I Seminário sobre Design e Gemologia de Pedras, Gemas e Jóias
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I Seminário sobre Design e Gemologia de Pedras, Gemas e Jóias do Rio Grande do Sul I Seminário sobre Design e Gemologia de Pedras, Gemas e Jóias do Rio Grande do Sul Soledade, RS – 06 a 08/05/2009. http://www.upf.br/ctpedras/sdgem INFRAESTRUTURA ANALÍTICA PARA A CARACTERIZAÇÃO DE GEMAS E JÓIAS Marcos Vasconcellos1 e Ruth Hinrichs2 1 Instituto de Física, UFRGS [email protected]; 2Instituto de Geociências, UFRGS [email protected] Resumo – A caracterização de minerais de interesse gemológico exige a utilização de várias técnicas analíticas. Alguns dos pontos de interesse incluem a identificação de inclusões sólidas e fluidas no interior das gemas, distribuição de fraturas e outras propriedades. Estas são utilizadas para a diferenciação entre gemas naturais e sintéticas. Também podem ser obtidas informações sobre a gênese dos depósitos e com isto permitir a determinação da proveniência de uma gema natural, o que afeta o valor comercial deste material. O Laboratório de Microanálise do Instituto de Física da UFRGS opera e desenvolve instrumentação nas técnicas de espectroscopia micro-Raman, Espectroscopia Mössbauer, difração de raios-x, microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletrônica de transmissão, que constituem um potencial analítico importante para a caracterização de gemas e jóias Palavras-Chave: gemas, jóias, micro-Raman, microscopia eletrônica de varredura, difração de raios x Abstract – The characterization of minerals of interest for gemology requires the use of several analytical techniques. Interesting studies include solid and fluid inclusions inside the gems, fracture distribution and other properties. These are used to differentiate between natural and synthetic gems. Also, genesis of deposits can help to determine the provenance of natural gems. The Laboratório of Microanálise from Instituto de Física-UFRGS operates and develops instrumentation in micro Raman spectroscopy, X ray diffraction, Scanning Electron Microscopy and Transmission Electron Microscopy, which represents an important research facility for the characterization of gemstone and jewel. Keywords: gemstone, jewel, micro Raman spectroscopy, scanning electron microscopy I Seminário sobre Design e Gemologia de Pedras, Gemas e Jóias do Rio Grande do Sul 1. Introdução A caracterização de minerais da área de gemologia exige a utilização de técnicas analíticas sofisitcadas. Estas técnicas devem ser capazes de fornecer resultados que auxiliem os geólogos a responder a questões tais como a correlação entre elementos traço e a origem das cores observadas em gemas ou então indicar subsídios para a gênese de ametistas, entre tantos outros debates na área. Uma necessidade atual e de grande apelo comercial refere-se a capacidade limitada do mercado de identificar a origem de gemas e definir inequivocamente se o material é genuíno ou falso. O Laboratório de Microanálise do Instituto de Física da UFRGS conta com uma infraestrutura analítica adequada e experiência em microanálise de materiais. Este trabalho procura apresentar algumas destas técnicas à comunidade de gemas e jóias de forma a estabelecer futuras colaborações. 2. As técnicas e suas aplicações Espectroscopia micro-Raman A espectroscopia Raman é uma técnica analítica não destrutiva utilizada para caracterizar a natureza molecular das amostras que permite a identificação de minerais de maneira rápida e com preparação de amostra similar àquela da observação ótica. A técnica consiste na irradiação de um feixe de laser monocromático sobre a amostra e a luz espalhada é analisada em um espectrômetro. Parte da luz espalhada possui uma frequência diferente da luz incidente como consequência das mudanças nas energias vibracional e rotacional das ligações químicas das moléculas ou cristais e vibração da rede cristalina. O mesmo arranjo experimental também pode ser modificado para incluir uma fonte de luz diferente para realizar medidas de fotoluminescência. Esta última técnica permite a caracterização de centros de cor, identificação de alguns elementos traço e alterações na ordem estrutural de gemas e jóias. A Espectroscopia Raman tem sido utilizada no Laboratório de Microanálise para a caracterização de ametistas coletadas no Rio Grande do Sul, turmalinas do Estado de Minas Gerais e esmeraldas do Estado de Goiás [1,2]. A Figura 1 mostra uma imagem fotográfica de uma ametista onde se observa a ocorrência de vários pulsos responsáveis pela injeção de fluidos para a formação da ametista. As diferentes regiões podem ser caracterizadas usando a espectroscopia Raman de forma a indicar diferenças significativas na cristalinidade associada, como se observa nos espectros de 1 a 4. 20 mm 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 200 Raman shift 400 600 800 1000 1200 1400 Raman shift 4 0 200 Intensity 3 Intensity Intensity 2 Intensity 1 400 600 800 1000 1200 1400 Raman shift 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Raman shift Figura 1. Imagem ótica de uma ametista e dos correspondentes espectros Raman associados a diferentes regiões da amostra. O aumento da intensidade da linha de base é interpretada como uma alteração na cristalinidade do material Microscopia Eletrônica de Varredura A técnica de Microscopia Eletrônica consiste na irradiação de uma amostra, com um feixe de elétrons com determinada energia. Os tipos mais comuns de microscópios eletrônicos são os de Varredura (MEV) e Transmissão (MET). No MEV, a energia dos elétrons do feixe é da ordem de algumas centenas de eV até algumas dezenas de I Seminário sobre Design e Gemologia de Pedras, Gemas e Jóias do Rio Grande do Sul milhares de eV (dezenas de keV). Nesta técnica a amostra é varrida com um feixe focalizado, de forma a produzir elétrons secundários no local de incidência do feixe sobre a amostra. Estes elétrons secundários são detectados e seu número é transformado em um tom de cinza e é mapeado em uma imagem digital em um monitor, pixel a pixel, à medida que o feixe varre seqüencialmente a superfície da amostra. Este mapa, em tons de cinza, de elétrons secundários reproduz a topografia da amostra e em geral é facilmente interpretável. No modo de deteção de elétrons retroespalhados os diferentes tons de cinza da imagem são relacionados ao número atômico médio destas regiões. Este modo pode fornecer informações qualitativas sobre a distribuição dos elementos presentes na área da amostra analisada. O sistema conta também com um detetor EDS que permite a identificação dos elementos químicos presentes na amostra e sua quantificação. Microdureza O sistema de medida de dureza utiliza um modelo DUH211S da Shimadzu que fornece a dureza do material e também o seu módulo de elasticidade. Este sistema esta sendo utilizado para avaliar a variação desta quantidade na mistura calcedônia e opala e avaliar como a diferenca de dureza entre os materiais afeta para o processo de usinagem das peças para a produção de camafeus. Sistema de Feixe de ìons focalizado Este sistema opera de maneira similar a um MEV, mas possui uma coluna iônica em adição a usual coluna eletrônica. O varredura do feixe de íons pode ser precisamente controlada para nanoprocessamento de materiais. Na área de gemas e jóias pode ser utilizado para gravar informações nas pedras preciosas que são imperceptíveis sem o uso de aparatos óticos. Este procedimento já é utilizado em outros países para gravar as características e origem da gema fortalecendo um dos itens fundamentais no seu valor comercial que é a rastreabilidade. 3. Observações finais O Laboratório de Microanálise pode auxiliar na execução de projetos de pesquisa na área de gemas e jóias estabelecendo colaborações com pesquisadores interessados para a elucidação de problemas microanalíticos. No momento, encontra-se em andamento uma colaboração com o Dr. Léo Hartmann do IG/UFRGS para utilizar a espectroscopia Raman aplicada à identificacao de gemas. Propomos também a utilização do sistema de microRaman para estudar a composição de inclusões fluidas nas ametistas permitindo a modelagem de sua gênese e também para servir como sistema de controle diferenciador entre gemas naturais e sintéticas. 4. Referências bibliográficas DUARTE, L.; HARTMANN, L. A.; VASCONCELLOS, M. Epigenetic geode formation in the worldclass amethyst deposits of the southern Parana basaltic province. in: I Simposio Brasileiro de Metalogenia, 2005, Gramado-RS. CD-Rom, 6p. VASCONCELLOS, M.; DUARTE, L.; GIURIATTI, G.; JUCHEM P. L.; STRIEDER, A. J.; HARTMANN, L. A. Raman microprobe applied to gemstone and jewel identification. in: X Congresso Brasileiro de Geoquímica, 2005, Porto de Galinhas. 2005.
