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宝石学的基础学概论

2018-04-03 09:04 作者:天逸宝地  | 我要投稿

当 说 明 一 个 人 的 特 征 时 , 我 们 会 从 五 官 特 征 、 肤 色 、 身 材 、 发 型 等 外部 特 征 和 血 型 、 DNA 等 内 部 特 征 加 以 描 述 。与 此 相 类 似 , 当 我 们 描 述 一 个宝 石 时 , 也 常 用 一 些 与 宝 石 的 化 学 成 分 及 物 理 性 质 有 关 的 特 征 或 术 语 。 因此 , 了 解 这 些 特 征 或 术 语 是 认 识 和 鉴 别 宝 石 的 基 础 。

宝 石 的 化 学 成 分 特 点

1、 宝 石 多 数 属 于 硅 酸 盐 矿 物 , 其 次 为 氧 化 物 类 , 少 数 为 磷 酸 盐 , 自然 元 素 类 仅 有 钻 石 一 种 。

2、 宝 石 矿 物 的 化 学 组 成 具 有 一 定 范 围 的 可 变 性 。

引 起 宝 石 矿 物 化 学 成 分 变 化 的 原 因 是 类 质 同 象 替 代 和 显 微 包 裹 体 的存 在 。这 些 杂 质 组 分 的 介 入 对 宝 石 来 说 极 其 重 要 , 它 不 仅 使 一 些 宝 石 呈 现 出各 种 漂 亮 、 迷 人 的 颜 色 ( 如 红 宝 石 因 含 微 量 Cr而 呈 红 色 ), 也 使 部 分 宝 石具 有 神 奇 的 光 学 效 应 ( 如 定 向 纤 维 包 体 导 致 猫 眼 效 应 和 星 光 效 应 )。

宝石的结构

晶 体 :

其 内 部 的 原 子 有 规 律 地 重 复 排 列 , 具 有 三 维 格 子 状 构 造 的 固 体 。 通 常都 表 现 出 典 型 的 规 则 形 态 , 这 种 形 态 是 其 格 子 构 造 的 外 部 表 现 。如 水 晶 、 钻 石 等 。

非 晶 体 :

其 内 部 的 原 子 排 列 无 规 律 , 不 具 格 子 构 造 , 因 而 也 没 有 规 则 的 几 何 外形 。如 玻 璃 、 蛋 白 石 等 。

多 晶 质 :

指 由 众 多 细 小 的 晶 体 集 合 而 成 、 宏 观 不 呈 晶 体 而 呈 块 状 产 出 的 固 体 。如 翡 翠 、 岫 玉 等 玉 石 。

宝 石 的 光 学 性 质

1、 宝 石 的 折 射 率 :

根 据 折 射 定 律 , 宝 石 的 折 射 率 等 于 光 在 真 空 ( 或 空 气 ) 中 的 传 播 速 度与 光 在 宝 石 中 的 传 播 速 率 之 比 。它 是 反 映 宝 石 成 分 、 晶 体 结 构 的 主 要 常 数 之 一 , 是 宝 石 种 属 鉴 别 的 重要 依 据 。

2、 均 质 体 与 非 均 质 体 :

根 据 光 学 性 质 的 不 同 ,宝 石 可 分 为 均 质 体 和 非 均 质 体 两 大 类 。

均 质 体 宝 石 :

其 光 学 性 质 在 各 个 方 向 上 相 同 , 即 光 在 均 质 体 宝 石 的 各 个 方 向 上 传 播时 , 其 速 度 和 性 质 都 是 一 样 的 。 均 质 体 宝 石 只 有 一 个 折 射 率 ( n) ,在 折 射仪 上 仅 有 一 道 阴 影 边 界 。 例 : 钻 石 、 石 榴 石 、 尖 晶 石 、 玻 璃 等 都 是 均 质体 宝 石 。

非 均 质 体 宝 石 :

其 光 学 性 质 随 方 向 而 异 。 当 光 波 进 入 非 均 质 体 宝 石 时 , 一 般 会 分 解 成振 动 方 向 互 相 垂 直 、 传 播 速 度 不 同 、 折 射 率 不 等 的 两 束 偏 振 光 , 这 一 现 象称 为 光 的 双 折 射 。在 折 射 仪 上 非 均 质 体 宝 石 有 两 道 阴 影 边 界 , 其 最 大 折 射 率 与 最 小 折 射率 的 差 值 称 为 双 折 射 率 ( DR)。

方解石因其具有极高的双折射率,肉眼即可明显地看出双重影象。

锆石也因为双折射率较高,放大检查时,可明显地看到刻面棱线呈双影。

非均质体宝石又可分为:

Ⅰ 、 一 轴 晶 : 只 有 一 个 方 向 不 发 生 双 折 射 的 晶 体 。如 : 红 宝 石 、 蓝 宝 石 、 祖 母 绿 、 碧 玺 、 水 晶 。

Ⅱ 、 二 轴 晶 : 有 两 个 方 向 不 发 生 双 折 射 的 晶 体 。如 : 橄 榄 石 、 金 绿 宝 石 、 托 帕 石 。

3、 宝 石 的 颜 色 与 多 色 性颜 色 :

是 一 定 波 长 的 电 磁 波 辐 射 , 当 这 种 电 磁 波 进 入 人 眼 , 剌 激 视 神 经 时 便产 生 了 颜 色 感 觉 。 在 一 般 光 亮 条 件 下 , 视 觉 正 常 的 人 仅 能 感 觉 到700-400nm 范 围 的 波 谱 , 其 颜 色 依 次 为 红 、 橙 、 黄 、 绿 、 蓝 、 紫 。

宝 石 本 身 没 有 颜 色 , 我 们 之 所 以 感 觉 它 的 颜 色 , 是 宝 石 对 不 同 波 长 的可 见 光 选 择 性 吸 收 的 结 果 , 宝 石 所 呈 现 的 颜 色 是 剩 余 光 中 的 各 种 色 光 的 混合 色 。

若 宝 石 对 白 光 中 各 波 段 的 光 全 部 吸 收 , 则 宝 石 呈 现 黑 色 ; 若 白 光 中各 波 段 的 光 全 部 通 过 宝 石 , 未 被 吸 收 , 则 宝 石 呈 现 无 色 透 明 。

多 色 性非 均 质 体 宝 石 的 光 学 性 质 随 方 向 而 异 。当 对 光 波 的 选 择 性 吸 收 或 吸 收 总 强 度 随 着 光 波 在 晶 体 中 的 振 动 方 向不 同 而 发 生 改 变 时 , 这 种 现 象 称 为 宝 石 的 多 色 性 。

一 轴 晶 宝 石 可 以 有 二 色 性 。 如 红 宝 石 、 蓝 宝 石 、 碧 玺 、 祖 母 绿 等 ;

二 轴 晶 宝 石 可 以 有 三 色 性 。 如 变 石 、 坦 桑 石 、 红 柱 石 。

4、 宝 石 的 光 泽

指 宝 石 表 面 对 可 见 光 的 反 射 能 力 。其 强 弱 取 决 于 宝 石 本 身 的 折 射 率 和 表 面 光 洁 程 度 , 常 见 的 光 泽 种 类有 :

金 属 光泽 表 面 所 具 有 的 一 种 象 金 属 一 样 的 光 泽 。 如 赤 铁 矿 等 。

金 刚 光 泽

由 金 刚 石 表 面 所 显 示 的 一 种 光 泽 类 型 , 是 非 金 属 矿 物 中 最 强 的 一 种 光泽 。 如 钻 石 。

玻 璃 光 泽

如 同 玻 璃 表 面 所 反 射 的 光 泽 ,大 多 数 宝 石 都 具 有 玻 璃 光 泽 ,如 红 宝 石 、祖 母 绿 、 水 晶 、 托 帕 石 、 碧 玺 等 。

珍 珠 光 泽 一 种 柔 和 、 多 彩 的 光 泽 , 常 见 于 珍 珠 表 面 或 月 光 石 表 面 。

油 脂 光 泽

一 些 宝 石 的 不 平 坦 断 面 上 或 某 些 玉 石 表 面 呈 现 的 一 种 光 泽 。 如 水 晶 断口 上 的 光 泽 和 软 玉 的 光 泽 。

除此以外,常见的光泽还有树脂光泽、蜡状光泽,如下图:

5、 宝 石 的 透 明 度

透 明 度 是 指 物 体 允 许 可 见 光 透 过 的 程 度 , 肉 眼 鉴 定 中 常 分 为 以 下 三 个级 别 :透 明 光 线 可 充 分 通 过 , 并 能 清 晰 地 透 视 物 体 。 如 金 刚 石 、 水 晶

半 透 明 可 透 光 , 但 透 视 物 体 时 已 很 模 糊 。 如 翡 翠 。

不 透 明 不 允 许 光 线 透 过 。 如 孔 雀 石 。

6、 宝 石 的 发 光 性

指 宝 石 在 外 来 能 量 的 激 发 下 , 发 出 可 见 光 的 性 质 :荧 光 : 激 发 源 撤 除 后 , 宝 石 立 即 停 止 发 出 可 见 光 。 这 种 发 光 现 象 称 为荧 光 。磷 光 :激 发 源 撤 除 后 ,宝 石 仍 能 在 较 短 的 一 定 时 间 内 继 续 发 出 可 见 光 。称 为 磷 光 。

7、 特 殊 光 学 效 应

猫 眼 效 应 :光 照 下 一 些 弧 面 形 宝 石 的 表 面 呈 现 一 条 闪 亮 的 光 带 , 犹 如 猫 的 眼 睛 ,故 而 得 名 。 随 着 光 源 或 宝 石 的 摆 动 或 观 察 角 度 的 改 变 , 光 带 在 宝 石 表 面 作反 方 向 平 行 移 动 。

产 生 机 理 :猫 眼 效 应 的 产 生 是 宝 石 及 其 内 部 定 向 包 裹 体 或 定 向 结 构 对 可 见 光 的折 射 和 反 射 作 用 引 起 的 。

评 价 : 眼 线 是 否 窄 细 、 明 亮 ; 游 动 是 否 灵 活 ; 是 否 居 中 。

星 光 效 应 :

光 照 下 一 些 弧 面 形 宝 石 的 表 面 呈 现 一 组 放 射 状 闪 动 的 亮 线 , 形 如 夜 空中 闪 烁 的 星 星 , 称 为 星 光 效 应 。 随 着 宝 石 的 转 动 或 光 源 的 转 动 , 星 光 将 在宝 石 表 面 作 反 向 转 动 。

产 生 机 理 :

同 猫 眼 效 应 的 形 成 机 理 , 所 不 同 的 是 含 有 两 组 或 两 组 以 上 的 定 向 包 裹体 或 定 向 结 构 。


评 价 :各 亮 带 是 否 清 晰 、 细 窄 、 完 整 ; 亮 带 交 叉 点 是 否 位 于 弧 面 中 心 。变 彩 效 应 :由 于 宝 石 的 特 殊 结 构 对 光 的 干 涉 、 衍 射 作 用 产 生 的 颜 色 , 颜 色 随 着 光源 或 观 察 角 度 的 变 化 而 变 化 , 这 种 现 象 称 为 变 彩 。

产 生 机 理 :

欧 泊 的 化 学 成 份 为 SiO2.nH2O,在 其 结 构 中 SiO2为 近 于 等 大 的 球 体 在空 间 作 规 则 排 列 ( 短 程 有 序 ), 球 体 之 间 由 含 水 的 SiO2胶 体 充 填 , 胶 体 与球 体 之 间 有 微 小 的 折 射 率 差 异 , 球 体 直 径 与 球 体 之 间 的 孔 隙 直 径 近 于 相等 。 这 样 , 欧 泊 的 结 构 就 形 成 了 最 典 型 的 天 然 三 维 光 栅 , SiO2球 体 及 球 体空 隙 分 别 相 当 于 衍 射 单 元 和 光 栅 常 数 , 根 据 布 拉 格 公 式 :nλ =2d.Sinθ

Ⅰ .球 体 直 径 (d)及 观 察 角 度 (θ )直 接 决 定 了 欧 泊 中 色 斑 的 颜 色 (λ )d>>λ 时 : 可 见 光 直 接 通 过 , 欧 泊 无 变 彩 , 仅 显 示 灰 白 色 , 这 是 普 通的 蛋 白 石 。d<λ 时 :可 见 光 中 大 部 分 光 被 挡 于 欧 泊 之 外 ,欧 泊 中 不 发 生 光 的 干 涉 、衍 射 , 仅 发 生 瑞 利 散 射 , 导 致 欧 泊 出 现 淡 淡 的 蓝 色 乳 光 。d 与 白 光 中 较 短 波 长 的 光 相 近 时 , 这 些 较 短 波 长 的 光 在 欧 泊 中 发 生 干涉 、 衍 射 , 产 生 蓝 、 绿 等 较 单 一 的 颜 色 色 斑 。d 略 大 于 白 光 中 的 较 长 波 长 的 光 时 , 白 光 发 生 衍 射 和 干 涉 , 产 生 从 紫到 红 的 全 光 谱 色 , 这 时 色 斑 颜 色 最 为 丰 富 。另 外 , 在 球 体 直 径 d 固 定 的 情 况 下 , 随 着 观 察 角 度 θ 的 连 续 改 变 ,色 斑 的 颜 色 会 按 照 可 见 光 谱 色 序 发 生 连 续 变 化 , 这 样 就 解 释 了 欧 泊 中 色 斑颜 色 的 形 成 与 变 化 的 原 因 。Ⅱ .短 程 有 序 结 构 决 定 了 众 多 色 斑 的 形 成由 于 欧 泊 属 非 晶 质 体 , 其 小 球 体 的 规 则 排 列 仅 出 现 在 局 部 小 区 域 内( 即 短 程 有 序 ), 每 一 规 则 排 列 的 小 区 域 构 成 了 一 个 独 立 的 三 维 衍 射 光 栅 ,并 对 应 宏 观 上 的 一 个 小 色 斑 。 由 于 小 衍 射 光 栅 的 尺 寸 各 不 相 同 , 在 同 一 角度 观 察 时 , 各 色 斑 的 颜 色 也 会 有 明 显 差 异 , 呈 现 五 彩 缤 纷 的 效 果 。评 价 : 色 彩 是 否 鲜 艳 、 丰 富 ; 色 斑 分 布 的 面 积 ; 基 底 的 深 浅 。变 色 效 应 :在 不 同 光 源 照 射 下 ( 常 用 日 光 和 白 炽 灯 两 种 光 源 ), 宝 石 呈 现 明 显 的颜 色 变 化 , 这 种 现 象 称 为 变 色 效 应 。

产 生 的 前 提 条 件 :宝 石 的 可 见 光 吸 收 光 谱 中 存 在 着 两 个 明 显 相 间 分 布 的 色 光 透 过 带 ,而 其 余 色 光 均 被 较 强 吸 收 。例 如 : 变 石 有 两 个 透 光 区 , 一 个 是 绿 光 区 , 一 个 是 红 光 区 。 由 于 日 光中 绿 光 偏 多 , 所 以 日 光 下 变 石 呈 现 绿 色 ; 而 白 炽 灯 中 红 色 光 偏 多 , 所 以白 炽 灯 下 变 石 呈 现 红 色 。

月 光 效 应 :折 射 率 稍 有 不 同 的 钾 长 石 和 钠 长 石 薄 片 平 行 发 生 的 超 细 微 结 构 引 起光 的 散 射 、 漫 反 射 作 用 , 形 成 朦 胧 状 的 蔚 蓝 色 , 即 在 乳 白 色 的 底 色 中 , 飘动 着 一 点 点 微 弱 的 蓝 色 , 如 同 皎 洁 的 月 光 , 故 名 月 光 效 应 。


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