CC BY
52
© Э.А. Ахметшин, Г.Н. Панфилова, O.A. Якушина, 2007
УДК 62-761
Э.А. Ахметшин, Г.Н. Панфилова, О.А. Якушина
ХИМИЧЕСКОЕ ТОНИРОВАНИЕ КУЛЬТИВИРОВАННОГО ЖЕМЧУГА ОРГАНИЧЕСКИМИ КРАСИТЕЛЯМИ
Семинар № 23
Жемчуг - это один из красивейших ювелирных камней, замечательный дар природы, занимающий особое положение среди драгоценных камней, человек поставил его рядом с алмазом, рубином, изумрудом и сапфиром.
Сегодня жемчуг снова испытывает пик популярности и широко представлен на ювелирном рынке. Высокая стоимость качественного культивированного жемчуга послужила причиной разработки специальной системы его оценки, основными критериями которой являются размер, форма, блеск и цвет. Мы не будем рассматривать возможность улучшения формы и блеска жемчуга. В настоящей работе нас интересует только изменение оттенка низкосортного (по цвету) культивированного жемчуга при помощи облагораживания, органическими красителями, которое позволит получить наиболее редкие цвета жемчуга лучшего качества, с более низкой себестоимостью.
Разработанная методика химического тонирования культивированного жемчуга включает в себя несколько этапов работ.
Изучение особенностей состава и строения окрашиваемого жемчуга, которое позволило обратить внимание на следующие моменты:
• При оптическом исследовании было хорошо видно концентрическое строение жемчужин, причем четко прос-
матривались чередующиеся слои органического вещества и карбоната кальция, а также определено, что все исследуемые пресноводные жемчужины выращивались безъядерным способом.
• При микроскопическом исследовании реплик жемчуга на просвечивающем электронном микроскопе заметны пластинчатые и призматические слои, причем каждый слой был окружен конхиолином, который предопределял его форму, обеспечивая рост и предохранял от слипания.
• При исследовании структуры жемчуга на сканирующем электронном микроскопе было отмечено, что поверхностный слой состоит из «ячеек» (имеющих форму неправильного многоугольника), между которыми есть выступы (трещины) размером 0,5
- 1,0 мкм, образовавшиеся из-за потери воды в конхиолине с течением времени в результате высыхания.
• Рентгеновское изучение жемчуга показало, что находящийся в нем карбонат кальция является арагонитом, что видно на всех дифракто-граммах, где четко выявляются интенсивные рефлексы присущие этому минералу.
• При проведении аминокислотного анализа органического вещества в жемчуге было обнаружено 18 стандартных аминокислот. Общее содержание конхиолина составляет 2,94 %. Причем его основу составляют аргинин (0,57 %), аланин (0,35 %),
глицин (0,28 %), далее следуют фенилаланин (0,23 %) и глутаминовая кислота (0, 21%)
На основании полученных данных по изучению структуры и состава жемчуга, а также свойств самих красителей подобраны органические красители. В результате выбраны следующие виды красителей: кислотные, основные (катионные) и прямые красители. Выбор осуществлялся на основе следующих свойств: а) красители применяются для окрашивания белковых волокон, содержащих в своем составе белок кера-тинового типа; б) красители растворимы в воде; в) красители имеют небольшие размеры молекул; г) красители не требуют «жестких» условий крашения; д) красители не токсичны.
Проведение поисковой серии экспериментов с растворами катионных, прямых и кислотных органических красителей. Поскольку на этом этапе работы стояла эмпирическая задача -определить будет ли происходить тонирование жемчуга, при приготовлении растворов не фиксировалась концентрация красителей. Анализ полученных результатов проводился при помощи бинокуляра, а также с использованием рентгеновского компьютерного микротомографа, после проведения которого были сделаны следующие выводы:
- при тонировании кислотными красителями окраска жемчуга происходила при добавлении кислоты, что портило его внешний вид, и при этом глубина проникновения красителя составляла 0,07 мм;
- при тонировании прямыми красителями качество поверхности жемчуга не изменялось, и глубина проникновения красителя составила от 0,04 - 0,06 мм;
- при тонировании жемчуга катионными красителями качество поверхности жемчуга не изменяось, и глубина
проникновения красителя составила 0,08 - 0,14 мм.
Таким образом на основании выше описанных результатов ясно, что оптимальными красителями для дальнейшей работы являются катионные, с которыми были продолжены дальнейшие эксперименты. После проведения экспериментов был выбран краситель - катионный оранжевый Ж, поскольку цвет, получающийся при тонировании данным красителем, лучше всего удовлетворяет геммологическим требованиям и на сегодняшний день пользуется спросом на ювелирном рынке. Изучение влияния на процесс тонирования температуры и давления. Данные исследования показали, что безусловно они влияют на быстроту тонирования, а также на глубину проникновения красителя. Но, к сожалению, это влияние не существенно по сравнению с приложенными в этом случае затратами, а также с учетом того, что поверхностный слой жемчужины при проведении тонирования в «жестких» условиях нарушается. Существенное изменение термодинамических параметров при тонировании не рекомендуется.
Химическое тонирование оранжевым Ж-красителем, при нормальных условиях, рН раствора = 6, концентрации красителя 0,00285 М позволило получить следующие результаты:
Полученный цвет и равномерность окраски соответствовали поставленной нами задаче, и были определены сте-реологическим методом анализа (визуально), в соответствии с геммологическими требованиями. Поскольку краситель- оранжевый Ж распространяется только по органической составляющей жемчуга, можно сделать вывод, что окрашивание идет в результате реакции солеобразования за счет взаимодействия красителя с аминокислотами кон-хиолина по карбоксильным группам.
Механизм окрашивания можно представить следующим образом:
,СБз
CH=CH-
N H3C-
CH3
X
или
KpNHs+Cl-
NH2
Конхиолин - COOH + KpNH3+Cl- = NH2
= Конхиолин - COO-NH3+Kp + HCl При этом важно отметить, что образовавшееся в результате реакции небольшое количество соляной кислоты сразу же нейтрализуется неорганической составляющей жемчуга -арагонитом. Поскольку жемчуг имеет концентрически слоеобразное строение, данная реакция помогает красителю взаимодействовать со следующим за арагонитом слоем органического вещества. В результате этой побочной реакции увеличивается глубина проникновения красителя.
Глубина проникновения красителя была оценена с помощью рентгенографии на микротомографе и составила 0,1 миллиметра, что вполне достаточно для носки изделий из тонированного жемчуга в течение 30 лет.
Оценка устойчивости окраски показала, что к воздействию ультрафиолетовых лучей полученная окраска является устойчивой. Однако окраска при этом является менее устойчивой по отношению к влаге, физиологическому раствору, а также воздействию различного рода парфюмерии и моющим средствам. При этом важно сразу обратить внимание на то,
что даже белый жемчуг (не окрашенный) не рекомендуется долго держать в воде и подвергать выше описанного рода химическим воздействиям. Поэтому мы сделали вывод, что устойчивость полученной нами окраски вполне достаточна для использования в ювелирном производстве.
В заключение проведенной работы можно делать следующие выводы:
После проведения экспериментов были получены хорошие результаты химического тонирования жемчуга. Предварительно выбранные классы красителей дали положительный результат и хорошо окрасили исследуемый жемчуг.
Лучший результат по равномерности окраски, цвету, глубине проникновения и устойчивость окраски к различного рода воздействиям показали катионные красители.
Необходимо отметить то, что для полноценного использования данной методики в ювелирной промышленности нужно продолжить дальнейшие работы, направленные на увеличение глубины проникновения красителя, по закреплению окраски, уменьшению вредных воздействий, таких как влага, потовыделение и другие. Также интересен и перспективен вопрос изучения тонирования жемчуга посредством использования физических типов воздействия. Эти исследования базируются на основании проведенных экспериментов по воздействию на жемчуг гамма излучения. В результате проведения эксперимента был получен жемчуг более глубокой окраски светло-серого и стального цвета.
С1
— Коротко об авторах----------------------------------------------------------
Ахметшин Эдуард Анварович - ассистент кафедры химии и технологии кристаллов РХТУ им. Д.И. Менделеева;
Панфилова Г.Н., Якушина О.А. - студенты РХТУ им. Д.И. Менделеева.
