宝石的物理性质及外观特征.ppt

宝石的物理性质及外观特征,第四章,第一节宝石的颜色特征,一、宝石颜色的形成二、宝石颜色的描述方法三、宝石颜色的呈色机理,一、宝石颜色的形成,一、颜色颜色是决定宝石名贵和价值高低的首要因素,二、宝石颜色的描述方法,宝石的颜色特征可以用色调、明度、饱和度三要素来描述,1.色调（色彩）（Hue）,指颜色的种类，彩色宝石的色调取决于光源的光谱组成和宝石对光的选择性吸收；是彩色宝石间相互区分的特性，如红色、绿色、紫色、蓝色。色调与残余光的波长有关，常用主波长表示。不同颜色的宝石其色调不同；而相同颜色的宝石，色调上也会有差异。,2.明度（亮度）（Value）,指颜色的明暗程度，即光的强度或亮度。明度取决于宝石所反射或透射光的亮度。宝石对光的反射比或透射比越高，明度就越大。,3.饱和度（彩度Chroma）（Saturation),饱和度是指颜色的纯净度或鲜艳度。取决于颜色中白光的含量或比例。或者说取决于宝石对可见光光谱选择性吸收的程度。可见光光谱中各种单色光的饱和度最高，饱和度值为1，白光的饱和度最小，值为0。宝石颜色的饱和度是宝石的鉴别特征，也为彩色宝石颜色分级的依据。,颜色的定性描述,通常对颜色的命名方法是将主色调放在后面，用颜色修饰词描述次要的色调，如绿黄色、紫红色等，把颜色浓度的修饰词放在最前面，如浅黄绿色，淡蓝紫色等。,颜色的定量描述,颜色的定量描述可以采用色度学的三要素的数值，现在常用的一种方法是孟塞尔表色系统，在孟塞尔表色系统中将色调分为10种，分别用英文名称的字头表示：红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝（B）、黄红（YR）、绿黄（GY）、蓝绿（BG）、紫蓝（PB）、红紫（RP）。每种色调又细分为10个等级，分别从1-10；再对颜色的明度从暗到明亮分为0到10共11个等级。,三、宝石颜色的呈色机理,宝石中最常见的致色元素有八种：钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜。,致色元素,钛Ti,钒V,铜Cu,镍Ni,铬Cr,钴Co,铁Fe,锰Mn,1.自色宝石如橄榄石(MgFe)2SiO4)绿色由成分中的Fe元素致色。2.它色宝石如刚玉Al2O3，纯净时无色，含微量元素Cr时形成红宝石；含微量元素Fe、Ti时形成蓝宝石。,3.假色,由于光的物理现象造成的颜色，表示不是选择性吸收造成的颜色。宝石内常存在一些细小的平行排列的包裹体、出溶片晶、平行解理等。它们对光的折射、反射等光学作用产生的颜色就是假色。假色不是宝石本身所固有的，但假色能为宝石增添许多魅力。,第二节宝石的物理性质,一、光泽二、透明度三、亮度四、火彩五、多色性六、宝石的特殊光学效应七、发光性,宝石的光学性质,矿物晶体的光学性质主要是指光线穿过透明矿物晶体时，发生的光学现象，我们可以借助一些仪器观察到这些光学现象光的折射光的反射光的双反射等,N1(光蔬质),N2(光密质),当光波从一种介质传到另一种介质时，其传播速度和方向会发生改变,这种现象叫折射。光在入射介质中的传播速度与折射介质中的传播速度之比，等于入射角正弦与折射角正弦之比。即V1/V2=sini/sinr=N=N2/N1当两种介质一定时，N为一常数，称为折射介质相对入射介质的相对折射率。,一、折射与反射,当光线从光疏介质进入光密介质时光线偏向法线折射角小于入射角,当光线从光密介质进入光疏介质时光线偏离法线折射角大于入射角,光在两种不同介质中速度的比值叫折射率，就是上面所说的相对折射率。即：V1/V2=sini/sinr=N=N2/N1如果入射介质为真空（空气），则N为折射介质的绝对折射率，简称折射率。一般来说，光在真空中的传播速度最大，由于光在空气中的传播速度与光在真空中的传播速度几乎相等，故通常可以将空气中的折射率视为1。严格说来空气的折射率应为1.0003。而光在其它各种液体和固体介质中的传播速度总小于真空中的传播速度，故晶体的折射率总大于1。,1.折射率的概念,2.临界角：光从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角。当折射角达到90时，折射光线沿着界面传播所需的入射角称为临界角时，将发生全内反射。,光疏介质,光密介质,折射角=90,入射角=临界角,3.全内反射,当光线的入射角继续增大，大于临界角时，入射光不再发生折射，而是全部反射回入射介质中，且遵循反射定律：反射角=入射角。这一现象称为光的全反射。,二、偏振光,1.偏振光自然光转变为偏振光的作用称为偏振化。仅在一个固定方向振动的光波称为平面偏振光或偏振光,2.正交偏光,由两个平面偏振滤光片组成，当两个偏振片相互垂直振动时光无法通过，这是观察时为全暗现象，也称正交偏光。,三、折射率与双折率,观察现象,冰洲石下的绳子有两个像,双折射,玻璃下的绳子只有一个像,单折射,思考：双折射、单折射产生的原因,要了解双折射、单折射产生的原因，必须先知道“均质体”和“非均质体,根据光学性质不同，将宝石矿物分为均质体和非均质体。,均质体和非均质体,均质体：等轴晶系和非晶质宝石的光学性质各方向相同称为均质体。如钻石、玻璃等。均质体只有一个折射率。光波在均质体中传播时，其振动特点和振动方向基本不改变。这一现象称单折射。,自然光A进入均质体后仍为自然光，偏振光B进入均质体后仍为偏振光，且其振动方向不改变。,均质体和非均质体,非均质体：中级晶族和低级晶族宝石的光学性质随方向而异称为非均质体。非均质体的折射率值有多个。如红宝石、橄揽石等。光波进入非均质体宝石时，除特殊方向外，一般分解成振动方向互相垂直、传播速度不等的两束偏振光。这一现象称双折射。光波沿非均质体的特殊方入射时不发生双折射，这特殊方向为光轴方向。中级晶族宝石只有一个光轴方向，称为一轴晶；低级晶族宝石有两个光轴方向，称为二轴晶。,自然光在非均质体中的传播,均质体和非均质体,均质体、非均质体与晶系的关系及光在均质体和非均质体中的传播特点,均质体等轴晶系单折射(一个折射率),非光轴方向入射产生双折射分解成振动方向互相垂直的两束偏振光,非均质体,一轴晶(2个主折射率),二轴晶(3个主折射率),自然光进自然光出偏振光进偏振光出,三斜晶系单斜晶系斜方晶系,三方晶系四方晶系六方晶系,光轴方向入射：自然光进自然光出偏振光进偏振光出,折射率,折射定律指出：对于任何两种相接触的介质及给定波长的光来说，入射角的正弦与折射角的正弦之比为一个常数。,这个比值称为折射率，折射率是一个固定的比值，与可表示为光在空气中的速度与某材料中的速度之比。即：,光在空气中的速度,光在某材料中的速度,折射率（RI）=,双折射率,各向异性的宝石的双折射率，用最大折射率值和最小折射率的差值来表示：RI（大）-RI（小)=DR（双折射率）如水晶1.553-1.544=0.009,相关知识,宝石的均质性或非均质性可用宝石鉴定仪器折光仪和偏光镜检测，用折光仪还可检测非均质体宝石是一轴晶或二轴晶,思考,学习探讨、交流,知识应用,(1)常见均质体宝石有哪些？常见非均质体宝石有哪些？,均质体宝石钻石、石榴石、尖晶石、欧泊、萤石,非均质体宝石,红宝石、蓝宝石、祖母绿、海蓝宝石电气石水晶锆石等,一轴晶,二轴晶,金绿宝石橄榄石黄玉月光石日光石透辉石堇青石等,2.哪些非均质体宝石的双折射率高(双折率0.03)，放大观察双折射率高的宝石可见什么现象？对于双折射率高的宝石，切磨时一般怎样定向？为什么？,橄榄石、电气石、锆石、合成碳化硅的双折率高，将这些宝石磨成刻面型，从一定方向观察，可见底部刻面棱的重影，这“一定方向”为垂直光轴方向(No或Nm方向)，因为垂直光轴方向的切面上双折率最大，一轴晶宝石垂直光轴的切面为Ne-No面；二轴晶宝石垂直光轴的切面为Ng-Np面。,No(Nm),垂直光轴方向切面,一轴晶,二轴晶,Ne,No,Ng,Np,合成碳化硅重影,2.哪些非均质体宝石的双折射率高(双折率0.03)，放大观察双折射率高的宝石可见什么现象？对于双折射率高的宝石，切磨时一般怎样定向？为什么？,光轴方向,切磨双折射率高的宝石时，应将其台面垂直光轴方向，这样从台面观察宝石就不会看到底部刻面棱重影，宝石就显得更清澈、透明。因为垂直光轴的切面为圆切面(如下图)，各方向的折射率相等，光波垂直这种切面入射时，不产生双折射。,垂直光轴的切面,一轴晶,二轴晶,No,No,Nm,Nm,演示,将绳子放在冰洲石下，变换冰洲石角度，随着冰洲石角度的变化，绳子两个影像之间的距离会发生宽窄变化，转动到某一方向时，绳子只有一个影像。当绳子的两个影像分得最开时，压在绳子上的面为Ne-No切面；当绳子只有一个影像时，压在绳子上的面为圆切面(垂直光轴)。,关于冰洲石冰洲石即方解石晶体，菱面体晶形，三方晶系，一轴晶负光性，双折率是0.172。,小结,单折射均质体(一个折射率)等轴晶系,钻石石榴石尖晶石欧泊萤石,非均质体,一轴晶(2个主折射率),二轴晶(3个主折射率),正光性NeNo,负光性NeNm-Np,负光性Ng-Nm3金属光泽如：铂、金、银、铜2.2.63半金属光泽如：乌刚石3.1.9-2.6金刚光泽如：金刚石4.1.3-1.9玻璃光泽,二、透明度,透明度指物质透过光的强弱的一种表现量。吸收性强，透明度弱；吸收性弱，透明度强。,（1）透明：能完全清晰地透视其他物体。（2）亚透明：一般厚度下，能模糊地透视其他物体的轮廓。（3）半透明：一般厚度下，很难透视其他物体的轮廓。（4）微透明：一般厚度下，能透过光，但不能看出其他物体的轮廓。（5）不透明：基本上不透光，只有很薄的边缘部分还可以透光。,三、亮度,宝石的亮度既取决于宝石本身使光充分传播的能力，同时也取决于宝石使光充分反射的能力，所以最大的亮度取决于宝石总的透明度。,亮度是指光线从已切磨成刻面型宝石的亭部小面反射而导致的明亮程度。,四、火彩,1.色散：指白光照射到透明物体的倾斜平面时，分解成的组成色（波长）。2.色散率物质色散作用的强弱，可以用色散率来度量。色散率等于物质在波长686.7nm的红光下的折射率和波长430.8nm的紫光下的折射率的差值。这些特定的红光和紫光分别是太阳光谱中B线和G线的波长。,火彩定义:刻面型宝石的色散作用使白光分解成形成五颜六色的闪烁光的现象，称为火彩。色散值越大，火彩越强,影响因素:3个,色散率色散率越大，火彩越强。如钻石色散值0.044，为高色散宝石，按理想比例加工的圆多面形，在冠部小面可闪烁出橙黄色、蓝色等颜色的火彩。按照色散率的数值，将宝石的色散划分为高、中、低三种类型。绝大多数宝石的色散率多比较小，为低色散宝石，高色散宝石较少，因此，色散值高的宝石可以具有较好的火彩，也是鉴别特征之一。,切工宝石的火彩还取决于宝石的琢型，尤其是冠部倾斜的刻面的角度和大小，正确的切工才能最大限度地展示宝石的色散作用形成的火彩。,切工对钻石火彩的影响,体色宝石如果有明显的体色，会使火彩大为减弱，所以，只有无色或者很浅色的高色散率宝石才具有好的火彩。,天然宝石色散值,五、多色性,多色性：是描述某些双折射彩色透明宝石中看到不同方向性颜色的通用术语，它包括二色性和三色性。,2.二色性和三色性一轴晶宝石有两个方向性颜色称二色性；二轴晶宝石有三个方向性颜色，称为三色性。,3.多色性的作用1）明显级多色性，对鉴定有帮助；2）显示多色性的宝石，必定具有双折射；3）宝石加工中，多色性宝石加工中必须正确取向。,六、宝石的特殊光学效应,星光效应猫眼效应变彩效应砂金效应变色效应,1.星光效应,星光效应是由几组定向排列的针管庄包体对光的反射所造成。能显示星光效应的宝石有红宝石、蓝宝石、铁铝榴石、尖晶石、透辉石、芙蓉石等。,星光红宝石,星光蓝宝石,既有六射星光又有四射星光的尖晶石,2.猫眼效应,弧面型的某些宝石表面出现的从这一头到另一头的明亮光带，这条亮带由来自平行定向的反射光产生。,宝石具备以下条件时便可产生显著的猫眼效应：具有一组平行且密集的内含物，通常是管状或针状体。弧面形宝石的底面与针状包体平行。具有猫眼效应的宝石有金绿宝石、碧玺、绿柱石、磷灰石、石英、方柱石、红柱石等，其中以金绿宝石产生的猫眼效果最佳.,3.变彩效应,指光线从薄膜或从欧泊所特有的结构中反射出，经过干涉或衍射作用而产生的颜色或一系列颜色,4.砂金效应,半透明的单晶宝石中含有片状包裹体，当光照射时因反射作用而闪闪发亮。这种现象称为砂金效应。日光石内含有大量的赤铁矿小薄片或水晶中有无数绿色云母片，在光照射下，光亮闪闪。,5.变色效应,在日光和灯光下观察，出现不同的两种颜色，日光下呈现绿色，灯光下呈现红色。这种现象称为变色效应。变石在蓝光充足的日光下呈现绿色，在红光充足的烛光中呈现红色。,日光灯下呈绿色，白炽灯下红色,七、发光性,1.发光性：一些宝石矿物能在X-射线或紫外线照射下发射出并呈现一定颜色的可见光的现象。宝石的发光性是由于宝石矿物的原子或离