อัญมณีวิทยาหรืออัญมณีศาสตร์คือวิทยาศาสตร์ ที่เกี่ยวข้องกับวัสดุ อัญมณีธรรมชาติและอัญมณีสังเคราะห์เป็นสาขาสหวิทยาการเฉพาะด้านของแร่ธาตุวิทยาช่างทำเครื่องประดับบางคน(และคนที่ไม่ใช่ช่างทำเครื่องประดับหลายคน) ได้รับการฝึกอบรมทางวิชาการด้านอัญมณีวิทยาและมีคุณสมบัติในการระบุและประเมินอัญมณี^{[ 1 ] [ 2 ]}

การศึกษาขั้นพื้นฐานด้านอัญมณีศาสตร์สำหรับช่างทำเครื่องประดับและนักอัญมณีศาสตร์เริ่มต้นขึ้นในศตวรรษที่ 19 แต่คุณวุฒิแรกเริ่มเกิดขึ้นหลังจากสมาคมช่างทองแห่งชาติแห่งบริเตนใหญ่ (NAG) ได้จัดตั้ง^{[ 3 ]}คณะกรรมการการศึกษาเพื่อจุดประสงค์นี้ในปี 1908 คณะกรรมการดังกล่าวได้กลายเป็นสาขาที่แยกต่างหากของ NAG (ซึ่งมีชื่อว่าสมาคมอัญมณีศาสตร์) ในปี 1931 ไม่นานหลังจากที่สถาบันอัญมณีศาสตร์แห่งอเมริกา (GIA) ได้จดทะเบียนจัดตั้ง ^{[ 4 ] [ 5 ]}ในปี 1938 สาขานี้ได้เปลี่ยนชื่อเป็นสมาคมอัญมณีศาสตร์แห่งบริเตนใหญ่ก่อนที่จะจดทะเบียนจัดตั้งเป็นนิติบุคคลในปี 1947 ^{[ 4 ]}ปัจจุบันองค์กรนี้เป็นองค์กรการกุศลด้านการศึกษาและหน่วยงานรับรองคุณวุฒิที่มีการสอนหลักสูตรทั่วโลก

ผู้สำเร็จการศึกษาชาวอเมริกันคนแรกจากหลักสูตรประกาศนียบัตรของ Gem-A ในปี 1929 คือโรเบิร์ต ชิปลีย์ซึ่งต่อมาได้ก่อตั้งสถาบันอัญมณีศาสตร์แห่งอเมริกา (Gemological Institute of America)และสมาคมอัญมณีศาสตร์แห่งอเมริกา (American Gem Society ) ปัจจุบันมีโรงเรียนและสมาคมวิชาชีพด้านอัญมณีศาสตร์ รวมถึงโครงการรับรองต่างๆ มากมายทั่วโลก

ห้องปฏิบัติการอัญมณีวิทยาแห่งแรกที่ให้บริการแก่อุตสาหกรรมเครื่องประดับก่อตั้งขึ้นในลอนดอนในปี พ.ศ. 2468 ซึ่งเป็นผลมาจากการไหลเข้าของ "ไข่มุกเลี้ยง" ที่พัฒนาขึ้นใหม่และความก้าวหน้าในการสังเคราะห์ทับทิมและไพลิน^{[ 6 ]}ปัจจุบันมีห้องปฏิบัติการอัญมณีจำนวนมากทั่วโลกที่ต้องการอุปกรณ์และประสบการณ์ที่ทันสมัยยิ่งขึ้นเพื่อระบุความท้าทายใหม่ๆ เช่น การบำบัดอัญมณี วัสดุสังเคราะห์ใหม่ และวัสดุใหม่ๆ อื่นๆ

การขอรับคำวินิจฉัยจากผู้เชี่ยวชาญจากห้องปฏิบัติการที่เป็นกลางนั้นมักเป็นเรื่องยาก การวิเคราะห์และการประเมินราคาในวงการค้าอัญมณีมักต้องดำเนินการ ณ สถานที่จริง นักอัญมณีวิทยาและผู้ซื้ออัญมณีมืออาชีพจึงใช้ห้องปฏิบัติการเคลื่อนที่ ซึ่งรวบรวมเครื่องมือที่จำเป็นทั้งหมดไว้ในกระเป๋าเดินทาง ห้องปฏิบัติการเคลื่อนที่เหล่านี้ยังมีแหล่งจ่ายไฟเป็นของตัวเอง ทำให้ไม่ขึ้นอยู่กับโครงสร้างพื้นฐาน และยังเหมาะสำหรับการสำรวจทางอัญมณีวิทยาอีกด้วย

โดยพื้นฐานแล้ว อัญมณี จะถูกจัดประเภทตามโครงสร้างผลึกความหนาแน่นจำเพาะดัชนีหักเห และคุณสมบัติทางแสงอื่นๆ เช่น การเปลี่ยนสีตามทิศทางของแสงส่วนคุณสมบัติทาง กายภาพของ "ความแข็ง" นั้นถูกกำหนดโดย มาตราความแข็งของแร่โมห์ส ซึ่งเป็น มาตราที่ไม่สม่ำเสมอ

นักอัญมณีวิทยาศึกษาปัจจัยเหล่านี้ขณะประเมินมูลค่าหรือตีราคาอัญมณีที่เจียระไนและขัดเงา การศึกษาโครงสร้างภายในด้วยกล้องจุลทรรศน์ทางอัญมณีวิทยาใช้เพื่อพิจารณาว่าอัญมณีนั้นเป็นอัญมณีสังเคราะห์หรืออัญมณีธรรมชาติ โดยการเผยให้เห็นสิ่งเจือปนของเหลว ตามธรรมชาติ หรือ ผลึก ภายนอก ที่หลอมละลายบางส่วน ซึ่งเป็นหลักฐานของการบำบัดด้วยความร้อนเพื่อเพิ่มสีสัน

การวิเคราะห์ทางสเปกโทรสโกปีของอัญมณีเจียระไนยังช่วยให้นักอัญมณีวิทยาเข้าใจโครงสร้างอะตอมและระบุแหล่งกำเนิด ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการประเมินมูลค่าของอัญมณี ตัวอย่างเช่นทับทิมจากเมียนมาร์ (พม่า) จะมีความแตกต่างอย่างชัดเจนทั้งในด้านโครงสร้างภายในและกิจกรรมทางแสงจากทับทิมไทย

เมื่ออัญมณีอยู่ในสภาพดิบ นักอัญมณีวิทยาจะศึกษาโครงสร้างภายนอก หินต้นกำเนิดและแร่ธาตุที่เกี่ยวข้อง รวมถึงสีตามธรรมชาติและสีหลังการเจียระไน ในขั้นต้น จะระบุชนิดของหินโดยพิจารณาจากสี ดัชนีหักเห คุณสมบัติทางแสง ความหนาแน่นจำเพาะ และการตรวจสอบลักษณะภายในภายใต้การขยาย

นักอัญมณีวิทยาใช้เครื่องมือและอุปกรณ์หลากหลายชนิด ซึ่งช่วยให้สามารถทำการทดสอบได้อย่างแม่นยำ เพื่อระบุอัญมณีโดยพิจารณาจากลักษณะและคุณสมบัติเฉพาะของมัน

ซึ่งรวมถึง:

• แว่นขยาย 10 เท่าที่ปรับแก้แล้ว
• กล้องจุลทรรศน์
• เครื่องวัดการหักเหของแสง
  • ฟิลเตอร์โพลาไรซ์
  • เลนส์ขยาย
  • น้ำยาสัมผัสสำหรับค่าดัชนีหักเห (RI ) ไม่เกิน 1.81
• โพลาริสโคป
  • ทรงกลมภาพเชิงแสง
• ไดโครสโคป
• สเปกโทรสโคป (แบบพกพาหรือแบบตั้งโต๊ะ)
• ไฟฉาย
• แหนบ
• ผ้าหิน
• ตัวกรองสี
• เซลล์จุ่ม
• หลอดไฟอัลตราไวโอเลต
• สเปกโทรเมตรรามาน
• เครื่องสเปกโทรเมตร FTIR
• ระบบสเปกโทรสโกปีโฟโตลูมิเนสเซนซ์
• เครื่องสเปกโทรเมตร EDXRF

การระบุชนิดของอัญมณีโดยพื้นฐานแล้วเป็นกระบวนการคัดออก อัญมณีที่มีสีคล้ายกันจะถูกตรวจสอบด้วยวิธีการทางแสงแบบไม่ทำลาย จนกระทั่งเหลือเพียงหนึ่งเดียวที่เป็นไปได้

การทดสอบเพียงครั้งเดียวมักเป็นการบ่งชี้เท่านั้น ตัวอย่างเช่นความหนาแน่นสัมพัทธ์ของทับทิมคือ 4.00 แก้วคือ 3.15–4.20 และเซอร์โคเนียลูกบาศก์คือ 5.6–5.9 ดังนั้นจึงสามารถแยกความแตกต่างระหว่างเซอร์โคเนียลูกบาศก์กับอีกสองชนิดได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตาม ทับทิมและแก้วมีความหนาแน่นสัมพัทธ์ที่ทับซ้อนกัน

เช่นเดียวกับวัสดุธรรมชาติทุกชนิด อัญมณีแต่ละชิ้นจึงไม่เหมือนกัน สภาพแวดล้อมทางธรณีวิทยาที่พวกมันถือกำเนิดขึ้นมีอิทธิพลต่อกระบวนการโดยรวม ดังนั้นถึงแม้จะสามารถระบุองค์ประกอบพื้นฐานได้ แต่การมี "สิ่งเจือปน" ทางเคมี การแทนที่ และความไม่สมบูรณ์ของโครงสร้าง ทำให้เกิด "เอกลักษณ์เฉพาะตัว" ขึ้น

วิธีหนึ่งในการตรวจสอบเอกลักษณ์ของอัญมณีคือการวัดการหักเหของแสงในอัญมณี โดยพื้นฐานแล้ว เมื่อแสงผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง แสงจะเบี่ยงเบน แสงสีน้ำเงินจะเบี่ยงเบนมากกว่าแสงสีแดง ปริมาณการเบี่ยงเบนของแสงจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับแร่ธาตุในอัญมณี

วัสดุทุกชนิดมีมุมวิกฤตซึ่งหากเกินมุมนี้ แสงจะสะท้อนกลับเข้าไปภายใน มุมวิกฤตนี้สามารถวัดได้และนำมาใช้ในการระบุชนิดของอัญมณี โดยทั่วไปจะวัดโดยใช้เครื่องวัดดัชนีหักเหแสงแม้ว่าจะสามารถวัดโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ได้เช่นกัน

ความถ่วงจำเพาะ หรือความหนาแน่นสัมพัทธ์ จะแตกต่างกันไปตามองค์ประกอบทางเคมีและชนิดของโครงสร้างผลึก ของเหลวที่มีความหนาแน่นสูงและทราบค่าความถ่วงจำเพาะ จะถูกนำมาใช้ในการทดสอบอัญมณีที่ยังไม่ได้เจียระไน

ความหนาแน่นสัมพัทธ์วัดได้โดยการเปรียบเทียบน้ำหนักของอัญมณีในอากาศกับน้ำหนักของอัญมณีที่แขวนลอยอยู่ในน้ำ

วิธีนี้ใช้หลักการคล้ายกับปริซึมที่ใช้แยกแสงขาวออกเป็นสีต่างๆ โดย ใช้ เครื่องสเปกโทรสโคป ทางอัญมณีวิทยา ในการวิเคราะห์การดูดกลืนแสงแบบเลือกเฉพาะในวัสดุอัญมณี สารให้สีหรือโครโมฟอร์จะแสดงแถบในสเปกโทรสโคปและบ่งชี้ว่าธาตุใดเป็นต้นเหตุของสีในอัญมณี

ตำหนิภายในสามารถช่วยให้นักอัญมณีศาสตร์ระบุได้ว่าอัญมณีนั้นเป็นของธรรมชาติ ของสังเคราะห์ หรือผ่านการปรับปรุงคุณภาพ (เช่น การอุดรอยแตกหรือการให้ความร้อน)

ในกระบวนการสังเคราะห์อัญมณีแบบแวร์เนยล์ (Verneuil)วัสดุที่บดละเอียดจะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงมาก จากนั้นผงแร่พลอยจะถูกหลอม (หรือส่วนผสมของโลหะจะถูกเผาโดยตรงในเปลวไฟออกซิเจน) ส่วนที่เหลือจะหยดผ่านเตาหลอมลงบนแท่งผลึก แท่งผลึกที่คอรันดัมหรือสปิเนลเย็นตัวลงและตกผลึกจะหมุนและทำให้เกิดริ้วโค้ง ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของอัญมณีที่สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการ คอรันดัมธรรมชาติจะไม่แสดงริ้วโค้ง

Likewise, natural stones, particularly beryl minerals, show small flaws – short planar cracks where the direction of the crystalline orientation in the gem abruptly changes. The natural formation of gemstones tends to layer the minerals in regular crystalline sheets, whereas many synthetically produced gems have an amorphous structure, like glass. Synthetics made by the Verneuil process either do not show flaws at all, or if any flaws are present, show curvy, undulating surfaces rather than flat ones.

• American Gem Society – AGS
• Asian Institute of Gemological Sciences – AIGS
• Canadian Gemmological Association – CGA
• Canadian Institute of Gemmology – CIG
• Gemological Science International – GSI
• Gemmological Association of Australia – GAA
• Gemmological Association of Great Britain – Gem-A
• Gemmological Institute of India – GII
• Gemological Institute of America – GIA
• German Gemmological Association – DGemG
• Hoge Raad voor Diamant – HRD
• International Gemological Institute – IGI
• Swiss Gemmological Institute – SSEF

• Advanced Gem Testing Laboratory – AGTL
• American Gemological Laboratories – AGL
• European Gemological Laboratory – EGL
• Gübelin Gem Lab – GGL
• GRS Gemresearch Swisslab – GRS
• Guild Gem Laboratories
• Laboratoire français de gemmologie – LFG
• Professional gemstone testing laboratory – PGTL
• Himalaya gem testing laboratory – HGTL
• Universal Gemological Laboratories – GCI

• The Journal of Gemmology^[a]
• Gems & Gemology
• IGR – Rivista Italiana di Gemmologia – Italian Gemological Review^[8]
• Gemology Frontier