学习目标：
掌握各种仪器的工作原理、结构及使用方法，熟悉各种仪器的用途和适用范围。最终能对仪器上出现的现象进行解释。 教学内容：
包括折射仪、分光镜、二色镜、显微镜、偏光镜、荧光仪、滤色镜，各种相对密度测试等仪器相关的内容进行讲解，列出操作步骤，并对仪器鉴定中出现的相关现象进行解释。 练习题：
1．名词解释
折射 全内反射 临界角 色散 自色性 他色性 多色性 一轴晶 二轴晶 平面偏振光 干涉图 荧光 磷光 相对密度 2．问答题
（1）简述折射仪工作原理及其适用范围。 （2）简述分光镜的用途及操作步骤。 （3）简述偏光镜的结构及其现象解释。 （4）简述二色镜使用中的注意事项。
（5）简述荧光仪和滤色镜在宝石鉴定中的作用。 （6）简述宝石相对密度测试的两种方法及其操作步骤。 第一节
折射仪
仪器结构 工作原理 操作要领 现象解释 主要用途 局限性
一、 仪器结构
折射仪主要由高折射率棱镜（铅玻璃或立方氧化锆）、棱镜反射镜、透镜、标尺（内标尺或外标尺）和目镜等组成。
主要用来测定宝石折射率值的一种仪器
图2-1-2 折射仪结构
折射仪的工作原理是建立在全内反射的基础上。该仪器是测量宝石的临界角，并将读数直接转换成折
射率值。
图2-1-3
图2-1-4
图2-1-4-1
图2-1-5 不同宝石的临界角
产生全反射的条件：
1．折射仪的高折射率棱镜必须为光密介质 2．待测宝石为光疏介质
3．接触液使棱镜与待测宝石之间形成良好的光学接触 三、操作要领 宝石折射率的测试
图2-1-8 宝石测试的操作过程
1． 接通电源、打开仪器 2． 用酒精清洗宝石和棱镜
3． 在折射仪棱镜上点一滴接触液（直径约2mm为宜），使用钠光照明，可见油的阴影边界 4． 宝石最大的台面放入棱镜上，浸油使宝石和棱镜之间形成良好的光学接触 5． 眼睛靠近目镜可观察阴影区和明亮区并读数，读数保留小数点第三位 6． 按顺序转动宝石360°，经验丰富者可转动宝石0°、45°、90°进行观察和读数
7． 测试完毕，将宝石轻推至金属台上，取下宝石 8． 清洗宝石和棱镜 四、 现象解释
图2-1-13 折射仪中的现象图示
1． 测宝石在折射仪上转动360°时始终只有一条阴影边界（固定不变），说明该宝石为各向同性宝石（单折射宝石）。
2．待测宝石在折射仪上转动360°时，出现两条阴影边界，一条阴影边界固定不变，另一条发生移动，说明该宝石为一轴晶宝石。如动值为大值，则为一轴晶正光性宝石；如动值为小值，则为一轴晶负光性宝石。
3. 待测宝石在折射仪上转动360°时，两条阴影边界都移动，说明该宝石为二轴晶宝石。如高值移动超过中间值，说明β值接近α值为二轴晶正光性；如低值阴影边界移动超过中间值，说明β值接近γ值为二轴晶负光性。
4. 点测法（远视技术法）：针对弧面型和刻面较小的宝石
点测法测试
图2-1-14
1) 清洗棱镜和宝石
2) 在金属台上点一滴接触油
3) 手持宝石，用弧面或小刻面接触金属台上的接触油，以油滴直径为0.2mm为宜 4) 将沾有油滴的宝石轻置于棱镜中央
5) 眼睛距目镜25-45cm，平行目镜前后移动头部
6) 观察油滴半明半暗交界处，读数并记录，读数保留小数点后两位 五、主要用途
1．鉴定宝石，可测定RI1.35-1.81之间宝石的折射率值 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 六、局限性
1．所测宝石一定要有抛光面
2．宝石的RI<1.35或者>1.81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
第二节 分光镜
一、工作原理
工作原理 仪器结构 适用范围 操作要领 主要用途及局限性
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。
图2-2-1-1 分光镜的外观图
图2-2-1 利用棱镜产生单色光
2．宝石中所含的各种色素离子（过渡族元素、某些稀士元素、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。^TOP
二、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：
图2-2-2 棱镜式分光镜结构图
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。
2. 光栅式分光镜：
图2-2-3 光栅式分光镜结构图
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。^TOP 三、适用范围
1. 分光镜主要适用于有色宝石，无色宝石除锆石、钻石、顽火辉石外无明显的吸收光谱。 2 鉴定中仅适用于具有典型光谱的宝石。
3. 显典型光谱的宝石， 可作为诊断性鉴定特征，需要重点掌握。
显铬谱的宝石
宝石名称 光谱图 描述 红宝石 红区有3条吸收线，黄绿区宽的吸收带，蓝区3 条吸收线，紫区吸收 图2-2-4（光栅式分光镜观察） 红色尖晶石 图2-2-5（光栅式分光镜观察） 红区有吸收线，黄绿区吸收带，紫区吸收 变 石 图2-2-6（光栅式分光镜观察） 红区有吸收线，黄绿区吸收带，蓝区1条吸收 线，紫区吸收 祖母绿 图2-2-7（光栅式分光镜观察） 红区有吸收线，橙黄区弱吸收带，蓝区弱吸收 线，紫区吸收 红区三条阶梯状吸收（630-690nm处），紫区翡 翠 图2-2-8（光栅式分光镜观察） 437nm处有吸收线（绿色鲜艳无杂质时，437nm吸收线可能缺失）
显铁谱的宝石
宝石名称 光谱图 描述 蓝宝石 图2-2-9（光栅式分光镜观察） 蓝区450、460、470nm有3条吸收窄带 橄榄石 蓝区453、473、493nm有3条吸收窄带 图2-2-10（光栅式分光镜观察） 金绿宝石 图2-2-11（光栅式分光镜观察） 蓝区444nm处有一强的吸收窄带 铁铝榴石 图2-2-12（光栅式分光镜观察） 黄绿区有三条强吸收窄带（505、527、576nm），蓝区和 橙黄区有弱带 顽火辉石 图2-2-13（棱镜式分光镜观察） 绿区506nm有一吸收线，此线为诊断线 显钴谱的宝石
宝石名称 光谱图 描述 合成蓝色尖晶石 图2-2-14（棱镜式分光镜观察） 绿、黄和橙黄区有三条强的吸收带，绿区吸收 带最窄 钴玻璃 图2-2-15（光栅式分光镜观察） 绿、黄和橙黄区有三条强的吸收带，黄区吸收 带最窄 其它吸收谱 宝石名称 光谱图 描述 钻石（无色） 图2-2-16（光栅式分光镜观察） 紫区415.5nm有一吸收线 锆石（无色） 图2-2-17（光栅式分光镜观察） 红区653.5nm吸收线为诊断线 锆石（有色） 图2-2-17-1（光栅式分光镜观察） 红区653.5nm吸收线，1-40条吸收线均匀地分布 在各个色区 锰铝榴石 图2-2-18（光栅式分光镜观察） 磷灰石 / 紫区432nm吸收窄带为诊断带 显稀土谱黄区和绿区有两组密集的吸收线 ^TOP
i. 擦净宝石，将宝石置入冷光源上方，使光透过宝石
ii. 将分光镜对准透过宝石光源部分进行观察
iii. 调整分光镜角度（或狭缝）、焦距直至看清光谱为止
图2-2-19透射法观察宝石的吸收光谱
四、操作方法及步骤
1．透射法：适用于透明到半透明的宝石。操作方法及图示
i. 擦净宝石，将光线从宝石斜上方的某一位置射
入，并使之从宝石的另一侧面反射出来
ii. 将分光镜直接对准反射光
图2-2-20 内反射法观察宝石的吸收光谱
光谱为止
iii. 调整分光镜角度（狭缝或焦距），直至看清
2. 内反射法：适用于颜色浅、颗粒小的透明宝石。操作方法及图示
3. 表面反射法： 适用于不透明或透明度差的宝石。操作方法及图示
i. 擦净宝石，使光线从样品表面反射出来
ii. 将分光镜对准反射出来的光线
iii. 调整分光镜角度（狭缝或焦距），直到看清
光谱为止
图2-2-21 表面反射法观察玉石的吸收光谱
^TOP
五、主要用途及局限性
1．可帮助确定具有典型光谱的宝石名称。如：锆石 653.5nm典型吸收线具有鉴定意义；钻 石415.5nm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630-690nm处显三条阶梯状吸收谱；染色翡翠（人工处理）红光区显模糊吸收带
4 帮助区分某些宝石与仿宝石。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、锆石显稀土谱
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 7 观察光谱时需要强光照明
第三节 二色镜
二色镜是用来观察宝石多色性的一种仪器
多色性
工作原理及结构
应 用
主要用途
操作步骤及注意事项
一、 多色性：
当光线进入某些各向异性的有色宝石中所显示的二种或三种体色的现象。通常一轴晶宝石可能出现两
种颜色，称为二色性；二轴晶宝石出现三种颜色，称为三色性，统称为多色性。^TOP
二、结构：
图2-3-1 二色镜的结构及观察
常用的二色镜是由玻璃棱镜、冰洲石、窗口和目镜所组成。冰洲石可将穿过宝石的两束平面偏振光区分开来，并将二束光线的颜色并排进行对比。^TOP 三、应用：
二色镜是宝石鉴定中的一种辅助鉴定仪器，主要用来测试一些具有双折射的有色透明宝石。根据多色性显示程度不同一般分为：强多色性、明显多色性、弱多色性、无多色性。^TOP 四、主要用途：
1． 帮助鉴定具有强多色性的宝石 如：堇青石 三色性显著（蓝色、紫蓝色、浅黄色） 2． 区分各向同性与各向异性宝石 如：红宝石与红色尖晶石
3． 指导加工：了解宝石的多色性对切磨宝石定向很有帮助。 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。
工作原理
图2-3-6红宝石在加工中的最佳切磨方向
红宝石加工时定向切磨，顶刻面与晶体的光轴方向垂直时，可获最佳颜色。
五、操作步骤及注意事项
1．观察时采用透射光，光源应为白光或自然光，绝不能用单色光或偏振光。 2．待测样品一定为有色、透明、具有双折射的宝石。
3．待测样品尽量靠近二色镜窗口部位，眼睛紧靠目镜部位进行观察。
4．边观察边转动宝石和二色镜，等轴晶系、非晶质宝石、无色各向异性宝石不显多色性，有色各向异性宝石垂直光轴方向不显多色性。
5．如二色镜窗口出现两种颜色，则证明所测样品为双折射宝石（各向异性）如出现三色性则表明样品为二轴晶宝石。
6．多色性的缺失，不能断定该宝石是各向同性宝石。
7．宝石的两个振动方向与冰洲石棱镜的两个振动方向呈45°角时不显多色性。 8．多色性的强弱与双折射率大小无关。
9．不要将宝石直接放在光源上，某些宝石受热后多色性可能会发生改变。 10．对弱多色性现象应持怀疑态度，如不能肯定测试结果，则应忽略本项测试。
第四节 偏光镜
结构 主要用途及局限性 操作步骤及结果解释 锥光镜及操作步骤
一、工作原理
自然光经过反射、折射或通过特制的偏振片以后，改变了光的振动方向，使其成为只在一个固定方向
振动的光波，这种光波称为平面偏振光或偏振光。利用偏振片制作的重要仪器为偏光镜。
注意事项
通过偏振片的自然光 获取平面偏振光
图2-4-1 自然光
图2-4-2 平面偏振光
二、结构
由一个装灯的铸件和两个偏振片起偏镜（下），检偏镜（上）所构成，在测试宝石时，首先使上下偏
光处于正交位置（视域黑暗）再进行观察。
图2-4-3 偏光镜外观
图2-4-4 偏光镜结构
^TOP
三、主要用途及局限性 要求所测样品透明或半透明
1．可区分各向同性与各向异性宝石。 2．可区分多晶质或隐晶质和单晶质宝石。
3．利用锥光下出现的干涉图可区分一轴晶和二轴晶宝石。 4．不适用不透明宝石和暗色宝石。
5．不适用裂隙太多和瑕疵太多，包体太多的宝石。
四、操作步骤及结果解释
1． 清洗宝石，接通电源，打开开关转动上偏光镜，使视域黑暗即处于消光位置。
图2-4-5
由正交位置偏振片产生全消光
2．待测宝石放在偏光片上，旋转宝石并观察，注意将宝石转动几个方向进行观察。 3．转动宝石360°视域全暗为均质体宝石（非晶质、等轴晶系）。 4．转动宝石360°视域全亮为多晶质宝石（翡翠、软玉等） 5．转动宝石360°视域四明四暗为双折射宝石（一轴晶或二轴晶）
图2-4-6 一轴晶宝石干涉图
图2-4-7 二轴晶宝石干涉图
6．转动宝石360°视域出现弯曲色带，黑十字（无色环）格子状消光。斑块状消光，则为异常，多为玻璃、塑料仿制品。 五、锥光镜及操作步骤
干涉图是双折射宝石与聚合偏光相互作用而产生的一种光学效应。 1．主要适用于单晶透明的双折射宝石。
2．在正交偏光下寻找光轴，使其与光的传播方向一致时，常可见到色圈。 3．推入锥光镜，调整宝石方位，观察图案变化，寻找色圈中心。 4．根据干涉图，判定宝石的轴性。
图2-4-8 双折射宝石的干涉图
^TOP 六、注意事项
1．各向异性宝石中，垂直光轴刻面测试为全黑，应多测几个刻面。 2．聚片双晶在宝石中是全亮，并不是多晶质现象。 3．裂隙太多的透明宝石视域边为全亮。
4．异常双折射应注意观察，有时也可配合使用其它仪器，如红色石榴石出现明暗变化时，观察是否有多色性。
第五节 宝石显微镜
通过放大观察宝石的内含物和表面特征。是区分天然宝石、合成宝石及仿制宝石的重要手段。
放大倍率 组成 照明方式 主要用途
一、 放大倍率：
宝石显微镜的放大倍率可从10倍至70倍之间变化，并可连续变焦。 二、组成：
由双目目镜、可变放大物镜、显微镜支架和底光源四个部分组成。
图2-5-1 宝石显微镜的外观
图2-5-2 显微镜的结构
三、照明方式
1．暗域照明法：以无反射的黑暗为背景，用侧光照明。宝石中的有些内含物，在暗色背景下，显得更加清晰，如维尔纳叶法合成刚玉中的弯曲生长纹，用该方法很容易观察到。
2. 亮域照明法：光源由宝石的底部直接照射。这种方法一般光圈锁得较小，可使宝石中的有些 内含物在明亮的背景下，呈现黑色影像。这也是观察弯曲生长纹或其它低突起宝石的有效方法。 3． 垂直照明法：光源从宝石的上方进行照明，这种方法主要针对不透明或微透明宝石，也常用来观察宝石的表面特征。
图2-5-3
宝石显微镜的照明方式
四、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。
2. 观察宝石内部特征：内含物的种类、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。
3. 观察宝石后刻面棱重影：双折率大的宝石，如锆石（DR0.059），橄榄石（DR0.036），碧玺（DR0.018）等宝石的刻面棱重影现象，可作为宝石的主要鉴别特征。
近似折射率的测定：如宝石为晶体碎块，无光滑平面供折射仪测试时，可在显微镜下用一 种浸液，测得宝石的近似折射率，主要方法有贝克线法、柏拉图法和直接测量法。
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. 干涉图：用两片偏振片，使其正交，用物台下聚光镜提供收敛光，可检查宝石的干涉图，待测宝石须浸没于与其折射率相近的浸液中，并用宝石夹夹住宝石，直至干涉图出现为止。
6. 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，以提供一永久性照像记录。
第六节 相对密度（SG）测定
定义 阿基米德定律 静水称重法 重液法
一、 定义：相对密度是物质的质量与同体积水的质量的比值。
对任何一个物质，不论采用什么重量单位，其相对密度值是相同的，相对密度值是一个常数。每个宝石物质的相对密度值是固定的，通过静水称重法测定可定量测出每个宝石的相对密度值。 如红宝石SG=4，钻石SG=3.52，水晶SG=2.65 二、阿基米德定律：
当物体完全浸入液体中时所受到的上浮力相当于所排开液体的重量。测定宝石的相对密度值就是利用阿基米德定律作为工作原理。
三、静水称重法：
1．手持式弹簧称可称重10-1000g左右样品的相对密度，对大原石和非常大的球型宝石，小的雕件，这种方法快速而方便。
图2-6-1 双盘分析天平的外观
图2-6-2 弹簧称
2. 高灵敏度天平（双盘或单盘天平）要求灵敏而精确，适用于重量小于2或3ct左右的宝石，这种方
法快速而精确。
图2-6-3 单盘天平
图2-6-4 双盘天平
3. 测试方法：在空气中称重宝石W，在水中称重宝石W1，代入公式计算：
如：样品：空气中称重1.2g，浸入水中称重0.9g，代入公式： SG=4.00这说明该样品为刚玉（红、蓝宝石） 4. 注意事项：a. 擦净宝石，使宝石没有油脂。
b. 消除气泡，用细毛刷，刷除可能附在兜或样品上的任何气泡。 c. 多孔隙材料不可测。
d. 宝石颗粒小于1ct，误差范围较大。
四、重液法：
测定宝石的近似相对密度值，这种方法快速而方便地区分外观非常相似的宝石材料。 1. 重液：实验室最常用的一套重液，主要为二碘甲烷、三溴甲烷。
重液名称 三溴甲烷（稀） 三溴甲烷 二碘甲烷（稀） 二碘甲烷 SG 2.65 2.89 3.05 3.32 指示矿物 水晶 绿柱石 粉红色碧玺 翡翠 2. 操作方法：将待测宝石放入上述重液中，观察宝石在重液中的表现情况，来确定宝石的近似SG值。
宝石在重液中的现象
图 2-6-5宝石在重液中表现为漂浮/悬浮/下沉的状态
在重液中漂浮说明宝石SG＜重液SG 在重液中悬浮说明宝石SG=重液SG 在重液中下沉说明宝石SG＞重液SG 3. 注意事项：a. 尽量使用毒性较小的重液；
b. 在重液中测试过的宝石在酒精中进行清洗； c. 实验室通风条件要好。
第七节 紫外荧光：
通过荧光灯中的特殊灯管发出紫外线来激发宝石荧光的一种仪器。主要用来检测宝石是否具有荧光和
磷光。
荧光 磷光
一、荧光：
波长范围 操作要领 主要用途
某些宝石材料在受到高能辐射，如紫外线、X-射线等，会发出可见光，这种现象称为荧光。 二、磷光：
当关闭高能辐射源，具有荧光的宝石材料继续发光的现象则称之为磷光。 三、紫外灯波长范围：
10nm到400nm之间，宝石学中常用200nm到400nm之间的紫外线，为使用方便又将200nm至400nm之间的紫外线划分为三个部分。
短波范围：200nm-280nm 主波长为253.7nm 中波范围：280nm-315nm
长波范围：315nm-400nm 主波长为365nm
紫外灯管经过特制滤光片后，仅射出主波长365nm和253.7nm的紫外光。 四、操作要领：
1. 将待测宝石置于紫外灯下。
2. 打开光源，选择长波（LW）或短波（SW），观察宝石的发光性。 3. 若有荧光，宝石则整体发光。
4. 根据荧光强弱常分为强、中、弱、无。
5. 如局部发光可能为内含物，后期充填物所致。如青金石中的方解石，酸处理翡翠中的胶，都有可能使宝石局部发光。
6. 关掉紫外灯后，宝石仍继续发光，说明该宝石具有磷光。 7. 注意事项：紫外光对眼睛有危害，切记不可直视紫外灯。 五、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。
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，可呈现不同的颜色，蓝、绿、黄、粉红；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性的荧光。钻石的荧光特征也有助于区分天然钻石和合成钻石。
第八节 滤色镜
为一种辅助鉴定仪器，主要由彩色滤色片组成，这些组合的滤色片仅允许部分波长的光波通过。 一、查尔斯滤色镜
特点：仅能通过深红色（约690nm）和黄绿色（约570nm）的光，而其它的光全部吸收。 用途：主要针对绿色、蓝色宝石对某些染色宝石有一定的鉴定作用。
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。
第九节 热导仪
一、热导仪：
是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，在室温下钻石的热导率从Ⅰ型的100W/（m℃）变化到Ⅱa型的2600W/（m℃） 次高的为刚玉，其40W/（m℃）。近年来出现的合成碳硅石其热导率高，仅次于钻石在该仪器下也有反应。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。
图2-9-1 热导仪
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