Kính hiển vi soi nổi ngọc học là kính hai mắt có độ phóng đại thường từ khoảng 10 đến vài chục lần, kèm một bệ chiếu sáng cho phép đổi nhanh giữa trường tối, trường sáng và ánh sáng chiếu chếch. Phần lớn kết luận tự nhiên hay tổng hợp, đã xử lý hay chưa, đều bắt đầu từ những gì người giám định thấy dưới kính này.
Kính lúp 10x cho cái nhìn đầu tiên; kính hiển vi cho cái nhìn đủ sâu và đủ lâu để đọc từng bao thể, từng vết mài, từng đường nối. Bài này không bàn chuyện soi kính lúp tại nhà mà đi vào cách phòng lab dùng kính hiển vi: cấu tạo, các kiểu chiếu sáng và mỗi kiểu làm lộ ra cái gì, kỹ thuật ngâm đá, và những giới hạn khiến kính hiển vi vẫn cần tới máy phổ.
Một chiếc kính hiển vi ngọc học gồm những gì
Đầu quan sát hai mắt. Hai đường quang học lệch nhau một góc nhỏ cho ảnh nổi ba chiều, nhờ đó người soi cảm nhận được bao thể nằm nông hay sâu, nằm trên mặt hay trong lòng đá. Đây là điểm khác căn bản với kính hiển vi sinh học một trục, vốn cho ảnh phẳng.
Vật kính phóng đại liên tục. Phần lớn kính ngọc học có núm xoay đổi độ phóng đại liên tục trong một khoảng, thêm thấu kính phụ để nâng hoặc hạ dải. Người soi thường quét toàn viên đá ở độ phóng đại thấp, rồi tăng dần khi đã thấy chỗ cần xem.
Bệ chiếu sáng có màn chắn tối. Dưới bàn đặt đá là một đèn và một hệ phản xạ. Một nút gạt đưa màn chắn tối vào giữa đường sáng để tạo trường tối, hoặc rút ra để tạo trường sáng. Có thêm màn chắn mống mắt để thu nhỏ chùm sáng.
Đèn phụ chiếu từ trên và đèn sợi quang. Một đèn chiếu xuống từ phía trên giúp xem bề mặt, vết mài, độ bóng. Đèn sợi quang có đầu nhỏ, uốn được, cho phép chiếu một điểm sáng vào đúng chỗ cần xem từ bất kỳ góc nào.
Kẹp giữ đá. Đá được giữ bằng kẹp có ngàm bọc mềm, xoay được nhiều hướng; người soi phải nhìn viên đá từ mặt bàn, cạnh, đáy và qua từng giác.
Các kiểu chiếu sáng và mỗi kiểu làm lộ ra gì
Đổi kiểu chiếu sáng là thao tác người giám định làm liên tục trong một lần soi. Mỗi kiểu có thế mạnh riêng; không kiểu nào thấy được mọi thứ.
| Kiểu chiếu sáng | Cách tạo | Thấy rõ nhất |
|---|---|---|
| Trường tối | Màn chắn che tâm, ánh sáng chiếu chếch vào đá từ quanh viền, nền phía sau đen | Bao thể nhỏ, kim, lụa, bọt khí sáng lên trên nền đen; khe nứt, vân tay |
| Trường sáng | Ánh sáng chiếu thẳng từ dưới lên qua đá | Dải màu, vân cong, mảng màu không đều, bao thể sẫm màu, đường nối của đá ghép |
| Ánh sáng khuếch tán | Đặt tấm khuếch tán mờ giữa đèn và đá | Phân bố màu, vùng màu tập trung trên bề mặt ở đá khuếch tán, màu đọng trong khe ở đá nhuộm |
| Ánh sáng chiếu chếch | Đèn sợi quang chiếu một góc nghiêng vào một điểm | Bao thể dạng tấm mỏng phản chiếu, mức nông sâu, hiệu ứng chớp màu trong khe lấp |
| Ánh phản xạ trên mặt | Đèn chiếu từ trên xuống mặt giác | Vết mài, độ bóng khác nhau giữa hai vật liệu, dấu lõm, lớp phủ |
| Ánh sáng phân cực | Hai kính phân cực trên và dưới đá | Vùng biến dạng, song tinh, hiệu ứng giao thoa quanh bao thể |
Người mới thường chỉ soi trường tối vì ảnh đẹp. Nhưng vân cong của ruby tổng hợp nung chảy hay dải màu thẳng của corundum tự nhiên thường chỉ hiện rõ ở trường sáng hoặc ánh sáng khuếch tán. Chuyển qua lại nhiều lần là thói quen bắt buộc.
Trường tối: vì sao bao thể bỗng sáng rực
Ở trường tối, ánh sáng không đi thẳng vào mắt người soi mà chiếu chếch vào viên đá từ xung quanh. Phần lớn ánh sáng đi xuyên qua đá rồi thoát ra hai bên, mắt chỉ nhận được phần ánh sáng bị các vật nhỏ trong đá tán xạ hoặc phản chiếu lên. Kết quả là nền phía sau đen, còn mọi thứ có ranh giới với khối đá như bọt khí, tinh thể nhỏ, kim, khe nứt đều sáng lên.
Đó là lý do trường tối được dùng nhiều nhất để tìm bao thể. Lụa rutile trong sapphire hiện như những sợi tơ bạc mảnh đan theo ba hướng; vân tay của một khe nứt đã liền hiện như lưới giọt nhỏ; bọt khí tròn trong thuỷ tinh hiện như những chấm sáng có viền đen. Những thứ dưới kính lúp chỉ là một vệt mờ, dưới trường tối ở vài chục lần phóng đại đã đủ rõ để mô tả hình dạng.
Nhược điểm của trường tối là nó làm mất cảm giác về màu và về những thay đổi màu nhẹ trong đá. Một dải màu thẳng hay một vân cong gần như không có ranh giới vật lý, nên không tán xạ ánh sáng, và vì thế khó thấy. Muốn thấy chúng, người giám định phải chuyển sang trường sáng hoặc ánh sáng khuếch tán.
Ngâm đá: kỹ thuật làm biến mất ánh phản chiếu
Một viên đá mài giác phản chiếu ánh sáng ở từng mặt giác, tạo ra vô số điểm sáng gây nhiễu khi soi bên trong. Để loại bỏ nhiễu này, phòng giám định đặt đá trong một chén thuỷ tinh đáy phẳng chứa chất lỏng có chiết suất gần với chiết suất của đá. Khi chiết suất đá và chất lỏng gần nhau, ánh sáng gần như đi thẳng qua ranh giới, các mặt giác như tan biến, chỉ còn lại những gì nằm trong lòng đá.
Kỹ thuật ngâm giúp thấy rõ dải màu, vân cong, ranh giới vùng màu khuếch tán sát bề mặt, đường nối giữa hai phần của đá ghép. Với đá xử lý khuếch tán bề mặt, khi ngâm, màu đậm tụ lại theo các cạnh và đường viền giác là dấu hiệu rất dễ nhận. Với đá ghép, đường nối hiện thành một mặt phẳng sáng cắt ngang viên đá.
Một số chất lỏng ngâm có chiết suất cao là hoá chất độc, có mùi, cần thông gió và găng tay; chúng chỉ được dùng trong phòng lab. Nhiều phép quan sát đơn giản vẫn làm được với nước hoặc dầu thông thường vì mục tiêu chỉ là giảm phản chiếu, không cần khớp chiết suất tuyệt đối. Phòng lab cũng cân nhắc không ngâm đá xốp, đá đã tẩm dầu hay nhựa, vì chất lỏng có thể thấm vào khe hoặc hoà tan chất lấp.
Trình tự một lần soi kính hiển vi trong phòng lab
Trình tự có thể khác nhau giữa các phòng giám định, nhưng ý chung là đi từ tổng thể đến chi tiết và từ bề mặt vào trong.
- Làm sạch viên đá, soi ở độ phóng đại thấp nhất bằng ánh phản xạ để đánh giá bề mặt, vết mài, độ bóng, vết trầy, chỗ sứt.
- Chuyển sang trường tối, quét toàn bộ viên đá từ mặt bàn, cạnh bên và đáy, đánh dấu những vùng có bao thể.
- Tăng độ phóng đại tại từng vùng, dùng đèn sợi quang chiếu chếch để thấy hình dạng và mức nông sâu của bao thể.
- Chuyển trường sáng và ánh sáng khuếch tán, tìm dải màu, vân cong, vùng màu không đều.
- Nếu cần, ngâm đá để xem các vùng màu và ranh giới bên trong rõ hơn.
- Ghi chép từng quan sát kèm vị trí, chụp ảnh những bao thể quan trọng, rồi đối chiếu với kết quả chiết suất và quang phổ.
Một lần soi kỹ có thể kéo dài từ vài phút với đá dễ đến hơn nửa giờ với đá khó, chưa kể thời gian chụp ảnh và ghi chép.
Những thứ dễ nhìn nhầm dưới kính hiển vi
Ảnh phóng đại nổi ba chiều rất thuyết phục, nên cũng dễ đánh lừa. Người mới soi thường nhầm những thứ dưới đây với bao thể hay dấu hiệu xử lý.
- Bụi, xơ vải và dầu trên bề mặt: chúng sáng lên ở trường tối giống hệt bao thể. Cách kiểm là hạ độ nét: thứ nằm trên mặt đá sẽ nét cùng lúc với vết mài, thứ nằm trong lòng đá nét ở một độ sâu khác. Lau đá rồi soi lại là thói quen bắt buộc.
- Ảnh phản chiếu của một bao thể qua các giác: một tinh thể nhỏ có thể hiện thành ba bốn hình giống nhau do phản chiếu qua các mặt giác đáy, khiến người soi tưởng đá có cả đám bao thể.
- Cạnh giác bị nhân đôi: ở đá có độ lưỡng chiết lớn như zircon, peridot, cạnh giác phía đáy nhìn qua mặt bàn hiện thành hai đường song song. Đó là tính chất quang học của loài đá, không phải vết nứt hay đường nối.
- Vết đánh bóng và vết lõm trên mặt giác: dưới ánh phản xạ, chúng trông như đường kẻ hay chấm, nhưng nằm hẳn trên bề mặt.
- Bọt khí bám ngoài khi ngâm: khi ngâm đá trong chất lỏng, bọt khí nhỏ bám trên mặt đá dễ bị nhầm với bọt khí bên trong của thuỷ tinh hay đá tổng hợp.
- Vùng màu do chiếu sáng không đều: đèn chiếu lệch làm một nửa viên đá trông đậm hơn; cần xoay đá và đổi kiểu chiếu sáng trước khi kết luận về dải màu.
Những nhầm lẫn này là lý do người giám định luôn đổi độ nét, xoay đá, đổi đèn trước khi ghi một quan sát vào hồ sơ. Một bao thể thật vẫn ở đúng chỗ của nó dù nhìn từ hướng nào.
Kính hiển vi trả lời được gì và không trả lời được gì
Kính hiển vi trả lời tốt nhất những câu hỏi dựa trên hình dạng. Bao thể tự nhiên có hình dạng gắn với quá trình đá mọc chậm trong lòng đất; bao thể của đá tổng hợp gắn với điều kiện trong lò. Dấu vết nung để lại những hình dạng đặc trưng trên bao thể. Đá ghép lộ đường nối. Đá phủ lộ chỗ mòn. Phần lớn ý kiến trên phiếu giám định về đá tự nhiên hay tổng hợp, đã xử lý nhiệt hay chưa, dựa chủ yếu vào quan sát dưới kính này.
Nhưng kính hiển vi bất lực khi đá quá sạch. Một viên sapphire tổng hợp nung chảy được chọn kỹ có thể gần như không có bao thể nào thấy được; một viên đá tự nhiên rất sạch cũng vậy. Kính hiển vi cũng không nhận được thành phần hoá học của một bao thể, chỉ nhận hình dạng của nó. Muốn biết tinh thể nhỏ kia là zircon hay apatite, phòng lab cần máy phổ Raman; muốn biết khe nứt kia lấp nhựa hay dầu, cần phổ hồng ngoại.
Kính hiển vi còn phụ thuộc vào con mắt và trí nhớ hình ảnh của người soi. Đó là lý do người giám định có kinh nghiệm thường giữ thư viện ảnh bao thể của riêng mình, và vì sao các phòng giám định lớn cho hai người soi độc lập với những viên đá khó.
Câu hỏi thường gặp
Kính hiển vi ngọc học khác kính hiển vi sinh học thế nào?
Kính ngọc học là loại soi nổi hai mắt, cho ảnh ba chiều, khoảng làm việc dài để xoay đá trong kẹp, độ phóng đại vừa phải, và bệ chiếu sáng đổi được trường tối, trường sáng. Kính sinh học phóng đại lớn hơn nhưng cho ảnh phẳng, cần mẫu mỏng và không hợp để soi một viên đá nguyên khối.
Độ phóng đại càng cao có càng tốt không?
Không hẳn. Độ phóng đại cao làm trường nhìn hẹp và độ sâu ảnh nông, dễ bỏ sót tổng thể. Người giám định quét ở độ phóng đại thấp trước, chỉ tăng lên khi đã thấy chỗ cần xem. Phần lớn công việc diễn ra trong khoảng từ mười đến vài chục lần.
Vì sao phải đổi kiểu chiếu sáng nhiều lần?
Mỗi kiểu chiếu sáng làm lộ ra một nhóm đặc điểm. Trường tối làm bao thể sáng lên, trường sáng và ánh sáng khuếch tán cho thấy dải màu, vân cong, ánh phản xạ cho thấy bề mặt. Chỉ soi một kiểu là bỏ sót những dấu hiệu quan trọng, nhất là dấu hiệu của đá tổng hợp và đá xử lý.
Ngâm đá vào chất lỏng có làm hỏng đá không?
Với đá đặc, bền, chất lỏng thích hợp không làm hại đá nếu được lau sạch. Nhưng đá xốp, đá đã tẩm dầu hoặc nhựa, đá có nhiều khe nứt có thể hút chất lỏng hoặc bị hoà tan chất lấp. Vì vậy phòng lab cân nhắc kỹ trước khi ngâm và dùng chất lỏng độc trong điều kiện an toàn.
Kính hiển vi có xác định được mỏ của viên đá không?
Kính hiển vi cung cấp một phần bằng chứng, vì một số kiểu bao thể hay gặp ở một số vùng mỏ. Nhưng kết luận nguồn gốc vùng mỏ cần kết hợp bao thể với phân tích nguyên tố vết và phổ, và vẫn là ý kiến chuyên môn chứ không phải phép đo tuyệt đối.
Đá sạch không bao thể thì kính hiển vi kết luận gì?
Thường là không kết luận được nguồn gốc. Đá tự nhiên rất sạch và đá tổng hợp được chọn kỹ đều có thể không có bao thể thấy được. Khi đó phòng lab chuyển sang các phép đo phổ và phân tích thành phần để tìm thêm bằng chứng.
