Một tính chất rất gần gũi với màu sắc là tính phát quang và cũng có ý nghĩa nhất định trong giám định đá quý.

Bản chất hiện tượng phát quang của đá quý

Bản chất hiện tượng phát quang của đá quý về cơ bản giống như bản chất màu sắc, trong đó nguồn kích thích, thay vì là ánh sáng thì thấy, là các bức xạ điện từ khác (tia cực tím, tia X) hoặc là nhiệt độ, ma sát, điện, tia âm cực…

Khi một vật liệu (đá quý) nhận được năng lượng kích thích dưới dạng nào đó ở dưới mức gây nóng sáng hoặc gây cháy, nó sẽ biến năng lượng này thành một bức xạ “lạnh” có bước sóng thường nằm trong vùng nhìn thấy. Đó là hiện tượng phát quang của đá quý.

Cơ chế của hiện tượng này liên quan với trạng thái kích thích của các nguyên tử trong vật liệu đá quý. Khi nhận được năng lượng kích thích, các điện tử sẽ nhảy từ mức năng lượng cơ sở lên các mức cao hơn. Khi các điện tử trở lại mức cơ sở chúng sẽ giải phóng năng lượng nhận được dưới dạng bức xạ điện tử (thường là ánh sáng nhìn thấy, đôi khi có thể là ánh sáng cực tím). Theo thuyết lượng tử, các điện tử này giải phóng năng lượng dưới dạng các photon.

Tham khảo: Sự hình thành và phân loại màu sắc đá quý

Nguyên nhân hiện tượng phát quang

Hiện tượng phát quang có thể gây ra bởi các nguyên nhân khác nhau:

• Do sự có mặt của các tạp chất (chất kích thích). Ví dụ, sự có mặt của crom (Cr3+) trong corindon vừa gây ra màu đỏ của ruby, vừa gây nên hiện tượng phát quang màu đỏ của nó.
• Do các sai lệch trong cấu trúc tinh thể như trong kim cương.

Phân loại hiện tượng phát quang

Tùy theo thời điểm phát sáng, hiện tượng phát quang được chia thành:

• Hiện tượng huỳnh quang (fluorescence), khi thời điểm phát quang diễn ra đồng thời với thời điểm kích thích (sau khi tắt nguồn kích thích thì ánh sáng phát quang cũng ngừng ngay).
• Hiện tượng lân quang (phosphorescence), khi thời điểm phát quang có thể diễn ra chậm hơn so với thời điểm kích thích. Đá quý vẫn tiếp tục phát quang một khoảng thời gian nhất định sau khi tắt nguồn kích thích.

Theo các nguồn kích thích, hiện tượng phát quang được chia thành:

• Phát quang dưới tia cực tím: nguồn kích thích ở đây là tia cực tím, tức là dải sóng điện từ nằm tiếp giáp về phía dưới cùng của vùng ánh sáng nhìn thấy. Trong giám định đá quý người ta thường dùng tia cực tím ở 2 bức sóng: cực tím sóng dài (ký hiệu LW – tiếng Anh: long wave), tương ứng với bước sóng 365 nm và cực tím sóng ngắn (SW- short wave) với bước sóng 254 nm. Phát quang dưới tia cực tím là phương pháp được sử dụng nhiều nhất trong tất cả các hiện tượng phát quang.
• Phát quang dưới tia X (còn gọi là huỳnh quang tia X). Nguồn kích thích trong trường hợp này là tia X (còn gọi là tia rơnghen), là vùng sóng điện từ nằm tiếp giáp về phía dưới của vùng cực tím, có bước sóng từ khoảng 20nm đến 1/1.000.000 nm. Hiện tượng phát quang dưới tia X có thể sử dụng trong giám định đá quý ở hai dạng: màu phát quang và độ trong suốt của đá quý dưới tia X.

Cả hiện tượng phát quang dưới tia cực tím và dưới tia X đều có chung một điểm là nguồn kích thích đều là các sóng điện từ và đều tuân theo định luật Stoke: vật chất bao giờ cũng phát quang ở bước sóng dài hơn so với sóng kích thích.

• Phát quang dưới tác dụng của nhiệt độ (nhiệt phát quang), là hiện tượng đá quý phát ra các màu khác nhau khi bị đốt nóng. Ví dụ người ta sử dụng tính chất này để phân biệt topaz màu lơ tự nhiên và topaz lơ do chiếu xạ.
• Phát quang dưới tác dụng của dòng điện (điện phát quang), được sử dụng để phân biệt kim cương màu xanh lam tự nhiên và màu lam do chiếu xạ.
• Phát quang do ma sát: một số loại đá quý phát ra các màu khác nhau khi bị cọ sát, như kim cương cũng đôi khi phát ra màu lơ đậm hoặc đỏ khi bị cưa hoặc mài.
• Phát quang dưới tia âm cực (huỳnh quang catod)