Імітації і підробки

Дорогоцінні камені в усі часи служили надійним і дуже компактним вкладенням капіталу. Не дивно, що їх часто намагалися підробити — іноді успішно, іноді не дуже. Підробки можуть блищати і грати не гірше діамантів. Як же відрізняють справжні камені від несправжніх?

Дмитро Мамонтов

Розробкою методів, з допомогою яких можна відрізнити справжні камені від підроблених, займається наука про самоцветах, дорогоцінних і виробних каменях — гемологія. Насправді термін «підроблення» в застосуванні до коштовних каменів не зовсім коректний — це можуть бути як імітації, які лише на перший погляд нагадують оригінал, так і дуже близькі за всіма властивостями синтетичні каміння, які можна відрізнити від оригіналу тільки з допомогою складного сучасного лабораторного обладнання. Про деякі секрети гемології «Популярної механіки» розповів головний експерт Гемологічного центру МДУ Олександр Столяревич.

Імітації

Це найпростіший варіант підробок. Вони лише по зовнішньому вигляду нагадують справжні дорогоцінні камені. Наприклад, найпростіша імітація діамантів — це стрази з оптичного скла, інший відомий варіант — фіаніт (кубічний оксид цирконію). Але за своїм фізичним та хімічним властивостям імітації відрізняються від оригіналу. «Нещодавно нам на експертизу привозили рожевий камінь, імовірно «унікальний діамант масою близько 90 карат», — розповідає Олександр. — Однак майже відразу стало зрозуміло, що це не діамант, а фіаніт. Але все одно довелося всю експертизу проводити на очах у власника, з докладними поясненнями. На щастя, відрізнити їх досить просто — навіть по щільності: фіаніт значно важче».

Оптичні властивості самоцвітів Показник заломлення — одна з основних оптичних характеристик дорогоцінного каміння. Для його вимірювання у огранених каменів використовується рефрактометр — прилад, заснований на явищі повного внутрішнього відбиття світла від межі двох середовищ. Призма виготовлена з оптичного скла з високим показником заломлення, а для створення оптичного контакту між призмою і великий гранню (майданчиком) каменю використовують рідину (йодистий метилен) з показником заломлення близько 1,8. Для вимірювання більш високих показників заломлення потрібні інші прилади.

Складові камені

Це теж імітації, але дещо іншого роду. Їх склеюють з декількох частин, кожна з яких може бути зроблена зі скла, натурального або синтетичного каменю. Тут вже йдеться не тільки про зовнішній вигляд, але і про твердості, показнику заломлення та інших характеристиках. Цим способом отримують камені яскравих, інтенсивних кольорів, склеюючи верхній шар з натурального рожевого корунду і нижній — з яскраво-червоного синтетичного; поширені комбінації граната з пофарбованим склом, слабо пофарбованого берилу з синтетичним смарагдом. Така конструкція з двох частин називається дублет. Відрізнити дублет від натурального каменю можна по клейовому «шва» на рундисте (паску огранованого каменю) під лупою або мікроскопом. Іноді камінь склеюється з трьох частин — це триплет. Часто така конструкція використовується абсолютно «офіційно» — для захисту каменю від несприятливих зовнішніх чинників. Наприклад, тонку пластинку тендітного і вразливого до вологості благородного опалу наклеюють на міцну основу, а зверху закривають кришкою» з скла або кварцу. Але, зрозуміло, в таких випадках завжди обмовляється, що це саме опал триплет, а не просто опал.

Дихроїзм — це зміна забарвлення анізотропних речовин (кристалів) в залежності від напрямку поширення світла і його поляризації. У приладі встановлено двулучепреломляющий кристал (наприклад, ісландського шпату), розкладає звичайний світ на два перпендикулярно поляризованих променя. Обертаючи досліджуваний камінь навколо осі, перпендикулярної осі приладу, і спостерігаючи за комбінаціями кольорів, можна отримати дані про анізотропії досліджуваного зразка.

Облагороджені камені

Але навіщо склеювати, якщо природних каменів повним-повнісінько? Правда, вигляд у більшості з них «не дуже», але це можна виправити — з допомогою процесу облагороджування, тобто поліпшення споживчих властивостей каменю (зовнішнього вигляду, довговічності), крім власне ограновування і полірування. Сюди відносяться фарбування, вибілювання, нанесення покриттів, просочення, термообробка, обробка тиском, дифузійна обробка, опромінення (гама-, бета – або нейтронне) та інші процеси. Для деяких каменів подібна обробка використовується з давніх часів (наприклад, просочення смарагдів маслом або термообробка аквамаринів для отримання чистого блакитного відтінку) та офіційно узаконена правилами різних гемологічних асоціацій. Але все одно такі камені повинні бути позначені відповідним чином. Наприклад, згідно з правилами Міжнародної асоціації з кольорових каменів (ICA, International Colored Gemstone Association) природні камені позначаються літерою N (Natural), облагороджені з допомогою традиційних, історично сформованих способів, перелік яких є у відповідних довідниках, — буквою E (Enhanced), а інші називають обробленими і позначають буквою T (Treated) з розшифровкою усіх використаних процесів.

Арсенал гемолога

Одними з основних інструментів гемолога є лупа і мікроскоп. Вони дозволяють побачити особливості росту кристалів, різні включення і дефекти. Найчастіше цього вже достатньо, щоб з високою надійністю ідентифікувати камінь. Скажімо, демантоїд (зелений гранат) майже однозначно визначається з включенням биссолита типу «кінський хвіст».
Коефіцієнт заломлення визначають за допомогою рефрактометра, вимірюючи кут повного внутрішнього відбиття світла від однієї з граней каменю. А ось дисперсію (здатність розкладати білий світ на складові, її називають «грою» каменю) оцінюють переважно на око. Спектроскоп дозволяє визначити базовий хімічний склад каменя по лініях поглинання.
Важливим показником є щільність, яка вимірюється шляхом гідростатичного зважування (метод Архімеда) — тобто зважуванням в повітрі і в воді. Можна розрахувати щільність і геометричним методом: для цього потрібно зважити, потім виміряти огранений камінь штангенциркулем і розрахувати його об’єм за спеціальними формулами у відповідності з формою ограновування. Іноді застосовують набір важких рідин з відомими густинами: якщо камінь не тоне, то він менш щільний, якщо тоне — то більше.
Плеохроизм (тобто різне забарвлення анізотропних кристалів при розгляданні їх вздовж різних напрямків) визначається допомогою дихроскопа — приладу, що пропускає два перпендикулярно поляризованих променя. Ще один прилад для вивчення оптичної анізотропії — це полярископ, в якому зразок поміщений між схрещеними поляризаторами. Виходячи з видимою в полярископ картинки, можна зробити висновок про симетрії структури кристалічної решітки анізотропного каменю.
Важливим інструментом є УФ-лампа. По флуоресценції в УФ-променях можна судити про хімічний склад. Скажімо, синтетична шпінель синього кольору під дією УФ світиться червоним. А ось у природному синьою шпінелі містяться домішки заліза, які «гасять» світіння.
А ось твердість, одну з основних характеристик каменю, міряють за допомогою набору олівців твердості тільки в самих крайніх випадках (мова йде про огранених каменях). Правда, побічно можна оцінити по «гостроти» ребер граней — скажімо, у імітацій діамантів межі більш закруглені у порівнянні з справжніми.

Для зміни кольору або чистоти багатьох каменів використовується термообробка (такі камені ювеліри називають «гретыми») і опромінення або їх комбінація. Досить часто застосовується дифузійний фарбування — так «покращують» слабко пофарбовані сапфіри в розчинах солей кобальту. У цьому випадку забарвлюється лише тонкий шар, тому, якщо покласти камінь на білий аркуш паперу, стає видно яскравий «скелет» граней на ребрах. Останнім часом з’явилися процеси дифузійного фарбування на велику глибину з використанням сполук берилію. Так отримують дорогі різновиди сапфірів — яскраві рожево-помаранчеві («падпараджа»). Відрізнити такий камінь від природного можна тільки за допомогою спеціального лабораторного обладнання, яке дозволяє виявити сліди берилію. Для цього з поверхні каменю випаровують мікроскопічне кількість матеріалу за допомогою лазера (абляція), а отриманий «пар» вивчають за допомогою спектрофотометрії або мас-спектрометрії.

Рукотворні камені

Штучні дорогоцінні камені, ідентичні природним і по своїм фізичним властивостям, і за хімічним складом, до кінця XIX століття отримати не вдавалося, але на рубежі століть французький вчений Огюст Вернейль розробив промисловий процес виробництва синтетичних рубінів. Подаючи шихту — порошок глинозему (оксиду алюмінію) з домішками солей хрому — в полум’я пальника, він вирощував так звані булі — витягнуті кристали округлої форми. За своїм складом і властивостями вони були практично не відрізняються від натуральних каменів (і навіть більш «досконалі»), і ювеліри забили тривогу. Але незабаром виявилося, що синтетичні рубіни можна легко відрізнити від натуральних. Процес Вернейля не є аналогом того, як зростає кристал рубіна в природі, тому в камені можна спостерігати характерні включення (внутрішні особливості) — вигнуті лінії росту за рахунок обертання булі, бульбашки газу від пальника. Непрямим ознакою може також служити чистота каменю — в природі зовсім чисті камені зустрічаються рідко.

Цікаве в мережі

Рубіни, отримані за методом Вернейля, стали широко використовуватися в промисловості (наприклад, часовий), а у другій половині XX століття стали основою лазерів. Але і ювеліри ними не гребували. «На початку XX століття синтетичний корунд був у моді, адже він вважався останнім досягненням технічного прогресу, — пояснює Олександр. — Тому навіть у старих ювелірних виробах Фаберже іноді зустрічаються синтетичні рубіни і сапфіри — не кажучи вже про більш пізніх ювелірних виробах радянського виробництва, де синтетика використовувалася в масовому порядку».

Важка артилерія

В складних випадках для ідентифікації потрібне спеціальне лабораторне обладнання. Це спектрометри видимого діапазону з можливістю ближнього УФ та ІЧ діапазонів, рамановскіе спектрометри, що дозволяють аналізувати склад включень і різні структурні особливості та домішкові центри. Саме так однозначно розпізнають синтетичні каміння, отримані різними методами. А рамановская спектрометрія незамінна для виявлення облагороджених методом HPHT діамантів — по характерним особливостям дефектів кристалічної решітки.
Дифузійно пофарбовані за допомогою сполук берилію сапфіри синього і червонувато-оранжевого кольору розпізнають випаровуванням невеликої кількості матеріалу (лазерної абляції) і подальшого аналізу за допомогою спектрофотометрії або мас-спектрометрії (на предмет присутності берилію).
Микрозондовый аналіз (рентгеноспектральний аналіз під дією електронного пучка) дозволяє робити висновки про хімічний склад речовини. Наприклад, цей спосіб застосовується для ідентифікації гранатів, помаранчевого топазу «імперіал» і визначення домішок, що додають колір (хромофоров) в бериллах і смарагдів.
Для деяких каменів використовується просвічування рентгенівськими променями і рентгеноструктурний аналіз. Останнім методом визначають, наприклад, бірюзу.

Процес Вернейля — не єдиний метод одержання синтетичних дорогоцінних каменів. Навіть для тих же корунду існує ще кілька методів, наприклад розчин-расплавный, або флюсовий, — вирощування кристалів з розчину шихти (оксиду алюмінію) у флюсі (розплавах молібдату літію або фтористого свинцю), при цьому кристал росте на затравки у вільному стані. Відрізнити такий камінь від природного можна за характерними включеннями, але найчастіше вирішити проблему можливо тільки з використанням рамановской спектрометрії, за допомогою якої визначається хімічний склад флюсу.

Методи вирощування деяких каменів імітують процеси, що відбуваються в природі. Скажімо, смарагд (берил насиченого зеленого кольору), отриманий гідротермальним методом, можна відрізнити від природного по швидкості зростання — синтетика зростає набагато швидше, і це залишає свій відбиток на структуру каменю. І звичайно, важливий показник — включення, вони дуже характерні для різних родовищ, так що експерти можуть навіть вказати батьківщину каменю. Іноді одним з перерахованих методів на природний слабкозабарвлені берил нарощують інтенсивно забарвлений синтетичний смарагд, але такий метод теж залишає характерний слід — сіточку з мікротріщин на кордоні природного та синтетичного каменю. За словами Олександра Столяревича, для того щоб відрізнити синтетику від природного каменю, гемолог повинен знати обидві сторони питання: і природні процеси, і методи синтезу — а вони для кожного каменю свої.

Цар каменів

Звичайно ж, не можна обійти увагою камені, що стоять на верхній сходинці ювелірної ієрархії, — алмази. Найчастіше їх імітують за допомогою синтетичного фіанітів (кубічний оксид цирконію). Останнім часом для імітації часто використовують синтетичний муассанит (карбід кремнію), який з оптичним властивостям (коефіцієнту заломлення і дисперсії) не тільки не поступається, а й перевершує алмаз. Муассанит лише трохи поступається алмазу по твердості і близький по теплопровідності, так що теплові тестери (Diamond Tester) теж не дозволяють зробити однозначні висновки. У результаті його відрізняють від алмазу за характерними включеннями, оптичним властивостям (муассанит оптично анізотропний) і електропровідності.

Не стільки для краси

Синтетичні камені, такі як рубіни або гранати, отримують зараз сотнями тонн в рік. Але виробляються вони зовсім не для ювелірних цілей. Основне призначення такої продукції — промисловість. Корунди традиційно використовуються в точній і годинникової промисловості в якості зносостійких упорних елементів (підп’ятників). Рубінові стрижні послужили основою лазерів, для цієї мети використовується і ітрій-алюмінієвий гранат (ІАГ). Безбарвний сапфір використовується для виробництва спеціальних оптичних деталей, синтетичний кварц — для електронної і оптичної промисловості. Синтетичні алмази широко застосовуються в ріжучих інструментів (різці, бурові коронки тощо) і як абразиви, на нього покладають великі надії не стільки ювеліри, скільки фахівці в галузі електроніки та оптики — цей матеріал в перспективі дозволить виготовляти оптичні і електронні елементи, що працюють у надзвичайно жорстких умовах. Популярна імітація алмазів — кубічний оксид цирконію (у Росії його називають фіаніт, оскільки він був вперше вирощено в ФИАНе, Фізичному інституті ім. Лебедєва Академії наук СРСР) також був синтезований для використання в оптичній промисловості.
Втім, існує ряд синтетичних дорогоцінних каменів виробів, що використовуються майже виключно в ювелірних цілях. Це синтетичні смарагд, бірюза, благородний опал, зірчасті корунди.
Тим не менш, хоча ювеліри недолюблюють синтетику, вона займає свою ринкову нішу. «Якщо замовнику потрібно прикраса з дуже великим каменем високої чистоти, є два шляхи — або шукати природний камінь, що може бути важко і до того ж обійдеться досить недешево, або використовувати синтетичний аналог, — пояснює свою точку зору головний експерт Гемологічного центру МДУ Олександр Столяревич. — Ювелірна синтетика цілком має право на життя. Просто треба чесно пояснювати це покупцям».

Набагато складніше виявити облагороджування або іншу обробку каменю. Коричневі алмази, колір яких зумовлений не домішками, а дефектами кристалічної решітки, під впливом високих температур і тисків стають безбарвними. Діагностувати таку обробку можна тільки досить складними методами типу ІЧ-спектроскопії та рамановской спектрометрії, які дозволяють виявляти найтонші зміни в дефектних центрах кристалічної решітки.

Алмаз чи ні?

Для того, щоб відрізнити справжній алмаз від імітації, що випускаються спеціальні тестери, засновані на високій теплопровідності цього каменю. Досить доторкнутися голкою тестера до каменя — і через кілька секунд, вимірявши швидкість її охолодження, прилад видасть свій вердикт. Правда, побутові прилади такого типу досить капризні: для надійної діагностики потрібно дотримати ряд рутинних заходів — знежирити поверхню каменю, перевірити, не окислилась чи голка, відкалібрувати прилад і т. п. До того ж тільки за теплопровідності неможливо відрізнити діамант від такої імітації як муассанит (для цього випускаються прилади, що дозволяють визначати електричну провідність).
Ще один старий метод заснований на змочуваності алмазу жирами. Слід від спеціального жирового фломастера на грані діаманта буде суцільним, а на інших каменях він буде стягуватися в ряд точок. Ще один експрес-тест, можливий без спеціального обладнання — це перевірка на повне внутрішнє відбиття. Якщо камінь огранований з дотриманням пропорцій діамантової огранки (це можна проконтролювати, вимірявши його), можна покласти його на намальовану попередньо на папері точку майданчиком вниз. Якщо це дійсно алмаз, то точка «зникне» (не буде видно).

Окрема розмова — про синтетичних алмазах. Коли в 1950-х роках фахівці шведської компанії ASEA і американської GE отримали перші кристали синтетичного алмазу, вартість їх значно перевершувала природні аналоги. З тих пір синтетичні алмази неювелірного якості навчилися вирощувати в промислових кількостях, а в останні кілька років були досягнуті значні успіхи і в галузі вирощування крупних алмазів ювелірної якості. Основний метод синтезу на сьогодні — це так званий HPHT (high pressure, high temperature), тобто кристалізація з розчину вуглецю в металевому розплаві на основі заліза і нікелю при високих температурах і тиску. Виробництвом таких алмазів займається кілька компаній. Найбільша з них — американська Gemesis — кілька років тому планувала наситити ринок дешевими синтетичними алмазами. Один з найбільших постачальників алмазів на світовий ринок, корпорація «Де Бірс», була дуже стурбована цією загрозою і відреагувала, розробивши відповідні прилади для діагностики, засновані на УФ-флюоресценції. Та й самі камені виявилися не такими вже й дешевими (всього в два-три рази дешевше природних), тому виробники зараз переважно орієнтуються на промислове застосування в оптиці та електроніці — синтезувати камені можна з заздалегідь заданими властивостями, що для природних алмазів неможливо. Для іншого методу одержання синтетичних алмазів — газофазного процесу CVD (chemical vapor deposition) — тести ще тільки розробляються, але і самі камені в комерційних кількостях на ринку поки відсутні.

Цікаве в мережі

Втім, найчастіше винахідливість шахраїв компенсує використання дешевих імітацій. Олександр Столяревич розповів «Популярної механіки» випадок з власної практики, коли за алмазну сировину були видані топази, ретельно ограновані… у вигляді природних кристалів алмазу (по щільності вони близькі, і на перший погляд виявити відмінності складно). На грані «кристалів алмазу» навіть був нанесений за допомогою різця характерний малюнок…

Стаття опублікована в журналі «Популярна механіка»
(№6, Червень 2009).