寶石的多色性及其在鑒定中的應(yīng)用

摘要：多色性是指某些非均質(zhì)透明有色寶石特殊體色效應(yīng)，即從不同角度觀察顯示不同體色，分二色性和三色性，按顏色或色調(diào)深淺亦分為強(qiáng)、中、弱、無(wú)。本文系統(tǒng)論述了寶石多色性的概論、光學(xué)機(jī)理，二色鏡、偏光儀的結(jié)構(gòu)、原理及操作方法，以及在觀察寶石多色性中的應(yīng)用：判斷寶石的光性，鑒別某些外觀相似的寶石種，以及區(qū)分天然及合成紅寶石。因?qū)毷庑蕴卣?、裂隙、雜質(zhì)包裹體的復(fù)雜多變，多色性的特殊觀測(cè)現(xiàn)象須具體分析。寶石的多色性很少是診斷性的，常作為一種輔助測(cè)試，與折射儀等其它儀器測(cè)試結(jié)果相互補(bǔ)充印證，以提高寶石鑒定的準(zhǔn)確率。

關(guān)鍵詞：多色性；光學(xué)原理；二色鏡；偏光儀；寶石鑒定

一、寶石多色性的概念及光學(xué)原理

多色性是某些透明半透明的有色寶石所擁有的特殊體色效應(yīng)，即從不同方向觀察寶石材料呈現(xiàn)不同顏色或色調(diào)。如藍(lán)寶石晶體順其柱體處長(zhǎng)方向呈藍(lán)綠色，垂直延長(zhǎng)方向呈藍(lán)色。又如堇青石具有極強(qiáng)的多色性，其原石體色為藍(lán)紫藍(lán)色，轉(zhuǎn)動(dòng)堇青石肉眼觀察即可見(jiàn)到至少兩種反差較大的顏色色調(diào)：深藍(lán)色和灰褐色（圖1）。

多色性給有色寶石增添了觀賞的亮點(diǎn)，但并非所有寶石都能顯示多色性。只有透明半透明的非均質(zhì)體有色寶石材料才可能顯示多色性。具體來(lái)說(shuō)，根據(jù)材質(zhì)光性特征將寶石分為均質(zhì)體、非均質(zhì)體和多晶質(zhì)集合體（玉石）。從理論上講，均質(zhì)體、集合體類寶石均無(wú)多色性，只有非均質(zhì)體有色寶石才顯示多色性。其原理解析如下：自然光在垂直光波傳播方向的平面內(nèi)，沿各個(gè)方向都有等振幅的光振動(dòng)，但當(dāng)其進(jìn)入非均質(zhì)體寶石時(shí)，非均質(zhì)體因各向異性而發(fā)生雙折射，光線被分解成振動(dòng)方向相互垂直、傳播方向不同的兩束偏振光（圖2），因材料對(duì)這兩束偏振光吸收不同，吸收后的混合殘余色光亦不相同，因而能看到兩種顏色。相反，當(dāng)自然光進(jìn)入均質(zhì)體寶石材料中，由于均質(zhì)體具各向同性，即在各個(gè)方向上的性質(zhì)相同，則只發(fā)生單折射（圖2），而不能將其分解兩束光，未改變?nèi)肷涔獾男再|(zhì)，因而不存在多色性。同理，多晶質(zhì)集合體亦不能將入射光線分解成兩束，無(wú)法觀察到多色性。

多色性是一個(gè)總體術(shù)語(yǔ)，分二色性和三色性。非均質(zhì)體材料分一軸晶、二軸晶。其中一軸晶材料顯示二色性，二軸晶材料顯示二色性或三色性。

換言之，顯示三色性的為二軸晶寶石，顯示二色性的可能是一軸晶或二軸晶寶石。多色性不僅有不同顏色或色調(diào)之分，而且有顏色深淺或強(qiáng)弱之分，據(jù)此可分為強(qiáng)、中、弱、無(wú)四個(gè)級(jí)別。例如：綠色碧璽的多色性可綜合表述為：二色性，強(qiáng)，綠∕深褐色。褐紅色紅柱石的多色性為：三色性，強(qiáng)，黃綠∕綠∕紅褐色。

二、觀察多色性的方法技巧

在寶石鑒定及研究中，觀察寶石多色性常用到兩種儀器，即二色鏡和偏光儀。

（一）二色鏡觀察寶石的多色性

二色鏡由玻璃棱鏡、冰洲石菱面體、透鏡、通光窗口、目鏡等部分組成（圖3）。其中最關(guān)鍵的構(gòu)件是冰洲石菱面體，冰洲石屬雙折射率（DR：0.172）極大的非均質(zhì)體材料，它能將一束光分解成兩束偏振光，并能使兩束偏振光在目鏡的兩個(gè)方形窗口中并排成像，顯示為兩種顏色，因而可觀察到多色性。

二色鏡測(cè)試寶石時(shí)，須用白光透射樣品，同時(shí)將二色鏡緊靠寶石，以保證進(jìn)入二色鏡的光為透射光，眼睛靠近二色鏡，邊轉(zhuǎn)動(dòng)二色鏡邊觀察二色鏡中兩個(gè)窗口的顏色差異，轉(zhuǎn)動(dòng)二色鏡一周后，應(yīng)變換寶石的方向，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)二色鏡觀察顏色變化，這樣變換寶石的方向2～3次后，記錄觀察到的兩個(gè)窗口顏色變化的情況。在整個(gè)觀察過(guò)程中（圖4），若目鏡窗口中共顯示三種顏色，則表明寶石為二軸晶，如坦桑石、堇青石；若共顯示兩種顏色，則寶石可能是一軸晶或二軸晶，如紅寶石、橄欖石等；若不顯示多色性，則可能出現(xiàn)三種情況：①寶石為多晶質(zhì)集合體，如玉髓、翡翠等；②寶石為均質(zhì)體，如石榴石、尖晶石等；③寶石為非均質(zhì)體，但觀察方向與該寶石材料的光軸方向平行，如碧璽屬中級(jí)晶族三方晶系的寶石，其光軸C軸與最高次對(duì)稱軸L3一致，當(dāng)沿碧璽中L3方向觀察，轉(zhuǎn)動(dòng)寶石或轉(zhuǎn)動(dòng)二色鏡鏡筒均無(wú)多色性，但只要變換寶石的方位，避開(kāi)光軸方向觀察，則出現(xiàn)多色性。

此外，二色鏡觀察多色性有以下幾種特殊情況須具體分析：

①某些有色非均質(zhì)體寶石，從多角度觀察均無(wú)多色性，比如紅寶石、祖母綠等。這主要是因?yàn)榧t寶石、祖母綠一般裂隙發(fā)育、多雜質(zhì)，對(duì)進(jìn)入寶石的光進(jìn)行復(fù)雜的散射、折射及分解，因此觀察多色性較為困難。

②顆粒較小的寶石，從多角度觀察均無(wú)多色性，這是普遍存在的現(xiàn)象。此時(shí)應(yīng)可輔助折射儀測(cè)試是否為雙折射，間接判斷多色性。

③折射儀測(cè)試下已經(jīng)判定寶石是雙折射（非均質(zhì)體），且寶石有色、透明、內(nèi)部干凈，但是無(wú)法觀察到多色性。這是因?yàn)椴⒎撬蟹蔷|(zhì)體有色透明寶石都能觀察到多色性，例如，黃綠色透明的橄欖石多色性很弱，常難以觀察到。

（二）偏光鏡觀察寶石的多色性

偏光鏡主要功能是鑒別寶石屬均質(zhì)體、非均質(zhì)體或多晶質(zhì)集合體外，亦用來(lái)觀察多色性。它是由上、下偏光片、光源、玻璃載物臺(tái)等部件構(gòu)成（圖5）。與濾色鏡類似，偏光鏡也只針對(duì)透明半透明的有色寶石，不透明寶石則不無(wú)法觀察多色性。具體方法是，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，轉(zhuǎn)動(dòng)偏光鏡的上偏光片至單偏光位，即上下偏光振動(dòng)方向平行，這時(shí)透過(guò)下偏光片的單偏光全部透過(guò)上偏光鏡，視域呈全亮（圖5）。此時(shí)將寶石放到載物臺(tái)上，從2～3個(gè)不同的方向上轉(zhuǎn)動(dòng)寶石對(duì)其進(jìn)行觀察，如果有顏色變化，說(shuō)明其具有多色性。綜合不同方向觀察到的顏色，可給出寶石大致的二色或三色性的顏色。若轉(zhuǎn)變不同方向觀察均無(wú)任何顏色變化，則表明無(wú)多色性。

須特別注意的是當(dāng)非均質(zhì)體寶石光軸與偏光鏡載物臺(tái)臺(tái)面方向垂直時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)寶石無(wú)多色性。例如：紫晶屬一軸晶，有唯一的光軸C軸與最高次軸L3方向一致，若該光軸方向與載物臺(tái)臺(tái)面垂直，觀察者順著光軸觀察則不顯二色性，同理，如金綠寶石屬二軸晶，有兩根光軸OA軸，當(dāng)其中一根光軸與載物臺(tái)臺(tái)面垂直（另一根光軸與載物臺(tái)斜交）時(shí)，亦不顯示多色性。可見(jiàn)，非均質(zhì)體有色寶石有一至二個(gè)特殊方向上不顯示多色性，須變換方位多角度觀察才能避免誤判。

三、多色性在寶石鑒定中典型應(yīng)用

（1）輔助鑒別外觀相似的寶石種，如紅寶石和紅玻璃，前者有中等多色性，而后者則無(wú)多色性。黃綠色碧璽和橄欖石，前者多色性明顯，而橄欖石后者為弱無(wú)多色性。

（2）快速鑒別合成及天然紅寶石：特別是鑲嵌紅寶石類飾品效果顯著，因鑲嵌寶石底部被遮擋住，透光性較差，利用顯微鏡下觀察包裹體的方法難度較大。此時(shí)，若垂直臺(tái)面觀察能見(jiàn)到明顯橙紅色紅色的多色性，則基本判定為合成紅寶石。若垂直臺(tái)面無(wú)法觀察到多色性，則極有可能是天然紅寶石。這主要是由天然紅寶石與合成紅寶石加工定向不同決定的（圖6）。紅寶石屬一軸晶，天然紅寶石完整晶體常呈六方柱狀、桶狀、厚板狀，為提高原料出成率，使單個(gè)成品個(gè)頭最大，常使刻面寶石的臺(tái)面垂直于光軸（C軸，最高次軸L3）定向，這時(shí)順著光軸方向觀察則無(wú)多色性。合成紅寶石（焰熔法）常呈“梨晶”，外形類似開(kāi)水瓶膽或圓桶狀，在晶體形成時(shí)，常因內(nèi)部熱應(yīng)力作用沿光軸（C軸）方向破裂為兩半。為提高原料的利用率，其臺(tái)面常平行與光軸定向，人眼正對(duì)臺(tái)面即垂直光軸觀察，則能見(jiàn)到最明顯的多色性。

四、結(jié)論

多色性是指非均質(zhì)透明有色寶石具有的特殊體色效應(yīng)，有二色性、三色性之分，按顏色或色調(diào)深淺有強(qiáng)、中、弱、無(wú)之分。極少數(shù)寶石多色性肉眼即可觀察到，如堇青石，絕大部分寶石須運(yùn)用二色鏡、偏光鏡觀察識(shí)別。觀察多色性可輔助判定寶石的光性特征，鑒別某些外觀相似的寶石種，區(qū)分天然及合成紅寶石。但因?qū)毷庑蕴卣?、裂隙、雜質(zhì)包裹的復(fù)雜多變，須變換寶石方位多角度轉(zhuǎn)動(dòng)觀察，對(duì)特殊的觀測(cè)現(xiàn)象須具體分析研判。寶石的多色性很少作為診斷性結(jié)論，通常只用來(lái)幫助確定下一步要做的測(cè)試或作為一種輔助測(cè)試。

參考文獻(xiàn)：

[1]張蓓莉.系統(tǒng)寶石學(xué)[M].2版.北京：地質(zhì)出版社，2006：9496.

[2]英國(guó)寶石協(xié)會(huì)，陳鐘惠譯.寶石觀察指南[M].1版.武漢：中國(guó)地質(zhì)出版社，2010：4546.

[3]英國(guó)寶石協(xié)會(huì)，陳鐘惠譯.實(shí)習(xí)手冊(cè)[M].1版.武漢：中國(guó)地質(zhì)出版社，2014：5256.

[4]郭杰，廖任慶，羅理婷.寶石鑒定檢測(cè)儀器操作與應(yīng)用[M].1版.上海：2014：4351.

[5]李德惠.晶體光學(xué)[M].地質(zhì)出版社，7版.北京：2006：414.

[6]曾光策，朱云海，等.晶體光學(xué)透明造巖礦物與寶石[M].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，1版.北京：1997：720.

作者簡(jiǎn)介：余煉鋼（1980），男，漢族，湖北黃梅人，碩士，講師，主要從事礦物寶石學(xué)教學(xué)及研究工作。