Драгоценные камни во все времена служили надежным и очень компактным вложением капитала. Неудивительно, что их часто пытались подделать – иногда успешно, иногда не очень. Подделки могут блестеть и играть не хуже бриллиантов. Как же отличают настоящие камни от ненастоящих?

Разработкой методов, с помощью которых можно отличить настоящие камни от поддельных, занимается наука о самоцветах, драгоценных и поделочных камнях – геммология. На самом деле термин «подделки» в применении к драгоценным камням не совсем корректен – это могут быть как имитации, которые лишь на первый взгляд напоминают оригинал, так и очень близкие по всем свойствам синтетические камни, которые от оригинала можно отличить только с помощью сложного современного лабораторного оборудования.

Имитации

Это самый простой вариант подделок. Они лишь по внешнему виду напоминают настоящие драгоценные камни. Например, простейшая имитация бриллиантов – это стразы из оптического стекла, другой известный вариант – фианит (кубический оксид циркония). Но по своим физическим и химическим свойствам имитации отличаются от оригинала. «Недавно нам на экспертизу привозили розовый камень, предположительно «уникальный бриллиант массой около 90 карат», – рассказывает Александр. – Однако почти сразу стало понятно, что это не бриллиант, а фианит. Но все равно пришлось всю экспертизу проводить на глазах у владельца, с подробными пояснениями. К счастью, отличить их довольно просто – даже по плотности: фианит значительно тяжелее».

Составные камни

Это тоже имитации, но несколько другого рода. Их склеивают из нескольких частей, каждая из которых может быть сделана из стекла, натурального или синтетического камня. Здесь уже идет речь не только о внешнем виде, но и о твердости, показателе преломления и других характеристиках. Этим способом получают камни ярких, интенсивных цветов, склеивая верхний слой из натурального розового корунда и нижний – из ярко-красного синтетического; распространены комбинации граната с окрашенным стеклом, слабо окрашенного берилла с синтетическим изумрудом. Такая конструкция из двух частей называется дублет. Отличить дублет от натурального камня можно по клеевому «шву» на рундисте (пояске ограненного камня) под лупой или микроскопом. Иногда камень склеивается из трех частей – это триплет. Часто такая конструкция используется совершенно «официально» - для защиты камня от неблагоприятных внешних факторов. Например, тонкую пластинку хрупкого и чувствительного к влажности благородного опала наклеивают на прочную основу, а сверху закрывают «крышкой» из стекла или кварца. Но, разумеется, в таких случаях всегда оговаривается, что это именно опаловый триплет, а не просто опал.

Облагороженные камни

Но зачем склеивать, если природных камней полным-полно? Правда, вид у большинства из них «не очень», но это можно и поправить – с помощью процесса облагораживания, то есть улучшения потребительских свойств камня (внешнего вида, долговечности), кроме собственно огранки и полировки. Сюда относятся окрашивание, отбеливание, нанесение покрытий, пропитка, термообработка, обработка давлением, диффузионная обработка, облучение (гамма-, бета- или нейтронное) и другие процессы. Для некоторых камней подобная обработка используется с древних времен (например, пропитка изумрудов маслом или термообработка аквамаринов для получения чистого голубого оттенка) и официально узаконена правилами различных геммологических ассоциаций. Но все равно такие камни должны быть обозначены соответствующим образом. Например, согласно правилам Международной ассоциации по цветным камням (ICA, International Colored Gemstone Association) природные камни обозначаются буквой N (Natural), облагороженные с помощью традиционных, исторически сложившихся способов, перечень которых есть в соответствующих справочниках, – буквой E (Enhanced), а остальные называют обработанными и обозначают буквой T (Treated) с расшифровкой всех использованных процессов.

Для изменения цвета или чистоты многих камней используется термообработка (такие камни ювелиры называют «гретыми») и облучение или их комбинация. Довольно часто применяется диффузионное окрашивание – так «улучшают» слабо окрашенные сапфиры в растворах солей кобальта. В этом случае окрашивается лишь тонкий слой, поэтому, если положить камень на белый лист бумаги, становится виден яркий «скелет» на ребрах граней. В последнее время появились процессы диффузионного окрашивания на большую глубину с использованием соединений бериллия. Так получают дорогие разновидности сапфиров – яркие розово-оранжевые («падпараджа»). Отличить такой камень от природного можно только с помощью специального лабораторного оборудования, которое позволяет обнаружить следы бериллия. Для этого с поверхности камня испаряют микроскопическое количество материала с помощью лазера (абляция), а полученный «пар» изучают с помощью спектрофотометрии или масс-спектрометрии.

Рукотворные камни

Искусственные драгоценные камни, идентичные природным и по своим физическим свойствам, и по химическому составу, до конца XIX века получить не удавалось, но на рубеже веков французский химик Огюст Вернейль разработал промышленный процесс производства синтетических рубинов. Подавая шихту – порошок глинозема (оксида алюминия) с примесью солей хрома – в пламя горелки, он выращивал так называемые були – вытянутые кристаллы округлой формы. По своему составу и свойствам они были практически неотличимы от натуральных камней (и даже более «совершенны»), и ювелиры забили тревогу. Но вскоре оказалось, что синтетические рубины можно легко отличить от натуральных. Процесс Вернейля не является аналогом того, как растет кристалл рубина в природе, поэтому в камне можно наблюдать характерные включения (внутренние особенности) – изогнутые линии роста за счет вращения були, пузырьки газа от горелки. Косвенным признаком может также служить чистота камня – в природе совершенно чистые камни встречаются редко.

Рубины, полученные по методу Вернейля, стали широко использоваться в промышленности (например, часовой), а во второй половине XX века стали основой лазеров. Но и ювелиры ими не брезговали. «В начале XX века синтетический корунд был в моде, ведь он считался последним достижением технического прогресса, – поясняет Александр. – Поэтому даже в старых ювелирных изделиях Фаберже иногда встречаются синтетические рубины и сапфиры – не говоря уже о более поздних ювелирных изделиях советского производства, где синтетика использовалась в массовом порядке».

Процесс Вернейля – не единственный метод получения синтетических драгоценных камней. Даже для тех же корундов существует еще несколько методов, например раствор-расплавный, или флюсовый, – выращивание кристаллов из раствора шихты (оксида алюминия) во флюсе (расплавах молибдата лития или фтористого свинца), при этом кристалл растет на затравке в свободном состоянии. Отличить такой камень от природного можно по характерным включениям, но зачастую решить проблему возможно только с использованием рамановской спектрометрии, с помощью которой определяется химический состав флюса.

Методы выращивания некоторых камней имитируют процессы, происходящие в природе. Скажем, изумруд (берилл насыщенного зеленого цвета), полученный гидротермальным методом, можно отличить от природного по скорости роста – синтетика растет намного быстрее, и это оставляет свой отпечаток на структуре камня. И конечно, важный показатель – включения, они весьма характерны для разных месторождений, так что эксперты могут даже указать родину камня. Иногда одним из перечисленных методов на природный слабоокрашенный берилл наращивают интенсивно окрашенный синтетический изумруд, но такой метод тоже оставляет характерный след – сеточку из микротрещин на границе природного и синтетического камня. По словам Александра Столяревича, для того чтобы отличить синтетику от природного камня, геммолог должен знать обе стороны вопроса: и природные процессы, и методы синтеза – а они для каждого камня свои.

Царь камней

Конечно же, нельзя обойти вниманием камни, стоящие на верхней ступени ювелирной иерархии, – алмазы. Чаще всего их имитируют с помощью синтетического фианита (кубический оксид циркония). В последнее время для имитации часто используют синтетический муассанит (карбид кремния), который по оптическим свойствам (коэффициенту преломления и дисперсии) не только не уступает, но и превосходит алмаз. Муассанит лишь немного уступает алмазу по твердости и близок по теплопроводности, так что тепловые тестеры (Diamond Tester) тоже не позволяют сделать однозначные выводы. В итоге его отличают от алмаза по характерным включениям, оптическим свойствам (муассанит оптически анизотропен) и по электропроводности.

Гораздо сложнее выявить облагораживание или другую обработку камня. Коричневые алмазы, цвет в которых обусловлен не примесями, а дефектами кристаллической решетки, под воздействием высоких температур и давлений становятся бесцветными. Диагностировать такую обработку можно только достаточно сложными методами типа ИК-спектроскопии и рамановской спектрометрии, которые позволяют обнаруживать тончайшие изменения в дефектных центрах кристаллической решетки.
 
Отдельный разговор – о синтетических алмазах. Когда в 1950-х годах специалисты шведской компании ASEA и американской GE получили первые кристаллы синтетического алмаза, стоимость их значительно превосходила природные аналоги. С тех пор синтетические алмазы неювелирного качества научились выращивать в промышленных количествах, а в последние несколько лет были достигнуты значительные успехи и в области выращивания крупных алмазов ювелирного качества. Основной метод синтеза на сегодня – это так называемый HPHT (high pressure, high temperature), то есть кристаллизация из раствора углерода в металлическом расплаве на основе железа и никеля при высоких температурах и давлении. Производством таких алмазов занимается несколько компаний. Самая крупная из них – американская Gemesis – несколько лет назад планировала насытить рынок дешевыми синтетическими алмазами. Один из крупнейших поставщиков алмазов на мировой рынок, корпорация «Де Бирс», была весьма озабочена этой угрозой и отреагировала, разработав соответствующие приборы для диагностики, основанные на УФ-флюоресценции. Да и сами камни оказались не такими уж и дешевыми (всего в два-три раза дешевле природных), поэтому производители сейчас преимущественно ориентируются на промышленное применение в оптике и электронике – синтезировать камни можно с заранее заданными свойствами, что для природных алмазов невозможно. Для другого метода получения синтетических алмазов – газофазного процесса CVD (chemical vapor deposition) – тесты еще только разрабатываются, но и сами камни в коммерческих количествах на рынке пока отсутствуют.

Впрочем, зачастую изобретательность мошенников компенсирует использование дешевых имитаций. Александр Столяревич рассказал «Популярной механике» случай из собственной практики, когда за алмазное сырье были выданы топазы, тщательно ограненные… в виде природных кристаллов алмаза (по плотности они близки, и на первый взгляд выявить отличия сложно). На грани «кристаллов алмаза» даже был нанесен с помощью резца характерный рисунок…

Арсенал геммолога

Одни из основных инструментов геммолога – лупа и микроскоп. Они позволяют увидеть особенности роста кристаллов, различные включения и дефекты.

Зачастую этого уже достаточно, чтобы с высокой надежностью идентифицировать камень. Скажем, демантоид (зеленый гранат) почти однозначно определяется по включениям биссолита типа «конский хвост». Коэффициент преломления определяют с помощью рефрактометра, измеряя угол полного внутреннего отражения света от одной из граней камня. А вот дисперсию (способность раскладывать белый свет на составляющие, ее называют «игрой» камня) оценивают преимущественно на глаз. Спектроскоп позволяет определить базовый химический состав камня по линиям поглощения. Важный показатель – плотность, измеряется путем гидростатического взвешивания (метод Архимеда), то есть взвешиванием в воздухе и в воде. Можно рассчитать плотность и геометрическим методом: взвесить, затем измерить ограненный камень штангенциркулем и рассчитать его объем по специальным формулам в соответствии с формой огранки. Иногда применяют набор тяжелых жидкостей с известными плотностями: если камень не тонет, то он менее плотный, если тонет – то более. Плеохроизм (то есть различная окрас-ка анизотропных кристаллов при рассматривании их вдоль различных направлений) определяется в помощью дихроскопа – прибора, пропускающего два перпендикулярно поляризованных луча. Еще один прибор для изучения оптической анизотропии – это полярископ, в котором образец помещен между скрещенными поляризаторами. Исходя из видимой в полярископ картинки, можно сделать вывод о симметрии структуры кристаллической решетки анизотропного камня. Важный инструмент – УФ-лампа. По флюоресценции в УФ-лучах можно судить о химическом составе. Скажем, синтетическая шпинель синего цвета под действием УФ светится красным. А в природной синей шпинели содержатся примеси железа, которые «гасят» свечение. Твердость, одну из основных характеристик камня, меряют с помощью набора карандашей твердости только в самых крайних случаях (речь идет об ограненных камнях). Правда, косвенно ее можно оценить по «остроте» ребер граней – скажем, у имитаций бриллиантов они более закруглены по сравнению с настоящими.

Лабораторное оборудование для анализа камней

В сложных случаях для идентификации требуется специальное лабораторное оборудование. Это спектрометры видимого диапазона с возможностью ближнего УФ- и ИК-диапазонов, рамановские спектрометры, позволяющие анализировать состав включений и различные структурные особенности и примесные центры. Именно так однозначно распознают синтетические камни, полученные различными методами. А рамановская спектрометрия незаменима для выявления облагороженных методом HPHT бриллиантов – по характерным особенностям дефектов кристаллической решетки.

Диффузионно окрашенные с помощью соединений бериллия сапфиры синего и красновато-оранжевого цвета распознают испарением небольшого количества материала (лазерной абляции) и дальнейшего анализа с помощью спектрофотометрии или масс-спектрометрии (на предмет присутствия бериллия).

Микрозондовый анализ (рентгеноспектральный анализ под действием электронного пучка) позволяет делать выводы о химическом составе вещества. Например, этот способ применяется для идентификации гранатов, оранжевого топаза «империал» и определения примесей, придающих цвет (хромофоров) в бериллах и изумрудах.

Для некоторых камней используется просвечивание рентгеновскими лучами и рентгеноструктурный анализ. Последним методом определяют, например, бирюзу.

Промышленные драгоценности

Синтетические камни, такие как рубины или гранаты, получают сейчас сотнями тонн в год. Но производятся они вовсе не для ювелирных целей.

Основное назначение такой продукции – промышленность. Корунды традиционно используются в точной и часовой промышленности в качестве износостойких упорных элементов (подпятников). 

Рубиновые стержни послужили основой лазеров, для этой же цели подходит и иттрий-алюминиевый гранат (ИАГ). Бесцветный сапфир используется для производства специальных оптических деталей, синтетический кварц – для электронной и оптической промышленности. 
 
Синтетические алмазы широко применяются в режущих инструментах (резцы, буровые коронки и т. п.) и как абразивы, на них возлагают большие надежды не столько ювелиры, сколько специалисты в области электроники и оптики: этот материал в перспективе позволит изготавливать оптические и электронные элементы, работающие в экстремально жестких условиях. Популярная имитация алмазов – кубический оксид циркония (в России его называют фианитом, поскольку он был впервые выращен в ФИАНе, Физическом институте им. Лебедева Академии наук СССР) – тоже была синтезирована для использования в оптической промышленности. Да и самая лучшая на сегодняшний день имитация бриллиантов – муассанит (гексагональный карбид кремния) – была создана для электронной промышленности.

Впрочем, существует ряд синтетических драгоценных поделочных камней, которые производят почти исключительно в ювелирных целях. Это синтетические бирюза, благородный опал, звездчатые корунды.

Тем не менее, хотя ювелиры недолюбливают синтетику, она занимает свою рыночную нишу. «Если заказчику нужно украшение с очень крупным камнем высокой чистоты, есть два пути – либо искать природный камень, что может быть затруднительно и к тому же обойдется весьма недешево, либо использовать синтетический аналог, – объясняет свою точку зрения главный эксперт Геммологического центра МГУ Александр Столяревич, – Ювелирная синтетика вполне имеет право на жизнь. Просто нужно честно объяснять это покупателям».

Проверка алмазов

Для того чтобы специалист имел возможность отличить настоящий алмаз от имитации, выпускаются специальные тестеры, основанные на высокой теплопроводности этого камня. Достаточно прикоснуться иглой тестера к камню – и через несколько секунд, измерив скорость ее остывания, прибор выдаст свой вердикт. Правда, бытовые приборы такого типа достаточно капризны: для надежной диагностики требуется соблюсти ряд рутинных мер – обезжирить поверхность камня, проверить, не окислилась ли игла, откалибровать прибор и т. п. К тому же только по теплопроводности невозможно отличить алмаз от такой имитации, как муассанит (для этого выпускаются приборы, позволяющие определять электрическую проводимость). Еще один старый метод основан на смачиваемости алмаза жирами. След от специального жирового фломастера на грани бриллианта выглядит сплошным, а на других камнях он стягивается в ряд точек. Еще один экспресс-тест, возможный без специального оборудования, – это проверка на полное внутреннее отражение. Если камень огранен с соблюдением пропорций бриллиантовой огранки (это можно проконтролировать, измерив его), можно положить его на нарисованную предварительно на бумаге точку площадкой вниз. Если это действительно алмаз, то точка «исчезнет» (не будет видна).