Please use this identifier to cite or link to this item: http://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/79018
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorPhisit Limtrakun-
dc.contributor.advisorPanjawan Thanasuthipitak-
dc.contributor.advisorNirawat Thammajak-
dc.contributor.authorSutas Singbamroongen_US
dc.date.accessioned2023-10-11T11:18:49Z-
dc.date.available2023-10-11T11:18:49Z-
dc.date.issued2023-05-
dc.identifier.urihttp://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/79018-
dc.description.abstractA total of 92 natural sapphire samples from Sri Lanka underwent heat treatment with beryllium (Be) and were studied using standard and spectroscopic instruments. They were categorized into five groups based on color and transparency: light blue, medium blue, light yellow, milky white, and violet-purple. The objective of this study is to investigate the impact of heat treatment involving beryllium on the sapphires, with a specific focus on achieving a desirable blue coloration. All groups of sapphire samples were subjected to heat treatment using gas, electric, and oil furnaces at various temperatures and in both oxidizing and reducing atmospheres. These methods were based on successful practices by a professional heat treater named Mr. Thawatchai Somjaineuk from Chantaburi. The results obtained from all the heating experiments conducted in this study indicate that the medium blue and violet-purple groups exhibit the strongest saturation and tone among the sapphire samples that developed a blue color after heating, showing the most significant improvement in color. The gemological properties of the sapphires remained consistent before and after heat treatment, aligning with typical characteristics found in sapphires worldwide. Orange luminescence, attributed to a Mg-related defect or color center, was observed in Sri Lankan sapphires. Beryllium heat treatment resulted in stronger orange fluorescence, potentially due to an increased concentration of defect centers induced by beryllium. The treatment also caused noticeable changes in inclusion characteristics, including the rounding of partially healed fissures, shiny fissures surrounding included crystals, and the breakdown of long needles into fine dot-like structures, leading to improved clarity. Chemical analysis revealed high concentrations of Fe, significant amounts of Ti and Mg, and measurable levels of Ga, V, and Cr in the sapphires. The concentrations of trace elements remained consistent before and after heat treatment, except for the presence of Be, ranging from 11 to 26 ppma after treatment. XANES analysis showed that Fe predominantly existed as Fe3+ substituting Al3+ in the octahedral site, and Ti as Ti4+ substituting Al3+, regardless of the specific heating conditions. The infrared absorption spectra of the sapphires underwent changes during the three-step heat treatment process. Unheated yellow sapphires exhibited absorption bands associated with Mg-related OH-stretching and trapped-hole defects. Heating resulted in the removal of the 3309 cm-1 band in most samples and the appearance of broad absorption bands at approximately 2493 and 3055 cm-1, consistent with characteristics of Be-diffusion treated corundum. These absorption bands were mostly eliminated in all samples after the final heating step, although a few samples still exhibited bands at 2628 and 3055 cm-1. The presence of these infrared absorption bands can serve as an indication of blue sapphires that have undergone heat treatment with beryllium. The combination of color appearance, absorption spectra, and chemical data suggests the role of beryllium in the coloration of sapphires. Be-trapped hole yellow color centers formed during oxidation heating can be deactivated through reduction heating. The resulting color is determined by the Mg to Ti ratio, with no influence from Be. However, most beryllium-treated blue sapphires had an Mg/Ti ratio greater than 1. The presence of higher energy level elements, such as silicon (Si), may facilitate the formation of blue color by allowing remaining titanium to pair with iron. Therefore, the blue coloration is mainly caused by strong broad absorption bands of Fe2+/Ti4+ intervalence charge transfer (IVCT) mechanism without Fe2+/Fe3+ IVCT. The study highlights the complex interplay of elements within the crystal lattice and contributes to our understanding of color development mechanisms in beryllium-treated sapphires.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherChiang Mai : Graduate School, Chiang Mai Universityen_US
dc.subjectBerylliumen_US
dc.subjectHeat-Treatment of Blue Sapphireen_US
dc.subjectBlue Sapphireen_US
dc.titleChemical Characteristic and changes after Beryllium heat-treatment of Blue Sapphire from Sri Lankaen_US
dc.title.alternativeลักษณะทางเคมีและการเปลี่ยนแปลงหลังการเผาร่วมกับเบริลเลียมของไพลินจากศรีลังกาen_US
dc.typeThesis-
thailis.controlvocab.lcshSapphires-
thailis.controlvocab.lcshPrecious stones-
thailis.controlvocab.lcshGems-
thailis.controlvocab.lcshGemology-
thailis.controlvocab.lcshChemical elements -- Analysis-
thesis.degreedoctoralen_US
thesis.description.thaiAbstractตัวอย่างพลอยแซปไฟร์ธรรมชาติจากศรีลังกาจำนวนทั้งหมด 92 ตัวอย่าง ได้รับการเพิ่มคุณภาพด้วยความร้อน (การเผาพลอย) ร่วมกับเบริลเลียม นำมาศึกษาโดยใช้วิธีมาตรฐานทางอัญมณีวิทยา และทางสเปกโทรสโกปี ตัวอย่างทั้งหมดได้ถูกจัดกลุ่มตามสีและความโปร่งแสงเป็นจำนวน 5 กลุ่ม คือ สีฟ้าอ่อน สีฟ้า สีเหลืองอ่อน สีขาวขุ่นและสีม่วงน้ำเงิน-ม่วงแดง วัตถุประสงค์หลักของการศึกษานี้คือ เพื่อศึกษากระบวนการเผาพลอยร่วมกับเบริลเลียมของแซปไฟร์จากศรีลังกา โดยเน้นการทำให้เกิดสีนำ้เงินตามที่ต้องการ โดยใช้เตาแก๊ส เตาไฟฟ้า และเตาน้ำมันที่อุณหภูมิและสภาวะที่แตกต่างกัน เทคนิคการเผาพลอยนี้ได้ถูกพัฒนาขึ้นจากผู้เผาพลอยมืออาชีพ คือ นายธวัชชัย สมใจนึก จังหวัดจันทบุรี ผลที่ได้จากการทดลองเผาพลอยทั้งหมดในการศึกษานี้พบว่า พลอยกลุ่มสีฟ้าและสีม่วงน้ำเงิน-ม่วงแดง สามารถเพิ่มสีน้ำเงินได้ชัดเจนสวยสดที่สุด คุณสมบัติทางอัญมณีวิทยาของแซปไฟร์มีค่าคงที่ก่อนและหลังการเผา สอดคล้องกับลักษณะที่พบได้ในแซปไฟร์ทั่วโลก และยังพบว่าแซปไฟร์จากศรีลังกาแสดงการเรื่องแสงสีส้มที่เกี่ยวข้องกับความผิดปกติของโครงสร้างผลึกร่วมกับธาตุแมกนีเซียม ซึ่งหลังจากเผาด้วยเบริลเลียมทำให้เกิดการเรื่องแสงสีส้มที่เข้มข้นขึ้น อาจเกิดจากมีการเพิ่มความผิดปกติของโครงสร้างผลึกร่วมกับธาตุเบอริเลียมที่มากขึ้น นอกจากนี้การเผาพลอยนี้ทำให้มลทินภายในที่ทำให้พลอยขุ่น เช่น ผลึกคล้ายเส้นเข็มหรืออนุภาคขนาดเล็ก ละลายหายไปจนทำให้พลอยใสขึ้นอย่างชัดเจน ผลการวิเคราะห์ทางเคมีพบว่า ในแซปไฟร์จากศรีลังมีธาตุเหล็กเป็นธาตุร่องรอยหลัก ตามด้วยไทเทเนียมและแมกนีเซียมในปริมาณใกล้เคียงกัน ส่วนธาตุแกลเลียม วาเนเดียม และโครเมียม พบเล็กน้อย ซึ่งปริมาณธาตุเคมีเหล่านี้ไม่เปลี่ยนแปลงหลังการเผา ยกเว้นธาตุเบริลเลียมที่พบอยู่ในช่วง 11 ถึง 26 ppma นอกจากนี้ธาตุเหล็กและไทเทเนียมพบอยู่ในรูปเหล็กเฟอริกและไทเทเนียมเตตระอิออนทดแทนอะลูมิเนียมในตำแหน่งออกตะฮีดรอนทั้งก่อนและหลังเผา อินฟราเรดสเปกตรัมของแซปไฟร์สีเหลืองก่อนเผาแสดงแถบการดูดกลืนของไฮดรอกซิลสัมพันธ์กับแมกนีเซียม สเปกตรัมเลขคลื่นที่ 3309 ของพลอยก่อนเผาที่แสดงไว้หายไป หลังการเผาร่วมกับเบริลเลียม และเกิดแถบสเปกตรัมที่เลขคลื่น 2493 และ 3055 ขึ้น ซึ่งเมื่อเผาครั้งสุดท้ายจะหายไปในเกือบทุกตัวอย่าง มีเพียงบางตัวอย่างที่ยังคงแสดงสเปกตรัมที่เลขคลื่น 2628 และ 3055 โดยอาจใช้เป็นตัวบ่งบอกได้ว่าพลอยไพลินนั้นผ่านการเผาร่วมกับเบริลเลียม จากการศึกษาถึงความสัมพันธ์ของสีพลอยที่ปรากฎร่วมกับสเปกตรัมการดูดกลืนคลื่นแสง และผลข้อมูลทางเคมีชี้ให้เห็นถึงบทบาทของเบอริเลียมในการเปลี่ยนสีของแซปไฟร์หลังจากการเผาว่าศูนย์กลางการเกิดสีที่จับตัวกับเบริลเลียมที่เกิดขึ้นจากการเผาในสภาวะออกซิไดซ์จะถูกทำลายเมื่อเผาในสภาวะรีดักชัน มีผลทำให้การเกิดสีนั้นถูกกำหนดโดยสัดส่วนระหว่างธาตุแมกนีเซียมและไทเทเนียมปราศจากความเกี่ยวข้องของธาตุเบริลเลียม อย่างไรก็ตามพลอยไพลินที่ผ่านการเผาร่วมกับเบริลเลียมมีปริมาณสัดส่วนของแมกนีเซียมต่อไทเทเนียมมากกว่า 1 ธาตุที่มีระดับพลังงานสูง เช่น ซิลิกอน อาจจะมีอยู่ในโครงสร้างผลึกซึ่งจับตัวกับแมกซีเนียม ทำให้มีปริมาณไทเทเนียมเหลือเพียงพอไปถ่ายเทประจุกับเฟอรัสอิออนเกิดเป็นสีน้ำเงิน การศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นถึงความซับซ้อนของการทำปฏิกิริยาระหว่างธาตุต่างๆ ในโครงสร้างผลึก ซึ่งช่วยให้เกิดความเข้าใจมากขึ้นถึงกลไกการเกิดสีของพลอยไพลินที่ผ่านการเผาร่วมกับเบริลเลียมen_US
Appears in Collections:SCIENCE: Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
590551060-SUTAS SINGBAMROONG.pdfThesis: Chemical Characteristic and Changes After Beryllium Heat-Treatment of Blue Sapphire from Sri Lanka134.26 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy


Items in CMUIR are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.