宝石折射仪的原理及操作方法

宝石折射仪的原理及操作方法

学前引导

宝石的化学成分和晶体结构决定了宝石的折射率，折射率是宝石最稳定的性质之一。利用折射仪可以测定宝石的折射率值、双折射率值、光学特征等性质。

学习目的和要求

1、掌握折射仪的工作原理及结构。

2、学会折射仪的使用方法，测定宝石的折射率、双折射率及光性特征。

预备知识：

1、折射率的定义

某种的介质的折射率 n 亦等于光在真空中

的速度 c 跟光在介质中的相速度 v 之比：

折射定律：

n1sinθ1= n2sinθ2,

其中，θ1与θ2分别是光在介质界面上的入

射角和折射角，两种介质的折射率分别是

n1与n2。

图2-1 光的折射

2光率体及宝石的光性方位

光率体是表示光波在晶体中传播时，光波振动方向与相应折射率值之间关系的一种几何图形。设想自晶体的中心起，沿光波各个振动方向，以线段的方向表示光波的振动方向，以线段的长短按比例表示折射率值的大小，然后将各线段的端点连接起来构成一立体图形，即为光率体。

均质体光率体为圆球形，各个方向折射率值唯一，都是N。

一轴晶光率体为以Ne轴为旋转轴(平行c轴)、No(垂直c轴)为半径组成的旋转椭球体。Ne是非常光的折射率，No是常光的折射率。当Ne>No时称为一轴正晶，反之称为一轴负晶。

图2-2 一轴晶光率体

二轴晶光率体为三轴不等椭球体，三个主折射率：Ng、Nm、Np。大小关系Ng>Nm>Np。

当Ng-Nm>Nm-Np

，为正光性，当Ng-Nm-Np，为负光性。

图2-3 二轴晶光率体

3双折射

非均质体宝石不同方向上折射率不一样，光线的传播速度也不一样，白光在非均质体宝石中发生双折射，分解成两条振动方向相互垂直的偏振光，两者之间存在一定的光程差。

图2-4 光的双折射

知识结构图

授课内容

折射仪的工作原理

宝石折射仪就是根据折射定律和全反射原理制造的。

折射仪的结构

折射仪主要由高折射率棱镜、棱镜反射镜、透镜和标尺及偏光片等组成。

图2-6 折射仪的结构

高折射率棱镜

该棱镜材料需满足两个条件：单折射和高折射率。大多数棱镜选用铅玻璃。（1.86-1.96）接触液

其作用是使待测宝石与高折射率棱镜产生良好的光学接触。一般接触液选用溶解饱和硫的二碘甲烷。（1.78）

光源

由于宝石存在色散，为获得清晰的读数，选用波长为589.5nm的黄光，光源为钠光灯。

待测宝石

必须有抛光的平面或弧面。

宝石为光疏介质，棱镜和接触液为光密介质。入射角小于临界角时，光线发生折射进入宝石，入射角大于临界角时，光线发生全反射。如图所示，最终视域内发生全反射的区域较亮，而发生折射的区域较暗。亮暗交接的边界即与临界角相对应。以此可测定宝石的折射率。

折射仪的操作步骤

刻面法

适宜于有良好抛光的大刻面的宝石。

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（Φ约2mm），使用钠光照明，可见油的阴影边界；

4)将宝石最大的台面放在棱镜上，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。

图2-7 刻面法测定折射率的操作方法

点测法

应用于弧面型宝石、小刻面宝石和抛光不好的宝石，得到宝石的近似折射率值。

步骤：

1). 清洗棱镜和宝石；

2). 在金属台上点一滴接触油；

3). 用宝石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,轻置于棱镜中

央；

4). 眼睛距目镜头

25-45cm,平行目镜前后移动头部；

5). 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；

6）换一个刻面重复以上步骤；

7). 将宝石轻推下测台，清洗宝石及棱镜。

闪烁法

对于具有高双折射率且抛光不良的宝石或弧面宝石，可用此法估测宝石的双折射率。 步骤：

1). 清洗棱镜和宝石；

2）取下折射仪的偏光片和放大镜；

3）按点测法放置宝石，观察其在折射仪上的液滴影像；

4）将偏光片在目镜上方来回90°转动，按点测法观察方法上下移动视线，注意液滴影像的明暗或颜色变化，双折射率大的宝石的影像会出现由亮到暗，或者不同颜色的变化；

5）如果液滴影像无变化，转动宝石90°，重复上个步骤，仍然无变化可推断宝石无高双折射率；

6）如果有变化，记录开始变化和结束变化的位置的两个数值，其差值为双折射率的估计值（非准确值）。

注意事项：

1. 接触液不宜过多，否则将导致阴影边界不清；

2. 小心轻放；

3. 检查宝石是否抛光。

观察现象及结论

1). 各向同性宝石：待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). 一轴晶宝石： 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

水晶；

如动值为小值，则为一轴晶负光性宝石如

祖母绿。 3) . 二轴晶宝石： 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。

图2-8 折射仪的读数