宝玉石的颜色特征.ppt

1、2020/7/9,第一章 绪论,1,宝石的颜色特征,颜色是宝石评价的重要标准，也是人们识别宝石的很重要参照。因此，宝石的颜色特征深受人们关注。 实际上，在宝石的人工生长及以改色为主要目的的人工改善工作中，宝石的呈色机理同样是人们研究的重点。,2020/7/9,第一章 绪论,2,研究宝石颜色的意义,每种宝石都有它自身特有的颜色，彩色宝石的颜色是评价宝石的基础。 如翡翠的颜色就是其最重要的评价依据。同样质地的一块翡翠，甚至从同一块原石上并排切割下来的不同颜色的翡翠（如一块无色、一块翠绿色）的价值可相差上万倍。祖母绿也有类似情况，一块绿色闪灰和一块鲜艳绿色的祖母绿相比，价值将会相差上百倍。,2020

2、/7/9,第一章 绪论,3,研究宝石颜色的意义,宝石颜色成因的研究为生长宝石和改善宝石提供了理论依据。 宝石的颜色大多由其含有的杂质或结构缺陷所致。通过生长或改善时有意识地加减这些杂质或调整它们的价态，可产生理想颜色。对结构缺陷引起的颜色也是一样，可以人为地增加或减少宝石的结构缺陷，以引起宝石颜色的变化。,2020/7/9,第一章 绪论,4,颜色的概念,颜色是一种生理感觉，当波长在大约390770nm范围内的电磁波辐射，刺激人们的视神经时，就有颜色的感觉。这一区段的电磁波辐射称为可见光区。 宝石的颜色是由于宝石对不同波长的可见光选择性吸收的结果。这种选择性常与宝石矿物所含的化学成份有关。,20

3、20/7/9,第一章 绪论,5,宝石的颜色分类,自色 由宝石自身的化学组成这一固有的因素引起的颜色，叫做自色。 这种宝石称自色宝石，这种宝石所具有的颜色是固定不变的，常可用作宝石的鉴定特征。,2020/7/9,第一章 绪论,6,宝石的颜色分类,橄榄石,石榴子石,自色宝石,2020/7/9,第一章 绪论,7,宝石的颜色分类,他色 是宝石的非固有因素引起的颜色，但不包括物理光学效应引起的颜色。 一般而言，他色是由于外来的杂质包括机械混入物等引起的。这些杂质有的也进入矿物晶格，形成类质同像置换。 同一种矿物，往往可以因为所含杂质不同而呈现不同的他色 。 大部分宝石的颜色都是他色 。,2020/7/9

4、,第一章 绪论,8,宝石的颜色分类,碧玺,刚玉,它色宝石,2020/7/9,第一章 绪论,9,宝石的颜色分类,假色 所有由物理光学效应引起的颜色，一律归入假色。,欧泊,钻石,2020/7/9,第一章 绪论,10,宝石颜色的观测,1.直接目测法 正常人眼的视网膜上，含有红、绿、蓝三种不同感光色素的视锥细胞，具有辨别不同颜色的功能。人们可按照视觉感来描述宝石的颜色。对于单色宝石，用红、橙、黄等一个颜色表示；如颜色介于两色之间，则用两种颜色来表示，而且习惯上将次要颜色写在前面，主要颜色写在后面，如黄绿色橄榄石；有时也可用实物的颜色来表示宝石的颜色，如蜜黄色猫眼。,2020/7/9,第一章 绪论,11

5、,宝石颜色的观测,2.对比目测法 将各种颜色印制成标准系列的色度图册，将宝石与图册上的颜色比较，找到相同颜色，即为宝石所属的标准颜色。这种方法快速简便，还能减少目测法带来的人为视觉差别。,2020/7/9,第一章 绪论,12,宝石颜色的观测,3.仪器测定法 将宝石样品放入分光光度计中，在390至700nm的可见光范围内，按一定的波长间隔测定，计算出红、绿和蓝光的含量值，称为三刺激值。其中绿光含量值称为视觉透射率，就是颜色三要素中的亮度。根据三刺激值，可在国际照度委员会（CIE）规定的标准色度图上求出另外两个要素，即色调（主波长）和饱和度。,2020/7/9,第一章 绪论,13,宝石的呈色机理,

6、为了系统地解释由宝石固有成份、杂质、缺陷和特殊构造产生的颜色，人们采用了四种不同的近代物理学理论，即晶体场理论、分子轨道理论、能带理论和物理光学理论。对于某一宝石的具体颜色，在这四种理论中总能找到一种能给予圆满地解释。总计五大呈色机理。,2020/7/9,第一章 绪论,14,宝石的呈色机理,1.过渡金属离子次外层电子跃迁致色 过渡金属离子含有d1到d9的d电子，它们在配位体电场的作用下发生分裂。由于它们的d和d轨道没有全充满，d电子可以在两者之间跃迁，而其能量差一般在1.2-3.7eV的范围内，相当于可见光的波长。,过渡金属组分产生的颜色 铈(Ce): 氟菱钙铈矿（黄色） 铬(Cr): 铬铅矿

7、(橙色)；红铬铅矿(红色)；钙铬榴石(绿色) 钴(Co): 钴华(紫红)；砷钴钙石(粉红色)；菱钴矿(粉红色) 铜(Cu): 蓝色：蓝铜矿；硅孔雀石；绿松石 绿色：孔雀石，绿铜矿 红色：赤铜矿 铁(Fe): 橄榄石(绿色)、针铁矿(黄色) 红色：铁铝榴石；砷铁铝石 锰(Mn): 蔷薇辉石(粉红色)；锰铝榴石(橙色)；辉叶石(黄色) 镍(Ni): 绿镍矿(绿色) 铀 (U): 橙黄色：钙铀云母；钒钾铀矿；板铅铀矿；橙红铀矿 ,过渡金属杂质引起的颜色 - 铬(Cr3) 绿色：祖母绿、钙铬榴石、尖晶石、铬透辉石、铬硬玉、铬电气石、翠 绿锂辉石、黝帘石 红色：红宝石、尖晶石、镁铝榴石、托帕石 变色（红

8、绿）：变石 钴(Co2) 蓝色：钴十字石；尖晶石 粉红：钴方解石 绿色：闪锌矿 铁(Fe3或Fe2) 黄色：金绿宝石、长石类宝石、硅线石、黄水晶 黄绿色：绿帘石、硬玉、透辉石、软玉 蓝色：海蓝宝石、锂电气石、锌尖晶石 红色：玛瑙、镁铝榴石 锰(Mn2) 粉红：绝绿柱石、电气石、锂云母、锂辉石 绿色：红柱石 黄绿色：锂电气石 红紫粉色：红绿柱石、锰绿帘石、红电气石、锰黝帘石 镍(Ni2) 绿色：绿玉髓、镍蛋白石、某些珍珠 钒(V4或V3) 绿色：祖母绿、铝铬榴石、绿蛀石、蓝晶石、透辉石、鱼眼石 蓝色：黝帘石、斧石 变色：刚玉、镁铝榴石 -,2020/7/9,第一章 绪论,17,宝石的呈色机理,2

9、.色心致色 色心指由于各种原因所形成的晶体结构点缺陷，因其可致色而得名。 色心的存在直接导致晶体结构中形成未成对电子。在晶体场中，它可以像过渡金属未成对电子那样有基态和激发态，它在各能态中跃迁而吸收可见光。 宝石中常见的色心是“电子色心”和“空穴色心” 。,颜色中心产生的颜色 在光中基本稳定： 紫水晶、萤石（紫红色）、辐照金刚石（绿色、黄色、棕色、黑色、 蓝色、粉红色）、一些天然或辐照的黄玉（蓝色） 在光中迅速退色： 锂绝型绿柱石（深蓝色）；一些辐照黄玉（棕或褐色）；辐照蓝宝石 （黄色）；紫外线辐照紫方钠石（紫红色） 其他可能由色心 钾石盐（蓝色）；石盐（蓝或黄色）；锆石（棕色）；方解石（黄色

10、 产生的颜色： ）；重晶石、天青石（蓝色）；天河石（蓝色到绿色） ,2020/7/9,第一章 绪论,19,宝石的呈色机理,3.电荷转移致色 分子轨道理论认为，原子形成分子后，电子不再像晶体场理论提出的那样，仍属于原来原子轨道所有，而是在一定的分子轨道中运动。 根据分子轨道理论，电子可以从一个原子的轨道上，跃迁到另一个原子的轨道上，称为“电荷转移”。,2020/7/9,第一章 绪论,20,宝石的呈色机理,这种在两个原子轨道之间的电子跃迁，其能量差同样在可见光能量范围内，从而在吸收光谱上出现相应的强吸收带。 这种电荷转移有很高的概率，所以它对光的吸收大大地强于离子本身电子跃迁所产生的吸收，产生的颜

11、色更鲜艳。 电荷转移可以发生在金属金属、非金属非金属、金属非金属之间 。,电荷转移引起的颜色 - A金属金属电荷转移 Fe2Fe3/Fe3Fe2：堇青石（蓝色）、蓝铁矿（蓝色）、磁 铁矿（黑色）等 Fe2Ti4/Fe3Ti3：蓝晶石（蓝色）、蓝宝石（蓝色） Mn2Mn4/Mn3Mn3：水锰矿（黑色）、方铁锰矿（黑色） B非金属金属电荷转移 O2-Cr6：铬铅矿（橙色） O2-V5 ：钒铅矿（橙色） C非金属非金属电荷转移 S-3：青金石（蓝色） 电子：石墨（黑色） 有机染料、琥珀（蜜黄色）、象牙（棕色）、珊瑚（红色、黑色）、珍珠（粉红色、绿色、蓝色、黑色）、煤晶（黑色）等等。 -,2020/7

12、/9,第一章 绪论,22,宝石的呈色机理,4.能带致色 能带理论讨论的不是单个离子、分子或孤立离子团，而是整个晶体中电子的运动。 能带理论认为，固体中的电子不是束缚于某个原子，而是在整个固体内运动，运动的范围是在晶格周期性势场中，从而使电子轨道的空间展布超出了分子的范围，达到最大值。,2020/7/9,第一章 绪论,23,宝石的呈色机理,依照能带理论，固体物质中可以有不同的能带。 由已充满电子的原子轨道能级所形成的低能量能带，叫做满带（也称价带）；由未充满电子的能级所形成的高能量带，叫做空带（也称导带）。两能带之间的间隔叫做“带隙”或“禁区”。,2020/7/9,第一章 绪论,24,宝石的呈色

13、机理,对于某些宝石，其电子可接受光能在价带和导带之间运动，形成“内带跃迁”。 这种跃迁的可能性，与价带和导带之间的能量差，即带隙能（Eg）密切相关。 带隙能的不同，可以使宝石吸收不同的光能，若吸收了部分可见光，则可使宝石产生颜色。,能带跃迁引起的颜色 - 导体 （金属颜色和金属光泽） 元素：铜、金、铁、银、汞等等 合金：汞齐、铱锇矿、陨镍铁 半导体 窄带隙：不透明灰至黑色：蹄铅矿、方铅矿 不透明金属色：辉砷钴矿、白铁矿、黄铁矿、砷钴矿 中等带隙： 红色：辰砂、淡红银矿、深红银矿 橙色：雄黄 黄色：硫镉矿、雌黄、硫磺 宽带隙： 无色：金刚石、闪锌矿 含杂质的宽带隙半导体 施主杂质：含氮金刚石（黄

14、色） 受主杂质：含硼金刚石（蓝色） -,2020/7/9,第一章 绪论,26,宝石的呈色机理,5.物理光学致色 物理光学效应产生的颜色，是与电子对光的选择性吸收无关的一种颜色成因。它与宝石的化学组成和性质几乎无关，而是由于晶体结构或构造及内含物对光的色散、干涉、衍射、反射、散射等原因而形成的，只是一种光学效应。 具体在后续课程中介绍。,2020/7/9,第一章 绪论,27,宝石的包裹体特征,宝石中的包裹体是指在宝石内部与主体宝石有成分、结构或相态差异的内部缺陷及内含物质。具体而言包裹体应包括宝石内部的固相、液相和气相物质；带状结构、色带；双晶、断口和解理；与内部结构有关的表面特征等。,2020

15、/7/9,第一章 绪论,28,宝石包裹体研究的意义,1.确定宝石的归属 ； 2.判断宝石是否经过处理改善 或是否人工生长及何种方法生长； 3.判定宝石的产地 ； 4.确定宝石的形成条件和成因 ； 5.确定宝石的质量及分级 。,2020/7/9,第一章 绪论,29,宝石的包裹体分类,根据包裹体与宝石形成时间上的关系分为：原生（先成）包裹体、同生（同期）包裹体 和次生（后生）包裹体 。 根据包裹体相态分为：固体包裹体 、流体包裹体 和气体包裹体 。 此外，还有根据包裹体组成、包裹大小及可见程度、包裹体本身特征等进行分类。,2020/7/9,第一章 绪论,30,不同相态宝石包裹体特征,2020/7/

16、9,第一章 绪论,31,不同相态宝石包裹体特征,2020/7/9,第一章 绪论,32,不同相态宝石包裹体特征,宝石中的各种包体,2020/7/9,第一章 绪论,34,宝石的包裹体现象,常见宝石内部的包裹体现象有： 解理或解理纹 ； 色带及生长纹 ； 固、液或气态物质 ； 宝石内部的双影 ； 拼合石的胶合部位 ； 一些明显的生长特征及缺陷 ； 宝石中的一些特殊现象 。,2020/7/9,第一章 绪论,35,宝石的包裹体现象,包裹体相态的确定一般是根据包裹体的颜色、形状、折光率大小，气泡的分布等特征确定。如气相单独存在时一般呈球形，有时也可呈负晶形（空晶），大多时侯往往是存在于液相中。由于密度和表

17、面张力的关系，气相一般会处于最小表面积的状态，即成球形或椭球形形状。当转动宝石时，其位置有时还可以移动，浮在液体的顶部。如果气相分布在固化的熔体中，则气泡的形状与位置都固定，不会移动，既可分布在边界部位、也可分布在中心。,2020/7/9,第一章 绪论,36,宝石的包裹体现象,宝石中的固体相包体往往会有一定的形状，特别是原生结晶的矿物，不同晶系的矿物往往结晶成不同形态，如石榴石往往呈球形，尖晶石呈八面体，金红石呈针状。如果是金属矿物，则大多数不透明，反光呈金属色、金属光泽，如黄铁矿往往呈立方体或近球形，具铜黄色反光。,2020/7/9,第一章 绪论,37,宝石包裹体的观察,在放大镜和肉眼下观察

18、和鉴别包裹体最重要的是要有好的光源（自然光和聚光电筒）和良好的背景（采用白色为佳，它能衬托其内部的结构缺陷、不同颜色的包裹体；样品表面粗糙，可将宝石放入装有浸油或清水的玻璃器皿中）。,2020/7/9,第一章 绪论,38,宝石包裹体的观察,包裹体观察和鉴定的步骤主要为： 1清洁宝石表面，以免将宝石表面的脏物当作为宝石包裹体。 2用宝石显微镜的夹子夹住宝石，将宝石台面向上，升降镜筒，聚焦在宝石的台面上。观察结晶质的包裹体最好用暗域照明，而观察气液包裹体可用明场，金属矿物包裹体可用反射或顶光照明。 3先从最小的放大倍数开始观察，然后逐渐改变放大倍数。进行观察时必须把焦距调节于宝石内部。观察过程中要不断调节焦距以便能发现宝石内不同焦平面的包裹物。,2020/7/9,第一章 绪论,39,宝石包裹体的观察,4一旦发现典型的包裹体，便要记录其形状、颜色、大小、分布的位置、光性特征、折光率的相对大小、相态的特征及组合等，力求能确定其种类及性质（原生、同生或后生），为准确确定宝石的性状