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最適化された宝石の見分け方は？
識別とその操作プロセスで使用される機器と装置のガイド
最適化処理後の宝石やジュエリーは、販売時に権威ある機関による宝石改良検査の証明書を提示しなければならない。その目的は明確で、宝石の内部と外部の特徴に基づき、目視検査と様々な検査方法と機器によって、人工的な処理が施されているかどうかを判別することである。主な鑑別方法と内容は、以下のような側面があります：
(1)人工的な処理が施された宝石の様々な特徴の識別と確認。
最適化処理の後、宝石は色、構造、組成などを変更します。宝石の最適化処理の特徴は、目視検査や機器のテストを通じて決定されます。
(2)どのような人工的治療法が考えられるか？
最適化処理後の宝石の内外の特性および試験データに基づいて、宝石がどの最適化処理方法を受けた可能性があるかを分析し、最適化処理の特徴に基づいて宝石の最適化処理方法を決定する。
(3) 最適化された処理製品の物理的および化学的特性の安定性。
最適化処理された宝石は、美しく安全で、安定した物理的および化学的特性を有し、宝飾品市場に参入するために宝石の美的および経済的価値を高めなければならない。市場で販売される場合、最適化処理された宝石は無表示でも良いが、処理された宝石は、それらが受けた処理の種類を示さなければならない。そうでなければ、市場で混乱を引き起こし、消費者の間でパニックを引き起こす。
ラマン分光計
目次
セクションI 最適化処理された宝石を識別する方法と手順
最適化処理された宝石を正確かつ迅速に識別するためには、目視に頼る以上のものが必要である。宝石を識別するために様々な機器が開発されている。宝石鑑別機器は、最適化処理された宝石の内部および外部の特徴を観察し、宝石の最適化の具体的な方法を決定するために必要です。実際の鑑別では、単一の測定器がすべて強力ということはなく、複数の測定器を併用して互いの裏付けを取る必要がある。宝石の測定器を選ぶ際には、使いやすく、迅速な測定が可能で、サンプルにダメージを与えないことが重要です。一般的な検出方法と手順は以下の通り：
(1) 宝石の詳細な目視観察を行う。
宝石の特定の性質は、色、形、透明度、光沢、特殊な光学効果、劈開、破砕、特定のカッティングの特徴など、視覚的な観察によって判断することができる。水晶原石であれば、結晶の形から結晶族や結晶系を判断する。照明された光の下では、宝石のより明白な介在物を観察することができます。
(2) 倍率検査
サンプルを十分に洗浄し、拡大鏡または顕微鏡を使用して宝石の小さな内部と外部の特徴を観察する。サンプルの外側の特徴は反射光で、内側の特徴は透過光または強い光源で観察する。散乱ホワイトボードやオイル浸漬により、特殊な場合には内部の成長パターンや色分布の特徴を観察することができる。様々な角度から観察し、天然、合成、または人工的に強化された宝石を区別するための証拠として観察結果を記録する。
(3) 光学特性の検出
屈折率、極性、蛍光特性、吸収スペクトル特性など、宝石の光学特性を測定する。異なる宝石は、特徴的な屈折率または屈折率の範囲を持っています。屈折率や複屈折を測定することで、宝石が均質か非均質か、一軸結晶か二軸結晶かなどを判断することができる。例えば、2つの異なる宝石材料から作られた複合石は、2つの材料の屈折率の違いに基づいて識別することができます。合成スピネルの屈折率は、天然スピネルの屈折率よりも大きい。
(4) 物理的性質の検出と化学的検査
例えば、オイルで処理されたルビーやエメラルドは、熱い針で触れるとオイルが滲み出します。琥珀は燃やすと香ばしい匂いを放ちますが、プラスチックのレプリカは燃やすと刺激臭を放ちます。
(5) 大型機器によるテスト
最適化処理された宝石の中には、従来の宝石機器や方法では識別できないものもある。宝石の種類や最適化処理方法を決定するために、赤外線吸収分光分析、ラマン分光分析、紫外線-可視分光分析などの大型機器検査を使用することができる。
したがって、宝石鑑別機器の種類、構造、原理、使用方法、注意点などを理解し、最適な処理を施した宝石を鑑別する際に適切な鑑別機器を選択し、使用方法を正しくマスターすることが不可欠である。
セクション II 虫眼鏡
拡大鏡は宝石の鑑別に最もよく使われる道具のひとつで、倍率は一般に10倍である。拡大鏡は小さく、持ち運びが簡単で、広く使用されている。それは、宝石の表面とそのような表面の成長パターン、亀裂、亀裂、内部の成長パターン、暗いインクルージョンなど、より明白な内部の特徴を観察するために使用されます。
1.ハンドヘルド拡大鏡の構造
宝石の鑑別によく使われるルーペは凸レンズです（図2 - 1）。最も単純な構造はシングルレンズで、一般的に低倍率に適しています。より複雑な構造はダブレットレンズやトリプレットレンズで、2倍から3倍の倍率がかかり、球面収差や歪みを防ぐことができる凸レンズの曲率増加の問題を解消します。
拡大鏡を購入する際には、方眼紙を使ってその品質を判断することができる。手持ちの拡大鏡の下で方眼紙の端に歪みがあるかどうかをチェックし、歪みの程度が小さいほど、拡大鏡の品質が良いということになります。
2.拡大鏡の機能
宝石の拡大鏡は、宝石の内外のより明白な特徴を観察するために使用することができ、宝石の識別のための効果的かつ便利なツールです。一般的に、肉眼で宝石の色、透明度、光沢などの基本的な特徴を観察した後、拡大鏡を使用して、ひび割れ、成長パターン、内包物などの宝石の外部および内部の特徴をさらに調べることができます。
観察者の姿勢、癖、光源、背景などが観察結果に影響します。ルーペを使用する場合は、できるだけ目に近づけて観察するのが正しい方法です。虫眼鏡が揺れないように、宝石を持つ手が虫眼鏡を持つ手に触れるようにし、肘をテーブルに置いて虫眼鏡と目、宝石の間に一定の距離を保つようにします。
セクション III 宝石顕微鏡とその応用
宝石の内包物は小さく、普通のルーペでは観察できないことがある。このような場合は、より高倍率の機器、すなわち顕微鏡を使用することができます。宝石用顕微鏡で宝石を観察すると、拡大鏡を使用するよりも鮮明です。マイクロスコープは倍率が200倍と広いだけでなく、手持ちのルーペのような揺れがないためです。欠点は大きくて持ち運びに不便なことである。マイクロスコープは、10倍の拡大鏡では見えにくい内部の内包物を観察するために使用され、高倍率で視野が広いため、最適化された宝石処理の典型的な特徴、例えば、熱処理されたルビーにおける内包物の変化、熱処理された琥珀における気泡の破裂によって生じる「太陽光」、着色オイルで満たされたエメラルドに見られる閃光効果などを観察することができる。
1.宝石顕微鏡の種類と構造
宝石顕微鏡とは、双眼顕微鏡に宝石ホルダー、照明装置、浸油タンクなどの補助装置を付けたものである。最適化された宝石処理の識別では、主に肉眼や10メートルの拡大鏡では見えにくい宝石の内部と外部の特徴を観察するために使用されます。一般的な顕微鏡には、縦型顕微鏡と横型顕微鏡があります。宝石の性質や観察方法の違いによって、さまざまな顕微鏡が選択されます。
(1) 垂直顕微鏡：
宝石の鑑別に最も一般的で広く使用されている顕微鏡である（図2 - 2）。光源と顕微鏡システムが一体化しており、宝石を上から観察できるのが特徴です。
(2) 水平顕微鏡：
光源と拡大装置が分離しており、顕微鏡、宝石、光源が同一水平線上にあるため、宝石の側面観察が可能。最大の特徴は、油浸容器を使用して宝石の内部構造を観察できることである。
2.宝石顕微鏡の照明
縦型宝石顕微鏡は、一般に、上部光源と下部光源の2つの光源を備えている。上部の光源は蛍光光学式光源または白熱光源である。下部光源は白熱光源です。一般的な照明方法は9種類ある。
(1) 暗視野照明
宝石と光源の間に黒い板を置き、背景を反射させない。光はエッジから回折し、明るく淡い色のインクルージョンと黒い背景の間に明確なコントラストを作り出します。このタイプは最も一般的に使用される[図2 - 3 (a) ]。主に、透明な宝石に含まれる淡い色のインクルージョンや成長構造（結晶インクルージョンや成長パターンなど）を観察するために使用されます。
(2) ブライトフィールド照明
光は宝石を下から直接照らし、しばしば絞りをピンポイントに固定します。これにより、宝石内の暗いインクルージョンと明視野の間に明確なコントラストが生まれ、また、湾曲した縞模様や低く突出したインクルージョンの観察にも適しています[図2 - 3(b) ]。
(3) 垂直照明（トップ光源使用）
上部から光を当て、その反射光を利用して宝石の表面の特徴を観察します[図2 - 3(c) ]。主に宝石の表面に亀裂や傷、凹凸がないかを確認するために使用される。
(4) 拡散照明
宝石と光源の間にファイバーなどの半透明の素材を置くと、光が散乱して柔らかくなり、宝石の色相環や色帯構造を観察しやすくなります[図2 - 3(d) ]。
(5) 水平照明（任意の光源を使用）
細い光線を宝石の端から端に向けて、宝石の上から観察し、結晶や気泡のような明るい針を見やすくします（ペンシルライトテクニック）。
(6) 針光源照明
ライトリングを宝石と光源の間に固定し、垂直方向の光だけを宝石に当てることで、湾曲した縞模様や色帯、裂け目、パーティングなどの構造を観察しやすくします。
(7) 偏光照明（任意の偏光板とアナライザーを使用）
宝石を2つの交差した偏光板の間に置き、均質体であるかどうかを観察し、プレクロイズム、異常消光、偏光顕微鏡で観察可能なその他の効果をチェックする（図2 - 4）。
(8) 斜め照明（任意のファイバー光源を使用）
垂直と水平の間の角度は、劈開の液体インクルージョンによって引き起こされる薄層効果（虹彩色など）の観察を容易にするためです。
(9) 暗視野法
宝石と光源の間に部分的に不透明なバッフルを挿入し、宝石に直接光が当たらないようにして、内包物が明瞭な三次元効果を示すようにし、湾曲した縞や双晶などの成長構造の位置を観察するのに役立ちます（図2～5）。
3.宝石顕微鏡で使用される一般的な浸漬液
(1) 一般的な浸漬液
宝石用浸漬液として一般的に使用されているのは、正立顕微鏡、横型顕微鏡ともに浸漬槽を備えた油性液体です。宝石を浸すことで、内部のインクルージョンや成長パターンなどを観察することができ、表面や小さなファセットの反射による干渉を減らし、内部の特徴を効果的に観察することができる。宝石の屈折率に近い液体に宝石を浸すと、より顕著な結果が得られます。理想的な浸漬液は、良好な揮発性と高い透明性を持ち、無毒無臭であることが望ましい。また、観察される宝石に近い密度や屈折率を持つように調合することもできる。宝石顕微鏡に使用される一般的な液浸液には、グリセリン、流動パラフィン、塩化ナフタレン、ジヨードメタンなどがあり、それらの屈折率の値を表2 - 1に示します。
表2 - 1 各種浸漬液の屈折率
| 浸漬液の名称 | 屈折率 |
|---|---|
| 水 | 1.33 |
| ターペンタイン | 1.47 |
| グリセリン | 1.47 |
| 塩化ナフタレン | 1.63 |
| 液体パラフィン | 1.47 |
| ジヨードメタン | 1.74 |
(2)浸漬液使用上の注意事項
宝石顕微鏡には多くの種類の浸漬液を使用することができ、選択する浸漬液は宝石によって異なります。浸漬液を選択するための要件には、以下の点が含まれます：
浸漬液を選択する場合、液体の屈折率が宝石の屈折率に近いことが要求される。
多孔質宝石、有機宝石、組み立て宝石のセメントは浸漬液に入れないでください。
塩化ナフタリン、ジクロロメタンは臭気が強いので、浸漬した宝石は取り出して洗浄すること。
焦点距離を調整する際は、対物レンズが浸漬液に接触したり、レンズが低すぎて液の蒸気の影響を受けないようにしてください。
正立顕微鏡は、浸漬槽が対物レンズの下、光源の上にあり、観察時間が管理しやすい長さであること。
4.宝石顕微鏡使用上の注意事項
宝石を観察する場合、観察結果の誤りや操作ミスによる顕微鏡の破損を避けるため、顕微鏡を正しく使用することが大切です。使用する際には以下の点に注意してください：
(1) 宝石の内部および外部の特徴を観察する場合、適切な光源を選択する。一般に、内部観察には透過光を、外部観察には反射光を用いる。
(2)対物レンズの焦点距離を調節するときは、急にチューブを上下させると、対物レンズが宝石に当たって傷ついたり、つぶれたりすることがありますので、ゆっくりと上下させてください。
(3)顕微鏡を清潔に保ち、レンズを指で触らず、レンズペーパーで拭く。
(4)使用後は電源を切り、対物レンズを最下部に調整し、蓋をしてください。
5.宝石鑑別における宝石顕微鏡の役割
宝石顕微鏡は、主に宝石の表面と内部の特徴を観察するために、宝石の識別に広く使用されています。一般的な外的特徴には、表面の欠陥（傷、摩耗、成長パターン、酸エッチングパターンなど）やカッティングスタイル（ファセット形状、対称性など）が含まれ、一般的な内的特徴には、インクルージョンの種類と分布特性、色の分布、成長パターン、二重屈折の有無、異なる材料からなる複合石であるかどうかなどが含まれます。
顕微鏡でいくつかの典型的な特徴を観察することで、宝石に人工的な処理が施されているかどうかを判断することができます。例えば、充填処理が施されたエメラルドの場合、充填部位の色、光沢、透明度の違いを、エメラルド本体と比較して顕微鏡で見ることができます。
(1) 宝石の表面と内包物の違い
宝石の表面と内部の特徴を区別することは、宝石の識別において非常に重要である。一般的に言って、宝石の品質に対する表面の特徴の影響は、内部の特徴のそれよりも小さい。例えば、ダイヤモンドのクラリティグレーディングでは、ダイヤモンドのクラリティに対する内部インクルージョンの影響は、表面のピットや成長線などよりも大きい。宝石顕微鏡の下で、表面と内部の特徴を区別する方法には、反射光法、焦点面法、スイング法などがあります。
反射光方式
宝石を観察する方向から光を照射し、宝石の表面である反射面の位置に顕微鏡の焦点を合わせる。内部のインクルージョンであれば、表面が鮮明であればインクルージョンは不鮮明になり、外部の特徴であれば、両方が同時に鮮明になる。
フォーカルプレーン法
フォーカスノブを調節して、宝石の表面の大部分が同時にクリアになるようにする。上記の反射法と同様に、宝石の表面がはっきりしているときは、内部のインクルージョンははっきりしません。逆に、内部インクルージョンが明確な場合は、表面を明確にする必要があります。
スイング方式
ピントをある位置に合わせ、宝石を回転させながら、内部と外部の特徴の振幅を観察する。
(2) 表面の特徴の観察
宝石の鑑別では、まず宝石の表面の光沢、ひび、割れなどの特徴を観察し、宝石の種類を予備的に判断する。原石を観察する場合は、宝石の結晶形、結晶面のパターン、劈開などの特徴に注目する。
鉱物の結晶や原石の表面の特徴
- 結晶面の縞模様は、鉱物結晶の表面に線状の縞模様として現れ、結晶面の成長と発達を反映している。鉱物の結晶形態によって、その表面の成長縞は異なる。例えば、α-石英結晶の表面には横縞があり、ダイヤモンドには典型的な三角形の縞があり、トルマリン結晶にはしっかりとした縞がある（図2 - 6）。
- 双晶（そうしょう） 2つ以上の同じ結晶が一定の対称関係に従って配列してできた連続体を双晶といい、双晶とも呼ばれる。双晶の個体のつながり方によって、接触双晶、相互貫入双晶、環状双晶に分類される。接触双生児はさらに単純接触双生児と集合接触双生児に分けられる。双晶縞は、双晶接合部の結晶面、劈開面、または宝石の切断研磨面に現れる線状の縞である。双晶は、水晶の相互貫入双晶、ダイヤモンドの三角形薄片双晶（図2-7）、クリソベリルの三つ折り双晶、スピネルの接触双晶など、宝石鉱物の特徴である。
- 劈開と亀裂：劈開とは、鉱物が外力を受けて一定の方向に割れ、滑らかな平面を形成すること。劈開の方向と数は結晶によって異なる。亀裂の表面は不規則で滑らかではなく、結晶の種類とは無関係だが、加えられた外力にのみ関係している。
- 成長ヒロック：結晶の成長過程で形成される幾何学的形状で、規則的な形状を持ち、結晶表面からわずかに隆起しているものを成長ヒロックと呼ぶ。天然ダイヤモンドと合成ダイヤモンドの成長ヒロックの特徴は大きく異なる（図2 - 8）。
② P既成 Gエムストーン
最適化処理後の宝石のカットスタイルは、天然石のものとは異なります。天然宝石に比べ、最適化された宝石のカット率は悪く、表面には凹凸が見られることがあります。最適化された宝石の場合、主な観察項目は、切断率、エッジのマッチング、研磨品質、傷、表面欠陥などです。
複合石（コンビネーション・ストーン）
複合宝石はまた、2つ以上の異なる材料の宝石を組み合わせることによって形成された宝石の加工を改善することができます。顕微鏡で観察すると、コンポジットストーンは以下のような特徴を示します：
- コンポジットストーンのジャンクションシーム コンポジットストーンの異なる素材の接合部には、明確なジャンクションシームが現れ、その上下に色や光沢の違いが観察される。
- 複 合 石 の 部 分 に お け る 光 沢 の 変 化 複 合 石 は 、屈折率や透明度の異なるさまざまな素材から構成されているため、顕微鏡で観察すると、素材 の違いによる光沢の変化を観察することができる（図 2 - 9）。
- 接合部分に気泡はないか？例えば、ガーネットが上に乗っている接合石の場合、拡大検査すると接合層に気泡があり、ガーネットとガラスの色の違いによるレッドリング効果が見られます。
コーティング、フィルム、包膜
コーティングやフィルム処理を施された宝石は、一般的に表面層が薄く、硬度が低い。高温で処理された宝石は、傷、衝突跡、気泡、コーティングの部分的な剥離など、顕微鏡下で表面の違いを観察することもできる（図2 - 10）；高温にさらされた後、宝石はまた高温特性を有することが見出される。コーティングされた宝石の表面は、一般的に透明度と光沢の低い多結晶膜であり、包埋された宝石の表面は合成宝石のものであり、一般的に成長線や気泡などの合成宝石の特徴を示す。
染色・着色製品
染色または着色された宝石は、一般的に多くの自然の亀裂を持っています。拡大鏡や顕微鏡の下では、宝石の亀裂や穴に染料や着色剤を観察することができます。これらの着色剤の存在は、宝石の色の多様性を増加させ、顕微鏡下で、色の分布は非常に不均一であり、色は亀裂で濃く、緻密な構造で明るい（図2-11）。
(3) 内部構造の観察
色彩観察
天然宝石の色は必ずしも均等に分布しているわけではなく、染色宝石の色の分布は宝石の構造に関係している。例えば、染色された翡翠の色は繊維状の構造に沿って分布し、構造が緩い部分は色が濃く、密な部分は色が薄い。天然ルビーには多くの亀裂があるため、染色ルビーでは亀裂の部分に深い色が出ることが多い。
成長ラインの観察
天然石と合成石の成長パターンは異なる。一般的に、天然宝石の成長線は、天然サファイアの角張った成長色帯のように直線的であるのに対し、火炎溶融法で合成されたサファイアの成長線は弧状である。もちろん、フラックス法で合成されたルビーの成長線が直線であるのに対し、天然真珠の成長線は同心円状であるなど、異なる状況もある。
介在物の観察
内包物の特徴は、天然宝石、合成宝石、最適処理された宝石を見分けるための最も重要な識別基準である。インクルージョンの種類は、成長環境の違いによって異なります。
天然宝石には豊富なインクルージョン（内包物）が含まれています。内包物（インクルージョンと呼ばれる）の種類は、宝石の生成に関係している。
- 塩基性岩や超塩基性岩で見つかる宝石は、主にゲータイト、ヘマタイト、マグネタイト、ルチルなどの固体の暗色鉱物を含む。
- ペグマタイトに含まれる宝石は、多くの気体や液体のインクルージョンを含み、一般にティアドロップ型、楕円形、または平行した管状の形で現れる。例えば、新疆ウイグル自治区のアルタイで産出するアクアマリン・キャッツアイは、細かい管状のインクルージョンが密に詰まったものです。
- 熱水活動に関連した宝石には、ガス、液体、固体の鉱物インクルージョンが含まれることが多いが、2相または3相のインクルージョンが共存することもある。例えば、コロンビア産エメラルドには三相インクルージョンが見られる（図2 - 12）。
- インクルージョンの原点とその影響。宝石の生成条件の違いにより、宝石の内包物には大きな違いが見られます。また、宝石によっては特徴的な内包物があります。例えば、トルマリンの管状インクルージョン、トパーズの二相非混和性液体インクルージョン、エメラルドの三相インクルージョン、鉱物インクルージョンなどである。
合成宝石に含まれるインクルージョン
- 火炎溶融法：ルビー、サファイア、スピネル、ルチル、チタン酸ストロンチウムなどを合成できる。合成された宝石は一般に、蓄積と結晶化の過程による弧状の成長線を示し、未溶融の原料粉末や丸い気泡を示すこともある（図 2 - 13）。
- フラックス法：ルビー、エメラルド、クリソベリルを合成できる方法。プラチナ容器を使用するため、プラチナのインクルージョンが生じることがある。温度制御が適切でない場合、原料のインクルージョンが現れることがあり、通常、合成エメラルドに含まれるベールのようなインクルージョンのように、ホウキのような、または雲のような気泡集合体の形で現れる（図 2 - 14）。
- 水熱法：当初は光学結晶の合成に用いられ、後にルビーやアメジストの合成に用いられ、最近ではエメラルドの合成にも用いられている。代表的な例として、合成エメラルドの針状酸化ベリリウム固体包有物や液体・気体包有物など、内部に結晶種を持つ包有物がある（図 2 - 15）。
宝石の人工的改良
- 無色の素材を充填したもの。充填された宝石の屈折率や光沢を顕微鏡で観察すると、気泡や光沢・屈折率の不均一な分布が現れることがある。例えば、処理されたルビーでは、フィリング材とルビーの屈折率の差によって気泡が観察され、宝石表面の光沢や輝きに差が生じることがある（図2 - 16）。
- 染色と着色。染色処理は、ルビー、ヒスイ、メノウ、真珠、水晶など、多くの種類の宝石に施すことができます。天然宝石には多くの亀裂があることが多いので、染色のために明るい色の有機染料または無機顔料を使用すると、天然宝石の色を改善することができます。染色処理後の宝石を顕微鏡で観察すると、宝石の割れ目や粒の間に着色物質や色の分布があるかどうかを調べることができる。例えば、染色された水晶（図2-17）では、拡大すると宝石の亀裂に色が集中しているのがわかる。宝石の表面を白い紙や綿で拭くと、染色が不十分な宝石は白い紙や綿に呈色が残ることがわかる。
- コーティング、接着、裏打ち コーティングは一般的な処理方法で、水晶やトパーズなどの無色の宝石の表面に真空コーティングで人工ダイヤモンドの膜を貼り、ダイヤモンドを模倣する方法などがある。顕微鏡で見ると、その表面は無垢のような光沢を放っている。合成ダイヤモンドは多結晶であるため、時間の経過とともに表面に亀裂や摩耗が生じることがある。宝石のテーブルまたはパビリオンに金属の層をコーティングすることができ、より良い反射効果と鮮やかな色を提供します。拡大すると、虹色の表面が観察できます。付着は、無色または色の薄いベリルによく使われます。緑色の合成エメラルドの層は、エメラルドとして機能するように、合成法を使用してベリルの表面に成長させる。熱膨張が異なるため、合成エメラルド層とベリルの界面にクラックが生じやすく、顕微鏡で観察することができる。バッキングは、薄いオパールの下に黒いバッキングを作り、全体の色を濃くするなど、色の薄い宝石によく施される。層間の色の違いは顕微鏡で観察できる。
- コンポジット・ストーン：2つ以上の素材を接着剤で有機的に結合させ、宝石全体の外観を形成するプロセスをコンポジットと呼ぶ。コンポジット・ストーンは、ダイヤモンド、オパール、エメラルド、ルビー、サファイア、ガーネットなどに用いられる。拡大すると、コンポジットストーンの中に境界界面があるかどうか、層と層の間に接着剤が存在するかどうか、上層と下層の各部分でインクルージョンの特性が異なるかどうか、コンポジットストーンの表面に気泡が存在するかどうかなどを観察することができる。
セクション IV 屈折計
宝石用屈折計は、全内部反射の法則に基づいて設計・製造されています。光波が密度の高い媒質から密度の低い媒質へ伝搬するとき、入射角がある程度に達すると全内部反射が起こります。内部全反射の臨界角の大きさは、媒質の屈折率に関係している。屈折率計の前面から高鉛ガラスに光を当てると、光は高鉛ガラスの半球を通り、高屈折率の浸漬油と宝石の接触部に到達し、全内部反射が起こります。この光は、通常の高 - 鉛ガラス、レンズ、スケール、プリズムの反対側で反射し、接眼レンズに到達し、観察者は測定された宝石の屈折率値を直接読み取ることができます（図2 - 18）。
屈折計は、表面が滑らかな宝石に適しています。サンプルは表面が滑らかであるか、小さすぎるか、屈折計との接触面積が不十分でないと屈折率と複屈折を測定できません。有機質の宝石、多孔質の宝石、屈折率が1.78を超える試料も屈折率および複屈折の測定はできません。
1.屈折計を使用するための前提条件と制限
ひとつは照明光源で、一般にナトリウムランプや、光源または接眼レンズに黄色フィルターを加えることで得られる589nmの黄色光源である。もうひとつは接触液で、ガラステーブルと宝石試料を良好に接触させるために必要であり、その屈折率は宝石試料の屈折率よりも大きいことが要求される。屈折計で使用される接触液は有毒であることは注目に値する。試料が浮遊したり、観察者に不必要な危害を与えないように、接触液の使用量は最小限にし、使用後はボトルをしっかりと閉めてください。使用時には次の点に注意してください：
(1)高鉛ガラスの屈折率に近い屈折率を持つ浸漬オイルを選ぶ必要があり、一般的には1.80～1.81程度である。
(2) 宝石の屈折率は、全反射を起こすための浸漬油およびガラス半球の屈折率より小さくなければならない。宝石の屈折率が浸漬オイルの屈折率より大きい場合、屈折率計で宝石の屈折率を測定することはできません。
(3) 様々な宝石の臨界角は一定であるため、光の内部全反射の異なる領域に基づいて、宝石の異なる屈折率値を記述することができる（つまり、入射角がどのように変化しても、内部全反射の最大入射角は1つだけであり、この最大値を超える光はすべて反射されない）。これにより、視野内に明るい部分と暗い部分ができる。試料と偏光板をあらゆる方向に回転させ、接眼レンズで明暗の境界の目盛りを観察することで、宝石の屈折率を求めることができます。
2. 屈折計の操作手順
(1) 測定する試料を洗浄または清拭し、適量の接触油を測定ステージに置く。
(2) 試料の研磨面または結晶面を下にして、測定ステージ上のコンタクトオイルの上に静かに置きます。
(3) 試料と偏光板を全方向に回転させ、観察接眼部から明暗境界の目盛値（屈折率）を読み取ります。
(4) 均質体は1つの屈折率値しか測定できない。一方、非均質体は最大値と最小値を測定することができ、この2つの値の差が試料の複屈折となります。
(5)試料の光学特性を明暗境界の変化に基づいて決定することができる。
3.屈折計の用途
屈折計は宝石の鑑別において重要な役割を果たします。最適に処理された宝石を識別するのに役立ちます。例えば、複合宝石に含まれる2つの素材の屈折率はしばしば異なります。それはまた、宝石の異方性または等方性を決定することができます。主に以下のような宝石の鑑別に使用される：
(1) 宝石の等方性、異方性を判断し、等方性の宝石の屈折率を測定する。
(2) 異方性宝石の屈折率の最大値と最小値、複屈折を測定する。
(3) 異方性宝石の軸性、一軸性か二軸性か、光学的符号を決定する。
(4)複合宝石の判定。組み合わされた宝石の上層と下層では素材が異なるため、屈折率に差が生じることがあり、組み合わされた現象があるかどうかを判断するのに役立ちます。
セクションV 宝石分光器
分光器は、宝石の吸収スペクトルを観察するために使用することができ、宝石の品種を識別し、宝石内の着色元素を推測するのに役立ち、特に典型的なスペクトルを有するものについては、宝石の亜種を決定するために使用することができ、また、宝石が処理されているかどうかを区別するために使用することができる。分光器は、処理された宝石を識別するのに特に有用であり、例えば、照射されたダイヤモンドと天然ダイヤモンドの識別、天然コランダムと改良コランダムおよび合成コランダムの識別、天然翡翠と染色翡翠の識別、および様々な複合宝石の識別も分光器を使用して達成することができる。
1.分光器の原理
分光器は、特定の波長の光波を吸収する宝石を通過する光、またはその表面から反射される光を観察することによって宝石を識別します。宝石はそれぞれ独自の内部構造を持っており、同じ着色イオンを持つ宝石でも、その内部構造の違いにより、全く異なる色を発色することがある。例えば、エメラルドとルビーは、結晶中の着色元素クロムの存在によって着色され、一方は緑色、他方は赤色である。それぞれの宝石には特徴的な吸収スペクトルがあり、これが宝石の検査と識別の基礎となる。透明な宝石の色は、光の選択的吸収に起因する。
(1) 分散
白色光線が透明な物体（プリズムなど）の傾斜面を通過するとき、その光線は構成波長に分解され、赤、橙、黄、緑、シアン、青、紫の分光色が生成される。可視光でよく見られる色の波長は、赤770～640nm、オレンジ640～595nm、黄595～575nm、緑575～500nm、シアン500～450nm、青450～435nm、紫440～400nmである。
(2) 選択的吸収
すべての物体は、可視光線に対してさまざまな吸収の度合いを持っている。これらの物体を通過した光を分解すると、吸収された波長を見ることができる。すべての光波が吸収されると、スペクトルは黒く見え、通過するとスペクトル色を示す。物体が一部の光波を吸収すると、材料は特定の色を示し、この吸収は多くの場合、材料内の特定の元素に関連している。
2.分光器の種類と機能
原石もセットされた宝石も、分光器を使って検査することができる。宝石の発色の理由は、その吸収スペクトルを調べることによって研究することができる。特に、密度や屈折率を測定する方法では識別できないもの、例えば、密度を測定できないセットストーンや、屈折率が1.81以上で屈折計が効かなくなるような宝石の識別には、分光器を使うと便利で早い。従って、宝石を識別するための観察や検査に分光器を使用することは特に重要である。
宝石の鑑別に使用される分光器は、一般に非常にシンプルな構造で、筒状で持ち運びが容易である（図 2 - 19）。分光器はその構造からプリズム型と回折格子型に分けられる。
3.分光器の構造と特徴
(1) プリズム分光器
プリズム分光器は一連のプリズムで構成され、比較的直線的な光路を作り出し、これらのプリズムは光学的に接触している。プリズム分光器の特徴は、青～紫の光領域が相対的に広がっていることである。対照的に、赤色光領域は相対的に圧縮され、その結果、スペクトルのカラーゾーンが不均一に分布する。光の透過率が良いので、スペクトルの明るい部分が現れ、青紫色光領域のスペクトルを観察するのに有利です。
建設
プリズム分光器は、スリット、レンズ、プリズムセット、スケール、接眼レンズで構成されます（図 2 - 20）。
プリズム素材：
特定の波長の可視光を吸収しないこと、分散色が広すぎても狭すぎてもいけないこと、一軸であること。さもなければ、2組のスペクトルが生成されることになる。
プリズムは通常、有鉛ガラスか無鉛ガラスで作られ、できれば三角形か五角形のプリズムを組み合わせて使い、かみ合わなければならない。
スリット：
逆光の量を調節するための窓。透明な宝石の場合、スリットはほぼ完全に閉じられ、半透明または弱い半透明の宝石の場合、スリットはわずかに広く開かれるべきである。
フォーカシングスライディングチューブ接眼レンズ：
一人ひとり異なる目の焦点距離に合わせて、接眼レンズの焦点距離を調整。
スペクトル特性：
紫と青の領域は比較的広く、赤と黄色の領域は狭く、色の濃い宝石に適しており、青紫の光を吸収する宝石の観察を容易にする。
(2) グレーティング分光計
回折格子分光器は、主に回折格子群で構成される。回折格子分光器の特徴は、分光領域の大きさがほぼ等しく、赤色光領域の分解能がプリズム分光器よりも高いことである。プリズム分光器に比べ透過率が低く、より強い光源が必要である（図 2 - 21）。
構造：
回折格子分光器は、コリメートレンズ、回折格子、接眼レンズから構成される（図 2 - 22）。
スペクトル特性：
プリズム分光器に比べ、グレーティング分光器のスペクトルはやや暗く、均一で、波長スケールも均一です。透明度の高い宝石や、赤色領域に吸収線を持つ宝石に適しています。
4.分光計使用上の注意
(1) 分光器に使用する光源は、強力で集光性のある白色光源（白熱灯）でなければならず、通常、スポットライト懐中電灯、顕微鏡光源、偏光板の光源などを使用する。
(2)光源は熱放射を持つ。試料は、スペクトルに影響を及ぼす可能性のある宝石の過熱を避けるため、短時間光源下に置かなければならない。長時間の照射は、吸収線をぼやけさせたり、消滅させたりすることがある。
(3) 人間の血液が592nmに吸収線を出すことがあるので、宝石を直接手で持たないこと。
(4) 宝石によっては吸収に方向性があり、様々な角度から注意深く観察する必要がある。プレクロアズムの強い宝石は、方向によって吸収スペクトルに違いが見られることがある。
(5) 複合宝石の場合、部分によって吸収スペクトルが異なることがあるため、さまざまな方向から注意深く観察する必要がある。
(6) フォトクロミックメガネをかけている人は、メガネのネオジムの吸収線とテスト宝石の吸収線の混同を避けるため、分光テスト中はメガネを外すこと。
5.色 - 宝石中の原因イオンとその適用範囲
白色光がイオンを含む透明な宝石を通過したり、不透明な宝石の表面で反射したりすると、光の一部が吸収され、宝石に色が見える。
宝石の色は、それが含む色 - 原因イオン - に関連しています。異なる金属イオンによって着色された宝石は、異なる吸収スペクトル特性を有する。しかし、同じ金属イオンによって着色された宝石は、同様の吸収スペクトルの特性を持っています。金属イオンの特徴的な吸収スペクトル線は、宝石の品種や宝石が処理されているかどうかを判断するのに役立ちます。
分光計は非常に広いです。彼らは、主に色の宝石に適用される宝石の色 - 原因元素を決定するために使用することができます。ジルコン、ダイヤモンド、エンスタタイトを除く無色の宝石は、顕著な吸収スペクトルを持っていません。識別においては、典型的なスペクトルを持つ宝石にのみ適用される。典型的なスペクトルを持つ宝石は、識別の診断的特徴として役立つので、重点的に習得すべきである。
(1) クロム-イオンカラー宝石の吸収スペクトル
クロムイオンは、一般的な宝石の最も重要な着色元素である。クロムイオンによって着色された一般的な宝石には、ルビー、レッドスピネル、アレキサンドライト、エメラルド、ヒスイなどがあり、これらの宝石の特徴的な吸収スペクトルを図2 - 23に示す（回折格子分光計で観察）。
図2-23の宝石はすべてクロムイオンによって着色されているが、吸収スペクトルは似ているが同一ではない。ルビーの吸収スペクトルは、赤色領域に3本の吸収線、黄～緑色領域にブロードな吸収、青色領域に3本の吸収線、紫色領域に完全な吸収があり、レッドスピネルの吸収スペクトルは、赤色領域に吸収線、黄～緑色領域に吸収帯、紫色領域に完全な吸収がある；アレキサンドライトの吸収スペクトルは、赤色領域に吸収線、黄色～緑色領域に吸収帯、青色領域に1本の吸収線、紫色領域に全吸収を持つ。エメラルドの吸収スペクトルは、赤色領域に吸収線、オレンジ～黄色領域に弱い吸収帯、青色領域に弱い吸収線、紫色領域に全吸収を持つ。翡翠の吸収スペクトルは、赤色領域（630～690nm）に3本の階段状の吸収線があり、紫色領域には437nmの吸収線がある（緑色が明るく純粋な場合、437nmの吸収線は欠けることがある）。
(2) 鉄イオンカラー宝石の吸収スペクトル
鉄イオンによって着色される一般的な宝石には、サファイア、カンラン石、クリソベリル、アルマンディンなどがあり、これらの宝石の特徴的な吸収スペクトルを図2 - 24に示す（回折格子分光計で観察）。
サファイア、カンラン石、クリソベリル、アルマンダインはすべて鉄イオンによって着色されるが、その吸収スペクトルは異なる。サファイアの吸収線は、450nm、460nm、470nmの青色領域にある3本の細い吸収帯であり、カンラン石の吸収線は、453nm、473nm、493nmの青色領域にある3本の細い吸収帯である；クリソベリルの吸収線は、青色領域の444nmに強い吸収細帯がある。アルマンディンの吸収線は、黄色-緑色領域に3つの強い吸収細帯（505nm、527nm、576nm）があり、青色領域と橙色-黄色領域に弱い吸収細帯がある。
(3)コバルトイオンカラーの宝石の吸収スペクトル
コバルトイオンによって着色された一般的な宝石には、合成ブルースピネルやコバルトガラスがある。これらの宝石の吸収スペクトル線を図2 - 25に示す。合成ブルースピネルの吸収スペクトルは、緑、黄、橙 - 黄の領域に3つの強い吸収帯があり、緑の領域に最も狭い吸収帯がある。コバルトガラスの吸収スペクトルは、緑、黄、橙 - 黄の領域に3つの強い吸収帯があり、黄の領域に最も狭い吸収帯がある。
(4) 他の一般的な宝石の吸収スペクトル
その他の一般的な宝石には、ダイヤモンド、ジルコン、スペサルティンなどがある。これらの宝石の吸収スペクトルを図2 - 26に示す。
無色ダイヤモンドの吸収スペクトルは、紫色領域の415nmの線である。653.5nmの赤色領域の吸収線は、無色ジルコンの診断用吸収線である。有色ジルコンの吸収線は、653.5nmの赤色領域の吸収線を中心として、1から40までの様々な色帯に一様に分布している。432nmの紫色領域の吸収細帯は、スペサルティンの診断用吸収帯である。
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6.処理された宝石の吸収スペクトルの最適化
(1) 熱処理された宝石
天然宝石は熱処理を受けると、着色元素の原子価状態が変化したり、他の着色イオンに変化したりして、宝石の色が変化したり、透明度が増したりする。
例えば、90%以上のオーストラリア産サファイアは熱処理を受けますが、処理前は450nm、460nm、470nmの吸収線がほぼつながっているのに対し、処理後は470nmの吸収線が分離し、3本の吸収線が比較的明瞭になります。トルマリンの吸収帯では、595nmの吸収線が最も強く、熱処理後は595nmの吸収線が最も強くなるとは限りません。
(2) 照射された宝石
照射は、主に宝石に欠陥を引き起こし、色中心を形成することによって、宝石を着色することができる。この方法で着色された宝石は、一般的に特徴的な吸収スペクトルを持たず、吸収スペクトルを示すものはわずかである。例えば、中性子照射によって着色されたダイヤモンドは、498nmと504nmに一対の吸収線を示します。
(3) 染色された宝石
天然の緑色翡翠は630nm、660nm、690nmに3本の吸収線を持つが、染色翡翠は630 - 670nmに広い吸収帯を示す。染色翡翠は650nmの赤色光域にぼんやりとした吸収帯があり（図2-27）、これが典型的な識別の特徴である。
(4) フィルド・ストーン
充填処理は、ターコイズのような構造的に多孔質の宝石に一般的に使用され、ターコイズはその明るい色と柔らかい質感から、着色プラスチックで充填されることが多い。充填されたターコイズは、特徴的な吸収スペクトル線を示しません。一方、天然のターコイズは、反射光で観察すると460nmに弱い吸収線、432nmに強い吸収線を示します。
第VI節 宝石密度の測定
密度は、宝石の識別における重要な物理的パラメータであり、宝石の各タイプは、その固定密度値を持っています。したがって、宝石は、その密度に基づいて識別することができる。異なる宝石は、化学組成や結晶構造の変化に起因する異なる密度または密度の範囲を持っており、宝石の同じタイプであっても、化学組成の変化や不純物の存在に起因する密度の特定の違いを持つことができます。
密度テストはまた、最適化処理された宝石のための比較的効果的な識別方法です。充填処理を受けた宝石のほとんどは、充填ターコイズのように、天然ターコイズよりも密度が低い。しかし、有機宝石や複合宝石のような最適化処理された宝石の中には、密度検査では識別できないものもある。現在、密度を測定する方法として一般的に用いられているのは、天秤秤量法や重液法である。
天秤は物体の質量を測る道具である。宝石学では、宝石の重量を量るだけでなく、その密度を測定するためにも使用される。宝石の品質（重さ）を量るためには、国家標準では、天秤が1万分の1グラムの精度を持つことが要求される。宝石の品質（重さ）と密度は、宝石を識別・評価するための重要な基礎となるため、天秤を正しく使うことは重要な技術です。
一般的に使用されているのは電子天秤である。天びんの種類にかかわらず、計量の精度を確保するためには、使用前に校正してゼロにセットすること、計量中は天びん台の振動や空気の対流を防ぐなど、環境を比較的静穏に保つことの2点を守る必要があります。
1.宝石の相対密度を測定する方法
(1) 試験原理
宝石の密度を表す単位はg/㎝³が一般的で、これは体積1㎝³の宝石の質量を表す。相対密度は密度値に非常に近く、換算係数はわずか1.0001であるため、密度測定は非常に複雑である。宝石学では通常、測定された相対密度値をおおよその密度値とし、宝石中の相対密度をdで表すのが一般的である。
相対密度を求める方法（静水圧計量法とも呼ばれる）はアルキメデスの原理に基づく。物体を液体に浸すと、液体が物体に及ぼす浮力は、変位した液体の重量に等しくなる。液体が水の場合、単位体積の水の質量に対する水温の影響は無視できる。アルキメデスの原理によれば、試料の密度(p)は、空気中の試料の質量(m)と質量(m1液体媒体中（p0)は、式(2 - 1)に従う。
式の中で、
ρ- 室温での試料の密度、g/cm3
m-空気中の試料の質量、g；
m1-液体媒体中の試料の質量、g；
ρ0-液体媒体の密度 g/cm3.
水の密度は近似値であるため、宝石にかかる空気の浮力は無視でき、宝石の質量は空気中の物体の質量と同じになる。密度の値を求めるには、対象物を空気中と水中で計量する。
(2) テストステップ
相対密度の測定に必要な器具は、天秤、ガラスビーカー、木製スタンド、銅線などである。
宝石の表面に不純物がないことを確認するために、宝石をきれいにする。
天びんを水平に調整し、空中の宝石の質量（m）を測定します。
水を入れたビーカーを台の上に置き、ワイヤーバスケットに宝石を入れ、質量(m)を量る。1)の水中での宝石。
宝石の相対密度(d) = 空気中の宝石の質量(m) / (空気中の宝石の質量(m) - 水中の宝石の質量(m)) を計算する。1) ) .
(3) 注意事項
相対密度を測定するための静水秤量法は、多種多様な宝石材料の試験に適している。測定時には以下の点に注意する：
検査する宝石は非吸収性でなければならず、充填宝石、有機宝石などはこの方法で相対密度を検査することはできない。
水中で測定する場合は、安定した状態であることが望ましく、泡はできるだけ避ける。
ピンセットを使って宝石を優しく扱い、揺らさないようにする。
測定精度に影響を与えないよう、周囲は静かな環境にしてください。
試料が小さすぎると測定誤差が大きくなり、試料が大きすぎて天びんの計量範囲を超えてしまうと相対密度を求めることができません。
検査結果は小数点以下2桁を保持する。
水中で宝石の質量を計量する場合、周囲のものが計量データに与える影響を排除することが重要です。例えば、宝石の周りに気泡が付かないようにする、支持体とビーカーが天秤皿に触れないようにする、銅線がビーカーに触れないようにする等です。
2.重液法による宝石の相対密度の測定
宝石鑑別では、宝石の相対密度範囲を推定するために、重液（浸漬油）中における宝石の分布状態を用いることが多い。異なる重液の相対密度は、宝石の相対密度に基づいて決定される。
この方法は、物質の相対密度を測定するための最も簡単で便利な方法であり、天秤秤を必要とせず、むしろ相対密度の異なる一連の重い液体と物質の相対密度を比較する。既知の相対密度の液体に宝石を入れ、沈没または浮遊現象を観察することにより、それが液体の底に沈む場合、それは宝石の相対密度が液体のそれよりも大きいことを示し、それは液体の表面に浮かぶ場合は、宝石の相対密度は、液体のそれよりも小さいです。一般的に使用される重液は、ブロモホルム、テトラブロモエタン、デュリエル液、ジヨードメタン、クレリチ液などで、いずれも相対密度は一定である。表2 - 2に示すように、一連の重液を作るためには、異なる溶液で希釈する必要がある。
表2 - 2 一般的な重い液体の相対密度
| 重い液体名 | 相対密度 | 希釈剤 | 希釈範囲 |
|---|---|---|---|
| ブロモメタン | 2.89 | ベンゼン、ジメチルベンゼン、ブロモナフタレン | 2.5 - 2.88 |
| テトラブロモエタン | 2.95 | ジメチルベンゼン | 2.67 - 2.95 |
| ドゥリエルの解決策 | 3.19 | 水 | 2.2 - 3.19 |
| ジヨードメタン | 3.34 | ベンゼン、ジメチルベンゼン | 3.1 - 3.3 |
| クレリチの解決策 | 4.15 | 水 | 3.33 - 4.15 |
例えば、充填宝石の相対密度は天然宝石の相対密度より低い。宝石の相対密度を決定する場合、以下の点に注意すべきである：
重い液体は有毒であることが多いので、測定時間はあまり長くせず、使用後は密閉して光を避けて保管すること。
蒸発や汚染を避けるようにしてください。重液の相対密度に誤差を生じます。
天然有機宝石、合成プラスチック、人工コーティング、2層や3層の石など、溶解しやすい物質については、重い液体による測定は避けてください。
重液体法は、ダイヤモンドやその模造品など、相対密度が著しく異なる宝石の測定によく用いられます。流動的な環境において最も効果的な識別方法の一つです。
3. 宝石特性のための重液体（浸油）試験の最適化
重液は、部分的に最適化された宝石の特性をテストするために使用することができ、主に以下の側面がある。
(1) 組立結石の検出
組み上げた宝石を浸漬液の中に入れ、ガードル面に平行な方向から観察する。組み合わされた宝石の様々な特徴、例えば、組み合わされた層の結合の継ぎ目、上層と下層の色の変化などを見ることができる。
(2) 顕微鏡を用いた宝石の構造観察
宝石の屈折率が浸漬オイルの屈折率に近い場合、宝石の表面での反射光と拡散反射光が減少し、成長線、カラーバンド、インクルージョンなどの宝石の内部の特徴を観察し、研究するのに有益です。
(3) 複合成長処理と拡散処理の検出
重い液体（浸漬オイル）を使用することで、複合成長層や拡散の観察が可能になります - 合成エメラルドなどの処理された宝石。
第VII節 長波と短波紫外線の識別
紫外線蛍光ランプ（UVランプと呼ばれる）は、主に宝石の発光特性を観察するために使用される重要な鑑別補助器具である。宝石の中には紫外線を照射すると可視光を発するものがあり、これを紫外線蛍光という。蛍光反応が宝石の鑑別に決定的な影響を与えることは稀である。
例えば、ダイヤモンドとキュービックジルコニアのような模造品、ルビーとガーネットなどを識別することができる。紫外線蛍光特性はまた、宝石が最適化処理を受けたかどうかを判断することができます。
紫外線は可視光線の外にあり、波長範囲は約100nm～380nm。異なる宝石は、紫外線の下で異なる色を示す。いくつかの最適化処理された宝石は、宝石が最適化処理を受けたかどうかを識別するのに役立ち、紫外線の下で特定の色を生成します。紫外線は長波長紫外線と短波長紫外線に分けられ、長波長紫外線は380～300nm、短波長紫外線は300～200nmである。
1.UVランプの動作原理
長波長紫外線ランプは通常 365nm の波長の光を放射し、短波長紫外線ランプは 253.7nm の波長の光を放射する（図 2 - 28）。
紫外線ランプ管は、ある波長範囲の紫外線を放射することができる。特別に設計されたフィルターを通した後、波長365nmの長波長紫外線または波長253.7nmの短波長紫外線のみを放出する。長波長紫外線と短波長紫外線の下での宝石の蛍光特性は、宝石の識別に役立ちます。
2.紫外線ランプの使い方
現在、さまざまなタイプの紫外線ランプが市場に出回っているが、内部構造や動作原理はすべて同じで、紫外線光源、暗箱、観察窓の3つの部分から構成されている。また、紫外線による目の障害を防ぐために、目を保護するゴーグルが付属しているものもある。
検査する宝石をUVランプの下に置き、光源のスイッチを入れ、長波長（LW）または短波長（SW）を選択し、宝石の発光を観察する。蛍光の強さに注意するだけでなく、蛍光の色や蛍光が発せられる場所にも注意してください。蛍光の強さは、「無」「弱」「中」「強」の4段階に分類されることが多い。時には、宝石のファセットに紫外線が反射するために、紫色の蛍光の誤った印象が発生することがあります。また、蛍光は宝石全体が発する光であり、ファセット反射は局所的で光量にムラがあり、硬く見える。通常、長波長下での宝石の蛍光強度は短波長下でのそれよりも大きい。試料の燐光を観察する必要がある場合は、スイッチを切って観察を続けてください。
3.宝石識別におけるUVランプの役割
(1) 紫外線蛍光は宝石の品種を識別するために使用される。
ルビーとガーネット、特定のエメラルドとグリーンガラス、サファイア、ベニトアイトなど、色の外観が似ている宝石もある。しかし、蛍光特性には大きな違いがあるため、蛍光検査によって見分けることができる。
(2) 天然宝石と合成宝石を区別するのに役立つ。
天然ルビーには程度の差こそあれ鉄分が含まれており、紫外線下での蛍光色は合成ルビーよりも明るく鮮やかではない。天然エメラルドの蛍光色は、合成エメラルドほど明るくないことが多い。火炎融解合成イエローサファイアは不活性に見えるか、長波長光の下で赤色蛍光を発するが、天然イエローサファイアの一部は黄色蛍光を示す。火炎融解合成ブルーサファイアは薄い青白色または緑色蛍光を示すが、天然ブルーサファイアの大部分は不活性に見える。
(3) ダイヤモンドとその模造品の識別に役立つ
ダイヤモンドの蛍光強度は、全くないものから強いものまで実に様々で、様々な色を示す。強い青色蛍光を発するダイヤモンドは、通常黄色の燐光を発する。合成キュービックジルコニアのような一般的な模造品は、不活性に見えるか、長波長紫外線の下で黄色の蛍光を発する。対照的に、イットリウム・アルミニウム・ガーネットは黄色の蛍光を示し、ガドリニウム・ガリウム・ガーネットはしばしばピンク色に見える。短波長紫外線下では、無色透明の合成スピネルは青白い蛍光を発し、無色透明の合成コランダムは水色の蛍光を示す。合成キュービックジルコニア、イットリウム・アルミニウム・ガーネットなどは蛍光強度が一定している。
(4) 宝石が人工的に強化されたものであるかどうかを判断する。
最適化された宝石は、天然宝石とは異なる蛍光特性を持つことがあります。例えば、いくつかのスプリットストーンの接着剤層は蛍光を発し、オイルやガラスで満たされた宝石の充填物は蛍光を発することがあり、硝酸銀で処理された黒真珠は蛍光を発しないが、いくつかの天然黒真珠は蛍光を発することがある。
B -グレードの翡翠は、時に強い蛍光を発することがある（図 2 - 29）。天然の翡翠は局所的な蛍光を発することもあるが、処理されたB -グレードの翡翠やB + Cグレードの翡翠は、全体的に均一な蛍光を発することがある。強酸で侵食され、樹脂で染色された場合、染料が蛍光を覆い、見えなくなってしまうことがある。総合的に判断するためには、検出時に他の方法を併用する必要がある。
4.蛍光観察の注意点
宝石の蛍光を観察するのはとても便利で、蛍光の色や強さによって宝石の種類や処理の有無を判断することができる。観察の際には、以下の点に注意する必要がある：
(1)短波長の紫外線は、目や皮膚を傷つけ、ひどい場合は失明することもある。蛍光灯の直視は避ける。また、短波長の紫外線には手を近づけないでください。火傷を防ぐには、手の代わりにピンセットを使うのが一番です。
(2) 宝石の蛍光反応は、鑑別の補助的な証拠にすぎない。試料が局所的に光る場合、特に複数の鉱物からなる翡翠の場合、その蛍光はいずれかの鉱物に由来する可能性がある。例えば、ラピスラズリに含まれる方解石が蛍光を発するが、これは宝石の表面に付着した油やワックスによるものであることがあるので、サンプルを洗浄して再検査する必要がある。
(3) 宝石の蛍光性を評価する場合、透明なサンプルと不透明なサンプルでは蛍光性に違いがあるため、サンプルの透明性を考慮する必要がある。
(4) 宝石の蛍光色は宝石自体の色と異なる場合があり、同じ種類の宝石でも異なるサンプル間で蛍光色に大きな違いがある場合がある。
(5) 蛍光を観察する場合、宝石は暗い環境に置かれるべきである。
5.長波長紫外線下におけるいくつかの宝石の特徴
(1) ダイヤモンド
高品質の無色ダイヤモンドは、自然光で観察すると青い色合いを示すことが多い。さまざまな不純物のために、ダイヤモンドはピンク、青、白、黄色、緑、オレンジ、および他の色の蛍光を示すことができます。
イエロー - ブラウンカラーのダイヤモンドは、ほとんどが弱い蛍光を発し、濁った色や蛍光をまったく発しないものもある。高温高圧処理されたノボダイヤモンドは、強い黄色と緑色の蛍光を発し、ダイヤモンドの複合石も天然ダイヤモンドとは異なる蛍光を発するものがある。
(2) エメラルド
エメラルドはその産地の違いにより、異なる光学的特性を示す。インクルージョンのあるコロンビア産エメラルドは暗赤色の蛍光を発することが多く、インクルージョンの少ないエメラルドは明るい赤色の蛍光を発する傾向があります。
合成エメラルドは一般に、強く明るい赤色の蛍光を示す。合成エメラルドの蛍光は通常、天然エメラルドよりも強い。オイルを充填したエメラルドのほとんどは、長波長光の下で強い蛍光を示し、蛍光の強さは充填オイルの性質によって異なる。
(3) ルビー
天然ルビーは通常、長波長紫外線の下で鮮やかな赤色蛍光を示すが、その光学的特性は品質や色によって若干異なる場合がある。合成ルビーはより鮮やかな赤色蛍光を示す。染色ルビー、無色オイルフィルドルビー、着色オイルフィルドルビーもまた、異なる蛍光現象を示すことがある。
(4) サファイア
ほとんどの天然サファイアはアステリズムを示しませんが、スリランカ産の黄色、淡色、ほぼ無色のサファイアは、オレンジ、ピンク、濃い赤のアステリズムを示すことがあります。
合成サファイアとピンク、オレンジ、バイオレット、色 - 変化サファイアは赤のアステリズムを示し、ニッケル - 色の合成イエローサファイアは一般的に蛍光を発しない。
6.短波長紫外線下における宝石の特徴
(1) コランダムの原石
天然ルビーは短波長の紫外線の下で暗赤色の蛍光を示し、合成ルビーは明るい赤色の蛍光を示す。天然サファイアは一般に蛍光を示さないが、合成サファイアは一般に乳白色の蛍光を示す。熱処理された天然サファイアは乳白色の蛍光を示し、染色されたルビーは短波長の紫外線の下で明るい赤色の蛍光を示す。
(2) ダイヤモンド
天然ダイヤモンドは、短波長の紫外線の下では蛍光を示さないか、弱い赤色蛍光を示す。合成ダイヤモンドは、短波長の紫外線の下では、色によって異なる蛍光効果を示す。
(3) インペリアルトパーズ
インペリアル・トパーズは、短波長の紫外線の下では、黄色、緑色、または青白い蛍光を発する。
(4) ジルコン
無色の天然ジルコンは短波長の紫外線の下で濁った薄黄色の蛍光を示し、褐色のジルコンは強い濁った黄色の蛍光を示す。市場に出回っている「ホワイト・ジルコン」をはじめとする中級宝石は、すべて人工的に合成されたキュービック・ジルコニアであり、このような光学的特性を持たないため、ジルコンとダイヤモンドの見分けは容易である。
セクションVIII チェルシー・カラーフィルター
このフィルターは、特殊な選択吸収によって異なる色を示す特定の宝石を検出するために一般的に使用されます。特定の緑色、青色、染色された宝石を検出することができ、識別のための補助的な機器として機能します。チェルシーフィルターは、深紅色と黄緑色の光だけを通す2枚のゲルフィルタープレートで構成されています（図2 - 30）。入射光が宝石に反射してフィルター板に当たると、波長が560nmの場合、少量の緑色光が透過します。一方、波長700nmの近赤外光は多量に透過し、その他の波長域の光はフィルター板で吸収・濾過される。
透明な宝石では、クロムイオンによって着色された宝石のほとんどが、鮮やかな赤と緑に見える。エメラルドを検出する場合、天然に産出されたエメラルドのほとんどは、チェルシーフィルターの下で赤く見える。元の宝石の色が良ければ、フィルターの下で美しいルビーのような色を示し、元の宝石の色が薄ければ、薄い赤に見える。合成エメラルドは、チェルシーフィルターの下で、深い赤や明るい赤を示します。チェルシーフィルターは、緑、青、赤の宝石の検出に非常に効果的で、特にエメラルド、サファイア、ヒスイ、スピネル、ビルマ産ルビーの識別に成功しています。検査にチェルシーフィルターを使用する際は、外光の干渉を避けるため、目とフィルターをできるだけ近づける必要があります。
1.チェルシーフィルターの使い方
(1) サンプルを洗浄する。
(2) 試料を黒板（反射しないもの、観察背景に影響を与えないもの）の上に置きます。
(3) 試料をよく照明された場所に置くか、強い白熱灯の下に置き、検査した宝石の試料の表面で光が反射するようにする。
(4) カラーフィルターをできるだけ目に近づけ、試料から30cm程度離して観察する。
2.チェルシーカラーフィルターの応用
1990年代、中国で翡翠への愛が高まるにつれ、天然の高品質着色翡翠の模造品が市場に出回るようになった。染色された翡翠の多くはクロム塩で着色されており、宝石内部にクロムイオンが存在するため、チェルシーカラーフィルターの下では赤く見える。この性質を利用して、天然のジェダイトと区別することができる。そのため、チェルシー・カラーフィルターをジェダイト・カラーフィルターと呼ぶこともある。ニッケル塩で染色されたジェダイトはチェルシー・カラーフィルターの下では色が変化しない。
Chelseaカラーフィルターは、主に緑と青の宝石と特定の染色された宝石を識別します。ジェダイト、オパール、グリーントルマリン、アクアマリン、天然のブルースピネル（鉄着色）、サファイア、ブルートパーズ、および特定のエメラルドは、一般的にフィルターの下では色が変わりません。一部のエメラルド、デマントイド、クロムバナジウムグロスラー、ハイドログロスラー、ラピスラズリ、アベンチュリンはフィルター下で赤色に変化します。クロム塩で処理された緑色や青色の宝石は、フィルターの下で赤色に変わります。
3.チェルシーカラーフィルター使用上の注意事項
カラーフィルターはサイズが小さく、持ち運びが簡単で、特定の天然グリーンとブルーの宝石と染色された宝石を区別することができます。使用にあたっては、以下の点に注意する必要がある：
(1) 観察に適した光源を選ぶ。弱い懐中電灯や白熱灯は適さないし、直射日光も効果がない。
(2) カラーフィルターを通して観察される色の濃さは、試料の大きさ、形状、透明度、固有の色によって異なります。
(3) 染料の種類や含有量の違いにより、サンプルごとに反応が異なる場合があります。
(4)カラーフィルター識別はあくまで補助的な手段であり、他の識別結果と組み合わせて判断する必要がある。
セクションIX 宝石最適化処理の同定における大型機器の応用
現代の科学技術の発展に伴い、新たな最適化処理方法と宝石の品種が絶えず出現している。最適化処理が施された宝石の中には、表面や内部の特徴が天然のものと非常によく似ているものがあり、鑑別の難しさにつながり、従来の宝石鑑別機器では鑑別が難しくなっています。近年、いくつかの大型分析機器の導入と応用により、従来の機器では識別できない多くの問題が解決されている。そのため、大型分析機器は最適化された宝石の鑑別において、ますます重要な役割を果たしている。
1.フーリエ変換赤外分光法
赤外分光計は通常、光源、分光器、検出器、コンピュータ情報処理システムから構成される（図 2 - 31）。分光装置の種類によって、分散型と干渉型に分類される。分散型デュアルビーム光学式ゼロバランス赤外分光光度計の場合、試料がある周波数の赤外放射を吸収すると、分子の振動エネルギー準位が遷移を起こし、その結果、透過光の対応する周波数が低下する。これにより、参照ビームとサンプルビームの間に強度の差が生じ、サンプルの赤外スペクトルの測定が可能になります。
赤外分光法は分子の構造や化学結合の研究に利用でき、化学種の特性評価や同定の方法としても役立つ。FTIRと略称される赤外分光法は特異性が高く、標準化合物の赤外スペクトルと比較することで分析・同定が可能である。標準的な赤外スペクトルのコレクションがいくつか発表されており、これらのスペクトルをコンピュータに保存して比較検索することで、分析や同定を行うことができる。
(1) 基本原則
4000～400cmの赤外線 – 1 分子の振動が双極子モーメントによって変化すると、分子内の電荷分布が変化し、交番電場が発生する。赤外吸収は、この電場の周波数が入射電磁波の周波数と一致したときにのみ起こる。したがって、赤外スペクトルを発生させるには2つの条件が必要である。すなわち、放射線が物質の振動遷移を誘発するのに十分なエネルギーを持つこと、そして分子が双極子モーメントを持っていることである。
赤外線のスペクトル線は波数によって3つのカテゴリーに分けられる。 – 1中赤外、400～4000cm – 1近赤外線、4000～7500cm – 1.鉱物の吸収スペクトルとは、鉱物に照射される赤外光の周波数が異なるため、透過率が異なることを指す。縦軸は透過率、横軸は周波数を表します。これが鉱物の変化を表す曲線となり、その鉱物の赤外吸収スペクトルと呼ばれます。赤外領域のイオン性基の吸収帯をもとに、物質の定性・定量分析ができる。
(2) 試験方法
宝石赤外分光法の検査方法は、透過法と反射法に分けられる。
透過法（粉末錠剤法）は、主に宝石鉱物中の水分、有機物、不純物を調べる破壊的同定法である。調製法は臭化カリウム（KBr）錠剤法であり、測定への影響を少なくするため、KBrは光学試薬グレードか、少なくとも分析グレードのものが望ましい。使用前に適切に粉砕（200メッシュ以下）し、120℃以上で乾燥後、デシケーターに4時間以上置く。固まりが見られる場合は、再度乾燥させる。調製した空のKBr錠剤は透明で、透過率が75%以上であることが望ましい。錠剤法で採取する試料は通常1～2mgで、使用するKBrは200mg程度である。
反射法は、最適化された宝石処理を識別するために、現在最も一般的に使用されている方法である。透明または不透明な宝石の赤外線反射スペクトル特性に基づき、充填処理材料、染料、その他の有機ポリマー材料の同定に役立ち、正確で非破壊的な同定方法です。
(3) 宝石学研究への応用
赤外スペクトルの特性は宝石の材料組成と構造に依存し、完全に同じ赤外スペクトルを持つ宝石はありません。赤外分光分析は試料を傷つけず、装置操作は簡単で、応答は敏感で、検査構造は正確です。宝石の赤外線スペクトル特性から、宝石の種類、合成か最適化かを判断することができます。
天然宝石と合成宝石を区別する：天然宝石と合成宝石は、組成も物理化学的性質も同じである。しかし、生育環境の違いにより、構造に異なる変化が生じる。例えば、天然アメジストと合成アメジストは、色、透明度、内包物の違いの他に、赤外スペクトルも異なる。 – 1一方、天然のアメジストにはこの吸収ピークはない（図2 - 32）。
人工充填処理の識別方法は、2つ以上のエポキシ基を有し、脂肪族、脂環式、または芳香族の官能基を骨格として使用し、硬化剤と反応してポリマーエポキシ樹脂の三次元網目構造を生成し、主に充填の形で、広く翡翠、トルコ石、エメラルドなどの貴重な翡翠の人工充填処理に使用されます。多くの種類のエポキシ樹脂が存在し、新しい品種はまだ出現している。一般的な種類は、エポキシ化ポリオレフィン、過酢酸エポキシ樹脂、エポキシオレフィンポリマー、エピクロルヒドリン樹脂、ビスフェノールA樹脂、エピクロルヒドリン-ビスフェノールA縮合ポリマー、ビスエピクロルヒドリン樹脂などである。
物質の分子振動を得ることで、FTIRは結晶中の水分子、水酸基、樹脂、油分などを効果的に分析することができる。例えば、フーリエ変換赤外分光計を用いた充填されたエメラルドの検査は、一般的に反射法で行われ、試料台の上に宝石のテーブル面を下にして置き、宝石のパビリオンから光が入射し、宝石全体を通過し、鏡に反射し、再び宝石を通過して検出器に到達する。クラックに充填された樹脂やオイルは宝石のごく一部であり、生成された光は充填された領域を透過する必要があるため、サンプルを検査する際には、宝石を鏡の上で360°回転させる必要があります。
フーリエ変換赤外分光計は、天然翡翠と充填翡翠を区別することができる。天然翡翠は非常にブロードな吸収ピークを示すが、充填翡翠のスペクトルは非常に狭い帯域に樹脂の赤外吸収ピークを明瞭に示す（3200～2800cm – 1図2-33参照）。
2.ラマン分光分析
(1) 基本原則
ラマン分光法は散乱分光法の一種である。ラマン分光分析法は、インドの科学者C.V.ラマンによって発見されたラマン散乱効果を応用したもので、入射光と周波数が異なる散乱光のスペクトルを分析することで、分子の振動や回転に関する情報を得ることができ、分子構造研究の分析手法として用いられている。ラマンスペクトルを分析することで、物質の振動や回転のエネルギー準位を知ることができ、物質の同定や性質の解析が可能となる。ラマン分光法は、非破壊で検出速度が極めて速く、低コストであるという利点がある。また、自然双極子運動がほとんどない、あるいは全くない対称性の高い共有結合にも感度が高い。図2-34にラマン分光器の基本構造を示す。
ラマン分光法は、異なるソースからのラマンスペクトルIDを比較することにより、宝石の化学的特性と起源を特定することができます。ラマン分光計は、あらゆる種類のホウ酸塩、炭酸塩、ハロゲン化物、ネイティブ元素、酸化物、リン酸塩、ケイ酸塩、硫酸塩、硫化物について、正確でユニークなスペクトルデータを生成します。
(2) 宝石学におけるラマン分光法の応用
宝石によってラマンスペクトル特性が異なるため、モアッサナイトやクォーツなどの模造品とダイヤモンドを見分けることができます。ダイヤモンドは、1332cmに単一のC-Cラマンシフトを持つ。 – 1モアッサナイトの最も強いラマンピークは788cmである。 – 1に特徴的なピークを示す。 – 1766センチ – 1石英の主なラマン特徴ピークは475cmの吸収ピークである。 – 1.ダイヤモンド、モアッサナイト、石英のラマンスペクトルの違いを図2 - 35に示す。
天然碧玉の模造品。天然東洋碧玉と模造東洋碧玉のラマンスペクトルには本質的な違いがあり、前者は主にディッカイトと辰砂のラマンスペクトルである。前者は主にディッカイトと辰砂のラマンスペクトルであり、後者は主に有機物のラマンスペクトルである。天然東洋碧玉「土」の主成分はディッカイトであり、天然東洋碧玉「血」の試料は辰砂とディッカイトの両方を含み、本質的には辰砂とディッカイトの複合体である。模造東洋碧玉の「土」の主成分はポリスチレン-アクリロニトリルであり、「血」は赤色有機染料である。
(3) 宝石の最適化処理の識別への応用
ラマン分光法は、合成樹脂で処理された翡翠、エメラルド、トルコ石、ルビー、鉛ガラスで処理されたダイヤモンドなど、フィラーで処理された宝石を識別することができます。宝石のクラックに含まれる様々な充填材は、宝石の識別に一定の課題をもたらしますが、ラマン分光分析検査技術を使用することで、充填材の種類を正確に識別することができます。
- 充填されたルビーの識別 低温充填は、一般的に表面にクラックが達しているルビーに適用され、低融点物質が関与している。接着剤やワックスであれば、ラマン分光分析が可能であり、有機成分が2800～3000cmにC-H結合伸縮振動の吸収ピークを示すことが観察される。 – 1.(図 2 - 36）.
- 充填エメラルドの識別ラマン分光法は、天然エメラルドと充填エメラルドを区別することができる。天然エメラルドは非常に広い吸収ピークを示すが、充填エメラルドのスペクトルは、非常に狭い波長範囲（3200～2400cm）に樹脂と油の赤外吸収ピークを示す。 – 1図 2 - 37）。
天然赤珊瑚と染色珊瑚の区別。天然赤珊瑚のラマンスペクトルピークは 1129cm – 1 と1517cm – 1一方、染色された赤珊瑚は1089cmに単一の高強度スペクトルピークを持つ。 – 1 (図2 - 38）、ラマンスペクトルに大きな違いが見られた。
3.紫外-可視分光光度分析
(1) 基本原則
紫外-可視吸収スペクトルは、宝石中の原子、イオン、分子の価電子や分子軌道の電子が電磁波の照射を受けて遷移することによって生じる分子吸収スペクトルである。結晶構造の異なる様々な色の宝石は、色の原因となる不純物イオンを持ち、そのイオンは選択的に異なる波長の入射光を様々な程度に吸収し、異なる吸収スペクトル線を生じる。吸収される光の波長領域に基づいて、紫外-可視分光光度計は紫外分光光度計と可視分光光度計に分けられます。
宝石の結晶では、電子はさまざまな状態で存在し、さまざまなエネルギー準位群に分布している。結晶中の不純物イオンの基底状態と励起状態のエネルギー差が、結晶を通過する単色光のエネルギーにちょうど等しいとする。その場合、結晶はその波長の単色光を吸収し、基底状態の電子が励起状態のエネルギー準位に遷移し、結晶の吸収スペクトルに吸収帯が生じ、紫外～可視吸収スペクトルが形成される。
(2) 試験方法
宝石の検査方法は、直接透過法と反射法に分けられる。
直接伝送方式
宝石サンプルの研磨面またはリング面（光ビームがリングの腰の側面を通過するようにする）を直接サンプルステージに置き、天然宝石または特定の人工処理された宝石の紫外-可視吸収スペクトルを得る。直接透過法は非破壊検査法であるが、特に不透明な宝石や底部インレイのあるジュエリーを扱う場合、得られる宝石の情報はかなり限られており、吸収スペクトルを測定することは困難である。このため、紫外-可視吸収スペクトルのさらなる応用には限界がある。
反射法
紫外-可視分光光度計の反射装置（鏡面反射装置や積分球装置など）を利用することで、直接透過法での検査で発生する問題を解決することができ、紫外-可視吸収スペクトルの応用範囲が広がる。
(3) 宝石検出の最適化への応用
天然ダイヤモンドと照射済みダイヤモンドの見分け方
紫外線-可視吸収分光法を用いると、天然ブルーダイヤモンドと人工的に照射されたブルーダイヤモンドを効果的に区別することが可能です。天然ブルーダイヤモンドの色は不純物B原子によるもので、540nmから長波長に及ぶ紫外-可視吸収スペクトルによって特徴付けられ、可視吸収スペクトルでは吸収率が増加する。照射されたブルーダイヤモンドは、特徴的なGR1（741nm）のカラーセンターを示します（図2 - 39）。
天然イエローサファイア、熱処理イエローサファイア、放射線照射イエローサファイアの見分け方
また、紫外線-可視吸収分光法は、天然イエローサファイア、熱処理イエローサファイア、照射イエローサファイアを効果的に区別することができる。天然イエローサファイアの発色メカニズムは、3価の鉄イオンの電子遷移によるもので、紫外-可視光に375nm、387nm、450nmに吸収帯がある。熱処理イエローサファイアは、この3つの帯にほとんど吸収がない。照射イエローサファイアの発色メカニズムは、主にカラーセンターによるものであるため、387nmと450nmに非常に弱い吸収がある（図2 - 40）。
科学技術の発展に伴い、宝石を最適化する方法や技術も日々進歩している。従来の鑑別方法では、最適化された宝石と天然の宝石を区別することが難しくなっています。宝石の最適化のための新しい方法と技術は、出現し、更新され続け、従来の機器では区別できないいくつかの最適化方法については、大規模な - 機器試験は、それらを決定するために使用することができます。したがって、大規模な機器テストは、宝石の識別に非常に重要な役割を果たしています。これらの一般的な機器は、宝石の予備的な観察と識別を提供することができます。大規模な機器は、多くの場合、私たちはより詳細な情報とデータを提供し、私たちはより深く、より正確に宝石を観察し、理解するのに役立ちます。
