Efectos del tratamiento térmico sobre el comportamiento característico de 3161 cm-1 en zafiro amarillo metamórfico bajo en hierro

Figura 1. Mapa de altura máxima de FTIR a 3161 cm^-1 Zafiro amarillo representativo de Sri Lanka (arriba) y Madagascar (abajo), antes y después de calentar a varias temperaturas de 500° a 1050°C durante 6 horas. «>

Figura 1. Mapa de altura máxima de FTIR a 3161 cm^-1 Zafiros amarillos representativos de Sri Lanka (arriba) y Madagascar (abajo), antes y después de calentar a varias temperaturas de 500° a 1050°C durante 6 horas.

El calentamiento es el tratamiento más común para mejorar el color y/o la claridad del corindón. Los zafiros amarillos naturales sin tratar de depósitos metamórficos suelen tener un color menos saturado; por lo tanto, se suele realizar un tratamiento térmico para realzar el color amarillo. Sin embargo, la composición química de la piedra preciosa, la temperatura de calentamiento utilizada, la duración del proceso de tratamiento y la composición de la atmósfera del horno (reductora u oxidante) también son factores importantes que afectan el cambio de color (K. Nassau, «Heat Treating Ruby and Zafiro: aspectos técnicos», otoño de 1981 G&Gpágs. 121-131, JL Emmett y otros, «Therapeutics», RW Hughes, Ed., Rubí y zafiro: una guía para gemólogos2017, págs. 197-247).

El tratamiento térmico para identificar zafiros amarillos es un desafío para los gemólogos. Además de los cambios de inclusión visibles, la espectroscopia de absorción infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) es una de las pocas pistas restantes para determinar cómo se procesan los zafiros amarillos metamórficos bajos en hierro. Estos zafiros formados están dominados por aceptores, cuando [Mg²⁺] > [Ti⁴⁺] + [Si⁴⁺] compensación de carga total o parcialmente por hidrógeno (H⁺) (EV Dubinsky et al., «Descripción cuantitativa del origen del color del corindón», primavera de 2020 G&G, páginas 2-28). En corindón, H⁺ Forma un enlace con el oxígeno para formar OH^–esto es oh^– Esto da como resultado un pico amplio a 3161 cm^-1 (y una serie de picos a 3161, 3242 y 3355 cm^-1) cuando se relaciona con Mg²⁺ (CP Smith et al., «Espectroscopia infrarroja de gema de corindón», otoño de 2006 G&G, págs. 92-93).Sin embargo, el origen de 3161 cm^-1 Los picos no son muy claros. Artículo de N. Fukatsu et al. («Incorporación de hidrógeno en alfa-alúmina dopada con magnesio», ion sólido, rollo. 162, 2003, pp. 147–159) mostró que cuando OH^– se incorpora al magnesio²⁺Zafiro sintético dopado, 3161 cm^-1 El pico está ausente, pero aparece una banda ancha a 3000 cm^-1 área. Si el hidrógeno se elimina en la naturaleza o en el laboratorio, los agujeros atrapados (h^•) proporciona compensación de honorarios. Agujeros atrapados con Fe³⁺Crear un agujero trampa – Fe³⁺ (H^•-planchar³⁺) Sí, este es un cromóforo amarillo muy fuerte en corindón. En este informe, los autores pretenden estudiar el efecto del tratamiento térmico en los cambios en 3161 cm^-1 característica y crear amarillo.

Según los informes, doce zafiros amarillos de Sri Lanka y Madagascar mostraron inicialmente un débil a fuerte 3161 cm^-1 Pico o 3161 cm^-1 Las series seleccionadas en FTIR fueron tratadas térmicamente en una atmósfera oxidante (aire) a 500°, 700°, 900° y 1050°C durante un tiempo fijo de 6 horas a cada temperatura. Como paso final, algunas piedras se calientan a 1550°C en oxígeno puro para asegurar la eliminación completa del hidrógeno. Las muestras se fabricaron como obleas ópticas con al menos dos superficies pulidas perpendiculares y/o paralelas al eje c. La muestra tiene un área suficientemente grande y limpia para obtener espectros FTIR de alta calidad. Después de cada paso de tratamiento térmico, los espectros FTIR se recogieron en el mismo lugar fijando cada muestra en el mismo lugar en el porta-muestras.

El tratamiento térmico puede causar H⁺ Ya sea por difusión o moviéndose a una ubicación diferente a una temperatura lo suficientemente alta como para difundirse completamente fuera de la muestra. El coeficiente de difusión del hidrógeno en el corindón está exponencialmente relacionado con la temperatura. Después del tratamiento térmico a 500°C y 700°C, la resistencia es de 3161 cm^-1 La apariencia del color de los picos y las piedras permanece prácticamente sin cambios. Por lo tanto, las muestras de este tamaño tienen poca difusión. Sin embargo, el calentamiento en aire a 900 °C y más durante 6 horas comenzará a difundir hidrógeno fuera de la red.A medida que el hidrógeno comienza a difundirse, se forman agujeros atrapados y se emparejan con Fe³⁺ Mantenga la compensación de carga y aumente el tinte amarillo.

Al mismo tiempo, la amplitud es de 3161 cm.^-1 Las características se reducirán. Las pruebas se realizaron a 1550°C durante seis horas en oxígeno puro para eliminar cualquier posibilidad de contribución de hidrógeno del vapor de agua en el aire. En este último paso, se completa la difusión de todo el hidrógeno en la piedra, eliminando el OH^– Coloración máxima y máxima del agujero trampa amarillo en el espectro FTIR.

La figura 1 muestra que estos procesos de calentamiento se aplicaron a una piedra de Sri Lanka con un espesor de 3161 cm.^-1 Características y algunas piedras de Madagascar, 3161 cm^-1 característica. Como era de esperar, ambos tipos de contenido inicial de hidrógeno exhibieron reducciones de difusión similares con la temperatura y el tiempo. Los colores de algunas piedras de Madagascar se dividen y las áreas están coloreadas por h^•-planchar³⁺ si, por h^•-planchar³⁺ más hierro³⁺y algunos por Fe³⁺ depende solo de la distribución de Fe³⁺ yh^•-planchar³⁺ en piedra. Por lo general, la región donde se encuentra h^•-planchar³⁺ El predominante aumentaría la coloración amarilla del tratamiento térmico a alta temperatura por eliminación de hidrógeno, mientras que las regiones con Fe³⁺ Solo rara vez está fuertemente dividido.

Figura 2. La muestra de Sri Lanka número 2801 muestra 3161 cm^-1 Serie FTIR (rojo), inicialmente amarillo pálido, luego cambió a 3000 cm^-1 La serie de banda ancha (azul) mostró áreas amarillas ligeramente más fuertes después de calentar a 900°C durante 6 horas. Finalmente, la banda ancha desaparece (verde), dando como resultado un amarillo más intenso a 1550°C, 3,748 mm de espesor, 190 ± 41 ppma Fe. «>

Figura 2. La muestra de Sri Lanka número 2801 muestra 3161 cm^-1 Serie FTIR (rojo), inicialmente amarillo pálido, luego cambió a 3000 cm^-1 La serie de banda ancha (azul) mostró áreas amarillas ligeramente más fuertes después de calentar a 900°C durante 6 horas. Finalmente, la banda ancha desaparece (verde) y se produce un color amarillo más intenso a 1550°C, 3,748 mm de espesor, 190 ± 41 ppma Fe.

Curiosamente, hay un pico característico a 3161 cm^-1 Convertido ocasionalmente a series de banda ancha de 3000 cm en algunas muestras de Sri Lanka^-1 Área con banda ancha a 2625 cm^-1 Cuando se calienta a 900 °C y más en el aire, como se muestra en la Figura 2. Anteriormente, 3000 cm^-1 Se han informado series de banda ancha que indican que se ha observado tratamiento térmico en zafiros azules calentados tipo Punsiri (G. DuToit et al., «Bryllium Treated Blue Sapphires: Ongoing Market Observations and Updates Inclusive the Emergence of Larger Sizes» Noticias de investigación de GIA, 2009, https://www.gia.edu/gia-news-research-nr62609) y se puede observar en zafiros amarillos con alto contenido de hierro sin calentar de depósitos de basalto como Tailandia y Australia (GNI Fall 2016, pp. 325–327) .Sin embargo, 3000 cm^-1 Como puede verse en este estudio, las series de banda ancha también se pueden encontrar en zafiros amarillos de Sri Lanka tratados térmicamente.

En resumen, el tratamiento térmico en una atmósfera oxidante aumenta los centros de color del hueso y profundiza la coloración amarilla. Las muestras de Sri Lanka están coloreadas principalmente por h^•-planchar³⁺ Se puede producir una coloración amarilla más fuerte mediante tratamiento térmico, pero solo a altas temperaturas (900°C y superiores). La temperatura de calentamiento comienza a cambiar 3161 cm a 900°C^-1 Aspecto de color de picos/series y zafiro amarillo metamórfico en FTIR. Es probable que el calentamiento a 900 °C durante más tiempo permita que el hidrógeno se difunda más completamente. Amplitud de 3161 cm^-1 El pico cambia poco cuando se calienta a bajas temperaturas (por debajo de 700 °C), pero disminuye considerablemente cuando se calienta a 900 °C y más, a veces cambiando a 3000 cm^-1 Serie de banda ancha, luego desaparece a temperaturas de calentamiento más altas. Aunque 3000 cm^-1 La serie de banda ancha puede no representar el tratamiento térmico de los zafiros amarillos relacionados con el basalto, puede indicar el tratamiento térmico de los zafiros amarillos de Sri Lanka. Se debe tener precaución al usar FTIR para identificar tratamientos térmicos de corindón.