, занимающаяся синтезом алмазов, предоставила Геммологическому Центру МГУ для исследования коллекцию из двенадцати околобесцветных синтетических бриллиантов. Камни были выращены методом HPHT (High Pressure High Temperature) в аппаратах типа БАРС (Беспрессовый Аппарат Разрезная Сфера). После синтеза выращенные алмазы не подвергались какому-либо облагораживанию.
Образцы бриллиантов представлены бесцветными и околобесцветными бриллиантами с оценками цвета D, H, I, K, а также Faint Blue и Light Blue по системе GIA. Вес камней варьирует от 0,18 до 0,72 карат, чистота от VVS1 до SI1. Кроме того, компания , Санкт-Петербург (Сестрорецк), также предоставила ГЦ МГУ для изучения пять крупных бесцветных НРНТ синтетических бриллиантов (диапазон веса 1,08 – 2,30 карат). Геммологическая лаборатория присвоила камням из этой партии необычно высокие качественные характеристики: цвет от D до G, чистота от VVS1 до SI1. Бриллианты, изученные в рамках данного исследования, показаны на рисунке 1.
Рис. 1. Коллекция бесцветных и околобесцветных синтетических HPHT бриллиантов, предоставленная для изучения Лаборатории ГЦ МГУ компаниями
«Высокие оптические технологии» (12 бриллиантов на фото сверху, вес от 0,18 до 0,72 карат, цвет от D до Light Blue, чистота от VVS1 до SI1) и
«Инреал» (пять бриллиантов внизу фотографии, вес 1,08 – 2,30 карат, цвет от D до G, чистота от VVS1 до SI1).
Данные камни являются новым для мирового рынка типом синтетических бриллиантов, которые с осени 2013 года стали регулярно поступать на экспертизу в Геммологический Центр МГУ, им посвящена заметка на нашем сайте. До настоящего времени НРНТ-выращенные бесцветные и околобесцветные бриллианты были представлены на рынке в очень ограниченном количестве и синтезировались главным образом для исследовательских целей либо для использования в технике. Это объяснялось сложностью, длительностью и дороговизной процесса синтеза. По данным голландской компании АОТС, которая на сегодняшний момент является лидером по производству бесцветных синтетических бриллиантов, продолжительность синтеза одного «белого» алмаза, из которого можно получить 1 каратный бриллиант сократилась до двух недель (D’Haenens-Johansson et al., 2014). Исходя из понимания, что компании, занимающиеся синтезом алмазов ювелирного качества, совершенствуют технологии, в ближайшее время можно ожидать рост количества бесцветных синтетических бриллиантов на ювелирном рынке. Поэтому в данной заметке мы считаем необходимым более подробно рассмотреть свойства и диагностические особенности синтетических бриллиантов нового типа.
Изучение коллекций проводилось с помощью стандартного геммологического микроскопа, УФ лампы, ИК спектроскопии и других приборных методов.
Внешние и внутренние особенности
Цвет. Три образца из коллекции компании «Высокие оптические техногологии» являются бесцветными и имеют цвет D. Пять бриллиантов являются околобесцветными, их цветовой диапазон от Н до К. Самый крупный бриллиант весом 0,72 карата имеет цвет I. Остальные четыре камня характеризуются видимым голубоватым оттенком. Наиболее насыщенный бриллиант получил оценку цвета Fancy Light Blue. Секториальность окраски в данных камнях не установлена. Бриллианты компании «Инреал» имеют следующие цветовые характеристики: круглый бриллиант имеет цвет D, бриллиант в форме сердца – E, ашер (рис. 1, нижний ряд, второй образец справа) и кушон – F, октагон (рис. 1, нижний ряд, второй образец слева) – G.
Микроскопические особенности. Самая низкая оценка по чистоте SI1 среди бриллиантов изученной коллекции является результатом присутствия в них крупных трещин, а также металлических непрозрачных включений флюса различной, чаще вытянутой формы, иногда окруженных тензорными трещинами (рис. 2 а, б). За счет этих включений бриллианты с чистотой SI1 притягиваются сильным магнитом. Бриллианты с чистотой VVS, VS содержат точечные рассеянные включения, не позволяющие по своему внешнему виду определить природу камня. В некоторых камнях наблюдается внутренний грейнинг (рис. 2, в). Стоит отметить, что бесцветные бриллианты изученной коллекции обладают высокими характеристиками по чистоте. Например, три бриллианта цвета D производства компании «Высокие оптические технологии» имеют чистоту VVS1 и VS1. Среди образцов компании «Инреал» бриллиант цвета D имеет чистоту VS1, бриллиант цвета E – VVS2.
Рис. 2. Микроскопические особенности изученных синтетических бриллиантов: а – металлическое включение, окруженное тензорными трещинами, х20; б – скопление металлических включений удлиненной формы, х10; в – внутренний грейнинг, х5
Фотолюминесценция и фосфоресценция. В длинноволновом ультрафиолетовом (ДВ УФ) свете камни с характеристиками цвета от К до E включительно люминесцируют очень слабым голубым. В КВ УФ, напротив, все изученные бриллианты, включая Faint Blue и Light Blue обладают от сильной до слабой молочно-голубой, зеленовато-голубой и голубой люминесценцией, интенсивность которой возрастает с увеличением времени облучения. Бриллианты характеризуются также фосфоресценцией аналогичного цвета. Интенсивность фосфоресценции от сильной до умеренной. Длительность не зависит от цвета камней и может превышать одну минуту. Следует отметить, что природные бриллианты голубого цвета могут обладать такими же параметрами люминесценции и фосфоресценции (редко встречается красный цвет люминесценции и фосфоресценции), но чаще всего они остаются инертными в КВ и ДВ УФ. Природные околобесцветные и бесцветные бриллианты могут быть инертны, либо демонстрируют обратную реакцию в УФ излучении по сравнению с изученными синтетическими образцами. То есть, люминесценция природных камей гораздо более интенсивная в ДВ УФ, чем в КВ УФ, цвет люминесценции при этом может быть различным, чаще всего голубым.
Отличительной диагностической особенностью синтетических бриллиантов компании «Высокие оптические технологии» является секториальное распределение люминесценции и фосфоресценции, легко видимое невооруженным глазом (рис. 3). Это явление объясняется совместным присутствием октаэдрических, кубических и других секторов роста кристалла в одном бриллианте (алмазе), отличающихся по концентрации дефектов (в том числе примесных). В нашем случае сектора содержат разные концентрации бора (донорно-акцепторные пары бор-азот), ответственного за люминесценцию и фосфоресценцию (King et al., 1998). Природные бриллианты, напротив, характеризуются равномерным (в редких случаях планарным) распределением люминесценции и фосфоресценции.
По реакции на УФ излучение синтетические околобесцветные бриллианты изученной коллекции имеют схожие характеристики с синтетическими «белыми» бриллиантами компании АОТС, исследованными в GIA (D’Haenens-Johansson et al., 2014). Отличием является более четко проявленное секториальное распределение люминесценции в камнях производства компании «Высокие оптические технологии», которое наблюдается при просмотре камня под УФ лампой невооруженным глазом.
Рис. 3. Люминесценция изученных синтетических бриллиантов производства компании «Высокие оптические технологии» под КВ УФ излучением. Голубые и околобесцветные камни характеризуются зональным распределением люминесценции.
Люминесценция и фосфоресценция природных и синтетических бриллиантов в КВ УФ.
Инфракрасная спектроскопия. ИК спектры, полученные с голубых и околобесцветных бриллиантов компании «Высокие оптические технологии» до цвета К включительно, показали, что все они принадлежат к физическому типу IIb, то есть содержат фиксируемую по ИК спектру примесь бора (рис. 4) и являются малоазотными. В области решеточного ИК-поглощения для алмазов IIb характерны полосы 2460, 2810 и 2936 см-1, из которых полоса 2810 см-1 наиболее интенсивная. В однофононной области может присутствовать полоса поглощения 1290 см-1, интенсивность которой коррелирует с интенсивностью полосы 2936 см-1, содержанием бора и цветом бриллианта. В ИК спектрах всех камней, предоставленных компанией «Высокие оптические технологии», зафиксирована полоса поглощения 1332 см-1, отвечающая Х-центру. Этот сложный дефект проявляется в синтетических камнях, полученных методом НРНТ синтеза с применением никельсодержащих катализаторов (Zaitsev, 2003).
Четыре бриллианта компании «Инреал» на основе ИК спектроскопии также были отнесены к физическому типу IIb. Исключение оставляет бриллиант, ограненный в форме кушона. В его ИК спектре не фиксируются полосы поглощения примесных дефектов (рис. 4, средний спектр), и камень относится к малоазотному IIa типу. Вес данного бриллианта составляет 2,30 карат! Подобная величина бриллианта еще до недавнего времени являлась гарантом его природного происхождения. Однако даже при всей кажущейся сложности этого случая, разгадка лежит на поверхности: люминесценция в КВ УФ и длительная фосфоресценция кушона указывают на примесь бора в составе. Это, как уже было сказано выше, является индикатором синтетического происхождения камня. Интересной чертой изученных бриллиантов компании «Инреал» является отсутствие в их ИК спектрах Х-центра.
Рис.4. ИК спектры синтетических бриллиантов с оценками по цвету K, F и FLB. Бриллианты цвета K и FLB («Высокие оптические технологии») относятся к типу IIb, в их спектрах фиксируется X-центр. Бриллиант цвета F («Инреал») относится к IIa типу, не содержит Х-центра.
Мы можем предположить, что производители подобного вида бесцветной алмазной синтетики добавляют в ростовую камеру небольшое количество бора с целью уменьшить желтый оттенок, возникающий вследствие ничтожной примеси одиночного азота в решетке алмаза. Количество одиночного азота настолько мало (меньше 5 ppm), что не фиксируется в ИК спектрах таких синтетических камней.
Выводы
Производство бесцветных НРНТ синтетических бриллиантов для коммерческой реализации на ювелирном рынке за последний год увеличилось в весьма ощутимых масштабах. Заслуживают внимание высокие характеристики цвета и чистоты нового вида синтетики. В целом, чистота изученных НРНТ синтетических бесцветных бриллиантов значительно выше, чем у их предшественников. По комбинации трех параметров - цвета, размера и чистоты - данные камни, в первом приближении, очень похожи на природные.
Для идентификации нового вида НРНТ синтетических бесцветных бриллиантов помогает изучение характера люминесценции и фосфоресценции, особенно если их распределение неравномерно. Самым надежным методом идентификации является ИК спектроскопия, в спектрах которой фиксируется примесь бора (± Х-центр) и отсутствие одиночного азота. Последнее обстоятельство свидетельствует об изменении технологий синтеза, в том числе использования дополнительных примесей в процессе роста алмаза, связывающих азот и препятствующих его вхождению в решетку алмаза. Однако и малые примеси одиночного азота придают бриллиантам желтый оттенок. Примесь бора обеспечивает камням голубой оттенок. Поэтому комбинация борных и азотных дефектов приводит к появлению синтетических бриллиантов любого цвета в диапазоне от D до K (К – предельный цвет бриллиантов в проведенном нами исследовании, в котором по ИК спектроскопии еще фиксируется бор).
Стандартные исследования нового вида НРНТ синтетических алмазов без использования инструментального оборудования позволяют выделить косвенные признаки, указывающие на синтетическое происхождение таких алмазов. Однако прямые и однозначные диагностические признаки выявляются в ходе применения приборных методов диагностики (ИК спектроскопии, спектров люминесценции).
Материал подготовили: Р.С. Серов, А.А. Машкина (Геммологический Центр, Московский государственный университет)
07 ноября 2014 г.
WHATSAPP