1、宝石的物理性质 一、 光泽1.光泽的定义和影响因素 （1）定义 是指宝石表面和表层对光的反射能力，取决于宝石的折射率大小、表面的抛光程度和表层结构。 （2）折射率因素 对结构均匀的表面，折射率越大反射能力越强，光泽越亮。在抛光良好的前提下，以折射率的大小把光泽分成四级，如表 1 所列：表 1 宝石光泽的等级划分折射率 光泽 宝石矿物 折射率3 金属光泽 铂、金、银、铜 折射率 2.63 半金属光泽 乌刚石（针铁矿）、闪锌矿 折射率 1.9-2.6 金刚光泽 金刚石、锆石（亚金刚光泽） 折射率 1.3-1.9 玻璃光泽 绝大多数宝石属于此类光泽 （3）表层结构因素 如果宝石的表层具有不均匀的结构
2、，如起伏不平、密集的平行包体、薄层状等，都会对光泽产生影响，形成特殊的反光现象，如油脂光泽、珍珠光泽 、丝绢光泽等，这些现象也称为变异光泽。 2.光泽的类型 （1）金属光泽 由铂、金、银、铜等金属以及黄铁矿等金属矿物的抛光表面所显示的非常强而明亮的光泽。 （2）半金属光泽 呈弱的金属状的光泽。有些宝石品种，如辰砂、乌刚石和黑色闪锌矿具有半金属光泽。 （3）金刚光泽 光在宝石表面反射出较强的光亮，如钻石所显示的明亮光泽。 （4）亚金刚光泽 锆石和翠榴石等高折射率宝石所显示的明亮光泽。 （5）玻璃光泽 大多数宝石的表面反射出的光泽都在此范围内。根据折射率的大小和宝石抛光面上反射光的明亮程度，划分为
3、强玻璃光泽和玻璃光泽。例如石榴子石族、刚玉族和金绿宝石等为强玻璃光泽 ；祖母绿、碧玺、水晶和橄榄石等折射率较低的宝石为玻璃光泽。 （6）油脂光泽 在一些颜色较浅，具玻璃或金刚光泽的宝石的不平坦表面上所见到的类似油脂表面的反光。如钻石的原石表面具油脂状的光泽。 （7）蜡状光泽 在一些半透明或不透明、低硬度的隐晶质或非晶质块状集合体表面所呈现的一种类似于石蜡表面的反光，如块状叶蜡石、绿松石。 （8）珍珠光泽 珍珠具有的平行薄层结构导致从表面和近表面的晶质层反射光发生干涉作用，造成辉光，称为珍珠光泽。一些宝石的解理面显珍珠光泽，这是因为紧靠表面下方的初始解理面引的。 （9）丝绢光泽 木变石、石膏和孔
4、雀石等一些具有纤维构造的宝石形成丝绸般的光泽，被描述为丝绢光泽。（10）树脂光泽 琥珀等有机宝石，因折射率低、硬度低而显示的较弱的光泽。 （11）土状光泽 呈粉末状或土状集合体的矿物或材料，其表面光泽黯淡如土，如寿山石尚未抛光的表面。二、透明度1.定义 光线穿透物体的难易程度成为透明度。透过的光强和入射的光强的比值称为透射率。 2.透明度的类型 根据透光程度分为透明、亚透明、半透明、微透明和不透明。 （1）透明 能完全清晰地透视其他物体, 如水晶、托帕石、钻石等。单晶宝石一般都是透明的。 （2）亚透明 一般厚度下，能模糊地透视其他物体的轮廓。如透明的欧泊、透明度好的翡翠等多晶质宝石。 （3）半
5、透明 一般厚度下，很难透视其他物体的轮廓。如玛瑙、芙蓉石等能允许部分光透过晶体。 （4）微透明 一般厚度下，能透过光，但不能看出其他物体的轮廓。如软玉、独山玉、岫玉等。 （5）不透明 基本上不透光，只有很薄的边缘部分还可以透光。如青金岩、绿松石、珊瑚等。3.透明度的意义 透明度对宝石的质地、颜色起着烘托作用，透明度好可以把宝石材料的颜色和质地衬托得更完美；反之就会减弱。我国玉器行业中，常把透明度好的称为“水头足”、“地子灵”或“坑灵”。透明度差的称为“没水头”、“地子闷”、“闷坑”。三、亮光1.定义 亮光是指光线被已切磨成刻面型宝石的亭部刻面反射后，从宝石的冠部射出而形成的光亮。 2.影响亮光
6、的因素 宝石的亮光既取决于宝石的透明度，也取决于宝石的折射率（或者全反射的临界角）。 透明宝石被切磨成刻面型时，如果宝石的亭部刻面的角度合适，使入射的光线在亭部刻面上产生全反射，并从冠部反射出来，使宝石看上去非常明亮。如果切磨的角度不当，光线逸失，导致宝石的亮度降低。 高折射率的宝石具有较小的临界角，能够产生更多的全反射，宝石的亮光好，如钻石折射率值高达 2.417,正确的加工比例可以使钻石不漏光，而格外明亮。而低折射率的宝石，临界角较大，即使切磨得当，也很难做到不漏光，其亮光不如钻石等高 折射率的宝石。 因此，宝石的亮光与宝石本身的折射率高低有关，也与宝石琢型具有正确的切工参数有关。折射率值
7、越高，切工参数越正确，越透明度、宝石的亮光就越好。四、火彩 1.色散作用 指白光照射到透明物体的倾斜平面时，由于不同波长的光线具有不同的折率，使白光分解成色色的作用（图 4-2-5）。2.色散率 物质色散作用的强弱，可以用色散率来度量。色散率等于物质在波长686.7nm 的红光下的折射率和波长 430.8nm 的紫光下的折射率的差值。 这些特定的红光和紫光分别是太阳光谱中 B 线和 G 线的波长。 3.火彩 （1）定义 刻面型宝石的色散作用使白光分解成形成五颜六色的闪烁光的现象，称为火彩。 （2）影响因素 色散率 色散率越大，火彩越强。如钻石色散值 0.044，为高色散宝石，按理想比例加工的圆
8、多面形，在冠部小面可闪烁出橙黄色、蓝色等颜色的火彩。按照色散率的数值，将宝石的色散划分为高、中、低三种类型(表 2)。绝大多数宝石的色散率多比较小，为低色散宝石，高色散宝石较少，因此，色散值高的宝石可以具有较好的火彩，也是鉴别特征之一。 切工 宝石的火彩还取决于宝石的琢型，尤其是冠部倾斜的刻面的角度和大小，正确的切工才能最大限度地展示宝石的色散作用形成的火彩。 体色 宝石如果有明显的体色，会使火彩大为减弱，所以，只有无色或者很浅色的高色散率宝石才具有好的火彩。 五、多色性1.定义 非均质的彩色宝石从不同方向观察、或者不同振动方向的偏振光具有不同颜色的现象称为多色性，它包括二色性和三色性。根据不
9、同方向性颜色变化的明显程度划分为强、明显、弱和无。 2.多色性的类型 （1）二色性 一轴晶宝石，由于一轴晶宝石只有 No 和 Ne 两个特征偏振光，No 为正常光垂直 C 轴振动；Ne 为异常光平行 C 轴振动。如果宝石有多色性，No 和 Ne 的颜色就有区别。例如红宝石正常光为红色，异常光为橙色。 （2）三色性 二轴晶宝石，由于二轴晶宝石有 Np、Nm 和 Ng 三个振动方向互相垂直的特征偏振光，每一个特征的偏振光都有可能具有不同的选择性吸收，形成三种颜色，常称为三色性。如变石的三色性为红、绿和黄色。但是，二轴晶彩色宝石也可以只有二色性，甚至没有多色性。 3.多色性的意义 某些宝石种显示不同
10、的多色性，对鉴定宝石有帮助；显示多色性的宝石，必定具有双折射，可确定为双折射宝石，如果测定宝石具有三向色性，则可以确定该宝石属于二轴晶。宝石加工中，具有多色性的宝石加工中必须正确取向 ，如红、蓝宝石加工中，顶刻面必须垂直 C 轴方向，方可显示最好的颜色，需要通过观察多色性决定台面的方向。表 2 宝石的多色性多色性级别 宝石名称 光性 体色 多色性颜色 强多色性 红宝石 U（） 红色 红色和橙色 蓝宝石 U（） 蓝色 蓝色和蓝绿色 红柱石 B（） 绿褐色 红、绿和橙褐色 堇青石 B 蓝色 紫蓝、淡蓝和黄褐色 变石 B（） 绿、红色 红色、绿色和黄色 明显多色性 祖母绿 U（） 绿色 绿色和黄绿色
11、 海蓝宝石 U（） 浅蓝色 无色和浅蓝色 锆石(蓝) U（+） 浅蓝色 浅蓝和蓝色 弱多色性 橄榄石 B（） 黄绿色 体色的深浅变化 黄水晶 U（+） 黄色 体色的深浅变化六、宝石的特殊光学效应1.猫眼效应 （1）定义 由于密集的平行排列的内含物对平行光线反射形成的纵贯弧面型宝石表面的明亮光带。 （2）形成的条件 宝石具备以下条件时便可产生显著的猫眼效应： 具有一组平行且密集的内含物，通常是管状或针状体。 弧面形宝石的底面与针状包体平行。 具有猫眼效应的宝石有金绿宝石、碧玺、绿柱石、磷灰石、石英、方柱石、红柱石等，其中以金绿宝石产生的猫眼效果最佳，导致猫眼成为金绿宝石猫眼的专用名称。猫眼效应要
12、用平行光照射才能观察得最好。 2.星光效应 （1）定义 由于密集的多组定向排列的内含物对光的反射，在弧面型宝石的表面形成4 或 6 道星状光带的现象。（2）形成的条件 宝石具有至少两个方向定向排列的密集的内含物，通常是针状包裹体； 弧面型宝石的底面与针管状包体平行，或者弧面型宝石的底面的法线平行于多组针管状包体的角平分线。星光效应的产生与两组以上定向排列的针管状包体和加工方向有关 具有星光效应的宝石有红宝石、蓝宝石、铁铝榴石、尖晶石、透辉石、芙蓉石等。 星光红宝石中含有三组分布在垂直 C 轴的面网上以 60角相交的针状金红石包体，当宝石琢磨成弧面型且底面与这些包体的平面相平行时，就会产生 6道
13、星光效应。 尖晶石和贵榴石可以含有三组互相垂直的金红石针，如果弧面型的底面和其中的两组平行，就形成四射星光，如果弧面型底面的法线于三组金红石针的角平分线平行，就形成六射星光。有时在同一宝石上的不同方向可见六射和四射星光。（3）丝光 如果红、蓝宝石含有的针状包体数量不足，但是还能显示出较弱的不完整的光带，称之为丝光。丝光影响红宝石的品质，需要通过热处理来消除。 3.变彩和晕彩 （1）定义 由于光的干涉或者衍射作用形成的颜色。如果形成多种颜色称为变彩，如果只形成一种饱和度不高的颜色称为晕彩。（2）形成条件 宝石必须具有规则的微观结构，例如欧泊中二氧化硅球体构成的三维衍射光栅；变彩拉长石中定向排列的
14、钠长石出熔体、珍珠的层状文石晶体形成的薄层状构造。 结构的尺寸必须满足可见光的衍射条件，例如欧泊中二氧化硅球体的直径应在 200-400nm。 有些变彩或者晕彩具有方向性，只有宝石的弧面的底面和微层状结构平行时，才能展现变彩或者晕彩。月光石、拉长石、贝壳等都具有这种特点。4.砂金效应 （1）定义 宝石中定向排列的片状包裹体对光线的镜面反射形成的闪光现象。（2）形成条件 砂金效应的形成有以下要素： 片状定向排列的包体。 片状包体要有平滑的表面，最好还具有金属光泽，如日光石中的赤铁矿小薄片，人造砂金石中的铜晶体。 5.变色效应 （1）定义 在日光和灯光下观察宝石出现截然不同的两种颜色，日光下呈现冷
15、色调（典型的为绿色），灯光下呈现暖色调（典型的为红色）的现象，例如变石在日光下呈绿色，在灯光下呈红色。 （2）形成原因 变色效应成因的最佳解释是一种颜色的平衡。以变石为例，变石对可见光的选择性吸收造成透过宝石的绿光和红光达到平衡，如果光源的红光成分较多，宝石就呈现红色，光源的蓝绿光多，就呈现绿色。七、发光性 1.发光性 宝石在各种外来激发源（高温加热除外）的激发下发出可见光的现象。 发光性的机制很复杂，总体上可以认为是被激发到高能级的价电子在回到基态时以可见光的形式释放出能量。 宝石常用紫外线、高能电子和 X-射线为激发源，相应的发光成为紫外荧光、阴极发光和 X-荧光。 2.荧光和磷光 荧光是指宝石在激发源消失时，发光现象也随之消失的发光现象；磷光是指宝石在激发源消失时，还能在较长一段时间内继续发光的现象 。 3.发光性的意义 宝石的发光性可用来鉴定宝石，在宝石鉴定中为一种辅助鉴定方法。其中最快速、最方便、最经济的仪器为紫外荧光仪。 宝石的紫外荧光检测可帮助识别合成宝石、处理宝石。例如天然蓝宝石无荧光，合成蓝宝石有微弱荧光；翡翠没有荧光，由强荧光的翡翠一定经过处理；群镶钻石 LW 下发出的荧光强度和荧光的颜色有差异，而群镶钻石仿制品的荧光颜色和强弱较为均匀。
