折射儀的工作原理與使用方法

1/1折射儀的工作原理與使用方法折射儀的原理和應(yīng)用

一、名稱

折射儀又稱折光儀，是利用光線來(lái)測(cè)定寶石折射率值的一種儀器。它用一個(gè)高折射率的均質(zhì)性材料半球作棱鏡；通過(guò)棱鏡射向被測(cè)光疏物質(zhì)的光,小于臨界角的光線進(jìn)入該光疏物質(zhì),目鏡上見不到這些光,表現(xiàn)為一個(gè)暗域；大于臨界角的光線全反射回棱鏡,在目鏡上表現(xiàn)出一個(gè)亮域；明暗域的分界線相當(dāng)于該臨界角的位置。目鏡下安裝有一個(gè)標(biāo)尺,刻有與此臨界角相對(duì)應(yīng)的折射率值,明暗域界限指示的數(shù)值即被測(cè)物質(zhì)的折射率。

折射儀不僅可測(cè)得寶玉石的折射率、雙折射率,還可用來(lái)判定軸性、光性正負(fù),使用單色光源或?yàn)V色片,還可用于測(cè)定色散值。折射率是寶石最為穩(wěn)定的性質(zhì)之一，因此折射儀是常規(guī)鑒定儀器中最為重要的一個(gè)儀器了、對(duì)于拋光良好的寶石，能夠精確的測(cè)定寶石的折射率，雙折射率，從而推斷出寶石的光性、軸性，最終可以定出寶石的種屬，為寶石的鑒定提供證據(jù)。

但鑒定寶石需要從晶體結(jié)構(gòu)、比重、折光度、多向色性、硬度等多方面綜合考慮，即使同樣的寶石，產(chǎn)地不同，性質(zhì)也有差異，價(jià)值也不同，如產(chǎn)自緬甸的紅寶石和產(chǎn)自泰國(guó)的，在光學(xué)性質(zhì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)上都有一定的差異。

二、工作原理

折射儀的工作原理是建立在全內(nèi)反射的基礎(chǔ)上。該儀器是測(cè)量寶石的臨界角，并將讀數(shù)直接轉(zhuǎn)換成折射率值。作為折射儀的棱鏡,必須是單折射。如果棱鏡是雙折射、寶石又是雙折射，光線首先通過(guò)棱鏡會(huì)產(chǎn)生雙折射，分解成兩條光線，這兩條光線在通過(guò)寶石發(fā)生雙折射，變成四條光線，分析的數(shù)據(jù)就會(huì)更多，讀數(shù)勢(shì)必會(huì)造成混亂，因此為了能夠方便讀數(shù),棱鏡必須要是一個(gè)單折射的介質(zhì)。

棱鏡是作為一個(gè)光密介質(zhì)的角色出現(xiàn)的，因此只有當(dāng)棱鏡的折射率大于寶石才能夠滿足全反射發(fā)生的條件，因此為了能夠滿足多數(shù)寶石折射率的測(cè)定，就必須要求棱鏡有足夠大的折射率。

棱鏡還有一個(gè)功能就是載物臺(tái)，它需要頻繁的與寶石發(fā)生摩擦，如果棱鏡的

硬度過(guò)低，在頻繁的使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生磨損，嚴(yán)重影響折射儀的使用壽命。另外,在測(cè)定寶石折射率時(shí)需要借助“折射油”，這是一個(gè)具有腐蝕性的有機(jī)溶液，因此為了延長(zhǎng)儀器的使用壽命，棱鏡需要有足夠大的硬度和足夠強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性。

折射油，也稱之為接觸液。目的就是為了讓寶石與棱鏡之間形成良好的光學(xué)接觸。由于光線的傳播的路徑是棱鏡——折射油——寶石，因此同樣是為了滿足全反射發(fā)生的條件，折射油也必然是一種光密介質(zhì),對(duì)于折射率的要求就比較高了。目前折射油有兩種，一種為二碘甲烷溶解飽和的硫，此時(shí)折射率為1.78;當(dāng)再加入18%的四碘乙烯時(shí)，折射率可以升高到1.81,這樣的折射率范圍能夠滿足絕大部分寶石品種的測(cè)試。

在目鏡上面其實(shí)還有一個(gè)小小的配件,那就是偏光片，當(dāng)一束自然光照射到雙折射寶石時(shí),除了特殊的方向,均會(huì)發(fā)生雙折射，兩束光線的振動(dòng)方向相互垂直。偏光片則是一個(gè)僅僅可以通過(guò)一個(gè)震動(dòng)方向上的光的裝置。光線在折射儀內(nèi)部發(fā)生全反射之后入射到目鏡中時(shí)，同樣是兩束相互垂直的偏振光,對(duì)于那些雙折射率較大的寶石來(lái)講，可以非常清晰的對(duì)兩條陰影邊界分別準(zhǔn)確的讀數(shù)。但是對(duì)于雙折射率較小的寶石來(lái)講(比如說(shuō)磷灰石)，兩條陰影邊界距離非常近，每條陰影邊界在讀數(shù)的時(shí)候就會(huì)受到另外一條的影響，那么偏光片最大的用處就是用于屏蔽其中一條光線。因?yàn)閮H允許與它對(duì)應(yīng)的振動(dòng)方向相同的光通過(guò)，與它相垂直的光澤無(wú)法通過(guò),從而使得另外一條光線的讀數(shù)變得更加容易。

三、現(xiàn)象解釋

1.測(cè)寶石在折射儀上轉(zhuǎn)動(dòng)360°時(shí)始終只有一條陰影邊界(固定不變)，說(shuō)明該寶石為各向同性寶石(單折射寶石)。

2.待測(cè)寶石在折射儀上轉(zhuǎn)動(dòng)360°時(shí)，出現(xiàn)兩條陰影邊界，一條陰影邊界固定不變，另一條發(fā)生移動(dòng)，說(shuō)明該寶石為一軸晶寶石。如動(dòng)值為大值，則為一軸晶正光性寶石;如動(dòng)值為小值，則為一軸晶負(fù)光性寶石。注意:當(dāng)光軸垂直一軸晶寶石測(cè)試面時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩條不動(dòng)的陰影邊界，此時(shí)無(wú)法判斷正負(fù)光性。

3.待測(cè)寶石在折射儀上轉(zhuǎn)動(dòng)360°時(shí)，兩條陰影邊界都移動(dòng)，說(shuō)明該寶石為二軸晶寶石。如高值移動(dòng)超過(guò)中間值，說(shuō)明β值接近α值為二軸晶正光性;如低

值陰影邊界移動(dòng)超過(guò)中間值，說(shuō)明β值接近γ值為二軸晶負(fù)光性。注意:當(dāng)光軸垂直二軸晶寶石測(cè)試面時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩條陰影邊界，一條陰影邊界固定不變，另一條發(fā)生移動(dòng)，此時(shí)需換一測(cè)試面進(jìn)行測(cè)量。

4.點(diǎn)測(cè)法(遠(yuǎn)視技術(shù)法):針對(duì)弧面型和刻面較小的寶石

1)清洗棱鏡和寶石

2)在金屬臺(tái)上點(diǎn)一滴接觸油

3)手持寶石，用弧面或小刻面接觸金屬臺(tái)上的接觸油，以油滴直徑為0.2mm為宜

4)將沾有油滴的寶石輕置于棱鏡中央

5)眼睛距目鏡25-45cm，平行目鏡上下移動(dòng)頭部

6)觀察油滴半明半暗交界處，讀數(shù)并記錄，讀數(shù)保留小數(shù)點(diǎn)后兩位

四、主要用途

1.鑒定寶石，可測(cè)定RI1.35-1.81之間寶石的折射率值

2.可測(cè)定刻面寶石的雙折射率(DR)

3.確定寶石的軸性，如一軸晶、二軸晶和各向同性(等軸晶系、非晶質(zhì))

4.確定寶石的光性符號(hào)，如各向異性寶石的正光性和負(fù)光性

五、局限性

1.所測(cè)寶石一定要有拋光面

2.寶石的RI1.81都無(wú)法讀數(shù)

3.不能區(qū)分某些人工處理寶石，如天然藍(lán)寶石與熱處理藍(lán)寶石

4.不能區(qū)分某些合成寶石，如天然紅寶石與合成紅寶石

六、折射儀中可出現(xiàn)的幾種特殊現(xiàn)象

1.假均質(zhì):雙折射率很小的寶石，兩條陰影邊界不易分開，像只有一條陰影邊界，如磷灰石、符山石。

2.雙折射率過(guò)高，有一條超限:菱錳礦的雙折率0.22,低值1.60,高值1.82超出折射儀的測(cè)量范圍，在轉(zhuǎn)動(dòng)寶石的過(guò)程中，高值邊界會(huì)突然不見，如不注意，會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的數(shù)度。

3.假一軸晶:有些二軸晶的寶石(如托帕石、金綠寶石、柱晶石等)的Nm與Np，或者Ng差值很小，折射率的變化很像一軸晶。

4.特殊切面方向(一軸晶、二軸晶)

一軸晶垂直光軸的刻面:轉(zhuǎn)動(dòng)寶石兩條陰影邊界不變;

二軸晶平行兩條光軸的刻面:轉(zhuǎn)動(dòng)寶石360°，有兩個(gè)方位只有一條陰影邊界，其值為Nm。

二軸晶垂直Np或者Ng的刻面:轉(zhuǎn)動(dòng)寶石一條陰影邊界不變，另外一條變化，類似一軸晶寶石的任意刻面的折射率模式。

七、可能導(dǎo)致錯(cuò)誤讀數(shù)的情況

1.接觸油過(guò)多:過(guò)多接觸油時(shí)密度較小的寶石會(huì)浮起，使得刻面與棱鏡不平行，導(dǎo)致錯(cuò)誤的讀數(shù)。

2.光源:當(dāng)采用白光為光源或者光源的單色性不好時(shí)，陰影邊界帶彩色邊，測(cè)不到準(zhǔn)確的數(shù)