宝石鉴定仪器.doc

1、第 13 章宝石鉴定仪器13.1 折射仪13.1.1折射仪原理所有的折射仪均是根据光的全反射原理制成。当光线从光密介质射入光疏介质时，总是折离法线，入射角小于折射角。增加入射角达到某一定数值时，光线会从两介质的接触界面穿过，此时折射角等于900，所对应的入射角为全反射临界角。如果再增加入射角，光线将按反射定律返回原介质，即发生了全反射（图10-1 ）。图 10-1光的全反射及临界角图 10-2标准型折射仪外观全反射原理：所有以小于临界角的角度与界面相遇的光线将进入光疏介质；所有以大于临界角的角度与界面相遇的光线将返回光密介质。13.1.2折射仪的结构标准型折射仪的外观和结构如图10-2 、 1

2、0-3 所示。主要组成部分有：半球形棱镜：用高折射率的铅玻璃制成，折射率可以达到1 96 ，但是铅玻璃的硬度比较低，易于磨损变形，使用时要特别小心。金刚石和立方氧化锆棱镜的硬度高，但是色散也高，需要同时使用单色光光源。单色光光源：一般使用钠光源或发黄光的二极管。内标尺：可以直接从标尺上读出宝石折射率，读数精度0.01 。三角形棱镜：改变光传播方向。一组透镜：放大图象。10.3标准型折射仪结构10.4折射仪的亮区与暗区在使用标准型折射仪时，必须使用折射液，以保持宝石和半球形棱镜之间良好的光学接触。有许多液体可以使用，一个重要的条件是折射液的折射率必须大于待测宝石的折射率。常用的有二碘甲烷（折射率

3、1.742 ）；二碘甲烷+ 溶解硫（折射率1.78 ）；二碘甲烷+溶解硫 + 四碘乙烯（折射率 1.81 ）。在折射仪中，棱镜相当于光密介质，待测宝石相当于光疏介质。折射仪上未放宝石时，从目镜中可以看见一条明亮的光带，放置宝石后，光带被阴影边界分为暗区和亮区（图10-4 ）。暗区：与折射的光线所对应；亮区：与全反射的光线所对应；阴影边界：与临界角的数值相对应。临界角的数值取决于相接触的两介质的折射率。折射仪棱镜的折射率一定，临界角的数值由宝石的折射率决定。13.1.3折射仪用途测定宝石的折射率；确定单折射宝石和双折射宝石；测定双折射宝石的最大折射率；确定一轴晶宝石和二轴晶宝石及光性符号。13.

4、1.4测定步骤仔细清洗宝石和棱镜；在棱镜中央滴一滴折射液；从目镜中观察折射液的阴影边界位置；将待测宝石台面向下放在金属台上，在轻轻推到棱镜上；从目镜中观察，找出阴影边界位置，旋转宝石，观察阴影边界特征；旋转宝石，读出最大折射率；再旋转宝石，读出最小折射率。最大折射率与最小折射率的差值13.1.5结果解释 单阴影边界，且旋转宝石360 o 没有变化。待测宝石为单折射宝石。 双阴影边界，旋转宝石360 o ，其中一条阴影边界向上或向下移动，另一条固定不动。待测宝石为一轴晶宝石。如果大值移动，小值不动，则N e N o，宝石为一轴晶正光性；如果小值移动，大值不动，N e N o，宝石为一轴晶负光性。

5、 双阴影边界，旋转宝石360 o ，两条边界都固定不动，待测宝石为一轴晶宝石，而且所测刻面垂直光轴。此时两条边界读数的差值，为一轴晶宝石的最大双折射率。 双阴影边界，旋转宝石360 o 都移动，待测宝石为二轴晶宝石。旋转宝石360 o，如果大值移过半路程点，则N g N m N m Np宝石为二轴晶正光性；如果小值移过半路程点，则N g N mN m Np ，宝石为二轴晶负光性。13.1.6获得精确读数应注意的问题要使用单色光光源，并保证有足够亮的照明；将宝石和棱镜清洗干净，保证两者之间良好的光学接触；折射液用量要合适；太小或严重划伤、磨损的刻面不能获得精确读数；折射仪被严重划伤或畸形，不能获

6、得精确读数；宝石折射率大于折射油，仅有的阴影边界是折射油的；眼睛的位置要正确，不能偏上或偏下。表面有涂层的宝石要重新抛光后才能测定。13.1.7折射仪的局限性折射仪的工作上限为1.81 ，因此无法测定折射率大于1.81 的宝石；不能测未抛光的原石；不能区分天然宝石与合成宝石；不能测定某些人工处理的宝石。13.1.8点测法测定近似折射率如果宝石抛光不好，刻面太小或为弧面形琢型，可以用点测法测定近似折射率。方法如下：将宝石和棱镜清洗干净；将少许折射液滴在棱镜边的金属台上，取待测宝石沾一点折射业液后，放在棱镜上；眼睛离目镜 30-40cm ，可以观察到圆形或椭圆形液泡；上下移动眼睛，使明暗分界位于液

7、泡中央，在明暗分界处读数，即得到宝石近似折射率。13.2 分光镜13.2.1分光镜的原理分光镜是利用宝石对可见光部分波长的单色光的选择吸收的原理制成。利用色散元件把通过宝石的光予以分解，则被吸收的部分就会在光谱中表现为间断，由此构成具有黑色吸收带或吸收线的光谱。不同的宝石致色因素不同，并且在光谱中有不同的吸收位置，形成不同的吸收光谱特征。根据吸收光谱特征就可以鉴定宝石。13.2.2分光镜的类型、结构及光谱特征13.2.2.1 棱镜式分光镜结构由一组棱镜列组成，如图10-5 。棱镜可以把通过宝石的光线予以分解，一般使用35 个棱镜，以获得比较直的光路。在分光镜的一端设计有狭缝，接受来自宝石的光线

8、。狭缝越窄，则进入宝石的散杂光线越少，光谱越清晰。光谱特点棱镜式分光镜可以产生明亮光谱，但是红光区的颜色和谱线比较密集，使红光区的分辨率差。图 10-5 棱镜式分光镜结构示意图13.2.2.2光栅式分光镜结构光栅式分光镜使用光栅分解通过宝石的光线。结构如图10-6 。光谱特点光栅式分光镜产生的光谱各色区分布均匀，红光区的分辨率比棱镜式分光镜好。但是需要强光源。图 10-6 光栅式分光镜结构示意图13.2.3分光镜的照明方式透射法：光线直接透过宝石，进入分光镜狭缝。适用于颜色较深的宝石。反射法：光线从宝石表面反射出来，进入分光镜狭缝。适用不透明宝石。内反射法光线进入宝石之后又反射出来，进入分光镜

9、狭缝。适用于颜色较浅的宝石。13.2.4分光镜的适用范围和局限14.2.4.1 适用范围分光镜适用于鉴定有色并且具有特征吸收光谱的宝石；可以测定原石；可以测定高折射率的宝石。因此，分光镜弥补了折射仪在宝石鉴定中的某些局限性，有更广泛的应用范围。13.2.4.2 局限性无色宝石中除了钻石、锆石、顽火辉石之外，一般没有特征吸收光谱，因此，分光镜对大多数无色宝石的意义不大。13.2.5分光镜的主要用途帮助鉴定宝石以及宝石定名；帮助区分某些天然宝石与合成宝石；帮助区分某些人工处理的宝石；帮助确定宝石中的致色元素。13.3 偏光镜只在与传播方向垂直的单一平面内振动的光称为平面偏振光，简称偏光。偏振片是一

10、种晶体材料，它能够通过双折射以及选择吸收作用，只允许沿特定方向振动的光波通过。普通非偏振光通过偏振片，就转变为偏振光。13.3.1偏光镜的结构与原理偏光镜的结构如图10-7 所示。它是由上下两个偏振片以及光源组成。调整偏光镜的偏振片，使上下偏振片的振动方向处于正交位置，此时视域黑暗。当上下偏振片之间放置光性均质宝石时，宝石为全消光；当上下偏振片之间放置图 10-7 偏光镜的结构示意图光性非均质宝石时，转动宝石360 0C，宝石出现四次消光；当宝石处于消光位时，宝石的光率体椭圆半径与上下偏光镜的振动方向一致。13.3.2偏光镜的用途区别光性均质宝石与光性非均质宝石；区别一轴晶宝石与二轴晶宝石；确

11、定一轴晶宝石与二轴晶宝石的光性符号。13.3.3测试步骤清洗宝石；调整偏光镜的偏振片，使上下偏振片处于正交位置，此时视域黑暗；将宝石放在下偏振片上面的玻璃罩上，旋转宝石，观察消光现象；使用聚光透镜和石英楔子，观察宝石干涉图的特点。13.3.4结果解释宝石在所有测试方向全部消光，则为单折射宝石；宝石在所有测试方向全亮，则为多晶质宝石；转动宝石360 0 C，宝石出现四次消光，则为双折射宝石。干涉图由黑十字加同心圆状色圈组成，为一轴晶宝石；干涉图由黑十字加横“8 ”状色圈组成，为二轴晶宝石。13.3.5注意问题发育有聚片双晶的宝石在正交偏光镜间可能全亮，应注意与多晶质宝石区别。有些单折射宝石可能会

12、出现异常双折射现象。所谓异常双折射，是指在正交偏光镜间，某些单折射宝石的一种双折射的假象，是材料形成过程中的结构应变所致。能观察到异常双折射的材料有玻璃、塑料、石榴石、钻石、合成尖晶石等。异常双折射在正交偏光镜间表现为格子状、斑纹状的消光条纹。某些红色的石榴石也可能出现四次消光，此时，用二色镜观察，红色的石榴石不具有多色性，红宝石有多色性。13.3.6偏光镜的局限性偏光镜可以方便快捷的区别单折射宝石与双折射宝石以及多晶质宝石。但是，不能用来测试不透明宝石以及瑕疵、包裹体太多的宝石，否则，会出现不能解释的现象。13.4 二色镜13.4.1原理当光线射入非均质体宝石时，除了沿光轴方向入射外，其它方

13、向的入射光都要发生双折射，分解成为振动方向互相垂直、传播速度不同的两组偏光，非均质体宝石对这两组偏光的选择吸收以及吸收强度不同，因此，非均质体宝石出现颜色随方向而变化的多色性特征。一轴晶宝石有两个主要的颜色，分别与常光No 和 Ne 的振动方向相对应，称为二色性；二轴晶宝石有三个主要的颜色，分别与Ng 、 Nm 、 Np 的振动方向相对应，称为三色性。13.4.2结构除了强多色性的宝石肉眼就可以观察到多色性以外，许多情况下要借助于二色镜。常用的二色镜为冰洲石二色镜，它由冰洲石菱面体、玻璃棱镜、通光窗口和目镜组成（如图10-8 ）。冰洲石有极高的双折射率，可以把透过宝石的两组偏光再次分解，使之并

14、排出现在窗口的双影像中。均质体宝石在两个窗口的颜色相同。非均质体宝石在两个窗口的颜色不同。图 10-8二色镜结构示意图A 冰洲石菱面体；B 玻璃棱镜；C 目镜； D 通光窗口13.4.2用途二色镜是一种辅助鉴定仪器，可以区分均质体宝石与非均质体宝石。因为只有非均质体宝石才具有多色性，而且当透过宝石的两组偏光与透过冰洲石菱面体的两组偏光的振动方向平行时，宝石的多色性最明显。但是，应该注意的问题是：非均质体宝石沿光轴方向观察时不显多色性，当透过宝石的两组偏光与透过冰洲石菱面体的两组偏光的振动方向相交45o 时，宝石不显多色性。因此，要多观察几个方向。要使用自然日光光线。此外在加工透明的有多色性的宝

15、石时，二色镜可以帮助确定合适的切磨方向，以使最好的颜色从台面显示出来。但是不能用于无色宝石。13.5 10倍放大镜和宝石显微镜13.5.1 10 倍放大镜宝石放大镜小巧灵活，是宝玉石鉴定工作必备的仪器之一。主要用于观察宝石的内部和外部特征，包括单形、双晶、生长纹、解理、裂理、断口、包裹体、切工比例等。手持式放大镜一般是由两个或三个双凸透镜组成。放大倍数有10倍、 20倍不等。其中以 10倍最为常用，而且是国际上钻石净度分级的标准工具之一。钻石的净度分级以钻石内部瑕疵的种类、明暗度、位置、大小、数量为主要标准，而每一个级数之间的微小差距通常均以10倍放大镜下的观察为主。13.5.2 宝石显微镜在

16、宝石学中，显微镜一般可用来放大观察宝石内部和外部特征，是区分天然宝石、合成宝石及仿制宝石的重要仪器。13.5.2.1 宝石显微镜的结构宝石显微镜是由双目目镜、可变倍物镜、显微镜支架和底光源、顶光源等部分组成。放大倍数可从10倍至 70倍。与一般显微镜所不同的是，宝石显微镜设计有光源，可以产生亮域或暗域照明，并配有顶光源以及特殊的宝石夹子（图 10-9 ）。13.5.2.2 宝石显微镜的照明方式宝石显微镜的照明方式有暗域照明法、亮域照明法和垂直照明法。暗域照明法图10-9宝石显微镜结构示意图1 调焦螺旋；2附加透镜；3宝石夹；4 浸油盘用无反射黑色遮光板挡住底光源，使底光源的光不能直接射向宝石，

17、而是经过半球形的反射器反射后，再从侧方向射向宝石。在黑色遮光板的黑暗背景下，宝石中的包裹体会显得十分清晰。这是最为常用的照明方法。亮域照明法 : 撤去遮光板，使底光源的光线直接射向宝石。这种照明方式有利于色带、生长纹等低突起包裹体的观察。垂直照明法 : 关掉底光源，只使用顶光源，光线从宝石表面反射以后进入镜筒。这种方法，适用于观察宝石表面和近表面的特征，适于检测不透明至微透明宝石。13.5.2.3 宝石显微镜的用途宝石显微镜的用途是将宝石表面和内部特征进行放大观察。如果再配有偏光片、浸油槽、照相机、测微尺等附件，则可以扩大其应用范围。观察宝石的表面特征 : 包括宝石表面的刻痕、蚀象、破损、拼合

18、面( 气泡、光泽差异 ) 等。观察宝石的内部特征 : 包括包裹体的种类、形态、数量以及双晶面、生长纹、色带等。观察刻面棱重影 : 主要指高双折射率的宝石，如锆石、橄揽石等的刻面棱重影现象。近似折射率的测定 : 如宝石为晶体碎块、无光滑平面供折射仪测试时，适的浸液，测得宝石的近似折射率。主要方法有贝克线法、柏拉图法和直接测量法。可在显微镜下使用合13.6 天平和宝石相对密度的测定13.6.1 宝石相对密度的精确测定宝玉石的相对密度是鉴定宝石的重要参数之一。天平不仅可以用来称量宝石的重量，而且用来测试宝玉石的比重。利用电子天平称出宝玉石在空气中的重量W1和在水中的重量W2，则宝石相对密度即可根据阿

19、基米德定律并用下式计算得出：SG=W 1/W 1-W 2这种方法称为静水称重法。静水称重法可以精确测定形态不规则的宝石的相对密度。但是，多孔的宝石如欧泊、绿松石等不宜进行比重测定。宝石的重量如果太小（3ct ），可能的误差会随宝石重量的减少而增加。因此太小的宝石不宜使用此方法测定相对密度。13.6.2 重液法测定宝石的近似相对密度使用一组不同密度的重液快速测定宝玉石近似相对密度的方法称为重液法。13.6.2.1 重液的种类重液法常用的重液有 : 三溴甲烷（稀释）：密度为2.65g/cm 3 。用溴奈或甲苯稀释三溴甲烷制成。 三溴甲烷：密度2.89g/cm3， 二碘甲烷（稀释）：密度3.05g/

20、cm 3 二碘甲烷，密度3.33g/cm 3。液体 是用甲苯（密度=0.87 g/cm 3）或溴奈（密度=1.49/cm 3）稀释三溴甲烷制成。两种液体以一定的比例充分混合直到可以使透明的水晶保持自由悬浮为止。液体是二碘甲烷和三溴甲烷的混合液，这两种液体以一定的比例充分混合，直到可以使粉红色的电气石保持自由悬浮。一般配好的重液应用相应密度的标准块作为密度指示物。如2.65 重液常用水晶作为密度指示物。13.6.2.2 结果解释当宝玉石密度大于重液时下沉，反之上浮。如果二者密度相等或十分接近，则宝玉石处于悬浮状态。13.6.2.3 测试步骤 先将宝石放入3.33 的重液中，如果下沉，则无须再试其

21、它的重液。 如果宝石在3.33 的重液中上浮，则应该将其放入2.65 的重液中，如果依然上浮，则无须再试其它的重液。 如果宝石在3.33 的重液中上浮，但是在2.65 的重液中下沉，则依次把宝石放入其它两种重液中，直到找出宝石在其中缓慢上浮或者缓慢下沉的重液，则宝石的密度近似于重液密度。如果宝石在某重液中保持自由悬浮，则宝石密度精确等于重液的密度。13.6.2.4 注意问题从一种重液中取出宝石以后要彻底清洗宝石和宝石夹子，然后才能够放入另一种重液中。这样，可以避免宝石在转换过程中导致不同密度的重液相互污染。多孔的和多裂隙宝石不能用重液测定密度，以免污染宝石或者宝石在不同重液之间转换宝石时污染重

22、液。塑料会被重液溶解，怀疑是塑料制品的不能用重液测定密度。重液会软化拼合胶，怀疑是拼合石的不能用重液测定密度。13.7 紫外荧光灯紫外线是电磁波谱中波长为 10-400nm的部分，位于可见光和 X射线之间，与可见光相比，紫外线具有较短的波长和较高的能量。13.7.1 原理有些宝石在受到高能辐射时，能够发出可见光，这种效应称为荧光效应。如果关闭高能辐射源以后，具有荧光性的物质继续发光，这种现象称为磷光效应。紫外荧光灯是一种利用紫外线作为激发源，观察宝石的荧光效应和磷光效应的装置。发射紫外线的辐射源一般为高压和低压水银蒸汽灯。它们可以发射一定波长范围的紫外线，然后通过特殊的滤波片过滤，产生 365nm的长波紫外线和 253.7nm的短波紫外线。13.7.2 结构和使用方法紫外荧光灯由紫外光源，暗箱和观察窗口三部分组成。有些还配有防护眼镜，以防止紫外线对眼睛的损伤。将待测宝石置于紫外灯下，打开电源开关。根据需要选择长波波段或短波波段，从观察窗口观察宝石的发光性。注意荧光的强弱、颜色以及出现荧光的位置。有时，由于宝石表面反射紫外光，会造成宝石发紫色荧光的假象，此时，只需要把宝石的方位稍加改变即可。紫外光线对人的眼晴有极大的伤害作用，要注意不能直视紫外光源。13.8 查尔斯滤色镜查尔斯滤色镜是比较常用的一种滤色镜，又称为祖