Природная бирюза – диагностика, имитации, облагораживание

Введение

Бирюза издавна считается одним из самых легко имитируемых камней. Всевозможные имитации составляют более 80% (!) современного рынка бирюзы. Уже в средние века люди научились облагораживать природную бирюзу невысокого качества с помощью пропитки воском; сегодня наряду с этим применяется также прокрашивание камней. Помимо имитаций и облагороженных камней, ситуацию на рынке осложняет присутствие синтетической бирюзы.

Рис. 1. Брошь с бирюзой и бриллиантами. Фото: Sotheby's

Таким образом, проблема геммологической идентификации бирюзы оказалась весьма актуальной. Конечно, опытный геммолог, во многих случаях безошибочно назовет месторождение бирюзы, метод синтеза и облагораживания камня. Но даже перед ним иногда встает необходимость проведения специальных приборных исследований.

Проблема идентификации бирюзы, ее имитаций и облагораживания была решена в Геммологическом центре МГУ с помощью двух методов – оптической и рамановской спектроскопии.

Состав, окраска, свойства 

Бирюза представляет собой водный фосфат алюминия и меди. Как правило, бирюза содержит микровключения других минеральных фаз – кварца, халцедона, опала, карбонатов, сульфидов и глинистых минералов. Присутствие последних приводит к ухудшению цвета бирюзы, затрудняют ее полировку.

Цвет бирюзы – ее главное достоинство – сильно варьирует, изменяясь от яркого синевато-голубого, небесно-голубого и зеленовато-голубого до бледно-голубого. Небесно-голубая окраска обусловлена медью, зеленоватые оттенки – примесями окисного железа.

Окраска бирюзы часто пятнистая, с черными или бурыми прожилками. В последнем случае бирюза приобретает сетчатую или паутинную структуру («сетчатая бирюза»).

Ювелирные разности бирюзы характеризуются восковым блеском, после полировки приобретают сильный стеклянный блеск.

Средний показатель преломления массивных разностей бирюзы составляет 1,62. Твердость лучших ювелирных образцов по шкале Мооса 5-6 (в каолинизированных разностях снижается до 3-4). Плотность колеблется от 2,8 г/см³ у неизмененных образцов до 2,5-2,6 г/см³ у выветрелых разностей. Для бирюзы характерна микропористость, резко повышающаяся при выветривании. В значительной степени она подвержена действиям различных бытовых веществ – духов, масел, жиров, химических соединений, особенно органического рода (бензин, ацетон).

Месторождения бирюзы

Месторождения бирюзы тяготеют к регионам с засушливым климатом. Лучшая бирюза в мире добывается из месторождений северного Ирана, США (штат Аризона), Мексики и Синайского полуострова. Богатыми считаются также месторождения Монголии, Афганистана, Китая, Израиля, Казахстана, Узбекистана.

Бирюзоносные районы представляют собой каменистые пустыни с горными массивами, либо расчлененные горные хребты. Самыми древними рудниками считаются Нишапурские месторождения Ирана, месторождения Мексики и Америки. Разработка этих месторождений велась на протяжении 7-10 тыс. лет. Поразительно, что эти же районы продолжают оставаться поставщиками бирюзы до наших дней.

  
Рис. 2. Образцы бирюзы из различных месторождений, слева направо – Бирюзакан (Таджикистан), Долинное (У збекистан), Китай, Актурпак (Узбекистан), Тибет 

  
Рис. 3. Образцы бирюзы из Монголии (слева) и Армении, месторождение Техут (справа)  

Имитации бирюзы

Непроходящий спрос на бирюзу и дефицит природного сырья обусловили обилие ее имитаций. 

Бирюзу часто подделывают пластмассой, которая при нагревании плавится и плохо пахнет. Она легко отличается от бирюзы гораздо более низкой твердостью и плотностью. Распространены подделки, изготовляемые поверхностным окрашиванием специальной керамики, фарфора, стекла, кости, кварца (или халцедона). В качестве бирюзы на рынок поступает так называемая "венская бирюза" – термически обработанная и спрессованная тонкая смесь малахита с гидроокисью алюминия и фосфорной кислотой. С 1957 г. под названием "неолит" предлагается камень приятного голубого цвета, представляющий собой смесь из фосфата меди и гидроокиси алюминия (байерита) – побочного продукта алюминиевого производства.

Большинство имитаций выдаёт яркая и равномерная окраска, не характерная для природной бирюзы. Нередко в этих образцах можно наблюдать более насыщенный цвет по трещинам, являющийся результатом прокрашивания. При нагревании имитации бирюзы обычно чернеют или сплавляются в чёрное стекло, а не растрескиваются как бирюза.

Некоторые минералы имеют сходные с бирюзой цвет и физические свойства, и используются в качестве ее аналогов. Примерами могут служить хризоколла, варисцит, амазонит, лазурит. Необычной имитацией бирюзы является одонтолит, представляющий собой костные останки млекопитающих и рыб, частично замещенные минералом вивианитом, который и придает одонтолиту голубую окраску. 

Распространенными в последнее время имитациями бирюзы являются «композиты», ос нову которых составляют карбонаты (магнезит, доломит, кальцит), растертые в порошок и склеенные пластиком или эпоксидной смолой. Цвет этих минералов – белый, поэтому они используются после прокрашивания. Для этих же целей иногда используют бирюзу очень плохого качества. Такого рода имитации – изготовленные как из бирюзы, так и из других минералов – на рынке часто называют «реконструированной» или «восстановленной» бирюзой. Распределение красителя может быть неравномерным, а цвет нередко более интенсивный, чем у бирюзы. 

 
Рис. 4. Имитации бирюзы, слева направо – пластмасса, неизвестный материал, прокрашенный магнезит, неизвестный материал

Рис. 5. Бусы из прокрашенного магнезита (имитация бирюзы) 

Облагораживание природной бирюзы

Обилие низкосортного сырья на каждом месторождении вызывает необходимость его облагораживания, что резко повышает рентабельность отработки месторождения. 

Наиболее простой и древнейший метод облагораживания – пропитка бирюзы парафином или воском. В настоящее время используются технологии пропитки смолами, пластиком или силикатом натрия. Такая обработка позволяет уменьшить пористость бирюзы и усилить цвет, а также обезопасить ее от дальнейших изменений. При качественной обработке облагороженная бирюза визуально неотличима от высокосортных природных образцов. 

Как было сказано выше, на рынке встречается реконструированная бирюза. Она получается путем цементации измельченной низкосортной природной бирюзы. Точная диагностика таких образцов может быть осуществлена только в лаборатории. 

Реже используется прокрашивание прожилков в бирюзе, а также заполнение каверн на поверхности с помощью эпоксидной смолы. Это облагораживание улучшает поверхность камня, а добавленные в смолу металлические фрагменты имитируют включения пирита.

  
Рис. 6. Бирюза из месторождений США (справа образцы из штата Аризона). Бирюза прокрашена  

Синтетическая бирюза

В настоящее время на рынке встречается также синтетическая бирюза, довольно близкая по составу к природной. В изделиях синтетическая бирюза почти неотличима от натуральной, поскольку по основным физическим свойствам она идентична природным разностям. Впервые синтез бирюзы состоялся в 1927 г. в Германии. В России во ВНИИСИМСе (Всероссийский научно-исследовательский институт синтеза минерального сырья) помимо однородной бирюзы различных оттенков голубого, искусственно была получена также сетчатая или паутинная бирюза, имитирующая лучшие природные образцы. 

В изделиях синтетическую бирюзу сложно отличить от природной, зачастую такие камни можно определить только в лаборатории.

Оптическая спектроскопия

Оптическая спектроскопия является традиционным геммологическим способом изучения природы окраски. Спектр показывает, какая часть света пропускается или поглощается образцом. Человеческий глаз воспринимает цвет в общем, но не видит конкретных полос и линий, которые проявляются в спектре и связаны с присутствием примесей в камне. 

Например, бирюза окрашена медью, которая приводит к появлению широких полос поглощения с максимумами 671 и 769 нм. Также примесь железа может давать узкие линии в спектре бирюзы на 420 и 429 нм. 

Сравнивая спектр природной бирюзы и ее имитаций (рис.7), мы видим, что они существенно отличаются. Имитации характеризуются пропусканием в диапазоне 800-1000 нм, тогда как для природной бирюзы оно не характерно.

Но отличить природную и синтетическую бирюзу таким методом нельзя по причине сходства природы окраски. Поэтому для идентификации природной и синтетической бирюзы необходимо использовать рамановскую спектроскопию.

Рис. 7. Оптические спектры природной бирюзы и прокрашенного магнезита

Рамановская спектроскопия

Рамановский спектрометр измеряет спектр минерала, на который падает лазерное излучение. Данные спектральные линии соответствуют определенным колебаниям групп атомов и позволяют определить строение вещества. Применительно к нашей задаче это означает, что с помощью рамановской спектроскопии можно отличить любые имитации, синтетику и обнаружить заполнитель в самой бирюзе.

Отличия в химическом составе между природной и синтетической бирюзой приводят к существенным различиям в их рамановском спектре (рис.8). Таким образом, по совокупности рамановских линий, природная бирюза легко отличается от синтетической. 

При исследовании заполненной бирюзы было обнаружено, что в спектре такой бирюзы одновременно проявляются линии как самой бирюзы, так и заполнителя. Конкретный тип заполнителя (органической вещество) можно определить не всегда, но его присутствие легко устанавливается по спектрам.

   
Рис. 8. Рамановский спектр природной (месторождение Техут, Армения) и синтетической бирюзы   

Выводы 

Во многих случаях идентификация бирюзы требует применения приборных методов доступных в условиях лаборатории. С применением данных методов не возникает сложностей в разделении природной бирюзы от синтетической и облагороженной, а также в идентификации заполнения природной бирюзы.

В Геммологическом центре МГУ разработана методика экспрессной диагностики бирюзы, основанная на рамановской и оптической спектроскопии.

Применяемые спектроскопические методы позволяют достоверно диагностировать природную бирюзу, а также распознать имитации, синтетику, наличие облагораживания (заполнения).

Материал подготовили: Р.С. Серов, А.А. Машкина (Геммологический Центр, Московский государственный университет)

 

Записаться на экспертизу

Как проехать в Лабораторию

12 июля 2013 г.

Все новости