Geographic origin determination in emeralds from Colombia, Zambia, and Pakistan: photoluminescence analysis and correlation with trace elements

Javier  García-Toloza; Carlos Julio  Cedeño; Valentina González; Holman Alvarado; Gabriel  Angarita; Cristian David Ochoa; Juan David Ávila; Camilo Betancur-Acevedo

doi:10.21701/bolgeomin/135.4/001

Autores/as

Javier García-Toloza Centro de Desarrollo Tecnológico de la Esmeralda Colombiana CDTEC - Universidad Nacional de Colombia - Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia https://orcid.org/0000-0003-1200-1580
Carlos Julio Cedeño Centro de Desarrollo Tecnológico de la Esmeralda Colombiana CDTEC https://orcid.org/0000-0001-8171-9604
Valentina González Universidad Nacional de Colombia https://orcid.org/0009-0004-7269-4651
Holman Alvarado Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia https://orcid.org/0000-0001-6386-6918
Gabriel Angarita Centro de Desarrollo Tecnológico de la Esmeralda Colombiana CDTEC https://orcid.org/0000-0002-9893-4770
Cristian David Ochoa Centro de Desarrollo Tecnológico de la Esmeralda Colombiana CDTEC - Universidad Nacional de Colombia https://orcid.org/0009-0007-8225-3843
Juan David Ávila Centro de Desarrollo Tecnológico de la Esmeralda Colombiana CDTEC - Universidad Nacional de Colombia https://orcid.org/0000-0003-1203-274X
Camilo Betancur-Acevedo Centro de Desarrollo Tecnológico de la Esmeralda Colombiana CDTEC - Universidad Nacional de Colombia https://orcid.org/0000-0001-7325-2223

DOI:

https://doi.org/10.21701/bolgeomin/135.4/001

Palabras clave:

Geoquímica, Fotoluminiscencia, Origen, Gemología

Resumen

La determinación de origen de las esmeraldas supone un reto debido a la presencia de cristales con propiedades físico-químicas similares en diferentes partes del mundo. Por esto, algunos autores se han encargado de encontrar características que permitan diferenciar el origen de estas gemas. Entre estos análisis, la composición química de los cristales tiene gran relevancia, debido a los diferentes ambientes generadores de esmeraldas. Sin embargo, el hallazgo de nuevos depósitos que presentan características similares a los conocidos ha llevado a los laboratorios gemológicos en el mundo a generar nuevas técnicas para la determinación de origen. En este trabajo, se desarrolla un análisis de fotoluminiscencia, en el cual es posible diferenciar esmeraldas colombianas no solamente con cristales provenientes de otras partes del mundo (Zambia y Pakistán) a partir de longitudes de onda del pico R1 en 684 nm, sino que permite diferenciar entre gemas de ambos cinturones esmeraldíferos colombianos, gracias a la posición del pico R1 en 683.65 nm y su intensidad. Para diferenciar químicamente esmeraldas entre cinturones esmeraldíferos colombianos, la cantidad de K, Cl y Sc además de la relación entre los elementos cromóforos (Cr/V) toman una gran relevancia. Finalmente, la baja presencia de Fe, Ti, Cu, Zn y Ni en Colombia con respecto a Pakistán y Zambia en donde estos últimos se presentan en gran proporción.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Citas

Abduriyim, A., & Kitawaki, H. (2006). Applications of laser ablation – inductively coupled plasma – mass spectrometry (LA-ICP-MS) to gemology. Gems and Gemology, 42(2), 98-118.

Alonso-Perez, R., & Day, J. M. D. (2021). Rare Earth Element and Incompatible Trace Element Abundances in Emeralds Reveal Their Formation Environments. Minerals, 11(5), 513.

Alonso-Perez, R., Day, J. M., Pearson, D. G., Luo, Y., Palacios, M. A.,Sudhakar, R., & Palke, A. (2024). Exploring emerald global geochemical provenance through fingerprinting and machine learning methods. Artificial Intelligence in Geosciences, 5, p. 100085.

Araújo Neto, J. F. de, Müller, A., Barreto, S. de B., Santos, L. C. M. de L., and Carrino, T. A. (2019). Mineralogical and gemological characterization of emerald crystals from Paraná deposit, NE Brazil: a study of mineral chemistry, absorption and reflectance spectroscopy and thermal analysis. Brazilian Journal of Geology, 49(3), e20190014.

Banks, D. A., Giuliani, G., Yardley, B. W. D., & Cheilletz, A. (2000). Emerald mineralisation in Colombia: Fluid chemistry and the role of brine mixing. Mineralium Deposita, 35, 699-713.

Bersani, D., Azzi, G., Lambruschi, E., Barone, G., Mazzoleni, P., Raneri, S., & Lottici, P. P. (2014). Characterization of emeralds by micro-Raman spectroscopy. Journal of Raman Spectroscopy, 45, 11-12. https://doi.org/10.1002/jrs.4524.

Breeding, C. M., & Shigley, J. E. (2009). The “type” classification system of diamonds and its importance in gemology. Gems & Gemology, 45(2), 96-111.

Cedeño, C. J., Jiménez, J. F., Herreño, J. H., & Fortaleché, D. (2015). Progress on the study of parameters related to the origin of Colombian emeralds. Color, World Emer, (Special Issue), 88-97.

Giuliani, G., & Groat, L. A. (2019). Geology of corundum and emerald gem deposits: a review. Gems and Gemology, 55(4), 464-489.

Giuliani, G., Silva, L. J. H. D., & Couto, P. (1990). Origin of emerald deposits of Brazil. Mineralium Deposita, 25, 57-64.

Giuliani, G., Cheilletz, A., Sheppard, S. M. F., & Arboleda, C. (1993). Geochemistry and origin of the emerald deposits of Colombia. En Fenoll Hach-Ali, Torres-Ruiz y Gervilla (Eds.), Current research in geology applied to ore deposits (pp. 105-108). Biennial SGA Meeting, 2, Granada (España), 1993/09/09-11. ISBN 84-338-1772-8.

Giuliani, G., Cheilletz, A., Arboleda, C., Carrillo, V., Rueda, F., & Baker, J. H. (1995). An evaporitic origin of the parent brines of Colombian emeralds: fluid inclusion and sulphur isotope evidence. European Journal of Mineralogy, 7(1), 151-165.

Giuliani, G., Groat, L. A., Marshall, D., Fallick, A. E., & Branquet, Y. (2019). Emerald deposits: A review and enhanced classification. Minerals, 9(2), 105.

Groat, L. A., Giuliani, G., Marshall, D. D., & Turner, D. (2008). Emerald deposits and occurrences: A review. Ore Geology Reviews, 34(1-2), 87-112.

Kane, R. E., & Liddicoat, T. (1985). The Biron hydrothermal synthetic emerald. Gems & Gemology, 21(3), 156-70.

Karampelas, S., Al-Alawi, A., Al-Shaybani, B., Mohamed, F., & Sangsawong, S. (2019). Emeralds from the most important occurrences: Chemical and spectroscopic data. Minerals, 9(9), 561.

Kazmi, A. H., & Snee, L. W. (1989). Emeralds of Pakistan: Geology, Gemology, and Genesis. Geological Survey of Pakistan, Professional Papers.

Kiefert, L., & Karampelas, S. (2011). Use of the Raman spectrometer in gemmological laboratories: Review. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 80, 119-124.

Krzemnicki, M. S., Wang, H. A. O., and Büche, S. (2021). A new type of emerald from Afghanistan’s Panjshir Valley. The Journal of Gemmology, 37(5), 474-495.

Lim, H., Park, S., Cheong, H., Choi, H.-M., & Kim, Y. C. (2010). Discrimination between natural and HPHT-treated type IIa diamonds using photoluminescence spectroscopy. Diamond and Related Materials, 19(10), 1254-1258.

Moroz, I., Roth, M., Boudeulle, M., & Panczer, G. (2000). Raman Microspectroscopy and Flourescence of Emeralds from Various Deposits. Journal of Raman Spectroscopy, 31, 485-490.

Nassau, K. (1978). The origins of color in minerals. American Mineralogist, 63(3-4), 219-229.

Palke A., Saeseaw, S., Renfro N. D., Sun Z., & McClure, F. (2019). Geographic origin determination of blue sapphire. Gems & Gemology, 55(4), 536-579.

Saeseaw S., Pardieu V., & Sangsawong S. (2014). Three-Phase Inclusions in Emerald and Their Impact on Origin Determination. Gems & Gemology, 50(2), 114-132.

Saeseaw, S., Renfro, N. D., Palke, A. C., Sun, Z., & McClure, S. F. (2019). Geographic Origin Determination of Emerald. Gems & Gemology, 55(4), 614-646.

Schmetzer, K. (2015). Photoluminescence of emeralds: Sample orientation procedure and correlation of the R1 peak position with SiO2 contents. Journal of Gemmology, 34, (5), 441-443.

Thompson, D. B., Kidd, J. D., Åström, M., Scarani, A., & Smith, C. P. (2014). A Comparison of R-line Photoluminescence of Emeralds from Different Origins. The Journal of Gemmology, 34(4), 334-343.

Thompson, D. B., Bayens, C. J., Morgan, M. B., Myrick, T. J., & Sims, N. E. (2017). Photoluminescence spectra of emeralds from Colombia, Afghanistan, and Zambia. Gems & Gemology, 53(3), 296-311.

Wood, D. L. (1965). Absorption, fluorescence, and Zeeman effect in Emerald. The Journal of Chemical Physics, 42(10), 3404-3410.

Wotherspoon, A., Steeds, J. W., Catmull, B., & Butler, J. (2003). Photoluminescence and positron annihilation measurements of nitrogen doped CVD diamond. Diamond and Related Materials, 12, 652-657.

Zwaan, J. C., Seifert, A. V., Vrána, S., Laurs, B. M., Anckar, B., Simmons, W. B., Falster, A. U., Lustenhouwer, W. J., Muhlmeister, S., Koivula, J. I., & Garcia-Guillerminet, H. (2005). Emeralds from the Kafubu area, Zambia. Gems & Gemology, 41(2), 116-148.