Kính phân cực, hay polariscope, là hai tấm lọc phân cực đặt chéo nhau với viên đá ở giữa; xoay đá một vòng, thuỷ tinh gần như tối suốt, thạch anh đơn tinh thể sáng tối luân phiên bốn lần, còn mã não và các đá đa tinh thể sáng đều ở mọi góc. Phép thử này cho biết cấu trúc bên trong của vật liệu, nên tách được thuỷ tinh khỏi thạch anh dù hai thứ trông giống hệt nhau.
Người làm đá quý coi kính phân cực là một trong những dụng cụ cơ bản. Ở nhà, bạn có thể dựng một bộ dùng được bằng màn hình điện thoại hay máy tính bảng và một tấm lọc phân cực. Bài giải thích nguyên lý ở mức dễ hiểu, cách làm, cách đọc kết quả, và các tình huống dễ làm bạn đọc sai.
Ánh sáng phân cực và vì sao đá phản ứng khác thuỷ tinh
Ánh sáng thông thường dao động theo mọi hướng vuông góc với đường đi của nó. Tấm lọc phân cực chỉ cho đi phần dao động theo một hướng. Đặt tấm lọc thứ hai xoay vuông góc với tấm thứ nhất, phần ánh sáng còn lại bị chặn gần hết, nhìn qua thấy tối. Đây là trạng thái "chéo nhau" làm nền cho phép thử.
Thuỷ tinh và các khoáng vật thuộc hệ lập phương có tính chất quang học giống nhau theo mọi hướng, gọi là đơn khúc xạ hay đẳng hướng. Ánh sáng đi qua chúng không đổi hướng dao động, nên giữa hai tấm lọc chéo, chúng vẫn tối. Thạch anh và phần lớn khoáng vật khác là lưỡng khúc xạ: ánh sáng đi vào bị tách thành hai tia dao động theo hai hướng khác nhau. Khi ra khỏi đá, ánh sáng đã đổi trạng thái dao động, nên một phần lọt qua tấm lọc thứ hai và ta thấy sáng.
Khi xoay viên lưỡng khúc xạ, có bốn vị trí trong một vòng mà hai hướng dao động của đá trùng với hướng của tấm lọc; ở đó ánh sáng không bị đổi và đá tối lại. Giữa các vị trí ấy đá sáng lên. Hiện tượng sáng tối luân phiên này là dấu hiệu chính cần tìm.
Ba kiểu phản ứng và ý nghĩa
Khi đá nằm giữa hai tấm lọc chéo và được xoay một vòng đủ 360 độ, kết quả thường rơi vào một trong ba kiểu dưới đây.
| Thấy gì khi xoay | Gọi là | Ví dụ vật liệu |
|---|---|---|
| Tối suốt cả vòng | Đơn khúc xạ, đẳng hướng | Thuỷ tinh, obsidian, fluorite, garnet, opal, nhựa không ứng suất |
| Sáng tối luân phiên bốn lần | Lưỡng khúc xạ, đơn tinh thể | Thạch anh tím, thạch anh trắng, citrine, thạch anh khói, tourmaline |
| Sáng đều mọi góc, không tắt | Đa tinh thể, tập hợp hạt nhỏ | Mã não, chalcedony, aventurine, jasper |
| Vệt sáng uốn lượn, hình chữ thập mờ hoặc loang | Lưỡng khúc xạ dị thường do ứng suất | Thuỷ tinh đúc, nhựa đúc, một số đá đẳng hướng có nội ứng suất |
Dòng cuối là bẫy chính khi soi thuỷ tinh: thuỷ tinh đúc nguội không đều có nội ứng suất, giữa hai tấm lọc hiện các vệt sáng uốn lượn như sóng hoặc hình chữ thập mờ. Kiểu sáng này không tắt đều bốn lần như thạch anh mà thay đổi hình dạng khi xoay. Học được cách nhận ra nó là học được nửa bài kính phân cực.
Tự dựng kính phân cực tại nhà
Bộ dưới đây chỉ cần màn hình phát sáng và một tấm lọc phân cực. Phần lớn màn hình LCD và nhiều màn hình điện thoại phát ra ánh sáng đã phân cực sẵn, nên màn hình thay được tấm lọc dưới.
- Mở một trang trắng toàn màn hình trên điện thoại, máy tính bảng hoặc máy tính, độ sáng vừa phải, đặt nằm ngang trong phòng tối.
- Lấy một tấm lọc phân cực: tấm phim phân cực mua theo tờ, hoặc một mắt kính râm phân cực đã tháo khỏi gọng.
- Cầm tấm lọc phía trên màn hình và xoay từ từ cho tới khi màn hình tối nhất. Nếu xoay mà màn hình không tối đi, màn hình đó không phát ánh sáng phân cực phù hợp; thử thiết bị khác.
- Giữ tấm lọc ở góc tối nhất đó, có thể dán cố định vào một khung bìa đặt cách màn hình vài xăng ti mét.
- Đặt viên đá lên màn hình, ngay dưới tấm lọc, nhìn qua tấm lọc xuống đá.
- Xoay viên đá chậm một vòng, theo dõi đá sáng lên, tối đi hay giữ nguyên.
Màn hình và tấm lọc nên sạch bụi, vì vết bẩn trên tấm lọc dễ bị nhầm với vệt sáng trong đá. Nếu có điều kiện, mua hai tấm phim phân cực và một đèn bàn, đặt đá giữa hai tấm, bạn sẽ có bộ kính phân cực đơn giản giống nguyên lý của dụng cụ trong phòng giám định.
Những bẫy dễ đọc sai
Nhìn đúng dọc trục quang của thạch anh. Thạch anh có một hướng đặc biệt gọi là trục quang; nhìn dọc theo hướng này, đá xử sự như đẳng hướng và có thể tối suốt vòng xoay. Nếu thấy đá tối, hãy lật đá sang vài hướng khác rồi xoay lại; thạch anh sẽ sáng tối luân phiên ở các hướng còn lại.
Ứng suất trong thuỷ tinh. Như đã nói, thuỷ tinh đúc có thể hiện vệt sáng uốn lượn. Phân biệt bằng kiểu sáng: vệt loang đổi hình theo góc xoay, khác với cả khối sáng lên rồi tắt đều của thạch anh.
Vết nứt và bao thể. Vết nứt bên trong tán xạ ánh sáng, làm một vùng sáng lên dù đá đẳng hướng. Đừng đọc từ vùng nứt; đọc từ phần đá trong sạch nhất.
Đá quá đục hoặc quá đậm màu. Ánh sáng không đi qua được thì không có gì để đọc. Malachite, lapis, hematite, obsidian đen dày không phù hợp cho phép thử này.
Chuỗi hạt còn dây. Dây xâu, đặc biệt dây nylon và dây chun, tự nó có thể sáng lên giữa hai tấm lọc. Đọc phần thân hạt, tránh vùng lỗ khoan.
Áp dụng cho quả cầu và khối trong suốt
Quả cầu thạch anh trắng và quả cầu pha lê thuỷ tinh là cặp hàng hay bị lẫn nhất, và cũng là chỗ kính phân cực làm việc tốt nhất. Đặt quả cầu lên màn hình trắng, nhìn qua tấm lọc chéo từ phía trên rồi xoay quả cầu chậm. Quả cầu thuỷ tinh thường tối, có khi kèm các vệt ứng suất uốn lượn hay hình chữ thập mờ ổn định. Quả cầu thạch anh cho thấy vùng sáng lên rồi tắt khi xoay, kèm vân màu ở một số hướng.
Người làm nghề còn dùng thêm một quả cầu thuỷ tinh nhỏ đặt lên đá để quan sát hình giao thoa, một mẫu vân sáng tối và vân màu tuỳ theo loại khoáng vật. Thạch anh nhìn dọc trục quang cho hình giao thoa kiểu vòng tròn đồng tâm đặc trưng mà người trong nghề gọi là "mắt bò". Đây là kỹ thuật cần thực hành, nhưng biết rằng nó tồn tại giúp bạn hiểu vì sao phòng giám định có thể kết luận nhanh với các khối trong.
Với khối trưng bày lớn, bạn có thể đặt màn hình máy tính nằm ngang, đặt khối đá lên và nhìn qua tấm lọc. Khối quá dày làm ánh sáng yếu đi, nên chọn phần mỏng nhất hoặc mép trong suốt của khối để soi.
Ví dụ giả định: ba món soi trong một buổi tối
Ví dụ giả định: bạn có một quả cầu trong suốt gọi là thạch anh trắng, một chuỗi hạt cam đỏ gọi là mã não, và một mặt dây xanh nhạt trong gọi là thạch anh xanh. Tất cả được soi trên màn hình máy tính bảng với một tấm phim phân cực.
Quả cầu cho thấy các vùng sáng lên rồi tắt đi khi xoay, ở một hướng còn có vân màu nhẹ. Đó là phản ứng của tinh thể lưỡng khúc xạ, phù hợp với thạch anh. Chuỗi hạt cam đỏ sáng đều ở mọi góc, không tắt lần nào, phù hợp với cấu trúc vi tinh của chalcedony; còn màu cam đỏ là tự nhiên hay đã nung, nhuộm thì chưa biết. Mặt dây xanh nhạt tối gần như suốt vòng, chỉ có một vệt sáng hình cánh cung mờ thay đổi hình dạng khi xoay; lật sang ba hướng khác vẫn vậy.
Kết quả của mặt dây gợi ý thuỷ tinh có ứng suất, không phải thạch anh. Bước tiếp theo là soi kính lúp tìm bọt khí và đo tỉ trọng nếu mặt dây đủ nặng. Còn với chuỗi hạt cam, câu hỏi tiếp theo không còn là "có phải thuỷ tinh không" mà là "màu có qua xử lý không", một câu hỏi thuộc về kính lúp, đèn soi và có khi là phòng giám định.
Mua tấm lọc và giữ dụng cụ
Bộ kính phân cực tự làm rẻ và bền nếu chọn và giữ đúng cách. Vài lưu ý thực tế:
- Phim phân cực tuyến tính là loại cần dùng; tấm lọc phân cực tròn của máy ảnh có lớp phụ phía sau, đặt sai mặt sẽ cho kết quả khó đọc.
- Kích thước tấm lọc chỉ cần lớn hơn món đồ to nhất định soi; một tấm cỡ lòng bàn tay đủ cho vòng, mặt dây và quả cầu nhỏ.
- Tránh xước và vân tay trên phim; cất trong bìa giấy, lau bằng khăn mềm khô.
- Không để phim dưới nắng hay gần nguồn nhiệt lâu, phim có thể bạc màu và giảm khả năng phân cực.
- Đánh dấu hướng trên khung bìa sau khi tìm được góc tối nhất với màn hình, để lần sau đặt lại nhanh.
Trước mỗi buổi soi, kiểm lại bằng cách đặt một viên bi ve và một mẩu thạch anh đã biết lên màn hình. Nếu bi ve tối còn thạch anh sáng tối luân phiên, bộ dụng cụ đang làm việc đúng.
Giới hạn: kính phân cực không trả lời được gì
Kính phân cực mạnh ở việc tách nhóm cấu trúc, nhưng có những câu hỏi nó không chạm tới.
- Tự nhiên hay tổng hợp: thạch anh nuôi thuỷ nhiệt cũng là tinh thể lưỡng khúc xạ, phản ứng y hệt thạch anh mỏ.
- Đã nung hay chưa: citrine từ thạch anh tím nung vẫn là thạch anh, sáng tối như bình thường.
- Nhuộm hay không: mã não nhuộm vẫn sáng đều như mã não tự nhiên.
- Tên khoáng vật cụ thể: rất nhiều khoáng vật lưỡng khúc xạ; biết đá không phải thuỷ tinh chưa có nghĩa biết đó là thạch anh. Cần thêm tỉ trọng, chiết suất.
- Đá đục và đá màu rất đậm: phép thử cần ánh sáng đi qua.
Đặt kính phân cực vào đúng vai trò của nó: một bước loại trừ mạnh cho đá trong và mờ, đặc biệt hữu ích khi nghi thuỷ tinh. Cộng với tỉ trọng và kính lúp, bạn có ba dữ kiện độc lập, đủ để đặt câu hỏi rõ ràng với người bán hoặc với phòng giám định.
Câu hỏi thường gặp
Kính râm phân cực đang đeo có dùng làm tấm lọc được không?
Được, nếu kính đó thực sự là kính phân cực. Kiểm tra bằng cách nhìn màn hình điện thoại qua kính rồi xoay điện thoại: nếu màn hình tối hẳn ở một góc, kính có phân cực. Không cần tháo mắt kính; chỉ cần cầm kính đúng góc phía trên đá.
Mã não sáng đều mọi góc thì có phải mã não thật không?
Sáng đều mọi góc cho biết đá là tập hợp vô số tinh thể nhỏ, đúng với chalcedony và mã não. Nhưng nhiều vật liệu đa tinh thể khác cũng sáng đều, và mã não nhuộm vẫn sáng đều. Kết quả này loại được thuỷ tinh, chưa trả lời câu hỏi màu tự nhiên hay nhuộm.
Viên đá đang soi lúc sáng lúc tối không đều là vì sao?
Câu hỏi này hay gặp khi đá có vết nứt, bao thể, hoặc là thuỷ tinh có ứng suất. Đọc phần đá trong nhất, xoay chậm, quan sát cả khối sáng tắt cùng lúc hay chỉ từng vệt. Khối sáng tắt cùng lúc bốn lần mỗi vòng là lưỡng khúc xạ; vệt loang đổi hình là ứng suất.
Phòng giám định có dùng kính phân cực không?
Có. Kính phân cực là dụng cụ cơ bản trong phòng giám định đá quý, thường dùng ngay ở bước đầu cùng với khúc xạ kế và kính hiển vi. Dụng cụ chuyên dụng có đèn riêng, tấm lọc chất lượng cao và phụ kiện để quan sát hình giao thoa.
Đá màu đậm như thạch anh tím sẫm có soi được không?
Được nếu ánh sáng còn đi qua. Đá màu đậm làm hình mờ đi, nên tăng độ sáng màn hình, chọn hạt nhỏ hoặc phần mép mỏng. Nếu đá gần như không cho ánh sáng đi qua, kính phân cực không giúp được và cần chuyển sang phép khác.