偏光镜法在宝石鉴别中的作用分析
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【摘 要】自然光与宝石之间存在一定的光学特性，文中对该特性进行了阐述。并对利用该特性的偏光镜法宝石鉴别的原理做了详细分析，鉴别的方法和步骤做了具体说明。此外，还对偏光镜法可能出现的特殊现象和解决方法作出了简单说明，最后对多仪器联合鉴别宝石提出了展望。
【关键词】均质体;宝石;偏振光;消光
中图分类号： X799.1 文献标识码： A 文章编号： 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
宝石是一种特殊的矿物质，由大自然天然形成且具备一定的光学特性。比如珠宝的光泽度、颜色程度这类属性都是光与宝石之间相互作用的感官结果呈现，可以利用该特性可以对宝石进行设计加工、材质和品质鉴定以及价值的评价等。偏光镜是充分利用光学特性对宝石进行鉴定[1]和价值估值的有效手段之一，本文将对偏光镜的工作原理和在宝石鉴定中的作用进行详细分析。
1 宝石的鑒别
1.1 宝石与光的关系
自然光是一种电磁波，具备波粒二象性。波的特性之一是在传播过程中，振动方向与传播方向垂直，并且波长一般表示波的能量大小，振幅表示波的强度。根据电磁波谱的特性，可见光只是波谱中很小的一段，波长大约在780nm-380nm[2]。所谓可见光即能够被人眼感官识别的视觉反应，根据不同波长在人眼中呈现不同的颜色，通常所说的颜色即为红橙黄绿蓝紫等。自然光经过宝石的反射、折射、吸收或者双折射等作用后，可以转变成只在一个固定方向内振动的光波，这种光称为偏振光或偏光。
1.2 偏光镜原理
偏振光在宝石学中的应用极其广泛且重要，而以此原理开发的偏光仪（图1）也是宝石鉴定中最常用的工具之一。当物体折射或选择吸收后投射出来的光从下偏光片经过时，会产生平面层级的偏光。如若下偏光与上偏光处于偏振平行方向的状态，那么已经通过下偏光片的偏振光会全部通过上偏光片，此时人眼观察到的亮度最大;如若下偏光与上偏光处于偏振垂直的状态，那么已经通过下偏光片的偏振光将无法穿越上偏光片，此时人眼观察到的亮度最小，即为消光[3]。
偏光镜进行宝石观察步骤如下：
（1）首先把宝石表面清洁干净，保证其透亮性不受其他因素影响;
（2）偏光镜初始化，即调整上偏光片至消光的状态;
（3）把宝石放置在载物台，转动载物台观察宝石的明暗情况;
1.3 宝石鉴别作用分析
根据偏光镜的光学特性，主要可以用于对宝石的材质，如均质体、非非均质体和多晶质体等的鉴定。
（1）均质体
均匀转动载物台，使得宝石360°全方位得到观察。首先，当自然光从下偏光片射出穿透宝石，如果光的偏振方向没有改变，仍保持偏振光特性。其次，光继续通过上偏光片，视野中呈现消光状态（见图2），此时均匀转动宝石，视野状态不发生改变。那么可以判断待测宝石为均质体[4]。
（2）非均质体
不妨将宝石形象的看成一个椭球体，当宝石放置在载物台时，椭球体垂直于光轴的最大平面可以看成一个椭圆。因此，当宝石在偏光镜下观察时，如果透过下偏光片的平面偏光穿过宝石且与椭圆的长半轴或者短半轴任意一个平行时，平面偏光会顺利穿透宝石且振动方向不发生变化，与上偏光片依然保持垂直状态，此时视野中呈现消光状态;如果透过下偏光片的平面偏光穿过宝石且与椭圆的长半轴或者短半轴任意一个斜交时，下偏光镜透过的偏振光会在穿过宝石时在与光轴垂直的平面上分解成振动方向相互垂直的两束偏光[5]。其中一部分偏光可以透过上偏光片。当平面偏光与宝石椭圆的长、短半轴斜交角度为45°时，穿过上偏光片的光线最多，视野最亮（见图2）。
非均质体的特性为在正交偏光镜下观察时，360°转动宝石视野中会出现四次明暗交替的现象。如果出现上述现象，那么可以判断宝石为非均质体。需要注意的是，这种现象是在非均质体的光轴与观察方向垂直的状态，如果平行，那么视野会出现消光现象。所以利用偏光镜鉴别时，需要将宝石全方位的旋转观察。
（3）多晶质
多晶质宝石可以分为多晶非均质集合体和多晶均质集合体宝石。多晶非均质集合体可以简单的看成非均质体的集合，且是大量的杂乱无章地排列组合[6]。因此，多晶非均质集合体宝石在正交偏光镜下观察时，360°转动载物台，透过下偏光片的平面光被大量不同的晶体分解后，产生的偏正光振动方向也是不确定的，各种方向都会存在，必然有光会与上偏振片平行且穿透。因此视野中会一直呈现光亮，但是亮的程度会随着转动有所变化。 而多晶均质集合体宝石恰恰相反，根据均质体光的特性，在正交偏光镜下宝石在视野中一直处于全暗消光状态。
1.4 鉴定的特殊现象
（1）异常消光
正交偏光镜下鉴定均质体宝石时，并不会出现全暗的状态。并且转动载物台时，视野中的明暗程度出现不规则不规律的变化，这种现象即为异常消光。这是因为光在穿过均质体宝石时发生了异常双折射现象，但是不同的宝石，异常双折射现场的成因各有不同，较为复杂，本文中不做详细分析。非均质体宝石在正交偏光镜下观察时，随着载物台的转动，会出现明显的明暗变化，且最亮与最暗之间的转动角度约为90°，有着非常明显的规律性，而异常消光不存在这种规律。
（2）全暗假象
在偏光镜下观察时，无论是均质体或非均质体宝石，也无论如何转动宝石，均为视野全暗，这种现象称为全暗假象。偏光镜的鉴定原理是利用了光的特性，所以一定要确保有足够的光穿过宝石。而有些宝石因为设计工艺，表面的折射率非常高，而放置的时候恰好下置面因折射率造成几乎没有光线能够穿过的现象。所以，遇到全暗假象时可将宝石的放置方位进行调整再仔细观察。或者也可以准备折射率与宝石相近的液体，将宝石浸润其中再进行观察，也可消除全暗假象。
（3）其他假象
部分透明宝石因为是单晶体，其中含有明显的裂隙或者含有大量的包体都会对光在宝石中的傳播产生不确定影响。并且外界环境的其他光线在宝石表面发生反射偏振化时，也会影响鉴定的结果。
2 结论与展望
偏光镜利用了宝石与光特性间的关系，可以有效的对宝石材质，尤其是均质、非均质、多晶质等材质的宝石有着比较明显且明确的鉴定判断。但是在鉴定过程中，也会出现一些假象，需要通过特殊的手段进行消除和辅助，用以提高偏光镜鉴定的准确性。
偏光镜除了对宝石材质的鉴定有作用外，也可以用来观察宝石的多色性。同时宝石的鉴定，各种仪器的敏感方向不同，相互的配合能够有效提高准确性和效率。例如二色镜、滤色镜和分光镜[7]等，这些仪器的对宝石鉴定的作用以及联合鉴定的使用还需要进一步研究。
【参考文献】
[1]珠宝检测常规仪器[J].西部资源，2015（02）：80.
[2]吴开华，陈昌荣.包裹体特征在宝石鉴别中的应用研究[J].矿产与地质，1996（01）：50-54.[2]崔丹丹.CAD软件二次开发方法及应用.2018，10：40
[3]刘宏科，杜红梅，库育苗，宋家达.光谱分析在宝石检测中的应用述评[J].广东化工，2014，41（16）：172-173.
[4]唐嘉慧.浅谈红外光谱在宝石检测中存在问题及解决策略[J].化工管理，2018（13）：26-27.
[5]徐麟.红外光谱在宝石检测中存在问题及对策分析[J].质量探索，2016，13（05）：46-47.
[6]唐嘉慧.浅谈红外光谱在宝石检测中存在问题及解决策略[J].化工管理，2018（13）：26-27.
[7]陈进山.珠宝无损鉴定中检测液的使用及影响[J].化工管理，2017（21）：34.作者简介：罗润箐（1989—），女，河南开封人，本科，助理工程师，贵金属首饰与宝玉石检验员（三级/高级工），GIC宝石鉴定师，主要从事贵金属首饰检测、钻石4C分级、珠宝玉石鉴定等方面的工作。
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