偏光镜的使用方法.docx

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偏光镜的使用方法

偏光镜的使用方法

一、基本概念

1、自然光：

在垂直光波传播方向的平面内均匀振动的光

2、偏振光（偏光）：

在垂直光传播方向的平面内只沿某一个特定方向振动的光。

产生方法：

（1）Nical（尼科尔）棱镜  

（2）偏光片

3、消光：

透明材料在正交偏光镜下不透光（变光）的现象。

4、全消光：

在正交偏光镜下，转动材料360度，始终不透光的现象。

二、原理与结构

1、原理

（1）自然光经过两个振动方向相互垂直的偏光片时，无光线射出。

（2）自然光经过晶体宝石材料，经过折射作用，可转变为偏振光。

（3）根据均质或非均质宝石在正交偏光镜下的不同现象，来提供鉴定宝石的依据。

2、组构

上偏光片（可以转动） 干涉透镜（观察干涉图） 玻璃载物台（可以转动） 

下偏光镜（不能转动） 白光源

三、操作步骤

1、擦净宝石，打开光源

2、调节上偏光片，使其与下偏光片正交（视域黑暗）

3、将宝石置于玻璃载物台上旋转360度，从上偏光片上方观察宝石明暗

4、若为双折射材料（转动一周四明四暗），用干涉球找光轴，观察干涉图，定轴性

四、现象解释

1、现象：

四明四暗

正交偏光下，转动宝石一周，出现四明四暗变化

结论：

非均质体宝石的非光轴方向，如水晶、红蓝宝等

2、全暗（全消光）

正交偏光下，转动宝石360度，没有光线透过、全暗

结论：

均质体宝石或非均质体的光轴方向，如石榴子石、尖晶石、玻璃等

特别提示：

非均质体光轴方向会出现干涉图

3、集体消光

正交偏光下，转动宝石一周，始终明亮

结论：

非均质体的多晶集合体宝石，如玛瑙、翡翠、石英岩石等

原因：

（1）集合体宝石半透明—近透明，正光镜下，总有部分颗粒不在消光位，因而总有光线透过，总体明亮

（2）颗粒边界光线的透过也会产生明亮的效果

特别提示：

非均质体宝石由于裂隙发育，也会出现镜现象，如祖母绿、红宝石常见

4、几种特殊现象

（1）异常消光：

均质体宝石由于受应力作用在正交偏光镜下表现的不均匀的消光现象

常见：

1）斑纹状、波状、格子状、蛇皮状：

合成尖晶石常见

   2）假十字消光：

常见于玻璃、塑料及其他人工合成材料中

结论：

均质体宝石

异常消光的确定方法：

上下偏光片正交是将宝石转至最亮，快速旋转上偏光片，如果宝石更亮，则为异常消光，不发生变化为双折射消光

（2）全暗假象

某些高折射的宝石：

锆石、金红石等，台面向下放置有时候由于全反射几乎没有光线透过，出现全暗现象

解决方法：

可以选择不同的刻面放置，并结合其他仪器判定

（3）全亮现象：

裂隙特发育宝石（祖母绿、红宝石常见）

五、干涉图的观察

1、原理：

光线在非均质体宝石中传播，产生双折射，分解成两条振动方向相互垂直的偏光，二者的RI不同（传播速度不同）造成一定的光程差，经锥光的会聚产生干涉作用，而形成干涉图

2、现象：

1）一轴晶干涉图：

黑十字加干涉色圈

 2）二轴晶干涉图：

弯曲的单（双）臂＋干涉色圈

   3）牛眼干涉图（中空十字及干涉色圈）：

水晶类宝石（特有）

   4）螺旋桨状干涉图：

某些紫晶（具有复杂双晶的、合成的一般没有）

3、观察方法

1）上下偏光出于正交位置

2）全方位转动宝石寻找光轴方向（出现干涉色的方法）

3）在干涉色最密集的方向加干涉球观察

4）干涉球的位于上偏光片与宝石之间

特别提示：

干涉图仅在透明非均质体宝石的单晶体中出现

六、用途

1、确定宝石的光学特征（均质体、非均质体、异常双折射、集体消光）

2、确定宝石的轴性（一轴晶、二轴晶）：

利于干涉球

3、观察宝石的多色性：

使用单偏光（上下偏光片平行），转动宝石观察颜色变化

七、注意事项

八、适用于透明—半透明宝石（透明度差的宝石结论不可靠）

九、至少从三个方向进行观察（避免光轴方向及全反射）

十、裂隙、裂理、双晶、包体较多的宝石对结论的影响

十一、样品过小或有异常消光的样品，要结合其他仪器进行验证

十二、注意黑十字异常消光与一轴晶干涉图的区别

分光镜的使用方法

一、分光镜是利用分光二件（棱镜和光栅）将白光分解成不同组成波长的单色光的仪器。

二、分光镜工作原理

不同的色素离子（主要是过度元素、某些稀有元素和放射性元素）对可见光具有不同程度的选择性吸收，因而在连续的光谱中出现不均匀的垂直的黑线和黑带，即发生光谱间断。

利用宝石的光谱的间断形式，可达到鉴定宝石品种，确定宝石的致色元素的目的。

三、分光镜的结构

棱镜式：

棱镜列 透镜 狭缝控制旋钮 聚焦调节旋钮

光栅式：

光栅 棱镜 透镜

四、分光镜的特点

棱镜式分光镜特点

1） 光谱的蓝紫区相对扩宽，红光区相对压缩

2） 透光性好，可产生一段明亮光谱

3） 红光区分辨率相对较差

光栅式分光镜特点

1） 产生的光谱各色区大致相等

2） 红光区分辨率相对较高

3） 透光性差，需要强光源照明

五、分光镜的操作

透视法：

适用于透明到半透明的宝石

1）擦净宝石，将宝石置于冷光源的上方，使光线透过宝石

2）将分光镜对准透过宝石光线部分进行观察

3）调整分光镜角度（包括狭缝或焦距直至看清光谱为止）

内反射法：

适用于颜色浅、颗粒小的透明宝石

1）擦净宝石，将光线从宝石斜上方的某一角度射入，并使之从宝石的另一侧面反射出来

2）将分光镜直接对准反射光

3）调整分光镜角度（包括狭缝或焦距直至看清光谱为止）

表面反射法：

适用于不透明或透明度差的宝石

1）擦净宝石，使光线从样品表面反射出来

2）将分光镜对准出来的光线

3）调整分光镜角度（包括狭缝或焦距直至看清光谱为止）

六、分光镜的用途

1）可确定具有典型光谱的宝石名称：

锆石653.5nm典型吸收线  钻石415.5nm

2）帮助区分某些天然宝石与合成宝石：

天然蓝色尖晶石，显复杂分光谱合成，钴谱

3）帮助区分某些太天然宝石和人工处理宝石：

天然绿色翡翠，红光区630—690nm处显三条阶梯状吸收谱带，染色翡翠红光区显模糊吸收带

4）帮助区分某些宝石与仿制品：

红宝石显铬谱而红玻璃显稀土谱，祖母绿显铬谱而绿色钆铝榴石可显稀土谱

5）帮助确定宝石中的致色元素：

红宝石显铬谱，橄榄石显铁谱，锆石显稀土谱

七、注意事项和局限性

1）除锆石、钻石、顽火辉石等无色宝石外，待观察的宝石应当是有色宝石

2）某些宝石具有定向光谱

3）宝石过整会使光谱完全模糊

宝石折射仪的使用方法

一、注意

1.待测宝石永远是光疏介质，棱镜半球（包括接触液）永远是光密介质。

（也就是说宝石的折射率要低于折射仪的棱镜，也要低于接触液）

2.宝石与棱镜间必须用接触液使其形成良好的接触

3.阴影为折射光线所造成，亮区为反射光线所造成，分界处为宝石临界角（或宝石的折射率）。

4.折射率小，临界角小，阴影区小

二、折射仪的类型与组构

（一）类型

1、按棱面镜半球材料类型分：

（1）铅玻璃型 

（2）合成立方氧化锆型

2、按读数的标定方法：

（1）内读数折射仪 

（2）外度盘折射仪

（二）组构

1、棱镜   要求：

（1）高RI     

（2）单折射

2、透镜   对光线超会聚作用

3、标尺及刻度盘

4、密封盖

5、目镜及偏光镜

6、光源   两种：

外部光源   内部光源

7、接触液 作用：

形成良好的光学接触

          要求：

高于待测宝石的RI

          常用：

RI=1.79orRI=1.81大于1.81有害

三、使用方法

1、近似法（主要针对刻面宝石，要求有一抛光良好的足够大的平面）

（1）清洗宝石和折射仪（目镜、棱镜台）

（2）打开光源，观察视域的清晰程度

（3）选择宝石的最大刻面，放置于金属台上

（4）在棱镜中央轻滴接触液，通常2mm直径为好（并记录接触液的RI）

（5）轻推宝石至中央，并使其良好的接触

（6）盖上盖子，近视读数（高值与低值，需估计到小数点后三位）

（7）转动宝石方向，重复测试（记录最高和最低值）

（8）推出宝石，清洗宝石与棱镜

2、远视法（又称点测法）

注意：

（1）抛光的弧面型宝石和刻面过小的宝石

（2）只是近视折射率的测定（两位小数）

步骤：

（1）清洗宝石和棱镜

（2）在金属台上点一滴油

（3）手持宝石，用弧面接触金属台上的油滴，使其沾上液滴

（4）将宝石置于棱镜中央（尽量长轴平行长轴）

（5）眼睛距目镜30~45cm，移动头部读数（液滴映像半明半暗位置为近视折射率）

（6）清洗

四、用途及结果判断

（一）用途

1、测试宝石的RI和DR

2、判断均质体还是非均质体

3、确定轴性（一轴晶或二轴晶）

4、确定光性（正光性或负光性）

（二）结果判断

1、现象：

转动宝石360度，视域中出现一条阴影边界，并且调换不同的刻面测试，仍是一条不动。

结论：

均质体宝石或多晶集合体宝石

2、现象：

转动宝石360度，两条阴影边界，其中一条在转动过程中保持不变。

  结论：

一轴晶宝石（如蓝宝石、水晶、碧玺）

 不动的边界代表No，移动的为Ne

若Ne＞No正光性，若Ne＜No负光性，DR=|No-Ne|

3、现象：

转动宝石360度，两条阴影边界且都随着宝石的转动而上下移动

  结论：

二轴晶宝石（如橄榄石、透辉石等低级晶族的宝石）

轴性判断：

（1）高折射率阴影边界变化幅度比低折射率的大，说明：

Ng-Nm>Nm-Np正光性

（2）低折射率阴影边界变化幅度比高高折射率的大，说明：

Ng-Nm

4、几种特殊现象

（1）假均质体现象

DR很小的宝石（如磷灰石）：

转动360度似乎只有一条阴影边界，但快速转动偏光片，像是在跳动

蓝锥矿：

RI1.757~1.804且为正光性

（2）假一轴晶现象

二轴晶的Ng与Nm或Nm与Np差值很小，似乎一条不动，如：

金绿宝石（Nm接近Np）

（3）特殊的双折射宝石：

一个值在测试范围内，一个值超出范围，如：

菱锰矿，No=1.84Ne=1.58且为负光性 出现Ne一条阴影边界上下跳动

（4）特殊方向的测面

如：

一轴晶宝石垂直光轴方向的切面，转动宝石和偏光片，两条阴影均不移动

五、注意事项

三个方面：

宝石性质、操作技巧、仪器条件

1、与宝石性质有关

（1）注意前文中的特殊现象

（2）样品是否清洁、抛光良好、是否腹膜

2、与操作技巧有关（含仪器保养）

（1）观察姿势要正确，视线要垂直于目镜平面

（2）接触液要适量，视宝石大小形状而定。

过多，宝石漂浮；过少，挥发快，S析出，不能良好接触

（3）对多孔宝石（会吸收接触液）最好不测

（4）棱镜台一定要保持清洁，且清洗时要轻轻向一方向擦拭（防划伤）

（5）滴接触液时，不要将滴管碰到棱镜

（6）用手推入宝石，不能用镊子，避免划伤棱镜

（7）测试完毕，将宝石和棱镜清洗干净，把手洗净

3、与仪器条件有关

（1）棱镜是否完好

（2）刻度标定是否正确（是否有系统误差）

低值用水晶标定（1.544~1.553）  高值用合成尖晶石（1.727）

（3）1.78（或1.81）为接触液的阴影

4、视域中看不到阴影的情况

（1）RI＞1.78或者RI＜1.40 负读数：

宝石的折射率值高于折射仪的测试范围

（2）宝石未放好

（3）接触液不适量

六、局限性

1、所测宝石必须有抛光面

2、所测宝石有一定范围（1.35~1.78）

3、几乎不能区分天然与合成宝石

4、不能区分优化处理宝石

二色镜的使用方法

相关概念

1、多色性：

对有色透明的非均质体单晶宝石在非光轴方向观察时，出现不同方向、颜色不同或同一颜色深浅变化的现象。

2、产生原因：

当一束白光通过有色的双折射材料时，分解成两条振动方向相互垂直的偏振光，宝石材料由于原子结构的异向性，对两束偏振光的选择吸收有差异。

3、二色性：

在宝石中可见到两种颜色（一轴晶／二轴晶）

  三色性：

在宝石中可见到三种颜色（仅二轴晶）,具有三色性的宝石一定是二轴晶

  典型的三色性宝石：

变石：

红／黄／绿   

堇青石：

黄／紫／蓝  

坦桑石：

深红／紫红／黄绿  

二、原理与结构

1、原理

利用冰洲石棱面体高折射率（DR=0.172）的特点，将来自非均质体宝石的两束偏振光进一步分离开来，这两条平面偏振光各自对可见光的选择性吸收所表现出来的颜色或颜色强度不同，这代表它们的多色性，当来自宝石的两条光线的振动方向与冰洲石振动方向完全一致时，多色性最强，（还有一部分）一定长度的冰洲石就可以使仪器的窗口形成并列的重影，重影的窗口中的光线是互相垂直的线性偏振光。

这样穿过双折射有色宝石两偏振光就会被冰洲石分开并排出现在在重影的窗口中进行对比,对多色性的识别有很高的分辨率。

2、结构

冰洲石的棱面体透镜 进光窗口（小孔）

三、使用方法

（1）操作步骤

a）将样品置于小孔前，样品尽量靠近小孔，以防样品的表面反射光进入孔

b）将较强的白光光源（阳光或白炽灯均可）通过样品，使经过样品的光进入小孔

c）边观察边转动二色镜，注意两个窗口的颜色变化

d）转动样品，从各个方向上观察

（2）现象与结论

a）始终只出现一种颜色，样品为各向同性（均质体宝石）

b）出现两种颜色，样品为各向异性（非均质体宝石）

c）出现三种颜色，样品为二轴晶（非均质体宝石）

（3）多色性级别与描述

从强度、颜色两个方向描述

 强度通常分为四级：

a、强，一般肉眼能看见多色性，如堇青石、红柱石

   b、明显，肉眼难以观察，但在二色镜中多色性明显，如蓝宝石

   c、弱，二色镜中可见多色性，但不明显：

紫晶、橄榄石

   d、无，二色镜下不能观察到多色性，尖晶石、石榴子石

四、用途

1、区分单折射与双折射宝石：

验证异常消光,明显多色性：

非均质体宝石

2、区分部分一轴晶宝石与二轴晶宝石

如紫晶：

二色性，弱，紫／浅紫;堇青石：

强，紫／蓝／黄褐

注：

只有明确看到三色性，才能确定为二轴晶

3、确定宝石的最佳颜色方向，为加工服务

五、注意事项

（1）样品必须是透明—半透明有色单晶宝石

（2）光源用普通白光适射照明，不可用单色光

（3）宝石应尽量靠近二色镜的一端，眼睛靠近另一端

（4）在样品的某一位置上，转动二色镜观察时，两个窗口的颜色互换，才是多色性的表现，若两个窗口颜色不同，但转动二色镜时并无交换变化现象，则可能是另外进入偏光引起的

（5）样品的色带，不均匀的颜色分区，不要与多色性混淆

    例如：

蓝宝石颜色不均   碧玺颜色不均

（6）观察时，转动宝石或二色镜从各个方向观察（沿光轴方向观察宝石的多色性，当宝石转动是振动方向与冰洲石菱面体的振动方向一致时，多色性最明显）

（7）是三色性的宝石，其三种颜色在不同方向上显示，从一个方向上观察，只能看到两种颜色

（8）宝石多色性强弱与双折射率的大小无关，如：

橄榄石（弱）堇青石（强）

（9）对弱多色性的宝石应持怀疑态度，如不能肯定测试结果，则应选择其他方式验证

六、典型实例

1、描述方法：

强度+颜色变化

常见宝石的多色性

宝石种类  

多色性强度

多色性颜色

祖母绿 

弱-中 

绿色／黄绿色

红碧玺 

中 

红色／粉红色

绿碧玺 

弱-中 

绿色／无色

红宝石 

中 

红色／橙色

紫晶 

弱－中 

紫红色／浅蓝色

紫色方柱石 

中－强 

蓝色／浅紫蓝色

蓝色蓝宝石 

中－强 

蓝色／绿色

蓝色锆石 

中 

蓝色／无色

蓝色黄玉 

弱－中 

蓝色／无色

海蓝宝石 

中－强 

蓝色／无色

坦桑石 

强 

浅蓝色／紫色

堇青石 

强 

蓝色／浅黄色

蓝色磷灰石 

弱－中 

蓝色／浅蓝色

绿色磷灰石 

弱－中 

绿色／无色

橄榄石 

弱 

绿色／浅黄色

绿色红柱石 

强 

绿色／浅红色

红色石榴石 

无

无（常有异常消光）

各色尖晶石 

无 

无（常有异常消光）

各色立方氧化锆 

无 

无（常有异常消光）

各色玻璃 

无 

无（常有异常消光）

查尔斯滤色镜的使用方法

Ø 滤色镜为一种辅助鉴定仪器

Ø 主要有选择性吸收很强的彩色薄膜（滤色片）组成，这些滤色片允许部分波长的光波通过吸收剩余的可见光

Ø 不同的宝石的选择性吸收不同，残余色也不同，因而在滤色镜下反应亦不一样，利用宝石在滤色镜下的不同反应即可达到区分宝石的目的

查尔斯滤色镜：

只允许深红和黄绿光通过，吸收其他可见光。

一、操作

1）使用白光光源

2）将光线透射样品或从样品表面反射出来

3）滤色镜紧靠眼睛

4）在距样品25cm处观察

二、查尔斯滤色镜的用途

1）帮助鉴定某些宝石及仿制品如大多数天然祖母绿滤色镜下为绿色,合成的祖母绿在滤色镜下通常变红。

2）帮助区分某些天然和人工合成宝石，如绿色天然翡翠在滤色镜下不变红，染色翡翠在滤色镜下变红。

3）帮助区分某些天然宝石和合成宝石，天然蓝色尖晶石在滤色镜下不变红，合成蓝色尖晶石（Co致色）滤色镜下变红。

三、滤色镜使用注意事项

1）镜下的观察结果取决于样品的大小、透明度和颜色

2）使用光源不同，观察结果略有不同

3）仅可作为鉴定的补充测试，不能作为主要依据

4）查尔斯滤色镜下变红是一个警告

四、常见宝石滤色镜下的反应

宝石种类

 白炽灯光下变色反应

日光下变色反应

祖母绿（部分）

浅红－红

橙灰

合成祖母绿（绝大部分）

红

橙

翡翠

黄绿—暗绿

暗绿

染色翡翠（部分）

橙红—红

褐橙

水钙铝榴石玉

红

暗橙

钙铝榴石玉（青海翠）

橙红—红

暗橙

东陵石（含铬云母石英岩）

橙红—红

褐橙

合成蓝色尖晶石

鲜红

暗红

蓝色钴玻璃

鲜红

黑红

海蓝宝石

浅蓝

浅蓝

天蓝色黄玉（改色）

黄绿色

黄灰绿

红宝石（大部分）

淡红—鲜红

红—火红

合成红宝石

鲜红—大红

火红

染色红宝石

红—深红

暗红

红色尖晶石

深红

暗红

红色石榴石

暗红

暗红