Bijoux, pierres précieuses

Divers instruments sont utilisés pour l'évaluation des pierres précieuses. Ces instruments ne se limitent pas aux outils généraux d'évaluation des pierres précieuses tels que le microscope stéréoscopique, mais incluent également divers instruments analytiques. Par exemple, le spectrophotomètre infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) est utilisé pour déterminer si un traitement thermique/impregnation de résine a été appliqué ou non, et pour identifier à la fois les pierres naturelles ou synthétiques, tandis que le spectrophotomètre UV-Vis (UV-Vis) est utilisé pour juger si la pierre a subi un traitement de coloration ou non. Le spectroscope de fluorescence X à dispersion d'énergie (EDXRF) permet de déterminer l'origine géographique et l'identification des bijoux et des pierres précieuses, ainsi que de détecter le plomb utilisé dans le traitement de remplissage au verre au plomb des pierres précieuses via une analyse élémentaire rapide et non destructive.  Les roches et les minéraux enregistrent leurs informations physiques et chimiques initiales lorsqu'ils se forment, et les informations du processus métamorphique qui a modifié la roche après sa formation sont préservées sous forme de distribution et de structure des éléments de la roche. La microsonde électronique (EPMA) est capable de déterminer les éléments dans les bijoux et de visualiser simultanément leur distribution. Révéler les processus physiques et chimiques de la croissance des cristaux et du métamorphisme des minéraux contenus permet une évaluation correcte des pierres précieuses dans les bijoux et l'identification de leur origine géographique.

Détermination de l'origine géographique des pierres naturelles

Fig. 1 Résultats de l'analyse qualitative/quantitative des émeraudes

L'origine géographique est un facteur principal dans le prix des émeraudes, avec d'autres facteurs tels que leur transparence, leur teinte et l'intensité de leur couleur. En tant que caractéristiques distinctives de leurs origines géographiques respectives, les émeraudes colombiennes affichent une couleur vert vif, tandis que les pierres zambiennes se caractérisent par une grande transparence, et le prix des pierres colombiennes est généralement plus élevé. Puisqu'il est difficile de distinguer les émeraudes vert foncé de Zambie des émeraudes colombiennes, l'analyse élémentaire est utilisée comme technique pour déterminer l'origine géographique. Le chrome, le fer et le vanadium sont des éléments qui donnent leur couleur aux émeraudes, et les teintes des pierres changent en fonction des teneurs respectives de ces éléments. Les émeraudes de deux origines différentes ont été analysées en utilisant le EDX-8100. La Fig. 1 montre les résultats de l'analyse qualitative et quantitative. La pierre zambienne contient une grande quantité de chrome et de fer, et une faible quantité de vanadium par rapport à la pierre colombienne. De grandes quantités de sodium, de magnésium, de potassium et des traces de rubidium et de césium ont également été détectées dans la pierre zambienne, un indicateur qui aide à distinguer cette pierre de la pierre colombienne.

Analyse des pierres précieuses par EDX-8100 : Différenciation des pierres naturelles/pierres synthétiques, Détermination de l'origine géographique des pierres naturelles

Analyse des pierres précieuses par EDX-8100 : Différenciation des pierres naturelles/pierres synthétiques, Détermination de l'origine géographique des pierres naturelles

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Détermination de l'origine des diamants (naturels ou synthétiques)

Les diamants, qui captivent les yeux de nombreuses personnes, sont soit naturels, soit synthétiques. Les diamants naturels sont extraits de la terre et les diamants synthétiques sont fabriqués artificiellement. Ces dernières années, il est devenu extrêmement difficile de juger si un diamant est d'origine naturelle ou synthétique en utilisant les outils et équipements conventionnels d'évaluation des pierres précieuses, ce qui rend nécessaire de nouvelles méthodes de jugement. La Fig. 2 montre les mesures de réflectance diffuse relative des diamants naturels et synthétiques en utilisant le SolidSpec-3700DUV, un spectrophotomètre ultraviolet-visible. Le spectre du diamant A n'a pas de pics proéminents, mais le spectre du diamant B montre un pic à 415,2 nm. Les caractéristiques optiques des diamants changent en fonction de la quantité d'impuretés (molécules d'azote) présentes à l'intérieur. Le pic à 415,2 nm dans la Fig. 3 est considéré comme indiquant le centre N3, qui comprend trois atomes d'azote voisins. Étant donné que le centre N3 est considéré comme une preuve de l'origine naturelle d'un diamant, nous pouvons supposer que le diamant A est un diamant synthétique et que le diamant B est un diamant naturel. Les spectres de transmittance d'un cristal de roche et d'une améthyste ont été mesurés en utilisant l'IRSpirit™, un spectrophotomètre infrarouge à transformée de Fourier. La Fig. 3 montre les spectres obtenus. Les formes des pics diffèrent entre les spectres obtenus à environ 3400 cm-1. L'améthyste, qui obtient sa couleur pourpre en raison des impuretés de quartz, a été signalée comme ayant un pic caractéristique large et fort à environ 3435 cm-1. Ces spectres montrent que la présence d'impuretés de quartz peut être observée en mesurant les spectres infrarouges.

Cartographie élémentaire de l'épidote

L'épidote naturelle se trouve largement dans les roches métamorphiques et se métamorphose à des températures relativement basses, telles que le schiste vert, l'épidote-amphibolite et le schiste à glaucophane. L'épidote a une composition chimique de Ca2(Al,Fe3+)3Si3O12(OH), tandis que l'épidote naturelle prend une composition entre la clinozoïsite (Ca2Al3Si3O12(OH)) et la pistacite (Ca2Al2Fe3+Si3O12(OH)) en raison de la substitution de l'Al par le Fe3+. L'analyse de cartographie élémentaire de l'épidote et de la hornblende dans des pierres disponibles dans le commerce, censées contenir de l'épidote, a été réalisée en utilisant l'EPMA™-1720HT, une microsonde électronique.
La Fig. 4 montre les résultats. L'objectif de cette étude était la concentration de Fe et de Cr dans l'épidote et la hornblende. Comme le montre la Fig. 4(a), la concentration de Fe dans l'épidote était plus élevée au bord et à la limite des cristaux, tandis que la concentration de Cr était plus élevée dans les zones avec moins de Fe et à la limite. De plus, comme le montre la Fig. 4(b), la distribution de Fe dans la hornblende s'est avérée presque homogène, tandis que celle de Cr était hétérogène dans des cristaux relativement grands avec des concentrations plus élevées dans la zone centrale. Cependant, dans certaines hornblendes fragmentaires, la concentration de Cr était plus élevée au bord et à la limite. Il est connu que l'épidote est produite dans les roches métamorphiques et que la quantité de Fe3+ augmente avec des températures métamorphiques plus élevées, ce qui suggère que les réactions ont progressé à la limite et au bord des cristaux pendant le métamorphisme. On peut également supposer que la hornblende a assimilé certaines substances riches en Cr pendant le processus métamorphique ou est entrée en contact avec des composants riches en Cr, car une quantité abondante de Cr a été trouvée à la limite. La cartographie élémentaire des roches peut révéler les processus physiques et chimiques de la croissance des cristaux et du métamorphisme des minéraux contenus. De plus, la combinaison de la cartographie élémentaire et de l'analyse de phase est efficace pour identifier les minéraux. Avec ces méthodes, il est possible d'évaluer les pierres précieuses et les gemmes dans les bijoux et d'identifier leur origine géographique.