偏光鏡法在寶石鑒別中的作用分析

【摘 要】自然光與寶石之間存在一定的光學(xué)特性，文中對該特性進(jìn)行了闡述。并對利用該特性的偏光鏡法寶石鑒別的原理做了詳細(xì)分析，鑒別的方法和步驟做了具體說明。此外，還對偏光鏡法可能出現(xiàn)的特殊現(xiàn)象和解決方法作出了簡單說明，最后對多儀器聯(lián)合鑒別寶石提出了展望。

【關(guān)鍵詞】均質(zhì)體;寶石;偏振光;消光

中圖分類號： X799.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）11-0238-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.114

【Abstract】There is a certain optical property between natural light and gemstone.This feature is described in the paper.The principle of polarized spectroscopic gem identification using this characteristic has been analyzed in detail， and the methods and steps of identification have been specified.In addition，a brief description of the special phenomena and solutions that may occur in the polarized mirror method is presented.Finally，the prospect of multi-instrument joint identification of gemstones is presented.

【Key words】Homogeneous body;Gemstone;Polarized light;Extinction

0 前言

寶石是一種特殊的礦物質(zhì)，由大自然天然形成且具備一定的光學(xué)特性。比如珠寶的光澤度、顏色程度這類屬性都是光與寶石之間相互作用的感官結(jié)果呈現(xiàn)，可以利用該特性可以對寶石進(jìn)行設(shè)計(jì)加工、材質(zhì)和品質(zhì)鑒定以及價(jià)值的評價(jià)等。偏光鏡是充分利用光學(xué)特性對寶石進(jìn)行鑒定[1]和價(jià)值估值的有效手段之一，本文將對偏光鏡的工作原理和在寶石鑒定中的作用進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 寶石的鑒別

1.1 寶石與光的關(guān)系

自然光是一種電磁波，具備波粒二象性。波的特性之一是在傳播過程中，振動(dòng)方向與傳播方向垂直，并且波長一般表示波的能量大小，振幅表示波的強(qiáng)度。根據(jù)電磁波譜的特性，可見光只是波譜中很小的一段，波長大約在780nm-380nm[2]。所謂可見光即能夠被人眼感官識別的視覺反應(yīng)，根據(jù)不同波長在人眼中呈現(xiàn)不同的顏色，通常所說的顏色即為紅橙黃綠藍(lán)紫等。自然光經(jīng)過寶石的反射、折射、吸收或者雙折射等作用后，可以轉(zhuǎn)變成只在一個(gè)固定方向內(nèi)振動(dòng)的光波，這種光稱為偏振光或偏光。

1.2 偏光鏡原理

偏振光在寶石學(xué)中的應(yīng)用極其廣泛且重要，而以此原理開發(fā)的偏光儀（圖1）也是寶石鑒定中最常用的工具之一。當(dāng)物體折射或選擇吸收后投射出來的光從下偏光片經(jīng)過時(shí)，會(huì)產(chǎn)生平面層級的偏光。如若下偏光與上偏光處于偏振平行方向的狀態(tài)，那么已經(jīng)通過下偏光片的偏振光會(huì)全部通過上偏光片，此時(shí)人眼觀察到的亮度最大;如若下偏光與上偏光處于偏振垂直的狀態(tài)，那么已經(jīng)通過下偏光片的偏振光將無法穿越上偏光片，此時(shí)人眼觀察到的亮度最小，即為消光[3]。

偏光鏡進(jìn)行寶石觀察步驟如下：

（1）首先把寶石表面清潔干凈，保證其透亮性不受其他因素影響;

（2）偏光鏡初始化，即調(diào)整上偏光片至消光的狀態(tài);

（3）把寶石放置在載物臺(tái)，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)觀察寶石的明暗情況;

1.3 寶石鑒別作用分析

根據(jù)偏光鏡的光學(xué)特性，主要可以用于對寶石的材質(zhì)，如均質(zhì)體、非非均質(zhì)體和多晶質(zhì)體等的鑒定。

（1）均質(zhì)體

均勻轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，使得寶石360°全方位得到觀察。首先，當(dāng)自然光從下偏光片射出穿透寶石，如果光的偏振方向沒有改變，仍保持偏振光特性。其次，光繼續(xù)通過上偏光片，視野中呈現(xiàn)消光狀態(tài)（見圖2），此時(shí)均勻轉(zhuǎn)動(dòng)寶石，視野狀態(tài)不發(fā)生改變。那么可以判斷待測寶石為均質(zhì)體[4]。

（2）非均質(zhì)體

不妨將寶石形象的看成一個(gè)橢球體，當(dāng)寶石放置在載物臺(tái)時(shí)，橢球體垂直于光軸的最大平面可以看成一個(gè)橢圓。因此，當(dāng)寶石在偏光鏡下觀察時(shí)，如果透過下偏光片的平面偏光穿過寶石且與橢圓的長半軸或者短半軸任意一個(gè)平行時(shí)，平面偏光會(huì)順利穿透寶石且振動(dòng)方向不發(fā)生變化，與上偏光片依然保持垂直狀態(tài)，此時(shí)視野中呈現(xiàn)消光狀態(tài);如果透過下偏光片的平面偏光穿過寶石且與橢圓的長半軸或者短半軸任意一個(gè)斜交時(shí)，下偏光鏡透過的偏振光會(huì)在穿過寶石時(shí)在與光軸垂直的平面上分解成振動(dòng)方向相互垂直的兩束偏光[5]。其中一部分偏光可以透過上偏光片。當(dāng)平面偏光與寶石橢圓的長、短半軸斜交角度為45°時(shí)，穿過上偏光片的光線最多，視野最亮（見圖2）。

非均質(zhì)體的特性為在正交偏光鏡下觀察時(shí)，360°轉(zhuǎn)動(dòng)寶石視野中會(huì)出現(xiàn)四次明暗交替的現(xiàn)象。如果出現(xiàn)上述現(xiàn)象，那么可以判斷寶石為非均質(zhì)體。需要注意的是，這種現(xiàn)象是在非均質(zhì)體的光軸與觀察方向垂直的狀態(tài)，如果平行，那么視野會(huì)出現(xiàn)消光現(xiàn)象。所以利用偏光鏡鑒別時(shí)，需要將寶石全方位的旋轉(zhuǎn)觀察。

（3）多晶質(zhì)

多晶質(zhì)寶石可以分為多晶非均質(zhì)集合體和多晶均質(zhì)集合體寶石。多晶非均質(zhì)集合體可以簡單的看成非均質(zhì)體的集合，且是大量的雜亂無章地排列組合[6]。因此，多晶非均質(zhì)集合體寶石在正交偏光鏡下觀察時(shí)，360°轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，透過下偏光片的平面光被大量不同的晶體分解后，產(chǎn)生的偏正光振動(dòng)方向也是不確定的，各種方向都會(huì)存在，必然有光會(huì)與上偏振片平行且穿透。因此視野中會(huì)一直呈現(xiàn)光亮，但是亮的程度會(huì)隨著轉(zhuǎn)動(dòng)有所變化。

而多晶均質(zhì)集合體寶石恰恰相反，根據(jù)均質(zhì)體光的特性，在正交偏光鏡下寶石在視野中一直處于全暗消光狀態(tài)。

1.4 鑒定的特殊現(xiàn)象

（1）異常消光

正交偏光鏡下鑒定均質(zhì)體寶石時(shí)，并不會(huì)出現(xiàn)全暗的狀態(tài)。并且轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)時(shí)，視野中的明暗程度出現(xiàn)不規(guī)則不規(guī)律的變化，這種現(xiàn)象即為異常消光。這是因?yàn)楣庠诖┻^均質(zhì)體寶石時(shí)發(fā)生了異常雙折射現(xiàn)象，但是不同的寶石，異常雙折射現(xiàn)場的成因各有不同，較為復(fù)雜，本文中不做詳細(xì)分析。非均質(zhì)體寶石在正交偏光鏡下觀察時(shí)，隨著載物臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)明顯的明暗變化，且最亮與最暗之間的轉(zhuǎn)動(dòng)角度約為90°，有著非常明顯的規(guī)律性，而異常消光不存在這種規(guī)律。

（2）全暗假象

在偏光鏡下觀察時(shí)，無論是均質(zhì)體或非均質(zhì)體寶石，也無論如何轉(zhuǎn)動(dòng)寶石，均為視野全暗，這種現(xiàn)象稱為全暗假象。偏光鏡的鑒定原理是利用了光的特性，所以一定要確保有足夠的光穿過寶石。而有些寶石因?yàn)樵O(shè)計(jì)工藝，表面的折射率非常高，而放置的時(shí)候恰好下置面因折射率造成幾乎沒有光線能夠穿過的現(xiàn)象。所以，遇到全暗假象時(shí)可將寶石的放置方位進(jìn)行調(diào)整再仔細(xì)觀察。或者也可以準(zhǔn)備折射率與寶石相近的液體，將寶石浸潤其中再進(jìn)行觀察，也可消除全暗假象。

（3）其他假象

部分透明寶石因?yàn)槭菃尉w，其中含有明顯的裂隙或者含有大量的包體都會(huì)對光在寶石中的傳播產(chǎn)生不確定影響。并且外界環(huán)境的其他光線在寶石表面發(fā)生反射偏振化時(shí)，也會(huì)影響鑒定的結(jié)果。

2 結(jié)論與展望

偏光鏡利用了寶石與光特性間的關(guān)系，可以有效的對寶石材質(zhì)，尤其是均質(zhì)、非均質(zhì)、多晶質(zhì)等材質(zhì)的寶石有著比較明顯且明確的鑒定判斷。但是在鑒定過程中，也會(huì)出現(xiàn)一些假象，需要通過特殊的手段進(jìn)行消除和輔助，用以提高偏光鏡鑒定的準(zhǔn)確性。

偏光鏡除了對寶石材質(zhì)的鑒定有作用外，也可以用來觀察寶石的多色性。同時(shí)寶石的鑒定，各種儀器的敏感方向不同，相互的配合能夠有效提高準(zhǔn)確性和效率。例如二色鏡、濾色鏡和分光鏡[7]等，這些儀器的對寶石鑒定的作用以及聯(lián)合鑒定的使用還需要進(jìn)一步研究。

【參考文獻(xiàn)】

[1]珠寶檢測常規(guī)儀器[J].西部資源，2015（02）：80.

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[3]劉宏科，杜紅梅，庫育苗，宋家達(dá).光譜分析在寶石檢測中的應(yīng)用述評[J].廣東化工，2014，41（16）：172-173.

[4]唐嘉慧.淺談紅外光譜在寶石檢測中存在問題及解決策略[J].化工管理，2018（13）：26-27.

[5]徐麟.紅外光譜在寶石檢測中存在問題及對策分析[J].質(zhì)量探索，2016，13（05）：46-47.

[6]唐嘉慧.淺談紅外光譜在寶石檢測中存在問題及解決策略[J].化工管理，2018（13）：26-27.

[7]陳進(jìn)山.珠寶無損鑒定中檢測液的使用及影響[J].化工管理，2017（21）：34.作者簡介：羅潤箐（1989—），女，河南開封人，本科，助理工程師，貴金屬首飾與寶玉石檢驗(yàn)員（三級/高級工），GIC寶石鑒定師，主要從事貴金屬首飾檢測、鉆石4C分級、珠寶玉石鑒定等方面的工作。