科学機器の力を借りながら宝石を語る研究者たち



このような機器は得体の知れない存在に聞こえるかも知れませんが、GIA研究者にとっては宝石の謎を解き明かすための有効なツールなのです。

研究者は新たに発見したものを、GIAが長年にわたって研究した無数の宝石のデータベースと照合して、宝石サンプルを分析し、鑑別に対して結論に至ります。 専門性と知識を駆使して、宝石の本質を明かす弁別的な特定を探ります。

収集した情報とその情報をまとめるために用いる計測機器は、光分析、原子構造解析、化学分析および画像処理に分類することができます。

光分析

分光法は光と宝石が相互作用をする振る舞いを分析します。 研究者は光が吸収され透過する加減から宝石を吟味することで、宝石の鑑別が行えるようになり、さらに、それが処理済みかあるいは合成かを判断することもできるようになります。

可視分光光度計
可視分光光度計は、青で始まり赤で終わるスペクトラムから生ずる、波長の一連の動きを観察しながら細い光線を宝石に照射するものです。 サンプルに吸収されない光の波長は、機器の検知システムに向かって透過されます(透過した部分は色として目視できます)。 この分析結果は、光と波長間の相対伝達(または吸収)を示すグラフに表示されます。 研究者は、この情報を使って、カラーストーンの色の原因を確定します。


赤外分光計
赤外分光光度計は、赤外線として知られる非可視光のスペクトルを測定します。 赤外線スペクトルによって、研究者は宝石が処理済みなのか、あるいは、ダイヤモンドがI型かII型なのかを判定することができるようになります。 この計測機器は、「光」が非可視であっても熱として知覚できる赤色のスペクトラムの末端の先にある波長で放射線を発生させます。 これらの波長は分析したサンプルに吸収、透過あるいは反射すると考えられます。 樹脂、油、プラスチックの他、カラー原石の処理に使用される物質については、その赤外線スペクトルに大変判別し易い特徴があり、かつ分光計で検出することが可能です。

赤外線顕微鏡
この特殊な顕微鏡により、研究者は赤外線が宝石の表面部にわたってどう変化するかを図式化することができます。

ラマン分光器
ラマン分光計は、レーザーを使って、サンプルに照射し、研究者が宝石および鉱石標本を鑑別出来るようにしてくれるラマンスペクトルを記録します。 その結果は、グラフ上にはっきりしたピークを構成するもので、それを精査して別の種類の宝石素材でできた既知のスペクトルライブラリと比較します。 また、この計測機器は、サンプルの発光スペクトルを記録するために用いることもでき、フォトルミネッセンス(またはPL)分光法と呼ばれる技術を使用しています(レーザーから出る光は、サンプルが特定の波長でエネルギーを放射して発光スペクトルを作成するように働きかける)。


原子構造の分析

宝石の試料はX線回折により原子レベルで検査されます。 研究者はこの情報を使って、化学構造を判別し原石を特定します。

X線回折装置システム
X線回折システムは粉末状にしたサンプルにX線ビームを照射し、サンプルの結晶構造を分析します。 X線ビームは原子構造または結晶構造によっては、特定のアングルから照射した場合に回折または曲折します。 研究者はこの結果を既存の素材から得られた特定のアングルパターンに関する標準データーベースと照合します。 この方法では小さな宝石サンプルだと壊れてしまいますが、原石を鑑別する有効な手段となります。

化学分析

この研究では化学分析を用いて宝石の構成要素と、宝石が天然か合成か、あるいは処理済みのものかを判定します。

蛍光X線(XRF)
蛍光X線は研究者が宝石に含まれる化学元素を識別するためのものです。 X線源からのエネルギーを試料に照射することで、このシステムは宝石に含まれる化学元素の特徴的な特殊エネルギーであるX線放射を記録します。 この計測機器を使用して、表面が研磨済みの大きくて平らなサンプルの高速かつ非破壊的な定性化学分析を行うことができます。 この技術を使えば、研究者はサンプル中に存在する化学元素が何であるか即座に分かります。

レーザーアブレーション・誘導結合型プラズマ・質量分析計(LAICPMS)
この高度な計測機器を使えば、研究者はサンプル中の各元素量の比率を特定することができます。 レーザーから出る光線は、サンプル表面に照射され、表面から微粒子を切除または除去します。 これらの粒子を、個別の原子が検出器により同定できるように分解された高温プラズマトーチ内にガスを送り動かします。 これにより、研究者が低濃度であってもサンプル中に自然発生する元素の定量化学分析を行うことができるのです。 サンプルのごく一部がこのプロセスで壊れます。

画像処理

写真法、特に顕微鏡写真法は、研究者が宝石の特徴や内包物などをクローズアップイメージで捉えるための有効な方法となります。 研究者たちはこの情報を用いて、宝石が形成される際の状況や、宝石によっては、起源についても把握します。

顕微鏡写真機
双眼顕微鏡写真機を使って、宝石の特徴または内包物の写真画像を取ります。 研究者はこの情報を使って宝石を鑑別し、またそれが天然か合成か、あるいは処理済みのものかを判定します。

内包物および他の特徴を示す写真は、最大100倍の倍率で撮影することができます。 写真:Kevin Schumacher/GIA
DiamondView(ダイヤモンドビュー)
ダイヤモンドビュー装置は、蛍光パターンを生成する短波紫外線源を使用して、大抵の天然および合成ダイヤモンドを選別することができます。 この装置は1996年に英国のDe Beers Diamond Trading Company(デビアスダイヤモンドトレーディングカンパニー)の研究者によって 開発されました。