Primer Encuentro en Ciencia e Ingeniería de Los Materiales

Ponencia: “ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS EN PIEDRAS PRECIOSAS”

Instituto Tecnológico de Costa Rica, 21 de noviembre de 1997

Lic. Alberto Enrique Villalobos ChavesQuímico del Laboratorio de Aduanas

El interés que gira alrededor de la ciencia de los materiales es muy diverso y depende del campo de trabajo en el que se desempeña cada persona. Algunos estarán interesados en las propiedades utilitarias, otros en los métodos de fabricación o el impacto ambiental de tal o cual material. En el caso del Laboratorio de Aduanas nos preocupa el poder reconocer los diferentes materiales a través de sus propiedades químicas o físicas, pues de la identidad de un material depende su clasificación arancelaria y de ésta la tasa del impuesto de importación o exportación con la que se debe gravar.

En el caso específico de las piedras preciosas, es importante reconocer entre una gema original y una imitación de vidrio, pues si bien las imitaciones pagan más impuesto que las originales (19 % para las imitaciones contra 9 % para las originales), puesto que el impuesto es Ad Valorem, o sea aplicado sobre el valor de la mercancía, y ya que el valor de las piedras preciosas es mucho mayor que el de las imitaciones, el efecto neto es que las gemas verdaderas pagan mas impuesto.

Por otro lado la exportación de productos no tradicionales como la joyería (anillos, pendientes, collares, etc) puede ser objeto de adjudicación de CATs (Certificados de Abono Tributario) lo que implica una exoneración de impuestos de exportación tanto mayor, cuanto mayor sea el valor del bien exportado, o sea sería mayor en joyería que contenga piedras preciosas que las que contienen imitaciones. Bajo este esquema, si el estado no dispone de los medios para reconocer entre una piedra preciosa genuina y una imitación, podría darse un problema de defraudación fiscal tanto en la importación de piedras preciosas, como en la exportación de joyería confeccionada.

Ahora bien, los ensayos que se escojan para la identificación de productos de elevado valor como lo son las piedras preciosas, han de ser necesariamente no destructivos, por lo que se han implementado métodos que miden propiedades fisico-químicas que mantienen intacta la integridad de las muestras en estudio.

Así pues podemos citar como procedimientos de identificación:

1. El color de fluorescencia de la piedra cuando se irradia con luz ultravioleta de onda corta (254 nm) y onda larga (365 nm) (1). En este caso la muestra se introduce en una cámara oscura y se ilumina desde arriba con la luz de la lámpara ultravioleta, observándose si se produce algún brillo (fluorescencia), su coloración e intensidad, y si persiste una vez apagada la lámpara (fosforescencia).

2. La determinación del índice de refracción de la piedra medido por el método de inmersión que

consiste en sumergir la muestra en un líquido de índice de refracción inferior al sospechado, agregando luego gota a gota otro líquido miscible con el anterior y de índice de refracción superior al de la muestra hasta lograr que la piedra parezca perder volumen y contorno. Esta

condición se da cuando el índice de refracción de piedra y medio líquido son iguales, por lo que al medir el índice de refracción del líquido con un refractómetro, se estará midiendo indirectamente el de la piedra.

También se puede utilizar un método microscópico complementario al anterior para el caso de piedras con índices de refracción elevado para las cuales no haya líquidos de índice de refracción lo suficientemente grande. En este método, conocido como de Duc de Chaulnes , la piedra debe de estar cortada de una forma determinada (ver Figura 1), y se basa en el fenómeno óptico por el cual un objeto sumergido en un estanque aparenta estar a menor profundidad de lo que realmente está. La aplicación de la ley de Snell al caso particular en que la observación del objeto se hace a través de la perpendicular a la superficie del estanque (la piedra) es la que nos va a permitir calcular el índice de refracción de la gema (2).

= ( T1 - T0 ) / (T1 - t1 ) (Ecuación.1)

=Índice de refracción de la piedra preciosa. T0 = Nivel base de la superficie del portaobjetos según se mide en la escala macrométrica. T1 = Altura de la piedra medida con la escala macrométrica. t1 = Altura a la que aparenta estar la superficie del portaobjetos cuando se observa a través del interior de la piedra (escala macrométrica).

3. La determinación de la densidad ya sea por el método de flotación o el picnométrico. En el primero lo que se hace es sumergir la muestra en un líquido de densidad inferior al de la piedra, por lo que esta se hunde, entonces se empieza a adicionar gota a gota y con agitación otro líquido miscible con el anterior y de densidad superior al de la piedra hasta que se logre que la piedra flote dentro del seno del líquido a cualquier altura que se le coloque. En este momento la densidad de piedra y medio lìquido serán iguales, por lo que determinando la densidad del líquido por medio de un picnómetro se estará midiendo indirectamente la densidad de la piedra. Cuando la densidad de la piedra es muy elevada por lo que no se cuenta con los líquidos de densidad apropiada, se recurre a la medición picnomética, que es una medición directa del peso de líquido desalojado cuando se sumerge la muestra en un picnómetro lleno del mismo (2). Este método se puede aplicar siempre y cuando el tamaño de la muestra permita introducirla en el picnómetro y al igual que en método de flotación es requisito indispensable que la piedra no esté montada.

(Gm * G0 ) / ( ( G0 - G1 ) * Vp ) (Ecuación.2) =Densidad de la piedra preciosa.Gm = Masa de la muestra.G0 = Masa del líquido contenido en el picnómetro.G1 = Masa del líquido contenido en el picnómetro después de sumergir la muestra.Vp = Volumen del picnómetro.

4. Comportamiento a la luz polarizada, lo que permite reconocer a materiales isotrópicos como el vidrio, de los anisotrópicos como es el caso de muchas piedras preciosas. Como es sabido, si se observa una fuente luminosa a través de dos láminas de polaroid cruzados no se observa luz alguna sino mas bien un campo oscuro. Si en medio de los polaroid se coloca un material isotrópico, la condición de oscuridad no cambia, no obstante si el material que se interpone es anisotrópico se podrá observar iluminación del campo (3).

5. Observación microscópica de inclusiones, que son estructuras internas que se pueden formar al interior de las piedras preciosas y que delatan su origen natural. Algunas de tales inclusiones pueden consistir en pequeños cristales, en cavidades llenas de líquidos o gases o mezclas de los mismos, y suelen tener formas características que incluso pueden servir para diferenciar entre piedras naturales o sintéticas (4).

6. La medición del espectro de absorción de la luz visible, que permite detectar la presencia de ciertos elementos presentes en las piedras preciosas y que son responsables del color y algunas de las propiedades ópticas de las gemas. Este análisis se realiza haciendo pasar un haz de luz de espectro continuo a través de la muestra en estudio y analizando por medio de un elemento dispersor (prisma o rejilla de difracción) y un detector, el efecto que tuvo la piedra sobre el espectro original de la fuente (ver Figura 2). A este respecto, y puesto que no se contaba en el Laboratorio Aduanero con el aparato específico para realizar tales determinaciones, se ideó un procedimiento para medir tales espectros haciendo uso de un aparato de absorción atómica utilizando como fuente un lámpara de tungsteno (5). Con este procedimiento se han logrado detectar bandas de absorción, así como picos de emisión fluorescente que han permitido identificar positivamente piedras preciosas tales como diamantes, rubíes, esmeraldas y otras, siendo el espectro de algunas imitaciones (vidrios coloreados) completamente diferentes al observado en las piedras verdaderas. Además este procedimiento se puede utilizar no solo en piedras sueltas, sino aun en piedras montadas en joyería diversa..

Como se ve el problema de la identificación de materiales gemológicos de forma no destructiva obliga a utilizar una serie de técnicas que se complementan y en su conjunto permiten llegar a una identificación positiva de si la muestra analizada se trata de una gema auténtica o de un simple trozo de vidrio coloreado.

BIBLIOGRAFÍA

1. Pastrana, F.M.;”Introducción a la Gemología”, CECSA:México,1983.2. Villalobos,A.;”Algunas Técnicas de Medición de la Densidad y el Índice de Refracción

en Sólidos, utilizadas en el Laboratorio Aduanero”,Ingeniería y Ciencia Química, Vol.15, 1, p.22, (1995).

3. Hurlbut,C.S.,Switzer,G.S.;”Gemology”,John Wiley & Sons: New York,1979.4. Liddicoat,R.T.;”Handbook of Gems Identification”, Gemological Institute of

America:California,pp.83-111,1981.5. Villalobos,A.,Calzada,C.;”Aplicación del Sistema de Barrido Espectral de un

Espectrofotómetro de Absorción Atómica, a la Identificación No Destructiva de Piedras Preciosas”, enviado para su publicación en Ingeniería y Ciencia Química.