ค่าความถ่วงจ าเพาะ ( specific gravity: S.G.¸„...

คาความถวงจ าเพาะ (specific gravity: S.G.)

คา ถ.พ. เปนคาทแสดงความหนาแนนของเนอสสาร ขนอยกบชนดและวธการทอะตอมจบตวกน เชน เพชร และแกรไฟต ตางประกอบดวยอะตอมของคารบอน (C) เหมอนกน

graphite ถ.พ. = 2.23

ความแขง = 1.5

diamond ถ.พ. = 3.52

ความแขง = 10

คาความถวงจ าเพาะหรอ คา ถ.พ. เปนคาตวเลขทแสดงความหนาแนน(density) ของเนอสสาร โดยอญมณแตละชนดมคา ถ.พ. คงท และใชในการจ าแนกชนดของอญมณไดเปนอยางด คา ถ.พ. เปนคาแสดงอตราสวนระหวางน าหนกของสสาร(อญมณ) ตอน าหนกของน าบรสทธทมปรมาตรเทากบอญมณนน (วดทความดนบรรยากาศ และอณหภม 40 C )

คา ถ.พ. ของแรหรออญมณ ขนอยกบปจจย 2 ประการ คอ ชนดของอะตอมทประกอบเปนอญมณ และ วธการทอะตอมเหลานจบตวกน โดยทวไปพบวา อญมณทประกอบดวยอะตอมทมคาน าหนกอะตอม (atomic weight) สง จะมคา ถ.พ. สงกวาอญมณทประกอบดวยอะตอมทมน าหนกอะตอมต ากวา ส าหรบวธการจดเรยงตวของอะตอม หรอพนธะเคมระหวางอะตอม ถามความแขงแรงมาก และจบตวกนแนนมาก ท าใหอญมณมความแขงมากและมคา ถ.พ. สงตามไปดวย

เปนวธทไดคาตวเลขทแนนอน โดยการน าอญมณไปชงโดยใชเครองชงละเอยด ซงมหลายชนด ปจจบนนยมใชเครองชงดจตอลแบบจานเดยว (single-pan) สามารถอานคาตวเลขไดจากเครองโดยตรง (ทศนยม 3 ต าแหนง) เปนวธทรวดเรว งาย และถกตอง หนวยทอานได เลอกไดทง “กะรต” และ “กรม”

วธการหาคาความถวงจ าเพาะ ของอญมณ

1. วธ Hydrostatic weighting

การตรวจหาคา ถ.พ. ของอญมณ ท าได 2 วธ คอ

คา ถ.พ. = น าหนกของอญมณชงในอากาศ นน. อญมณชงในอากาศ - นน.ทชงในน า

วธการหาคา ถ.พ. ของอญมณ

เชน อญมณสแดงเมดหนง ชงน าหนกในอากาศได 5 กะรต ( 1 กะรต = 0.200 กรม) หรอ 1 กรม ชงในน าได 3.75กะรต หรอ 0.75 กรม เราสามารถหาคา ถ.พ. ไดโดย คา ถ.พ. = 5 หรอ = 1 = 4.00

5 – 3.75 1 – 0.75

เราสามารถบอกไดวาอญมณสแดงน นาจะเปนทบทม เพราะทบทมมคา ถ.พ. ประมาณ 4

หรอ อญมณสเหลองเมดหนง ชงน าหนกในอากาศได 9.75 กะรต (1.950 กรม) ชงในน าไดน าหนก 6.07 กะรต ( 1.214 กรม)

หาคา ถ.พ. ได = 9.75 หรอ 1.950 = 2.65

9.75 – 6.07 1.950 – 1.214

อญมณเมดน ควรจะเปนซทรน (citrine) ซงเปนควอตซสเหลอง

2. วธลอยในน ายาทรคา ถ.พ. (Specific gravity liquid)

คบพลอยจมลงในน ายาขวดทคาดวานาจะมคา ถ.พ. ใกลเคยงกบ อญมณเมดนน โดยกดอญมณใหจมน ายา แลวปลอย ถาอญมณแขวนลอยอยในน ายา (ไมลอยพนผวน ายาและไมจมลงกนขวด) แสดงวาอญมณมคา ถ.พ.ใกลเคยงกบคา ถ.พ. ของน ายา ถาจมลงอยางรวดเรว แสดงวามคา ถ.พ. มากกวา และถาลอยอยดานบนแสดงวามคา ถ.พ. นอยกวาคา ถ.พ. ของน ายาขวดนน

เปนวธหาคา ถ.พ. โดยประมาณอยางรวดเรว ไมไดคาทถกตองแนนอนเหมอนวธแรก วธนหาคา ถ.พ.โดยใชชดน ายาทรคา ถ.พ. แนนอน จ านวน 5 ขวด แตละขวดมคา ถ.พ. ตางกน

3.32 ใชแยกหยก jadeite(3.34) จากหยก nephrite(2.95)

3.05 ใชแยก tourmaline(3.32)จากอญมณอน เชน topaz(3.53)

2.67 ใชแยก natural emerald จาก systhetic emerald(2.65-2.68)

2.62 ใชแยก chalcedony (2.60 ลอย) จาก quartz (2.66 จม)

2.57 ใชแยก amazonite(2.56) จาก chalcedony

การน าไฟฟาและการน าความรอน (Electroconductivity and Thermalconductivity

การน าไฟฟาของแรหรออญมณ ขนอยกบชนดของพนธะเคมทเชอมอะตอมตางๆ เขาดวยกน พวกทอะตอมเชอมตอกนดวยพนธะโลหะ (metallic bond) เชน ทอง เงน ทองแดง จะน าไฟฟาไดดมาก แตอญมณหรอแรสวนใหญไมมพนธะโลหะ จงมกไมน าไฟฟา ยกเวนเพชรสฟาธรรมชาตน าไฟฟาได แตถาเปนเพชรทมสฟาเกดจากการฉายรงสจะเปนฉนวนไฟฟา

เพชรเปนอญมณทน าความรอนไดดทสด ท าใหสามารถแยกเพชรแทจากเพชรเลยนแบบอนๆ ไดงาย โดยใชเครองจเพชร (diamond tester) ซงใชหลกการน าความรอนทดของเพชร เมอผานความรอนไปยงเพชร อณหภมของเพชรจะเปลยนอยางชาๆ ในขณะทอณหภมในเพชรเลยนแบบจะเปลยนอยางรวดเรว

ความเปนแมเหลก (Magnetism)

imitated hematite(hematine) hematite

มแรบางชนดเทานน ทสามารถดดแมเหลกใหตดได เรยกวา มความเปนแมเหลก เชน แมกนไทต (magnetite) แรทเปนอญมณสวนใหญไมมความเปนแมเหลก คณสมบตในการเปนแมเหลกสามารถใชแยกฮมาไทต (hematite) จากฮมาไทตเลยนแบบ (imitated hematite) ทเรยกวา hematine ได โดย hematine มความเปนแมเหลกมากกวาฮมาไทตธรรมชาต

สมบตทางแสง (Optical properties)

ประกาย (Luster) เปนปรมาณและคณภาพของแสงทสะทอนจากผวอญมณ โดยทวไปแรหรออญมณจะแบงตามประกายเปน 2 กลมใหญๆ คอ ประกายแบบโลหะ (metallic luster) และประกายแบบไมใชโลหะ (nonmetallic luster) อญมณสวนใหญจดอยในกลม nonmetallic luster ซงจะแบงออกเปน

เปนลกษณะสมบตของอญมณทแสดงออกมาเมอถกแสงมากระทบ ซงบางลกษณะสามารถเหนไดดวยตาเปลา บางลกษณะจ าเปนตองใชเครองมอในการตรวจสอบ ซงเปนสงจ าเปนอยางยงทชวยในการตรวจสอบชนดของอญมณ ตลอดจนการตรวจแยกอญมณแทจากอญมณเทยม

- วาวแบบขผง (waxy) เชน เทอรคอยซ

- วาวแบบน ามน (greasy) เชน หยก

- วาวแบบแกว (vitreous) เปนความวาวทพบในอญมณสวนมาก

- วาวแบบเพชร (adamantine)

- วาวแบบกงเพชร (subadamantine) เชน เพทาย

- วาวแบบยางสน (resinous) เชน อ าพน

- วาวแบบไหม (silky) เชน คตไมสก (tiger’s eye)

- วาวแบบมก (pearly) เชน มก, มนสโตน

• โปรงใส (transparent)

• กงโปรงใส (semitransparent)

• โปรงแสง (translucent)

• กงโปรงแสง (semitranslucent)

• ทบแสง (opaque)

อญมณสวนใหญมสออน และยอมใหแสงผาน ปรมาณของแสงทผานขนอยกบปรมาณของแสงทสะทอนจากผวอญมณ หรอทถกดดกลนไว หรอกระจดกระจายเมอแสงทะลผานตวอญมณไป เราจะใชค าตอไปนอธบายปรมาณของแสงทผานทะลออกมา

การผานของแสง (Light transmission)

สเปนปจจยทส าคญทสดทท าใหอญมณสวยงาม อญมณบางชนด ความสวยงามขนอยกบสเพยงอยางเดยว เมอแสงสขาวซงประกอบดวยชวงคลนแสงตงแตสแดงถงมวงกระทบผวของอญมณ แสงบางสวนจะสะทอนกลบออกมา (reflect)

บางสวนหกเห (refract) เขาไปในอญมณและบางสวนถกดดกลน (absorb) ไว ชวงแสงทเหลอจะถกปลอยออกมาเขาตาเรา ท าใหเราเหนอญมณเปนสตามชวงแสงทปลอยออกมา แตถาอญมณนนไมดดกลนแสงไวเลย (ปลอยแสงออกมาทงหมด) เราจะเหนอญมณนนไมมส

สของอญมณ (Colour)

Red 700 – 630 nm.

Orange 630 – 590 nm.

Yellow 590 – 550 nm. Green 550 – 490 nm.

Blue 490 – 440 nm.

Violet 440 – 400 nm.

ชวงคลนแสงทตามนษยมองเหนไดเปนสตางๆ มชวงสน ตงแต 400–700 นาโนเมตร (nanometer : nm) ดงน

emerald emerald : absorb ชวงแสงสมวง

แถบการดดกลนแสง (Absorption spectra)

เปนสาเหตทส าคญทสดของการเกดสในอญมณสวนใหญ เกดในอญมณทประกอบดวยอะตอมของธาตบางชนด ทมคณสมบตพเศษ คอ อเลกตรอนทอยในชนวงโคจร (orbital) ทมระดบพลงงานแตกตางกน (ชนนอกจะมระดบพลงงานสงกวาชนใน) เมอถกกระตนโดยพลงงานจากแสงทสองมาโดนอญมณ อเลกตรอนสามารถกระโดดขามชนจากชนในทมพลงงานต า ไปยงชนนอกได ท าใหเกดการดดกลนแสงบา ง ช ว ง ไ ว ธ า ต ท ม ลก ษณะพ เ ศ ษท า ใ ห อญม ณ เ ก ด ส ไ ด ม ช อ เ ร ย ก ว า chromophores

สาเหตของการเกดสในอญมณ

สาเหตส าคญทท าใหอญมณเลอกดดกลนชวงแสงแตกตางกน ไดแก

1. ชนดของ ion ในโครงสราง(chromophor)

ธาตเหลาน ไดแก titanium vanadium chromium manganese iron cobalt nickel และ copper ซงมอยเปนปรมาณเลกนอยในโครงสรางอญมณ

(Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu)

สเขยวใน peridot เกดจาก Fe2+

สเหลองใน chrysoberyl เกดจาก Fe3+

นอกจากชนดของธาตแลว การดดกลนแสงของอญมณ ยงขนกบ จ านวนประจบวก (oxidation state) ของธาตใหสดวย ตวอยางเชน ถาธาตเหลกเปนเหลกเฟอรส (Fe2+) ทมประจบวกเพยง 2 จะท าใหเกดสเขยวใน peridot แตถาเปนเหลกเฟอรก (Fe3+) ทมประจบวก 3 เมอเขาไปอยในต าแหนงทคลายกบใน peridot แตเปน chrysoberyl กลบท าใหเหน chrysoberyl เปนสเหลอง

สในอญมณสวนใหญ ไมไดเกดจากธาตทเปนสวนประกอบหลก ทมอยในสตรเคมของอญมณ แตเปนธาตมลทน (impurity) ทเขาไปแทนทธาตหลกบางสวนในปรมาณเลกนอย เ รยกอญมณเหลา น ว า allochromatic gemstones

ตวอยางเชน corundum มสตรเคมเปน Al2O3 ถาบรสทธไมมธาตอนมาแทนทเลยจะไมมส แตถาม Cr3+ เพยงเลกนอยเขาแทนท Al3+ จะท าใหเกดสแดง ซงเรยกวา ทบทม (ruby) แตถาม Fe และ Ti เขาแทนท Al3+ จะเกดเปนสน าเงน เรยกวา ไพลน (blue sapphire)

Allochromatic gemstone : อญมณทสเกดจากธาตมลทนทเขาไปแทนท ธาตหลกบางสวนในปรมาณเลกนอย

อญมณบางชนด มธาตท เปนสวนประกอบเปนธาตทใหส เ รยกวา idiochromatic gemstones

เชน rhodochrosite (MnCO3) และ rhodonite (Mn, Fe, Mg, Ca)SiO3 มสแดงถงสสม สเกดจาก Mn2+ ซงอยในสตรเคมของอญมณ หรอ malachite (Cu2CO3(OH)2) และ dioptase (CuSiO2(OH)2) มสเขยว เกดจาก Cu2+ ซงเปนธาตหลกในโครงสรางหลก หรอ peridot ทสเขยวเกดจาก Fe2+ ซงอยในสตรโครงสราง (Fe, Mg)SiO4

Idiochromatic gemstones : อญมณทสเกดจากธาตทเปนสวนประกอบ หลกของอญมณ

rhodochrosite : MnCO3

peridot :(FeMg)2SiO4 malachite : Cu2CO3(OH)2 Almandine garnet : Fe3Al2(SiO4)3

Dioptase : CuSiO3.H2O

2. ศนยกลางส (colour center) : เกดจากความผดปกตของโครงสรางภายในผลก ความผดปกตดงกลาว อาจเกดขนเองตามธรรมชาต หรอมนษยท าขนโดยการฉายรงสทมพลงงานสงไปทอญมณเพยง 2-3 นาท แตสทเกดขนจะไมถาวร สจะจางลงเมอถกความรอนหรอแสงแดด

purple fluorite smoky quartz green diamond

3. มลทนภายใน (inclusions)

อญมณทมลทนภายใน เปนสาเหตท าใหเกดส เชน

„ chalcedony : ส green-blue เกดจากแร chrysocolla

„ aventurine quartz : ส green เกดจากแร fuchsite

„ carnelian : สแดงเกดจากผลก hematite ขนาดเลก

อญมณเมดเดยวกน อาจมสตางกน เชน

„ tourmaline : มสองสในเมดเดยวกน เรยก bicolour tourmaline

„ tourmaline : ขอบผลกส green บรเวณกลางผลกส red เรยก watermelon tourmaline

„ amethyst : แสดงแถบสมวงเขม-ออนสลบกน

„ sapphire : แสดงแถบสน าเงนเขม-ออนสลบกน

อญมณทแสดงแถบสออน-เขมสลบกนเปนรปแบบ(pattern) ตางๆ ไดแก

malachite agate

rhodochrosite

ปรากฏการณทางแสง

(Optical phenomena or Sheen)

1. ปรากฏการณตาแมว (chatoyancy or cat’s eye) เปนแนวเหลอบแสงคลายเสนไหม (silky sheen) วางตวพาดตามแนวยาวของอญมณทเจยระไนเปนรปหลงเบย (en cabochon) เกดจากการเรยงตวอดแนนเปนแนวเดยวกนของมลทน (inclusion) ทมขนาดละเอยด ซงอาจเปนเสนใย (fibrous) แทงเขม (needle-like inclusions) หรอทอกลวง (hollow tube) เมอน าอญมณมาเจยระไนเปนรปหลงเบย จะเหนการสะทอนแสงของมลทนเหลาน เปนแถบเหลอบแสงวางตวพาดในแนวตงฉากกบทศทางการวางตวของมลทน

alexandrite

aquamarine

chrysoberyl

tourmaline quartz

zircon

apatite emerald

spinel

2. ตาเสอ หรอคตไมสก (tiger’s eye)

คตไมสก เปนค าทใชเรยกควอตซ สเหลอง-น าตาล ทแสดงการเหลอบแสงเปนแนวขนานกน เนองจากการเขาแทนทของควอตซในแรใยหน (crocidolite asbestos) แตยงคงมลกษณะรปรางทเปนเสนใย (fibrous) ของ แรใยหนอย สวนตาเหยยว มลกษณะเชนเดยวกบตาเสอ แตมสตางกน คอ มสน าเงน

hawk’s eye

3. สตาร หรอสาแหรก (Asterism of star effect) มลกษณะและสาเหตของการเกดเชนเดยวกบตาแมว แตสตารหรอสาแหรกมลกษณะเปนแถบเหลอบแสง 2 ทศทาง หรอ 3 ทศทาง วางตวพาดตดกนตรงกลางเมดอญมณ เกดจากการเรยงตวอดแนนของมลทนแทงเขมถง 2 ทศทาง หรอ 3 ทศทาง ท าใหเกดเปนสตาร 4 ขา หรอ 6 ขา

quartz garnet

ruby sapphire

diopside

4. การเหลอบส (Iridescence)

เปนการเหลอบส รงบนผวอญมณ เกดจากการรบกวนกน (interfere) ของคลนแสงทสะทอนจากโครงสรางทเปนแผนบางๆ (thin film) ซงอาจเปนรอยแตกถๆ ขนานกน แถบการแฝด(twin lamellae) ระนาบแนวแตกเรยบ (cleavage plane)

ในกรณของโอปอ (opal) เปนทรงกลมเลกๆ ทอดตวแนน (closely packed sphere) เรยกวา การเลนส (play of colour)

pearl iris agate hematit

e

opal

Iridescence ทเกดใน feldspar ชนด orthoclase ซงเปนอญมณชนด มกดาหาร หรอ moonstone แสดงลกษณะการเหลอบแสงนวลๆ สฟาถงสขาว เคลอนไปมาบนผวเมอหมนอญมณ เรยกวา adularescence เกดจากการรบกวนกนของแสงทสะทอนจากโครงสรางภายในทเปนระนาบแฝดทซอนขนานกน (twin lamellae)

Adularescence ใน moonstone

Colour change หรอ Alexandrite effect

fluorescence light incandescence light alexandrite

เปนลกษณะทเหนอญมณเมดเดยวกน มสทแตกตางกนเมอมองภายใตแสงตางชนดกน โดยเหนเปนสมวง มวงแดง หรอแดงอมน าตาล เมอมองภายใตแสงไฟจากหลอดทงสเตน

แตเมอมองภายใตแสงอาทตยหรอแสงฟลออเรสเซนตจะเหนเปนสเขยว เขยวอมน าเงน การเปลยนสนพบครงแรกในอญมณชนด alexandrite ซงเปน chrysoberyl บางครงจงเรยกวา alexandrite effect

อะเวนจเรสเซนต (Aventurescence) เปนการสะทอนแสงจากแรมลทนขนาดเลกจ านวนมากทอยภายในอญมณ แรมลทนเหลานมกเปนแผนเลกๆ มประกายแวววาว

• aventurine quartz : ประกายสเขยวเกดจาก fuchsite (แร mica)

• sunstone : มสสมหรอแดง เกดจากมลทนเปนทองแดงขนาดเลกจ านวนมาก

aventurine feldspar sunstone

อญมณบางชนด แสดงการเรองแสงภายใตแสงอลตราไวโอเลต (UV) เครองมอทใชตรวจสอบการเรองแสง เปนหลอดไฟแสงอลตราไวโอเลต (Ultraviolet lamp) ทม 2 ชวงคลน คอ ชวงคลนยาว (long-wave) หรอ LWUV และชวงคลนสน (short-wave) หรอ SWUV ใชสองดอญมณทใสไวในกลองสด า ปดสนทไมใหแสงจากภายนอกเขารบกวน

สมบตทางแสงทตองตรวจสอบดวยเครองมอ (Optical tests)

UV - lamp

การเรองแสง (fluorescence) :

การเรองแสงเกดจากการดดกลนพลงงานของรงส UV ไวโดยอออนในอญมณ

อญมณบางชนดสามารถเรองแสงเฉพาะใน SWUV บางชนดเรองแสงเฉพาะใน LWUV บางชนดไมเรองแสง (inert) เลย ในการตรวจสอบจงตองใชทง 2 ชวงคลน

diamond : เรองแสงสฟาภายใต SWUV before after

diamond : เรองแสงสฟาภายใต SWUV

ruby: เรองแสงสแดงภายใต SWUV

คา R.I. เปนอตราสวนของความเรวแสงในอากาศ ตอความเรวของแสงทผานอญมณ อญมณแตละชนด มคาดชนหกเห หรอ คา R.I. เฉพาะตว การตรวจสอบหาคาดชนหกเห จงจ าเปนอยางมากในการตรวจสอบชนดอญมณ เชนเดยวกบการตรวจหาคาความถวงจ าเพาะ เครองมอในการตรวจหาคา R.I. เรยกวา refractometer

คาดชนหกเห (Refractive index ; R.I. )

คาดชนหกเห เปน คาตวเลขแสดงอตราสวนความเรวของแสงในอากาศ ตอความเรวของแสงในอญมณ หรออาจแสดงในรปของคา sine ของมมตกกระทบ ตอคา sine ของมมหกเหของอญมณ

R.I. ของ diamond = sin 60o = 0.8660 = 2.417 sin 21o 0.3583

กรณของเพชร

R.I. ของ spinel = 1.715 R.I. ของ peridot = 1.654 และ 1.690

ใชน ายา methelene iodide ทมคา R.I. เทากบ 1.81 ในการอานคาดชนหกเหของอญมณ ซงเปนคาสงสดทสามารถใชวดคาดชนหกเหได ดงนนอญมณทมคาดชนหกเหมากกวา 1.81 เชน เพชร จงไมสามารถใชเครองมอนหาคา R.I.ได

corundum มคา R.I. 2 คา คอ 1.762 และ 1.770

topaz มคา R.I. 2 คา คอ 1.619 และ 1.627 มคา birefringence เทากน คอ 0.008

คา birefringence : เปนคาความแตกตางของคาดชนหกเหทง 2 คา

อญมณทมคา birefringence สง เชน zircon = 0.059 peridot = 0.036

แสดงลกษณะ doubling

คาการกระจายแสง (Dispersion) เปนคาความแตกตางของคาดชนหกเห เมอวดดวยแสงสแดงและแสงสมวง

diamond มคา dispersion = 0.044

ruby , sapphire มคา dispersion = 0.018 demantoid garnet มคา dispersion = 0.057

zircon

มคา dispersion = 0.059

ลกษณะสแฝด (Pleochroism) อญมณทมการดดกลนแสงในทศทางทการเคลอนตวของแสงตางกน บางทศทางอาจดดกลนไดหมด แตในทศทางตงฉากอาจไมดดกลนเลย หรอแสงทมชวงคลนตางกน อาจถกดดกลนไดดในทศทางหนงมากกวาทศทางอนๆ ผลทเกดขนคอ เหนสของอญมณเมดเดยวกน เปนสตางกน เมอมองในทศทางตางกน เรยกวา ลกษณะสแฝด (pleochroism)

tanzanite tourmaline (trichroism)

(dichroism)

เมอแสงเดนทางผานอญมณ หรอสะทอนจากผวอญมณ จะแสดงแถบส (spectrum) ของทกชวงคลนตงแตชวงสแดง(700 ‟ 640 nm.) จนถงชวงสมวง(440 ‟ 400 nm.) แตแถบสทแสดงสตอเนองกนน จะขาดหายเปนเสนหรอแถบสด าเปนชวงๆ เกดจากชวงแสงเหลานถกดดกลนไวโดยอญมณ เรยกชวงคลนนวา แถบการดดกลนแสง (absorption spectrum)

การตรวจแถบการดดกลนแสง (Absorption spectrum)

เครองมอทใชในการตรวจสอบแถบการดดกลนแสง เรยกวา สเปกโตรสโคป (spectroscope) ซงมหลากหลายแบบ ทงแบบราคาถกใชมอถอ (hand held spectroscope) และแบบตงโตะ

การตรวจแถบการดดกลนแสง(Absorption spectrum)

desk top spectroscope

hand held spectroscope

peridot (Fe) emerald ( Cr )

Ruby ( Cr )

alexandrite ( Cr )

spectrum ของแสงสขาว(white light)

almandine garnet (Fe)

spessartine (Mn)