Giới thiệu

Lấp đầy khe nứt là phương pháp xử lý phổ biến trong thương mại đá quý để tăng cường vẻ đẹp và/ hoặc độ bền của đá quý. Những ví dụ kinh điển thường gặp là lấp đầy bằng thủy tinh (chì) đối với ruby và kim cương, ngâm tẩm bằng chất lấp đầy dạng polymer/ nhựa ở aquamarin, thạch anh, tourmalin, opal, turquois, v.v. Không còn nghi ngờ gì nữa, kiểu xử lý phổ biến nhất là lấp đầy khe nứt trong emerald (Hänni, 1993) có liên quan đến việc đưa vật liệu lấp đầy vào viên đá để làm giảm mức độ hiển thị của các khe nứt lộ ra trên bề mặt, nhờ đó tăng cường được rõ ràng độ trong tổng thể của nó. Trong một số trường hợp, chất lấp đầy cũng có thể giúp tăng độ bền của emerald trong quá trình chế tác.

Các chất lấp đầy phổ biến được sử dụng trong thương mại emerald có thể được phân loại thành dầu, nhựa, polymer/ tiền polymer và sáp (Johnson và nnk, 1999). Những chất lấp đầy này, xét về bản chất, thường là các chất hữu cơ. Trong công trình này, một số chất lấp đầy mới được đề xuất. Các tính chất, phương pháp đưa chất lấp đầy vào, cách phát hiện và tiết lộ công khai (định tính và định lượng) sẽ được thảo luận.

Sự phù hợp của chiết suất, khả năng biến đổi và vấn đề chấp nhận

Theo truyền thống, emerald chiết suất thấp từ Colombia thì phù hợp hơn với những chất lấp đầy dạng dầu. Tuy nhiên, với sự xuất hiện của emerald có chiết suất cao như loại emerald Pakistan thì chất lấp đầy bằng nhựa sẽ là phương án tốt hơn (Hình 1). Xét dưới góc độ độ ổn định do việc bay hơi (của chất lấp đầy), thì các chất lấp đầy dạng nhựa sẽ bền vững hơn nhiều so với dầu, và như vậy sẽ không phải “tái tẩm dầu” sau nhiều tháng. Tuy vậy, đối với những người sử dụng cuối cùng thì nhựa được coi là “keo nhân tạo” và ít được chấp nhận hơn. Vì vậy, cần phải tìm ra chất lấp đầy mang tính toàn diện hơn.

Hình 1: Các viên emerald Pakistan mài cabochon trước (bên trái) và sau khi lấp đầy khe nứt bằng dầu trẻ em của Johnson. Lưu ý rằng các khe nứt không được che dấu tốt do sự khác biệt về chiết suất giữa chất lấp đầy và emerald.

Chất lấp đầy lý tưởng

Chất lấp đầy thích hợp cho việc sử dụng trong thương mại cần có những đặc tính sau:

• Sự tương đồng về chiết suất: chiết suất của chất lấp đầy và loại đá được xử lý cầng gần nhau thì mức độ hiển thị của các khe nứt sẽ càng thấp. Đối với emerald, điều này phụ thuộc vào nguồn gốc (xuất xứ) của nó.
• Tính ổn định: chất lấp đầy phải bền vững dưới tác dụng của ánh sáng, độ ẩm, nhiệt độ và các loại hóa chất khác nhau. Màu sắc của nó phải không được thay đổi theo thời gian (Bergman, nguồn từ web).
• Độ nhớt: tốt nhất là có thể chảy tự do trong quá trình xử lý để thẩm thấu tốt hơn nhưng phải trở nên có độ nhớt cao hơn và nằm lại bên trong các vết nứt.

Các thuộc tính có thể lựa chọn thêm bao gồm:

– Nguồn gốc: người sử dụng thường ưa chuộng các chất lấp đầy có nguồn gốc tự nhiên hơn các chất tổng hợp hoặc nhân tạo.

– Khả năng loại bỏ: một số thương nhân lại muốn loại bỏ được chất lấp đầy (emerald) khỏi viên đá để có thể xử lý lại.

Hình 2: Phạm vi giá trị chiết suất của emerald từ các nguồn thương mại hiện có và các chất lấp đầy khe nứt thường gặp được lựa chọn để xử lý. Loại dầu (lơ nhạt), nhựa chưa lưu hóa/ chưa cứng hóa (chấm màu lơ) và nhựa đã lưu hóa/ hóa cứng (màu lơ).

Loại chất lấp đầy mới trong công trình này

Có hai hướng mới được đề xuất trong công trình này: 1. Chất lỏng có chiết suất có thể điều chỉnh được (TRI) và 2. Chất lấp đầy vô cơ (IF).

1.. Hỗn hợp chất lỏng từ “dầu gốc” và chất lỏng có chiết suất cao.

Trong công trình này, những kết hợp khác nhau của chất lỏng có chiết suất cao như diiodomethan (chiết suất là 1,74), bromonaphthalen (chiết suất từ 1,64 – 1,66) được trộn với “gốc dầu” như dầu trẻ em (chiết suất 1,52), dầu parafin (chiết suất từ 1,44-1,45), Glycerin (chiết suất 1,47), ethylen glycol (chiết suất 1,43). Dầu gốc được dùng với mục đích: a. điều chỉnh chiết suất sao cho phù hợp với emerald xử lý, b. tạo độ nhớt c. cung cấp các nhóm chức năng nhất định cho những mục đích hàn kín (khe nứt) sau này (xem bên dưới). Trong công trình này, các hỗn hợp với phạm vi chiết suất từ 1,56 – 1,61 đã được chuẩn bị để phù hợp cho các loại emerald khác nhau (Hình 3).

2..Chất lấp đầy vô cơ

Trong công trình nghiên cứu này, dung dịch natri silicat (chiết suất từ 1,51 – 1,52) được sử dụng làm ứng viên thích hợp đầu tiên vì độc tính thấp và sự sẵn có của nó. Vì sức căng của nước là một vấn đề đối với việc lấp đầy vết nứt nên chất hoạt động bề mặt như natri dodecyl sulfat (SDS) đã được đưa vào trong dung dịch.

Hình 3: Một số viên ngọc lục bảo đến từ Pakistan có chiết suất 1,595 – 1,598 (Guo và cộng sự, 2020) đã được ngâm trong môi trường chân không trong hỗn hợp chất lỏng có chiết suất đạt tới 1,596. Lưu ý các cạnh của các mặt giác dường như biến mất do chiết suất rất gần nhau.

Quá trình lấp đầy với việc hàn kín vết nứt

Vì cả hai chất độn TRI và IF nói trên đều dễ bị bay hơi nên một quá trình hàn kín được đưa ra để hoàn thành quá trình lấp đầy. Theo cách tiếp cận thông thường, emerald trải qua các quy trình đã công bố là làm sạch bằng axit và sau đó là bơm chân không. Sau khi vật liệu lấp đầy được đưa vào, có hoặc không có áp suất, các viên emerald đã được lấp đầy sẽ được lấy ra khỏi dung dịch chất lấp đầy và trải qua phản ứng hóa học để hàn kín. Đối với các hỗn hợp chất lỏng TRI với dầu gốc ethylen glycol, việc thử nghiệm bằng cách ester hóa chất lấp đầy bề mặt với các axit hữu cơ (axit acetic, axit amin) đã được thực hiện để tạo ra một chất rắn (Hình 4). Đối với các chất IF, đã thử nghiệm tạo ra gel silica như một chất hàn kín vết nứt trên mặt bằng cách sử dụng axit citric hoặc oxalic. Với quy trình này, chất lấp đầy nhìn chung có thể được phân loại là loại chất lấp đầy “hỗn hợp” (“composit”).

Loại bỏ không khí trong chân không	Ép chất lấp đầy vào khe nứt	Hàn kín bề mặt của các khe nứt

Hình 4: Sơ đồ quy trình lấp đầy khe nứt trong công trình nghiên cứu này

Phát hiện việc xử lý

Việc phát hiện chất lấp đầy TRI rất đơn giản và tuân theo quy trình đối với chất lấp đầy là loại dầu thông thường: đó là kéo dãn C-H không vòng liên quan với các đỉnh phổ FTIR, các lóe sáng mầu sắc, v.v. (Kiefert và nnk, 1999). Tuy nhiên, đối với chất IF, chỉ quan sát thấy sự khác biệt về ánh ở các khe nứt mà không có các đỉnh “vật liệu hữu cơ” kinh điển trong phổ FTIR, cũng như tính phát quang. Việc kiểm tra cẩn thận phải được thực hiện để phát hiện định tính và định lượng chính xác của kiểu xử lý đó.

Kết luận

Một cách tiếp cận mới là sử dụng chất lấp đầy có chiết suất có thể điều chỉnh được và chất lấp đầy vô cơ kèm theo việc hàn kín (bề mặt) cung cấp một phương pháp mới để xử lý lấp đầy các khe nứt trong emerald. Quá trình này cung cấp một cách tốt hơn để che giấu những khe nứt có thể nhìn thấy bằng mắt thường trong emerald từ các nguồn địa lý khác nhau, trong khi vẫn duy trì được sự bền vững về đặc tính bay hơi của vật liệu. Điều này cũng đáp ứng mong muốn của những người tiêu dùng nhất định về việc sử dụng những chất lấp đầy không phải kiểu bằng nhựa để xử lý emerald. Tuy nhiên, điều đáng chú ý là các chất lấp đầy được đề xuất có thể không rơi vào phân loại đã có trước đó trong văn liệu. Ngoài ra, việc phát hiện chất lấp đầy vô cơ có thể yêu cầu cách tiếp cận đơn giản hơn và có thể đặt ra một thách thức đối với những phép xác định định tính và định lượng nhất định. Việc nghiên cứu cần được tiếp tục để xác định những chất lấp đầy tốt hơn và tinh chỉnh các thông số phản ứng tối ưu.

Nhận xét

Việc sử dụng chất IF trong emerald có thể làm tăng trọng lượng ngoài ý muốn của các viên đá. Cần có nghiên cứu thêm về vấn đề này.

Tài liệu tham khảo

• Bergman, J., Emerald Enhancements: A Consumer and Trade Guide, https://eighthdimensiongems.com/emeraldenhancements-a-consumer-and-trade-guide, accessed 1 May 2023
• Guo, H. S., Yu, X. Y., Zheng, Y. Y., Sun, Z. L. and Ng M. F. Y., 2020, Inclusion and Trace Element Characteristics of Emeralds from Swat Valley, Pakistan, Gems & Gemology, Fall 2020, Vol. 56, No. 3
• Hänni, H. A., 1993, Filled emeralds: please face reality, Jewellery News Asia, June, 76-80
• Johnson, Mary L., Elen, S., Muhlmeister, S., 1999, On the Identification of Various Emerald Filling Substances, Gems & Gemology, Summer, 82-107
• Kiefert L., Hanni, H. A., Chalain J-P., Weber W., 1999, Identification of filler substances – in emeralds by infrared and Raman spectroscopy, The Journal of Gemmology, 26, 8, 501-20

​Nguồn: Proceedings IGC2023, trang 59 – 62.

​

​