Dlatego też coraz powszechniej korzysta się z technik instrumentalnych lub metod niekonwencjonalnych, znacznie pewniejszych, choć kosztowniejszych i wymagających od badającego pogłębionej wiedzy ogólnej i gemmologicznej. 

Wśród technik instrumentalnych najczęstsze zastosowanie mają metody wykorzystujące zjawiska: 
- refleksyjności, 
- przewodności elektrycznej, 
- przewodnictwa cieplnego, 
- właściwości zwilżania, 
- selektywnej transmisji światła widzialnego. 

Diagnostyczne znaczenie mają też niekonwencjonalne metody badania znane jako: 
- immersyjna metoda konturowa, 
- metoda Hodgkinsona, 
- indeks kamieni Stellenboscha. 

W cyklu czterech artykułów autorzy przybliżą powyższe metody, ukażą ich zalety i wady oraz zachęcą do ich stosowania. 

Refleksometryczne oznaczanie współczynnika załamania światła
Jedną z ważniejszych cech diagnostycznych pozwalających na identyfikację kamieni jest współczynnik załamania światła. Dla kamieni o stosunkowo niskich wartościach współczynnika dobre rezultaty ich pomiaru uzyskuje się metodą refraktometryczną. Trudności pojawiają się przy wartościach wysokich, powyżej 1,800, leżących poza zakresem skali refraktometrów. W takim przypadku korzysta się z innych metod, np. refleksometrycznych. 
Refleksyjność (R) jest indywidualną cechą minerałów. Definiuje się ją jako zdolność odbijającą powierzchni granicznej rozdzielającej dwa ośrodki, czyli jako stosunek natężenia światła odbitego (Io) do natężenia światła padającego (Ip): 
R = Io/Ip

Jeżeli powierzchnia odbijająca światło jest płaska i odpowiednio gładka (nierówności są mniejsze od długości fali użytego światła), wówczas nie zachodzi rozpraszanie światła i fala oświetlająca granicę rozdziału składa się tylko z fali załamanej i odbitej. W takim przypadku istnieje związek pomiędzy refleksyjnością a współczynnikiem załamania światła, wyrażany równaniem Fresnela: 
R = (n - 1)2 / (n + 1)2

Zależność jest spełniona, gdy światło pada prostopadle na powierzchnię graniczną (kąt padania = 0) minerału izotropowego, przezroczystego, pochłaniającego równomiernie i nieznacznie składowe widma świetlnego. 
Dla minerałów silnie absorbujących światło konieczne jest uwzględnienie współczynnika absorpcji K. Refleksyjność takich minerałów wyraża się wzorem: 
R = [ (n - 1)2 + K2] / [ (n + 1)2 + K2]

Dostępne na rynku jubilerskim refleksometry, takie jak np. Diamond Eye, Diamond Tester, Gem Analyser, Gemeter, Jeweler's Eye czy Lustermeter, dają wyniki na tyle dokładne, że mogą być stosowane w celach identyfikacyjnych. Wszystkie działają na podobnej zasadzie oraz mają zbliżoną konstrukcję. We wszystkich też stosowane jest źródło światła. 

We wszystkich refleksometrach zastosowano promieniowanie podczerwone o długości fali ok. 930 nm. Sam pomiar jest bardzo prosty, ponieważ wbudowane mierniki wskazują od razu rodzaj kamienia lub jego imitacji. Oczywiście aby pomiar był poprawny, konieczne jest przestrzeganie określonych warunków, zwłaszcza wilgotności i temperatury otoczenia. Ważne jest również, by powierzchnie odbijające promieniowanie (tafla, fasety) były gładkie, pozbawione defektów i czyste oraz by wiązka promieniowania padała na badaną powierzchnię prostopadle, co oznacza, że kąt padania i odbicia powinien być zbliżony do zera, wtedy bowiem może być spełnione równanie Fresnela. Dlatego też pomiary przeprowadza się kilkakrotnie na różnych ściankach kamienia. Powtórzenie się wyniku wskazuje na poprawność identyfikacji. 
W przypadku dubletów (np. korona wykonana z diamentu, pawilon z jego imitacji) lub kamieni powlekanych konieczne jest przeprowadzenie dodatkowych badań mikroskopowych lub, jeżeli jest to możliwe, odrębne określenie współczynnika załamania światła korony i pawilonu. 
Do cech negatywnych refleksometrów można zaliczyć wysoki koszt oraz potrzebę częstej justacji przyrządów. 

Pomiar przewodności elektrycznej
Przewodnictwem elektrycznym określa się zjawisko przepływu ładunków elektrycznych w materiale pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego. Nośnikami ładunków mogą być zarówno elektrony, jak i jony, stąd wyróżnienie przewodnictwa: elektronowego, jonowego lub mieszanego, jonowo-elektronowego. Wielkością, która charakteryzuje przewodnictwo, jest tzw. przewodność właściwa d. Definiuje się ją jako stosunek gęstości prądu (j) 
do natężenia pola elektrycznego (E): 
d = j/E

W pewnych przypadkach określenie tej właśnie wielkości może być wykorzystane w celach identyfikacyjnych kamieni szlachetnych. Z praktyki wiadomo, że wszystkie materiały - ze względu na wartość d - podzielone są umownie na 3 grupy: 
1) przewodniki (metale), dla których d > 104W-1/cm-1, 
2) półprzewodniki - 104W-1/cm-1 >d > 10-10 W-1/cm-1, 
3) izolatory (dielektryki) - d < 10-10 W-1/cm-1. 

Kamienie szlachetne należą do grupy izolatorów, a jedynym wyjątkiem są diamenty o naturalnej barwie niebieskiej powodowanej domieszką boru, które są półprzewodnikami. Ta właściwość jest wykorzystana do ich odróżniania od diamentów o barwie sztucznie zmienionej. Do identyfikacji służy przyrząd o nazwie Gem Electro Tester produkcji USA. Konstruktorzy zadbali, by możliwa była identyfikacja zarówno diamentów nieoprawionych, jak i oprawionych. W tym drugim przypadku konieczne jest jednak, by potencjał oprawy kamienia był równy lub bardzo zbliżony do potencjału obudowy czujnika. Konieczne jest również przestrzeganie warunków wilgotności i temperatury otoczenia. Przy spełnieniu tych warunków i przy pewnej wprawie poprawność identyfikacji jest całkowita.  

Pomiar przewodnictwa cieplnego
Ciepło jest formą przekazywania energii. W przekazywaniu energii cieplnej w ciałach stałych (kryształach) najistotniejszą rolę odgrywają drgania cieplne sieci krystalicznej, a ściślej drgania atomów tworzących sieć krystaliczną wokół ich położeń równowagi zwanych węzłami sieci. Po dostarczeniu ciepła do układu inaczej będą przebiegały drgania cieplne sieci np. diamentu, a inaczej jego imitacji, ponieważ mają inny typ sieci, inną postać fal przemieszczenia atomów i inną fluktuację gęstości niosącą energię ruchu cieplnego. 

Zjawisko to zostało wykorzystane w badaniach identyfikacyjnych kamieni. Wielkością, którą bierze się pod uwagę, jest tzw. przewodnictwo cieplne. Dla minerałów izotropowych (struktura i właściwości są we wszystkich kierunkach jednakowe) wyraża je proporcjonalność strumienia cieplnego q do gradientu temperatury (prawo Fouriera): q = -l grad T, gdzie: l oznacza przewodność cieplną właściwą, grad T - gradient temperatury. 

Diamenty naturalne wykazują bardzo dobre przewodnictwo cieplne rzędu 10... 26x102 W/moK, wielokrotnie wyższe od wszystkich znanych imitacji (np. przewodnictwo cieplne cyrkonii wynosi 10 W/moK). Właściwość tę wykorzystano przy konstrukcji przyrządu The Ceres Diamond Probe wyprodukowanego przez firmę CEC z USA. Podstawowym elementem przyrządu jest czujnik zaopatrzony w dwa termistory: jeden z nich pracuje jako element grzewczy, drugi jako miernik temperatury. W zależności od szybkości odprowadzania ciepła z termistora grzewczego odpowiednio wyskalowany miernik pokazuje, czy badany kamień jest diamentem, czy jego imitacją. Przyrząd stosowany jest głównie w celu identyfikacji kamieni małych lub oprawionych. Możliwość dokonywania pomiarów w odstępach jednosekundowych pozwala na identyfikację dużej liczby kamieni w ciągu krótkiego czasu. Jest to zatem wygodna i szybka metoda identyfikacji diamentów. Do jej wad należy zaliczyć stosunkowo wysoką cenę przyrządu, konieczność ciągłej justacji przyrządu oraz zależność odczytu pomiarowego od warunków otoczenia (zmian wilgotności i temperatury otoczenia), a także stanu badanej powierzchni (czystości). 

Badanie właściwości zwilżania
Zwilżaniem nazywamy zdolność rozpływania się cieczy po powierzchni ciała stałego w wyniku wzajemnego oddziaływania cząsteczek na granicy sąsiadujących ze sobą faz: stałej, ciekłej i gazowej. Zwilżalność można zatem traktować jako pierwszy etap fizykochemicznego oddziaływania cieczy z ciałem stałym i gazowym. Właściwość ta została wykorzystana do odróżniania diamentu od jego imitacji. 

Pierwsze próby przeprowadzone w końcu lat 70. (m. in. przez Tajwana i Hannemana) nie dały zadowalających rezultatów. Dopiero zastosowanie zamiast wody odpowiednich cieczy-znaczników oraz zastosowanie specjalnych "piór" z zasobnikiem na ciecz dało wyniki powtarzalne i wizualnie rozróżnialne, bez potrzeby odwoływania się 
do skomplikowanego sposobu określania kąta granicznego na granicy faz. Dzięki temu metoda zwilżania, przez blisko 30 lat poddawana innowacjom, zyskała wielu zwolenników, głównie ze względu na prostotę wykonywania testu. 
Badanie polega na postawieniu plamki lub zarysowaniu piórem dobrze oczyszczonej i odtłuszczonej powierzchni kamienia, a następnie obserwacji pod dziesięciokrotnym powiększeniem otrzymanego obrazu. Na diamencie atramentowa plamka jest okrągła, o gładkich brzegach, na imitacjach - poszarpana. W przypadku zarysowania piórem na diamencie powstaje linia ciągła, na imitacjach sznur oddzielnych kropelek (rys.). 

"Pióro" służące do odróżniania diamentów od ich imitacji (według Diamantenfibel, V. Pagel-Theisen, Hirschberg, 1980). 
Oczywiście powtarzalność wyników badań, a więc i poprawność identyfikacji, zależy w dużej mierze od stanu badanej powierzchni oraz rodzaju i jakości stosowanej cieczy. Niewątpliwy wpływ na wyniki badań ma też technologia polerowania diamentów (środki polerskie miękkie lub twarde, zwilżacze, ziarnistość substancji polerskiej, rodzaje tarcz polerskich - miedziane, cynowe lub ołowiowo-cynowe - oraz skład chemiczny stosowanej cieczy-znacznika, jego lepkość, a nawet barwa). Badane powierzchnie powinny być gładkie, wolne od defektów oraz starannie oczyszczone i odtłuszczone, najlepiej za pomocą środków polecanych przez producenta piór. Stosowane w próbnikach ciecze-znaczniki z upływem czasu tracą swoje właściwości, takie jak lepkość i barwa, dlatego też powinny być co jakiś czas wymieniane. W przypadku identyfikacji dubletów lub kamieni powlekanych (impregnowanych) konieczne jest przeprowadzenie dodatkowych badań mikroskopowych lub, jeśli jest to możliwe, przeprowadzenie testu zarówno w obszarze korony, jak i pawilonu. 

Określanie selektywnej transmisji światła za pomocą filtru Chelsea
Filtr Chelsea został skonstruowany w Gem Testing Laboratory i Chelsea College of Science and Technology w Londynie. Jest to filtr barwny najczęściej stosowany w gemmologii, obecnie produkowany w postaci ręcznej lupy. Składa się z dwóch połączonych ze sobą filtrów żelatynowych o transmisji w żółtozielonym obszarze widma (długość fali w granicach ok. 555,0... 607,0 nm; maksimum transmisji, rzędu kilku procent, uzyskuje się dla l = 578,7 nm) i czerwonym obszarze widma (wzrost transmisji od 684,5 nm; wartość maksymalną rzędu 70% uzyskuje się dla l = 780,0 nm). Charakterystyka widmowa filtru została specjalnie dobrana, filtr miał bowiem służyć do odróżniania szmaragdów od ich imitacji.

Obecne zastosowanie filtru Chelsea w badaniach gemmologicznych jest już znacznie szersze i pozwala na: 

• identyfikację kamieni o sztucznie zmienionej barwie - zielone chalcedony naturalne i jadeit oglądane przez filtr mają barwę zieloną, natomiast kamienie sztucznie barwione barwę różową lub czerwoną; 
• odróżnienie kamieni naturalnych od syntetycznych - zielone szafiry naturalne oglądane przez filtr Chelsea mają barwę zieloną, natomiast kamienie syntetyczne barwę czerwoną; 
• odróżnienie kamieni naturalnych i syntetycznych 
  od tanich imitacji - naturalne lub syntetyczne szmaragdy oglądane przez filtr Chelsea mają barwę różową lub czerwoną, natomiast szklane imitacje barwę zieloną. 

Filtr Chelsea, mimo niskiego kosztu i łatwej obsługi, ma jednak znaczne ograniczenia w diagnostyce kamieni szlachetnych. Wpływają na to następujące czynniki: 

• odcień i nasycenie obserwowanych barw zależy od wielkości, kształtu i formy szlifu, stopnia przezroczystości i nasycenia barwą badanego kamienia oraz warunków wykonywania badań (np. stopnia zaciemnienia pomieszczenia); 
• kamienie tego samego rodzaju lub tej samej odmiany mogą różnie reagować w zależności od rodzaju lub charakteru inkluzji lub stopnia koncentracji pierwiastków śladowych (domieszanych) - strefy barwne; 
• filtr Chelsea nie pozwala na odróżnienie dubletów i trypletów. 

Pomimo tych wszystkich ograniczeń, filtr Chelsea w wielu przypadkach może być przydatny, dlatego też powinien posiadać go każdy znawca kamieni trudniący się ich identyfikacją.