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1、宝石鉴定方法第二章 实验室鉴定,实验室鉴定,宝石的光学性质与偏光镜、二色镜、折射仪宝石的致色机理与分光镜、滤色镜宝石的发光性与紫外灯宝石显微镜比重测定其他,宝石的光学性质,均质体与非均质体,折射的概念,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 1/2=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。,r,双折射和单折射,冰洲石下的绳子有两个像,玻璃下的绳子只有一个像,双折射,单折射,思考：双折射、单折射产生的原因,要
2、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：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
3、一现象称双折射。光波沿非均质体的特殊方向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,光率体是表示光波在晶体中传播时，
4、折射率值随光波振动方向变化的一种立体几何图形。其具体作法是：设晶体中心为坐标原点，将晶体不同方向的折射率值投影在一个三维坐标系，各投影点的轨迹构成该晶体的光率体。,光率体,均质体的光率体是一个圆球体，通过球体中心任何方向的切面都是圆切面，其半径代表均质体宝石的折射率值，均质体宝石只有一个折射率值。,均质体的光率体,一轴晶光率体是一个以直立轴为旋转轴的椭球体，直立轴代表光轴方向，该方向的折射率值为非常光的折射率，用Ne表示。垂直光轴的圆切面各方向的折射率值相等，为常光的折射率，用No表示。No小于Ne时为正光性，No大于Ne时为负光性。双折率等于Ne-No的绝对值。,负光性(Ne No),正光性
5、(Ne No),一轴晶的光率体,二轴晶光率体为一个三轴不等的椭球体。椭球体的三个主轴代表二轴晶宝石的三个主要光学方向，称为光学主轴。三个主轴的相应折射率值分别用Ng、Nm、Np表示，其中NgNmNp。Ng-Nm大于Nm-Np时为正光性，Ng-Nm小于Nm-Np时为负光性。双折率等于Ng-Np的绝对值。,二轴晶的光率体,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。,1.常见均质体宝石有哪些？常见非均质体宝石有哪些？2.哪些非均质体宝石的双折射率高(双折率0.03)，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
6、向？为什么？,思考题,(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,思考题,2.哪些非均质体宝石的双折射率高(双折率0.03)，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，
7、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,思考题,2.哪些非均质体宝石的双折射率高(双折率0.03)，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,思
8、考题,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。,思考,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 NeNo,正光性 Ng-NmNm-Np,负光性 Ng-NmNm-Np,非光轴方向入射产生
9、双折射,宝石鉴定常用仪器偏光仪、二色镜、折射仪,宝石鉴定常用仪器偏光仪,偏光仪最根本的用途是通过检测入射光在样品中传播的不同方式，判断样品属均质体或非均质体。偏光仪的基本构成是两块偏光片，上偏光片可旋转，下偏光片固定不动。在起偏镜上设有一个可旋转的物台，用以转动改变样品方位。,起偏镜,分析镜,上偏光片，可旋转,下偏光片，固定不动,偏光仪,光源从下往上照射，宝石置于上下偏光片之间。人在上方，透过上偏光片进行观察。光经过下偏光片宝石上偏光片到达人眼。,自然光通过起偏镜后的情况,自然光通过振动方向垂直的起偏镜与分析镜后的情况,偏光仪的基本原理是：灯泡产生的自然光经过起偏镜后，变成平面偏光。样品为均质
10、体，只会使光强减弱；样品为非均质体，不但会使光强减弱，而且还会导致光波振动方向的偏转，产生与入射偏光振动方向相垂直方向上的分量。,对于均质体，当上偏光片平行于下偏光片，能观察到透过的光线；当上偏光片垂直下偏光片时，则无法观察到透过的光线；对于非均质体，无论上偏光片平行、或垂直于下偏光片，能感受到透过样品的光，并且在旋转样品观察、或旋转上偏光片观察中，随着透过样品之偏光振动方向与上、下偏光镜方向位置关系的改变，可见明暗变化现象。,1.区分均质体和非均质体2.区分单晶与非均质集合体。正交偏光下样品可能呈现的现象及一般结论如下：保持全暗者为均质体；有四明四暗变化者为非均质体；保持全亮者为非均质集合体
11、或双晶等；某些均质宝石由于内应力引起的应变，可呈现不规则明暗变化的异常消光。,偏光仪的用途,3.可以确定样品的轴性与光性。4.鉴定异常消光宝石，如水晶、合成宝石。理论上，利用偏光仪人们还可以测定样品的轴性（在样品很薄的部位观察其干涉图）和二色性（平行偏光条件下转动宝石观察其颜色变化）。但实际操作有一定的难度，前者是因为实际宝石样品很难达到呈现干涉图所需的薄度，后者则由于偏振片的颜色对样品在不同方向上微弱颜色变化的明显干扰。,偏光仪的用途,一轴晶干涉图,水晶牛眼干涉图,二轴晶单光轴干涉图,二轴晶双光轴干涉图,使用偏光仪的注意事项：转动宝石从各个方向观察，以避开非均质宝石的光轴方向；注意两偏光片间
12、非偏振光的干扰；注意刻面宝石表面反光现象干扰；注意排除异常消光现象的干扰；宝石需要有较高的透明度。,练习与思考用偏光仪观察以下宝石，判断其性质。注意均质宝石是否存在异常双折射。石榴石、玻璃、合成尖晶石、塑料 全暗，后三者存在异常双折射 均质体 水晶、橄榄石、合成红宝石、托帕石 四明四暗 非均质体 翡翠、澳玉、玛瑙 全亮 非均质集合体,宝石鉴定常用仪器二色镜,宝石在不同方向上的颜色差异肉眼难辨。二色镜的用途，是通过观察样品是否具有多色性，判断样品属均质体或非均质体，并可辅助判断非均质性的强弱。,偏振片二色镜,二色镜的原理，是通过特定的光学元件，捕捉样品是否将入射光分解成相互垂直的两个不同振动方向
13、的光，并且这两束光的颜色是否有差异，以及差异的大小。偏振片二色镜，利用并排放置的两块振动方向垂直的偏光片来分解入射光。其不足之处，它同时观察到的是样品的不同部位，会受样品颜色不均匀分布的干扰。,冰洲石二色镜,冰洲石二色镜，是最常见的二色镜，采用具有强双折射的冰洲石晶体来分解入射光。通过调整冰洲石的长度和小孔大小，得到样品同一部位的两个影像，不同影像反映的是其不同方向上的特征。,人们看到的是样品同一部位的影像，不同影像反映不同方向上的特征。由于反映两个方向特征的影像并排、同时出现，它们颜色上可能出现的微小差异容易被观察者察觉。,二色镜使用,二色镜下观察的现象及结论是：显多色性的是非均质体，其中显
14、三色性的是二轴晶；多色性的强弱有时可以指示非均质性强弱；不显多色性的可能是均质体、非均质体的均质切面、无色宝石、集合体。二色镜的鉴定结论，常需结合偏光仪观察结果综合判定。,二色镜使用的注意事项：有色、单晶、透明被认为是二色镜使用的前提，尽管有人认为表面反射光也可检测。样品不显多色性不能直接判断它属均质体，为避免非均质宝石的均质切面及样品透射光振动与冰洲石可接受的振动方向呈45交角，需转动样品观察不同方向。高双折射宝石不一定具有强多色性。注意区分色带（斑）与多色性。,练习与思考用二色镜观察以下宝石，注意对比颜色相近宝石的不同反应，明了其原因。红宝石：红和橙红色兰宝石：蓝和蓝绿色尖晶石：无二色性玻
15、璃：无二色性,宝石鉴定常用仪器折射仪,折射仪的基本用途是测定样品的折射率。此外还可以测定轴性和光性。,宝石鉴定常用仪器折射仪,折光仪的基本原理，是光波传播经由光密介质进入光疏介质时，当入射角度达到一定将会发生全反射现象，而发生全反射的临界角大小，与介质的折光率有关。固定一方介质，则另一方介质（样品）的折射率，可由临界角的测定与换算获得。,光由光密介质斜照入光疏介质,小于临界角时,等于临界角时,大于临界角时,折射仪的结构是由一个高折射率（光密媒质）的玻璃台与一系列透镜及标尺组成。,在折射仪中人们观察的方向，入射角小于临界角时，因折射而出现暗区，入射角大于临界角时，因全内反射而出现亮区。因此临界角
16、大小可以明暗区域交线指示。,通过换算，人们可利用标尺直接读出折射率值。,内标尺,外标尺,内标尺读数状态,为了实现全反射，必须满足光由光密介质射入光疏介质的条件。由于玻璃台及接触液折射率值的限制，某些宝石的折射率值大于它们也是很正常的。这时由于无法满足全反射发生的条件，折射仪不能测定此类宝石折射率，此上限值为1.81。实际上，由于标尺的范围有限，折射率小于1.35的宝石，也是用折射仪无法测定的。,除折射仪外，测折射率还需做两项准备：1.照明。入射光如果是自然光，将会形成彩虹状读数阴影边界，影响真正读数。为此，一般选用589nm的黄光，它可以通过钠光灯、发黄光二极管(LED)，或者在光源或目镜加黄
17、色滤色片获得。2.接触液。它是玻璃台与样品间良好光学接触所需，要求其折射率值大于样品。为避免样品漂浮及可能对样品或观察者的不必要危害，接触液使用量要尽可能少。,折射率测定的基本步骤是：1.用酒精清洗样品和玻璃工作台；2.滴接触液到玻璃台上，观察其折射率值；3.将样品慢慢平推至玻璃台上，避免划伤玻璃台（高折射率的玻璃硬度很小）；4.在透过目镜观察的同时，缓慢转动样品或目镜上另配的偏光片，观察不同方向读数；5.用酒精清洗样品和玻璃工作台上的接触液。,折射仪读数特征：转动各方向只有一个读数，均质体；两个读数，且其中一个转动样品保持不变者为一轴晶，而大读数变化者属正光性，小读数变化者属负光性；两个读数
18、，且均随样品方位改变而变者为二轴晶，通过在360方位范围每间隔一定作连续测定，获得Ng、Nm、Np三数值，若总体特征是Ng-NmNm-Np，样品属正光性，如果Ng-NmNm-Np，样品属负光性。,正光性,负光性,可根据Ng和Np两条曲线的曲度大致判断,折射仪使用注意事项是：折射仪有一定测定范围，高于上限表现为全暗，低于下限表现为全亮；样品具有一个光滑、平整的表面对准确读数是必要的；避免用镊子放、取样品对玻璃台的划伤；注意及时清洁工作台以免接触液对其腐蚀；适量的接触液是获得读数的前提。,读数时，应尽量使视线与标尺平面垂直，人眼距目镜5-10cm。样品有两个折射率读数可指示其属双折射，但两读数之差
19、不一定是双折率，因为两数值反映的不一定是最大值与最小值。样品折射率1.61到1.64的表述，是指其折射率有一定变化范围，不是指示其为双折射，双折射的表述是1.611.64。外观感觉折射率高或怀疑是高折射率的样品，没有必要使用折射仪检测。,点测法适用于弧面型宝石其测定步骤是：1.在样品弧形光滑表面与玻璃台接触处加少量接触液（比平面时还要少）；2.取掉折射仪的目镜；3.在距目镜位置约30cm处观察，可以看到呈圆或椭圆形的样品影像；,点测法读数方法观察者视线前后移动，通过目镜筒，可以看到样品影像沿标尺上下移动，同时出现明暗变化现象，当影像半明半暗时，影像中部指示的读数就是样品的折射率值。,样品折射率值约为1.53,练习与思考请估计使用折射仪测以下宝石的折射率的情况。合成尖晶石、玻璃（均质体）水晶、红宝石（一轴晶）橄榄石（二轴晶）翡翠、玉髓（集合体）,
