任务分光镜

宝石的颜色是宝石对不同波长的可见光选择性吸收造成的。未被吸收的光混合形成宝石的体色。宝石中的致色元素常有特定的吸收光谱。通过观察宝石的吸收光谱，可以帮助鉴定宝石品种，推断宝石的致色原因，研究宝石颜色的组成。

分光镜是用来测定宝石吸收光谱的仪器。利用色散元件（棱镜或光栅）便可将白光分解为不同波长的单色光（图5-6），并且可以构成连续的可见光谱。如果把进入有色宝石的光加以分解，就会发现宝石所吸收的波长在光谱色中表现为间断，出现垂直的黑线或黑带，黑线称为吸收线，黑带称为吸收带。

一、分光镜的结构

1棱镜式分光镜

采用一系列棱镜，产生较直的光径，而这些棱镜彼此间呈光学接触，它们的折射边按照相反方向排列（图5-7）。所采用的色散元件是棱镜，棱镜系列通常用铅和无铅两种玻璃制成。棱镜式分光计的特点是蓝紫区相对扩宽，红光区相对压缩。在光谱上的色散不是均一的，但透光性好，在光谱中可出现一段明亮的光谱，只是在红光区分辨率要比蓝光区差一些。

图5-6 分光镜的结构图

图5-7 棱镜式分光镜的原理

2光栅式分光镜

采用的色散元件是衍射光栅，每厘米要刻划600～800条细线。该镜特点是各色区大致相等，红光区分辨率比棱镜式要高，但透光性较差，需用强光源照射。光栅式分镜的结构如图5-8所示。

图5-8 光栅式分光镜的结构

二、宝石中能产生特征吸收光谱的元素

表5-1列举了使宝石呈色的主要致色元素。

表5-1 主要致色元素及其颜色

铬 常常使宝石出现红色和绿色。绿色翡翠、红宝石、翠榴石、红色尖晶石、变石、祖母绿、粉红色托帕石均是由于铬元素致色。吸收光谱在以上各宝石中略有差异，但大致在紫光区有吸收带，黄绿区有宽吸收带，红光区有窄吸收线。

铁 宝石中的铁常以二价和三价的形式存在。二价铁产生红、绿、蓝色，如铁铝榴石、橄榄石、蓝色尖晶石、透辉石、符山石、堇青石等，光谱吸收带主要分布在绿光区或蓝光区内。三价铁通常使宝石呈现黄、蓝或绿色，如黄绿、绿色、蓝色的天然蓝宝石、海蓝宝石、金绿宝石、**正长石、翡翠等。

锰 引起宝石呈粉红色的原因，如蔷薇辉石、菱锰矿、碧玺等，光谱主要位于紫区和蓝区。

钴 存在于合成变石、合成蓝色尖晶石、蓝色钴玻璃等合成宝石中，呈现鲜艳的蓝色，在橙、黄、绿区有三条明显的吸收强带为特征光谱。

铜 在低价态下呈红色，高价态时呈蓝色或绿色。绿松石的天蓝色是由铜导致的，在460nm处有一条宽而淡的吸收带，在紫区432nm处有一条强吸收带。

铷和镨 这两种稀土元素总是共生在一起，它是引起**磷灰石的原因，在磷灰石的光谱中黄光区有数条密集的细线。

铀 是一种放射性元素，锆石中的铀能使其产生1～40条吸收线，并在每个色区均匀分布。某些锆石能出现6535nm的特征吸收线，红色锆石无此线。

硒 硒常与硫化镉一起使玻璃产生红色，吸收光谱为在绿区中显现为一条宽的吸收带。

钒 在合成刚玉仿变石中常加入适量的钒，往往在475nm处出现一条清晰的吸收线。

三、分光镜在宝石学中的应用

分光镜在宝石鉴定中起着重要的作用，尤其是当折射仪对某些宝石无效时，分光镜最好用。如：折射率大于181的锆石、钻石，利用分光镜大多能分辨出来。天然蓝色尖晶石和合成蓝色尖晶石根据不同的吸收光谱可将两者区分开，前者由铁致色，在橙区、绿区中有三条模糊的吸收带，蓝区有两条吸收窄带；后者的蓝色是由钴致色，在橙区、黄绿区有三条强吸收带。分光镜还可以检测翡翠是否经过人工染色处理，用铬盐染色的翡翠在红光区会出现650nm为中心的宽吸收带。宝石中致色元素不同，其显示的光谱也不同，根据宝石吸收光谱中的吸收线或带所出现的位置，可以帮助确定宝石的致色元素离子，从而达到鉴定宝石的目的。

分光镜常与折射仪、宝石显微镜等仪器配合使用，但要求宝石有颜色（钻石和锆石除外），且宝石必须具有典型的光谱。

四、使用方法

分光镜的用途十分广泛，可以用来判断宝石的致色元素，鉴定具特征光谱的宝石种，以及鉴定合成、优化处理宝石和仿制品等。

（一）照明方式

由于分光镜体积小，便于携带，且特征光谱具有明确的鉴定特征，因此分光镜是一种十分重要的鉴定仪器。在使用时，常配合各种照明方式对宝石进行观察。

1透射光法

适用于半透明到透明、颗粒较大的宝石，可保证足够的光能透过宝石进入分光镜。注意①保证足够的光量透过宝石。②保证进入分光镜的光都来自宝石，从而得到清晰的光谱。为此，常采用挡光黑板或锁光圈挡住来自宝石外部的光线，并尽可能地缩短眼睛、分光镜、宝石、光源间的距离。

2内反射光法

适用于颜色较浅，宝石颗粒较小的透明宝石。宝石台面向下置于黑色背景上，调节入射光方向与分光镜的夹角，增加光线在宝石中的光程，使尽可能多的白光经过宝石的内部反射后进入分光镜。

3表面反射光法

适用于透明度不好的宝石。调节入射光方向与分光镜的夹角，使尽可能多的白光经宝石表面反射后进入分光镜。

（二）操作步骤

宝石鉴定中常用的是便携式分光镜，而实验室中还使用台式分光镜（图5-9）。台式分光镜是一种带光源、标尺等附件的棱镜式分光镜，其光源强度、锁光圈、镜筒、进光狭缝和波长标尺等都可调节，可以观察到明亮而清晰的光谱。现以透射光法为例说明台式分光镜的使用方法：①将宝石用宝石夹夹住贴近锁光圈口或直接放在锁光圈孔上，根据宝石的尺寸调节锁光圈口。②寻找和对准宝石的最亮点，以保证透过宝石的光能最大限度地进入分光镜。③调节光源强度，浅色宝石应强度较低，半透明或深色宝石应强度较高。④完全关闭进光狭缝，然后缓慢开启，直到全部光谱清晰。对于透明宝石，狭缝开口极窄，几近关闭，通常光谱在狭缝即将完全关闭时最为清晰；对于半透明宝石狭缝开口稍宽。观察红区光谱时，狭缝应调窄；观察紫区光谱时，狭缝应适当调宽。⑤缓慢调节滑管，准焦观察。

图5-9 台式分光镜

（三）注意事项

照明光源 应为白光源 （连续光谱），光源既不能有发射谱线也不能有吸收谱线。如太阳光和室内照明用日光灯，都有发射光谱，不能用做分光镜的照明光源。因此最好采用白炽灯、手电筒或特制光纤灯做光源。

宝石粒径的大小 宝石粒径较小者，其光谱中的吸收线（带）可能相对较弱。

宝石颜色的深浅 同种宝石的颜色越深，吸收越强，光谱就越清晰。

宝石的透明度 对于透明宝石而言，穿过宝石的光程越长，光谱越清晰；而对于半透明宝石而言，穿过宝石的光程要适当。

宝石的异向性 某些宝石的光谱具有方向性，这可能是由宝石的异向性引起的。

鉴定环境的光照条件 应在暗环境下使用分光镜。在暗环境下使用分光镜可以排除某些发射谱的影响，如有些宝石在黄、绿、蓝和紫区有亮线，这是由于室内日光灯的光反射进入分光镜所致。

分光镜的狭缝 应保持清洁，若有灰尘，会在光谱上产生黑色水平线。宝石长久受光源热辐照，光谱会逐渐模糊甚至完全消失。

分光镜与其他鉴定仪器的配合使用 鉴定宝石时应与其他鉴定仪器配合使用如蓝宝石和合成蓝宝石拼合石在分光镜下可呈现蓝宝石吸收光谱，石榴子石为顶的拼合石可能呈现石榴子石光谱，分光镜不能准确鉴别其是否为拼合宝石。因此分光镜应与显微镜等其他鉴定仪器配合使用。

另外，应该注意的是，不是所有的宝石都产生吸收光谱。另外测试时勿用手持样品，因为血液会产生波长为592nm的吸收线。分光镜的使用很大程度上基于实践经验和宝石学知识，尤其是对宝石特征光谱的知识，只有熟记宝石的特征光谱和过渡元素的特征谱线，才能有效地利用分光镜。

长期以来人们一般都认为翡翠总是绿色的价高。黑色翡翠又称“墨翠”，虽然许多书籍在谈到翡翠的颜色时也多有提到，但行内真正见过纯黑翡翠的人则不多。一般人谈及翡翠的黑色时也总是认为它是翡翠中的脏色，是翡翠中的瑕疵，用“苍蝇屎”或“黑疙瘩”来称之，而有研究者甚至认为近黑色的暗绿玉是最廉价的翡翠，直到香港一串“墨翠”拍出了130万港元的高价，人们才留意到这名不经传的黑疙瘩居然身价百万，于是玉石界刮起一股黑色旋风，连广州的许多玉器地摊也有做起“墨翠”买卖。而原先被玉石厂商弃在角落的黑玉也全部身价百倍，一时间“洛阳纸贵”。一些玉石收藏爱好者也开以收墨(玉)为荣。

　　　　那么黑色翡翠到底是什么呢？目前市场上黑色翡翠可分为两类。

　　第一类是黑色的硬玉。研究样品是几片切开来的石片及市场上的一些成品。这种黑玉外观呈灰黑色，透光观察呈半透明，也呈黑色。玉石具有柱状、斑状变晶交织结构。成品可见明显的蝇翅状闪光(翠性)。折光率测定为1655～1658，密度约为336～332g／cm3，吸收光谱观察紫色区强吸收，未见437nm吸收线，而X光衍射分析表明，主要矿物为硬玉。因此，这种黑色玉石是无可争议的黑色“翡翠”。

　　但是详细的显微镜观察却出现一些问题，问题在于其中的黑色并不是原生的，也就是说其中的硬玉矿物并非黑色的，玉石显示是因为硬玉矿物之间分布了大量的丝状尖状的黑色物质，更进一步的放大，发现这些黑色甚至可作为硬玉的次生包裹体，存在于硬玉的微细结构缺陷中。因此可以确定这种黑色翡翠不是原生黑翡翠，也就是说其颜色是后期次生形成的。由于黑色分布不均匀，这类翡翠通常不是全黑的，局部位置常常可见白色的斑块、石花，因此，其身价其实并不高，也是玉摊上常见

　　第二类是墨黑色的辉石玉。

　　这类墨玉在毛料上或厚玉料外观呈黑色，用强光透射则显示墨绿色，而成品或薄的玉料上透光观查则显示浅墨绿－暗绿色。其结构多较细腻致密，除有时可见一些絮状的石花外，不容易观察到明显的翠花或蝇翅闪光，部分样品10倍放大可见细柱状的矿物。但非常重要的是这类玉石经过良好的抛光后，往往外观漆黑闪亮，有良好的玻璃光泽，因而给人一种庄重神秘的感觉。

　　常见的宝石学测试表明这类玉石的折光率在1670～1688之间，密度约334g／cm3，很少见到典型的吸收光谱，而薄片的观察则表明，其结构为微细粒状结构，矿物无明显晶形，无明显多色性，干涉色为Ⅰ级黄白，而电子探针成分分析表明，其化学组成与硬玉及透辉石均有一定的差异。X光衍射分析显示其主要矿物为透辉石。因此，从其物理常数、化学组成及结构分析数据可以肯定这种墨玉与一般文献所说的绿辉石型的暗绿玉不同，鉴于其矿物组成及化学组成均与目前所知的典型品种不同，而其物理常数与一般翡翠相近，笔者认为此类墨玉称为黑色翡翠。

　　但是目前市场上的墨玉或所谓黑色翡翠其实并不止这两类，其中有一种无论是颜色及结构均属闪石玉，因而与笔者所说的第二类墨色翡翠相似的是由闪石矿物组成的墨玉，对于后一种类型，不能称为墨翠或黑色翡翠。其鉴别可依据折光率的差别区分，黑色翡翠的折光率为176～178，而由闪石组成的墨玉折光率则在1610～1626，而市场上另一些常用做戒面的黑色材料则还有黑色立方氧化锆、黑玛瑙、黑色的玻陨石，其中前者不透明，而后二者则微透明，其物理常数均与黑色翡翠有显著差别。

　　黑色翡翠的价值主要从其质地、颜色及瑕疵三个方面来评估。凡是质地致密细腻，一般10倍镜下难见矿物的晶形结构，而颜色透光下绿－蓝绿色，而白光下呈均匀黑色，呈强玻璃光泽的其内没有裂纹或絮状石花的，其价值就高；相反如果其质地较粗可见翠性或透光颜色呈浅和暗墨绿色，反光下颜色又不够黑者，或者其内可见微裂纹或絮状物者，价值就较低。

　　当然对于成品而言，饰品比例是否和谐，形制是否饱满以及雕工是否精细，抛光是否完美也会对黑色翡翠的价值产生明显的影响。

　　因此，如果购买高价值的黑色翡翠，收藏者应仔细辩认。

　　目前，用优质黑色翡翠做成的戒面及小的雕刻件，质好色纯和工艺精致的深受新加坡及台湾市场收藏者及商家钟爱，卖价也颇好，精品颇为难得。