Trước đây, các nhà ngọc học có thể phân định sự khác nhau của hai loại kim cương này rất dễ dàng. Dưới máy đo nhiệt độ, đèn cực tím, kính hiển vi hay kính phân cực tính chất của các loại kim cương đều thể hiện rõ ràng.
Ví dụ, để nhận biết kim cương CVD và kim cương HPHT có tể dựa vào bảng sau:
Sự khác biệt cơ bản giữ kim cương tổng hợp HPHT và CVD
Tuy nhiên, để phân biệt kim cương tự nhiên và kim cương nhân tạo lại là chuyện khác. Dưới đây là 5 cách GIA dùng để giám định kim cương.
Nhận biết kim cương bằng tia hồng ngoại
Từ năm 1930, các nhà khoa học đã sử dụng tia cực tím để phân loại kim cương tự nhiên. Trong đó, hai nhóm kim cương chính là loại I và loại II. Giữa hai loại này sẽ có sự khác biệt về độ trong suốt khi nhìn dưới tia cực tím.
Sau đó, các nhà khoa học tiếp tục chia nhỏ loại I và loại II ra thành 4 loại là Ia, Ib và IIa, IIb. Những loại này sẽ khác nhau về cấu trúc Cacbon, màu sắc và tạp chất.
Bảng phân loại kim cương theo cấu trúc
Đến năm 1959, các nhà khoa học phát hiện ra tạp chất nitrogen có vai trò quan trọng trong cấu trúc kim cương. Vì thế, họ đã sử dụng tia hồng ngoại để xác định loại kim cương.
Kim cương tự nhiên thường nằm ở loại Ia, kim cương HPTP thường thuộc loại Ib và kim cương CDV thuộc loại IIa.
Nếu kim cương chứa lượng lớn nitrogen ở dạng nhóm hoặc dạng cặp thì sẽ thuộc nhóm Ia. Đây chắc chắn là kim cương tự nhiên vì kim cương tổng hợp rất ít tạp chất.
Mặt khác, kim cương nhân tạo sẽ thường nằm trong các nhóm Ib, IIa, IIb. Cụ thể:
- Kim cương Ib có nitrogen ở dạng đơn lẻ hoặc phân tán.
- Kim cương IIa không có tạp chất nên không chứa nitrogen.
- Kim cương IIb có sự xuất hiện của boron.
Trong tự nhiên, rất hiếm có kim cương thuộc 3 nhóm này. Nếu có nó sẽ cực kỳ đắt tiền và quý giá.
Phân biệt kim cương tự nhiên và nhân tạo bằng đới màu
Kim cương HPHT thường có sự phân bố màu không đều. Tính chất này có thể được nhìn thấy dưới ánh sáng truyền qua của kính hiển vi.
Và nếu cần, có thể được nhúng đá vào dung dịch nhúng để nhìn rõ hơn.
Sự phân bố đới màu của kim cương HPHT
Đôi khi kim cương tự nhiên cũng có vùng màu, nhưng hình dạng của chúng hoàn toàn khác với kim cương HPHT.
Khác với kim cương HPHT, kim cương CVD thường có sự phân bố màu đồng nhất.
Nhận biết kim cương bằng các bao thể kim loại
Kim cương HPHT thường sẽ chứa các bao thể kim loại. Chúng có màu đen và ánh sáng không thể xuyên qua. Khi chiếu tia sáng, nó sẽ phản chiếu bằng ánh kim.
Các bao thể trong kim cương
Hợp kim nóng chảy được sử dụng trong quá trình nuôi cấy bao gồm các nguyên tố như sắt, niken hoặc coban. Do đó, kim cương HPHT chứa các cơ thể lớn hoặc nhỏ sẽ có từ tính mạnh và có thể dính vào nam châm.
Kim cương CVD không chứa bao thể kim loại mà chỉ có các chấm màu đen.
Kim cương tự nhiên có thể có các vùi màu đen (than chì hoặc một số khoáng chất khác) nhưng các vùi này không có ánh kim dưới ánh sáng phản chiếu.
Sự chiết suất bất thường (Anomalous birefringence)
Khi kiểm tra dưới hai nicol vuông góc, kim cương thiên nhiên loại II thường sẽ thể hiện lưỡng chiết suất bất thường.
Hiện tượng này còn được gọi là “sự biến dạng” (strain) màu giao thoa. Nó có cấu trúc “tatami” hoặc cấu trúc dải.
Các cấu trúc biến dạng đặc trưng của kim cương
“Sự biến dạng” màu giao thoa này là do kim cương thiên nhiên phải trải qua điều kiện ứng suất (sress) thay đổi liên tục trong thời gian dài. Điều này diễn ra khi kim cương còn nằm sâu bên trong trái đất hoặc trong quá trình phun trào núi lửa.
Ngược lại, kim cương tổng hợp tăng trưởng trong môi trường áp suất hầu như đều đặn. Nó không trải qua điều kiện ứng suất như trên.
Hiệu ứng suất kim cương HPHT và CVD
Vì vậy khi kiểm tra dưới hai nicol vuông góc, kim cương HPHT và CVD không có “sự biến dạng” hoặc chỉ có “sự biến dạng” nhẹ cấu trúc dải.
Nhận biết kim cương bằng cách phát tia huỳnh quang
Chiếu huỳnh quang là một trong những phương pháp quan trọng nhất để phân biệt kim cương. Dưới tia cực tím sóng ngắn, kim cương tổng hợp thường phát huỳnh quang mạnh hơn dưới sóng dài. Đặc biệt, có thể nhìn thấy những cấu trúc đặc trưng của kim cương bằng huỳnh quang.
Kim cương HPHT phát huỳnh quang với cấu trúc hình chữ thập. Trong khi đó, kim cương CVD sẽ phát huỳnh quang với cấu trúc sọc.
Màu phát huỳnh quang điển hình là xanh lá cây, vàng, vàng, cam hoặc đỏ.
Nhận biết kim cương bằng máy DiamondView
Khi tắt đèn UV, một số viên kim cương tổng hợp xuất hiện sự lân quang. hiện tượng này duy trì trong vài phút hoặc lâu hơn.
GIA sử dụng thiết bị hình ảnh huỳnh quang có tên DiamondView để kiểm tra kim cương. Thiết bị này cho phép phát hiện cấu trúc tăng trưởng trong kim cương và giúp phân biệt giữa kim cương tự nhiên và kim cương tổng hợp.
Qua 5 cách nhận biết kim cương tự nhiên và kim cương nhân tạo phía trên, có thể thấy việc giám định kim cương không hề đơn giản. Vì vậy, khi mua đá quý có kèm giấy kiểm định của GIA khách hàng có thể hoàn toàn yên tâm.