Hình 1. Viên ruby này được xác định là tổng hợp theo phương pháp chất trợ dung với các bao thể chrysoberyl. Ảnh: Shunsuke Nagai

Gần đây, Phòng giám định Tokyo nhận được một viên đá màu đỏ, chế tác kiểu hỗn hợp hình quả lê, nặng 3,02 ct, kích thước 10,93 × 7,04 × 5,03 mm (hình 1). Các bước kiểm tra ngọc học tiêu chuẩn cho kết quả: chiết suất 1,765–1,773; tỷ trọng 4,00; phổ hấp thụ có các vạch ở 693, 476, và 468 nm và một dải hấp thụ rộng từ 500 nm đến 610 nm được quan sát bằng phổ kế cầm tay. Tất cả các tính chất này đều phù hợp với ruby. Viên đá phát quang màu đỏ mạnh dưới cả tia UV sóng dài và sóng ngắn.

Hình 2. Các tinh thể không màu hình lục giác trông giống tự nhiên và một đám bao thể nhỏ trong viên ruby tổng hợp theo phương pháp chất trợ dung (ở trên cùng của hình ảnh và xung quanh các tinh thể hình lục giác) có thể bị nhầm là các bao thể corindon tự nhiên. Ảnh: Yuxiao Li; thị trường 1,41 mm.

Kiểm tra dưới kính hiển vi cho thấy có nhiều bao thể không màu hình lục giác cùng các bao thể nhỏ không màu khác trông giống như những đám bao thể zircon thường thấy trong corindon tự nhiên (hình 2). Bên cạnh đó, cũng quan sát thấy các đặc điểm giúp nhận dạng corindon tổng hợp theo phương pháp chất trợ dung: đó là các bao thể tối màu phản chiếu ánh sáng, hình lăng trụ lục giác kéo dài và các dạng tấm (hình 3) và các khe nứt được lấp đầy bởi phần còn sót lại của chất trợ dung (hình 4).

Hình 3. Các bao thể tối mầu phản chiếu ánh sáng, hình lăng trụ lục giác kéo dài (trái) và dạng tấm (phải) quan sát được trong mẫu này đều là những bao thể phổ biến trong corindon tổng hợp bằng phương pháp chất trợ dung. Ảnh: Yuxiao Li; thị trường: 1,28 mm.

Phân tích bằng khối phổ kế plasma (LA-ICP-MS) đã phát hiện hàm lượng cao của Be (35,3–37,1 ppma), Cr (1733,5–2047,2 ppma), Rh (0,6–1,0 ppma) và Pt (0,5–1,1 ppma). Các nguyên tố thường có trong corindon tự nhiên như Mg, Ga và V không được phát hiện. Thành phần hóa học như vậy chứng tỏ một quá trình sinh trưởng có chất trợ dung.

Hình 4. Các bao thể dạng vân tay trong viên ruby tổng hợp theo phương pháp chất trợ dung này cũng có thể nhầm với các bao thể dạng vân tay do tạp chất lấp đầy trong các khe nứt trong ruby tự nhiên. Ảnh: Yuxiao Li; thị trường 1,23 mm.

Các nghiên cứu trước đây đã dẫn ra vô số các bao thể dạng tấm hình lục giác không màu, trong suốt giống như “ma chơi” trong saphir tổng hợp theo phương pháp chất trợ dung của Chatham (theo R.E. Kane, “The gemological properties of Chatham flux-grown synthetic orange sapphire and synthetic blue sapphire,” Fall 1982 G&G, pp. 140–153). Trong nghiên cứu này phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) đã cho thấy rằng cấu trúc của các bao thể dạng “ma chơi” đó tương tự như cấu trúc của chrysoberyl. Bài viết cũng nhận định rằng Chatham, người đã thành công trong việc tổng hợp saphir bằng phương pháp chất trợ dung, đã cho thêm nhiều berili trong quá trình tổng hợp ruby, điều này giải thích cho sự hiện diện của chrysoberyl và hàm lượng cao của nguyên tố vết berili. Gần đây, các tinh thể trong suốt hình lục giác khá giống tự nhiên như vậy cũng đã được tìm thấy trong một viên saphir hồng tổng hợp theo phương pháp chất trợ dung (theo Fall 2017 Lab Notes, pp. 367–368).

Hình 5. Phổ Raman của bao thể chrysoberyl so với phổ của mẫu tham chiếu.

Không có tinh thể trong suốt nào lộ trên mặt viên saphir tổng hợp màu hồng đó, nhưng một lượng nhỏ berili được phát hiện cho thấy khả năng có chrysoberyl trong đó. Thật may trong viên ruby tổng hợp này, một trong những tinh thể trong suốt đã lộ ra trên mặt. Bằng phổ Raman, chúng tôi có thể xác định được đó là chrysoberyl (hình 5).

Hàm lượng của berili trong viên ruby tổng hợp này (lên đến 37 ppma) cho thấy có khả năng nó đã được xử lý khuếch tán berili. Hàm lượng crom cao (lên đến 2047 ppma) gây màu đỏ tươi cho viên đá. Với màu nền có độ bão hòa cao như vậy, chúng ta không thể phủ nhận khả năng viên đá đã được xử lý khuếch tán berili, mặc dù không tìm thấy viền màu cam đặc trưng bằng kỹ thuật nhúng. Sự có mặt của nhiều tinh thể chrysoberyl bên trong viên đá cung cấp bằng chứng quan trọng cho thấy berili đã dần bị tiêu thụ trong quá trình sinh trưởng có chất trợ dung. Sự khuếch tán berili vào corindon đòi hỏi phải có nhiệt độ cực cao (trên 1780°C; theo J.L. Emmett và nnk, trong “Beryllium diffusion of ruby and sapphire,” Summer 2003 G&G, pp. 84–135). Các bao thể chrysoberyl này không cho thấy các dấu hiệu điển hình của xử lý nhiệt, có nghĩa là viên đá này chưa qua xử lý khuếch tán berili sau khi hình thành.

Với phương pháp khối phổ kế plasma LA-ICP-MS và phổ Raman, chúng tôi đã có thể khẳng định được rằng ruby tổng hợp với hàm lượng berili cao có thể có sự xuất hiện của các tinh thể chrysoberyl giống như tự nhiên.

Theo Yuxiao Li

Trong “Gems & Gemology, Summer 2021, Vol. 57, No. 2”