I-2 宝石的物理学基础II

1、2021-10-2912021-10-2921.星光效应星光效应2.猫眼效应猫眼效应3.变彩效应变彩效应4.月光效应月光效应5.变色效应变色效应6.砂金效应砂金效应（八）特殊光学效应（八）特殊光学效应2021-10-2931.星光效应星光效应现象：现象：以弧面形切磨的以弧面形切磨的某些珠宝玉石某些珠宝玉石在垂直于在垂直于晶体光轴的断面上显光晶体光轴的断面上显光芒四射的星光的现象。芒四射的星光的现象。常为四射或六射星线。常为四射或六射星线。 星星光光蓝蓝宝宝星星光光红红宝宝星光效应常见于红宝石和蓝宝石常见于红宝石和蓝宝石 2021-10-294星光宝石星光宝石 星光效应2021-10-295星光

2、普通辉石星光普通辉石星光尖晶石星光尖晶石2021-10-296星光效应多数是由于含有密集平行排列的针状、管状或片状包体对光的2021-10-297星光效应常见的星光宝石常见的星光宝石 2021-10-2982.猫眼效应猫眼效应 机理：机理：含大量纤维状矿物含大量纤维状矿物（如角闪石、金红石（如角闪石、金红石等）包裹体，从而能等）包裹体，从而能在金黄色或绿色背景在金黄色或绿色背景上造成闪变丝绢光泽上造成闪变丝绢光泽的虎眼石或猫眼石效的虎眼石或猫眼石效果。果。虎虎睛睛石石猫眼效应猫猫眼眼石石常见矿物：常见矿物：金绿宝石金绿宝石木变石木变石2021-10-2992021-10-2910猫眼猫眼202

3、1-10-2911显示猫眼效应的宝石 2021-10-2912变彩效应3.变彩效应变彩效应 光从某些特有的结构反射出时，由光从某些特有的结构反射出时，由于干涉或衍射作用而产生的颜色或一系于干涉或衍射作用而产生的颜色或一系列颜色，随观察方向不同而变化的现象。列颜色，随观察方向不同而变化的现象。如欧泊。如欧泊。 2021-10-2913欧欧泊泊2021-10-2914黑欧泊黑欧泊2021-10-2915欧欧泊泊可显示变彩的宝石2021-10-29164.月光效应月光效应 宝石内部的包体或结构特征反射出的光宝石内部的包体或结构特征反射出的光所产生的一种漫反射效应称月光效应。如：所产生的一种漫反射效应

4、称月光效应。如：月光石是由折射率稍有不同的正长石和钠长月光石是由折射率稍有不同的正长石和钠长石平行交叉的超微细结构，产生漂浮状的淡石平行交叉的超微细结构，产生漂浮状的淡蓝色或白色光彩。蓝色或白色光彩。 2021-10-2917橙色、蓝色月光石橙色、蓝色月光石乳光乳光2021-10-29182021-10-29195.5.变色效应变色效应 在不同光源照射下，样品呈现明显颜色变化的现在不同光源照射下，样品呈现明显颜色变化的现象称为变色效应，常用日光和白炽灯两种光源进行观象称为变色效应，常用日光和白炽灯两种光源进行观察。察。如变石。在钨丝灯光或烛光中与红光相当的能量多，如变石。在钨丝灯光或烛光中与红

5、光相当的能量多，宝石显红色；在宝石显红色；在 日光和荧光中绿光能量多，宝石显日光和荧光中绿光能量多，宝石显绿色。绿色。日光灯下的变石钨丝灯下的变石2021-10-29202021-10-2921日光石日光石2021-10-2922（九）宝石的折射与双折射（九）宝石的折射与双折射 1.1.光的反射光的反射2.2.光的折射与宝石的折射率（光的折射与宝石的折射率（RIRI）3.3.宝石的双折射宝石的双折射4.4.色散色散 2021-10-2923光光的的反反射射1.1.光的反射光的反射 当光遇到物质抛光面发生反射时当光遇到物质抛光面发生反射时, ,入射角入射角等于发射角。等于发射角。 2021-10

6、-2924光光的的折折射射2.光的折射光的折射光线从一种介质进入另一种介质使光线发生偏光线从一种介质进入另一种介质使光线发生偏离的现象。离的现象。 当光从空气斜射入水当光从空气斜射入水或玻璃中时，折射角或玻璃中时，折射角小于入射角小于入射角当光从水或玻璃斜射当光从水或玻璃斜射入空气中时，折射角入空气中时，折射角大于入射角大于入射角 2021-10-2925全全内内反反射射 当一条光线从光密介质进入光疏介当一条光线从光密介质进入光疏介质时，光线偏离法线折射，且折射角总质时，光线偏离法线折射，且折射角总是大于入射角。是大于入射角。 当入射角增大到足以使折射线沿两当入射角增大到足以使折射线沿两介质之

7、间的分界面通过时（即折射角为介质之间的分界面通过时（即折射角为90度），则这个入射角称为度），则这个入射角称为临界角临界角。 当入射角当入射角临界角时，则临界角时，则光线发生光线发生全内反射全内反射，并留在光密介质中。，并留在光密介质中。 2021-10-2926光线在两种介质光线在两种介质中传播中传播宝石折宝石折射仪工射仪工作原理作原理建立在建立在全内反全内反射原理射原理的基础的基础上上全全内内反反射射2021-10-2927折折射射仪仪工工作作原原理理宝石折射仪的工作原理宝石折射仪的工作原理都是建立在都是建立在全内全内反射原理反射原理的基础上。宝石为光疏介质，的基础上。宝石为光疏介质，而折

8、射仪中的玻璃棱镜为光密介质。而折射仪中的玻璃棱镜为光密介质。2021-10-2928宝石的折射率（宝石的折射率（RIRI） 按照折射定律，按照折射定律，入射角的正弦与折射角入射角的正弦与折射角正弦之比为一常数正弦之比为一常数。 当一个物质的当一个物质的RIRI与另一个物质的与另一个物质的RIRI对比对比时，我们常将真空作为一个介质，将其常数时，我们常将真空作为一个介质，将其常数定位定位1 1，即折射率为，即折射率为1 1。实践中，通常用空气。实践中，通常用空气作为标准介质，它的作为标准介质，它的RI=1.00029RI=1.00029。 不同宝石具有不同的折射率。宝石在款不同宝石具有不同的折射

9、率。宝石在款式设计和加工过程中，充分利用宝石的折射式设计和加工过程中，充分利用宝石的折射率。如对金刚石的加工，标准的钻石冠部角率。如对金刚石的加工，标准的钻石冠部角度应是度应是34343030，亭部角度应是，亭部角度应是40404545，这样才能充分利用钻石的折光率，显示出耀这样才能充分利用钻石的折光率，显示出耀眼的光辉。眼的光辉。2021-10-2929 在标准宝石折射仪上在标准宝石折射仪上RI的读数范围的读数范围从从1.3-1.8，对于钻石，对于钻石RI=2.4175,折射率折射率的测定用处不大。的测定用处不大。 钻石极高的钻石极高的RI 是导致成品钻石的反是导致成品钻石的反射性能和色散（

10、火彩）的因素之一。射性能和色散（火彩）的因素之一。2021-10-2930部分宝石硬度、比重、折光率一览表（部分宝石硬度、比重、折光率一览表（1 1） 矿物名称宝石名称硬度（H）比重（G）折光率（N）金刚石钻石103.47-3.552.42绿柱石祖母绿7.5-82.67-2.781.56-1.60蓝晶7.5-82.65-2.851.57-1.58金绿宝石猫眼8.53.5-3.71.74-1.76刚玉红宝石93.99-4.021.76-1.77蓝宝石93.97-4.081.76-1.77蛋白石欧泊5-61.98-2.201.44-1.46石榴子石紫鸦乌6.5-7.53.5-4.21.74-1.8

11、9长石月光石62.56-2.621.52-1.53电气石碧玺7-7.52.9-3.21.62-1.65宝石的硬度一般大于宝石的硬度一般大于6折光率相差不大折光率相差不大2021-10-2931矿物名称宝石名称硬度（H）比重（G）折光率（N）尖晶石大红宝石7.5-83.5-3.71.71-1.74石英猫眼勒子石9.5-72.651.54-1.55金绿宝石变石8.53.70-3.721.74-1.76橄榄石橄榄石6.5-73.3-3.51.65-1.70黄玉或黄晶托帕石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软玉玉

12、5-62.9-3.11.60-1.63绿松石松石5-62.6-2.851.61-1.65玛瑙玛瑙7-7.52.6-2.651.54-1.55孔雀石孔雀石3.5-43.75-4.051.66-1.91蛇纹石岫玉5-5.52.4-2.81.56-1.57部分宝石硬度、比重、折光率一览表（部分宝石硬度、比重、折光率一览表（2 2） 2021-10-2932NoImageNoImage结晶质： 内部质点作规则排列，即具格子状构造。结晶质在空间的有限部分称为晶体。非晶质： 内部质点不作规则排列，即不具格子构造。如玻璃。称为非晶质体。3.3.宝石的双折射宝石的双折射单折射单折射单折射单折射均质体均质体双折

13、射双折射非均质体非均质体2021-10-2933折射折射均质体宝石：均质体宝石： 2021-10-2934非均质体宝石： 双折射双折射2021-10-29352021-10-29364.色散色散 白光分解成它的若干组成色（若干波长）白光分解成它的若干组成色（若干波长）之现象。当一束白光透过物体的斜面（如玻璃之现象。当一束白光透过物体的斜面（如玻璃棱镜或宝石斜小面），通常产生彩虹光谱。棱镜或宝石斜小面），通常产生彩虹光谱。有有时称为时称为“火彩火彩”。红红橙橙黄黄绿绿青青兰兰紫紫2021-10-2937棱镜分光原理图解：棱镜分光原理图解：ir2021-10-2938戴比尔斯集团百年戴比尔斯集团百

14、年纪念钻石重纪念钻石重273273克拉克拉2021-10-2939色散色散通常用弗朗霍夫光谱通常用弗朗霍夫光谱B B线（线（B=687nmB=687nm）和）和G G线（线（G=430.8nmG=430.8nm）相当的光所测得折射率的差）相当的光所测得折射率的差值来表示。值来表示。 钻石的色散为钻石的色散为0.0440.044，比所有其他天然无，比所有其他天然无色宝石都高。许多合成无色宝石具有比钻石更色宝石都高。许多合成无色宝石具有比钻石更高的色散，故可用于仿钻。高的色散，故可用于仿钻。显示明显色散的宝石显示明显色散的宝石2021-10-2940 一些有色宝石具有色散能力，但只有极少一些有色宝

15、石具有色散能力，但只有极少数能观测到色散。因为，这种宝石的数能观测到色散。因为，这种宝石的“火彩火彩”常被体色所掩盖。常被体色所掩盖。 2021-10-2941库里南库里南1、2号号光明之山光明之山Hope钻石钻石千年星千年星2021-10-2942 ( (十十) ) 发光性发光性 宝石在外加能量如紫光、紫外光和宝石在外加能量如紫光、紫外光和X X射线等的照射下能发射可见光的性质称为射线等的照射下能发射可见光的性质称为发光性。发光性。 对宝石学家感兴趣的两个发光类型是对宝石学家感兴趣的两个发光类型是荧光和磷光。荧光和磷光。2021-10-2943荧光：荧光：物质受射线照射时发出可见光的现象。机

16、理机理：在外加能量照射下，宝石晶体结构中原子或离子的外层电子从基态激发到能量较高的激发态。当被激发到能量较高激发态的电子落回到较低激发态时则发射出光子。如果这两种激发态之间的能量间隔相当于某可见光子的能量，则发射出具有该能量差的可见光，由此而发射出的光呈现一定的颜色。 具萤光性宝石只要在外加能量连续作具萤光性宝石只要在外加能量连续作用下，就能连续发射某种可见光。用下，就能连续发射某种可见光。 2021-10-2944在广州炒卖的夜明珠常见夜明珠的常见夜明珠的造假造假手段手段：1.1.表面涂荧膜表面涂荧膜2.2.人工胶合莹人工胶合莹石石3.3.强放射源照强放射源照射。射。夜明珠2021-10-2

17、945例子：红宝石荧例子：红宝石荧光产生的机理：光产生的机理：CrCr离子吸收能量后，离子吸收能量后，电子由能级电子由能级 A A跃到能跃到能级级C C、D D时吸收能量而时吸收能量而产生的。产生的。一般来说，当电子迁一般来说，当电子迁回能级回能级A A时，并不直时，并不直接到达，而是先到达接到达，而是先到达能级能级B,B,此时发出的红此时发出的红外线能量，所以是不外线能量，所以是不可见的。当从能级可见的。当从能级B B迁回到能级迁回到能级A A时，发时，发射的能量相当于红光。射的能量相当于红光。用可见光照射红宝石和红色用可见光照射红宝石和红色尖晶石时，都能产生红色荧尖晶石时，都能产生红色荧光

18、。这种特征可用来鉴定红光。这种特征可用来鉴定红宝石和红色尖晶石。宝石和红色尖晶石。2021-10-2946荧光的应用：荧光的应用： 大多数钻石在大多数钻石在X-X-射线照射下都发蓝射线照射下都发蓝- -白色的光，这种光不如其他辐射所产生白色的光，这种光不如其他辐射所产生的荧光那么壮观，但持续性较好。的荧光那么壮观，但持续性较好。 在钻石开采中，根据这一现象从精在钻石开采中，根据这一现象从精矿中回收钻石。在砾石和钻石的混合物矿中回收钻石。在砾石和钻石的混合物中通过中通过X-X-射线束。钻石发出荧光、光线射线束。钻石发出荧光、光线脉冲激发一个开关，使得钻石离开砾石，脉冲激发一个开关，使得钻石离开砾石，并落在一个容器中。并落在一个容器中。2021-10-2947宝石的荧光色2021-10-2948宝石的荧光色2021-10-2949磷光磷光: : 指辐射源关闭后具荧光物质继续发光的指辐射源关闭后具荧光物质继续发光的现象。除例外，一般持续时间不超过现象。除例外，一般持续时间不超过5 5秒。