رنگ، نخستین ویژگی است که نگاه ما را به یک گوهرسنگ جذب میکند؛ اما آنچه چشم میبیند، حاصل برهمکنش پیچیده نور، ساختار بلوری و عناصر شیمیایی درون گوهرسنگ است. شناخت منشأ رنگ نهتنها در درک زیبایی گوهرسنگها اهمیت دارد، بلکه یکی از پایههای اصلی شناسایی و ارزیابی آنها در گوهرشناسی به شمار میرود. در این مقاله با عوامل ایجاد رنگ، جذب انتخابی نور، نقش عناصر واسطه و کاربرد طیفسنج در بررسی گوهرسنگها آشنا خواهید شد.
جایگاه نور مرئی در طیف الکترومغناطیسی. نور مرئی تنها بخش کوچکی از طیف الکترومغناطیسی را تشکیل میدهد و بین نواحی فرابنفش (Ultraviolet) و فروسرخ (Infrared) قرار دارد.
رنگ
رنگ، احساس بینایی است که در اثر برخورد امواج نوری با طول موجهای مختلف به شبکیه چشم ایجاد میشود.
نور
نور نوعی انرژی است که بهصورت امواج الکترومغناطیسی منتشر میشود. طول موج نور با واحد سانتیمتر یا نانومتر اندازهگیری میشود. هر نانومتر برابر با یک میلیونیم میلیمتر است.
نور مرئی
طیف نور مرئی و محدوده طول موج آن. نور مرئی در بازه تقریبی ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر قرار دارد و شامل رنگهای بنفش، آبی، سبز، زرد، نارنجی و قرمز است؛ با کاهش طول موج، رنگ به سمت بنفش و با افزایش طول موج، به سمت قرمز تغییر میکند.
نور سفید
نور سفید از ترکیب تقریباً مساوی همه رنگها یا طول موجهای تشکیلدهنده طیف مرئی به وجود میآید.
قرمز / نارنجی / زرد / سبز / آبی / بنفش
یک گوهرسنگ رنگی در نور سفید
رنگی که از یک گوهرسنگ مشاهده میکنیم، نتیجه جذب برخی از طول موجهای نور سفید توسط آن گوهرسنگ است.
- گوهرسنگهای شفاف: جذب نور هنگام عبور نور از داخل گوهرسنگ رخ میدهد.
- گوهرسنگهای ٱپک: جذب نور هنگام بازتاب نور از سطح گوهرسنگ اتفاق میافتد.
جذب انتخابی (Selective Absorption)
جذب انتخابی به حذف یا تضعیف برخی طول موجها یا رنگهای موجود در نور سفید گفته میشود. این پدیده یا به دلیل وجود ناخالصیها در گوهرسنگ ایجاد میشود (مانند کروم در یاقوت یا آهن در آمیتیست) یا ناشی از عناصر شیمیایی موجود در ترکیب گوهرسنگ است (مانند مس در مالاکیت یا منگنز در رودونیت).
یاقوت راف موزامبیک، رنگ قرمز یاقوت عمدتاً ناشی از حضور یونهای کروم (Cr³⁺) در ساختار بلوری کوراندوم است.
رنگ آمیتیست عمدتاً به حضور آهن و تأثیر تابش طبیعی بر ساختار بلوری کوارتز نسبت داده میشود
رنگ سبز مالاکیت ناشی از حضور یونهای مس دوظرفیتی (Cu²⁺) در ساختار شیمیایی آن است
سنگ رودونیت از نوادا آمریکا، رنگ رودونیت ناشی از حضور منگنز (Mn²⁺) در ساختار آن است.
گوهرسنگهای آلوکروماتیک (Allochromatic)
گوهرسنگهایی هستند که رنگ آنها در اثر وجود ناخالصیها ایجاد میشود.
گوهرسنگهای ایدیوکروماتیک (Idiochromatic)
گوهرسنگهایی هستند که رنگ خود را از ترکیب شیمیایی ذاتیشان به دست میآورند.
جذب انتخابی نور در هر دو گروه گوهرسنگهای آلوکروماتیک و ایدیوکروماتیک، عمدتاً به دلیل حضور عناصر واسطه (Transition Elements) رخ میدهد.
عناصر واسطه (Transition Elements)
| عنصر | گوهرسنگهای مرتبط |
|---|---|
| وانادیوم (Vanadium) | کوراندوم مصنوعی با پدیده تغییر رنگ (رنگ الکساندریت)، سافایر آبی و بنفش |
| کروم (Chromium) | یاقوت، زمرد، الکساندریت، اسپینل سرخ، ژادئیت، گارنت دمانتوئید، گارنت پیروپ، توپاز صورتی |
| آهن (Iron) | آمیتیست، سافایر، پریدوت، آکوامارین، تورمالین، گارنت آلماندین |
| نیکل (Nickel) | کوارتز کریزوپراز، سافایر مصنوعی سبز و زرد |
| منگنز (Manganese) | رودوکروزیت، رودونیت، گارنت اسپسارتین، رز کوارتز |
| مس (Copper) | مالاکیت، فیروزه، سافایر مصنوعی سبز |
| کبالت (Cobalt) | اسپینل مصنوعی آبی، کوارتز مصنوعی آبی، شیشه کبالت و اسپینل آبی طبیعی |
| تیتانیوم (Titanium) | سافایر آبی |
گوهرسنگ های زمرد و تساوریت:
عامل رنگ سبز: یونهای کروم (Cr³⁺) و وانادیوم (V³⁺)
گوهرسنگ های تورمالین پارایبا و پریدوت:
عامل رنگ:تورمالین پارایبا؛ مس (Cu²⁺) و منگنز (Mn²⁺) | پریدوت؛ آهن (Fe²⁺)
گوهرسنگ های کروم تورمالین و یشم جیدیت:
عامل رنگ سبز: یون کروم (Cr³⁺)
متامریسم (Metamerism)
متامریسم یا پدیده تغییر رنگ، حالتی است که در آن رنگ یک گوهرسنگ هنگام قرار گرفتن در منابع نوری مختلف تغییر میکند. الکساندریت شناختهشدهترین نمونه این پدیده است.
در الکساندریت، یک نوار جذب پهن در بخش زرد طیف نور وجود دارد.
گوهر های تراش خورده الکساندریت، متامریسم یا پدیده تغییر رنگ، حالتی است که در آن رنگ یک گوهرسنگ هنگام قرار گرفتن در منابع نوری مختلف تغییر میکند. الکساندریت شناختهشدهترین نمونه این پدیده است
این گوهرسنگ در نور روز سبز دیده میشود، زیرا نور روز غنی از طول موجهای کوتاهتر است. اما در نور مصنوعی (بهجز نور فلورسنت)، به دلیل فراوانی طول موجهای بلندتر، به رنگ قرمز دیده میشود.
لامپ تنگستن دارای کمبود نور آبی است؛ به همین دلیل الکساندریت در نور آن قرمز به نظر میرسد.
طیفسنج (Spectroscope)
پدیده جذب انتخابی را میتوان با استفاده از دستگاهی به نام طیفسنج یا اسپکتروسکوپ مشاهده کرد. این دستگاه با بهرهگیری از مجموعهای از منشورها یا یک توری پراش، نور عبوری از گوهرسنگ را تجزیه و تحلیل میکند. نتیجه این بررسی، طیف جذب (Absorption Spectrum) نام دارد که در آن طول موجها یا رنگهای جذبشده توسط گوهرسنگ بهصورت نوارهای تیره در طیف دیده میشوند.
طیفسنج منشوری (Prism Type Spectroscope)
برای استفاده از طیفسنج منشوری:
- شکاف ورودی دستگاه را به گونهای تنظیم کنید که تفکیکپذیری آن متناسب با طیف مورد بررسی باشد.
- گوهرسنگ را برای خنک شدن در آب سرد قرار دهید.
- از یک منبع نور قوی، متمرکز و با حرارت کم استفاده کنید. استفاده از نور فیبر نوری (Fiber Optic) توصیه میشود.
- در گوهرسنگهای شفاف، نور را از داخل گوهرسنگ عبور دهید و در گوهرسنگهای کدر، نور را از سطح آن بازتاب دهید.
- طیفسنج را به گونهای قرار دهید که نور عبوری از شکاف ورودی وارد دستگاه شود.
نمای شماتیک عملکرد طیفسنج منشوری و نحوه تجزیه نور سفید به طیف مرئی در یک طیف سنج منشوری پرتابل
کاربردها
- بررسی گوهرسنگهای تراش نخورده (Unpolished).
- شناسایی گوهرسنگهای بهسازیشده.
- بررسی گوهرسنگهای تراشخوردهای که ضریب شکست آنها از محدوده اندازهگیری رفراکتومتر بیشتر است.
- تشخیص برخی گوهرسنگهای مصنوعی؛ برای مثال، تشخیص سافایر آبی طبیعی از نوع مصنوعی آن.
معایب طیفسنج منشوری
- قیمت نسبتاً بالا.
- طول موجها بهصورت خطی در طیف توزیع نشدهاند؛ در بخش قرمز طیف، طول موجها به هم فشرده هستند، در حالی که در بخش آبی و بنفش فاصله بیشتری از یکدیگر دارند.
طیفسنج با توری پراش (Diffraction Grating)
این نوع طیفسنج برای تجزیه نور به رنگهای طیفی از توری پراش استفاده میکند.
توری پراش از یک صفحه شیشهای تشکیل شده است که مجموعهای از خطوط موازی بسیار ظریف، با روش عکاسی روی آن ایجاد شدهاند. تعداد این خطوط معمولاً بین ۱۵٬۰۰۰ تا ۳۰٬۰۰۰ خط در هر اینچ است. این ساختار، مجموعهای از پرتوهای پراشیافته تولید میکند که بهصورت طیفی با فاصلههای یکنواخت دیده میشوند.
نمونه یک طیفسنج با توری پراش (Diffraction Grating) ،نحوه استفاده از این ابزار مشابه طیفسنج منشوری است.
کاربردها
- همان کاربردهای طیفسنج منشوری را دارد.
معایب
- روشنایی طیف کمتر است.
- تنظیم مقدار نور ورودی به دستگاه دشوار است.
- مشاهده بخش آبی طیف با آن مشکلتر است.
مزایا
- قیمت مناسب؛ این نوع طیفسنجها نسبتاً ارزان هستند.
- بسیار سبک و قابل حمل هستند.
بیشتر بخوانید
عقیق آیریس: تجسم رنگینکمان در قلب سنگ
دوام (durability) یک گوهرسنگ
شناسایی رنگهای مصنوعی در الماس
گوهرسنگ زیرکن: درخشش رنگارنگ دنیای جواهراتسنگ رودونیت از نوادا آمریکا، رنگ رودونیت ناشی از حضور منگنز (Mn²⁺) در ساختار آن است.
عناصر واسطه (Transition Elements)
| عنصر رنگزا | ویژگی طیف جذب و تأثیر بر رنگ سنگهای قیمتی |
|---|---|
| وانادیوم (Vanadium) | مسئول ایجاد رنگهای سبز جذاب در گوهرسنگ است. طیف جذب آن به کروم شباهت دارد، اما تعداد خطوط جذب کمتر بوده و نوارهای جذب پهن، وضوح کمتری دارند. |
| کروم (Chromium) | عامل ایجاد زیباترین و باکیفیتترین رنگها در گوهرسنگ است. طیف جذب آن دارای خطوط جذب قوی، واضح و مشخص است. رنگهایی که جذب نمیشوند، تقریباً با شدت کامل از سنگ عبور میکنند. محل قرارگیری، شدت و پهنای ناحیه جذب در محدوده زرد تا سبز تعیین میکند که رنگ نهایی سنگ قرمز باشد یا سبز. |
| آهن (Iron) | رنگهای ایجادشده توسط آهن معمولاً درخشندگی کمتری دارند. جذب نور در سراسر طیف مرئی مشاهده میشود، اما بیشترین جذب در ناحیه آبی تا بنفش متمرکز است. |
| نیکل (Nickel) | بهطور کلی بهندرت در گوهرسنگ ها یافت میشود. طیف جذب آن بهصورت جذب گسترده و یکنواخت است و نوارهای جذب مشخصی ندارد. در این حالت، رنگهای قرمز بیشتر جذب شده و انتقال نور در ناحیه بنفش و طول موجهای کوتاهتر مناسب است. |
| منگنز (Manganese) | طیف جذب آن معمولاً شامل نوارهایی است که شدت آنها از ناحیه آبی به سمت بنفش و فراتر از آن بهتدریج افزایش مییابد. |
| مس (Copper) | تنها در گوهرسنگ های ایدیوکروماتیک (سنگهایی که رنگ آنها ناشی از عنصر اصلی تشکیلدهنده خود است) دیده میشود. طیف جذب آن معمولاً مبهم و فاقد نوارهای مشخص است، بهجز در مورد فیروزه که ویژگیهای جذب مشخصتری دارد. |
| تیتانیوم (Titanium) | طیف جذب آن از نظر شکل کلی به آهن شباهت دارد، اما در ناحیه مرئی، نوارهای جذب مشخص و واضحی مشاهده نمیشود. |
| کبالت (Cobalt) | دارای طیف جذب بسیار مشخص با سه نوار جذب قوی در نواحی نارنجی تا قرمز و زرد تا سبز است، در حالی که ناحیه قرمز انتقال نور خوبی دارد. |
منبع: Gemlab.co
نظرات کاربران