Über Edelsteine – Edelstein Prüflabor I.M. GmbH

Brautschmuck – geht auch anders

Isabell — Mon, 16 Sep 2024 14:17:49 +0000

Da in den letzten Jahren Farben und andere Optionen als Diamanten im Brautschmuckbereich auf dem Vormarsch sind, suchen Designer in diesem Bereich zunehmend nach Seltenheiten und besonderen Dingen. Für einige gibt es unter diesen Materialien ein neues Highlight, das in letzter Zeit stark nachgefragt ist: Moosachat.

Moosachat ist eine Form von Chalcedon, der astähnliche Einschlüsse – meistens grün, aber auch orange oder braun – in einem dendritischen Muster aufweist. Im Gegensatz zu seiner Körperfarbe, die in der Regel farblos oder häufiger milchig oder trüb, weißlich oder gräulich mit einer gewissen Transparenz ist, vermittelt Moosachat ein stark von der Natur inspiriertes Erscheinungsbild.

Der größte Produzent von Moosachat ist derzeit Indien, obwohl er auch unter anderem in den USA in Montana, Wyoming, Oregon, Kalifornien und Nebraska, Australien, Russland und einigen europäischen Ländern, selbst in Deutschland, gefunden wurde.

Foto: Edelstein Prüflabor I.M. GmbH

Ein amerikanischer Händler sagte, dass Moosachat weiterhin ein Verkaufsschlager sei und, dass sie davon pro Stück wahrscheinlich genauso viel verkaufen wie von Saphir.

Moosachat weist einen Härtegrad von 6,5 bis 7 auf der Mohs-Skala auf und gilt somit als mäßig robuster Stein. Dennoch hat dies die Designer nicht davon abgehalten, ihn mit Begeisterung zu verwenden. Diese Nachfrage ist wenig überraschend, wenn man den gegenwärtigen Trend berücksichtigt, dass Hersteller nach einzigartigen Elementen für ihre Kollektionen suchen, um sich in dem heutigen überfüllten Markt abzuheben. Dieser Trend findet zunehmend Anklang im Bereich des Brautschmucks, wo Farben eine so bedeutende Rolle spielen, dass in einem Marktbericht für Las Vegas feststellt wurde, dass „die Anzahl der farbigen Verlobungs- und Trauringlinien nicht länger am Rande des Brautschmuckmarktes steht. Farbe ist mittlerweile ein gängiges Designelement in diesem wichtigen Sektor der Schmuckindustrie.“

Tatsächlich wird mittlerweile eine beträchtliche Anzahl der Moosachatsteine, die zwischen 1 und 3 Karat verkauft werden, in anderen Ländern für Trauringe verwendet. Moosachat ist außerdem ein sehr preisgünstiges Material, das offenbar zunehmend an Beliebtheit gewinnt.

Die Frage ist: Wird dieser Trend sich auch in Deutschland durchsetzen?

Mehr Möglichkeiten in der Edelsteinbestimmung: Raman-Spektroskopie

Isabell — Sat, 16 Jul 2022 14:02:18 +0000

In diesem Blogeintrag möchten wir Ihnen gerne einen Einblick hinter den Kulissen geben. Was ist die Raman-Spektroskopie? Wie können Edelsteine damit bestimmt werden? Welche Vorteile und Nachteile hat diese Bestimmungsmethode? Diese Fragen möchten wir Ihnen mit diesem kurzen Artikel gerne beantworten.

Die Edelsteinbestimmung ist für uns die Hauptaufgabe im Labor. Mit klassischen Bestimmungsgeräten wie das Refraktometer oder das Polariskop können Edelsteine schnell bestimmt werden. Diese Methoden haben jedoch Limitierungen. Es können nur geschliffene Steine, die eine glatte Oberfläche besitzen untersucht werden. Auch können sehr kleine Steine problematisch werden. Immer wieder bekommen wir zudem Rohsteine, die nicht mit den klassischen Bestimmungsgeräten eindeutig bestimmt werden können. Imitationen kommen mittlerweile nicht mehr nur bei geschliffen Steinen vor. Natürliche Rohsteine werden im großen Stil beispielsweise mit Glas imitiert und werden teilweise schon bei den Minen Vorort angeboten. So musste ein Kunde einmal schmerzhaft erfahren, dass sein teuer erworbener Tansanit-Rohstein tatsächlich blau gefärbtes Glas war. Mit bloßen Augen kaum vom Original auseinanderzuhalten.

Für solche Fälle gibt es moderne weiterführende Bestimmungsmethoden wie Beispielsweise die Raman-Spektroskopie, die wir für die Bestimmung von schwierigen Fällen einsetzen. Im Labor verwenden wir ein mobiles state-of-the-art Raman-Spektrometer, was speziell für die Edelsteinuntersuchung entwickelt wurde.

Abb. 1: Raman-Spektrometer angeschlossen an einem Notebook.

Was ist Raman-Spektroskopie?

In der Materialwissenschaft wird die Raman-Spektroskopie eingesetzt, um die Eigenschaften eines Materials zu bestimmen. Letztendlich kann mit der Raman-Spektroskopie ein Material Identifiziert werden. Über Jahre hat sich diese Methode ebenfalls in der Gemmologie etabliert und gehört mittlerweile zur Standardausrüstung eines modernen Edelsteinlabors. Ein deutlicher Vorteil ist, dass eine Untersuchung zerstörungsfrei durchgeführt werden kann. Die Steine müssen für die Messung nicht vorbereitet werden und können direkt bestimmt werden. Hierbei spielt es keine Rolle ob es sich um einen Rohstein oder einen geschliffenen Stein handelt. Auch gefasste Steine können in den meisten Fällen problemlos mit der Raman-Spektroskopie untersucht werden.

Abb. 2: Mit dem Raman-Spektrometer können Rohsteine problemlos untersucht werden. Rohkristalle können mit dem Refraktometer nicht untersucht werden.

Bei der Raman-Spektroskopie wird das zu untersuchende Material mit einem Laser angeregt. Häufig wird hierbei ein grüner Laser mit einer Wellenlänge von 532 Nanometer für die Untersuchung verwendet. Der Laserstrahl wird an der Probe reflektiert und gestreut. Für die Raman-Spektroskopie ist die Streuung des Laserlicht an der Probe wichtig. Durch die physikalische Interaktion entsteht unter anderem die Raman-Streuung. Diese ist immer charakteristisch für die Untersuchung. Jedes Material zeigt eine spezifische Streuung, was für die Identifizierung verwendet werden kann. Die Streuung wird mit einem Raman-Spektrometer gemessen. Im Raman-Spektrometer wird ein sogenanntes Spektrum aufgenommen, was an einem Computer letztendlich ausgewertet werden kann. Das Spektrum wird anschließend mit vorhandenen Spektren von bereits bekannten Materialien in der Datenbank verglichen. Für uns ist die Erweiterung der Datenbank mit eigenen Edelsteinreferenzen sehr wichtig, weshalb wir analog zu den öffentlich zugänglichen Quellen, eine eigene Datenbank führen. Nur so können wir eine genaue Identifizierung des Materials gewährleisten.

Abb. 3: Raman-Spektrum von drei verschiedenen Materialien. Alle zeigen ein spezifisches Muster. Quelle: renishaw.com

Mehr als nur Bestimmung

Neben der Bestimmung von Edelsteinen, lassen sich mit der Raman-Spektroskopie weitere Eigenschaften untersuchen. Es kann Beispielsweise die Kristallinität eines Materials untersucht werden. So können Beispielsweise Hoch- und Tiefzirkone voneinander unterschieden werden. Hochzirkone zeigen aufgrund des intakten Kristallgitters ein scharfes und klares Spektrum. Bei radioaktiven Zirkonen ist durch die Selbstbestrahlung (Metamiktisierung) das Kristallgitter zerstört. Diese zeigen in der Regel aufgrund der niedrigen Kristallinität kein klares Spektrum.

Photolumineszenz als Feind der Raman-Spektroskopie?

Manche Edelsteine können starke Photolumineszenz (PL) während der Messung zeigen und können unter Umstände das Raman-Spektrum überlagern. Photolumineszenz ist das Aufleuchten von bestimmten Stoffen, bei Anregung durch Licht einer bestimmten Wellenlänge z.B. durch einen Laser. Raman-Streuung und Photolumineszenz haben die gleichen Anregungsquellen. Auch wenn beides physikalisch unterschiedliche Prozesse sind, werden sie vom Detektor des Raman-Spektrometers registriert. Bei bestimmten Edelsteinen kann das problematisch werden, da starke Lumineszenz die Raman-Streuung deutlich überlagert.

Wie lässt sich dieses Problem umgehen? Einige Raman-Spektrometer bieten die Möglichkeit eine andere Wellenlänge (z.B. 785 Nanometer, rot) zu verwenden. Bestimmte Steine zeigen nur Photolumineszenz bei bestimmten Wellenlängen. Die Raman-Streuung lässt sich bei jeder Wellenlänge messen. Bei mobilen Geräten ist das Wechseln der Anregungswellenlänge nicht möglich, da diese nur einen festverbauten Laser haben. Hier kann anhand eines Neutral Density Filters (ND-Filter) die Intensität der Photolumineszenz abgeschwächt werden.

Jedoch lässt sich die Eigenschaft der Lumineszenz auch ausnutzen. Besonders Chrom-haltige Steine wie Rubin zeigen ein sehr starkes rotes Leuchten, was charakteristisch ist. Mit dem Raman-Spektrometer kann die Lumineszenz ebenfalls aufgenommen und ausgewertet werden. Rubine können so von Spinell oder Granat unterschieden werden. Bei Spinell kann sogar mithilfe von PL zwischen Synthese und Natur unterschieden werden.

Fazit

Die Raman-Spektroskopie ist eine wichtige Untersuchungsmethode für die Bestimmung von Edelsteinen. Ein Raman-Spektrometer gehört mittlerweile zur Grundausstattung eines modernen Edelsteinlabors. Mithilfe der Raman-Spektroskopie können wir schnell und einfach Materialien bestimmen, die mit klassischen Bestimmungsmethoden nicht identifizierbar sind.

Hitzebehandlung bei Rubin und Saphir – Ein kleiner Überblick

Isabell — Mon, 23 May 2022 12:32:41 +0000

Die Erkennung einer Temperaturbehandlung gehört bei uns zum Laboralltag. Immer häufiger bekommen wir die Frage gestellt, ob ein Rubin oder Saphir erhitzt wurde oder nicht. Es ist eine berechtigte Frage, denn ein unbehandelter Stein kann einen höheren Wert erzielen als ein gleichwertiger Stein der zuvor behandelt wurde. Denn nicht selten bekommen wir Steine vom Kunden, die als „nicht-erhitzt“ gekauft wurden, die dann, wie sich später herausstellte doch temperaturbehandelt waren.

Neben der Untersuchung, ist bei uns die Beratung und Aufklärung über die Praktiken der Edelsteinbehandlung ein wichtiges Anliegen, um mehr Transparenz im Handel zu ermöglichen.

Historische Einordnung

Rubine und Saphire zählen seit Jahrhunderten aufgrund ihrer Schönheit und Seltenheit zu den begehrtesten Edelsteinen der Welt. Ebenso alt wie der Handel, ist die Behandlung dieser Edelsteine.

Bereits in der Antike haben Menschen angefangen Steine mit Feuer zu behandeln, um die Farbe zu verbessern. Einer der ältesten Aufzeichnungen wurden auf einer Papyrusrolle gefunden. Plinius (23 – 79 n. Chr.) erwähnte ebenfalls in seinen Aufzeichnungen die Behandlung von Edelsteinen mit Hitze. In Sri Lanka hat das „brennen“ von Korund eine lange Tradition und wird dort seit über 1500 Jahren praktiziert. Die Korunde wurden hier zusammen mit glühender Kohle in einer Terrakottaschale bei ständiger Luftzufuhr für mehrere Stunden erhitzt.

Heute ist die Hitze- oder Temperaturbehandlung eine etablierte Methode, die Qualität von Edelsteinen zu verbessern. So kann beispielsweise ein nicht attraktiver blasser Saphir in der Farbe verbessert werden, was letztendlich zu einer Preissteigerung führt. Ebenfalls kann dadurch gewährleistet werden, dass die Nachfrage an qualitativ hochwertigen Steinen gedeckt ist.

Der Handel

Die Temperatur- oder Hitzebehandlung zählt heute zu den gängigsten Methoden bei Korunden und hat in der Moderne eine lange Tradition. Man schätz, dass nahezu 95% der im Handel erhältlichen Rubine und Saphire hitzebehandelt sind. „Gebrannte“ Korunde sind vom Markt akzeptiert. Ebenso müssen sie laut der CIBJO nicht explizit als behandelt deklariert sein, wie es beispielsweise bei bestrahltem Topas der Fall ist. Der Kunde muss lediglich beim Kauf informiert werden und alle Verkaufsdokumente müssen den Hinweis auf eine Hitzebehandlung enthalten. Die große Mehrheit in der Edelstein- und Schmuckbranche halten sich an diese Vorgaben. Jedoch gibt es auch Händler, sei es aus einer betrügerischen Absicht oder Nicht-Wissen, die behandelte Korunde als nicht-behandelt verkaufen. Der Kunde hat nicht immer die Möglichkeit diese Angaben selbst zu überprüfen. Die Erkennung einer Hitzebehandlung erfordert deshalb die Expertise eines Gemmologen und die Verwendung von speziellen Laborgeräten.

Behandlungsmethoden

Farbveränderung durch Temperaturbehandlung

Korunde können bei hoher Temperatureinwirkung eine Veränderung der Farbe erleben. Ein blassblauer oder sogar farbloser Saphir kann zum Beispiel ein intensives blau durch eine Temperaturbehandlung bekommen. Hier sind verschiedene Faktoren wichtig: Die Anwesenheit von Spurenelementen oder Einschlüssen können die Farbe eines Korundes bei der Temperaturbehandlung beeinflussen. Auch die Temperatur und die Redox-Bedingungen (Sauerstoff An- oder Abwesenheit) im Ofen spielen eine entscheidende Rolle für das Ergebnis der Farbe und der Reinheit. So können Rubine mit violettem Farbstich bei 1200-1400 °C temperiert werden, um die Blaukomponente zu entfernen. Rutil als Einschluss kann bei einer Hochtemperaturbehandlung aufgelöst werden und den Stein transparenter machen. Bei Abwesenheit von Sauerstoff können intensiv blaugefärbte Saphire durch Erhitzen heller gemacht werden.

Die Behandlung birgt ein gewisses Risiko, da jeder Stein anders auf eine Temperaturbehandlung reagiert. So können unerwünschte Farbreaktionen auftreten oder der Stein zerbricht während der Behandlung.

Abb. 1: Temperaturbehandelter Saphir aus Kambodscha, Pailin. Die linke Seite ist unbehandelt und wird als Referenz verwendet. Die rechte Seite wurde bei 1200 °C und bei 1750 °C für 8 Stunden behandelt. Bei 1200 C° hat die Blaukomponente abgenommen und der Stein wurde blasser. Bei 1750 °C wurde die Farbe wieder intensiver.

Rissheilung durch Temperaturbehandlung

Rissige Korunde werden bei einer Temperaturbehandlung mit einem Flussmittel behandelt, um eine künstliche Rissheilung auszulösen. Flussmittel können die Schmelztemperatur von Korund, die normalerweise bei 2040 °C liegt, senken. Beim Erhitzen verflüssigt sich das Flussmittel und dringt über die Oberfläche in den Stein ein und sorgt für eine lokale Aufschmelzung der Risse. Beim Abkühlen, rekristallisiert sich der Riss mit dem aufgeschmolzenen Korundmaterial und wird somit weniger Sichtbar. Beim Flussmittel handelt es sich häufig um Borax oder andere Oxide, die beim Abkühlen meistens glasige Rückstände hinterlassen.

Füllung von Rissen mit Glas

Sehr rissige Korunde werden immer häufiger mit hochlichtbrechenden Gläsern gefüllt. So kann nahezu opakes Material transluzent bis transparent gemacht werden. Die Steine werden bei Temperaturen von 900 – 1400 °C vorbehandelt um Verunreinigungen innerhalb der Risse zu entfernen. Anschließend wird ein Pulver aus Silizium, Blei und Metalloxiden hinzugegeben, was bei niedriger Temperatur (ca. 900 °C) zu Glas verschmilzt und in den oberflächennahen Rissen eindringt und aushärtet. Es kommt nicht zu einer künstlichen Rissheilung, da die Temperaturen zu niedrig sind. Bei blauen Saphiren wird häufig auch gefärbtes Kobaltglas hinzugegeben, um neben der Transparenz zusätzlich noch die Farbe zu beeinflussen.

Diffusionsbehandlung

Oberflächennah können Korunde bei hohen Temperaturen und bei Zugabe von Elementen in der Farbe verändert werden. Beim Erhitzen diffundieren die Elemente in den Kristallaufbau des Korunds und sorgen chemisch für eine Veränderung der Farbe. Hierbei wird der Stein mit Pulver aus Metalloxiden wie Titan-, Eisen- Chrom- oder Berylliumoxid bei hohen Temperaturen für mehrere Stunden erhitzt.

Erkennung

Das Mikroskop ist das Werkzeug der Wahl, wenn es um die Erkennung von Behandlungen geht. Behandelte Steine zeigen im Mikroskop typische Merkmale. Häufig werden Saphire und Rubine vor der Behandlung geschliffen und erst nach der Behandlung poliert. Hier lassen sich manchmal Bereiche auf den Facetten erkennen, die noch leicht angeschmolzen und nicht komplett nachpoliert sind.

Mit der Zeit entwickelte sich die Temperaturbehandlung immer weiter. Die Methoden werden immer raffinierter und die Erkennung schwieriger. Niedrigtemperaturbehandlungen können nur noch sehr schwer bis gar nicht im Mikroskop erkannt werden. Diffusionsbehandlungen mit leichten Elementen wie Beryllium können im Mikroskop ebenfalls nicht erkannt werden. Hierzu sind spezielle Laborgeräte wie Infrarotspektrometer oder Massenspektrometer notwendig.

Einschlüsse

Die Temperaturen beeinflussen nicht nur den Korund, sondern auch die Einschlüsse im Stein. Durch die thermische Ausdehnung können Mineralkörner wie z.B. Zirkon oder Uraninit radialartige Sprengrisse erzeugen, die bei Auflicht im Mikroskop spiegeln.

Abb. 2: Runde spiegelnde Sprengrisse in einem erhitzten Saphir.

Rutil kommt häufig in Form von nadelartigen Mineralen vor, die sich entlang der Wachstumsrichtung von Korund einlagern. Bereits bei niedrigen Temperaturen von ca. 1200 °C können sich diese Nadeln zu Staub auflösen. Im Mikroskop lässt sich das aufgelöste Rutil sehr gut erkennen und ist ein Hinweis auf eine Temperaturbehandlung.

Rubin

Rechts: Aufgelöstes Rutilstaub entlang der Wachstumsrichtung bei einem erhitzten Saphir aus Sri Lanka.

Künstliche Rissheilung

Eine künstliche Rissheilung mit Flussmittel kann anhand von „würmchenartige“ Strukturen in den Rissen erkannt werden. Hierbei handelt es sich um Flussmittelrückstände.

Glasfüllung

Glasfüllungen können im Mikroskop einfach erkannt werden. Häufig zeigen glasgefüllte Korunde im Mikroskop einen blauen oder roten Schimmer entlang der Risse. Dieser „Flash-Effekt“ wird durch das Glas innerhalb der Risse verursacht. Kreisrunde Luftblasen in der Kombination mit Natürlichkeitsmerkmalen sind auch typisch für glasgefüllte Korunde.

Abb. 5: Blaue Lichtschleier (Flash-Effekt) und Gasblasen in einem glasgefüllten Rubin.

Fazit

Auch wenn die Temperaturbehandlung bei Rubinen und Saphiren vom Handel akzeptiert ist, müssen diese erkannt werden. Der Kunde muss auf die Möglichkeit einer Behandlung hingewiesen werden. Mit einer Temperaturbehandlung, kann die Farbe und die Reinheit eines Steins verbessert werden. So kann die Qualität von Steinen mit minderer Wertigkeit gesteigert werden. Die Erkennung ist in vielen Fällen mit dem Mikroskop möglich. Manche Behandlungsmethoden wie die Tieftemperatur- oder Diffusionsbehandlung können nur aufwendig mit speziellen Laborgeräten erkannt werden.

Quellen

Emmet JL (1999) Fluxes and the Heat Treatment of Ruby and Sapphire. Gems & Gemology Fall:90-92

Häger T, Wehrmeister U (2021) Edelsteine – Bestimmung, Eigenschaften und Behandlung. 2. Aufl. Springer-Verlag, Berling

Hughes R (1995) History of Ruby & Sapphire Heat Treatment. https://www.ruby-sapphire.com/articles/830-brief-history-heat. Zugegriffen: 22. Mai 2022

Nassau K (1994) Gemstone enhancement. Butterworth Heinemann, Oxford

Notari F, Hainschwang T, Caplan C, Ho K (2018) The Heat Treatment of Corundum at Moderate Temperature. InColour 42:15-23

Stepahn T, Huaysan B, Müller S (2020) Heat Treatment Experiments of Corundum – Development of a before/after collection. Gem Guide July/August:1-6