宝石学-第4章-宝石鉴定.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 宝石鉴定,4.1,宝石鉴定概述,4.2,宝石放大镜和宝石显微镜,4.3,折光仪,4.4,比重的测定方法,4.5,偏光器,4.6,二色镜,4.7,可见光分光镜,4.8,查尔西滤色镜,4.9,荧光的测试,4.10,热导仪,宝石鉴定的内容包括：宝石品种的鉴别，质量优劣的评价，琢磨加工工艺的评定，天然宝石与其人工合成制品和人造仿制品的识别等，以便给宝石的科学研究及宝石的经济价值评价提供依据。,宝石鉴定检测的对象主要是宝石的成品和半成品，因而要求在不损坏样品的条件下进行（除原材料外）。,4.1 宝石鉴定概述,矿物鉴定方法:1.肉眼观察鉴定（颜色、形态、光泽、解理等）；2.物理性质测试鉴定（比重、折射率、硬度）；3.以晶体光学性质为依据的偏光显微镜下鉴定；4.晶体结构分析（,X,射线衍射、红外光谱等）；5.化学成分分析（化学分析、电子探针成分分析、,X,射线荧光分析）等。,一、宝石鉴定的特点：,首先，宝石是珍贵的，不能随意刻划、破坏、浸蚀，必须保证检测的,无损性,。宝石鉴定的最大特点是在宝石不受任何损坏的情况下测试宝石的物理化学性质。不能用研究矿物的方法研究宝石。,其次，矿物的鉴定多数情况下是为基础研究而进行的，宝石的鉴定多数情况下是为商业服务的，因而宝石鉴定应简单、快速、便捷、经济。,再者，在宝石鉴定中还必须依据其内在特征判别该宝石是天然的，还是经人工优化处理的或者是人工生产的。,二、宝石鉴定的步骤,宝石鉴定可分为,肉眼鉴别,和,仪器分析鉴定,两部分。,宝石肉眼鉴别包括：形态、颜色、光泽、透明度、色带、色散、特殊的某些光学效应（星彩、猫眼等）以及样品表面琢磨、抛光加工情况等。肉眼鉴定是宝石鉴定的基础，通过肉眼对宝石的颜色、透明度、光泽、色散、特殊的光学效应、包裹体特征等直观现象的观察，对样品的属性有一个初步的确认，然后再从简到繁的选用有效的鉴定仪器检测和验证。,仪器分析鉴定则包括折射率、偏光性、多色性、比重、包裹体、荧光性、以及查尔西滤色镜检查和分光光谱特征等。,宝石鉴定分,四个步骤,：,肉眼鉴别,、,有效而简便的仪器检测、稳定的物理常数验证、签发鉴定报告。,举例：,1.无色透明的小圆刻面型宝石；,2.翠绿色透明宝石，几种可能：祖母绿、绿玻璃、钙铁榴石等；,3.蓝色的透明宝石，几种可能：蓝宝石、蓝色尖晶石和蓝色锆石等。,放大镜主要用于观察宝石的下列特征：,（1）表面损伤（刻痕、凿痕、表面瑕疵）；,（2）内部裂隙、解理及双晶纹；,钻石的因解理,造成的阶梯状表面,钻石的羽状体“胡须”,（3）切磨质量(小面大小、角度的准确性及对称性）、抛光质量；,（4）包裹体（包括固相、气相及液相包裹体）；,钻石中的铬透辉石包体,（5）颜色均匀程度（色带）；,（6）某些合成宝石的生长线；,（7）拼合宝石的接合面、光泽和气泡。,2.宝石显微镜(双目宝石体视显微镜,binocular stereoscopic gemological microscope),放大倍数一般是10倍至70倍。,内藏式底光源,是装置于显微镜台座内的照明光源。主要用来观察样品内部的某些缺陷，如裂隙、包裹体、解理和色带等。,上部反射光源,观察宝石晶体表面特征：如断口、解理面、生长线以及宝石的琢工、抛光质量、损伤等，并可鉴别二层石、三层石拼合石，确定宝石是天然的还是人工制造的或是否经过优化处理。,宝石显微镜主要用途,：,1.检查宝石表面特征：宝石表面划痕、蚀象、破损、拼合面（气泡、光泽差异）等。,锆石面棱破损,钻石的三角蚀象 红宝和合成红宝拼合,2.观察宝石内部特征：包裹体的种类、形态、数量、双晶面、生长纹、颜色色形分布特点等，对含有特殊内含物的宝石具有鉴定意义。,翠榴石中的马尾丝状包体 斜长石中的双晶纹,3.观察宝石后刻面棱重影：双折率大的宝石，如锆石（0.059），橄榄石（0.036），碧玺（0.018）等宝石的刻面棱重影现象，可作为宝石的主要鉴别特征。,锆石中的刻面棱双影,4.吸收光谱的观察：以一手持式分光镜代替目镜，使用透射照明来检测宝石的光谱特征。,5.显微照相：在目镜上装一照相机，可直接拍下宝石中所观测到的现象。,返回,红宝石可见光吸收谱,4.3 折光仪(,refractometer),测折光率的方法主要有两种：,一种是,直接测量法,，另一种是,相对测量法,。直接测量法使用的是折光仪，相对测量法是指液体浸没法（油浸测量法）。,油浸法,是利用折光率已知的浸油与待测宝石相比较，以求得宝石折射率的方法。油浸法能够精确测定样品的折光率，但其常规方法的手续比较繁琐，而且不适用于已琢磨好的宝石成品。,折光仪是根据光的,全反射,原理制造的。常用的折光仪主要由,折光率为1.81的铅玻璃,磨光为半球形的工作台、刻度尺、目镜和套在目镜上的偏光片组成。,折光仪的工作原理,主要用途,1.鉴定宝石，可测定折光率在1.35-1.81之间宝石的折光率值,2.可测定宝石的双折射率（,DR）,3.,确定宝石的轴性，如一轴晶、二轴晶和各向同性（等轴晶系、非晶质）,4.确定宝石的光性符号，如各向异性宝石的正光性和负光性,局限性,1.所测宝石一定要有抛光面,2.宝石的,RI1.81都无法读数,3.不能区分某些人工处理宝石，如天然蓝宝石与热处理蓝宝石,4.不能区分某些合成宝石，如天然红宝石与合成红宝石,4.4 比重的测定方法,宝石比重的测量，目前常用的有两种方法：,静水力学法,和,重液法,。,一、静水力学法,例如；一颗宝石重4克拉，在28的四氯化碳中称重是2.42克拉，四氯化碳在温度为28时的比重为1.579。代入公式：,结果表明所测宝石是刚玉。将比重值加上密度的单位,g/cm,3,，,即3.997,g/cm,3,，,就是刚玉宝石的测定密度。,1.克拉比重天平(,carat specific gravity balance),克拉比重天平是以克拉为称量单位的一种,单盘式,天平，其测定精确度可达小数点后第三位数。依据其结构性能又可以分为,机械式克拉比重天平,和,微电脑自动克拉比重天平,两种。,机械式克拉比重天平,微电脑自动克拉比重天平,弹簧称,2.比重天平（,specific gravity balance）,双盘天平进行改装得到比重天平。,比重天平,应用静水力学法测比重应注意的事项：,天平在测试之前，必须处在水平位置上；,先测宝石在空气中的重量，再测在溶液中的重量，以免宝石表面沾上液体使重量增大；,在工作环境的附近要放有温度计(最好放入溶液中)，根据温度计的数字，选用相应的溶液比重值代人计算公式；,多孔宝石不宜使用静水力学法测比重。,二、重液法(重液悬浮测量法),将欲测宝石样品放入已知的比重液中，视宝石样品在比重液中沉浮情况，间接测定宝石比重的一种方法。,1.宝石比重比重液；,2.宝石比重比重液；,3.宝石比重三溴甲烷海蓝宝石,海蓝宝石和改色黄玉,名称,密度（,g/cm,3,）,稀释可配制密度范围,（,g/cm,3,）,稀释溶剂,饱和盐水,1.13,1.001.13,蒸馏水,三溴甲烷,2.89,2.502.89,乙醇、溴乙烯、四氯化碳,二碘甲烷,3.33,2.903.33,苯、二甲苯,克列里奇液,4.15,3.334.15,蒸馏水,常用重液、稀释溶剂和重液配制范围,测定时先将待测宝石样品放置于比重略大于宝石样品的重液中，再徐徐加入适当溶液（不同比重液只能选用一定的稀释液稀释）使之逐步稀释，缓慢降低比重液的比重。当待测宝石样品在重液中呈半悬浮状态时，则表明二者之间的比重相等。取出宝玉石样品，测出该重液比重。即可得知此宝玉石样品的比重。常见宝石的比重：水晶(2.65)、方解石(2.71)、淡红色电气石(3.05)、透明萤石(3.18)、橄榄石(3.34)、钻石(3.52)、黄玉(3.56)、人造刚玉(3.99)。,使用重液测比重应注意的事项：,1.重液多有毒性，不要长时间的连续作业，应在良好通风条件下操作；,2.用过的比重液可以继续使用，重液具有一定的挥发性，应密封避光和防潮；,3.具有多孔隙的宝石不宜使用重液，如欧泊、绿松石、青金石、珊瑚、珍珠及各种有猫眼效应的宝石均不能使用，因为重液具有黄的色调，重液进入宝石中会污染宝石的颜色，并不易清洗；,4.重液对有机质具有一定的溶解性，故天然有机宝石和人造塑料制品均不能使用重液，二层石、三层石也不能浸于重液中，因为粘胶会被重液溶解。,返回,4.5 偏光器(,illuminator polariscope),上偏光片,下偏光片,二、宝石光性鉴别方法,打开照明灯，转动上偏光片，使其与下偏光振动方向正交。此时视域最暗，处于消光位置。再将宝石台面向下放到上、下偏光片之间，然后由上偏光片的上方观察偏光器中的样品，看转动宝石360的变化。,1.光性均质体,在偏光器下，任意转动和翻动宝石样品，如果宝石始终呈现出全暗即全消光状态，没有任何明暗变化，则属均质体。即为非晶质或等轴晶系晶体。,最常见的光性均质体宝石有：钻石（金刚石）、立方氧化锆、石榴石、尖晶石、钛酸锶和各种玻璃等。,2.光性非均质体,如果宝石在旋转一周过程中，呈现出有规律的四明四暗交替变化，则表明为非均质体。包括除等轴晶系之外的其他6个晶系的宝石。这种明暗变化是非均质体宝石所特有的性质。但光轴平行于光路的非均质体，绕光路旋转时将始终保持全消光；而一旦翻动样品后，在旋转过程中即呈现明暗变化。,最常见的光性非均质体宝石有：红宝石、蓝宝石、金绿猫眼石、变石、祖母绿及绿柱石类宝石、水晶、碧玺、托帕石、海蓝宝石、锆石、橄榄石等。,3.隐晶质或微晶几何体,如果宝石始终是明亮的，则可能为隐晶质或微晶几何体。,由于组成集合体的许多微小晶体的方向各不相同，使得宝石在各种位置都不能消光。如玉髓、翡翠和软玉等。,4.测定均质宝石异常双折射现象（异常干涉色）,一些宝石在正交偏光下呈灰暗的蛇纹状、网格状或不规则的明亮变化。这种现象可能是均质体的宝石所呈现的异常干涉色。,钻石、石榴石、合成尖晶石、玻璃及琥珀等可具异常双折射现象。,其与非均质体的区别方法是：将宝石旋转到最亮的位置，再将上偏光片转动90，使其与下偏光振动方向平行，注意观察宝石的明暗变化，若宝石变得更亮，则为异常干涉色，宝石属均质体；若宝石亮度保持不变或变暗，则为非均质体宝石。,三、宝石多色性的检测,转动偏光器的上偏光镜片，使其与下偏光镜片的振动方向一致，此时视域应表现为最明亮，边转动宝石样品边观察视域，若具有多色性的宝石，其颜色将随着样品的转动而发生变化。,例如观察蓝宝石，随着样品的转动，可以发现蓝宝石一会儿呈深蓝色，一会儿又是蓝绿色，对于无多色性的样品，无论怎样转动样品，其表面颜色不发生任何变化。,返回,4.6 二色镜(,dichroscope),二色镜的结构,二色镜的基本原理是利用高双折射率的冰洲石或偏振片，,将透过宝石晶体的二束振动方向和传播速度都不相同的平面偏振光区分开来,。通过二色镜目镜观察，则可见到二束由于选择吸收不同而表现为不同颜色的两块窗口色像，以此可进行对比和比较。,目前市场上的二色镜主要有两种：一种用,天然冰洲石,制成，另一种用,人造偏光玻璃,或,偏光塑料,制成。,二色镜的主要用途,1.帮助鉴定具有强多色性的宝石，如璧玺具有二色性（绿和深绿）。,璧 玺,2.区分各向同性与各向异性宝石，如：红宝石与红色尖晶石。红宝石和红色尖晶石外观很相似，通过多色性的观察可以将二者有效的区分开来。红宝石二色性明显（橙红和红）；尖晶石各项同性，无多色性。,红宝石二色性明显,3.指导加工，如红宝石在加工中顶刻面应垂直光轴方向，以便将宝石的最佳颜色通过顶刻面显示出来。,红宝石在加工中的最佳切磨方向,一、结构及特点,根据分光镜所利用的,色散元件,不同，分为,棱镜式,和,光栅式,。,1.棱镜式分光镜：,特点：光谱的蓝紫区相对扩宽，红光区相对压缩；透光性好，可产生一段明亮光谱；红光区分辫率要比蓝光区差。,棱镜式分光镜结构图,4.7可见光分光镜（,visible-light spectroscope）,2.光栅式分光镜：,特点：所产生光谱各色区大致相等；红光区分辫率比棱镜式要高；透光性差，需要强光源照明。,光栅式分光镜结构图,注意事项：,样品观察时，应注意避免使用高强度热光源，因为高强度热光源的温度高，将会导致被观察的宝石样品温度升高，使吸收光谱变得模糊。若使用热光源照射样品一般需作降温处理。最好采用高亮度光导纤维灯作照明光源，从而避免上升温度对观察样品的影响。,观察分析时，切忌用手指把持样品，因为在光照射下血液会产生波长为592,nm,的吸收谱线。,二、分光镜工作原理,1.利用色散元件（三棱镜或光栅）便可将白光分解成不同波长的单色光，且构成连续的可见光光谱。,2.宝石中所含的各种致色离子（过渡族元素、某些稀土元素、放射性元素），对可见光光谱具有不同程度的选择性吸收。,3.宝石的光谱中的吸收带、吸收线都具有固定的吸收位置，这一特点可用来鉴定宝石品种，帮助指出宝石致色的原因。,利用棱镜产生单色光,由铬致色的玫瑰红色红宝石的光谱特征是在其红色区694,nm、692nm、668nm、659nm,有4条吸收线，476,nm、475nm、468,处有3条吸收线，这说明玫瑰红色红宝石中含有铬离子和铁离子，鲜艳的玫瑰红色是由铬离子及少量的铁离子致色。因为铬离子的吸收线集中在红色波段，铁离子的吸收线集中在蓝色波段。,玫瑰红色红宝石可见光吸收谱,三、不同色素离子的特征吸收光谱,1.铬,在透明宝石中，由铬离子致色的宝石多呈鲜艳的红色和绿色。颜色的明度大，有较好的反光效果，多属高档宝石品种。如祖母绿、翡翠、变石、红宝石和粉红色尖晶石、粉红色黄玉、钙铁榴石。这些宝石由于本身铬的含量不同，颜色上的差异使吸收线和吸收带在可见光吸收谱中略有差异，但总的规律是一致的。,各种红色色调的红宝石,铬离子的特征吸收光谱,宝石名称,描 述,红宝石,红区有4条吸收线，黄绿区宽的吸收带，蓝区3条吸收线，紫区吸收,红色尖晶石,红区有吸收线，黄绿区吸收带，紫区吸收,变 石,红区有吸收线，黄绿区弱吸收带，蓝区1条吸收线，紫区吸收,祖母绿,红区有吸收线，橙黄区弱吸收带，蓝区弱吸收线，紫区吸收,翡 翠,红区三条阶梯状吸收（630-690,nm,处），紫区437,nm,处有吸收线（绿色鲜艳无杂质时，437,nm,吸收线可能缺失）,光 谱 图,无论是红色宝石、还是绿色宝石，在可见光谱中的紫色、蓝色、橙色(黄色)光波区均有宽的灰色吸收带。在红色光波段有2-4条平行排列的黑色吸收线。,四、主要用途及局限性,1.可帮助确定具有典型光谱的宝石。如：锆石 653.5,nm,典型吸收线具有鉴定意义；钻石415.5,nm,典型吸收线具有鉴定意义。,2.帮助区分某些天然宝石与合成宝石。如：天然蓝色尖晶石显复杂的铁谱；合成蓝色尖晶石显典型的钴谱。,3.帮助区分某些天然宝石与人工处理宝石。如：天然绿色翡翠红光区630-690,nm,处显三条阶梯状吸收谱；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宝石。如：红宝石显铬谱、红玻璃显稀土谱；祖母绿显铬谱、绿色钇铝榴石显稀土谱。,5.帮助确定宝石中的致色离子。如：红宝石显铬谱、橄榄石显铁谱、合成蓝色尖晶石显钴谱、锆石显铀谱。,6.不能区分某些天然宝石与合成宝石。如：天然红宝石与合成红宝石具有相似的光谱。,返回,4.8查尔西滤色镜(,Chelsea color filter),祖母绿和合成祖母绿由铬离子致色，有透过红光和绿光的特性；当通过查尔西滤色镜观察祖母绿和合成祖母绿时，宝石的绿光被滤色镜吸收，只有红光通过，所以祖母绿就呈现红色或粉红色。而其它与祖母绿相似的天然绿色宝石，用查尔西滤色镜观察时则不显红色。,特点,：仅能通过深红色（约690,nm）,和黄绿色（约570,nm）,的光，而其它的光全部吸收。,观察时样品、滤色镜、眼睛应相距很近，以不超过1,cm,为佳。,用途,：曾是专门用以鉴别祖母绿的一种简易设备，现在用途已经扩大。查尔西滤色镜在检测绿色、蓝色宝石时很有效，尤其是对祖母绿、蓝宝石、翡翠、尖晶石和缅甸产红宝石及其染色宝石的鉴别尤为成功。,1.帮助鉴定宝石种：如某些产地的天然祖母绿、东陵石、青金石、独山玉、水钙铝榴石、翠榴石等宝石在滤色镜下变红。2.帮助区分某些天然与人工处理宝石：绿色翡翠滤色镜下不变红，染色翡翠滤色镜下变红；由镍致色的绿玉髓滤色镜下不变红，染色玉髓滤色镜下变红。3.帮助区分某些天然宝石与合成宝石：天然蓝色尖晶石滤色镜下不变红，合成蓝色尖晶石（,Co,致色）滤色镜下变红。,常见宝石查尔斯滤色镜下的鉴定特征,绿色宝石,宝石名称（及产地）,查尔斯滤色镜下的颜色,哥伦比亚和前苏联的祖母绿,红至粉红（与祖母绿颜色浓度有关）,印度、尼日利亚、巴基斯坦、南非、赞比亚和津巴布韦的祖母绿,绿色,合成祖母绿,亮红色（红色较天然祖母绿明亮）,绿色翡翠,绿色,人工染色翡翠,粉红色，有些为绿色,人工染色玉髓、石英岩,粉红色，有些为绿色,绿玉髓,绿色,绿色钙铁榴石,粉红色,蓝色宝石,蓝宝石,绿色、灰绿色或黄色,合成蓝色尖晶石,亮红色（钴致色），黄橙色（铁）,蓝色玻璃,绿色、灰绿色（铁），亮红色（钴）,红色宝石,缅甸红宝石,红色至粉红色,合成红宝石,透明红色,注意事项,1.必须在反射光下观察，不宜用透射光。反射光线需集中，以笔式手电为佳。,2.染色宝石由于染色剂种类不同，显色也有差异。是否所有的染色宝石在查尔西滤色镜下均呈现红颜色，还不能下此结论。,3.查尔西滤色镜仅是宝石鉴定的一种辅助方法，准确鉴定宝石尚需借助其他的许多办法综合考虑。,返回,4.9荧光的测试,宝石的荧光是宝石在外加能量的作用下发出的可见光，当外加能量停止，发光现象亦结束。这种可见光称为,荧光,。如果外加能量停止后，宝石上仍然存在余光，称为,磷光,。目前用来激发宝石发光的能量有三种：,可见光、紫外线和,X,射线,。,一、可见光,检查含铬致色的宝石品种的有效途径，就是利用强蓝色可见光照射宝石样品，使之激发样品内的电子发生能级跃迁，再用红色或橙色滤光片观察。若宝石发红光即为可见光激发下所产生的荧光。,二、紫外光,长波紫外分析仪只有波长为365.4,nm,的紫外光射出短波紫外分析仪发射波长为253.7,nm,的短波紫外光灯。,有些宝石对短波紫外线的发光效应比对长波紫外线的效应强；而对另一些宝石则可能正好相反。还有一些宝石，它们经短波紫外线和长波紫外线照射后发出的可见光的强度是相等的。,主要用途,1.帮助鉴定宝石品种：某些强荧光的宝石具有鉴定意义，如红宝石有红色荧光。,2.帮助区别某些天然宝石与合成宝石：如大多数天然蓝宝石无荧光，维尔纳叶法合成蓝宝石有荧光。,3.有助于区分某些天然宝石与人工处理宝石：如翡翠有荧光则整体发光。某些酸处理翡翠有胶充填时，充填物胶有荧光。,翡翠发光性:整体发光的为天然翡翠；局部发光的为注胶翡翠,4.帮助鉴别钻石及仿制品：钻石荧光的颜色和强度变化较大，可呈现蓝、绿、黄、粉红不同的颜色；强度可呈强、中、弱、无，这一现象对群镶钻石鉴别具有意义。而仿钻材料如群镶时则发出均一的荧光。钻石的荧光特征也有助于区分天然钻石和合成钻石。,钻石长波下的紫外荧光,有些合成钻石在长波紫外光下呈惰性，在短波紫外光下显示中等至强的黄绿色荧光，与天然钻石长波荧光强于短波荧光的特征不同。,显示亮蓝色荧光的钻石常显示浅黄色磷光，这种发光性组合是鉴别钻石的指示特征之一。,合成钻石在短波紫外下的荧光现象,三、,X,射线,由于,X,射线辐射能量高，对人体有一定的伤害，因此使用操作时应有妥善的安全防护措施，非不得已时般不宜使用。,借助,X,射线，可用来区别钻石及其仿制品(如立方氧化锆等)；天然红宝石和合成红宝石以及天然珍珠和人工养殖珍珠等等。,荧光性不能作为鉴定宝玉石的直接证据，应与其他测试方法结果结合分析。,返回,4.10 热导仪（钻石检测仪,diamond beam）,专门为鉴定钻石及其仿制品而设计的一种仪器，宝石中热导率最高的为钻石,热导仪正是利用钻石这一热学性质来鉴定钻石及其除合成碳硅石以外的钻石的仿制品。操作较方便，结果较直观。,典型的钻石热导仪由测头与控制盒组成，测头的金属尖端为电加热，当加热的金属尖端触探钻石表面时，温度明显下降，电热传感会发出蜂鸣声。,返回,