Edelsteinuntersuchung mit der Röntgenfluoreszenzanalyse

Diese moderne Untersuchungsmethode ermöglicht die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Edelsteinen auf elementarer Ebene durch die Bestimmung der Atomsorten.

Erfahrungsgemäß nutzen viele Anwender nur einen geringen Teil des Potentials ihrer RFA-Spektrometer, da ihnen unbekannt ist, dass es neben der seitens des Herstellers hinterlegten branchenspezifischen Messaufgaben (beispielsweise für Edelmetallanalysen) auch die Möglichkeit besteht, die Messspektren anhand der Röntgenenergien eigenständig auszuwerten. Einige Geräte stellen die Spektren hierfür auch graphisch dar und ermöglichen durch Auswahl in einem hinterlegten Periodensystem manuelle Element-Suchen, sowie deren Analysen.

In dieser Ebene, außerhalb der Algorithmen, bzw. Messaufgaben des Herstellers, kann ein Edelstein (und jeder feste Stoff/Gegenstand) gemessen und untersucht werden. 

Die Vorgehensweise ist denkbar einfach. Der zu untersuchende Stein wird je nach Bedarf 20 bis 120 Sekunden bestrahlt. Im Anschluss wird die Referenzdatenbank für Edelsteine geöffnet und eine oder mehrere entsprechende Dateien zum Vergleich ausgewählt. Die Dateien werden (in bestimmten Geräten mit entsprechender Software) übereinandergelegt und zur optimalen Auswertung farblich voneinander getrennt. Die Messung sollte in unterschiedlichen Positionen mehrfach wiederholt werden, um Fehlmessungen zu vermeiden, die zum Beispiel durch größere Edelsteineinschlüsse, unregelmäßige Farbverteilung im Stein oder auch durch Verunreinigungen an der Oberfläche auftreten könnten. 

Hilfreich ist auch, die Arbeitsweise des vorhandenen Gerätes zu kennen, zu wissen, was bei der Röntgenfluoreszenz geschieht und wie sie entsteht. Ein anschauliches Periodensystem der Elemente, das neben den üblichen Element-Daten auch die Röntgenenergien enthält und für Referenz-Messungen mit einer möglichst vollständigen Elementen-Sammlung ausgestattet ist, eröffnet Ihnen ungeahnte Untersuchungsmöglichkeiten. Darüber hinaus dient es beim Arbeiten der Veranschaulichung und zum leichteren Verständnis, warum manche leichteren Elemente schwer nachweisbar und nicht in der Menge zu bestimmen sind.  

Bei der Edelsteinbestimmung mit der RFA ist zu bedenken, dass hierbei keine Elemente der ersten Periode ermittelt werden können. Bei Elementen der zweiten Periode kann lediglich deren Anwesenheit nachgewiesen werden und auch das nur bedingt. So kann beispielsweise der synthetische Zirkonia, der aus Zirkondioxid besteht, nur auf Zirkon untersucht werden, nicht auf Sauerstoff, da das RFA Gerät nicht unter Vakuum (oder Helium) arbeitet und Sauerstoff auch Bestandteil der Umgebungsluft ist.

Die Röntgenfluoreszenz entsteht durch den von der Röntgenstrahlung verursachten Nachrückprozess von Elektronen aus verschiedenen Elektronenschalen, insbesondere in die innere K-Schale. Bei Wasserstoff und Helium, den Elementen der ersten Periode, existiert aber nur die K-Schale, weshalb erst gar keine Röntgenfluoreszenz entstehen kann. Organische Verbindungen, wie Öle, Polymere (Kunststoffe), etc. können daher nicht gemessen werden, denn sie bestehen aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Lediglich das Element C kann hierbei Hinweise auf ein eventuelles Vorhandensein von beispielsweise Ölen sein. 

Erst ab dem Element Aluminium ist bei sehr guten stationären Geräten mit sehr guten digitalen Detektoren eine Mengenbestimmung möglich. Bei manchen schwächeren stationären Geräten geht dies erst ab Zirkonium, da ab diesem Element Röntgenenergien aus fünf und mehr verschiedenen Nachrückvorgängen aus teils unterschiedlichen Elektronenschalen generiert werden, die auch mit weniger kostenintensiven Bauteilen recht exakt zugeordnet werden können.

Bei gefassten Edelsteinen und Diamanten muss berücksichtigt werden, dass diese transparenten Stoffe mit einer recht geringen Dichte von der primären Röntgenstrahlung durchleuchtet werden und somit auch das Edelmetall der Innenseite der Fassung mit gemessen wird. Das Messergebnis enthält dann auch entsprechende Bestandteile der Edelmetalle, was bei der Auswertung unbedingt berücksichtigt werden muss. Deswegen wird auch das Einbinden eines Algorithmus für eine automatische Auswertung nur schwer darstellbar sein. Eine Auswertung von Edelsteinuntersuchungen kann also nur durch den Anwender persönlich erfolgen.

Die Eindringtiefe der primären Röntgenstrahlung in das Prüfstück sinkt mit zunehmender Dichte der Elemente und hängt von der Größe und Stärke der in Ihrem Gerät verbauten Röntgenröhre ab. Mit sehr guten stationären Geräten können sogar, in gewissem Maße, Schichtdickenmessungen im Edelmetallbereich durchgeführt werden. 

Zu berücksichtigen ist auch, dass ein Teil der primären Röntgenstrahlung an dem Prüfstück gebrochen, gestreut und/oder reflektiert wird. Bei sehr guten Geräten sind diese „Streuspektren“ schon aufgrund der Bauteile reduziert und werden mittels Software weitgehend als solche erkannt und können ausgeblendet werden. 

Darüber hinaus ist zu bedenken, dass in der Chemie zwischen qualitativer und quantitativer Analyse unterschieden wird. Die quantitative Analyse meint eine exakte Mengenbestimmung bestimmter Elemente und bei einer qualitativen Analyse wird nur die Anwesenheit bestimmter Elemente ermittelt. Edelsteinuntersuchungen mittels RFA sind also eine qualitative Analyse. Die angezeigten Mengen stimmen natürlich nicht, da bestimmte Elemente der chemischen Verbindung bei der Untersuchung unberücksichtigt bleiben. Die angezeigten Mengen sind jedoch wegen dem Verhältnis untereinander dennoch interessant und können diagnostische Hinweise liefern. 

Für die Durchführung einer quantitativen Analyse reicht eine Oberflächenmessung (an chemisch unreiner Fläche) nicht aus. Hierzu muss das Prüfstück zunächst homogenisiert werden. „Homogenisieren“ bedeutet beispielsweise bei verschiedenen goldenen Schmuckstücken unterschiedlicher Liegerungen, Zahngold, etc., dass die Gegenstände eingeschmolzen und gleichmäßig (homogen) vermischt  werden. Von dem hieraus gegossenen Barren wird dann eine chemisch reine Probe entnommen und gemessen. Nur bei dieser Vorgehensweise ist ein repräsentatives und exaktes, reproduzierbares Messergebnis möglich. 

Bei Diamanten und Edelsteinen bedeutet eine Homogenisierung jedoch, dass der Stein zunächst durch Zermahlen pulverisiert und zu einer Prüftablette gepresst werden müsste. Eine quantitative Analyse ist als de facto mit der Röntgenfluoreszenzanalyse nicht darstellbar, da zerstörungsfrei gearbeitet werden muss. 

Nutzen Sie das Potential Ihres RFA-Gerätes aus und arbeiten Sie zusätzlich auch mit der Referenzdatenbank für Edelsteine zu deren Bestimmung.

Die Spektren-Bibliothek umfasst rund 75 Edelsteinarten und um die 500 Referenzkurven zum Abgleich mit den Messspektren der zu prüfenden Edelsteine.

Mit dieser Datenbank generieren Sie einen deutlichen Mehrwert, da sie eine erhebliche Erweiterung der Untersuchungsmöglichkeiten mit Ihrem bereits vorhandenen RFA-Gerät darstellt und es Ihnen ermöglicht, Edelsteinbestimmungen zu verkürzen, Steinbehandlungen und Synthesen nicht nur zu entdecken, sondern auch nachzuweisen. 

Die Datenbank kann Sie auch vor verheerenden Fehlkäufen schützen. So ist beispielsweise ein CVD-(Diamant)beschichteter gefasster Moissanit mit den üblichen „Moissanit-Diamant-Testern“, die auf der Messung des Wärmewiderstandes basieren, nicht zu erkennen. Da er Silizium enthält, kann er mittels RFA jedoch schnell von Diamant unterschieden werden, da dieser aus Kohlenstoff und nicht aus Silizium besteht. Nur einige wenige andere Spurenelemente können in Diamanten wegen der Einschlüsse und Farbnuancen detektiert werden.

Wenn die RFA-Referenzdatenbank für Edelsteine einmal nicht ausreicht, kann es hilfreich sein, die einzelnen Elemente der Edelstein-Chemie, sowie deren farbgebenden Elemente zu untersuchen. 

So ist beispielsweise die Referenzkurve für natürlichen Zirkon kaum von der für synthetischen kubischen Zirkonia zu unterscheiden, obwohl in Zirkon Silizium zu finden ist und Zirkonia lediglich aus Zirkondioxid besteht. Das starke Signal für Zirkon überlagert eben schnell die Signale der anderen leichteren Elemente.

In synthetischem Rubin finden sich oft Rückstände von Katalysatoren und eine Detektion von Beryllium kann auf eine Hitze-Diffusions-Behandlung hinweisen.

Auch in Diamanten finden sich charakteristische Spurenelemente, die auf eine Synthese oder eine Behandlung hinweisen.

In Jadeit-Jade (auch Kaiserjade genannt) können neben der chemischen Zusammensetzung bestimmte Spurenelemente den Nachweis für eine Behandlung erbringen.

Bei Smaragd kann das Verhältnis von Vanadium und Chrom untersucht werden. Aufgrund dieses Verhältnisses kann beispielsweise bestimmt werden, ob es sich um einen Smaragd aus Kolumbien handelt oder nicht.

Bei organischen Materialien können z. B. Salzwasser- von Süßwasser-Zuchtperlen unterschieden werden, indem man das Verhältnis zwischen Strontium und Mangan untersucht. 

Elfenbein kann man leicht von Knochen auseinander halten, da nur in Elfenbein Calciumphosphat, also P, zu finden ist. 

Bei Korallen kann die Anwesenheit und das Verhältnis von Calcium und Magnesium untersucht werden, was in Polymeren ja nicht der Fall ist. Außerdem finden sich in Überzügen aus Lack und Farben ja auch Elemente, die in Korallen nicht vorkommen. 

In dem lilafarbigen Kunzit findet sich beispielsweise Lithium, was im Amethyst nicht der Fall ist.

Diese und viele andere Fragen lassen sich auf diese Weise mit der Röntgenfluoreszenzanalyse leicht und schnell beantworten. 

Eine Vorführung und Demonstration von Edelsteinuntersuchung mittels RFA, sowie eine ausführliche Beratung kann nach Honorar- und Terminvereinbarung durchgeführt werden. Die Kosten hierfür werden bei Kauf des Gesamtpaketes verrechnet.

HIER finden Sie weitere Informationen zu der Datenbank.

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