宝玉石鉴定基础——分光镜

翠花

        分光镜是用来观察宝石的吸收光谱，帮助鉴定宝石品种，推断宝石中的致色元素，尤其是对典型光谱的宝石种类，可以用来确定宝石的亚种。还可以用来鉴别是否经染色处理（图1）。

       



        图1分光镜

        一、原理

        色散元件（棱镜和光栅）可将白光分解成连续的可见光谱，而宝石中的致色元素Cr、Ti、Mn、Fe、Co、Ni等过渡元素和稀土元素铷等对可见光可造成吸收、形成吸收线或吸收带，根据这些吸收特征可以判断其致色元素或宝石种类。

        二、结构类型

        根据分光镜的色散元件的不同，可分为棱镜式分光镜和光栅式分光镜。

        1.棱镜式分光镜（图2）

        棱镜式分光镜由一组镜系列组成，产生较直的光径，这些棱镜呈光学接触。棱镜式分光镜的特点是蓝紫区相对扩宽，红光区相对压缩。因此，在光谱上的色区呈不均一分布。但其透光性好，在光谱中可出现一段明亮的光谱，有利于观察蓝紫光区光谱（图4）。

       



        图2棱镜式分光镜结构

        2.光栅式分光镜（图3）

        光栅式分光镜主要由绕射光栅组成。光栅式分光镜的特点是色区大致相等，红光区分辨率比棱镜式高，但透光性差，须用强的光源（图4）。

       



        图3光栅式分光镜结构

       




        图4

        三、光源选择

        无特征吸收的光源，纯净、强度够大，一般用光纤灯（冷光源）（图5）。

        光纤灯是由强的点光源和传导光的玻璃纤维或石英纤维、塑料纤维所构成，纤维丝的直径在几微米到几十微米之间，当光线射到光导纤维端面而折射进入内部时，经光纤管内的芯料与涂层间的界面多次全反射后，从光导纤维的另一端面射出，而不从光纤管的周壁逸出。光导纤维的材料要求聚光能力强，传光性能好，分辨本领高。

       



        图5光纤灯

        四、使用方法

        1.透射法（图6）

        适用于半透明至透明的宝石，可保证足够的光透过宝石进入分光镜。

        （1）将宝石置于带小孔的黑板上；

        （2）将光源对准宝石；

        （3）将分光镜对准宝石；

        （4）判读分光镜中的吸收线位置。

       



        图6透射法

        2.内反射法（图7）

        适用于颜色较浅、宝石颗粒较小的透明刻面型宝石。观察方法如下：

        （1）宝石台面向下置于黑色背景下；

        （2）调节光源角度，使入射光方向与分光镜的夹角大致呈45°。

        （3）将分光镜对准宝石，使尽可能多的光通过宝石的内部反射后进入分光镜；

        （4）判读分光镜中吸收线的位置。

       



        图7内反射法

        3.表面反射法（图8）

        适用于透明度不好的宝石，特别是玉石类。

        调节入射光方向与分光镜的夹角，使尽可能多的白光在宝石表面反射后进入分光镜。操作方法同透射光法。

       



        图8表面反射法

        五、注意事项

        1.采用白光源（连续光谱）可用白炽灯、手电筒或特制光纤灯。

        2.光谱中吸收线（带）的清晰程度受宝石的大小、颜色深浅、透明度好坏等影响。

        3.尽量让通过宝石的光进入分光镜。

        4.分光镜狭缝应保持清洁，若有灰尘，会在光谱上产生黑色水平线。

        5.观察时，不应用手持拿小型宝石，手指中的血液具有吸收线（592nm），会影响观察。

        6.鉴定宝石时应与其他鉴定仪器配合使用。

        六、分光镜的适用范围

        从特征性吸收光谱可以看出，不同的金属离子致色的宝石，吸收光谱的特征均不相同。但同种金属离子致色的宝石吸收光谱的特征相似。

        1.显铬谱的宝石

        在透明宝石中，由铬离子致色的宝石多呈鲜艳的红色和绿色。颜色的明度大，有较好的反光效果，多属高档宝石品种。如红宝石、祖母绿、翡翠、变石、红色尖晶石等。这些宝石由于本身铬的含量不同，颜色上的差异使吸收线和吸收带在可见光吸收谱中略有差异，但总的规律是一致的。

       



        2.显铁谱的宝石

        铁元素对可见光有较强的吸收性，所以由铁致色的宝石颜色明度一般都比较暗。如泰国的红宝石，是由铬和铁两种元素致色，所以颜色呈暗的红色，反光效果远较缅甸红宝石差。铁的含量和价态不同，在宝石中可以呈显各种颜色，如红色石榴石、绿色电气石及黑色赤铁矿。常见由铁致色的宝石有蓝宝石、铁铝榴石、黄玉、金绿宝石、橄榄石、电气石、绿柱石和海蓝宝石等。

       



        3.显钴谱的宝石

        钴可使宝石呈现带红的靛蓝色，从不同的方向观察，含钴蓝色宝石在蓝色中可见红色闪光。钴是人造变石常用的致色元素。它的吸收光谱特征是黄色和橙色区有三条宽的吸收线，在红色和紫色区有灰色吸收带。

        4.显锰谱的宝石

        是菱锰矿、蔷薇辉石、粉红色电气石等粉红色宝石的致色因子。吸收光谱特征是在紫色和蓝色区有宽的吸收带。

        5.显铀谱的宝石

        铀的吸收光谱非常特殊，在整个吸收谱中没有明显的吸收带，自蓝色至红色光区有密集平行排列的十余条黑色吸收线，是分光镜中最容易显示的吸收谱，这种光谱是鉴别锆石最有效的方法。

       



        6.稀土金属钕和谱

        稀土金属钕和谱的吸收光谱与铀相似，区别在于平行的吸收线颜色相对灰暗，不如铀的吸收谱线那样清晰，是磷灰石所具有的特征性光谱。

        七、主要用途及局限性

        珠宝检测中心

        1.可帮助确定具有典型光谱的宝石名称。如：锆石653.5nm典型吸收线具有鉴定意义；钻石415.5nm典型吸收线具有鉴定意义。

        2.帮助区分某些天然宝石与合成宝石。如：天然蓝色尖晶石显复杂的铁谱；合成蓝色尖晶石显典型的钴谱。

        3.帮助区分某些天然宝石与人工处理宝石。如：天然绿色翡翠红光区630~690nm处显三条阶梯状吸收谱；染色翡翠（人工处理）红光区显模糊吸收带。

        4.帮助区分某些宝石与仿宝石。如：红宝石显铬谱、红玻璃显稀土谱；祖母绿显铬谱、绿色钇铝榴石显稀土谱。

        5.帮助确定宝石中的致色离子。如：红宝石显铬谱、橄榄石显铁谱、合成蓝色尖晶石显钴谱、锆石显稀土谱。

        6.不能区分某些天然宝石与合成宝石。如：天然红宝石与合成红宝石具有相似的光谱。