偏光鏡法在寶石鑒別中的作用分析

【摘 要】自然光與寶石之間存在一定的光學特性，文中對該特性進行了闡述。并對利用該特性的偏光鏡法寶石鑒別的原理做了詳細分析，鑒別的方法和步驟做了具體說明。此外，還對偏光鏡法可能出現的特殊現象和解決方法作出了簡單說明，最后對多儀器聯合鑒別寶石提出了展望。

【關鍵詞】均質體;寶石;偏振光;消光

中圖分類號： X799.1 文獻標識碼： A 文章編號： 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

寶石是一種特殊的礦物質，由大自然天然形成且具備一定的光學特性。比如珠寶的光澤度、顏色程度這類屬性都是光與寶石之間相互作用的感官結果呈現，可以利用該特性可以對寶石進行設計加工、材質和品質鑒定以及價值的評價等。偏光鏡是充分利用光學特性對寶石進行鑒定[1]和價值估值的有效手段之一，本文將對偏光鏡的工作原理和在寶石鑒定中的作用進行詳細分析。

1 寶石的鑒別

1.1 寶石與光的關系

自然光是一種電磁波，具備波粒二象性。波的特性之一是在傳播過程中，振動方向與傳播方向垂直，并且波長一般表示波的能量大小，振幅表示波的強度。根據電磁波譜的特性，可見光只是波譜中很小的一段，波長大約在780nm-380nm[2]。所謂可見光即能夠被人眼感官識別的視覺反應，根據不同波長在人眼中呈現不同的顏色，通常所說的顏色即為紅橙黃綠藍紫等。自然光經過寶石的反射、折射、吸收或者雙折射等作用后，可以轉變成只在一個固定方向內振動的光波，這種光稱為偏振光或偏光。

1.2 偏光鏡原理

偏振光在寶石學中的應用極其廣泛且重要，而以此原理開發的偏光儀（圖1）也是寶石鑒定中最常用的工具之一。當物體折射或選擇吸收后投射出來的光從下偏光片經過時，會產生平面層級的偏光。如若下偏光與上偏光處于偏振平行方向的狀態，那么已經通過下偏光片的偏振光會全部通過上偏光片，此時人眼觀察到的亮度最大;如若下偏光與上偏光處于偏振垂直的狀態，那么已經通過下偏光片的偏振光將無法穿越上偏光片，此時人眼觀察到的亮度最小，即為消光[3]。

偏光鏡進行寶石觀察步驟如下：

（1）首先把寶石表面清潔干凈，保證其透亮性不受其他因素影響;

（2）偏光鏡初始化，即調整上偏光片至消光的狀態;

（3）把寶石放置在載物臺，轉動載物臺觀察寶石的明暗情況;

1.3 寶石鑒別作用分析

根據偏光鏡的光學特性，主要可以用于對寶石的材質，如均質體、非非均質體和多晶質體等的鑒定。

（1）均質體

均勻轉動載物臺，使得寶石360°全方位得到觀察。首先，當自然光從下偏光片射出穿透寶石，如果光的偏振方向沒有改變，仍保持偏振光特性。其次，光繼續通過上偏光片，視野中呈現消光狀態（見圖2），此時均勻轉動寶石，視野狀態不發生改變。那么可以判斷待測寶石為均質體[4]。

（2）非均質體

不妨將寶石形象的看成一個橢球體，當寶石放置在載物臺時，橢球體垂直于光軸的最大平面可以看成一個橢圓。因此，當寶石在偏光鏡下觀察時，如果透過下偏光片的平面偏光穿過寶石且與橢圓的長半軸或者短半軸任意一個平行時，平面偏光會順利穿透寶石且振動方向不發生變化，與上偏光片依然保持垂直狀態，此時視野中呈現消光狀態;如果透過下偏光片的平面偏光穿過寶石且與橢圓的長半軸或者短半軸任意一個斜交時，下偏光鏡透過的偏振光會在穿過寶石時在與光軸垂直的平面上分解成振動方向相互垂直的兩束偏光[5]。其中一部分偏光可以透過上偏光片。當平面偏光與寶石橢圓的長、短半軸斜交角度為45°時，穿過上偏光片的光線最多，視野最亮（見圖2）。

非均質體的特性為在正交偏光鏡下觀察時，360°轉動寶石視野中會出現四次明暗交替的現象。如果出現上述現象，那么可以判斷寶石為非均質體。需要注意的是，這種現象是在非均質體的光軸與觀察方向垂直的狀態，如果平行，那么視野會出現消光現象。所以利用偏光鏡鑒別時，需要將寶石全方位的旋轉觀察。

（3）多晶質

多晶質寶石可以分為多晶非均質集合體和多晶均質集合體寶石。多晶非均質集合體可以簡單的看成非均質體的集合，且是大量的雜亂無章地排列組合[6]。因此，多晶非均質集合體寶石在正交偏光鏡下觀察時，360°轉動載物臺，透過下偏光片的平面光被大量不同的晶體分解后，產生的偏正光振動方向也是不確定的，各種方向都會存在，必然有光會與上偏振片平行且穿透。因此視野中會一直呈現光亮，但是亮的程度會隨著轉動有所變化。

而多晶均質集合體寶石恰恰相反，根據均質體光的特性，在正交偏光鏡下寶石在視野中一直處于全暗消光狀態。

1.4 鑒定的特殊現象

（1）異常消光

正交偏光鏡下鑒定均質體寶石時，并不會出現全暗的狀態。并且轉動載物臺時，視野中的明暗程度出現不規則不規律的變化，這種現象即為異常消光。這是因為光在穿過均質體寶石時發生了異常雙折射現象，但是不同的寶石，異常雙折射現場的成因各有不同，較為復雜，本文中不做詳細分析。非均質體寶石在正交偏光鏡下觀察時，隨著載物臺的轉動，會出現明顯的明暗變化，且最亮與最暗之間的轉動角度約為90°，有著非常明顯的規律性，而異常消光不存在這種規律。

（2）全暗假象

在偏光鏡下觀察時，無論是均質體或非均質體寶石，也無論如何轉動寶石，均為視野全暗，這種現象稱為全暗假象。偏光鏡的鑒定原理是利用了光的特性，所以一定要確保有足夠的光穿過寶石。而有些寶石因為設計工藝，表面的折射率非常高，而放置的時候恰好下置面因折射率造成幾乎沒有光線能夠穿過的現象。所以，遇到全暗假象時可將寶石的放置方位進行調整再仔細觀察。或者也可以準備折射率與寶石相近的液體，將寶石浸潤其中再進行觀察，也可消除全暗假象。

（3）其他假象

部分透明寶石因為是單晶體，其中含有明顯的裂隙或者含有大量的包體都會對光在寶石中的傳播產生不確定影響。并且外界環境的其他光線在寶石表面發生反射偏振化時，也會影響鑒定的結果。

2 結論與展望

偏光鏡利用了寶石與光特性間的關系，可以有效的對寶石材質，尤其是均質、非均質、多晶質等材質的寶石有著比較明顯且明確的鑒定判斷。但是在鑒定過程中，也會出現一些假象，需要通過特殊的手段進行消除和輔助，用以提高偏光鏡鑒定的準確性。

偏光鏡除了對寶石材質的鑒定有作用外，也可以用來觀察寶石的多色性。同時寶石的鑒定，各種儀器的敏感方向不同，相互的配合能夠有效提高準確性和效率。例如二色鏡、濾色鏡和分光鏡[7]等，這些儀器的對寶石鑒定的作用以及聯合鑒定的使用還需要進一步研究。

【參考文獻】

[1]珠寶檢測常規儀器[J].西部資源，2015（02）：80.

[2]吳開華，陳昌榮.包裹體特征在寶石鑒別中的應用研究[J].礦產與地質，1996（01）：50-54.[2]崔丹丹.CAD軟件二次開發方法及應用.2018，10：40

[3]劉宏科，杜紅梅，庫育苗，宋家達.光譜分析在寶石檢測中的應用述評[J].廣東化工，2014，41（16）：172-173.

[4]唐嘉慧.淺談紅外光譜在寶石檢測中存在問題及解決策略[J].化工管理，2018（13）：26-27.

[5]徐麟.紅外光譜在寶石檢測中存在問題及對策分析[J].質量探索，2016，13（05）：46-47.

[6]唐嘉慧.淺談紅外光譜在寶石檢測中存在問題及解決策略[J].化工管理，2018（13）：26-27.

[7]陳進山.珠寶無損鑒定中檢測液的使用及影響[J].化工管理，2017（21）：34.作者簡介：羅潤箐（1989—），女，河南開封人，本科，助理工程師，貴金屬首飾與寶玉石檢驗員（三級/高級工），GIC寶石鑒定師，主要從事貴金屬首飾檢測、鉆石4C分級、珠寶玉石鑒定等方面的工作。