1、第二篇 宝石鉴定仪器第一章 常规宝石鉴定仪器第一节 镊子和放大镜一、宝石镊子宝石镊子是一种具尖头的夹持宝石的工具，内侧常有凹槽或“#”纹以夹紧和固定宝石.宝石镊子可根据尖端的大小不同分为大、中、小号，中号和大号可适用于大颗粒宝石，小号则适用于颗粒小的宝石。镊子还可分为带锁和不带锁两种(见图 2-1-1)。对于特殊种类的宝石，如珍珠，配有专门的珍珠镊子(见图 2-1-2)。使用镊子时应用拇指和食指控制镊子的开合，用力须适当，过松夹不住，过紧会使宝石“蹦”出。在显微镜下操作时，可将手或镊子置于显微镜的工作台(载物台) 上，使宝石稳定及减轻手部疲劳。弹簧宝石夹是另外一种类型的宝石镊子，可配备在多种宝
2、石检测设备上，如宝石显微镜、台式分光镜等，使用起来方便简单(见图 2-1-3)。二、放大镜对于宝石鉴定来说，利用光学放大是至关重要的。在很多 情况下，仔细观察宝石的外部和内部特征可提供大量的有意义的信息。放大镜是最常用、最简便的宝石鉴定工具，它的正确使用也是宝石工作者的基本技能(见图 2-1-4)。能长时间清晰观看而不易感到疲劳的最短观察距离称为明视距离。正常眼睛的明视距离约为 25cm。放大镜的放大倍数与明视距离和放大镜的焦距有关，即：放大倍数=清晰影像的最小距离( 明视距离)放大镜的焦距放大镜的放大倍数经常用“X ”来表示，如 10 倍(10X)。(一) 放大镜的结构常见的放大镜有：1)双
3、凸透镜 由单个的双凸透镜构成，价格便宜，放大倍数常小于 3 倍( 即 3X)。2)双组合镜 由两个平凸透镜组成。3)三组合镜 由一对无铅玻璃做成的凸透镜和两个由铅玻璃制成的凹凸透镜粘合而成。其中三组合镜最为常用，不仅视域较宽，而且消除了图像畸变(球面像差) 和彩色边缘现象( 色像差) 。最常用的为 10X 放大镜。25X、30X 、50X 的放大镜因其放大倍数大，观察视野小，焦距短而难于操作。放大倍数越大的凸透镜，其视域边缘像差也就越明显。大于 3 倍的单透镜有明显像差。判断宝石用三组合镜的质量，最好是观察方格纸。判别标准如下：1)视域中所有线条应平直，若线条弯曲或在视域边缘处线条宽窄不一，则
4、质量不好。2)视域中线条应清晰、 “干净 ”，若带有色边则质量不好。3)视域中所有线条应于同时保持准焦状态。(二) 应用放大镜主要用于观察宝石表面特征及内部特征，且观察者的知识、经验越丰富，通过放大镜所获得的信息量越大。1外部特征包括宝石基本性质及加工质量的观察与判别。宝石基本性质观察 通过放大镜可以确定宝石的光泽、刻面棱线的尖锐程度、表面平滑程度、原始晶面、解理、断口和拼合特征等。如宝石的冠部、亭部光泽不同，表明其可能为拼合宝石：刻面棱线尖锐，表面平滑者表明其硬度很大；表面具多组平直纹理，具阶梯状断面者表明其解理很发育；而具贝壳状断口者表明其可能为单晶宝石；具土状断口者，表明其可能为多晶质集
5、合体宝石。宝石加工质量观察 即宝石的切磨质量和抛光质量的观察。包括宝石的各部分比率及修饰度等。2内部特征包括色带、生长纹、后刻面棱线重影和包体等。如色带呈弧形，则可能是合成品；有后刻面棱线重影，必为双折射率较大的宝石。宝石的包体特征及其组合可以表征其成因(天然或合成)，甚至提供产地信息。3综合评价主要用于钻石的简易鉴定和净度分级、切工分级等。(三) 放大镜的使用方法放大镜的熟练使用是建立在大量实践练习基础上的。鉴定宝石时，应一只手将放大镜尽可能地靠近眼睛，另一只手用镊子夹住宝石置于离放大镜约 25cm 处的光下。调整宝石与光源的角度，在反射光下可观察宝石的外部特征；光线由侧面或背面入射，有利于
6、观察宝石的内部特征。使用放大镜时，要求双眼同时睁开，以避免眼睛疲劳。(四)放大镜的保养放大镜的透镜玻璃硬度不高，灰尘、宝石镊子及大多数宝石都可以划伤玻璃透镜。因此，我们在使用放大镜时，应避免透镜体与宝石或镊子接触，当透镜体表面有灰尘时，应用镜头纸轻轻擦拭。另外要随时检查固定透镜体的螺母，以防透镜松动互相摩擦。使用结束后，应将透镜体旋转至金属框架内，放人包装皮套中，防止损伤。第二节 显 微 镜显微镜是宝石鉴定工作中最重要的仪器之一，它可以帮助寻找鉴别天然与合成宝石、优化处理宝石的关键证据。一、显微镜的结构显微镜由以下几个主要部分组成(见图 2-1-5)：1)光学系统(透镜系统) 包括目镜、物镜及
7、变焦系统。2)照明系统 包括底光源、顶光源、电源开关和光量强度调节旋钮等。3)机械系统 包括支架、焦距调节旋钮、锁光圈、弹簧宝石夹等。显微镜的放大倍数等于目镜放大倍数乘以物镜放大倍数，如目镜为 lox，物镜为5X，则总放大倍数为 50 倍。通常显微镜可以更换目镜和物镜。常见目镜的放大倍数有lox、20x；物镜放大倍数有 1x、1.5x、2x 和 3x。二、宝石显微镜的类型与照明方式显微镜有许多种类型，如单筒显微镜、双筒显微镜、双筒变焦显微镜、双筒立体显微镜、双筒立体变焦显微镜等。目前宝石显微镜多采用立式双筒立体连续变焦显微镜(见图 2-1-6)，也有卧式双筒立体变焦显微镜。这些常用的宝石显微镜
8、物镜工作距离较大，能观察足够大的宝石，不会因调焦不当而对宝石和显微镜有所损害。镜下物像呈现三维立体图像，并可连续放大，通常为 1060 倍。在显微镜载物台上加上油浸槽还可变为油浸显微镜。立式显微镜的光源通常有底光源和顶光源两种，部分新型立式显微镜还配有光纤灯。通常宝石显微镜可有以下几种不同的照明方式：1)暗域照明法 来自底光源的光不直接射向宝石，而是经半球状反射器的反射后再射向宝石(见图 2-1-7)。此时光线不直接进入物镜镜筒。当宝石内有裂隙和包体等缺陷导致光线的散射时，则有助于光线进入物镜，宝石的内部特征在暗色背景上显现十分清晰。这是一种最为常用的照明方法，而且有利于长时间观察。2)亮域照
9、明法 撤掉挡光板后，来自底光源的光线直接射向宝石，穿过宝石后直接进入物镜(见图 2-1-8)。这种照明方式有利于色带、生长纹和低突起包体的观察。3)顶部照明法 关掉底光源，打开顶光源，使光线经宝石表面反射后进人视域，这种照明方式适于观察宝石表面及近表面特征(见图 2-1-9)。若显微镜本身无这种照明装置，一个手电筒、一个台灯都可提供这种照明。 立式显微镜除了上述三种常用的照明方式外，还有散射照明、点光照明、斜向照明、水平照明、偏光照明和遮掩照明等方式。散射照明 直接从宝石的底部照明，在光源之上放置面巾纸或其他半透明材料，使光线更为柔和，有助于观察色域和色带，特别对于观察扩散处理的宝石效果更佳。
10、点光照明 通过锁光圈使底光缩小成点状直接从宝石的底部照明，使得色带和宝石结构更易于观察。斜向照明 光从斜向直接照射到宝石(图 2-1-10)，可观察固液态包体、解理面等产生的薄膜效应。水平照明 光从侧面水平方向照射宝石，从宝石上方进行观察(图 2-1-11)，使点状的包体和气泡呈明亮的影像而十分醒目。偏光照明 在两块偏光片之间观察宝石(图 2-1-12)，能观察到宝石的光性特征、干涉图、多色性等。遮掩照明 从样品的底部直接照明，在视域中插入一个不透明的挡光板，能增加包体的三度空间感，并且有助于观察生长结构。如弯曲生长纹、双晶纹。卧式显微镜又称水平油浸显微镜，其设计非常适宜于观察宝石的内部特征。
11、不仅有利于宝石在油浸槽中转动，而且可以通过光源的移动提供各种照明方式。置于浸油中的宝石表面反射光和漫反射光减少，从而有利于宝石的内部包体、生长纹、色带等的观察和研究。此外，这种显微镜的光源可以在水平方向围绕宝石转动 180。不仅提供了亮域、暗域、顶部照明，而且还提供了水平照明和过渡型照明等，照明方式的改变迅速而简单。三，显微镜的调节和使用1显微镜的调节许多人左右眼视力不一致，因此在使用显微镜前要对目镜进行调节，使双眼能同时准焦，减轻视觉疲劳。双目立体显微镜在设计时充分考虑到了这一因素，左侧(或右侧) 目镜可以调焦，具体步骤如下：1)在一张白纸上点一黑点，放置于显微镜视域中央。2)将镜头调到最低
12、处，打开显微镜照明灯。3)根据双眼宽度调节两目镜间距，直到视域出现一个完整的圆。4)转动焦距调节旋钮调节焦距。5)将物镜放大倍数调至最大，闭上左眼( 或右眼)仅用右眼(或左眼) 观察并再次调焦。6)固定焦距调节旋钮，闭上右眼( 或左眼)转动左侧目镜，仅对左眼(或右眼) 再次准焦。在此过程中不能调节焦距调节旋钮。2显微镜的使用显微镜调节好后，观察宝石时，通常应注意：1)清洗宝石，防止将宝石表面灰尘当作内部特征。2)首先在低倍放大条件下从各个方位观察宝石的内外部特征。在高倍放大条件下，虽然可以看清很多细微现象，但却有很大的局限性。如工作距离短，视域小，亮度不够。3)将所需观察的内外部特征调至视域中
13、央，不断增加放大倍数，仔细观察。此时要注意区分哪些是灰尘或油污，哪些是内部包体。4)为了减少表面反射或漫反射，有时可采用油浸法帮助观察。在浸油槽内装上二碘甲烷或水等液体，放人宝石使之全部浸没。在浸油槽下方放置一白色或蓝色半透明塑料板(也可用巾纸代替)。5)在观察后刻面棱线重影时：观察宝石远离物镜一侧的棱线、包体、划痕等。在观察时注意视线应穿过同一刻面，防止因刻面棱的影响产生虚假重影；不断转动宝石，至少应从三个方向对其进行观察，以免观察方向平行于光轴；要确定是否是真正的重影，可以在目镜上加偏光片，转动偏光片，真正的因双折射造成的重影会随着偏光片的转动而轮流出现，好像在前后跳动。四、宝石显微镜的用
14、途宝石显微镜的最主要用途是放大观察宝石的内外部特征。若再加上些附件，如偏光片、油浸槽、照相机、测微器等，则可扩展其应用范围。1观察宝石的各种内外部特征在观察宝石时，主要观察下列特征：(1)外部特征表面是否损伤，如擦痕、刮痕、凹坑等；刻面的工艺质量，是否对称、同种刻面大小是否相等、刻面棱是否对齐等；刻面抛光质量；拼合石的拼合缝及两侧的光泽差异；解理或断口的特征等。(2)内部特征包括气、液、固相包体，愈合裂隙、生长纹、色带的分布及其特征，拼合宝石结合面特征以及后刻面棱线重影等。2测定近似折射率在显微镜镜体上装上能精确测量镜筒移动距离的标尺，就可以测定近似折射率。宝石对光线具有折射作用，而人眼却根据
15、经验判断光线为直线传播，此时所看到的不是宝石的实际厚度，而是显微镜下的视厚度(见图 2-1-13)。图中，CO 为入射光线，OB 为折射光线，BD 为射出光线，AB 为 BD 延长线。图中 ON 和 OB 为下底面上 O 点发出的两条光线，其中 ON 垂直于表面，与经折射后射出光线的延长线汇聚于 A 点，因此 A 为 O 点的像，所以 NA为宝石的视厚度。根据几何学可推导出NAB=i。根据折射定律 n=sini/sin根据成像原理的傍轴条件，NB 很小，此时 i 和 都很小，有 sinitani，sintan则 n= sini/sintani/tan=(NB/NA)/(NB/NO)=NO/NA
16、即：近似折射率值(n)=实际厚度视厚度在利用显微镜对其进行测试时，将宝石台面向上用蜡或橡皮泥固定在载玻片上(宝石底尖要与载玻片接触)，尽量使宝石台面与载玻片平行。准焦于宝石台面，记录读数 l;再准焦于宝石底尖，记录读数 2，两读数差值即为视厚度。轻移载玻片，将宝石移出视域，准焦于载玻片，记录读数 3，读数 3 与读数 1 的差值为实际厚度。根据公式计算即可得出近似折射率。这种方法测试折射率的精度与放大倍数有关，倍数越大，精度越高；另外与宝石的折射率有关，折射率越接近于 1，测试的精度越高。3显微照相在显微镜上配上照相机，即可进行宝石显微特征的拍摄。目前所有宝石的包体照片都是这样获得的。4观察多
17、色性和干涉图若在宝石下方放置一偏光片，可以观察到宝石的多色性。转动宝石时每次只能观察到一种颜色，且由于人眼对颜色的记忆力较差，因此快速转动宝石进行对比观察效果较好。观察宝石的干涉图需要较高的技能，当宝石显微镜配上正交的上下偏光片后，即变成了一个偏光显微镜，此时加上勃氏镜(或干涉球) 后，就可以观察宝石的干涉图。五、显微镜的保养宝石显微镜是十分精密的光学仪器，使用时要注意以下事项：1)不可对显微镜的机械部位用力过猛。2)显微镜要注意防尘、防震，不用时应置于箱中或套上镜罩。3)不能用手触摸任何镜头，若需清洁镜头，则用镜头纸或特制镜头布擦拭。4)不用时应将显微镜灯光亮度调至最低关掉显微镜灯。打开显微
18、镜光源时应保证显微镜灯光亮度调节旋钮处于最低档；更换显微镜灯泡时，不可直接用手接触灯泡，以延长照明灯泡的使用寿命。5)使用完毕，将物镜调至最低点，以延长调焦旋钮的使用寿命。第三节 折 射 仪宝石的化学成分和晶体结构决定了宝石的折射率，折射率是宝石最稳定的性质之一。利用折射仪可以测定宝石的折射率值、双折射率值、光性特征等性质，为宝石的鉴定提供关键性证据。一、制作原理当光线从光密介质倾斜射入光疏介质时，折射光线远离法线，即相对靠近两介质分界线。当入射角增大到一定程度时，折射光线与法线的夹角为 90，此时的入射角称为临界角；当光线入射角大于临界角时，入射光不发生折射，全部返回到光密介质中，这种现象称
19、为全(内)反射( 见图 2-1-14)。宝石折射仪就是根据折射定律和全反射原理制造的。一种介质相对于空气(严格地说应为真空 )的折射率为一定值，那么，一种介质相对于另一已知介质的折射率也为一定值。根据公式可以推导出：n2/n1=sini/sin式中：i 为入射角； 为折射角；n 1 为已知介质的折射率； n2 为已知介质的折射率。当 =90时，n 2=n1sini。因此，只需测出 i 角即可求出未知介质折射率值。二、结构及工作原理宝石折射仪是用于测试宝石折射率的一种常规仪器，其设计目的是能无损、快速、准确地测出待测宝石的折射率值。宝石折射仪的类型有内标尺读数和外标尺读数两种。常用的为内标尺折射
20、仪(见图 2-1-15)，折射率数值通过目镜内的标尺读出。外标尺折射仪是一种经改进的折射仪，取消了内标尺，取而代之的是一种刻有折射率值的外度盘。由于外度盘可旋转，它操纵一条视域内的黑带，使黑带的下边界与宝石折射产生的阴影边界重合，外度盘上的标尺就提供了折射率。读数(见图 2-1-16)。宝石折射仪主要由高折射率棱镜、棱镜反射镜、透镜和标尺及偏光片等组成(见图 2-1-17)。其主要组成部分特点如下。1。高折射率棱镜这种棱镜材料要求满足两个条件：单折射和高折射率。大多数棱镜采用铅玻璃(折射率常为 186196)，但铅玻璃棱镜非常软，容易受损。有的折射仪采用尖晶石作为棱镜，其优点是色散低，硬度大，
21、但缺点是测试范围很小，只能测小于 171 的宝石的折射率。此外还有钻石、合成立方氧化锆、闪锌矿等作为棱镜的折射仪。合成立方氧化锆是一种理想的棱镜材料，其折射率为 216，硬度为 85，不易磨损和腐蚀，但若采用常规接触液，其读数的清晰程度较差。2接触液虽然不是折射仪的部件但却是折射仪使用过程中必不可少的辅件，它的作用是使待测宝石与高折射率棱镜产生良好的光学接触。当抛光宝石直接放在干净的折射仪棱镜上时，有一薄层空气膜会阻止其形成良好的光学接触，因此要使读数清晰，须有合适的接触液。接触液可配制，在折射率为 1742 的二碘甲烷中饱和溶解硫，当折射率升到178 时，再加入 18的四碘乙烯，折射率可升至
22、 181。这种接触液可以满足绝大部分宝石品种的测试，并且在正常情况下使用是安全的。折射率大于 181 的接触液都有极强的腐蚀性和剧毒，对测试者和棱镜都十分不利。3光源常用的光源有两种，一种为折射仪外部光源，另一种为折射仪内部光源。外部光源经由折射仪入射窗口进入折射仪，内部光源位于折射仪内部。由于宝石具有色散，其折射率都是在入射光波长为 5895nm 条件下测试的结果，因此最为理想的入射光应为波长 5895nm 的黄光。产生最理想黄光的光源是钠光灯。若入射光为白光，由于宝石的色散，阴影边界为彩色谱带，读数时看准黄绿交界部位即可。用白光作光源，在测试单折射率宝石时尚可，但在测试具双折射的宝石时，两
23、彩色阴影互相叠加，不易读数。棱镜和宝石的色散差别越大，则阴影边界彩色性越强。4待测宝石待测宝石必须有抛光的平面或弧面。5工作原理宝石为光疏介质，棱镜和接触液为光密介质。当入射角小于临界角时，光线折射进入宝石；当入射角大于临界角时，光线发生全反射，返回棱镜并通过折射仪标尺，再经反光镜反射，使之通过目镜，形成亮区。折射入宝石的光线不能被人眼所观察到，形成暗区。亮暗交界的阴影边界即标志着光线刚好以临界角入射。折射仪中的内标尺都是经过校正的，可以直接读出折射率值(见图 2-1-18)。三、使用方法和测试步骤使用折射仪可以对具抛光刻面或弧面的宝石的折射率进行测试，测试范围因所用折射仪棱镜和接触液而异，通
24、常情况下是 135181。在使用折射仪进行测试的过程中要注意两个问题，首先是高折射率玻璃棱镜硬度较小，若使用不当，几乎所有的宝石材料都能在棱镜上留下划痕。其次是接触液要适量，由于接触液密度很大，若点得过多，密度较小的宝石会漂浮；若点得过少，则不能使宝石与棱镜产生良好的光学接触。1近视法(也称刻面法)当宝石为刻面型时，采用下列方法和步骤进行测试，称之为近视法或刻面法。1)用酒精清洗宝石和棱镜。2)打开光源，观察视域的清晰程度。3)选择宝石最大刻面，放置于金属台上。4)在棱镜中央轻轻点一小滴接触液，通常以液滴直径约 2mm 为宜。5)轻推宝石至棱镜中央，使宝石通过接触液与棱镜产生良好的光学接触。6
25、)眼睛靠近目镜观察视域内标尺的明暗情况，读数。7)用手指轻轻转动宝石 360，每转一定角度进行一次观察，读数并记录。所转动角度依据观察者的经验和宝石的情况而定。初学者应每转动 15读一次数，这样虽准确但所需时间较长；经验丰富者可转动 3090不等进行观察和读数(见图 2-1-19)。8)测试完毕，将宝石轻推至金属台上，取下。9)清洗宝石和棱镜。清洗棱镜时要注意将沾有酒精的棉球或镜头纸沿着一个方向擦洗，以防接触液中析出的硫划伤棱镜。上述测试方法和步骤可以准确地测出刻面宝石的折射率值和双折率，甚至轴性和光性。2远视法(也称点测法)为了扩大折射仪的使用范围，对小刻面宝石或弧面型宝石的折射率，可采用远
26、视法即点测法进行近似测试，方法如下：1)清洗棱镜和宝石，摘下偏光片。2)在金属台上点一滴接触液。3)手持宝石，用弧面或小刻面接触金属台上的液滴，以保证宝石上的接触液滴直径约为 02mm。若宝石上的液滴较大，则不易得到清晰而准确的读数。4)将带有合适液滴的宝石轻轻放置于棱镜中央，使宝石通过液滴与棱镜形成良好的光学接触。5)眼睛距目镜 3045cm，平行目镜前后( 有人称之为上、下 )移动头部，用下列两种点测法来读取宝石的折射率。5050 法。观察液滴呈半明半暗时明暗交界处的读数并记录(见图 2-1-20)。所测数值为最精确的点测法读数，通常可用于表面抛光良好的宝石。读数可精确到小 数点后第二位。
27、均值法。观察液滴的亮度在标尺的某一区间逐渐变化。取最后一个全暗影像与第一个全亮影像的读数的平均值为所测折射率。通常用于抛光不好或稍有凹凸不平的测试表面或接触油过多的情况。所测数值为精确度最差的点测法读数。读数到小数点后第二位(见图 2-1-21)。3闪烁法对于具有高双折射率且抛光不良或一些弧面宝石，常用闪烁法来估测宝石的双折射率。其方法如下：1)清洗棱镜和宝石。2)取下折射仪的偏光片和放大镜。3)按点测法放置宝石，观察其在折射仪上的液滴影像。将偏光片在目镜上方来回 90转动(但勿将偏光片直接放在镜片上) ，同时按点测法的观察方法上下移动视线，注意液滴影像明暗或颜色的变化。双折射率大的宝石，如菱
28、锰矿、孔雀石等，在此观察过程中，液滴影像会由亮变暗，或由浅绿变成浅红、粉红闪动。如液滴影像无闪动，转动宝石 90，再度观察。若仍无闪动，可推断宝石无高双折射率。如液滴影像闪动，则记录液滴影像在标尺上部开始闪烁的位置和标尺下部停止闪烁的位置的两个数值，两者之差，即为双折射率的估计值(见图 2-122)(注意：此差值并非宝石的双折射率的准确数值)。四、观察现象及结论1)转动宝石 360，视域内出现一条阴影边界 若快速转动配置在目镜上的偏光片，阴影边界无上下跳动的现象，表明此宝石为均质体宝石(包括等轴晶系宝石和非晶质体宝石 )或多晶质集合体宝石(见图 2-1-23)。有的多晶质集合体也会出现模糊的双
29、阴影边界( 如葡萄石 )，这是由于晶体定向排列造成的。2)一轴晶宝石的折射率 转动宝石 360，视域内出现两条阴影边界，其中一条在宝石转动过程中保持读数不变，另一条阴影边界上下跳动，这种情况说明宝石为一轴晶(三方、六方或四方晶系宝石)。不动的阴影边界读数为常光的折射率值 n。 ，而随着宝石的转动，跳动的阴影边界为非常光折射率值 ne(n e)。若不变的阴影边界读数较小，则此宝石为一轴晶正光性，即 nc (ne)n。 ；若不变的阴影边界读数较大，则此宝石为一轴晶负光性，即 nc(n e)nmnp，宝石为二轴晶正光性(+)(见图 2125(a)，反之，则说明 ng 一 nm18 广表示。如翠榴石、
30、锆石等(见图 2-1-26)。5)几种特殊现象 假均质体现象。转动宝石 360，好像只有一条阴影边界，但快速转动偏光片，阴影边界上下跳动。这种现象表示待测宝石是非均质体，其双折率很小，两条阴影边界距离很小，肉眼难于分辨。如磷灰石、符山石，其双折射率分别为 00020008、00010012。假一轴晶现象。有些二轴晶宝石的 ng：与 nm 或 nm 与 np 差值很小，当转动宝石 360时，好像其中一条阴影边界不动，如金绿宝石(n m 接近 np)、黄玉(n m 接近 np ,nm=1609，n g=1616，n p=1606)、柱晶石(n m 接近 ng)。特殊光性方位。当一轴晶宝石的非常光的
31、振动方向(光轴方向) 平行折射仪棱镜长轴方向时，两条阴影边界重合，但随着宝石的转动，这种现象随即消失；当一轴晶宝石的非常光的振动方向(光轴方向)垂直于折射仪棱镜平面时，两条阴影边界保持不变，在任何位置上都显示出最大双折射率。若二轴晶宝石(特别是斜方晶系宝石) 的测试刻面与某个振动方向垂直时，则必有一条阴影不动，与一轴晶宝石的现象一致，但只要换一个测试刻面这种现象立即消失。必须指出：当一轴晶宝石取向正确时，在一个刻面上可同时获得宝石的最高与最低的折射率值；对于二轴晶宝石来说，两个阴影边界各自移动，在一个刻面上不能同时获得宝石的最高与最低的折射率值。某些具有特别双折射率的宝石，其中一个折射率值位于
32、折射仪测试范围之内，而另一个折射率值却超出了测试范围，如菱锰矿，其 no=1 84，ne=158，no181。当转动宝石时，虽然只有一条阴影边界可见，但却是随着宝石转动在不停地移动，极易迷惑初学者。此时可用闪烁法来估测宝石的双折射率。五、使用折射仪的注意事项1)使用折射仪之前，要对其进行检查和校准。2)测试前擦拭棱镜，使之清洁。3)测试时要保护折射仪棱镜，避免宝石或镊子划伤而影响棱镜使用寿命。4)测试结束后，及时擦拭棱镜残存的接触液，避免接触液腐蚀棱镜。5)与偏光镜、二色镜配合使用，能得出更加准确的结论。6)由于类质同象的影响，同种宝石的折射率可能会在一定范围内变化。7)要获得准确的双折射率值
33、，需多测量几个刻面。8)对于尖晶石和祖母绿来说，从折射仪获得的数据，可以帮助区分出是天然或合成宝石。9)折射率读数的精确度和可靠性取决于样品的抛光质量、接触液的多少、样品是否干净、折射仪的校准、所用光源的类型等多方面因素。第四节 紫外灯紫外灯是一种重要的辅助性鉴定仪器，主要用来观察宝石的发光性(荧光)(见图 2-1-27)。虽然荧光反应很少能作为判定宝石种属的决定性证据，但在某些方面可以快速地区分宝石品种。如：鉴别钻石与其仿制品、红宝石与石榴石等。紫外线是波长在 10400nm 之间的电磁波，位于可见光和 X射线之间，波长较可见光短，不能为人眼所观察到。实际应用的大多数是 200400nm 之
34、间的紫外线。为方便起见又把这一部分紫外线划分成三部分：短波，200280nm；中波，280315nm；长波，315400nm。其中长波和短波常被用于宝石鉴定。一、原理紫外灯灯管能辐射出一定波长范围的紫外光波，经过特制的滤光片后，仅射出主要波长为 365nm 的长波或 253 7nm 的短波的紫外光。根据宝石在长波紫外光和短波紫外光下的荧光特性可以帮助鉴定宝石。二、使用目前市场上有各种各样的紫外灯，但不管哪种类型，都是由紫外光源、暗箱和观察窗口三部分组成。有的还带有眼睛防护镜，以防止紫外线对眼睛的损伤。将待测宝石置于紫外灯下，打开光源，选择长波(LW)或短波 (sw)，观察宝石的发光性。观察时除
35、了注意荧光的强弱外，还需注意荧光的颜色和荧光的发出部位。荧光的强弱常分为无、弱、中、强四个等级。有时由于宝石刻面对紫外光的反射，会造成宝石发出紫色荧光假象，此时只需将宝石放置方位稍加改变即可。此外，荧光是宝石整体发出的光，而刻面反光并非如此，光强不均匀，并且显得呆板。宝石在长波下的荧光强度通常大于短波下的荧光强度。三、用途1紫外灯可以帮助鉴定宝石品种某些宝石种在颜色外观上较为接近，如红宝石与石榴石、某些祖母绿与绿玻璃、蓝宝石与蓝锥矿，但它们之间荧光特性有明显差异，因此可借助荧光检测将它们区分开。常见宝石的荧光特征见表 2-1-1。2帮助判别某些天然宝石和合成宝石天然红宝石由于或多或少含一些 F
36、e，在紫外灯下荧光颜色不如合成品鲜艳明亮，天然祖母绿的荧光颜色，也常不如合成晶鲜艳；焰熔法合成黄色蓝宝石在长波下呈惰性或发出红色荧光，而某些天然黄色蓝宝石却呈黄色荧光；焰熔法合成蓝色蓝宝石呈浅蓝白或绿色荧光.而绝大多数天然蓝色蓝宝石却呈惰性。3帮助鉴定钻石及其仿制品钻石的荧光强度变化非常大，可以从无到强，也可呈现各种各样的颜色。有强蓝色荧光的钻石通常具有黄色磷光。常见仿制晶如合成立方氧化锆在长波紫外线下呈惰性或发浅黄色荧光，人造钇铝榴石呈现黄色荧光，人造钆镓榴石则常呈粉红色。在短波下合成无色尖晶石发出蓝一白色荧光，无色合成刚玉呈弱蓝色荧光。因此，紫外灯对于鉴定群镶钻石十分有用，因为若都为钻石，
37、其荧光发光强度和颜色不会均匀，而合成立方氧化锆、人造钇铝榴石等，其荧光强度则较为一致。4帮助判断宝石是否经过人工优化处理某些拼合石的胶层会发出荧光，某些注油的宝石和玻璃填充宝石其充填物可能会发出荧光，某些 B 货翡翠也会发出荧光。硝酸银处理黑珍珠无荧光，而某些天然黑珍珠却可发出荧光。5帮助判别某些宝石的产地如斯里兰卡产的黄色蓝宝石在紫外光下发黄色荧光，而澳大利亚产的则无荧光。四、注意事项1)短波紫外线会对眼睛和皮肤造成伤害，严重者可导致失明，应避免直视荧光灯灯管。同时也不要将手放在短波紫外线下，最好用镊子代替手，防止灼伤。2)宝石的荧光反应仅作为一种辅助性的鉴定证据。3)在判断宝石的荧光时应考
38、虑样品的透明度，透明样品与不透明样品的荧光有所不同。4)同类宝石不同样品的荧光可能存在明显的差异。5)宝石的荧光颜色可能与宝石本身的颜色不同。6)黑色背景有利于宝石荧光的观察。第五节偏光镜偏光镜是一种结构简单、操作方便的宝石鉴定仪器(见图 2-128)，主要用于检测宝石的光性，还可用于判断宝石的轴性、光性符号及检查宝石的多色性。一、结构及原理偏光镜主要是由上、下偏光片和光源组成(见图 2-1-29)。此外还可配有玻璃载物台、干涉球和凸透镜。光源一般采用普通白炽灯有时在光源箱前侧开有一个狭窄的窗口，也可为折射仪提供光源。偏光镜在设计时通常是下偏光片固定，上偏光片可以转动，从而可以调整上偏光的方向
39、。为了保护下偏光片，其上有一可旋转的玻璃载物台。干涉球和凸透镜可用来观察宝石的干涉图。当自然光通过下偏光片时，即产生平面偏光，若上偏光与下偏光方向平行，来自下偏光片的偏振光全部通过，则视域亮度最大；若上偏光与下偏光方向垂直，来自下偏光片的偏振光全部被阻挡，此时视域最暗，即产生了所谓的消光(见图 2-1-30)。二、偏光镜的使用方法1)清洁宝石，观察宝石是否透明。2)打开偏光镜电源开关，旋转上偏光片直至消光位置。3)将宝石放在下偏光片上方的玻璃载物台上，用手或镊子在水平方向上转动宝石 360度(有载物台时可直接转动载物台) ，观察宝石的明暗变化。三、偏光镜的应用及现象解释偏光镜对鉴别均质体、非均
40、质体和多晶质体具有重要的作用。1均质体若待测宝石为均质体，当自然光经过下偏光片透过宝石时，光的振动方向不发生任何变化，其仍为偏振光。通过上偏光片后，光全部被阻挡不能通过。因此任意转动宝石，宝石在视域中呈全暗(消光)( 图 2-1-31)。2非均质体晶体中除等轴晶系宝石外，都为非均质宝石。当待测宝石为非均质体时，在正交偏光镜下，转动宝石 360，宝石会出现四明四暗现象。这是因为非均质体具有将光分解成振动方向相互垂直的两束偏光的性质(光轴方向除外) 。当通过下偏光片的平面偏光进入待测宝石时，若下偏光振动方向与宝石的光率体两个椭圆半径之一平行时，下偏振光透过宝石，振动方向不发生变化，仍与上偏光片振动
41、方向垂直，从而被阻挡，视域全暗(见图 2132(a)；若下偏光振动方向与宝石的光率体两个椭圆半径斜交时，下偏振光被宝石分解成振动方向相互垂直的两束偏光。有一部分光线可透过上偏光片，视域逐渐变亮，当若下偏光振动方向与宝石的光率体两个椭圆半径斜交呈 45时，视域最亮(见图 2-1-32(b)。于是随着宝石的转动，出现了明暗交替现象。这种明暗交替现象在宝石转动一周的过程中出现四次。但是必须指出的是如果非均质体的光轴方向平行于观察方向，则在正交偏光镜下转动宝石 360，宝石并不出现四明四暗现象，而是全暗。3多晶质宝石多晶非均质集合体宝石在正交偏光镜下，转动 360，宝石在视域中都是明亮的。这是因为多晶
42、集合体中大量的晶体杂乱无章地排列，于是不同晶体将光分解后，所产生的偏振光振动方向也杂乱无章，各个振动方向都有，总体效果近似自然光。聚片双晶发育的宝石情况与此类似。 多晶均质集合体宝石在正交偏光镜下，转动 360，宝石在视域中全暗。4特殊现象(1)异常消光许多均质体宝石在正交偏光下并不出现全暗现象，而是随着宝石的转动，宝石在视域内出现不规则明暗变化，这种现象称之为异常消光，这是由于在均质体宝石中出现异常双折射所造成的。不同的宝石，其异常双折射成因有所不同。玻璃在生产过程中，由于快速冷却，致使内部应力聚集，形成异常双折射，造成常见的“蛇形带状”异常消光现象；焰熔法合成尖晶石由于生产过程中加入了过量
43、的铝，使晶格有一定程度的扭曲，形成异常双折射，从而在正交偏光下出现栅格状或斑纹状异常消光；石榴石则是由于类质同象替换，致使晶格产生了某些不均匀性，从而出现异常消光，甚至出现类似四明四暗的消光现象。异常消光现象总的来说还是好判断的。因为非均质宝石在正交偏光镜下转动时，每转 90会重复以前的明暗变化，有极明显的规律性，而异常消光现象通常无这种规律性。在鉴定过程中偏光镜常与折射仪、二色镜相互补充使用。折射仪可判断易混淆的异常消光现象，如石榴石有时在偏光镜下呈现假四明四暗现象，而在折射仪测试过程中永远只会出现一条阴影边界，并且无多色性。反之，偏光镜可帮助判断双折率很小的宝石的光性，如磷灰石的双折率只有
44、 0003，在折射仪上很难见到双阴影边界(特别是非单色光作为光源时)，然而若置于偏光镜下，很容易就可断定出为非均质宝石。判断是否为异常消光，可以通过折射仪、二色镜对其光性进行验证，也可以在偏光镜下进行验证。首先将宝石在正交偏光镜下转动至最亮处，然后固定宝石，转动上偏光片 90使其振动方向与下偏光片振动方向平行，若宝石亮度不变或稍暗，则为非均质宝石；若宝石变亮，则为均质宝石。使用此法时要注意，有些红、橙、紫红色石榴石具有极明显的异常双折射，有时仍会表现出非均质体的性质，最好的验证方法是使用二色镜和折射仪观察。(2)全暗假象要正确判断宝石的光性，首要条件是必须保证有足够的光线穿过宝石。有些高折射率
45、宝石如钻石、锆石、合成立方氧化锆等，若切工良好，台面向下放置时几乎没有光线能够穿过，那么无论宝石为均质体或非均质体，均会呈现全暗的假象。要排除这种并非由宝石本身的光性所造成的全暗假象，可以变换宝石放置方位，如将亭部刻面直接放在载物台上再次进行观察即可。此时，还可将宝石放人与其折射率相近的浸液中，以减少因散射光所造成的影响，增加透过高折射率宝石的光量。(3)其他假象某些透明单晶宝石有较多且较明显的裂隙或含有大量包体，这些裂隙和包体都会影响光在宝石中的传播，从而难以准确判断其光学性质。此外，周围其他光线在宝石上若发生反射，造成反射光偏振化，也会影响判断的正确性。四、偏光镜的局限性偏光镜在使用中有一
46、定局限性。1)偏光镜不适用于不透明的宝石的测试。待测宝石必须是透明或半透明，至少部分透明或半透明。如某些透光性不好的弧面型宝石，由于边部较薄，可呈半透明，仍可进行测试。2)若待测宝石透明，但含有大量的裂隙和包体，则测试的可靠性较差。五、干涉图及其观察1现象双折射宝石在上下偏光和锥形偏光共同作用下，由消光与干涉效应综合作用而产生的特殊图案，称为干涉图。其在偏光镜下所呈现的是由各色条带组成的图案。在偏光镜的上下偏光片之间加上一无应变干涉球或凸透镜即可将通过下偏光片的平面偏光变成锥形偏光。白光在非均质体宝石中产生双折射，分解成两条振动方向互相垂直的偏振光，宝石相对于二者的折射率不一样，造成一定的光程
47、差。锥光的作用是增加光在宝石中传播的光程，产生不同大小的光程差。在透过宝石之后会产生干涉，使白光中一部分波长的光加强，而另一部分的光减弱，这些经过干涉后的光，会产生各种颜色，称之为干涉色。干涉色的产生取决于宝石的双折射率和光程。 根据干涉图的形状可判断宝石的轴性。一轴晶干涉图：一轴晶干涉图为一个黑十字加上围绕十字的多圈干涉色色圈，黑十字由两个相互垂直的黑带组成，两黑带中心部分往往较窄，边缘部分较宽(见图 2-1-33)。干涉色色圈以黑十字交点为中心，呈同心环状，色圈越往外越密，转动宝石，图形不变。水晶由于内部结构使偏振光发生规律旋转(即旋光性) ，干涉图呈中空黑十字，称为 “牛眼干涉图”( 见
48、图 2-1-34)。某些水晶双晶的干涉图在中心位置呈现四叶螺旋桨状的黑带(特别是某些紫晶)。 二轴晶干涉图：根据观察方向的不同，二轴晶干涉图分为两种，即双光轴干涉图和单光轴干涉图。双光轴干涉图由一个黑十字及“”字形干涉色圈组成，黑十字的两个黑带粗细不等(见图 2-1-35)。 “”字形干涉色圈的中心为二个光轴出露点，越往外色圈越密。转动宝石，黑十字从中心分裂成两个弯曲黑带，继续转动，弯曲黑带又合成黑十字。单光轴干涉图由一个直的黑带及卵形干涉色圈组成，转动宝石，黑带弯曲，继续转动，黑带又变直(见图 2-1-36)。2观察步骤要观察到宝石的干涉图必须将宝石在正交偏光镜下进行正确的定向，只有当光轴与
49、偏光片近于垂直时才会出现干涉图。首先，使上、下偏光片处于正交位置，放人宝石，之后转动宝石寻找彩色干涉色；当干涉色出现后，在颜色最密集处加上干涉球，即可观察到干涉图。通常，双折率较低的宝石比双折率较高的宝石易于定向。如磷灰石，其双折率 0003，光轴与偏光片夹角只要大于 50 一 60 即可。换句话说，当光轴与正确的垂直方位小于 30 一 40 时，都可观察到干涉色。而锆石则不然，锆石的双折率为0059，要正确定向就比较困难，只有当光轴与正确方位相差 10 一 15 以下时，干涉色才会出现。如果干涉图不明显，可以将宝石上下转动 180 再观察。六、利用偏光镜观察宝石的多色性利用偏光镜也可观察宝石的多色性。具体方法是，转动偏光镜的上偏光片，使上下偏光振动方向平行，视域呈全亮；将宝石放到载物台上，分别从 23 个不同的方向上，转动宝石对其进行观察，如果宝石有颜色变化，说明其具有多色性。综合不同方向上观察到的颜色，可给出宝石大致的二色或三色性的颜色。但对多色性较弱的宝石，利用偏光镜不易观察。若要准确地描述宝石的多色性
