Introduction to Gemology!
อัญมณีวิทยาเบื้องตน!
บทที่ 1 บทนำ (Introduction)' 1.1 ความหมายของอัญมณี (Definition of gemstones) 5อัญมณี(gemstone) หมายถึง “ แร หรือหิน หรือสิ่งที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ' รวมทั้งสารอินทรีย ที่เมื่อนำมาขัดมัน และเจียระไนใหไดสัดสวนแลว มีความสวยงาม' และความคงทนถาวร สามารถนำไปทำเครื่องประดับได' อัญมณีวิทยา (Gemology) หมายถึง วิทยาศาสตร์สาขาหนึ่งที่ ศึกษาเกี่ยวกับอัญมณี รวมถึงแหล่งกําเนิด (source) การ อธิบายลักษณะต่าง ๆ (description) การเกิด (origin) การจําแนก ชนิด (identification) การจัดคุณภาพ (grading) ตลอดจนการ ประเมินราคา (appraisal)
5คุณสมบัติของแรที่จัดเปนอัญมณี! ' 1. 2. 3. 4. 5.
มีความสวยงาม (Beauty) => สี (colour), ประกาย (brilliant), ความใส สะอาด (clarity)' มีความคงทนถาวร (Stability) => ความแข็ง (hardness), ความเหนียว (toughness), ความมีเสถียรภาพ (stability)' มีความหายาก (Rarity)' ความนิยม (Fashion)' พกพาไดสะดวก (Portable)'
1.2 การจำแนกประเภทและชนิดของอัญมณี
แบงแบบกวาง ๆ ได 3 กลุม คือ 1) กลุมแร => เปนกลุมใหญที่สุด 2) กลุมหิน เชน ลาพิซ ลาซูลี (Lapis lazuli) ออบซิเดียน (obsidian) 3) กลุมสารอินทรีย เชน มุก (pearl), อำพัน (amber) ปะการัง (coral)
การจำแนกเปนกลุมแร แบงยอยออกเปน 1)
ประเภท (Species) => มีสวนประกอบทางเคมีที่แนนอน & โครงสราง เฉพาะตัว เชน
- แรประเภทคอรันดัม (corundum) มีสูตรเคมีเปน Al2O3 รูปผลึกอยูในระบบ Hexagonal มีหลายสี
'
'
- แรประเภทเบริล (beryl) มีสูตรเคมีเปน Be3Al2Si6O18 รูปผลึกอยูในระบบ Hexagonal มีหลายสี
2)
ชนิด (Variety) => แบงยอยออกมาจาก species โดยพิจารณาจากสี การกระจายตัวของสี ความใส และ/หรือปรากฏการณทางแสง เชน อัญมณีประเภทคอรันดัม (corundum) แบงออกเปนชนิด (variety) ตาง ๆ ตามสี ไดแก
- ทับทิม (ruby) => สีแดง - ไพลิน (blue sapphire) => สีน้ำเงิน - บุษราคัม (yellow sapphire) => สีเหลือง - แซปไฟรสตาร => แสดง ปรากฏการณสตาร
3)
ตระกูล (Group) => มีสูตรเคมีตางกันเล็กนอย แตมีโครงสรางและ สมบัติตาง ๆ ใกลเคียงกัน เชน
แรในตระกูลการเนต (Garnet Group) แบงไดหลายประเภท คือ
- ประเภทไพโรป (Pyrope Species) Mg3Al2Si3O12
- ประเภทแอลมันดีน (Almandine Species) Fe3Al2Si3O12 - ประเภทสเปสซารทีน (Spessartine Species) Mn3Al2Si3O12
- ประเภทกรอสซูลาไรต (Grossularite Species) Ca3Al2Si3O12 เชน
ชนิดเฮสโซไนต (Hessonite variety)
ชนิดซาโวไรต (Tsavorite variety)
- ประเภทแอนดราไดต (Andradite Species) Ca3Cr2Si3O12 เชน
ชนิดดีแมนทอยด (Demantoid variety)
1.3 อัญมณีปลอม (Manmade Gemstones)
! !=> อัญมณีสังเคราะห (Synthetic gemstone) : สวนประกอบทางเคมี สมบัติทางกายภาพ ทางแสงเหมือนของธรรมชาติมาก ตรวจสอบไดยาก อัญมณีที่นิยมสังเคราะห ไดแก เพชร ทับทิม แซปไฟร มรกต เปนตน
! !=> อัญมณีเลียนแบบ (Simulant or Imitation) : เหมือนของธรรมชาติ แคเพียงภายนอกเทานั้น
! !=> อัญมณีประกบ (Assembled stone or Composite stone) : เปนการนำชิ้นสวนของอัญมณีแทหรือเทียมมากกวา 2 ชิ้นขึ้นไปมาประกบติด กันดวยกาวหรือหลอมใหติดกัน ทำไดหลายวิธี ไดแก
l
Doublets => ประกบ 2 ชั้น Natural corundum Synthetic corundum
Opal Doublet
§
Triplets => ประกบ 3 ชั้น
Opal Doublet
Green cementation
Colourless beryl
l
Foil Back => ใช foil หรือทาดวยสีโลหะ (metallic paint) บริเวณดานหลัง อัญมณี ' gemstone
Foil or metallic paint
บทที่ 2 ระบบผลึกและสมบัติของอัญมณี (crystal system and Gemstone properties) 2.1 ระบบผลึก (Crystal system)
แบงออกเปน 6 ระบบ ตามลักษณะของแกนผลึกและมุมระหวางแกนผลึก ไดแก
1. 2. 3. 4. 5. 6.
ระบบไอโซเมตริก (Isometric System) ระบบเตตระโกนอล (Tetragonal System) ระบบออโธรอมบิก (Orthorhombic System) ระบบโมโนคลินิก (Monoclinic System) ระบบไตรคลินิก (Triclinic System) ระบบเฮกซะโกนอล (Hexagonal System)
1.
ระบบไอโซเมตริก (Isometric System) ! a1 = a2 = a3 a1 ⊥ a2 ⊥ a3
รูปผลึกที่พบ ไดแก cube, octahedron, dodecahedron พบในอัญมณี เชน เพชร (diamond), สปเนล (spinel), การเนตหรือโกเมน (garnet)
diamond
spinel octahedron
dodecahedron
garnet
2.
ระบบเตตระโกนอล (Tetragonal System) !
!
a1 = a2 ≠ c a1 ⊥ a2 ⊥ c
รูปผลึกที่พบ ไดแก prism และ dipyramid พบในอัญมณี เชน เซอรคอนหรือเพทาย (zircon)
pyramid prism
Zircon crystal
3. ระบบออรโธรอมบิก (Orthorhombic System)
a≠b≠c a ⊥ b ⊥ c
รูปผลึกที่พบ ไดแก prism, dipyramid และ pinacoid พบในอัญมณี เชน โทแพซ (topaz), เพอรเิดอท (peridot), คริสโซเบอริล (chrysoberyl)
pinacoid prism
dipyramid
topaz
Cyclic twin or “trilling”' in chrysoberyl
4. ระบบโมโนคลินิก (Monoclinic System) a≠b≠c a ⊥ b, b ⊥ c แต่ a ⊥ c รูปผลึกที่พบ ไดแก prism และ pinacoid พบในอัญมณี เชน หยก (jade), มูนสโตน (moonstone)
orthoclase
'
5. ระบบไตรคลินิก (Triclinic System) a≠b≠c a ⊥ b ⊥ c พบในอัญมณี เชน เทอรควอยซ (turquoise), อะเมโซไนต (amazonite)
amazonite
6. ระบบเฮกซะโกนอล (Hexagonal System) มีแกน 4 แกน คือ a1, a2, a3 ยาว เทากัน แตไมเทากับแกน c ทำมุมกัน 120O ในแนวระนาบและตั้งฉากกับแกน c
แบงออกเปน 2 division คือ
- เฮกซะโกนอล ดิวิชั่น (Hexagonal division)
- รอมโบฮีดรอล ดิวิชั่น (Rhombohedral division)
Hexagonal division
pinacoid
dipyramid
Aquamarine
prism
Various colour of beryl
Apatite
Rhombohedral division รูปผลึกที่พบเป็น ฟอร์มผสม ระหว่าง rhombohedron และ scalenohedron'
rhombohedron
scalenohedron
พบใน corundum, quartz, ' tourmaline
corundum
Quartz
tourmaline
2.2 สมบัติตาง ๆ ของอัญมณี (Gemstone Properties)
สมบัติทางกายภาพของอัญมณี (Physical Properties of Gemstones)
1) การแตก (breakage) แบงออกเปน 3 แบบ คือ - แนวแตกเรียบ (cleavage) => แตกตามระนาบโครงสรางอะตอม
Perfect octahedron in diamond
Perfect rhombohedron in calcite
Imperfect prismatic in diopside
Poor pinacoid in beryl
O O- แนวแตก (parting) => แตกตามระนาบโครงสรางที่ไมแข็งแรง เชน ใน corundum ' ' '
' Rhombohedron parting
Pinacoid parting
Parting in corundum
O O' O- รอยแตก (fracture) => แนวแตกอื่น ๆ ที่ไมใช cleavage หรือ parting มีหลายแบบไดแก O O'
Conchoidal fracture
Splintery or fibrous fracture
Even fracture
Uneven fracture
Granular fracture
Step-like fracture
'
O2) ความแข็ง (Hardness, H) => ความทนทานตอการขีดขวนหรือการขัดสี แบง เปน scale เรียกวา “โมหสเกล (Moh’s scale of Hardness)”
คาความแข็งเปรียบเทียบในสเกลความแข็งของโมห
3) ความเหนียว (Toughness) => ความทนทานตอการแตกหัก โคงงอ การฉีกขาด หรือการบด แบงเปนหลายระดับ ' O O
O exceptional Oเหนียวดีมาก
O excellentO Oเหนียวมาก
O goodO เหนียวปานกลาง
jade
corundum
rose quartz
O poor' Oไมเหนียว' topaz
4) ความมีเสถียรภาพ (Stability) => ความทนทานตอการซีดจางลงของสีเนื่องจาก แสง ความรอนหรือสารเคมี ' อัญมณีที่สีซีดจางลงเมื่อโดนแสง '
' '
kunzite
yellow-brown topaz
' อัญมณีที่ไมทนทานตอสารเคมี
6) ความถวงจำเพาะ (Specific gravity; SG) => คาคงที่แสดงความหนาแนนของ เนื้อสสาร น้ำหนักของอัญมณีที่ชั่งในอากาศ ถ.พ. = น้ำหนักของอัญมณีที่หายไปเมื่อชั่งในน้ำ
มีคาขึ้นอยูกับปจจัย 2 ประการ คือ ชนิดของอะตอมและวิธีการจับตัวของอะตอมในโครงสราง
O' '
กราไฟต คา ถ.พ. = 2.23 ความแข็ง = 1.5
diamond ถ.พ. = 3.52 ความแข็ง = 10
วิธีการหาคาความถวงจำเพาะ - วิธี Hydrostatic Weighting => ใชเครื่องชั่งดิจิตอล น้ำหนักของอัญมณีที่ชั่งในอากาศ ถ.พ. = น้ำหนักของอัญมณีที่หายไปเมื่อชั่งในน้ำ อัญมณีสีแดง ชั่งในอากาศได 5 กะรัต (1.00 กรัม) ชั่งในน้ำได 3.75 กะรัต (0.75 กรัม) คา ถ.พ. = 5 = 5 ! 5-3.75 1.25 อัญมณีสีแดงเม็ดนี้ นาจะเปน “ทับทิม” = 4.00
- วิธี Specific Gravity Liquid => ลอยในน้ำยาที่รูคา ถ.พ.
O Oสมบัติทางไฟฟาและแมเหล็ก (Electricity and Magnetic properties)
1)
การนำไฟฟาและการนำความรอน (Electro Conductivity and Thermal Conductivity) => เพชร ความรอนไดดีที่สุด
เครื่องจี้เพชร (Diamond Tester) ใชหลักการนำความรอนของเพชร
2)
การนำไฟฟาเมื่อถูกกระตุนดวยความดัน (Piezoelectricity or Pressure Electricity) เชน ใน quartz, tourmaline
3)
4)
การนำไฟฟาเมื่อถูกกระตุนดวยความรอน (Pyroelectricity) เชน tourmaline ความเปนแมเหล็ก (Magnetism) เชน magnetite, hematite !
O Oสมบัติทางแสงของอัญมณี (Optical Properties of Gemstones) สมบัติทางแสงที่เห็นไดดวยตาเปลา 1) ประกาย (Luster) : ปริมาณและคุณภาพของแสงที่สะทอนจากผิวอัญมณี ! => ประกายแบบโลหะ (metallic luster) !
O O ! !=> ประกายแบบไมใชโลหะ (non-metallic luster) ไดแก
! !
- ประกายแบบเพชร (adamantine luster)
Diamond
- ประกายกึ่งคลายเพชร (sub-adamantine luster)
zircon
demantoid garnet
- ประกายคลายแกว (vitreous) => อัญมณีโปรงแสงทั่วไป
ruby
spinel
blue sapphire
- ประกายคลายน้ำมัน (greasy or oily-look)
jade - ประกายคลายขี้ผึ้ง (waxy)
turquoise
- ประกายคลายยางไม (resinous)
amber - ประกายคลายไหม (silky)
tiger’s eye
amazonite
- ประกายมุก (pearl)
moonstone
pearl
2) การผานของแสง (light transmission) => การยอมใหแสงผานและปริมาณของแสง ที่ผานอัญมณี
citrine โปรงใส transparent
chrysoprase โปรงแสง translucent
กึ่งโปรงใส semi-transparent
malachite ทึบแสง opaque
กึ่งโปรงแสง semi-translucent
สีของอัญมณี (colour) เมื่อแสงขาวซึ่งประกอบดวยชวงคลื่น แสงตั้งแตสีแดงถึงมวง ตกกระทบผิว อัญมณี แสงบางสวนสะทอนออกมา (reflect) บางสวนหักเห (refract) และ บางสวนถูกดูดกลืนไว (absorb) ชวงแสง ที่เหลือจะถูกปลอยออกมาเขาตาทำให เห็นเปนสีตามชวงแสงที่ปลอยออกมา 3)
ชวงแสงที่มนุษยมองเห็น
!
emerald
Absorption spectrum ของ emerald
สาเหตุการเกิดสีในอัญมณี (Cause of colour in gemstone) 1) ชนิดของไอออนในโครงสราง (Chromophores หรือ Dispersed Metal Ion) ไดแก ธาตุ Ti, Cr, V, Mn, Fe, Co, Ni และ Cu เชน Peridot มีสีเขียวที่เกิดจากธาตุ Fe2+
Chrysoberyl มีสีเหลืองที่เกิดจากธาตุ Fe3+
แบงออกเปน 2 แบบ คือ !- Allochromatic gemstone => อัญมณีที่มีสีเกิดจากธาตุมลทินที่เขาไปแทนที่ธาตุ หลักในปริมาณเล็กนอย เชน Ruby (Al2O3) มีสีแดงที่เกิดจาก Cr3+
Blue spinel (MgAl2O4) มีสีน้ำเงินที่เกิดจาก Co2+
!- Idiochromatic Gemstones => อัญมณีที่มีสีเกิดจากธาตุที่เปนสวน ประกอบหลัก เชน ! !
Peridot (Fe,Mg)SiO4
Almandine garnet : Fe3Al2(SiO4)3
Malachite : Cu2CO3(OH)2
Rhodochrosite : MnCO3
2) ศูนยกลางสี (Colour center) => ความผิดปกติของโครงสรางภายในซึ่งเกิดขึ้น ตามธรรมชาติ หรือเกิดจากการฉายรังสีของมนุษย โดยอาจมีผลทำให ! !- ē ขาดหายไป เรียกวา hole colour center ! !- ē เกินมา เรียกวา electron colour center !พบในอัญมณี เชน purple fluorite, green diamond, smoky quartz
3) มลทินภายใน (Inclusion) : มีแรอื่นซึ่งมีขนาดเล็กเกิดเปนมลทินอยูภายในเนื้อ ! ! Carnelian มีสีแดงที่เกิดจากผลึกแร hematite ขนาดเล็กที่อยูภายใน
Aventurine quartz มีสีเขียวที่เกิดจาก ผลึกเล็ก ๆ ของแร fuchsite
Multi-colour gemstone => มีหลายสีในเม็ดเดียวกัน เชน !
Bi-colour and tri-colour tourmaline
Watermelon tourmaline
!
Colour zoning => แถบสีเขม-ออน!
sapphire
tourmaline
amethyst
Colour banding => แถบสีรูปแบบตาง ๆ ! ! !
!
!
!
Agate
malachite
rhodochrosite
!
4) ปรากฏการณทางแสง (Optical phenomena or Sheen) เกิดจากการสะทอน แสงจากดานลางหรือจากโครงสรางภายใน ! !=> ปรากฏการณตาแมว (Chatoyancy or Cat’s eye) => การเหลือบ แสงที่เกิดจากมลทินภายในที่เปนเสนใย (fibrous), แทงเข็ม (needles) หรือ ทอกลวง (hollow tube) เรียงตัวกันอยางหนาแนน ! !อัญมณีที่พบ เชน chrysoberyl, quartz, beryl, diopside, zircon, scapolite และ opal
Cat’s eye chrysoberyl
Cat’s eye diopside
Cat’s eye
!
!=> ตาเสือหรือคตไมสัก (Tiger’s eye) : แนวเหลือบแสงสีเหลือง-น้ำตาล ใน
quartz เกิดจากการเขาแทนที่ของ quartz ในแรใยหิน (asbestos) !
!
Tiger’s eye
!
!
!
!=> ตาเหยี่ยว (Hawk’s eye) : เหมือน tiger’s eye แตเปนสีน้ำเงิน-เทา
!
!
=> สตารหรือสาแหรก (Star or Asterism) : คลาย cat’s eye แตเปนแนว เหลือบแสง 2 หรือ 3 ทิศทาง เกิดจากการเรียงตัวของมลทิน 2 หรือ 3 ทิศทาง อัญมณีที่พบ เชน ruby, sapphire, garnet, spinel
Star ruby
Star sapphire
Star spinel
4 rays star garnet
Star rose quartz
=> การเหลือบสี (Iridescence) เกิดจากการรบกวนกันของแสงที่สะทอนจาก โครงสรางภายในที่เปนแผนบาง ๆ (thin film) ซึ่งอาจเปนรอย แตกถี่ ๆ ขนาน กัน, แถบการแฝด (twin lamellae) ระนาบแนวแตกเรียบ (cleavage plane) หรือโครงสรางที่เปนเม็ดกลมที่อัดตัวกันแนน (closely packed sphere) อัญมณีที่พบ ไดแก opal, labradorite, spectrolite, moonstone
opal
labradorite
spectrolite
moonstone
l
การเหลือบสีใน opal => เรียกวา การเลนสี (Play of colour) Silica gel or cristobalite (ขนาดเล็กมาก 150-300 nm)
Opal structure
ในชองวางมีน้ำ อากาศ หรือ silica เมื่อแสง ตกกระทบชองวางเหลานี้จะเกิดการสะทอนแสง เปนชวงคลื่น pure spectral colour ทำใหเรา มองเห็นเปนสีตาง ๆ
Opal structure *ขนาดของทรงกลมมีผลตอสีที่เห็น !=> ขนาดเล็ก แสงสะทอนเปนชวงสีน้ำเงิน !=> ขนาดใหญ แสงสะทอนเปนชวงสีแดง
l
การเหลือบสีใน feldspar เรียกวา “Labradorescence” พบใน labradorite และ spectrolite เปนการเหลือบสีเปลี่ยนจากเหลืองเปนน้ำเงินหรือเขียว !เกิดจากการรบกวนกันของแสงที่สะทอนออกมาจากโครงสรางที่เปนชั้นบาง ๆ (lamellae) ซึ่งเปนผลมาจากการแยกตัวของสวนประกอบภายในโครงสราง
Labradorite
Spectrolite
l
การเหลือบสีใน moonstone เปนการเหลือบแสงนวล ๆ สีฟาถึงขาว เรียกวา “Adularescence” เกิดจากการรบกวนกันของแสงที่สะทอนจากโครงสราง ภายในที่เปนรอยแตกขนานกันถี่ ๆ
!
Moonstone หรือ มุกดาหาร
=> การเปลี่ยนสีหรือปรากฎการณอะเล็กซานไดรต (Colour change or Alexandrite คือการที่อัญมณีเม็ดเดียวกันมีสีตางกันเมื่อมองภายใตแหลง กำเนิดแสงที่แตกตางกัน - เมื่อมองภายใตหลอดทังสเตน จะเห็นเปนสีมวง มวงแดง หรือแดงอมน้ำตาล - เมื่อมองภายใตหลอดฟลูออเรสเซนส จะเห็นเปนสีเขียว หรือเขียวอมน้ำเงิน พบในอัญมณี ไดแก Alexandrite (chrysoberyl), corundum, spinel, garnet Alexandrite
Colour change garnet
=> Aventurescence เปนการสะทอนแสงที่เกิดจากแรมลทินขนาดเล็ก จำนวนมากภายในอัญมณี ซึ่งอาจเปนแผนเล็ก ๆ (disc-like) มีประกายแวววาว (glittery effect) พบใน aventurine quartz และ sunstone
Aventurine quartz มีสีเขียว ประกายแวววาวเนื่องจาก มลทินแร fuchsite (mica)
Sunstone มีสีสมหรือแดง เนื่องจากมลทิน ที่เปนทองแดงขนาดเล็ก
สมบัติทางแสงที่ตองตรวจสอบดวยเครื่องมือ ไดแก 1) การเรืองแสง (fluorescence) เกิดจากการดูดกลืนแสงของอิออนบางตัวที่ อยูในโครงสราง ภายใตรังสียูวี ตรวจสอบไดโดยเครื่องมือที่เรียกวา “UV fluorescence lamp”
การเรืองแสง UV ของทับทิม
การเรืองแสง UV ของเพชร
การเรืองแสงของ benioite
LWUV
SWUV
2) คาดัชนีหักเห (Refractive Index, RI) => ตัวเลขแสดงอัตราสวนความเร็วขอ แสงในอากาศตอความเร็วของแสงในอัญมณี ตรวจสอบไดโดยเครื่องมือที่เรียก วา “refractometer”
Refractometer
3)
'
'
4)
การกระจายแสง (Dispersion) => คาความแตกตางของคาดัชนีหักเหของ อัญมณี ลักษณะจักษุ (Optic character) !- Isotropic => อัญมณีที่อยูในระบบ isometric มีแกนผลึกยาวเทากันทั้ง 3 แกน เมื่อแสงเดินทางผานเขาไปในผลึก จึงเดินทางดวยความเร็วเทากันทุก ทิศทาง ทำใหมีคาดัชนีหักเหคาเดียว เชน diamond, spinel, garnet
O
O- Anisotropic => อัญมณีระบบอื่น ๆ อีก 5 ระบบ เมื่อแสงเดินทางผาน
เขาไปในผลึกจะเกิดการเคลื่อนตัวแยกออกเปน 2 ระนาบตั้งฉากกัน ทำใหมีคา ดัชนีหักเห 2 หรือ 3 คา
PolariscopeÂ
5) สีแฝด (Pleochroism) เปนการเห็นสีของอัญมณีเม็ดเดียวกันเปนสีตางกันเมื่อ มองในทิศทางตางกัน
มักพบในอัญมณีที่เปน anisotropic เชน andalusite, tanzanite, tourmaline ' '
andalusite
tourmaline
tanzanite
6)
แถบการดูดกลืนแสง (Absorption spectrum) เมื่อแสงเดินทางผานอัญมณีหรือสะทอนจากอัญมณี จะแสดงแถบสี (spectrum) ของทุกชวงคลื่นตั้งแตชวงสีแดง (700-640 nm) จนถึงชวง สีมวง (440-400 nm) แตแถบสีนี้จะขาดหายเปนเสนหรือแถบสีดำเปน ชวง ๆ เกิดจากการดูดกลืนชวงแสงนี้ไวโดยอัญมณี เรียกชวงคลื่นนี้วา แถบการดูดกลืนแสง (Absorption spectrum)
เครื่องมือที่ใชในการตรวจสอบแถบการดูดกลืนแสง เรียกวา สเปคโตรสโคป (Spectroscope)