Edelsteenkundig (gemmologisch) onderzoek

 

Edelsteenkundig onderzoek is erop gericht om de identiteit van een edelsteen vast te stellen, of van andere materialen die eveneens tot het vakgebied van de edelsteenkundige behoren zoals ivoor, schildpad, parels, koraal e.d. Verder is doel van het onderzoek om vast te stellen of een steen of materiaal is bewerkt, behandeld of anderszins door de mens is gemanipuleerd.

 

Via onderstaande links kunt u eenvoudig meer te weten komen over de basisprincipes van edelsteenonderzoek en welke instrumenten en technieken daarbij worden gebruikt.

 

 Basisprincipes van edelsteenonderzoek

Constanten

Optische eigenschappen

Structurele eigenschappen

Interne (o.a. groei-gerelateerde) eigenschappen

 Gemmologische instrumenten en technieken

(Gemmologische) refractometer
Spectroscopie
Dichroscopie
Korte- en lange golf UV
Soortelijk gewicht bepaling

Microscoop

 


Basisprincipes van edelsteenonderzoek

Om een edelsteen te kunnen determineren, en/of bepaalde behandelingen die erop zijn uitgevoerd te kunnen detecteren, wordt de steen onderzocht op grofweg vier te onderscheiden vlakken:

  • Constanten
  • Optische eigenschappen
  • Structurele eigenschappen
  • Interne (o.a. groei-gerelateerde) eigenschappen

Deze vlakken overlappen elkaar hier en daar: sommige optische eigenschappen vloeien bijvoorbeeld direct voort uit bepaalde (kristallografische) structurele eigenschappen.


Lichtbreking, ook refractie genoemd' is een van de belangrijkste meetbare waarden ten behoeve van edelsteen onderzoek

Constanten
Dit zijn – zoals het woord het al zegt: constante waarden. Deze waarden kunnen betrekking hebben op bijvoorbeeld lichtbreking, de absorptie van licht in een steen of het soortelijk gewicht. Deze waarden kunnen uniek zijn voor bepaalde stenen. Wanneer met behulp van specialistische apparatuur een bepaalde waarde gemeten wordt, kan aan de hand van deze meting soms al een goed beeld ontstaan om soort en variëteit steen het gaat. Al geven ze vaak niet direct uitsluitsel: constanten zijn hoe dan ook buitengewoon belangrijk om direct het zoekgebied te verkleinen en bepaalde mogelijkheden uit te sluiten.

<terug naar overzicht>


Het kleurenspel van een opaal wordt veroorzaakt door microscopisch kleine silica-bolletjes die in regelmatige rijen zijn geordend. De ruimte tussen deze bolletjes is zo klein, dat licht dat door deze ruimtes heen gaat wordt opgebroken in spectrale kleuren. Afhankelijk van de exacte maat van deze openingen wordt dan bijvoorbeeld rood, blauw of groen licht doorgelaten, dit veroorzaakt het kleurenspel van een opaal.

Optische eigenschappen
Dit zijn onder andere de fysische oorzaken van optische effecten zoals het kleurenspel van opaal of de weerschijn in een maansteen. Maar ook de wijze waarop de kristalstructuur van een steen het binnenkomend licht verwerkt is een optische (en tevens structurele) eigenschap. Deze eigenschappen zijn met diverse methodes te onderzoeken en te classificeren en voor verschillende stenen van grote diagnostische waarde.

 

<terug naar overzicht>


Toermalijn, soms ook tourmalijn gespeld in Nederland, is een chemisch zeer ingewikkelde edelsteen. In tegenstelling tot wat veel op online verkoopsites als marktplaats en ebay wordt beweerd zijn er van toermalijn geen synthetische stenen (lab grown of lab created) in de handel. Het synthetiseren van toermalijn is wel mogelijk, maar dusdanig kostbaar en ingewikkeld, dat het bestaan van commerciele synthetische toermalijn vrijwel uitgesloten kan worden.

Structurele eigenschappen
Deze eigenschappen hebben betrekking op onder andere de hardheid van een steen (de weerstand tegen krassen) en de sterkte (de weerstand tegen breken en splijten). Ook het kristalsyteem waartoe een steen behoort en de invloeden die deze heeft op lichtbreking, optische effecten en interne eigenschappen zoals splijtvlakken behoort tot de structurele eigenschappen van een edelsteen.

<terug naar overzicht>


Moldaviet is een tektisch glas, waarschijnlijk ontstaan door een meteoriet inslag waarbij dusdanig veel hitte is vrijgekomen dat gesteentes en dergelijke over een groot gebied zijn gesmolten, vervolgens relatief snel afgekoeld waarbij er geen tijd is geweest voor kristallisatie en dus glas is ontstaan.

Interne (o.a. groei-gerelateerde) eigenschappen
Dit gebied behelst alles dat er in een steen te zien is. Onder de microscoop zijn hele microwerelden te ontdekken in edelstenen. In deze interne werelden zijn veel soort-specifieke aanwijzingen te vinden zoals bepaalde minerale insluitsels. Dit kunnen insluitsels zijn die in de ene soort edelsteen soms, in andere nooit en weer andere (vrijwel) altijd voorkomen. Maar ook splijtvlakken, breukvlakken en kleurzoneringen kunnen diagnostische waarde hebben. Van zeer groot belang is dat de belangrijkste (en vaak enige) bewijzen die aantonen of een steen natuurlijk of synthetisch is in de steen zelf zijn te vinden. Dit laatste maakt dat vooral voor (mogelijk) zeer waardevolle stenen als robijn, saffier en smaragd intern microscopisch onderzoek van onschatbare waarde is.

 

<terug naar overzicht>


 

Gemmologische instrumenten en technieken
Om dit onderzoek te kunnen uitvoeren, wordt gebruik gemaakt van specialistische apparatuur en technieken. De belangrijkste zijn: gemmologische refractometers om de lichtbreking te meten, spectroscopie om absorbtiespectra van bepaalde stenen in kaart te kunnen brengen, filters om bijvoorbeeld polarisatie te kunnen toepassen, dichroscopie om kristalafhankelijke meerkleurigheid in beeld te kunnen brengen, korte en lange golf UV-licht om bepaalde fluorescentie- en fosforescentie effecten te kunnen bepalen, de hydrostatische balans en uiteraard de microscoop.


Hieronder een korte omschrijving wat er getest en gemeten wordt met deze apparatuur.

<terug naar overzicht>

Een edelsteen / gemmologische refractometer is leverbaar in twee versies: de klassieke analoge, en de digitale versie die op dit moment vooral door Presidium en GemLabTools worden gemaakt. Helaas zijn deze digitale meters zeer onbetrouwbaar en voor serieus edelsteenonderzoek onbruikbaar. De analoge meters (bijvoorbeeld van de merken Meiji, Eickhorst, TopCon en Rayner)  blijven superieur en bij goed gebruik vrijwel onverslijtbaar.

(Gemmologische) refractometer
Hiermee wordt de lichtbreking (=refractie) gemeten die een lichtstraal ondergaat wanneer deze (in dit geval) een edelsteen of mineraal binnendringt. Daarnaast kan met dit instrument ook de mogelijke dubbelbreking van een steen worden gemeten. Dit laatste is een eigenschap die voorkomt in edelstenen die behoren tot een aantal specifieke kristalsystemen. Omdat vrijwel elke edelsteensoort altijd op een eigen unieke wijze het binnendringend licht breekt, zijn de waarden op hun beurt ook uniek en deze metingen zijn dan ook zeer belangrijk bij determinering. De eerder genoemde dubbelbreking van binnendringend licht dat een bepaalde groep edelstenen kent, biedt nog meer constante en meetbare diagnostische waarden

<terug naar overzicht>


 

Spectroscopie ten behoeve van onderzoek naar edelstenen is voor een  aantal stenen diagnostisch, wat wil zeggen dat de soort cq. varieteit doormiddel van een spectroscopisch beeld kan worden bepaald. Dit geldt bijvoorbeeld voor robijn, zirkoon, peridoot en granaat. Toc is enkel spectroscopie niet voldoende omdat men - vooral bij robijn - veelvuldig met synthetische varianten te maken heeft.

Apatiet en granaat geven beiden vaak een mooi en duidelijk spectrum, toch is vooral bij granaat veel variatie in spectra mogelijk, dit omdat granaat een isomorf soort is, dit houdt in dat alle soorten granaten een identieke kristallijne structuur (kubisch) hebben, maar verschillende chemische samenstellingen. Dit resulteert ook in verschillende spectra.

Spectroscopie
Op zeer veel onderzoeksgebieden wordt er gebruik gemaakt van spectroscopie. Het basisprincipe is dat een bepaalde stof (vast, vloeibaar of gas) in contact wordt gebracht met een of andere vorm van elektromagnetische straling, dit kan ons zichtbare licht zijn, maar ook bijvoorbeeld röntgen- of UV-straling. Deze elektromagnetische straling kan zichtbaar worden gemaakt door het gebruik van spectroscopen. Die maken het spectrum zichtbaar in de vorm van zichtbare spectra (in het geval van zichtbaar licht) of in de vorm van grafieken wanneer laser, UV of rontgen-straling wordt gebruikt. Iedereen kent bijvoorbeeld wel het glazen prisma waarmee wit licht kan worden opgebroken in de kleuren van de regenboog. Dit is dan ook het spectrum van de elektromagnetische straling die wij kennen als het zichtbare licht.

Bij spectroscopisch onderzoek wordt deze straling gericht op een stof (een vloeistof, gas of een vaste stof zoals bijvoorbeeld een edelsteen of mineraal). Deze stof onder test is – zoals alle stoffen – opgebouwd uit deeltjes zoals atomen en moleculen. Deze deeltjes gaan allemaal op eigen unieke wijze een reactie aan met de binnenkomende straling: sommige deeltjes zullen bepaalde delen van het spectrum geheel absorberen, andere gedeeltelijk, weer andere deeltjes gaan reactie aan. Dit resulteert erin dat wanneer deze straling door de stof heen is gegaan (of wordt gereflecteerd) een deel van het originele spectrum is veranderd. Wanneer men zichtbaar licht heeft gebruikt zal het spectrum vaak een bepaald absorptiepatroon laten zien dat eruit ziet als de kleuren van de regenboog met donkere strepen en banden erin. Deze banden en strepen worden Fraunhoferlijnen genoemd.
Dit is het absorptiespectrum, en in het geval van edelstenen kan dit absorptiespectrum zeer veel informatie geven over de steen die wordt onderzocht.

<terug naar overzicht>


 

Een aquamarijn heeft vaak een redelijk duidelijk dichroisch (tweekleurig) beeld. Bepaalde stenen zijn dusdanig dichroisch of trichroisch (driekleurig) dat de verschillende kleuren vaak zonder dichroscoop al zichtbaar zijn. Bekende voorbeelden zijn bijvoorbeeld andalusiet en de meest kostbare zoisiet  variant: tanzaniet.

Dichroscopie
Edelstenen die niet amorf (=niet kristallijn) zijn, tot alle kristalsystemen behoren behalve het kubische, transparant en gekleurd zijn kunnen pleochroisme vertonen. Pleochroisme betekent letterlijk vertaald “meerkleurigheid”. Dit wordt veroorzaakt doordat binnenvallend licht in zo’n steen door de interne kristalstructuur wordt gesplitst in meerder lichtstralen. Deze stralen krijgen hierdoor allen verschillende snelheden, die op zich resulteren in een visuele weergave van verschillende zichtbare kleuren. Stenen waarbij deze meerkleurigheid zichtbaar is zonder hulpmiddel zijn bijvoorbeeld tanzaniet (zoïsiet), ioliet (corderiet) en andalusiet.
Maar vaker zijn deze verschillende kleuren minder goed te onderscheiden en zie je 1 kleur: de kleur die is samengesteld uit de 2 afzonderlijke kleuren. Deze 2 afzonderlijke kleuren kunnen zichtbaar worden gemaakt met een dichroscoop.

Dit instrument splist doormiddel van een sterk dubbelbrekend prisma dat meestal van calciet is gemaakt (ook bekend onder de naam ‘dubbelspaat’) licht dat door de steen valt, en geeft 2 beelden weer van de twee afzonderlijke kleuren. Er kunnen ook drie kleuren zichtbaar zijn, dan spreekt men over trichroïsch. Dit is bijvoorbeeld aanwezig in (niet warmte behandelde) tanzaniet, maar om deze drie kleuren te kunnen zien moet de steen vanuit meerder hoeken ten opzichte van de dichroscoop bekeken worden.
Omdat bepaalde stenen een uniek dichroisch of trichroïsch beeld hebben, is het dan ook van waarde in het onderzoek.

<terug naar overzicht>


 
Robijnen die extreem oplichten onder UV-licht (of door een Chelsea Filter) zijn zeer vaak van synthetische origine. Het is geen sluitend bewijs, maar zeer zeker een sterke aanwijzing. Korte- en lange golf UV
Het elektromagnetisch spectrum bestaat uit allerlei golflengtes waarvan de lengte wordt beschreven in meters. Aan de ene kant hebben we radiogolven die lengtes van een meter tot kilometers kunnen hebben. Deze golven dragen ver, maar hebben een lage frequentie. Hoe verder we opschuiven, hoe hoger de frequentie wordt, totdat we in het relatief kleine deel van het elektromagnetisch spectrum komen dat wij kennen als het zichtbare licht. De golflengte van het zichtbare licht is al zo klein, dat we niet meer praten over meters maar over nanometers (nm), 1nm = een miljoenste van 1 millimeter. Een gemiddeld mens kan de golflengtes tussen 400nm en 700nm zien. Rond de 400 nm is het violet, bij de 700 is het rood dat we zien. Als we nog verder opschuiven komen we in in steeds kortere golflengten, die ook steeds hogere frequenties krijgen. Hoe hoger de frequentie, hoe energierijker de golflengte en hoe makkelijker de golflengte doordringt in materie. Zo zien we rond de 100 nm röntgenstralen en daaropvolgend vanaf 0.01 nm gammastraling. Deze laatste heeft zo’n korte golflengte dat het door vrijwel alle materie heen kan.
Tussen het zichtbare licht en de röntgenstraling houdt zich het ultraviolette deel van het spectrum op en dit deel wordt bij edelsteenkundig onderzoek zeer veel gebruikt.
Edelstenen kunnen wanneer ze worden blootgesteld aan (voor de mens vrijwel onzichtbare) UV-straling een reactie met deze straling aangaan. Deze reactie is voor ons mensen zichtbaar en staat bekend als luminescentie. Luminescentie kan enerzijds fluorescentie zijn (waarbij de stof die aan UV-licht wordt blootgesteld tijdens deze blootstelling reageert), en/of fosforescentie (waarbij de stof een reactie blijft behouden nadat het is blootgesteld aan het UV-licht.)
Het meest gebruikte UV-licht dat wordt gebruikt bij edelsteenkundig onderzoek is lange golf UV (ongeveer 365nm, onschadelijk) en korte golf (ongeveer 254nm, schadelijk wanneer men geen beschermende kleding / bril draagt). Omdat verschillende edelstenen een eigen unieke reactie kennen op dit UV-licht, is het een veelgebruikte testmethode.

<terug naar overzicht>


 
Een goede balans / weegschaal voor soortelijk gewichtbepaling is er een die minimaal tot een duizendste van een gram kan wegen. Helaas is de weegresolutie van een balans de bepalende factor voor de prijs. Een balans van een professionieel merk zoals bijvoorbeeld Mettler of Toledo die een 1000ste gram kan wegen is daarom de beste keus.

Soortelijk gewicht bepalen

Met een hydrostatische balans kan men het soortelijk gewicht (SG) van een steen bepalen. Door de te onderzoeken steen eerst in normale atmosfeer (= in lucht) te wegen, daarna dezelfde steen in water, en beide resultaten in de volgende formule in te passen:

 


krijgt men een getal dat kan worden vergeleken met waarden die in constantentabellen worden genoemd. Het is onder de meeste condities helaas allesbehalve een erg exacte methode. Men is afhankelijk van de kwaliteit (en de resolutie) van de balans, maar ook van het gewicht van de steen: hoe zwaarder de steen, hoe exacter de uitkomst, hoe lichter, hoe minder exact. Dit komt doordat een laag gewicht veel meer ruimte geeft voor meetfouten. Op een kilo is een verschil van 0.2 karaat (0.004 gram) geen enkel punt en heeft het weinig invloed op het uiteindelijk berekende SG, maar bij een steen van 1 karaat is het natuurlijk direct een zinloze meting geworden.
Met een goede balans en zorgvuldig wegen kan men deze testmethode voor de meeste stenen wel gebruiken, al is het zaak te onthouden dat het niet een concluderend resultaat kan geven.

 

<terug naar overzicht>

 


 
De belangrijkste eigenschappen van een microscoop die voor onderzoek van edelstenen wordt gebruikt is de mate van vergroting en uiteraard de belichting. Een vergoting van max 80x  en een donkerveld condenser zijn minimale vereisten.

Microscoop
De microscoop behoort samen met de refractometer tot de belangrijkste instrumenten om edelstenen te onderzoeken. Hiervoor wordt over het algemeen een stereo microscoop gebruikt met een vergrotingsfactor van 6 tot 70x. Een hogere vergroting kan gebruikt worden, maar daarmee wordt ook de scherptediepte van het beeld drastisch teruggebracht en dat is van grote invloed op de kwaliteit van het beeld.
In gemmologisch onderzoek wordt gebruik gemaakt van een heel scala aan belichtingstechnieken. De meest gebruikte is nog steeds de donker-veld techniek. Hiermee wordt men (bij het onderzoek van transparante stenen) niet gehinderd door oppervlakte reflecties van de steen en wordt het licht vanaf de zijkant in de steen geprojecteerd zodat insluitsels en dergelijke goed te zien zijn. Daarnaast wordt er ook met opvallend licht doormiddel van ring verlichting gewerkt en met koudlicht-probes om de kleinst mogelijke lichtbundels (‘pin-point’) op specifieke gebieden in een steen te richten.
Aangezien de vele synthetische edelstenen op de markt (die al vanaf eind 19e eeuw worden gemaakt!) exact dezelfde fysische en chemische eigenschappen hebben als een natuurlijke variant, en enkel insluitselonderzoek kan uitmaken of men met een natuurlijke of synthetische steen te maken heeft, is de microscoop van onschatbare en onmisbare waarde bij het onderzoek naar edelstenen.

<terug naar overzicht>

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 


 


 

 

 

 




 

 

 

 
COPYRIGHT: Op deze website rust auteursrecht. Niets van deze website mag op welke wijze dan ook worden verveelvoudigd zonder de voorafgaande toestemming van secat.nl
Het edelsteenkundig/ gemmologisch onderzoek dat Secat uitvoert wordt gedaan door een  internationaal erkend en geregistreerd FGA edelsteenkundige
Secat Edelsteenkundig Bureau  is lid van de Vakvereniging Nederlandse Edelsteenkundigen
CIBJO is de wereldwijde organisatie voor de sieraden-,  edelstenen en aanverwante branches. CIBJO staat voor: Confédération Internationale de la Bijouterie, Joaillerie, Orfèvrerie des Diamants, Perles et Pierres

 
Secat Gemmological Bureau, The Netherlands  - Welcome (English)