอะดูลาเรสเซนส์ ( adularescence ) พบเฉพาะในเฟลด์สปาร์ชนิดมูนสโตน

สาแหรก ( star หรือ asterism ) พบใน คอรันดัม การ์เนต แต่อาจพบได้บ้างใน โรสควอตซ์ พบได้น้อยมากใน เพริดอต มรกต คริโซเบริล โทแพซ ลักษณะมลทินที่พบเฉพาะในอัญมณีบางชนิด ช่วยให้การตรวจสอบง่ายขึ้น เช่น มลทินหางม้าในการ์เนตชนิดดีมานทอยด์ มลทินใบบัวในเพริดอต เป็นต้น

การตรวจสอบด้วยเครื่องมือพื้นฐาน ในการตรวจสอบด้วยเครื่องมือพื้นฐานที่ใช้การตรวจสอบอัญมณี จำเป็นต้องใช้ หลายเครี่องมือแล้วนำผลมาประมวลผลร่วมกันเพื่อสรุปหาประเภท และชนิด ของอัญมณี การใช้เครื่องมือเพียงอย่างเดียว หรือ 2 อย่าง อาจทำให้ได้ผลไม่ ถูกต้อง อุปกรณ์สำคัญที่จำเป็นต้องใช้ ได้แก่ โพลาริสโคป : ตรวจว่าเป็นอัญมณีไอโซทรอปิก (มืดตลอดการหมุน) แอนไอโซทรอปิก (มืด-สว่างสลับกันตลอดการหมุน) หรือแบบแอกกริ เกท (สว่างตลอดการหมุน) รีแฟรกโตมิเตอร์ : ตรวจหาค่าดัชนีหักเห รวมทั้งลักษณะทางแกนแสง เครื่องชั่งแบบไฮโดรสแตติก : ตรวจค่าความถ่วงจำเพาะของอัญมณี

condensing sphere refractometer

condensing sphere

refractometer พลอยหักเหคู่ : มรกต พลอยหักเหเดี่ยว : สปิเนล พลอย : มรกต น้ำยาสัมผัส พลอย : มรกต มุมที่ถูกต้องในการมอง แหล่งแสงโซเดียม (589.3 nm) ปริซึมของรีแฟรคโตมิเตอร์ (แก้วเนื้อแน่นรูปครึ่งทรงกระบอก) refractometer พลอยหักเหเดี่ยว : สปิเนล พลอย : สปิเนล แหล่งแสงโซเดียม (589.3 nm) มุมที่ถูกต้องในการมอง ปริซึมของรีแฟรคโตมิเตอร์ (แก้วเนื้อแน่นรูปครึ่งทรงกระบอก) น้ำยาสัมผัส

การตรวจสอบค่าไบรีฟริงเจนส์ (Birefringence) ค่าไบรีฟริงเจนส์ หรือค่าการหักแหคู่ (D.R.) เป็นค่าความแตกต่างระหว่างค่า ดัชนีหักเหสูงสุดและต่ำสุดของพลอยหักแหคู่ เช่น ค่าสูงสุดเท่ากับ 1.770 ค่า ต่ำสุดเท่ากับ 1.762 จะได้ค่าไบรีฟริงเจนส์ เท่ากับ 0.008

ค่า ถ.พ. = น้ำหนักของอัญมณีชั่งในอากาศ ค่า ถ.พ. = น้ำหนักของอัญมณีชั่งในอากาศ นน. อัญมณีชั่งในอากาศ - นน.ที่ชั่งในน้ำ อัญมณีสีแดง ชั่งในอากาศได้ 5 กะรัต(1.00 กรัม) ชั่งในน้ำได้ 3.75 กะรัต(0.75 กรัม) ค่า ถ.พ. = 5 = 4.00 5 - 3.75

สเปกโตรสโคป : ตรวจสอบรูปแบบสเปคตรัมดูดกลืนแสง หาธาตุที่ทำให้เกิดสีในอัญมณี หลอดรังสีอัลตราไวโอเลต : ตรวจสอบการเรืองแสงหรือไม่เรืองแสง กล้องจุลทรรศน์อัญมณี : ตรวจดูลักษณะมลทินภายใน

สีเขียวใน peridot เกิดจาก Fe2+ emerald ( Cr ) สีเขียวใน peridot เกิดจาก Fe2+ Ruby ( Cr ) สีเหลืองใน chrysoberyl เกิดจาก Fe3+

ruby: เรืองแสงสีแดงภายใต้ SWUV

ตัวอย่าง การตรวจสอบชนิดของอัญมณีสีน้ำเงิน ถึง น้ำเงินอมม่วง อัญมณีสีน้ำเงินถึงน้ำเงินอมม่วงอาจเป็นชนิด ไพลิน ไคยาไนต์ อินดิโกไลต์ สปิเนลสีน้ำเงิน เบนิโทไอต์ แทนซาไนต์ หรือไอโอไลต์ เมื่อนำมาตรวจดูด้วยตาเปล่าถ้าเห็นสีแฝดเด่นชัด น่าจะเป็นทัวร์มาลีน แทน ซาไนต์ หรือไอโอไลต์ ถ้าไม่แสดงสีแฝดเลย น่าจะเป็นสปิเนล นำไปตรวจสอบด้วยโพลาริสโคป ถ้าเป็นไอโซทรอปิกอาจเป็นสปิเนล นำไปตรวจสอบด้วยรีแฟรกโตมิเตอร์ ทำให้ทราบค่าดัชนีหักเห ซึ่งเทียบกับ ค่าที่มีไว้ให้เปรียบเทียบอยู่แล้ว น่าจะได้ชื่ออัญมณี

นำไปตรวจสอบหาค่าความถ่วงจำเพาะ แล้วนำไปเปรียบเทียบกับค่าของอัญมณีที่คาดว่าควรจะเป็น ถ้ามีค่าตรงกัน สรุปได้ว่าเป็นอัญมณีชนิดใด นำไปตรวจสอบดูการเรืองแสง และดูมลทินภายในด้วยกล้องจุลทรรศน์ รวมทั้งตรวจรูปแบบการดูดกลืนแสงด้วยสเปกโตรสโคป เพื่อช่วยยืนยันผลการตรวจสอบในข้อ 4

การตรวจสอบด้วยเครื่องมือขั้นสูง โดยทั่วไปการตรวจสอบชนิดของอัญมณีธรรมชาติด้วยเครื่องมือ พื้นฐาน ให้ข้อมูลพอเพียงพอในการระบุชนิดของอัญมณีได้แล้ว ไม่ จำเป็นต้องใช้เครื่องมือขั้นสูง การใช้เครื่องมือขั้นสูง มักใช้ในการ ตรวจสอบอัญมณีสังเคราะห์ อัญมณีเพิ่มคุณภาพ ตรวจหาชนิดของ มลทินผลึก หรือ งานศึกษาวิจัยลักษณะอื่น ตัวอย่างเครื่องมือขั้นสูงที่ สำคัญได้แก่

1. กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด 1. กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (Scanning Electron Microscope : SEM) 2. เครื่องยูวี-วิสิเบิล-เอ็นไออาร์ สเปกโตรโฟโตมิเตอร์ (UV-VIS-NIR Spectrophotometer) 3. เครื่องเอเนอร์ยีดิสเปอร์ซีพเอ็กซเรย์ฟลูออเรสเซนต์สเปกโตรมิเตอร์ (Energy Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer : EDXRF) 4. เครื่องฟูเรียร์ทรานสฟอร์มอินฟาเรด สเปกโตรโฟโตมิเตอร์ (Fourier Transform Infrared Spectrophotometer : FTIR) เครื่องรามาน/ไมโครรามานสเปกโตรสโคปี (Laser Raman / Micro Raman Spectroscopy) เครื่องอิเลกตรอนโพรบไมโครอะนาไลซิส (Electron probe microanalysis : EPMA-WDS)

1. กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด 1. กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (Scanning Electron Microscope : SEM)

ตัวอย่างอัญมณีที่ตรวจสอบด้วยเครื่อง SEM-EDX ได้แก่ หยก (Jade) ใช้ตรวจสอบหยกที่เพิ่มคุณภาพ B-Jade, C-Jade, B+C Jade - B-Jade : หยกเจไดต์ธรรมชาติที่ถูกฟอกสีด้วยสารเคมี ปกติแล้วจะมีการ เพิ่มคุณภาพโดยการอัดด้วยสารโพลีเมอร์ หรือแวกซ์ - C-Jade : หยกเจไดต์ธรรมชาติ ที่ผ่านการเพิ่มคุณภาพด้วยการย้อมสี ซึ่งสีที่เกิดจะไม่คงทน - B+C Jade : หยกที่ผ่านการเพิ่มคุณภาพด้วยการฟอกสี และอัดด้วย โพลีเมอร์ แวกซ์ แล้วทำการย้อมสี - สารโพลีเมอร์ แวกซ์ : สารประกอบไฮโดรคาร์บอน ( C-H-O )

แสดงความเสียหายของเม็ดผลึกหลังการ เพิ่มคุณภาพด้วยกรด แสดงความเสียหายของโครงสร้างผลึกที่มีลักษณะเป็นเส้นใยหลังการเพิ่มคุณภาพด้วยกรด

2. เครื่องยูวี-วิสิเบิล-เอ็นไออาร์ สเปกโตรโฟโตมิเตอร์ (UV-VIS-NIR Spectrophotometer)

UV-VIS-NIR Spectrophotometer เครื่อง UV-VIS-NIR Spectrophotometer เป็นเครื่องมือที่ใช้ศึกษาการดูดกลืนคลื่นแสงของตัวอย่างที่ต้องการตรวจสอบในช่วงอัลตราไวโอเลต (ultraviolet) ถึงอินฟราเรดช่วงใกล้ (near infrared) ที่ความยาวช่วงคลื่น 240-2600 นาโนเมตร เมื่อแสง UV และ Near IR ฉายไปกระทบตัวอย่าง แสงบางช่วงคลื่นอาจถูกดูดกลืนโดยไอออนต่างๆ ในโมเลกุลที่อยู่ภายในตัวอย่างนั้น โดยการดูดกลืนแสงในวงคลื่นต่างๆกันนั้น ขึ้นอยู่กับชนิดและปริมาณของไอออน เครื่องจะมี monochromator ทำหน้าที่แยกคลื่นแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้า และจะมีตัวรับสัญญาณ และแปลงสัญญาณที่ได้ออกมาในรูปแบบของกราฟ

UV-VIS-NIR Spectrophotometer

แซปไฟร์สีน้ำเงิน (Blue Sapphire) ตรวจสอบสาเหตุของการเกิดสีน้ำเงินในแซปไฟร์ ได้แก่ ไพลินธรรมชาติสาเหตุการเกิดสีเกิดจาก Fe2+ และ Ti4+ แทนที่ Al3+ เกิด intervalence charge transfer (Fe2+-O- Ti4+ Fe3+-O-Ti3+) หรือ Fe2+ และ Fe3+ แทนที่ Al3+เกิด intervalence charge transfer (Fe2+  Fe3+)

3. เครื่องเอเนอร์ยีดิสเปอร์ซีพเอ็กซเรย์ฟลูออเรสเซนต์สเปกโตรมิเตอร์ 3. เครื่องเอเนอร์ยีดิสเปอร์ซีพเอ็กซเรย์ฟลูออเรสเซนต์สเปกโตรมิเตอร์ (Energy Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer : EDXRF)

Energy Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer : EDXRF ใช้การวัดค่าของพลังงานของรังสีเอกซ์ที่กระจายออกมาจากธาตุที่ประกอบอยู่ในพลอยเมื่อถูกกระตุ้นด้วยรังสีเอกซ์จากหลอดเอกซเรย์ เมื่อรังสีเอกซ์ส่องกระทบตัวอย่างก็จะเกิดการชนกัน อิเล็กตรอนที่มีพลังงานน้อยกว่าของธาตุที่ประกอบอยู่ในตัวอย่างนั้นหลุดกระเด็น จากนั้นจึงมีอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงกว่ากลับลงมาอยู่แทนที่ พร้อมกับปล่อยพลังงานที่เกินพอออกในรูปเอกซเรย์ ซึ่งมีพลังงานที่มีขนาดเฉพาะสำหรับธาตุหนึ่งๆ และมีความเข้มแปรตามปริมาณธาตุที่มีอยู่ในตัวอย่างนั้น เครื่อง EDXRF ใช้วิเคราะห์หาชนิด หรือปริมาณของธาตุหลักและธาตุร่องรอย (trace element) ที่อยู่ในโครงสร้างของตัวอย่าง วิเคราะห์สารตัวอย่างในระดับที่มีความเข้มข้นต่ำถึงระดับความเข้มข้นสูง ได้ทั้งสถานะของแข็ง และของเหลว

ตัวอย่างอัญมณีที่ตรวจสอบด้วยเครื่อง EDXRF ได้แก่ The greenish yellow diamond’s EDXRF spectrum shows a clear peak at 7.5 keV, a characteristic peak of nickel.

The XRF spectrum taken from a selected area of agate sample shows the presence of Si, Ca, Cu, Fe, and Cl.

(Fourier Transform Infrared Spectrophotometer : FTIR) 4. เครื่องฟูเรียร์ทรานสฟอร์มอินฟาเรด สเปกโตรโฟโตมิเตอร์ (Fourier Transform Infrared Spectrophotometer : FTIR)

Fourier Transform Infrared Spectrophotometer : FTIR เครื่อง FTIR จะมี 3 ช่วงคลื่นในการตรวจสอบ คือ Near Infrared, Mid Infrared และ Far Infrared ในอัญมณีส่วนมากเป็นการตรวจสอบในช่วง Mid Infrared คือช่วงตั้งแต่ 4,000-400 cm-1 เข้าสู่ตัวอย่าง แล้วตัวอย่างเกิดการสั่นสะเทือนของโมเลกุล ในโครงสร้างผลึก โดยโครงสร้างผลึกจะประกอบไปด้วย อะตอมหนักที่อยู่ด้วยกันด้วยพันธะเคมี รังสี Infrared ทำให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานออกมา ปรากฏเป็นแถบการดูดกลืน Infrared Spectroscopy จะเป็นตัวบ่งชี้บอกการสั่นสะเทือนของระดับพลังงานอะตอมในโครงสร้างของธาตุ ซึ่งอาจจะแสดงลักษณะเฉพาะของสารนั้นๆ เครื่อง FTIR ใช้วิเคราะห์ศึกษาพวกแร่วิทยา และอัญมณีวิทยา ซึ่งเป็นวิธีที่ง่ายและทำได้รวดเร็ว วิเคราะห์หาปริมาณความเข้มข้นของแร่ และอัญมณี ,วิเคราะห์หา C-H-O, H2O , OH group, rasin หรือ oil ที่เกิดใน อัญมณีธรรมชาติหรืออัญมณีที่ผ่านการเพิ่มคุณภาพด้วยวิธีการต่าง ๆ

ตัวอย่างอัญมณีที่ตรวจสอบด้วยเครื่อง FTIR ได้แก่ หยก (Jade) ตรวจสอบหยกที่เพิ่มคุณภาพด้วยวิธีการอุดด้วยโพลีเมอร์, ผ่านการอุดด้วยแวกซ์ (B Jade) และหยกที่มีทั้งการฟอกสีและการอัดพอลิเมอร์และการย้อมสี (B+C Jade) FTIR spectra of the coated jadeite exhibit four characteristic peaks at 2856, 2873, 2928, and 2958 cm–1.

Infrared spectra of (A) nephrite, and (B) jadeite from 1300 to 400 cm-1

5. เครื่องรามาน/ไมโครรามานสเปกโตรสโคปี (LASER Raman / Micro Raman Spectroscopy )

LASER Raman / Micro Raman เครื่อง Raman ใช้ตรวจชนิดของพลอย ตรวจชนิดของมลทินในพลอยว่าเป็นสารหรือแร่ชนิดใด โดยมลทินที่ศึกษาอยู่ไม่ลึกเกิน 5 mm. จากผิวผลึก สามารถหา CO2และตรวจสอบการผ่านการปรับปรุงคุณภาพของพลอยบางชนิด เช่น การฉายรังสี การย้อม ฯลฯ เริ่มจากฉายรังสีเอกซ์ ไปยังตัวอย่าง รังสีเอกซ์จะไปกระตุ้นให้อะตอมเกิดการสั่นสะเทือน เมื่ออะตอมหยุดการสั่นสะเทือน อะตอมจะปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปแบบการกระเจิงแสง โดยมีการเปลี่ยนแปลงความถี่และเปลี่ยนเฟส ความถี่ที่เปลี่ยนไปจากความถี่แสงตกกระทบเดิมเรียกว่า Raman shift ซึ่งพลอยชนิดต่างๆจะมีรูปแบบ Raman shift ที่เป็นลักษณะเฉพาะ

The Raman spectrum of the dark brown inclusions in the 2000–200 cm−1 within agate matrix from Morocco is typical of carbonaceous matter. Photomicrograph by Aleksandra Wesełucha-Birczynska.

Raman spectra collected from various portions of agate from Sidi Rahal (points 1–5) demonstrated the presence of opal-CT (1) and low-a quartz with an admixture of moganite (2–5).