第2章宝石的基本特性

• 宝石材料中含有有色包体杂质，因它们的体色
影响，使宝石呈现出相应的颜色。
• 例如，石英中可含蓝线石包体而呈蓝色、日光
石因含红色赤铁而呈红色等。
二、宝石的透明度和光泽
• （一）宝石的透明度
• （二）宝石的光泽
（一）宝石的透明度
• 透明度：指宝石充许可见光透过的程度。 • 有关因素：
•①宝石晶体的透明度与其化学成分和结构有关。
Ne No 双折射
• 二轴晶（斜方、单斜、三斜晶 系），三个主折射率Ng、Nm、 Np。
– Ng-Nm>Nm-Np，正晶； – Ng-Nm<Nm-Mp，负晶。 – Ng-Np，双折射率。
• 双折射率很大的宝石材料，可呈见出明显的双影现象，如
冰洲石(0.172)、金红石(0.287)、锆石(0.059)等。
– 1）电子吸收光子能量进入高能级（A）；
– 2）电子以发射光子和释放热Байду номын сангаас形式放出能量回落到低能级（B）。
能量 能量 高激发态 激发态 400
吸收带 发光
500
A
基态
B
吸收
700
• 发光性影响因素：
– 与宝石本身的化学成分有关，主要是过渡元素、特
别是稀土元素的种类和数量有关；
– 与外来杂质、幅照环境条件等因素有关。
• 影响宝石色散现象（火彩）的因素：
①宝石本身必须具备足够大的色散值。一般色散值在0.03 以上的透明无色或浅色宝石都可产生明显的色散现象。
②宝石刻面的切磨比例和角度。只有刻面比例和角度（冠 角、亭角）合适，才能产生较好的色散现象。
③体色和净度。
四、宝石的多色性
• 多色性：有色宝石晶体，在光的透射照明下，不同方向呈现 不同颜色的现象。 • 产生原因：晶体内不同方向上晶格结构存在差异，除造成折 射率不同外，同时对光波的吸收不同，而呈现不同的颜色。 – 均质体宝石：各向同性，不具有多色性。
r = i
r′= i
• 根据折射定律：宝石的折射率N为光在空气中的传播速度 Vi与光在宝石中的传播速度Vr之比，它等于入射角i的正 弦与折射角r的正弦之比，是一常数。
V i S ini N = = V r sinr
• 例：已知光在空气的传播速度为300000km/s ,在钻石中的 传播速度为123967km/s ,则钻石的折射率为：
• 双折射率也是鉴定宝石的光学数据。 • 双折射双影现象及其明显程度可作为肉眼鉴别非均质 体宝石的标志。
（三） 色
谱现象。 – 棱镜分光原理图解：
散
• 1、光的色散：指白光被分解为单色光而形成七色光
白 光
i
r
色 散 光
波长越长(红光)，折射率(n)越小，而折射角(r)越大; 波长越短(紫光)，折射率(n)越大，而折射角(r)越小。
五、宝石的发光性
• 发光性：指宝石在外加能量（可见光、紫外线、X
射线）的激发作用下，能发出可见光的性质。
• 发光性分两种：
– 荧光——在外激发光的能量停止 作用时，发光也随即停止。
– 磷光——在外激发光的能量停止 作用后，发光还能继续一段时间。
夜明珠（萤石）
发光性原理
• 实质：宝石晶体结构吸收了较高的外加能量，然后以较低 的能量（可见光）再发射出来。 • 发光过程大致经两个阶段：
反光现象。如琥珀、塑料等。
• 丝绢光泽：由于具有纤维状结构 或构造，各纤维的反射光相互影 响而呈现出丝绢般的反光现象。 如木变石、纤维石膏等。
• 珍珠光泽：为珍珠特有的光泽，因具有细微的同心层状
结构，对光层层反射干涉而呈现出朦胧的晕色光泽。其 它某些具有细微平行层面结构的宝石材料有时也可出见
类似的光泽，如月长石等。
光与宝石的关系示意图
相互作用
光 宝石
产生的效应
影响最佳加工 琢型及比例
评价宝石的 重要依据
鉴定宝石的理 论基础及方法
一、宝石的颜色
• 研究意义：
– 宝石颜色是评价宝石质量和价值的重要依据； – 不少宝石的特有颜色可作为重要鉴定特征；
– 了解宝石颜色的致色原因，对宝石的合成、改
色、鉴别等工作都一定的指导意义。
②与宝石中的杂质、包裹体、裂隙、厚度和自 身颜色，以及表面是否光滑等因素有关。 ③玉石的透明度与组成矿物的透明度和颗粒结 合方式有关。
组成矿物的粒度越不均匀、排列越杂乱、颗粒边
缘越不平直，则内部颗粒之间的界面对光线的折射、
散射越强，透明度越低。即使主要由透明矿物组成
的玉石也常可表现出较低的透明度。
白色；
–如果所有的色光都有通过宝石，则宝
石呈无色透明。
（5）物理光学致色
• 指由于宝石内部的结构、构造、裂隙、包裹体等 因素，对光发生物理光学作用而使宝石呈色。 • 这些作用主要有：
1）干涉作用致色
2）衍射作用致色
3）散射作用致色
4）有色包体致色
1）干涉作用致色
• 干涉：当两光线相遇而叠加沿同一路线传播时， 由于彼此的位相原因造成光波相互增强或抵消的 一种光学现象，其效果是产生非纯正光谱色。 • 常见于有裂隙、薄层包裹体或具不同物质薄层结 构的材料。
（二）双折射率
• 均质体宝石：
– 光学上各向同性，等轴晶系、非晶质体。
– 单折射，只有1个折射率值N。
N 单折射
• 非均质体宝石：
– 光学上各向异性的介质，除等轴 晶系外的其它六个晶系。 – 双折射，有多个折射率值： • 一轴晶（四方、三方、六方晶 系），二个主折射率Ne、No。
– Ne>No，正晶；Ne<No，负晶。 – Ne-No，双折射率。
第二章 宝石的基本特性
• • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 宝石的光学性质 宝石的力学性质 其它物理性质 宝石中的包裹体
第一节 宝石的光学性质
• • • • • • 一、宝石的颜色 二、宝石的光泽和透明度 三、宝石的折射率和色散 四、宝石的多色性 五、宝石的发光性 六、宝石的特殊光学效应
• 沥青光泽（煤玉）和土状光泽（劣质绿松石）
三、宝石的折射率和色散
• （一）折射率
• （二）双折射率
• （三）色散
（一）折射率
• 当光线从空气（光疏介质）传播到宝石（光密
介质）表面时，一部分光线按反射定律返回空
气，一部分光线按折射定律进入宝石：
i r′
–反射定律：反射角等于折射角，
r
–折射定律：折射角小于入射角，
很高的宝石来说，其光泽应是反射光量（主要）和透 射光量（次要）的总和。
• 宝石光泽的强弱取决于宝石的折射率（N）、吸收系 数（K）、反射率（R）。它们的关系如下： 透明宝石 不透明宝石 R=(N-1)2 / (N+1)2 R=[(N-1)2+K2] / [(N+1)2+K2]
• 此外，宝石的抛光质量、表面平整程度、集合体的 结合方式（如石英岩和虎睛石）等因素也会影响宝 石光泽强弱。
• 这种现象主要见于欧泊：
3）散射作用致色
• 宝石材料内部结构不规则、或粒度超出衍射限定范围（约 100~400nm）、或含直径大于可见光波长的包裹体、微晶微
裂隙或气泡，入射光线与这些不符合衍射条件的物质界面相
互作用，造成光在不同方向上的反射而呈现颜色。 • 例：普通蛋白石、乳石英等。
4）有色包裹体致色
2、宝石的色散：当白光通过加工成特定琢型的刻 面型宝石后，也会发生色散现象。俗称“出 火”、“火彩”。
白 光 色散光(火彩)
• 色散值：指一定波长的紫光(430.8nm)和一定波长的 红光(686.7nm)，在晶体中产生的折射率之差。
• 例如：
钻石 NG=2.451 NB=2.407 色散值=0.044
宝石的特殊光泽
• 油脂光泽：由于极微细的粗糙 表面（抛光面或断面）使光线 漫反射而显示油脂般的反光现 象。如软玉、蛇纹石玉、石英 断口等。
• 蜡状光泽：由隐晶质块体或微 细颗粒表面对光线漫反射而呈 现出蜡状反光现象，较油脂光 泽弱。如绿松石、玉髓等。
• 树脂光泽：由于质软或折射率
低，呈现出如同树脂般的微弱
（4）半亚透明：透光很少，或光线只能透过宝石薄片，如玛瑙、 黑曜岩、天河石等； （5）不透明：基本不能透过可见光，即使磨成薄片也不透明，如 青金石、孔雀石等。
目前珠宝界对透明度级别的划分逐渐趋于三分法，即划分为透明、 半透明、不透明三个级别。
（二）宝石的光泽
• 光泽：指宝石表面对可见光的反射能力。但对透明度
– 非均质体宝石：各向异性，对光波有吸收差别，可具多 色性。
• 二色性——四方、三方、六方晶系宝石； • 三色性——斜方、单斜、三斜晶系宝石。 • 多色性特征是鉴定宝石的重要依据之一。
宝石矿物多色性示例
Ne=蓝绿 Np=黄绿
No=蓝 Ng=蓝 •蓝宝石光性方位与多色性 Nm=紫
•黝帘石光性方位与多色性
宝石光泽分级
根据折射率（N），分为：
金属光泽 半金属光泽 N﹥3 N= 2.6~3.0 赤铁矿 金红石
金刚光泽
半金刚光泽 强玻璃光泽
N= 2.0~2.6
N= 1.9~2.0 N= 1.7~1.9
金刚石
锆石 金绿宝石、钙铝榴石
玻璃光泽
半玻璃光泽
N=1.54~1.70 尖晶石、电气石、水晶
N=1.21~1.54 欧泊、萤石
宝石透明度分级
–
宝石的透明度通常是对加工成一定规格大小的成品而言。
•分级标准（五级）：
（1）透明：可充分透光，隔着宝石可清晰透视另一侧物体，如优 质钻石、水晶等；
（2）半透明：可较好地透光，可透视物体，但不清淅，如电气石、 月光石等；
（3）亚透明：可较差地透过部分可见光，不能透视物体，如优质 翡翠、软玉、岫玉、玉髓等；