Atomski tipovi dijamanata
Dva dijamanta mogu izgledati gotovo jednako, a na atomskoj razini biti bitno različita.
Jedan može sadržavati dušik u agregatima. Drugi pojedinačne atome dušika. Treći može imati toliko malo infracrveno mjerljivog dušika da ga standardna FTIR analiza ne registrira. Četvrti može sadržavati bor, koji mijenja optička i električna svojstva kristala.
Te razlike opisuju se sustavom tipova dijamanata.
Tip nije ocjena kvalitete i nije samostalni dokaz podrijetla. On opisuje određene atomske primjese i njihov raspored u kristalnoj rešetci.
Ključna pouka Atomski tip je važan dijagnostički trag, ali nije presuda o tome je li dijamant prirodan, sintetički ili tretiran.
Na čemu se temelji klasifikacija
U gemologiji se tip dijamanta određuje prvenstveno prema:
- prisutnosti ili odsutnosti infracrveno mjerljivog dušika;
- konfiguraciji dušikovih atoma;
- prisutnosti bora.
Osnovna podjela glasi:
- tip I — sadrži dušik koji se može detektirati u karakterističnim infracrvenim apsorpcijama;
- tip II — nema dušik iznad praga detekcije korištene infracrvene metode u relevantnom spektralnom području.
Tip I dijeli se na Ia i Ib, a tip II na IIa i IIb. Tip Ia dodatno se opisuje prema A- i B-agregatima.
„Nema dušika” nije apsolutna tvrdnja
Izraz da dijamant tipa II „nema dušika” praktična je kratica. Preciznije je reći da nema dovoljno dušika u konfiguracijama koje korištena FTIR metoda može registrirati iznad svojega praga detekcije.
Tip IIa zato nije sinonim za kemijski ili strukturno savršen kristal. Takav dijamant i dalje može sadržavati:
- vakancije;
- dislokacije;
- plastičnu deformaciju;
- vodikom povezane defekte;
- mineralne ili druge inkluzije;
- tragove rasta.
Tip je instrumentalno definirana klasifikacija, a ne mjera „čistoće” u svakodnevnom smislu ili u smislu ocjene čistoće.
Tip Ib: izolirani dušik
Kod tipa Ib dušik se pretežno pojavljuje kao pojedinačni supstitucijski atom koji zamjenjuje atom ugljika u rešetci. Taj se oblik često naziva izolirani dušik ili C-centar.
Izolirani dušik snažno utječe na apsorpciju vidljive svjetlosti i može pridonijeti intenzivno žutim do narančastožutim bojama.
Prirodni tip Ib vrlo je rijedak. Uobičajeni prirodni dijamanti tijekom vrlo duge toplinske povijesti u plaštu omogućuju migraciju i agregaciju dušika, pa izolirani atomi često prelaze u složenije konfiguracije.
Tip Ib povijesno je bio čest i u određenim HPHT sintetičkim dijamantima (synthetic, laboratory-grown). Zbog toga može biti važan signal pri probiru, ali nije samostalni dokaz laboratorijskog rasta.
Tip Ia: agregirani dušik
Velika većina prirodnih dijamanata pripada skupini tipa Ia, iako točan postotak ovisi o promatranoj populaciji. GIA u općem gemološkom opisu navodi približno 95 %, dok su u određenim istraživačkim skupovima bezbojnih i gotovo bezbojnih prirodnih dijamanata udjeli Ia/IaAB još viši.
Kod tipa Ia dušik se nalazi u agregatima.
A-centri
A-agregat čine dva susjedna atoma dušika koji zamjenjuju ugljik u rešetci. Dijamant u kojem takva konfiguracija dominira opisuje se kao tip IaA.
B-centri
B-agregat složenija je konfiguracija u kojoj su četiri atoma dušika povezana s vakancijom. Dijamant u kojem dominiraju takvi agregati opisuje se kao tip IaB.
Mješoviti IaAB
Prirodni kristal često nije homogen. Može sadržavati i A- i B-agregate, pa se opisuje kao mješoviti tip IaAB.
Takva mješovitost može biti posljedica različite početne koncentracije dušika, zoniranja rasta i dugotrajne toplinske povijesti.
Agregacija dušika nije jednostavan geološki sat
Pojednostavljeno se može prikazati slijed:
od izoliranog N preko A-agregata do B-agregata.
Međutim, brzina agregacije ovisi o temperaturi, vremenu, početnoj koncentraciji dušika i drugim uvjetima. Zato se iz samog omjera A- i B-centara ne može bez dodatnog geološkog modela jednostavno izračunati starost konkretnog dijamanta.
Raspored dušika može nositi informaciju o toplinskoj povijesti, ali ta se informacija mora tumačiti u kontekstu.
Tip IIa
Prema kriterijima klasifikacije, tip IIa ne pokazuje dušik ni bor u koncentracijama detektabilnima primijenjenom metodom; tragovi ispod relevantnog praga detekcije ipak mogu biti prisutni.
Može biti:
- bezbojan;
- smeđ;
- ružičast;
- ljubičast;
- zelen;
- siv.
Njegova boja zato može biti povezana s drugim defektima, primjerice plastičnom deformacijom, vakancijama ili centrima boje koji nisu dio same klasifikacije tipa.
Tip IIa važan je u identifikaciji jer je među prirodnim dijamantima mnogo rjeđi od tipa Ia. U GIA-inoj populaciji bezbojnih i gotovo bezbojnih sintetičkih dijamanata tip II vrlo je čest i velika većina takvih kamenova pripada tipu II. To je populacijski signal za probir, ne univerzalno pravilo za svaki sintetički dijamant.
To stvara korisno načelo probira:
- bezbojni tip Ia snažno je konzistentan s velikom prirodnom populacijom;
- bezbojni tip II zaslužuje dodatnu provjeru.
Ali prirodni tip IIa postoji. Zato tip II nije dokaz laboratorijskog rasta.
Tip IIb i bor
Tip IIb nema infracrveno mjerljiv dušik prema kriterijima tipa II, ali sadrži bor koji je ugradio u kristalnu rešetku.
Bor može utjecati na:
- plavu ili sivoplavu boju;
- infracrveni spektar;
- električnu vodljivost;
- luminescenciju i fosforescenciju kod pojedinih dijamanata.
Budući da bor ima jedan valentni elektron manje od ugljika, stvara akceptorska stanja i može učiniti dijamant poluvodičem.
Tip IIb pojavljuje se i prirodno i u sintetičkim dijamantima. Ni plava boja ni električna vodljivost zato same ne određuju podrijetlo.
Tip nije isto što i boja
Ista boja može nastati različitim mehanizmima, a isti atomski tip može pokazivati više boja.
Primjerice:
- žuta boja može biti povezana s izoliranim dušikom, agregiranim dušikom i drugim centrima;
- smeđa i ružičasta boja mogu biti povezane s deformacijom rešetke;
- plava boja često je povezana s borom, ali postoje i drugi uzroci plavkastih i zelenkastih tonova;
- tip IIa može biti potpuno bezbojan ili snažno obojen.
Zato se atomski tip ne određuje pouzdano samo pogledom na boju.
Defekti koji nisu dio formalnog tipa
Sustav tipova ne opisuje svaki atomski centar u dijamantu.
U spektroskopiji se susreću brojni drugi defekti i centri, primjerice:
Neki od njih snažno utječu na boju ili luminescenciju, ali ne mijenjaju osnovnu oznaku tipa prema dušiku i boru.
Tip i prirodno ili laboratorijsko podrijetlo
Ni jedan osnovni tip nije rezerviran samo za prirodne ili samo za sintetičke dijamante.
Prirodno se mogu pojaviti tipovi Ia, Ib, IIa i IIb. HPHT i CVD rast također mogu proizvesti različite tipove, ovisno o sastavu rasta, dopiranju, sektorima i naknadnoj obradi.
Zato se identifikacija podrijetla ne smije svesti na rečenice poput:
„IIa znači CVD”
ili
„Ib znači HPHT.”
Tip mijenja vjerojatnost i sljedeći korak testiranja, ali konačni zaključak zahtijeva kombinaciju obrazaca rasta, inkluzija, luminescencije i spektroskopije.
Tip i tretmani
Atomski tip važan je i zato što različiti defekti daju različite mogućnosti za promjenu boje.
Kod pojedinih smeđih tipova IIa HPHT obrada može reorganizirati deformacijski povezane defekte i smanjiti smeđu komponentu. Kod dijamanata koji sadrže više dušika reakcije vakancija i dušikovih centara mogu voditi drukčijim rezultatima.
Zračenje i naknadno žarenje također ovise o tome koje su atomske komponente bile prisutne prije tretmana.
Detaljni mehanizmi pripadaju poglavljima 39 i 57–63; u ovom poglavlju dovoljno je zapamtiti da atomski tip utječe na moguće reakcije, ali ne dokazuje da se tretman dogodio.
Kako se tip određuje: FTIR
Glavna metoda za određivanje tipa dijamanta jest Fourierova infracrvena spektroskopija (FTIR).
FTIR bilježi apsorpciju infracrvene energije povezanu s vibracijama rešetke i defektima. U relevantnim dijelovima spektra različite konfiguracije dušika i bora ostavljaju karakteristične apsorpcijske značajke.
Instrument ne „fotografira atom”. On mjeri spektar i iz njega se zaključuje o prisutnim defektima.
Rezultat može ovisiti o:
- rezoluciji i osjetljivosti instrumenta;
- putanji zrake;
- omjeru signala i šuma;
- zoniranju kamena;
- zasićenju apsorpcije;
- stanju i geometriji uzorka.
Kod zoniranog kristala jedan spektar može predstavljati kombinaciju više područja.
Probir nije identifikacija
Budući da su bezbojni prirodni i sintetički dijamanti statistički vrlo različito raspoređeni prema tipu, mnogi sustavi za probir koriste upravo tu razliku.
Rezultat Pass ili Refer treba tumačiti u skladu s pravilima konkretnog uređaja.
- Pass ne znači da je uređaj rekonstruirao cijelu povijest kamena.
- Refer ne znači da je dokazano laboratorijsko podrijetlo.
Detaljna evaluacija uređaja za probir obrađuje se u Dijelu IX.
Što tip ne govori
Atomski tip sam po sebi ne određuje:
- ocjena čistoće;
- kvalitetu brušenja;
- tržišnu cijenu;
- rudnik ili državu;
- starost;
- prirodnost boje;
- postojanje tretmana;
- prirodno ili laboratorijsko podrijetlo.
To je jedan sloj dokaza, ne konačni identitet.
Sažetak poglavlja
- Tipovi dijamanata temelje se prvenstveno na infracrveno mjerljivom dušiku, njegovoj konfiguraciji i prisutnosti bora.
- Tip I sadrži mjerljiv dušik; tip II nema ga iznad praga korištene FTIR metode u relevantnom području.
- Tip Ib karakterizira pretežno izolirani dušik.
- Tip Ia karakteriziraju agregirani oblici dušika i dominantna je skupina prirodnih dijamanata.
- A-centri sadrže parove dušika, a B-centri složenije agregate povezane s vakancijom.
- Agregacija dušika nosi informaciju o toplinskoj povijesti, ali nije jednostavan sat starosti.
- Prema kriterijima klasifikacije, tip IIa nema dušik ni bor iznad relevantnog praga detekcije primijenjene metode, ali može sadržavati tragove ispod tog praga i mnoge druge defekte.
- Tip IIb sadrži bor i može biti električki vodljiv.
- Boja i atomski tip povezani su, ali nisu isto.
- Prirodni i sintetički dijamanti mogu pripadati istim tipovima.
- Bezbojni tip II važan je signal pri probiru, ali nije dokaz laboratorijskog rasta.
- FTIR je glavna metoda određivanja tipa.
- Tip treba povezati s obrascima rasta, inkluzijama, luminescencijom i drugim spektroskopskim podacima.
Izvori za ovo poglavlje
Izvori su primarni ili autoritativni; oznaka u zagradi navodi jurisdikciju ili vrstu izvora.