การตรวจระบุและเครื่องมือ

การส่องขยายเป็นการทดสอบอย่างแรกและเป็นอย่างที่ใช้มากที่สุด กล้องส่องพระ (loupe) มาตรฐานคือแบบทริปเล็ตกำลังขยาย 10× ซึ่งมีเลนส์สามชิ้นประกบกันเพื่อแก้ขอบสี (ความคลาดสี) และความเบลอที่ขอบ (ความคลาดทรงกลม) กำลังขยายสิบเท่าเป็นกำลังขยายอ้างอิงสำหรับการจัดเกรดความสะอาดของเพชร US Federal Trade Commission ผูกคำว่า “flawless” ไว้กับพลอยที่ไม่แสดงตำหนิผิวเมื่อตรวจด้วยแว่นขยายที่แก้ความคลาดแล้วที่กำลังขยายสิบเท่า ภายใต้แสงสว่างที่เพียงพอ โดยผู้ที่มีทักษะในการจัดเกรดเพชร แว่นมือถือที่กำลังขยายสูงกว่ามีมุมมองแคบกว่าและระยะชัดตื้นกว่า จึงใช้ยากกว่า

กล้องจุลทรรศน์อัญมณีศาสตร์ เป็นกล้องจุลทรรศน์สเตอริโอสองตาที่มีระบบแสงออกแบบมาสำหรับอัญมณี ในการส่องแบบ สนามมืด แผ่นกั้นจะบังแสงตรง ทำให้มลทินสว่างขึ้นบนพื้นหลังสีดำ ส่วน สนามสว่าง แสดงลักษณะที่นูนต่ำและเส้นการเติบโตโค้งเป็นรูปร่างสีเข้ม และแสงจากด้านบนหรือแสงไฟเบอร์ออปติกเผยให้เห็นรอยขัดและหลุมเล็ก การแช่พลอยในของเหลวลดการสะท้อนที่ผิวและทำให้เห็นการแบ่งโซนสีง่ายขึ้น GIA ระบุว่าสิ่งที่ได้จากกล้องจุลทรรศน์ขึ้นอยู่กับผู้ใช้ ซึ่งต้องผ่านการฝึกฝนหลายปี

นักอัญมณีศาสตร์มองหาลักษณะชี้ขาด ได้แก่ เส้นริ้วโค้งและฟองแก๊สในคอรันดัมสังเคราะห์ที่หลอมด้วยเปลวไฟ รอยนิ้วมือของฟลักซ์และแผ่นแพลทินัมในพลอยที่ปลูกด้วยฟลักซ์ รอยต่อของเหลี่ยมที่ดูซ้อนกันในมอยส์ซาไนต์สังเคราะห์ซึ่งเห็นได้เมื่อเอียงพลอย และปรากฏการณ์วาบแสงตามรอยแตกที่อุดไว้ในเพชรที่ผ่านการปรับปรุง

เครื่องวัดดรรชนีหักเห วัดดรรชนีหักเห (RI) ด้วย มุมวิกฤต เหลี่ยมแบนของพลอยวางบนครึ่งทรงกระบอกแก้วความหนาแน่นสูง เชื่อมกันด้วยหยดของเหลวสัมผัส เส้นแบ่งระหว่างสว่างกับมืดบนสเกลภายในระบุค่า RI ของพลอย อ่านภายใต้แสงสีเหลือง พลอยที่หักเหแสงสองแนวให้ค่าอ่านสองค่าเมื่อหมุน ผลต่างของทั้งสองคือค่าการหักเหสองแนว และลักษณะการเคลื่อนของค่าบอกว่าพลอยเป็นแบบแกนเดียวหรือสองแกน ส่วนพลอยหลังเบี้ยผิวโค้งให้ค่าอ่านเป็นจุดพร่าแทน ของเหลวสัมผัสของ GIA มีค่า RI 1.81 และอ่านค่าที่สูงกว่านั้นไม่ได้ เดมันทอยด์ เพทายชนิดสูง คิวบิกเซอร์โคเนีย เพชร และการ์เนตที่อยู่ปลายบนของช่วง จึงไม่แสดงเส้นแบ่งและถูกบันทึกว่า เกินขีดจำกัด

เครื่องส่องโพลาไรซ์ วางอัญมณีไว้ระหว่างแผ่นกรองโพลาไรซ์ที่ไขว้กัน พลอยที่หักเหแสงสองแนวจะมืดลงทุก 90° ส่วนมวลรวมผลึกขนาดเล็กอย่างคาลซิโดนีจะสว่างตลอด พลอยที่มืดตลอดการหมุนครบรอบยังไม่ถือว่าพิสูจน์แล้วว่าหักเหแสงแนวเดียว เพราะพลอยที่หักเหแสงสองแนวซึ่งมองลงไปตามแกนแสงก็ให้ผลเช่นเดียวกัน มันจึงต้องมืดในสามตำแหน่ง ความเค้นภายในทำให้พลอยที่หักเหแสงแนวเดียวแสดง การหักเหสองแนวผิดปกติ ได้ ซึ่งการหมุนตัววิเคราะห์จะแยกมันออกจากการหักเหสองแนวที่แท้จริง โคโนสโคปเพิ่มภาพการแทรกสอดที่แยกพลอยแกนเดียวออกจากพลอยสองแกน

เครื่องส่องพลีโอโครอิซึม (dichroscope) แสดงสีพลีโอโครอิกเคียงข้างกัน คือสองสีในพลอยแกนเดียว สามสีในพลอยสองแกน และไม่มีเลยในพลอยที่หักเหแสงแนวเดียว

สเปกโทรสโคป มือถือกระจายแสงที่ผ่านอัญมณีออกเป็นสเปกตรัม ซึ่งความยาวคลื่นที่ถูกดูดกลืนจะปรากฏเป็นเส้นและแถบสีเข้ม แบบปริซึมยืดปลายน้ำเงินออก แบบเกรตติงเลี้ยวเบนกระจายช่วงที่มองเห็นได้อย่างสม่ำเสมอกว่า มีหลายรูปแบบที่บ่งชี้ได้ โครเมียมทำให้ทับทิมมีเส้นแคบที่ 694 nm เหล็กในคอรันดัมสร้างลักษณะใกล้ 377, 388 และ 450 nm เมื่อปริมาณเหล็กเกินราว 150 ppma และเพทายแสดงชุดเส้นที่นักอัญมณีศาสตร์เรียกว่าสเปกตรัมท่อออร์แกน GIA เรียกสเปกโทรสโคปมือถือว่าเป็นหนึ่งในเครื่องมือพกพาที่เชี่ยวชาญได้ยากที่สุด

ฟิลเตอร์ Chelsea ยอมให้แสงผ่านในสองแถบแคบ และใช้คัดกรองพลอยสีเขียว แดงและน้ำเงินบางชนิด กับตรวจหาสีย้อมในคาลซิโดนี ฟิลเตอร์ประเภทนี้ช่วยในการตรวจระบุ แต่ไม่ใช้เพื่อสรุปผลขั้นสุดท้าย

หลอดอัลตราไวโอเลต ทดสอบการเรืองแสงและการเรืองแสงค้าง คลื่นยาวที่ 365 nm และคลื่นสั้นที่ 254 nm การไม่ตอบสนองไม่ได้พิสูจน์ว่าพลอยไม่ผ่านการปรับปรุง และการเปล่งแสงบอกค่าได้เพียงกึ่งเชิงปริมาณ

ตาชั่งไฮโดรสแตติก วัดความถ่วงจำเพาะด้วยหลักของอาร์คิมิดีส คือน้ำหนักในอากาศหารด้วยน้ำหนักที่หายไปในน้ำ น้ำยาล้างจานหนึ่งหยดช่วยลดแรงตึงผิว วิธีนี้ช้าและไม่น่าเชื่อถือกับพลอยที่เล็กมากหรือมีรูพรุน แต่มันแยกของหน้าตาคล้ายกันที่มีความหนาแน่นต่างกันได้

เครื่องทดสอบความร้อน แบบมือถือมักถูกกล่าวว่าวัดการนำความร้อน แต่สิ่งที่มันอ่านคือ ความเฉื่อยทางความร้อน ซึ่งคืออัตราที่วัสดุดึงความร้อนจากปลายหัววัดที่ร้อน คิวบิกเซอร์โคเนีย แก้ว YAG GGG สตรอนเชียมไทเทเนตและแซปไฟร์ไร้สีรับความร้อนช้าจึงไม่ผ่าน ส่วนเพชรผ่าน

มอยส์ซาไนต์สังเคราะห์เอาชนะการทดสอบนี้ได้ในปลายทศวรรษ 1990 GIA รายงานว่าหัววัดความร้อนตอบสนองต่อมันราวกับว่าเป็นเพชร GIA ให้ค่าความเฉื่อยทางความร้อนของเพชรไว้ที่ 0.55 ถึง 1.7 และของมอยส์ซาไนต์ที่ 1.6 ถึง 4.8 ในหน่วย cal/cm C ซึ่งเป็นช่วงที่ทับซ้อนกัน ต่อมา เครื่องทดสอบหลายฟังก์ชัน จึงเพิ่มการนำไฟฟ้าเข้ามา เพราะมอยส์ซาไนต์เป็นสารกึ่งตัวนำ การตรวจสอบไขว้นั้นมีกับดักของตัวเอง เพชร type IIb ที่มีโบรอนก็นำไฟฟ้าเช่นกัน และ GIA รายงานว่ามากกว่า 80% ของเพชรไร้สีที่ปลูกในห้องปฏิบัติการด้วยวิธี HPHT ซึ่งส่งมาตรวจกับตนตั้งแต่ปี 2020 เป็น type IIb ค่าที่อ่านได้ว่านำไฟฟ้าจึงไม่ใช่ข้อพิสูจน์ว่าเป็นมอยส์ซาไนต์ กล้องส่องพระช่วยได้ก็ต่อเมื่อใช้อย่างถูกวิธี มอยส์ซาไนต์ถูกเจียระไนโดยให้แกน c ตั้งฉากกับหน้าโต๊ะ เมื่อมองจากด้านหน้าจึงไม่เห็นภาพซ้อน ต้องเอียงพลอยและมองเข้าไปเป็นมุม จึงจะเห็นรอยต่อของเหลี่ยมด้านหลังซ้อนกัน มันยังเบากว่า ที่ 3.22 เทียบกับ 3.52 ของเพชร

ไม่มีหัววัดใดแยกเพชรธรรมชาติออกจากเพชรที่ปลูกในห้องปฏิบัติการได้ เพราะทั้งคู่เป็นผลึกคาร์บอนอย่างเดียวกัน จึงต้องใช้การคัดกรองด้วยสเปกโทรสโกปี เครื่อง iD100 ของ GIA ทดสอบพลอยไร้สีถึงเกือบไร้สีทั้งที่ร่วงและที่ขึ้นตัวเรือนแล้ว ขนาดตั้งแต่ 0.9 mm ขึ้นไป ในเวลาไม่ถึงสองวินาที และให้ผลว่า “pass” หรือ “refer” GIA ระบุว่าไม่มีเครื่องมือที่เร็วและต้นทุนต่ำเครื่องใดระบุเพชรที่ปลูกในห้องปฏิบัติการได้ทุกเม็ด

ห้องปฏิบัติการใหญ่เพิ่มเครื่องมือที่ตรวจสอบโครงสร้างและเคมี โดยส่วนมากไม่ทำลายตัวอย่าง

สเปกโทรสโกปี FTIR (ฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์มอินฟราเรด) บันทึกการดูดกลืนอินฟราเรด มันระบุไทป์ของเพชรด้วยการตรวจหาไนโตรเจนกับโบรอน และเผยการอัดพอลิเมอร์ในหยกกับหลักฐานของการปรับปรุงบางอย่างในคอรันดัม สเปกโทรสโกปี UV-Vis-NIR วัดการดูดกลืนตั้งแต่อัลตราไวโอเลตถึงอินฟราเรดใกล้ เพื่อหาสาเหตุของสี โดยพลอยจะถูกทำให้เย็นด้วยไนโตรเจนเหลวเพื่อให้สเปกตรัมคมขึ้น สเปกโทรสโกปี รามาน ยิงเลเซอร์ไปที่จุดหนึ่งแล้วอ่านการเลื่อนพลังงานเล็กๆ ในแสงที่กระเจิงออกมา ซึ่งเป็นลายนิ้วมือการสั่นที่ระบุอัญมณีหรือมลทินใต้ผิวได้ และมันได้ผลดีที่สุดกับวัสดุโปร่งใสถึงโปร่งแสง สเปกโทรสโกปี โฟโตลูมิเนสเซนซ์ (PL) ซึ่งกระตุ้นด้วยเลเซอร์เช่นกันและมักทำที่อุณหภูมิไนโตรเจนเหลว ตรวจพบความบกพร่องระดับส่วนในพันล้านส่วน และเป็นหัวใจของการแยกเพชรธรรมชาติ เพชรที่ปลูกในห้องปฏิบัติการและเพชรที่ผ่านการปรับปรุง ส่วน DiamondView ถ่ายภาพการเปล่งแสงใต้แสงอัลตราไวโอเลตที่ต่ำกว่า 225 nm เพื่อแสดงรูปแบบการเติบโต

สำหรับงานเคมี EDXRF (การเรืองรังสีเอกซ์แบบกระจายพลังงาน) อ่านรังสีเอกซ์เฉพาะตัวของแต่ละธาตุ แต่ตรวจธาตุที่เบากว่าโซเดียมไม่ได้ จึงมองไม่เห็นเบริลเลียมในคอรันดัม ส่วน LA-ICP-MS (เลเซอร์แอบเลชันอินดักทิฟลีคัปเปิลด์พลาสมาแมสสเปกโทรเมตรี) ระเหยเนื้อพลอยจุดเล็กๆ ทิ้งหลุมกว้างราว 50 µm ไว้ ซึ่งมักอยู่ที่ขอบเอว และวัดธาตุร่องรอยส่วนใหญ่ที่ต่ำกว่า 1 ppm กับธาตุหนักได้ถึงระดับส่วนในพันล้านส่วน สำหรับไข่มุก การถ่ายภาพรังสีเอกซ์และ ไมโคร-CT ถ่ายภาพโครงสร้างภายใน แม้ว่าไข่มุกที่ฝังตัวเรือนไว้โดยทั่วไปจะต้องถอดออกก่อน

ธาตุร่องรอยในอัญมณีสะท้อนหินและของไหลที่มันเติบโตขึ้นมา ห้องปฏิบัติการจึงเทียบเคมี มลทินและสเปกตรัมของพลอยกับตัวอย่างอ้างอิงที่รู้แหล่งกำเนิด แนวทางนี้ขยายตัวในต้นทศวรรษ 2000 เมื่อห้องปฏิบัติการนำ LA-ICP-MS มาใช้ตรวจการแพร่ของเบริลเลียมในคอรันดัม แล้วพบว่าข้อมูลชุดเดียวกันมีประโยชน์ในการแยกแหล่งแร่ออกจากกัน

สำหรับไพลิน GIA ใช้แมกนีเซียม ไทเทเนียม วาเนเดียม เหล็กและแกลเลียม สถาบันคัดกรองด้วยแถบการดูดกลืนที่ 880 nm ก่อน ซึ่งแยกพลอยจากหินแปรออกจากพลอยที่สัมพันธ์กับหินบะซอลต์ จากนั้นจึงพล็อตพลอยที่ไม่ทราบแหล่งเทียบกับพลอยอ้างอิงที่มีองค์ประกอบใกล้เคียงกัน และยอมรับแหล่งกำเนิดก็ต่อเมื่อมลทิน เคมีและสเปกตรัมสอดคล้องกันทั้งหมด สำหรับมรกต ชุดธาตุที่ GIA ใช้คือลิเทียม โพแทสเซียม วาเนเดียม โครเมียม เหล็ก รูบิเดียมและซีเซียม Peucat และคณะแสดงไว้ในปี 2007 ว่าแซปไฟร์จากหินอัคนีมีแกลเลียมสูงและแมกนีเซียมต่ำ ทำให้อัตราส่วน Ga/Mg สูงกว่า 10 ขณะที่แซปไฟร์จากหินแปรอยู่ต่ำกว่านั้น

มลทินเพิ่มมิติด้านเวลาเข้ามา GemTOF ของ SSEF ซึ่งเป็น LA-ICP-MS แบบเวลาบิน ติดตั้งเมื่อเดือนกรกฎาคม 2016 บันทึกธาตุเกือบทั้งตารางธาตุได้พร้อมกัน และหาอายุมลทินเพทายได้จากยูเรเนียมและตะกั่ว สเปกตรัมรามานของมลทินเหล่านั้นก็ช่วยได้เช่นกัน เพทายในแซปไฟร์แคชเมียร์ซึ่งอายุน้อยในทางธรณีวิทยาให้พีคแคบ ขณะที่เพทายที่แก่กว่าและถูกรังสีทำลายโครงสร้างมากกว่าในแซปไฟร์มาดากัสการ์ให้แถบกว้าง

วิธีนี้มี ข้อจำกัดที่แท้จริง GIA รายงานว่าพลอยจากท้องที่ต่างกันมักทับซ้อนกันมากจนไม่อาจระบุแหล่งกำเนิดได้ และออกผลว่าไม่อาจสรุปได้แทนที่จะเดา