معرفی دستگاه EDXRF و کاربردهای آن در آزمایشگاه گوهرشناسی
خرید، فروش و فرآوری سنگ‌های قیمتی، یک تجارت بزرگ در سراسر جهان است. در سال 2018، 22 میلیارد دلار سنگ قیمتی در سطح جهان فروخته شد و این بازار همچنین رشد سالانه 4.8 درصدی را تجربه می‌کند. دستگاه EDXRF در آزمایشگاه گوهرشناسی یک ابزار ارزشمند است که برای تعیین منشأ و اصالت سنگ‌های قیمتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
با ادامه‌ی افزایش تقاضا برای جواهرات و زیورآلات، سنگ‌های قیمتی طبیعی و مصنوعی سهم قابل توجهی در این رشد داشته‌اند. یکی از چالش‌هایی که در این شرایط وجود دارد، تشخیص گوهرهای طبیعی، مصنوعی و یا پرورش داده‌شده در آزمایشگاه است.
نحوه عملکرد دستگاه EDXFR
دستگاه EDXRF در آزمایشگاه گوهرشناسی برای تجزیه و تحلیل گروهی از عناصر به‌طور هم‌زمان طراحی شده است. اگر کمی با مباحث شیمی آشنا باشید می‌دانید که بیشتر اتم‌ها چندین لایه الکترونی دارند که به آن‌ها اوربیتال گفته می‌شود. اساس کار دستگاه بر پایه پرتوی X است که انرژی بالا و طول موج کمی دارد. زمانی که این پرتو به اتم‌های عناصر موجود در سنگ قیمتی تابیده می‌شوند، انتقال الکترون از لایه‌های درونی به اوربیتال‌های بیرونی صورت می‌گیرد.
این اتفاق با ایجاد یک گپ انرژی، حالت ناپایداری را ایجاد می‌کند که جبران این خلأ با آزاد شدن انرژی همراه است. آزاد شدن انرژی، با ساطع کردن نور انجام می‌شود که به آن پرتوی ایکس ثانویه نیز گفته می‌شود. دستگاه XRF با اندازه‌گیری این نور، پیک‌هایی را در اختیار محققان قرار می‌دهد که تطبیق آن‌ها با استانداردهای موجود می‌توانند عناصر موجود در سنگ قیمتی تحت آزمایش و یا هر نمونه دیگری را مشخص کنند. در حقیقت هر عنصر دارای پیک منحصربه‌فردی است که با تفسیر طیف دستگاه فلورسانس می‌توان آن‌ها را تعیین کرد.
نحوه به کارگیری دستگاه EDXRF در آزمایشگاه گوهرشناسی چگونه است؟
دستگاه EDXRF در آزمایشگاه گوهرشناسی، برای تعیین اصالت سنگ‌های قیمتی، مورد استفاده قرار می‌گیرد. درواقع این دستگاه ابزاری برای تجزیه و تحلیل شیمیایی مواد کانی‌ها است. با استفاده از دستگاه EDXRF، گوهرشناسان یک نمونه سنگ قیمتی را با پرتوهای ایکس پرانرژی، تحت تابش قرار می‌دهند و پرتوهای برگشتی فلورسانس ساطع‌شده را جمع‌آوری می‌کنند تا ترکیب عنصری سنگ قیمتی، ازجمله عناصر کمیاب در غلظت‌های مختلف را تعیین کنند.
به کارگیری دستگاه EDXRF در آزمایشگاه گوهرشناسی، روشی سریع، مقرون‌به‌صرفه و غیر مخرب برای تعیین اصالت سنگ‌های قیمتی مانند یاقوت، زمرد و یاقوت کبود می‌‌باشد. همچنین این دستگاه، اطلاعاتی درباره‌ی مبدأ و کشور پیدایش سنگ‌ها ازجمله کلمبیا، برزیل، افغانستان، زامبیا، زیمبابو ارائه می‌دهد. با بررسی وجود عناصر کمیاب، محققان می‌توانند بین یک سنگ قیمتی طبیعی ارزشمند و یک نمونه غیر اصل، تمایز قائل شوند.
با استفاده از دستگاه EDXRF در آزمایشگاه گوهرشناسی، متخصصان می‌توانند اطلاعات ترکیب شیمیایی سنگ مورد نظر را در عرض چند دقیقه به دست آورند. روند آنالیز سنگ به دلیل اینکه هولدر دستگاه EDXRF توسط یک فیلم پلی‌پروپیلن با ضخامت 4 میکرون مهروموم شده است، به‌گونه‌ای انجام می‌شود که هیچ تخریبی در گوهر به وجود نخواهد آمد.
این ابزار مجهز به آخرین نسل آشکارساز رانش سیلیکونی است که حساسیت عالی را برای تجزیه و تحلیل عناصر کمیاب در جدول تناوبی، ارائه می‌دهد. علاوه بر این، گان دستگاه (تفنگ پرتاب‌کننده اشعه)، انتقال پرتو را به هرجایی از سنگ که نیاز به بررسی داشته باشد، امکان‌پذیر می‌کند.
آماده سازی و ارائه نمونه
مراحل آماده‌سازی نمونه برای قرارگیری درون دستگاه EDXRF در آزمایشگاه گوهرشناسی، یکی از مهم‌ترین اقداماتی است که انجام می‌شود. سنگ‌های قیمتی کوچک روی یک نگهدارنده یا هولدرسمپل نصب می‌شوند تا کار دستگاه شروع شود.
کالیبره کردن دستگاه
برای انجام کالیبراسیون (قرار دادن دستگاه در حالت استاندارد) از روش پارامتر اساسی (Fundamental Parameter) استفاده می‌شود. در حقیقت برای کالیبره کردن طیف‌سنج، درمجموع از 20 عنصر استاندارد خالص استفاده می‌شود.
ازآنجایی‌که این عناصر، مواد آمورف (بی‌شکل) هستند، هیچ پیک پراشی را در طیف‌سنج نشان نمی‌دهند، بنابراین گزینه‌ی بهتری نسبت به سنگ‌های قیمتی خالص یا کانی‌هایی با ترکیب مشخص که دارای طبیعت کریستالی هستند، می‌باشند. به‌طورکلی می‌توان گفت مجموعه‌ای اختصاصی از استانداردها، به همراه تکنیک‌های کالیبراسیون که به‌طور ویژه برای تجزیه و تحلیل سنگ‌های قیمتی فرموله شده‌اند در حال حاضر در دسترس هستند و محققان از آن‌ها بهره می‌برند.
باید بیان شود که بهره‌وری از دستگاه EDXRF در آزمایشگاه گوهرشناسی یک کار کاملاً تخصصی است که علاقه‌مندان، با طی دوره‌های مختلف و سپس تجارب عملی، مهارت لازم برای کار با آن را کسب می‌کنند.
نتایج تجزیه و تحلیل حاصل از دستگاه EDXRF در آزمایشگاه گوهرشناسی
بسیاری از زمردها و یاقوت‌های کبود طبیعی و مصنوعی با طیف‌سنجی جرمی پلاسمای القایی لیزری (LA-ICP-MS) که یک روش تجزیه و تحلیل نیمه مخرب ولی قابل اعتماد است، مورد بررسی قرار می‌گیرند. این متد اغلب به‌عنوان یک روش مرجع، برای آنالیز سنگ‌های قیمتی استفاده می‌شود. محققان برای صحت اطلاعات به دست آمده از دستگاه EDXRF در آزمایشگاه گوهرشناسی، نتایج بررسی‌های حاصل از آن را با دیتا‌های دریافت شده از طیف‌سنج جرمی مقایسه کردند. در پایان مشاهده گردید که داده‌های نهایی، مطابقت خوبی بین نتایج EDXRF و LA-ICP-MS را نشان می‌دهند و اختلاف‌های کمی که وجود داشت کاملاً قابل چشم‌پوشی بود. درواقع می‌توان به گزارش‌های دستگاه طیف فلورسانس، اعتماد کرد.
بررسی انواع دستگاههای XRF
تجهیزاتEDXRF پرتابل، برای موقعیت‌هایی طراحی‌شده که نتایج سریع مورد نیاز باشد؛ درحالی‌که دستگاه EDXRF در آزمایشگاه گوهرشناسی دامنه تحلیلی وسیع‌تری دارد و آنالیز با آن نیاز به زمان بیشتری دارد. نوع آزمایشگاهی این دستگاه، به دو دسته فلورسانس پرتو ایکس پراکندگی انرژی (EDXRF) و فلورسانس پرتو ایکس با طول موج پراکنده (WDXRF) تقسیم می‌شود.
همان‌طور که بیان شد EDXRF یک فناوری مناسب برای غربالگری و تشخیص انواع مواد و عناصر برای شناسایی سریع و تعیین کمیت عناصر مراحل نمونه‌سازی ساده است. هزینه پایین دستگاه نسبت به سایر تجهیزات گوهرشناسی و همچنین سرعت بالاتر در تجزیه و تحلیل، EDXRF را به یک دستگاه بسیار پرکاربرد در این حوزه تبدیل کرده است.
انواع تجهیزات گوهرشناسی مورد استفاده در آزمایشگاه
علاوه بر دستگاه EDXRF، تجهیزات دیگری مانند رفرکتومتر، پلاریسکوپ، میکروسکوپ گوهرشناسی، لوپ 10x، ترازو وزن مخصوص، لامپ‌های UV، طیف‌سنج دستی، فیلتر رنگی چلسی، دیکروسکوپ و فیبر نوری نیز در آزمایشگاه گوهرشناسی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
معرفی برخی ابزارهای پیشرفته گوهرشناسی
برخی از تجهیزات در آزمایشگاه گوهرشناسی برای تجزیه و تحلیل عمیق سنگ‌های قیمتی استفاده می‌شوند و تنها تعداد انگشت‌شماری از آزمایشگاه‌ها در سراسر جهان به این ابزارها دسترسی دارند. در ادامه به معرفی آن‌ها و بررسی کاربردهایشان خواهیم پرداخت.
دستگاه EDXRF در آزمایشگاه گوهرشناسی
- تمایز بین سنگ‌های قیمتی مصنوعی و طبیعی
- تجزیه و تحلیل روش‌های افزایش کیفیت گوهرهای خاص
- آنالیز عناصر برای شناسایی منشأ جغرافیایی سنگ‌ها
طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR)
- تمایز بین گوهرهای مصنوعی و طبیعی
- تقویت شناسایی سنگ‌های قیمتی خاص مانند یشم با اشباع پلیمری و زمرد با آغشته سازی روغن یا پلیمر
طیف سنجی رامان
- شناسایی سریع انواع گوهر و نگین‌های آن‌ها
- تجزیه و تحلیل اجزاء برای تعیین منشأ جغرافیایی
- آنالیز الماس‌هایی که تحت عملیات حرارتی با فشار بالا قرار گرفته‌اند
اسپکترو فتو متر UV-Vis-NIR
- آزمایش سنگ‌های قیمتی که تحت عملیات حرارتی قرارگرفته‌اند (مانند یاقوت کبود)
- تمایز بین گوهرهای مصنوعی و طبیعی
- تعیین منشأ جغرافیایی گوهرها
- منشأ رنگ (طبیعی یا تقویت‌شده) در الماس‌های رنگی
واحد اشعه ایکس
- تمایز بین مرواریدهای طبیعی و پرورشی
- تجزیه و تحلیل ضخامت در مرواریدهای پرورشی
- تشخیص الماس طبیعی از فیک
- آنالیز افزایش شفافیت با استفاده از شیشه در جواهراتی مانند الماس و یاقوت
طیف سنجی جرمی پلاسمای القایی لیزری (LA-ICP-MS)
- تشخیص تمایز بین سنگ‌های قیمتی مصنوعی و طبیعی
- تجزیه و تحلیل روش‌های افزایش کیفیت برخی گوهرهای خاص
- آنالیز عناصر کمیاب تا فوق کمیاب برای شناسایی منشأ جغرافیایی سنگ‌هایی مانند الماس
- تشخیص بریلیم در یاقوت و یاقوت کبود
آزمایشگاه گوهر شناسی زرگر مجهز به تجهیزات پیشرفته گوهرشناسی
آموزشگاه و آزمایشگاه گوهرشناسی زرگر یکی از مجهزترین مراکزی است که در کشور به ارائه خدمات آموزشی و تحلیل، در حوزه‌ی سنگ‌های قیمتی مشغول به کار است. این مجموعه با سال‌ها تجربه توانسته با تکیه بر دانش متخصصان و همچنین استفاده از به‌روزترین تجهیزات آزمایشگاهی، فضایی مناسب برای مشتریان و دانش‌پژوهان عزیز فراهم کند.
