การตรวจพิสูจน์อัญมณี gemstone identification

งานนำเสนอเรื่อง: "การตรวจพิสูจน์อัญมณี gemstone identification"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 การตรวจพิสูจน์อัญมณี gemstone identification

2 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

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

4 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

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

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

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

8 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

9 condensing sphere refractometer

10 condensing sphere

11 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

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

13 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. = = 4.00

14 สเปกโตรสโคป : ตรวจสอบรูปแบบสเปคตรัมดูดกลืนแสง หาธาตุที่ทำให้เกิดสีในอัญมณี
หลอดรังสีอัลตราไวโอเลต : ตรวจสอบการเรืองแสงหรือไม่เรืองแสง กล้องจุลทรรศน์อัญมณี : ตรวจดูลักษณะมลทินภายใน

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

16 ruby: เรืองแสงสีแดงภายใต้ SWUV

17

18 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

19 นำไปตรวจสอบหาค่าความถ่วงจำเพาะ แล้วนำไปเปรียบเทียบกับค่าของอัญมณีที่คาดว่าควรจะเป็น ถ้ามีค่าตรงกัน สรุปได้ว่าเป็นอัญมณีชนิดใด นำไปตรวจสอบดูการเรืองแสง และดูมลทินภายในด้วยกล้องจุลทรรศน์ รวมทั้งตรวจรูปแบบการดูดกลืนแสงด้วยสเปกโตรสโคป เพื่อช่วยยืนยันผลการตรวจสอบในข้อ 4

20

21

22

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

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

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

26 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 )

27 แสดงความเสียหายของเม็ดผลึกหลังการ
เพิ่มคุณภาพด้วยกรด แสดงความเสียหายของโครงสร้างผลึกที่มีลักษณะเป็นเส้นใยหลังการเพิ่มคุณภาพด้วยกรด

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

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

30 UV-VIS-NIR Spectrophotometer

31 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+)

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

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

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

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

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

37 Fourier Transform Infrared Spectrophotometer : FTIR
เครื่อง FTIR จะมี 3 ช่วงคลื่นในการตรวจสอบ คือ Near Infrared, Mid Infrared และ Far Infrared ในอัญมณีส่วนมากเป็นการตรวจสอบในช่วง Mid Infrared คือช่วงตั้งแต่ 4, 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

38 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.

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

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

41 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

42 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.

43 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).