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、10-3所示。
主要组成部分有：⑴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。
⑵单色光光源：一般使用钠光源或发黄光的二极管。
⑶内标尺：可以直接从标尺上读出宝石折射率，读数精度0.01。
⑷三角形棱镜：改变光传播方向。
⑸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⑴测定宝石的折射率；⑵确定单折射宝石和双折射宝石；⑶测定双折射宝石的最大折射率；⑷确定一轴晶宝石和二轴晶宝石及光性符号。
13.1.4测定步骤⑴仔细清洗宝石和棱镜；⑵在棱镜中央滴一滴折射液；⑶从目镜中观察折射液的阴影边界位置；⑷将待测宝石台面向下放在金属台上，在轻轻推到棱镜上；⑸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；⑹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⑴单阴影边界，且旋转宝石360o没有变化。
待测宝石为单折射宝石。
⑵双阴影边界，旋转宝石360o，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。
⑶双阴影边界，旋转宝石360o，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。
⑷双阴影边界，旋转宝石360o都移动，待测宝石为二轴晶宝石。
旋转宝石360o，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 m＜N 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⑴要使用单色光光源，并保证有足够亮的照明；⑵将宝石和棱镜清洗干净，保证两者之间良好的光学接触；⑶折射液用量要合适；⑷太小或严重划伤、磨损的刻面不能获得精确读数；⑸折射仪被严重划伤或畸形，不能获得精确读数；⑹宝石折射率大于折射油，仅有的阴影边界是折射油的；⑺眼睛的位置要正确，不能偏上或偏下。
⑻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⑴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；⑵不能测未抛光的原石；⑶不能区分天然宝石与合成宝石；⑷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：⑴将宝石和棱镜清洗干净；⑵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；⑶眼睛离目镜30-40cm，可以观察到圆形或椭圆形液泡；⑷上下移动眼睛，使明暗分界位于液泡中央，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⑴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3—5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。
狭缝越窄，则进入宝石的散杂光线越少，光谱越清晰。
⑵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⑴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。
⑵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⑴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。
⑵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。
⑶内反射法光线进入宝石之后又反射出来，进入分光镜狭缝。
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⑴分光镜适用于鉴定有色并且具有特征吸收光谱的宝石；⑵可以测定原石；⑶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⑴帮助鉴定宝石以及宝石定名；⑵帮助区分某些天然宝石与合成宝石；⑶帮助区分某些人工处理的宝石；⑷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图10-7偏光镜的结构示意图性均质宝石时，宝石为全消光；当上下偏振片之间放置光性非均质宝石时，转动宝石3600C，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⑴区别光性均质宝石与光性非均质宝石；⑵区别一轴晶宝石与二轴晶宝石；⑶确定一轴晶宝石与二轴晶宝石的光性符号。
13.3.3测试步骤⑴清洗宝石；⑵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；⑶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；⑷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⑴宝石在所有测试方向全部消光，则为单折射宝石；⑵宝石在所有测试方向全亮，则为多晶质宝石；⑶转动宝石3600C，宝石出现四次消光，则为双折射宝石。
⑷干涉图由黑十字加同心圆状色圈组成，为一轴晶宝石；⑸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。
