宝石学证书班——关于宝石仪器.doc

二、宝石仪器1. 简述偏振光在宝石鉴定仪器中的应用原理操作目的偏光镜正交偏光，检验在两正交偏光镜片之间透明宝石的光学性质，利用双折射宝石能把入射光分解成两互相垂直的偏振光的性质。旋转上偏光片使得视域变得最暗；宝石的亭部向下放置在载物台上；一边转动载物台，一边观察样品的消光现象。防止刻面型宝石的全内反射作用，获得最明显的消光现象，以便观察。锥光镜聚光透镜锥形的光柱，造成穿过宝石样品的光程差不同，造成围绕光轴的不同干涉色形成的图案。在正交的偏光镜中不断地转动样品，寻找到干涉色，在干涉色最为浓集的位置放置干涉透镜。使样品的光轴方向大致与偏光镜的光路平行。二色镜把透过宝石的两偏振光分开，并使之可以并排地进行观察，确定宝石的光性特征。一边观察，一边转动二色镜360，然后转动样品90，再重复前面的动作。使样品的偏振光的振动方向与二色镜平行，并检验是否有三色性。折射仪利用双折射宝石两偏振光互相垂直的特点。用转动偏振片交替地消除其中一条边界。加强观察的效果。2.举例4种现代分析仪器在宝石鉴定中的应用基本原理应用和举例紫外可见光光谱仪测定宝石对可见光的吸收特征，由电子跃迁引起。宝石颜色成因的研究和鉴定；黄色钻石595nm指示颜色为辐照+退火处理成因。红外光谱仪测定宝石对红外光的吸收特征，由分子振动引起。鉴定合成、优化处理、宝石品种等，翡翠B货具有强的2850,2920,2980,3050 cm-1的红外吸收，未经处理的则没有。拉曼光谱仪光子与分子振动的能量交换形成的非弹性散射。测定微区的物相鉴定，内部的包裹体的物相鉴定，在鉴定合成、优化处理、宝石品种，尤其是宝石产地的鉴定上可以发挥重要的作用。电子探针高能聚焦的电子束激发出样品微区的X-荧光。测定样品的化学成分，优点是可以测定微区的化学成分，鉴定出露到表面的包裹体。例如根据样品含有Pb，Mo等化学元素判断样品为助熔剂合成的红宝石。X-荧光光谱仪高能的射线（X-光，射线等）激发样品的X-荧光测定样品的化学成分，优点是准确度比较高，例如根据钻石样品含有Ni，Fe等化学元素判断样品为HPHT的合成钻石。阴极发光仪高能电子束激发样品的可见光荧光。激发样品的荧光，具有亮度高、适用性广的特点。主要用来鉴定合成钻石，HPHT合成钻石具有沙漏状的发光区，黄绿色荧光，CVD合成钻石具有橙色荧光，细层状纹理。电子显微镜聚焦的高能电子束扫描样品的表面，被样品反射，或者透射样品。观察样品的超显微结构，用来研究宝石的结构特征，例如欧泊具有的球状结构，这种结构导致了欧泊的变彩。3.说明用宝石折射仪测量一碧玺抛光平面时可能出现的各种情况。转动样品360，折射率的变化特点宝石学意义与光轴平行的切面高值的阴影边界不动，低值的阴影边界变化，有两个位置两条阴影边界重合，或者说低值的阴影边界从最小值一直变化到最大值。可以确定样品为一轴晶、负光性。与光轴垂直的切面高值和低值的两条阴影边界都不变。可以确定样品为一轴晶，但不能确定光性符号。与光轴斜交的切面高值的阴影边界不动，低值的阴影边界变化，但是两阴影边界不重合，或者说，低值的阴影边界可以从最小值变化到某一较大值。样品为一轴晶或者二轴晶的垂直或者方向切面的折射率。所以严格地说不能确定样品的光性特征。4.除折射仪外，给出三种方法或手段获取宝石的折射率值。方法操作步骤显微镜法显微镜上粘好微标尺，用最大放大倍数对焦到样品的顶面，记下刻度；再对焦到样品的底部，记下刻度，计算出两刻度的差值K。测量出样品顶部和底部的真实距离H，近似折射率=真实距离H/两刻度的差值K。浸油法在显微镜下观察浸泡在已知折射率的浸油中的宝石样品，把样品的腰围调到正对镜头的方向，或观察正对镜头的面棱，提升镜头，看到一条亮线说明样品的折射率浸油的折射率；若看到一条黑线，说明样品的折射率浸油的折射率。反射率法利用反射仪测量宝石抛光平面的反射率，对于透明宝石样品，样品的折射率与反射率具有联系：反射率R=（n-1）/（n+1）2。光泽法宝石的光泽根据折射率的大小从金刚光泽、亚金刚光泽、亮玻璃光泽、玻璃光泽，可以根据样品的光泽目视估计样品的大致折射率。5.描述以下宝石在紫外灯下的不通特征，并说明原因。（1）镶嵌了许多CZ的首饰和镶嵌了许多小钻石的首饰；（2）镶嵌了蓝色蓝宝石和热处理蓝宝石的首饰；（3）镶嵌了无色蓝宝石和焰熔法合成无色蓝宝石的首饰；（4）镶嵌了黄色方柱石和黄色水晶的首饰；镶嵌了许多CZ的首饰镶嵌了许多小钻石的首饰LWUV首饰上的宝石呈现亮度和颜色都比较均一的黄色荧光。首饰上的宝石呈现亮度和颜色差异很大的荧光。原因无色CZ的化学成分、生长条件比较一致，导致荧光的颜色和强度比较一致。天然钻石的形成条件、N集合体的种类和浓度差异大，导致荧光的差异也很大。天然蓝宝石热处理蓝宝石紫外荧光，长波和短波首饰上的宝石没有荧光或者呈现弱的暗红色荧光。首饰上的宝石呈现蓝白色荧光，而且不太均匀，短波更为明显。原因蓝宝石Fe3+含量高使荧光淬灭，含量低，并含有少量Cr的出现暗红色荧光。蓝宝石经过热处理Fe3+含量减少，晶体在高温下产生应力，导致蓝白色荧光。无色蓝宝石合成无色蓝宝石紫外荧光，短波首饰上的宝石没有荧光或呈现弱的橙色荧光。偶有亮黄色荧光。首饰上的宝石呈现中等强度的蓝白色荧光。原因无色蓝宝石一般缺少致色剂。无色合成蓝宝石为焰熔法合成，具有很大的内应力，晶格缺陷多，可导致荧光。黄色方柱石黄色水晶紫外荧光，长波首饰上的宝石呈现浅红橙色荧光。首饰上的宝石没有荧光。原因浅红橙色荧光可能与方柱石的F-阴离子的含量有关。黄色水晶多由紫晶加热形成的，其中含有的Fe3+是荧光的淬灭剂。6.简述滤色镜的工作原理及宝石学用途，指出下列宝石在滤色镜下观察到的颜色；东陵石 水钙铝榴石 方钠石 合成青金岩 海蓝宝石 蓝色托帕石（1）原理：只让深红色和黄绿色光通过，改变宝石的透射光的光谱组成，形成视觉上的颜色变化。（2）用途：区别宝石种（识别仿制品），识别染色宝石、处理宝石及合成品，并举例。（3）宝石的滤色镜反应：东陵石水钙铝榴石方钠石合成青金岩海蓝宝石蓝色托帕石绿色包裹体变红绿色的色斑部分变红变红，深红色变红，非常明显不变，色调没有明显的改变色调改变成黄绿色7. 重液在宝石鉴定中的作用及注意事项。（1）重液的组成（什么是重液）（a）三种试剂：溴代萘1.47，三溴甲烷2.89，二碘甲烷3.33；（b）四种重液：2.65比重液：溴代萘+三溴甲烷；2.89比重液：三溴甲烷；3.05比重液：三溴甲烷+二碘甲烷；3.33比重液：二碘甲烷；（2）重液的作用：a测量相对比重：宝石依次放入比重值从大到小的重液中，宝石上浮说明密度小于比重液、下沉说明宝石的密度大于比重液，宝石的密度介于这两种重液的密度之间。b测量准确比重：把宝石放入某一重液，如果宝石上浮，则不断地加入少量密度小的重液，并且不断搅拌，直到宝石悬浮在重液中，通过折射率或者其他方式测定重液的密度，得出宝石的准确密度。c测量近似折射率：如果已知重液的折射率，如二碘甲烷的折射率1.74，根据贝克线原理判断宝石折射率与重液折射率的相对大小。d用作浸油：选取折射率与宝石比较接近的重液，把宝石浸泡在重液中，由于重液折射率与宝石的折射率差值变小，折射角变小或者几乎消失，使得光线能够近于直线地穿透宝石样品，宝石的内部特征会显示得更为清晰。（3）重液注意事项:a测定相对密度的操作：由大到小依次放入，每步都要清洗样品、镊子，防止污染；b环境健康：通风要好，操作时要注意不要吸入过多的气体；c保存：阴暗、放置铜丝，防止重液分解、重液值变化。8. 说明偏光镜结构、工作原理，并用其原理解释所能见到的现象，并说明使用注意事项。（1）说明偏光镜结构：略；（2）工作原理：正交偏光、双折射宝石、振动方向平行上下偏光片为暗、45斜交为亮。（3）三个正常消光现象和异常消光描述和解释：全消光正常消光集合消光异常消光转动样品360，样品呈全暗。转动样品360 ，样品呈四明四暗。转动样品360 ，样品呈全亮。样品呈黑十字、黑白相间的条带、斑状晕彩，以及四明四暗。单折射样品双折射样品，振动方向与上下偏光片平行时暗，呈45 斜交时为亮。随机排列的双折射晶体，消光角互相抵消。单折射样品由于内应力的原因造成样品具有微小的双折射。一轴晶干涉图二轴晶干涉图带有同心色圈的黑十字，或者中空的黑十字（为水晶的特征干涉图）。带有同心色圈的黑臂。（5）使用注意事项：a不适合于不透明宝石；b不适合于裂隙很多的宝石；c圆刻面型宝石要朝上放置，以保证光线能够透过宝石；d注意均质体的多晶集合体的假集合消光现象。9. 简述破坏性的宝石鉴定方法及其应用。原理使用方法注意事项热针法加热宝石的局部，使易挥发的充填物挥发和渗出。选样品不显眼的位置，在显微镜下把热针靠近样品，观察样品表面是否“出汗”。不易长时间加热样品。硬度法测定样品的刻划硬度。选择样品的不显眼位置，放大观察表面状态，用硬度笔刻划样品，擦掉粉末再放大观察样品表面是否留下划痕。不能太用力刻划。试剂法根据样品的化学反应判断样品的性质。选择样品的不显眼位置，滴上试剂或用棉球蘸试剂后擦拭样品，观察样品是否出现气泡、棉签是否染色。观察后要马上清洗样品。条痕测试法观察样品粉末的颜色。用样品在白色的瓷板上划一小道，观察瓷板上留下的粉末的颜色。作用有限，只用来鉴别赤铁矿与仿赤铁矿。10. 试述折射仪中可出现的几种特殊现象，还有哪些因素可导致错误读数的情况。（1）特殊现象有：假均质：双折射率很小的宝石，两条阴影边界不易分开，象只有一条阴影边界，如磷灰石、符山石。双折射率过高，有一条超限：菱锰矿的双折率0.22，低值1.60，高值1.82超出折射仪的测量范围，在转动宝石的过程中，高值边界会突然不见，如不注意，会导致错误的数度。假一轴晶：有些二轴晶的宝石（如托帕石、金绿宝石、柱晶石等）的Nm与Np，或者Ng差值很小，折射率的变化很像一轴晶。特殊切面方向（一轴晶、二轴晶）一轴晶垂直光轴的刻面：转动宝石两条阴影边界不变；二轴晶平行两条光轴的刻面：转动宝石360，有两个方位只有一条阴影边界，其值为Nm。二轴晶垂直Np或者Ng的刻面：转动宝石一条阴影边界不变，另外一条变化，类似一轴晶宝石的任意刻面的折射率模式。（2）导致错误读数的情况有：接触油过多：过多接触油时密度较小的宝石会浮起，使得刻面与棱镜不平行，导致错误的读数。光源：当采用白光为光源或者光源的单色性不好时，阴影边界带彩色边，测不到准确的数值。标尺系统误差：由于各种机械物理的原因，标尺的位置发生了移动，需要用已知折射率的样品（如水晶）检验。样品状态：如果样品的被测面不够平整，具有一定的弧度，也会导致读数的差异。棱镜状态：棱镜表面磨损严重时，不能获得清晰的阴影边界，导致读数的差异。11.如何调节和使用宝石显微镜？详细论述宝石显微镜的用途和作用，并指出宝石显微镜的拓展功能。（1）显微镜的调节和使用a. 显微镜的调节：焦距调节，目镜焦距调节，目镜的间距调节；b. 使用：照明方式（暗域照明、亮域照明、顶光照明）；放大：倍数从小到大；宝石夹持：转动宝石观察不同的位置，分辨内含物和外部灰尘。（2）宝石显微镜的用途和作用a. 观察内部特征：区别天然和合成/处理宝石/优化宝石/再造宝石/拼合宝石/仿制品，举例。判断宝石的净度，举例。b. 观察外部特征：识别充填处理、拼合处理，举例；识别宝石的切工，举例；判断钻石的净度，举例；判断钻石的色级，较小的钻石在放大条件下更易于比色。（3）宝石显微镜的拓展功能：测宝石的近似折射率，加游标尺；观察宝石的光性特征，加偏振片，可观察宝石多色性、消光、干涉图等；测小宝石的光谱，在目镜筒上放置分光镜；显微照相，在显微镜目镜或专用照相目镜上拍摄宝石的内含物照片。12. 什么是红外光？什么是红外光谱？如何测定宝石的红外光谱？在宝石鉴定中有哪些作用？（1）红外光： 波长在0.78-1000微米，或者波数在10-12820cm-1范围的电磁波；（2）红外光谱：组成物质的分子对红外光吸收的特征，通常展示成以吸收度或透过率为纵坐标，波长或波数为横坐标的图表，通常分为远红外、中红外和近红外三个部分，其中中红外光谱是鉴定分子结构最常用的红外光谱。（3）测试方法：透射法，红外光直接透过宝石样品；反射法：红外光照射在样品的表面，收集经过样品表面反射的红外光。粉末法：把样品磨成粉末后与溴化钾一起压制成片，然后测定透射压片的红外光谱。（4）红外光谱的应用应用测试方法测试结果解释 鉴定翡翠B货透射法有强的2850,2920,2960,3050cm-1的吸收峰。鉴定浸蜡翡翠透射法有强的2850,2920,2960cm-1的吸收峰。鉴定处理绿松石粉末法有强的2850,2920,2960,3050cm-1的吸收峰。鉴定助熔剂合成宝石透射法没有3300-3800cm-1的吸收峰。鉴定水热法合成宝石透射法具有较强的3300-3800cm-1的吸收峰。鉴定焰熔法合成宝石透射法具有明显的3466,3510cm-1的尖锐吸收峰。鉴定合成钻石透射法b型的N集合体，1130cm-1的吸收峰。鉴定不透明宝石反射法各种特征的400-1200cm-1的指纹吸收峰。13.折射仪和偏光镜有何局限性？为克服局限性两种仪器如何配合使用？说出下列宝石用折射仪和偏光镜的测试结果：水晶、玉髓、镁铝榴石、锆石、橄榄石（1）折射仪局限性：（a）折射率测不准和测不到：仪器的测量范围，样品的表面状态。（b）光性无法判别：集合体、双折率很小、假一轴晶、特殊切面等，可以用偏光镜配合。（2）偏光镜局限性：（a）测不到消光：不透明、多裂隙宝石，用折射仪配合鉴定。（b）异常双折射无法判断：四明四暗，用折射仪配合鉴定。（3）配合使用：（a）折射仪：解决多裂隙宝石、不透明宝石和异常双折射；（b）偏光镜：解决假一轴晶、特殊切面及确定多晶集合体。（4）5种宝石的测试结果：偏光镜折射仪水晶正常消光，一轴晶牛眼干涉图。No：1.545，Ne：1.553，一轴晶正光性。玉髓集合消光（全亮）。点测法1.55。镁铝榴石全消光或异常双折射。1.74，均质体。锆石正常消光，一轴晶干涉图。负度数。橄榄石正常消光，二轴晶干涉图。Np：1.645，Ng：1.680，二轴晶。14.怎样利用珠宝折光仪在宝石的任一抛光平面上测量出No和Ne或者和。（1）挑选测试面和定位，1分；选择最大的抛光平面、长轴和折射仪的棱镜长轴平行，作为0方位。（2）测试第一组数据，按大小分开记录，1分；（3）每转动宝石45，测试一组数据，分大值和小值排成两列，2分；转动角度 大值 小值0 1.620 1.64045 1.625 1.64090 1.630 1.640135 1.640 1.640挑选小值一列的最小值，大值一列的最大值分别为No和Ne或者和，1分。（4）分析判断一轴晶的光性：如果有一列折射率值不变，并在某一角度有共同值，则为一轴晶。不变的折射率为No，变化的折射率的最大值（正光性）或者最小值（负光性）为Ne，1分；如果没有共同值，换个刻面测试，判断是否为一轴晶：假如测到和不变的数值一样的折射率，则是一轴晶，如果没有测到，则是二轴晶的特殊切面，1分；如果大值和小值的折射率都不变，则是垂直C轴的刻面，大值和小值是No或者Ne，不能确定，需要换个刻面测试折射率，判断到底是大值或者是小值为No，1分。判断二轴晶的光性：如果大值和小值两列的数值都是变化的，则为二轴晶。小值一列的最小，大值一列的最大分别为和，1分。15. 阐述两种分光镜的工作原理，各自的特点以及分光镜在宝石鉴定中的使用和应用。（1）原理和特点：棱镜式光栅式工作原理玻璃棱镜色散率产生的色散作用。光栅衍射造成的色散作用。光谱展布红区压缩、紫区扩展。光谱均匀。光谱的亮度对入射光利用率较高。对入射光利用率小于50%。适用性紫区的分辨率高，但光谱较暗，红光区明亮，但分辨率较低，染色翡翠的光谱容易看到。红区相对较暗，染色翡翠的光谱不易看到。（2）测试方法的描述：透射法：光线透过宝石进入分光镜，适合各种琢型的颜色较深、尺寸较大的宝石；内反射法：光线经刻面宝石的亭部透射入宝石，再经台面的反射从亭部的另一边折射出来进入分光镜，适合颜色浅的刻面宝石。表面反射法：光线经过宝石表面的反射后宝石进入分光镜，适合与不透明颜色较深的宝石；（3）应用描述：识别致色元素：Cr通常有典型的红光区的细线，Fe3+通常在蓝紫区有窄带。鉴定宝石品种：红宝石、铁铝榴石、橄榄石等都有固定的光谱模式（图示）。鉴定合成宝石：有些合成宝石的致色剂与天然宝石不同，例如合成变色蓝宝石是V致色，有472nm的细线。鉴定处理宝石：彩色钻石595nm的吸收线是辐照+退火处理的标志。鉴定优化宝石：热处理蓝色蓝宝石缺失450nm吸收线。鉴定人造宝石：有色玻璃常用稀土做致色剂，具有从红到紫整个光谱区间分布的细线、窄带。鉴定宝石产地：根据蓝宝石是否有强的450nm的吸收带，可以鉴别出玄武岩成因的蓝宝石。16. 什么是多色性？给出观察多色性仪器的特点和应用。（1）多色性：双折射的晶体对不同振动方向的偏振光具有不同的选择性吸收，因此造成不同振动方向的偏振光具有不同的颜色，同时导致在不同方向上观察晶体时出现不同颜色的现象。（2）冰洲石式和偏振片式工作原理特点（结构）操作方法注意事项冰洲石式利用冰洲石双折率大，使得两互相垂直的偏振光分别在两个并列的窗口显示，每个窗口只显示一个方向的偏振光。形成样品的重影，可对比样品的相同部分的颜色。样品靠近二色镜窗口，一边观察一边转动二色镜和样品寻找多色性。样品是有色的透明宝石；使用白色自然光；要从不同的方向测试样品；要比较样品的相同位置或避开色带。偏振片式用互相垂直的两块偏振片作为窗口的两个部分，每一部分只允许一个方向振动的偏振光通过。只能对样品的不同部分的颜色进行比较，易受到样品颜色不均的影响。偏光镜用一个方向的偏振片，只允许一个方向振动的偏振光通过。多色性不能同时呈现。快速转动样品，记住不同转动角度的颜色。（3）宝石学应用：a. 鉴别非均质的宝石：如果样品有多色性，表明样品为双折射；b. 鉴别二轴晶：如果样品有三色性，表明样品为二轴晶；c. 帮助宝石的定向：例如是红宝石的戒面的台面垂直c轴；d：识别处理宝石：有些经热处理的宝石的多色性具有特征，例如热处理的坦桑石无三色性；e. 识别合成宝石：合成红宝石戒面通常无定向切磨，在台面可见多色性。17. 举例说明透视效应、热针触探、红环效应、硬度笔刻划等简单测试的应用。原理使用方法和步骤注意事项举例透视效应根据圆明亮式琢型的无色宝石的漏光与否，识别仿钻。样品台面向下压在白纸的黑线上，从底尖方向观察，判断是否能看到黑线，能看到黑线为仿钻。琢型的比率不佳不能使用这一方法。识别CZ仿钻，可看到橄榄形的黑线。热针法加热宝石的局部，使易挥发的充填物挥发和渗出。选择样品不显眼位置，在显微镜下将热针靠近样品，观