Bí mật đằng sau giá trị đá quý: Làm thế nào để xác định thật giả bằng công nghệ XRF

Đá quý là một ngành kinh doanh toàn cầu trị giá hàng tỷ đô la. Chỉ riêng năm 2018, doanh số đá quý đã đạt 22 tỷ USD, và thị trường này vẫn không ngừng tăng trưởng mạnh mẽ 5% mỗi năm. Nhưng giữa lúc nhu cầu tăng cao, làm thế nào để chúng ta phân biệt được một viên đá quý tự nhiên, được hình thành qua hàng triệu năm trong lòng đất, với một viên đá tổng hợp giá rẻ được sản xuất trong phòng thí nghiệm?

Đây chính là lúc Huỳnh quang tia X phân tán năng lượng (EDXRF) trở thành “người hùng” trong ngành đá học.

EDXRF: Chìa Khóa Vàng Để Xác Thực Đá Quý

EDXRF là một phương pháp phân tích hóa học vật liệu được sử dụng rộng rãi, mang lại khả năng xác định nguồn gốc và tính xác thực của đá quý một cách đáng kinh ngạc.

Mẫu đá quý được chiếu xạ bằng tia X năng lượng cao. Sau đó, thông tin bức xạ huỳnh quang phát ra được thu thập để phân tích thành phần nguyên tố của viên đá, bao gồm cả các nguyên tố vi lượng (những nguyên tố chỉ có mặt với nồng độ rất nhỏ).

• Nhanh chóng: Kết quả phân tích chỉ trong vài phút.
• Tiết kiệm chi phí.
• Viên đá quý của bạn sẽ hoàn toàn nguyên vẹn sau khi kiểm tra.

Nhờ khả năng kiểm tra sự hiện diện của các nguyên tố vi lượng, các nhà nghiên cứu có thể dễ dàng phân biệt giữa một viên đá quý tự nhiên đắt giá với một viên đá tổng hợp gần như không có giá trị. Ví dụ, việc xác định các nguyên tố này giúp phân biệt hồng ngọc, ngọc lục bảo hay ngọc bích đến từ Colombia, Brazil, Afghanistan, Zambia, Zimbabwe hay các nguồn gốc xuất sứ khác.

Để minh chứng cho hiệu quả của công nghệ này, hãy cùng tìm hiểu về Máy quang phổ HHXRF VANTA. Đây là một công cụ đắc lực giúp các đơn vị thí nghiệm ngọc thu thập thông tin thành phần đá quý chỉ trong chớp mắt.

Điểm nổi bật của VANTA XRF

• Đá quý có thể được phân tích mà không hề bị hư hại, chỉ cần đặt trên giá đỡ mẫu chuyên dụng hoặc trong cốc XRF.
• Được trang bị đầu cảm biến SSD thế hệ mới nhất, thiết bị này mang lại độ nhạy tuyệt vời để phân tích chính xác các nguyên tố vi lượng.
• Kích thước nhỏ gọn và thiết kế công thái học giúp việc vận chuyển máy đến bất cứ đâu cần phân tích đá quý trở nên dễ dàng.

VANTA XRF cung cấp các phép đo tương đương với Máy quang phổ khối plasma cảm ứng bằng laser (LA-ICP-MS) – một kỹ thuật phân tích bán phá hủy thường được dùng làm tiêu chuẩn tham chiếu trong ngọc học – nhưng KHÔNG làm hỏng mẫu của bạn.

So sánh kết quả phân tích: EDXRF và LA-ICP-MS

Để khẳng định thêm về tính chính xác, chúng tôi đã tiến hành phân tích nhiều mẫu hồng ngọc, ngọc bích và ngọc lục bảo tự nhiên và tổng hợp bằng cả phương pháp LA-ICP-MS và Máy HHXRF.

Kết quả cho thấy sự tương đồng đáng kể giữa dữ liệu của EDXRF và LA-ICP-MS. Trong hầu hết các trường hợp, sự chênh lệch về nồng độ nằm trong khoảng sai số cho phép, được xác định bởi độ lệch chuẩn. Điều này càng chứng minh EDXRF là một phương pháp phân tích đáng tin cậy và hiệu quả, cung cấp kết quả chính xác mà không cần phá hủy mẫu. (Bạn có thể tham khảo Bảng 1 để so sánh nồng độ giữa các mẫu hồng ngọc và ngọc bích, và Bảng 2 cho kết quả phân tích ngọc lục bảo).

Sapphire (Lam ngọc) và Ruby (Hồng ngọc) là hai trong số những loại đá quý được yêu thích và có giá trị nhất trên thế giới. Mặc dù chúng trông rất khác nhau về màu sắc, nhưng về bản chất hóa học, chúng lại có mối quan hệ rất gần gũi. Cả Sapphire và Ruby đều là các biến thể của cùng một khoáng vật Corundum. Cả hai đều có công thức hóa học là Al2O3 (Nhôm oxit). Điều này có nghĩa là cấu trúc cơ bản của chúng đều là nhôm và oxy. Điểm khác nhau chính yếu phân biệt bởi màu sắc của chúng và màu sắc này đến từ các nguyên tố vi lượng (tạp chất) có mặt trong cấu trúc tinh thể.

Ruby (Hồng ngọc) luôn có màu đỏ (từ đỏ cam đến đỏ tím). Màu đỏ đậm, rực rỡ nhất thường được gọi là “đỏ huyết bồ câu” (pigeon’s blood red). Màu đỏ của Ruby là do sự hiện diện của một lượng nhỏ Crom (Cr) thay thế cho nguyên tử Nhôm (Al) trong cấu trúc tinh thể. Crom cũng có thể gây ra hiện tượng phát quang, làm tăng cường độ đỏ của Ruby.

Sapphire (Lam ngọc) là Corundum có bất kỳ màu KHÔNG phải là màu đỏ. Mặc dù màu xanh lam là phổ biến và nổi tiếng nhất, Sapphire còn có thể có màu vàng, hồng, tím, xanh lục, cam, và thậm chí không màu. Khi nói “Sapphire” mà không có màu đi kèm, thường người ta sẽ ngầm hiểu là Sapphire màu xanh lam. Shappire màu xanh lam thường do sự hiện diện của Sắt (Fe) và Titan (Ti). Sự kết hợp của hai nguyên tố này hấp thụ ánh sáng theo cách đặc biệt, khiến chúng ta nhìn thấy màu xanh. Các màu khác của Sapphire được tạo ra bởi sự hiện diện của các nguyên tố vi lượng khác nhau hoặc tỷ lệ khác nhau của Sắt/Titan/Crom. Sapphire hồng thường do Crom (nhưng ít hơn nhiều so với Ruby). Sapphire vàng/xanh lục thường do Sắt. Padparadscha Sapphire (hồng cam) là một loại rất quý hiếm, màu sắc độc đáo do sự kết hợp cân bằng của Crom và Sắt.

Ruby Douros nhân tạo
	Al	Ti		V		Cr		Fe		Ga
	Nồng độ	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn
LA-ICP-MS	52.9	0.0015	0.001	0.0000	0.0001	0.883	0.428	0.048	0.006	0.043	0.003
EDXRF	52.9	0.0029	0.0016	0.000	–	0.792	0.004	0.024	0.001	0.032	0.001
Sapphire hồng nhân tạo
	Al	Ti		V		Cr		Fe		Ga
	Nồng độ	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn
LA-ICP-MS	52.9	0.0027	0.0002	0.0000	0.0001	0.0299	0.0002	<DL	–	0.0000	0.0001
EDXRF	52.9	0.0029	0.0008	0.000	–	0.0334	0.001	0.000	–	0.002	0.001
Sapphire Shadong tự nhiên
	Al	Ti		V		Cr		Fe		Ga
	Nồng độ	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn
LA-ICP-MS	52.9	0.0208	0.0014	0.0030	0.0003	0.0045	0.0032	1.182	0.043	0.029	0.002
EDXRF	52.9	0.0195	0.0015	0.0028	0.0008	0.0034	0.0006	1.043	0.006	0.027	0.001
Sapphire nâu nhân tạo
	Al	Ti		V		Cr		Fe		Ga
	Nồng độ	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn
LA-ICP-MS	52.9	0.096	0.006	0.398	0.015	0.0112	0.0004	< DL	–	0.0000	0.0001
EDXRF	52.9	0.110	0.003	0.349	0.004	0.0130	0.0012	0.000	–	0.000	–

Ngọc lục bảo là một loại khoáng vật thuộc nhóm Beryl, thành phần chính của nó bao gồm Beryli (Be), Nhôm (Al), Silic (Si), Oxy (O). Tuy nhiên, điều làm nên màu xanh đặc trưng và giá trị của Ngọc lục bảo không phải là các nguyên tố chính này, mà là sự hiện diện của các nguyên tố vi lượng thay thế một phần nhỏ Nhôm trong cấu trúc tinh thể. Crom (Cr) là nguyên tố chính tạo nên màu xanh lục rực rỡ và đặc trưng của Ngọc lục bảo. Vanadi (V) cũng góp phần tạo nên sắc xanh cho ngọc lục bảo, tùy thuộc vào nguồn gốc địa lý của viên đá. Sắt (Fe) cũng có thể có mặt trong ngọc lục bảo và ảnh hưởng đến sắc độ xanh, đôi khi làm giảm khả năng phát quang của đá.

Ngọc lục bảo Pakistan tự nhiên
	Na		Mg		Al		Si
	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn
LA-ICP-MS	1.95	0.04	2.37	0.03	14.25	0.36	31.22	0.40
ARL QUANT’X	2.04	0.16	2.33	0.06	10.86	0.10	31.74	0.10
	Sc		V		Cr		Fe
	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn
LA-ICP-MS	0.461	0.032	0.074	0.005	1.40	0.27	0.256	0.007
ARL QUANT’X	0.500	0.005	0.080	0.002	2.00	0.01	0.318	0.004
Ngọc lục bảo tổng hợp
	Na		Mg		Al		Si
	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn
LA-ICP-MS	0.104	0.002	0.0033	0.0001	19.35	0.22	31.12	0.40
EDXRF	<DL	–	<DL	–	10.29	10.08	31.22	0.11
	Sc		V		Cr		Fe
	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn	Nồng độ	Độ lệch chuẩn
LA-ICP-MS	0.00023	0.00001	0.072	0.004	0.363	0.007	0.046	0.001
EDXRF	<DL	–	0.092	0.002	0.436	0.001	0.062	0.002

XRF giúp phân biệt đá quý thật giả như thế nào?

Khả năng phân tích thành phần nguyên tố, đặc biệt là các nguyên tố vi lượng (những nguyên tố có mặt với nồng độ rất nhỏ), là chìa khóa để xác định tính xác thực và nguồn gốc địa lý của đá quý:

Thành phần hóa học đặc trưng:

Đá quý tự nhiên thường có một “dấu vân tay” hóa học độc đáo, bao gồm các nguyên tố chính cấu thành và một lượng nhỏ các nguyên tố vi lượng. Các nguyên tố vi lượng này thường đến từ môi trường địa chất nơi viên đá được hình thành (ví dụ: sắt, crom, vanadi, titan, kẽm, gali, v.v.). Sự hiện diện và tỷ lệ của chúng có thể cho biết viên đá đó đến từ mỏ nào (ví dụ: hồng ngọc từ Myanmar sẽ có thành phần vi lượng khác với hồng ngọc từ Mozambique).

Đá quý tổng hợp (nhân tạo) được sản xuất trong phòng thí nghiệm. Chúng có thể có thành phần hóa học chính gần giống với đá tự nhiên, nhưng lại thiếu vắng hoặc có các nguyên tố vi lượng khác hẳn, hoặc có mặt các tạp chất từ quá trình tổng hợp (ví dụ: bạch kim từ nồi nấu, hoặc các nguyên tố tạo màu được thêm vào nhân tạo với nồng độ không tự nhiên).

Phát hiện dấu vết đã qua xử lý

XRF cũng có thể giúp phát hiện các dấu hiệu của việc xử lý đá (như nung nhiệt, khuếch tán, phủ bề mặt) bằng cách tìm kiếm các nguyên tố lạ được đưa vào trong quá trình xử lý, hoặc sự thay đổi trong tỷ lệ nguyên tố do nhiệt độ cao gây ra.

Hồng ngọc, Sapphire, Ngọc lục bảo có thể được phân biệt nguồn gốc địa lý (ví dụ: Colombia, Brazil, Afghanistan, Zambia) dựa trên sự khác biệt nhỏ về nguyên tố vi lượng như Cr (Crom), V (Vanadi), Fe (Sắt), Ti (Titan), Ni (Niken), Mg (Magie), Ga (Gali), v.v.

Một viên ngọc bích tự nhiên và một viên ngọc bích tổng hợp nhìn bề ngoài có thể rất giống nhau. Tuy nhiên, qua phân tích XRF, các nhà ngọc học có thể tìm thấy sự khác biệt trong các nguyên tố vi lượng hoặc tạp chất do quá trình tổng hợp tạo ra.

Tương lai ngành đá quý nằm trong tay EDXRF

Khi thị trường đá quý tiếp tục bùng nổ, việc xác định giá trị đích thực của chúng trở nên ngày càng cấp thiết. EDXRF chính là kỹ thuật then chốt giúp các nhà ngọc học định lượng thành phần nguyên tố một cách nhanh chóng và không phá hủy, từ đó xác định tính xác thực và nguồn gốc địa lý của vô số loại đá quý trên toàn cầu.

Bạn có bao giờ tự hỏi viên đá quý mình sở hữu là thật hay giả? Công nghệ EDXRF chính là câu trả lời!

Tuyên Bố Miễn Trừ Trách Nhiệm

Bài viết này được biên soạn với mục đích cung cấp thông tin tham khảo chung về công nghệ EDXRF và ứng dụng của nó trong xác định đá quý. Nội dung không nhằm mục đích thay thế cho lời khuyên chuyên môn hoặc kết quả kiểm định từ các phòng thí nghiệm ngọc được cấp phép. Mọi quyết định liên quan đến giá trị hoặc tính xác thực của đá quý nên dựa trên kiểm định của chuyên gia có trình độ.