I-2 寶石的物理學(xué)基礎(chǔ)II

第二章寶石的物理學(xué)基礎(chǔ)

5/16/202411.星光效應(yīng)2.貓眼效應(yīng)3.變彩效應(yīng)4.月光效應(yīng)5.變色效應(yīng)6.砂金效應(yīng)（八）特殊光學(xué)效應(yīng)5/16/202421.星光效應(yīng)現(xiàn)象：以弧面形切磨的某些珠寶玉石在垂直于晶體光軸的斷面上顯光芒四射的星光的現(xiàn)象。常為四射或六射星線。

星光藍(lán)寶星光紅寶星光效應(yīng)常見于紅寶石和藍(lán)寶石

5/16/20243星光寶石

星光效應(yīng)5/16/20244星光寶石有反射星光和透射星光兩種。透射星光少見，在芙蓉石寶石中有見到（六射透射星光）。星光普通輝石星光尖晶石5/16/20245星光效應(yīng)成因：多數(shù)是由于含有密集平行排列的針狀、管狀或片狀包體對光的反射、折射引起的。5/16/20246星光效應(yīng)寶石四射六射備注鐵鋁榴石（等軸晶系）++可顯示多個星剛玉（三方晶系）+偶見12星合成剛玉（三方晶系）+透輝石（單斜晶系）+不對稱射線正長石（單斜晶系）+尖晶石（等軸晶系）++可顯示多個星石英（三方晶系）+可顯示多個星常見的星光寶石

5/16/202472.貓眼效應(yīng)

機(jī)理：含大量纖維狀礦物（如角閃石、金紅石等）包裹體，從而能在金黃色或綠色背景上造成閃變絲絹光澤的虎眼石或貓眼石效果?；⒕κ堁坌?yīng)貓眼石常見礦物：金綠寶石木變石5/16/202485/16/20249形成條件：

(1)平行密集排列的纖狀、針狀礦物或管狀氣液包體；

(2)平行纖、針、管狀包體切磨成弧面型

(3)包裹體與主晶有折射率差值。成因：主要由反射、折射引起。貓眼5/16/202410顯示貓眼效應(yīng)的寶石

序號寶石名稱序號寶石名稱序號寶石名稱1磷灰石7石榴石12方柱石2綠柱石8石英13透閃石3金綠寶石（包括變石）9虎睛石14陽起石4頑火輝石10電氣石15玻璃5長石（特別是正長石）11柱晶面16二層石5/16/202411變彩效應(yīng)3.變彩效應(yīng)

光從某些特有的結(jié)構(gòu)反射出時，由于干涉或衍射作用而產(chǎn)生的顏色或一系列顏色，隨觀察方向不同而變化的現(xiàn)象。如歐泊。

5/16/202412歐泊5/16/202413成因：寶石的特殊結(jié)構(gòu)對光的干涉、衍射作用產(chǎn)生顏色。因為隨著光源或觀察角度的變化，顏色也改變，這種現(xiàn)象稱為變彩。黑歐泊5/16/202414歐泊序號寶石名稱序號寶石名稱1蛋白石7瑪瑙2合成蛋白石8拉長石3拼合石9珠母4塑料10貝殼大理巖5玻璃11破裂或劈裂的寶石可顯示變彩的寶石5/16/2024154.月光效應(yīng)

寶石內(nèi)部的包體或結(jié)構(gòu)特征反射出的光所產(chǎn)生的一種漫反射效應(yīng)稱月光效應(yīng)。如：月光石是由折射率稍有不同的正長石和鈉長石平行交叉的超微細(xì)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生漂浮狀的淡藍(lán)色或白色光彩。

序號寶石名稱1頑火輝石2長石（正長石）3黑耀巖4合成尖晶石5玻璃、二層石5/16/202416成因：寶石中極微小的包體、固溶體結(jié)構(gòu)，或點缺陷，晶體位錯、孔隙等對光的散射而產(chǎn)生。橙色、藍(lán)色月光石乳光5/16/202417散射粒子<400nm時，散射光帶藍(lán)色，這是因為對短波散射光強(qiáng)度較大的結(jié)果；>700nm時，乳白色，在光波前進(jìn)方向散射光波最強(qiáng)，而其他方向散射光弱，因此藍(lán)光或乳光只出現(xiàn)在寶石某一區(qū)域。除月光石外，水晶、英蓉石、白色瑪瑙、淺淡顏色岫玉均可以有月光效應(yīng)。5/16/2024185.變色效應(yīng)在不同光源照射下，樣品呈現(xiàn)明顯顏色變化的現(xiàn)象稱為變色效應(yīng)，常用日光和白熾燈兩種光源進(jìn)行觀察。如變石。在鎢絲燈光或燭光中與紅光相當(dāng)?shù)哪芰慷?，寶石顯紅色；在日光和熒光中綠光能量多，寶石顯綠色。日光燈下的變石鎢絲燈下的變石5/16/202419成因：變石具有兩個透光區(qū)，一個是綠色波段，一個是紅色波段，日光中綠色成分偏多，鎢絲白熾燈紅光成分多，所以日光下呈各不相同綠色，燈光下呈各不相同的紅色。具變色效應(yīng)的寶石除變石外還有：藍(lán)寶石、石榴石、尖晶石、螢石、藍(lán)晶石等人工寶石具有變色效應(yīng)的有：合成剛玉、合成尖晶石、CZ、玻璃、合成變石等。5/16/2024206.砂金效應(yīng)：當(dāng)透明寶石中含有不透明的固體包裹體時，不透明的包裹體對可見光發(fā)生反射作用，呈現(xiàn)星點狀反光的現(xiàn)象叫砂金效應(yīng)，也稱日光效應(yīng)。成因：主要由反射作用引起。日光石：赤鐵礦、針鐵礦；東陵石：云母、鉻云母；人造砂金石：銅小晶片。

日光石5/16/202421（九）寶石的折射與雙折射

1.光的反射2.光的折射與寶石的折射率（RI）3.寶石的雙折射4.色散

5/16/202422光的反射1.光的反射

當(dāng)光遇到物質(zhì)拋光面發(fā)生反射時,入射角等于發(fā)射角。

5/16/202423光的折射2.光的折射光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)使光線發(fā)生偏離的現(xiàn)象。

當(dāng)光從空氣斜射入水或玻璃中時，折射角小于入射角當(dāng)光從水或玻璃斜射入空氣中時，折射角大于入射角5/16/202424全內(nèi)反射當(dāng)一條光線從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時，光線偏離法線折射，且折射角總是大于入射角。當(dāng)入射角增大到足以使折射線沿兩介質(zhì)之間的分界面通過時（即折射角為90度），則這個入射角稱為臨界角。當(dāng)入射角>臨界角時，則光線發(fā)生全內(nèi)反射，并留在光密介質(zhì)中。

5/16/202425光線在兩種介質(zhì)中傳播寶石折射儀工作原理建立在全內(nèi)反射原理的基礎(chǔ)上全內(nèi)反射5/16/202426折射儀工作原理寶石折射儀的工作原理都是建立在全內(nèi)反射原理的基礎(chǔ)上。寶石為光疏介質(zhì)，而折射儀中的玻璃棱鏡為光密介質(zhì)。5/16/202427寶石的折射率（RI）

按照折射定律，入射角的正弦與折射角正弦之比為一常數(shù)。當(dāng)一個物質(zhì)的RI與另一個物質(zhì)的RI對比時，我們常將真空作為一個介質(zhì)，將其常數(shù)定位1，即折射率為1。實踐中，通常用空氣作為標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)，它的RI=1.00029。不同寶石具有不同的折射率。寶石在款式設(shè)計和加工過程中，充分利用寶石的折射率。如對金剛石的加工，標(biāo)準(zhǔn)的鉆石冠部角度應(yīng)是34°30’，亭部角度應(yīng)是40°45’，這樣才能充分利用鉆石的折光率，顯示出耀眼的光輝。5/16/202428

在標(biāo)準(zhǔn)寶石折射儀上RI的讀數(shù)范圍從1.3-1.8，對于鉆石RI=2.4175,折射率的測定用處不大。

鉆石極高的RI是導(dǎo)致成品鉆石的反射性能和色散（火彩）的因素之一。5/16/202429部分寶石硬度、比重、折光率一覽表（1）

礦物名稱寶石名稱硬度（H）比重（G）折光率（N）金剛石鉆石103.47-3.552.42綠柱石祖母綠7.5-82.67-2.781.56-1.60藍(lán)晶7.5-82.65-2.851.57-1.58金綠寶石貓眼8.53.5-3.71.74-1.76剛玉紅寶石93.99-4.021.76-1.77藍(lán)寶石93.97-4.081.76-1.77蛋白石歐泊5-61.98-2.201.44-1.46石榴子石紫鴉烏6.5-7.53.5-4.21.74-1.89長石月光石62.56-2.621.52-1.53電氣石碧璽7-7.52.9-3.21.62-1.65寶石的硬度一般大于6折光率相差不大5/16/202430礦物名稱寶石名稱硬度（H）比重（G）折光率（N）尖晶石大紅寶石7.5-83.5-3.71.71-1.74石英貓眼勒子石9.5-72.651.54-1.55金綠寶石變石8.53.70-3.721.74-1.76橄欖石橄欖石6.5-73.3-3.51.65-1.70黃玉或黃晶托帕石83.53-3.561.61-1.64水晶水晶72.651.54-1.55硬玉翡翠6-6.53.3-3.41.54-1.77軟玉玉5-62.9-3.11.60-1.63綠松石松石5-62.6-2.851.61-1.65瑪瑙瑪瑙7-7.52.6-2.651.54-1.55孔雀石孔雀石3.5-43.75-4.051.66-1.91蛇紋石岫玉5-5.52.4-2.81.56-1.57部分寶石硬度、比重、折光率一覽表（2）

5/16/202431結(jié)晶質(zhì)：內(nèi)部質(zhì)點作規(guī)則排列，即具格子狀構(gòu)造。結(jié)晶質(zhì)在空間的有限部分稱為晶體。非晶質(zhì)：內(nèi)部質(zhì)點不作規(guī)則排列，即不具格子構(gòu)造。如玻璃。稱為非晶質(zhì)體。3.寶石的雙折射單折射單折射——均質(zhì)體雙折射——非均質(zhì)體5/16/202432折射均質(zhì)體寶石：

5/16/202433非均質(zhì)體寶石：雙折射5/16/202434雙折射率很大的寶石材料，可呈見出明顯的雙影現(xiàn)象，如冰洲石(0.172)、金紅石(0.287)、鋯石(0.059)等。雙折射率也是鑒定寶石的光學(xué)數(shù)據(jù)。雙折射雙影現(xiàn)象及其明顯程度可作為肉眼鑒別非均質(zhì)體寶石的標(biāo)志。5/16/2024354.色散白光分解成它的若干組成色（若干波長）之現(xiàn)象。當(dāng)一束白光透過物體的斜面（如玻璃棱鏡或?qū)毷毙∶妫?，通常產(chǎn)生彩虹光譜。有時稱為“火彩”。紅橙黃綠青蘭紫5/16/202436棱鏡分光原理圖解：ir5/16/202437戴比爾斯集團(tuán)百年紀(jì)念鉆石重273克拉5/16/202438色散通常用弗朗霍夫光譜B線（B=687nm）和G線（G=430.8nm）相當(dāng)?shù)墓馑鶞y得折射率的差值來表示。

鉆石的色散為0.044，比所有其他天然無色寶石都高。許多合成無色寶石具有比鉆石更高的色散，故可用于仿鉆。礦物色散礦物色散錳鋁榴石0.027榍石0.051釔鋁榴石0.028翠榴石0.057鋯石0.039立方氧化鋯0.065鉛玻璃0.041鈦酸鍶0.19金剛石0.044合成金紅色0.28顯示明顯色散的寶石5/16/202439

一些有色寶石具有色散能力，但只有極少數(shù)能觀測到色散。因為，這種寶石的“火彩”常被體色所掩蓋。影響寶石色散現(xiàn)象（火彩）的因素：①寶石材料本身必須具備足夠大的色散值。一般色散值在0.03以上的透明無色或淺色寶石都可產(chǎn)生明顯的色散現(xiàn)象。②寶石刻面的切磨比例和角度。只有刻面比例和角度（冠角、亭角）合適，才能產(chǎn)生較好的色散現(xiàn)象。5/16/202440庫里南1、2號光明之山Hope鉆石千年星5/16/202441

(十)發(fā)光性

寶石在外加能量如紫光、紫外光和X射線等的照射下能發(fā)射可見光的性質(zhì)稱為發(fā)光性。對寶石學(xué)家感興趣的兩個發(fā)光類型是熒光和磷光。5/16/202442熒光：物質(zhì)受射線照射時發(fā)出可見光的現(xiàn)象。機(jī)理：在外加能量照射下，寶石晶體結(jié)構(gòu)中原子或離子的外層電子從基態(tài)激發(fā)到能量較高的激發(fā)態(tài)。當(dāng)被激發(fā)到能量較高激發(fā)態(tài)的電子落回到較低激發(fā)態(tài)時則發(fā)射出光子。如果這兩種激發(fā)態(tài)之間的能量間隔相當(dāng)于某可見光子的能量，則發(fā)射出具有該能量差的可見光，由此而發(fā)射出的光呈現(xiàn)一定的顏色。

具螢光性寶石只要在外加能量連續(xù)作用下，就能連續(xù)發(fā)射某種可見光。5/16/202443在廣州炒賣的夜明珠常見夜明珠的造假手段：1.表面涂熒膜2.人工膠合瑩石3.強(qiáng)放射源照射。夜明珠5/16/202444例子：紅寶石熒光產(chǎn)生的機(jī)理：Cr離子吸收能量后，電子由能級A躍到能級C、D時吸收能量而產(chǎn)生的。一般來說，當(dāng)電子遷回能級A時，并不直接到達(dá)，而是先到達(dá)能級B,此時發(fā)出的紅外線能量，所以是不可見的。當(dāng)從能級B遷回到能級A時，發(fā)射的能量相當(dāng)于紅光。用可見光照射紅寶石和紅色尖晶石時，都能產(chǎn)生紅色熒光。這種特征可用來鑒定紅寶石和紅色尖晶石。5/16/202445熒光的應(yīng)用：

大多數(shù)鉆石在X-射線照射下都發(fā)藍(lán)-白色的光，這種光不如其他輻射所產(chǎn)生的熒光那么壯觀，但持續(xù)性較好。在鉆石開采中，根據(jù)這一現(xiàn)象從精礦中回收鉆石。在礫石和鉆石的混合物中通過X-射線束。鉆石發(fā)出熒光、光線脈沖激發(fā)一個開關(guān)，使得鉆石離開礫石，并落在一個容器中。5/16/202446寶石的熒光色顏色長波紫外線（365nm)短波紫外線（365nm)X-射線（0.1nm)白色琥珀、象牙琥珀、象牙金剛石紅色合成、天然紅寶石合成、天然紅寶石、天然粉紅色藍(lán)寶石合成、天然紅寶石、天然粉紅色藍(lán)寶石紅色尖晶石紅色尖晶石紅色尖晶石合成（變色）藍(lán)寶石合成（變色）藍(lán)寶石合成（變色）藍(lán)寶石合成、天然祖母綠合成、天然祖母綠合成、天然祖母綠斯里蘭卡藍(lán)色藍(lán)寶石斯里蘭卡藍(lán)色藍(lán)寶石斯里蘭卡藍(lán)色藍(lán)寶石橙色金剛石金剛石合成綠色