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宝石的物理性质及外观特征 第四章 第一节 宝石的颜色特征 一、宝石颜色的形成 二、宝石颜色的描述方法 三、宝石颜色的呈色机理 一、宝石颜色的形成 一、颜色 颜色是决定宝石名贵和价值高低的首要因 素 形成颜色要 具备三个条件 （白）光源 反射或者折射时 改变这种光 的物体 接受光的人眼和 解释它的大脑 二、宝石颜色的描述方法 宝石的颜色特征可以用色调、 明度、饱和度三要素来描述 1.色调（色彩）（Hue） • 指颜色的种类，彩色宝石的色调取决 于光源的光谱组成和宝石对光的选择 性吸收； • 是彩色宝石间相互区分的特性，如红 色、绿色、紫色、蓝色色调与残余 光的波长有关，常用主波长表示 • 不同颜色的宝石其色调不同；而相同 颜色的宝石，色调上也会有差异 2.明度（亮度）（Value） • 指颜色的明暗程度，即光的强度或亮 度 • 明度取决于宝石所反射或透射光的亮 度宝石对光的反射比或透射比越高 ，明度就越大 3.饱和度（彩度Chroma）（ Saturation) • 饱和度是指颜色的纯净度或鲜艳度取决于 颜色中白光的含量或比例或者说取决于宝 石对可见光光谱选择性吸收的程度可见光 光谱中各种单色光的饱和度最高，饱和度值 为1，白光的饱和度最小，值为0。

• 宝石颜色的饱和度是宝石的鉴别特征，也为 彩色宝石颜色分级的依据 颜色的定性描述 通常对颜色的命名方法是将主色 调放在后面，用颜色修饰词描述次要 的色调，如绿黄色、紫红色等，把颜 色浓度的修饰词放在最前面，如浅黄 绿色，淡蓝紫色等 颜色的定量描述 • 颜色的定量描述可以采用色度学的三 要素的数值，现在常用的一种方法是 孟塞尔表色系统，在孟塞尔表色系统 中将色调分为10种，分别用英文名称 的字头表示：红（R）、黄（Y）、绿 （G）、蓝（B）、黄红（YR）、绿黄 （GY）、蓝绿（BG）、紫蓝（PB）、 红紫（RP）每种色调又细分为10个 等级，分别从1-10；再对颜色的明度 从暗到明亮分为0到10共11个等级 三、宝石颜色的呈色机理 宝石中最常见的致色元素有八种： 钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜 致色 元素 钛 Ti 钒 V 铜 Cu 镍 Ni 铬 Cr 钴 Co铁 Fe 锰 Mn 宝石中的 致色元素 自色宝石 成分中主要元素 使宝石致色 它色宝石 成分中的微量元素 使宝石致色 1.自色宝石 如橄榄石((MgFe)2SiO4)绿色由 成分中的Fe元素致色 2.它色宝石 如刚玉Al2O3，纯净时无色，含 微量元素Cr时形成红宝石；含微量元 素 Fe、Ti时形成蓝宝石。

自色宝石 它色宝石 致色元素 宝石 颜色 致色元素 宝石 颜色 Cr3+钙铬榴石 绿色 Ti4+蓝锥矿 蓝色 Mn3+锰铝榴石 橙色 Ti4++Fe2+蓝宝石 蓝色 Mn3+蔷薇辉石 粉红 V3+绿色绿柱石 绿色 Mn2+磷锰矿 紫色 Cr3+ 红宝石、红尖 晶 红色 Fe2+橄榄石 黄绿 Cr3+祖母绿 绿色 Fe2+铁铝榴石 暗红 Mn3+红色绿柱石 紫红 Cu1+绿松石 天蓝 Fe2+海蓝宝石 蓝和绿 Cu2+孔雀石 绿色 Ni2+绿玉髓 绿色 Cu2+硅孔雀石 蓝绿 Co2+合成蓝色尖晶 蓝色 3.假色 由于光的物理现象造成的颜色，表示不 是选择性吸收造成的颜色 宝石内常存在一些细小的平行排列的包 裹体、出溶片晶、平行解理等它们 对光的折射、反射等光学作用产生的 颜色就是假色 假色不是宝石本身所固有的，但假色能 为宝石增添许多魅力 第二节宝石的物理性质 一、光泽 二、透明度 三、亮度 四、火彩 五、多色性 六、宝石的特殊光学效应 七、发光性 宝石的光学性质 • 矿物晶体的光学性质主要是指光线穿 过透明矿物晶体时，发生的光学现象 ，我们可以借助一些仪器观察到这些 光学现象 • 光的折射 • 光的反射 • 光的双反射等 N1(光蔬质) N2(光密质) 当光波从一种介质传到另一种 介质时，其传播速度和方向会 发生改变,这种现象叫折射。

光在入射介质中的传播速度与 折射介质中的传播速度之比， 等于入射角正弦与折射角正弦 之比即 V1/ V2=sini/sinr=N =N2/N1 当两种介质一定时，N为一常数 ，称为折射介质相对入射介质 的相对折射率 一、折射与反射 当光线从光疏介质 进入光密介质时 光线偏向法线 折射角小于入射角 当光线从光密介质 进入光疏介质时 光线偏离法线 折射角大于入射角 • 光在两种不同介质中速度的比值叫折射率， 就是上面所说的相对折射率即： V1/ V2=sini/sinr=N =N2/N1 如果入射介质为真空（空气），则N为折射 介质的绝对折射率，简称折射率 • 一般来说，光在真空中的传播速度最大，由 于光在空气中的传播速度与光在真空中的传 播速度几乎相等，故通常可以将空气中的折 射率视为1严格说来空气的折射率应为 1.0003而光在其它各种液体和固体介质中 的传播速度总小于真空中的传播速度，故晶 体的折射率总大于1 1.折射率的概念 2.临界角： 光从光密介质进入光疏介质时， 折射角大于入射角当折射角达到 90°时，折射光线沿着界面传播所需 的入射角称为临界角时，将发生全内 反射 光疏介质 光密介质 折射角=90° 入射角=临界角 3.全内反射 当光线的入射角继续增大，大于临界 角时，入射光不再发生折射，而是全 部反射回入射介质中，且遵循反射定 律：反射角=入射角。

这一现象称为 光的全反射 二、偏振光 1.偏振光 • 自然光转变为偏振光的作用称为偏振 化 • 仅在一个固定方向振动的光波称为平 面偏振光或偏振光 2.正交偏光 由两个平面偏振滤光片组成，当两 个偏振片相互垂直振动时光无法通过 ，这是观察时为全暗现象，也称正交 偏光 三、折射率与双折率 观察现象 冰洲石下的绳子有两个像 双折射 玻璃下的绳子只有一个像 单折射 思考： 双折射、单折射产生的原因 要了解双折射、单折射产生的原因，必须先知道“均质体” 和“非均质体 根据光学性质不同，将宝 石矿物分为均质体和非均质体 均质体和非均质体 均质体：等轴晶系和非晶 质宝石的光学性质各方向 相同称为均质体如钻石 、玻璃等均质体只有一 个折射率 光波在均质体中传播时 ，其振动特点和振动方向 基本不改变这一现象称 单折射 自然光A进入均质体后仍为自然 光，偏振光B进入均质体后仍为 偏振光，且其振动方向不改变 均质体和非均质体 非均质体：中级晶族和低级 晶族宝石的光学性质随方向而 异称为非均质体非均质体的 折射率值有多个如红宝石、 橄揽石等 光波进入非均质体宝石时， 除特殊方向外，一般分解成振 动方向互相垂直、传播速度不 等的两束偏振光。

这一现象称 双折射光波沿非均质体的特 殊方入射时不发生双折射，这 特殊方向为光轴方向中级晶 族宝石只有一个光轴方向，称 为一轴晶；低级晶族宝石有两 个光轴方向，称为二轴晶 自然光在非均质体中的传播 均质体和非均质体 均质体、非均质体与晶系的关系及光在均质体和非 均质体中的传播特点 均质体—等轴晶系—单折射 (一个折射率) 非光轴方向入射产 生双折射分解成振 动方向互相垂直的 两束偏振光 非均质体 一轴晶 (2个主折射率) 二轴晶 (3个主折射率) 自然光进自然光出 偏振光进偏振光出 三斜晶系 单斜晶系 斜方晶系 三方晶系 四方晶系 六方晶系 光轴方向入射： 自然光进自然光出 偏振光进偏振光出 折射率 折射定律指出： 对于任何两种相接触的介质及给定波 长的光来说，入射角的正弦与折射角 的正弦之比为一个常数 这个比值称为折射率，折射率是一个固定的比值， 与可表示为光在空气中的速度与某材料中的速度之 比即： 光在空气中的速度 光在某材料中的速度 折射率（RI）= 双折射率 各向异性的宝石的双折射率，用最大 折射率值和最小折射率的差值来表示 ： RI（大）-RI（小)=DR（双折射率） 如水晶1.553-1.544=0.009 相关知识 宝石的均质性或非均质性可用宝石鉴定 仪器折光仪和偏光镜检测，用折光仪还可 检测非均质体宝石是一轴晶或二轴晶 1.常见均质体宝石有哪些？常见非均质体宝石有哪些？ 2.哪些非均质体宝石的双折射率高(双折率0.03) ，放大观察双折射率高的宝石可见什么现象？对于双 折射率高的宝石，切磨时一般怎样定向？为什么？ 思考 学习探讨、 交流 知识应用 (1)常见均质体宝石有哪些？常见非 均质体宝石有哪些？ 均质体宝石 钻石、石榴石、尖晶石、欧泊、萤石 非均质 体宝石 红宝石、蓝宝石、祖母绿、海蓝 宝石 电气石 水晶 锆石等 一轴晶 二轴晶 金绿宝石 橄榄石 黄玉 月光 石 日光石 透辉石 堇青石等 知识应用 2.哪些非均质体宝石的双折射率高(双折率0.03) ，放大观察双折射率高的宝石可见什么现象？对于 双折射率高的宝石，切磨时一般怎样定向？为什么 ？ 橄榄石、电气石、锆石、合成碳化硅 的双折率高，将这些宝石磨成刻面型， 从一定方向观察，可见底部刻面棱的重 影，这“一定方向”为垂直光轴方向(No 或Nm方向) ，因为垂直光轴方向的切面 上双折率最大，一轴晶宝石垂直光轴的 切面为Ne-No面；二轴晶宝石垂直光轴的 切面为Ng-Np面。

No(Nm) 垂直光轴方向切面 一轴晶二轴晶 Ne No Ng Np 合成碳化硅重影 知识应用 2.哪些非均质体宝石的双折射率高(双折率 0.03)，放大观察双折射率高的宝石可见 什么现象？对于双折射率高的宝石，切磨 时一般怎样定向？为什么？ 光轴方向 切磨双折射率高的宝石时，应将其台面垂 直光轴方向，这样从台面观察宝石就不会看到 底部刻面棱重影，宝石就显得更清澈、透明 因为垂直光轴的切面为圆切面(如下图)，各方 向的折射率相等，光波垂直这种切面入射时， 不产生双折射 垂直光轴的切面 一轴晶二轴晶 No No Nm Nm 知识应用 知识应用 演示 将绳子放在冰洲石下，变换 冰洲石角度，随着冰洲石角度 的变化，绳子两个影像之间的 距离会发生宽窄变化，转动到 某一方向时，绳子只有一个影 像当绳子的两个影像分得最 开时，压在绳子上的面为Ne- No切面；当绳子只有一个影像 时，压在绳子上的面为圆切面( 垂直光轴) 关于冰洲石 冰洲石即方解石晶 体，菱面体晶形， 三方晶系，一轴晶 负光性，双折率是 0.172 小结 单折射—均质体(一个折射率)—等轴晶系 钻石 石榴石 尖晶石 欧泊 萤石 三方晶系 四方晶系 六方晶系 电气石、水晶、红宝石 锆石、方柱石 绿柱石、磷灰石 三斜晶系 单斜晶系 斜方晶系 日光石黄玉 金绿宝石 橄榄石透辉石、月光石 非均质体 一轴晶 (2个主折射率) 二轴晶 (3个主折射率) 正光性 NeNo 负光性 NeNm-Np 负光性 Ng-Nm3 金属光泽 如：铂、金、银、 铜 2. 2.6—3 半金属光泽 如：乌刚石 3. 1.9--2.6 金刚光泽 如：金刚石 4. 1.3--1.9 玻璃光泽 二、透明度 透明度 指物质透过光的强弱的一种表现量。

吸收性强，透明度弱；吸收性弱，透明度强 透明度 透明 钻石 红宝石 微透明 软玉 岫玉 不透明 绿松石 青金石 半透明 玛瑙 芙蓉石 亚透明 欧泊 （1）透明： 能完全清晰地透视其他物体 （2）亚透明：一般厚度下，能模糊地透视其他物体的 轮廓 （3）半透明：一般厚度下，很难透视其他物体的轮廓 （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 （5）不透明：基本上不透光，只有很薄的边缘部分还 可以透光 三、亮度 • 宝石的亮度既取决于宝石本身使光充分传播 的能力，同时也取决于宝石使光充分反射的 能力，所以最大的亮度取决于宝石总的透明 度 亮度是指光线从已切磨成刻面型 宝石的亭部小面反射而导致的明亮程度 四、火彩 1.色散：指白光照射到透明物体的倾斜平面时 ，分解成的组成色（波长） 2.色散率 物质色散作用的强弱，可以用色散率来。