1、宝石鉴定与加工技术实验指导书宝石鉴定与加工技术实验指导书马燕明 彭花明地球科学与资源管理系2004年3月目 录第一篇 宝石鉴定第一章宝石鉴定概述（1）第二章宝石的肉眼鉴定（1）第三章宝石的放大观察（6）第四章折光仪及折光率的测定（11）第五章偏光器（14）第六章二色镜（15）第七章分光器（16）第八章查尔西滤色镜（18）第九章宝石密度的测定（19）第十章宝石荧光的测试（23）第十一章热导仪及热导率的测试（25）第二篇 宝石加工第十二章、宝石的款式设计第十三章、宝石加工设备及工艺材料第十四章、凸面型宝石加工方法第十五章、刻面型宝石加工第三篇 实验教学内容一、常用宝石鉴定仪器的操作方法（26）二、
2、常见天然宝石的鉴定（26）三、常见天然玉石的鉴定（26）四、有机宝石和常见彩石类的鉴赏（27）五、各种人造宝石的鉴定六、常用宝石加工设备的操作方法七、宝石款式设计，切割和圈形八、标准圆钻型宝石加工方法九、椭圆型宝石加工方法十、凸面型宝石加工方法十一、其它款式和加式方法前 言宝石集装饰和保值于一身，依据宝石品种和质量其差价可达数倍至数千倍。如果在宝石贸易过程中对宝石的品种和质量在鉴别上稍有不慎，就会给买卖双经济双方造成经济上或信誉上的巨大损失，为此，在现今天然宝石品种繁多，人造合成宝石和赝品充斥的宝石市场，宝石鉴定便成为宝石贸易不可缺少的组成环节。我国宝石工艺品加工历史悠久，早在一万多年前的新石
3、器时代早期，宝玉石制品就成为权力、地位、神灵、伦理观念和财富的象征，改革开放以来，我国的宝石加工业发展非常迅速，但仍面临着许多问题和困难，宝石加工工艺落后，技术水平较低，技术人才和管理人才奇缺，从业人员的技术素质不高，加工设备和工艺材料落后，宝石原料供应不足。随着国内，国际高档宝石的加工和销售不断持续增长；新品种宝石原料不断出现，合成的人造宝石大量上市，宝石的人工优化技术越来越完善款式不断涌现，宝石加工机械向自动化，综合化方向发展；探索适合于中国国情的宝石加工之路是十分必要的。宝石鉴定与加工是一门实践性很强的课程实验教学任务,占总学时的一半，为了使学生更好地完成实验教学任务，特编写了这本实验指
4、导书。本书的理论部分是根据课程内容及教学要求编写的，实验内容安排则兼顾了教学要求和我院目前的实验设备，实验标本以及学时数等诸多因素，所以在具体实验中可作调整。限于编者的水平，书中不当和错误之处，敬请读者赐教。编 者 二00三年十月第一篇 宝石鉴定第一章 宝石鉴定概述一、宝石鉴定的目的及其特点宝石鉴定的目的主要是：鉴定宝石的品种、宝石质量及宝石的加工情况，以便给宝石的经济评价提供依据。宝石鉴定的最大特点是：在宝石不受任何损坏的情况下测试宝石的物理化学特性。二、宝石鉴定的步骤宝石鉴定的步骤大致可分四步：肉眼鉴定、简便的仪器检测、稳定的物理常数验证、签发鉴定报告。三、宝石鉴定注意事项1. 送样者应该
5、写送样单，并在其上详细的填写送鉴样品的特点，如颜色、重量（尺寸）、形状及瑕疵的所在位置等，以消除调换之嫌。2. 经过三个以上可信的测试数据相互验证，综合分析所有的鉴定特征后再填写鉴定报告。3.鉴定者填写完鉴定报告后，需交第二者复查，并在鉴定报告上签置同意或不同的意见。4. 最大限度地的避免鉴定过程对样品的损害。5. 浸油、重液或清洗剂对有机宝石有溶解的能力，应避免它们接触。6. 紫外线及X射线属高能量射线，对无色透明宝石的颜色会造成损害，建议尽是避免使用。7. 浸油和重液多具浅黄色，易对多孔宝石造成颜色污染，建议颜色淡雅的多孔宝石不要接触重液。第二章 宝石的肉眼鉴定肉眼鉴定是宝石鉴定的基础，通
6、过肉眼对宝石的颜色、透明度、光泽、色散、特殊光学效应、包体特征等直观现象的观察，对样品的可属性有一个初步的确认。一、颜色及多色性1. 观察方法：（1）在白色的背景上使用顶光照射（反射光）观察宝石表面，决不能用透射光来判断颜色。（2）光源用自然光。2. 颜色的三要素（1）色调：指彩色的类别，可以用主波长表示。（2）饱和度：颜色和鲜艳程度。（3）亮度：彩色的明亮程度。3. 多色性：宝石晶体在透射光下，不同方向呈显不同颜色的现象。二、透明度透明度是指宝石透过可见光的能力。1. 透明：可充分透过光线，通过宝石可极明显地透视物体，如优质钻石。2. 半透明：宝石能透光，通过宝石可透视物体，但不太清楚。3.
7、 亚透明：虽可透光，但不能透视物体，如高档翡翠。4. 半亚透明：透光很少，如优质玛瑙。5. 不透明：磨成极薄的薄片也不透明，如：青金石，孔雀石。三、光泽宝石表面的总光量称为光泽。宝石的光泽与透明度和折光率有关：透明度高、光泽弱，折光率高，光泽强。金属光泽N3赤铁矿金刚光泽N2.02.6金刚石亚金刚光泽N1.902.0 锆 石强玻璃光泽N1.701.90金绿宝石、钙铝榴石玻璃光泽N1.541.70尖晶石、电气石、水晶亚玻璃光泽N1.211.54欧泊、萤石蜡状光泽绿松石树脂光泽琥珀、塑料丝绢光泽木变石、虎睛石珍珠光泽珍珠沥青光泽煤玉四、色散色散，简单地说就是将七色光组成的白光分解成单色光的性质。这
8、是由于同一宝石对不同的色光，折射率不同，因此当白色光斜射入宝石时，不同的色光因折射角不同而发生分离的现象。常见宝石的色散度见表1。各种磨好的宝石均具色散，但色散的清楚程度，取决于宝石本身的色散度及颜色，颜色深的宝石会掩盖其色散现象。表1 常见宝石的色散度宝石名称色散度宝石名称色散度宝石名称色散度水晶绿柱石黄玉锂辉石电气石蓝宝石0.0130.0140.0140.0170.0170.018橄榄石尖晶石镁铝榴石锰铝榴石钇铝榴石锆石0.0200.0200.0220.0270.0280.038钻石钇镓榴石榍石钙铁榴石立方氧化锆钛酸锶0.0440.0450.0510.0570.0600.190五、特殊光学
9、效应1. 猫眼效应弧面宝石在光线照射下，在宝石表面呈现可以平行移动的丝绢状光带，象猫眼睛的虹膜，这种现象称为猫眼效应。2. 星光效应弧面宝石在光线照射下，在宝石表面呈现相互交会的四射、六射或十二射星光状光带，好似夜空中的星光，这种现象称之为星光效应。3. 月光效应月光石是钾、钠长石交替平行排列，互相垂直具格子状双晶的微斜长石。当双晶薄、厚度在501000mm时，入射光在微细双晶面上造成光的散射作用，无规律的反射光聚集在一起，造成朦胧状的蔚蓝色乳白晕色，如同月光，称为月光效应。4. 变彩效应在同一宝石戒面上可以同时显示出多种光谱色的现象称变彩效应，如欧泊。5. 变色效应在日光下呈绿色，在白炽灯下
10、呈紫色的现象称变色效应，如变石。6. 砂金效应透明宝石内部含有许多不透明的固态包体，如细小云母片、黄铁矿、赤铁矿和小金属片等，当观察宝石时，包体对光的反射作用呈现许多星点状反光点，宛若水中的砂金，称为砂金效应。如日光石。六、内部包体特征1. 解理（1）在宝石原料的表面观察。（2）当解理以宝石断口表现时，往往成一种阶梯状，对光线有不均匀的散射。（3）当解理在宝石内部时，我们一般看到一些近于平直的片状“闪光”或“虹彩”。（4）宝石不具解理，则往往为贝壳状断口或见到一些弧形的闪光面。2. 色带色带是某些宝石的典型内部特征，如天然蓝宝石往往会有与晶面平直的色带，而合成兰宝石中可观察到弧形的生长纹或生长
11、带，观察的关键是转动宝石从各个角度观察。3. 固体或金属矿物该类包体在透射下能见一定形态，金属矿物不透明，在反射光下可见金属反光。4. 拼合石的接合缝（1）上下两部不同。（2）胶合缝中有气泡。第三章宝石放大观察一、宝石放大观察所使用的仪器目前所使用的放大设备主要有两种：手持放大镜和宝石显微镜。手持放大镜有10倍、20倍、30倍等，一般常用10倍放大镜，宝石的质量评价也以在10倍放大镜下观察的结果为准。宝石显微镜放大倍数可变幅度较大，一般是1070倍。由底光源座，显微镜支架、目镜，可变放大物镜、物镜组成，辅助设备有提供透射和反射光的照明光源、镊子。二、手持放大镜的操作1. 将放大镜靠近眼睛，双眼
12、睁开，可把手靠在脸上。2. 用手或宝石夹子把宝石放置到大约与放大镜相距一英寸距离，把拿放大镜的手的小指头抵在持样品的手上。3. 用旁侧光以及无反射的暗背景观察。并使光线照射到样品上，但放大镜上不能有光。4. 首先观察宝石表面特征，然后再把焦点集中至内部寻找包体、重影等。三、宝石显微镜的操作1. 照明观察内部特征选择底光灯；观察表面特征选择反射灯。2. 调焦距用宝石显微镜支架上的旋纽调整焦距，待看清楚后再用可调焦的目镜调焦，至看清晰为止。四、宝石放大观察的方法1. 将样品清洗干净。2. 用镊子夹住宝石，将台面向上。3. 选择光源及照明方式。4. 用低倍镜观察，找出重点，换用高倍镜。5. 升、降镜
13、筒、离开观察深度。6. 必要时将宝石放入浸油中观察。一般选用以宝石折光率相近的浸油。五、照明方式的选择了解和使用不同的照明方式能进一步增加宝石显微镜的作用。1. 暗域照明法用侧光照明，并以无反射的黑域为背景，使包裹体在暗背景下明亮、醒目地显示出来。图32亮视域照明图31暗域照明2. 亮视域照明宝石由其背后的光源直接照明（光圈常缩得很小），使包裹体在明亮的背景下呈黑色影像醒目地显示出来。这是观察弯曲条纹或其它低突起的包裹体的有效方法。 3. 垂直照明法从样品的上方照明，可在反射光中观察样品的表面。 4. 散射照明法直接从宝石的背后照明，但在光源之上放置面巾纸或其它透明材料，使光线更为柔和及散射，
14、有助于对色环和色带的观察。5. 水平照明法在宝石的侧面用细光束照射，从宝石的上方进行观察。使针点状晶体、包裹体和气泡呈明亮影象而十分醒目（笔式手电法）。 6.点光照明法通过锁光圈使光源缩成小点并直接从宝石的背后照明，使得弯曲条纹和其它结构更易于观察。7.偏光照明法在两块偏光片之间来观察宝石，能观察到宝石的干涉图、多色性，应变干涉色和其它通常用偏光镜观察的现象。8.斜向照明法细光束从某一斜向角度（如在水平和垂直之间的角度）直接照射到宝石上，可观察固、液体包裹体、小解理面等产生的薄膜效应（即虹彩现象）。9.遮掩法从样品的后面直接照明，但在视域中插入一不透明的挡光板，能戏剧性地增加包裹体的三度空间感
15、，并且有助于确定生长结构，如弯曲条纹、双晶等。六、宝石放大观察的内容1. 观察宝石表面的擦痕及损伤。2. 寻找裂隙和解理。3. 观察宝石中包裹体的特征及分布规律。4. 寻找拼合石的特征：如冠部与底部包裹体不同，或气泡仅分布在一个平面中等等。5. 观察宝石的总体对称性，这或许能确定它是天然还是人造宝石。七、宝石表面特征与内部特征的区别方法1. 反射光法观察宝石并使光线直接从可能有附着物的表面直接反射回来，如果物体是在该表面上，那么在这种直接照明下，它应是十分显著的。2. 焦平面法同时观察物体及其可能附着的表面，如果该物体和表面的大部分视域能同时对焦，那么它很可能是在这一表面上。3. 摆动法在宝石
16、围绕其中心转动的同时进行观察，其表面以下的物体与表面上的物体转动的弧线不同（由于包裹体总是比较接近于转动轴，因此它转动的弧线要小于表面上物体转动的弧线。）第四章折光仪及折光率的测定一、折光仪简介折光仪是根据光的全反射原理制造的。它主要是由折光率为1.81的铅玻璃磨光为半球形的工作台、刻度尺、目镜和套在目镜上的偏光片组成。当光线由光密质的铅玻璃进入光疏质的宝石时，如果入射角稍微大于宝石的临界角，就造成全反射，光线就全反射回玻璃半球内，并透射到根据折光率公式：N宝N玻Sin已标定好的刻度尺上，再通过目镜和偏光片放大观察，直接读出标尺上的数值，就是宝石的折光率。折光仪可测定宝石的折光率，以算出双折射
17、率及光性符号。二、折光仪操作方法及折射率的测定1. 平面宝石折光率的测定（1）清洗工作台和样品。（2）在工作台上滴上一小滴浸油。（3）将样品的最大抛光平面放在浸油油滴上。（4）将眼睛距离目镜35cm处垂直视野平面观察，并将头上、下左右移动，寻找宝石轮廓像。如果在视域测尺上出现暗亮不一的情况，则宝石样品在视域区。如果视域中看不见样品影像，就用手前后、左右推动宝石，直至视域中出现明暗不一的影像为止。（5）在标尺数值小的一段暗，数值大的端亮。在明亮交接处有一条灰色或红蓝色的窄带，在灰带边或红蓝窄带中间的读数，就是该宝石的折光率值。1)单折光率的测定将偏光片放在目镜上，转动偏光片，观察灰边（或红、蓝边
18、）是否移动，如果灰色窄边（或红、蓝边）不移动，就将宝石转3600，在转动宝石的过程中，灰色窄边仍然不变，就调换样品的测试面，折光率仍不变化，则宝石就只有一个折光率，宝石是均质体。2)双折光率的确定宝石放在折光仪工作台上，将偏光片放在目镜上来回转动900，如果发现灰边上下移动，移动的数值就是样品的两个折光率值。注意：要尽量多测几个面，以尽可能地测出最大双折射率。2. 弧面宝石和小刻面宝石折光率点测法（1）取下折光仪的目镜。（2）用的炽光灯照明。（3）滴上一小滴油。（4）放上待测这宝石。 （5）观测读数：斑点半明半暗的明暗分界处的值为所测宝石的折光率。三、注意事项1. 浸油不宜太多，一般在工作台上
19、的油滴直径为0.52mm.。2. 浸油有较强的腐蚀性，测试完毕后要立即清洗工作台。3. 工作台硬度低，注意保护。4. 工作台上如有遗留浸油的痕迹，可用二甲苯、二碘甲烷清洗。5. 宝石鉴定，是采用综合物理常数鉴定法，有些方法可互补。第五章 偏光器一、原理偏光器是利用平面振光垂直相交、光线不能通过的原理，制成的一种简单的光学仪器。其主要用途是检测宝石的光性（均质与非均质）和多色性。二、宝石均质性与非均质性的测定1. 开照明灯。2. 调整上偏光片的方位，使其振动方向与下偏光呈900角相交。3. 把样品台面向下放在上、下偏光之间。4. 转动宝石360观察。1）如果样品全黑，将样品调一个角度，仍然全黑，
20、则样品为均质体。2）如果样品明亮，转动样品，无明暗变化，可能为隐晶质或微晶集合体。3）转动样品，有4次明暗变化，则为非均质体。4）如果样品具灰暗的蛇纹状、网格状或不规则状的现象，此现象可能是均质体的宝石所呈现的异常干涉色。与非均质体区别是：将宝石旋转到最亮位置，再将上偏光片转动900，使上偏片方向平行下偏光片，注意观察宝石的明暗变化。若宝石变的亮，则为异常干涉色，宝石为均质体；若宝石亮度保持不变或变暗，则属非均质体。三、检查宝石的多色性转动上偏光片，使其与下偏光片的振动方向一致。在这样的单偏光镜下观察，并转动宝石，就可看到宝石的多色性，从而可以验证宝石的非均质性。第六章二色镜一、二色镜的原理二
21、色镜是用冰州石和偏振片制成的仪器。将二色镜的窗口对着光源，眼睛对准目镜，可以见到二色镜的视域为两个平行的长方形或正方形亮块。用以测试多色性的宝石必须有颜色、透明，还必须是单晶。玉石不能测多色性。二、观察多色性的方法1. 用强的阳光或灯光透射宝石。2. 眼睛、二色镜和宝石样品均应相距很近，其间距不要超过25mm。3. 边观察边转动二色镜，如发现有颜色变化就转动二色镜90，看二色镜内两个视域中的颜色是否互换。如果互换，表明宝石具有二色性。4. 为避开宝石光轴方向，对每个宝石均应从三个不同方向观测。如有二种颜色，就是二色性，如有三种颜色就是三色性。第七章分光器一、原理分光器是由一组棱镜构成，当自然光
22、进入其中后，就被分解成一个连续的可见光谱。分光器是两个套在一起的套管。内管（滑管）装有一组棱镜及目镜。外管套的一端装有可控制进光量的调节狭缝和波长标尺。宝石的颜色是宝石对可见光选择性吸收后，剩余光波的混合色。宝石中致色的金属元素（铬、镍、钴、钛、锰）吸收的光能，在可见光谱中有固定吸收波段，因此，依据宝石对可见光谱的吸收和透射现象，来研究宝石颜色的组成和致色因子（金属元素的种类或色心致色），可达到鉴别宝石的目的。1. 吸收带如：玫瑰红色宝石，用分光器观察时，在可见光谱中呈现两种现象：宽的灰黑色吸收带和黑色吸收线。在可见光谱中除红色波段（610700nm）和青色波段（480510nm）处能通过红色
23、和青色以外，其余波段的颜色均被吸收，呈灰黑色，这说明玫瑰红色经宝石的颜色是由红和青色组成。2. 吸收线在可见光谱中红色波段655nm、675nm、687nm处有三条黑色吸收线在可见光谱中红色波段、处有三条黑色吸收线。在蓝色波段467nm、477nm、478nm处有三条黑色吸收线，这说明玫瑰红色红宝石中含有铬离子，鲜艳的玫瑰红色是由铬离子及少量的铁离子致色。因为铬离子的吸收线集中在红色波段，铁离子的吸收线集中在蓝色波段。再如由放射性辐照致色的蓝色黄玉，因为它是色心致色，所以在可见光吸收谱中除有颜色的吸收带外，没有金属离子的吸收线。又如合成红宝石它是由铬离子致色，不含铁离子，所以它的吸收谱除在蓝色
24、波段没有铁的黑色吸收线外，其它吸收特征与天然红宝石完全一样。二、宝石吸收光谱的观察方法及注意事项1. 用强光源，使光透射或从宝石表面反射，用手平稳地持住分光器，置于样品前几毫米。2. 调节分光器下端的狭缝。3. 调节滑管焦距，观察蓝色波段吸收谱时向外拉，观察红色波段向内推。4. 所使用的照明器亮度要强，温度不能太高，太高会使谱线变模糊。5. 样品大、透明度好，光谱清晰度就好。6. 样品颜色愈深，光谱愈清楚，浅色宝石，应从长轴方向，透射观察，而观测深色半透明宝石时，则应沿短轴方向透射观测。7. 测试时勿手持样品，因为血液会产生波长592nm的吸收线。8. 埃尘或脏物会在色谱上产生暗色的水平吸收线
25、。9. 在作光谱分析之前，应放大检查，看宝石是否是二层石或三层石，以免造成误解。第八章查尔西滤色镜一、原理查尔西滤色镜仅让红光和黄绿光通过，通过查尔西滤色镜，观察宝石是否能呈现红色外观的性能。二、观察法将待测样品置于强的反射光下观察，光源可以用光线集中的笔式手电。观察时样品，滤色镜、眼睛应相距很近，以不超过1cm为佳。三、注意事项1. 用查尔西滤色镜宝石，必须在反射光下观察，不宜用透射光。反射光线需集中，以笔式电筒为佳。2. 染色宝石由于染色剂的种类不同，显色也有差异。用重铬酸钾、硫酸铜碘化钾染色的翡翠，在查尔西滤色镜下呈粉红色至红色。3. 查尔西滤色镜只是一种辅助工具。第九章宝石密度的测定宝
26、石的密度是由宝石成分结构决定的。不同宝石均有各自所固有的密度值。同种宝石密度值是一个常数，如果其中含有某些微量元素，密度值会有一些微小的变化，但变化范围极小，为此，密度是鉴定宝石主要的物理常数。宝石密度测量，目前常用的有两种方法：静水力学法和重液法。一、静水力学法根据比重假若用P表示宝石在空气中的重量，用P1表示宝石在水中的重量，那么宝石在水中（40C）排开同体积水的重量就等于PP1，所以比重的计算公式就是：比重液体的比重密度和比重的关系，两者的概念及测量方法虽然不同，但数值完全相等地。用测比重的方法求出比重的数值，在其后冠以密度单位g/cm3,就是目前国际上统一使用的“测定密度”。例如：宝石
27、重4克拉，在28的四氯化碳中称重是2.42克拉，四氯化碳中稳重是2.42克拉，四氯化碳在温度为28的比重为1.579。代入公式：宝石的比重1.5793.997这个结果表明所测宝石是刚玉宝石。将3.997这个比重值加上密度的单位g/cm3，即3.997g/cm3，就是刚玉宝石的测定密度。由于水具有较大表面张力，在测比重时有一点误差，故多使用其它液体。详见表2。表2 有机液体在不同温度下的比重乙 醇二 甲 苯四 氯 化 碳比 重温 度比 重温 度比 重温 度0.8370.8300.8290.8270.8210.8170.81071618192126320.8390.8290.8240.8190.8
28、140.8090.80461622273237421.6301.6101.5991.5891.5791.5691.5593131823283338用静水力学法所使用的仪器有二种：克拉比重天平、双盘天平。应用静水力学法测比重注意事项：1. 各种天平在测试之前，必须处在水平位置上。2. 使用之前要将液体中的称盘浸没在液体中，然后调整两端的重量使之两端平衡。3. 先测宝石在空气中的重量，再测在溶液中的重量，以免宝石表面沾上液体使重量增大。4. 在工作环境的附近要放有温度计（最好放入溶液中），观察温度计的读数，根据温度计的数字，选用相应的溶液比重值代入计算公式。5. 多孔宝石不宜使用静水力学法测比重。
29、二、重液法将宝石放入一套密度值不同的重液中，看其沉浮情况，这是在没有比重天平或流动作业环境中有效的鉴定手段。例如：无色透明的水晶和黄玉外表特征十分相似，不易区别，如果放入密度为2.9g/cm3的三溴钾烷中，石英在其中漂浮，而黄玉则很快下沉。又如蓝色海蓝宝石和改色黄玉十分相似，放入三溴甲烷中海蓝宝石漂浮、黄玉快速下沉，很易鉴别。通常使用的重液密度（单位：g/cm3）如下： 饱和盐水溶液1.13（水中加盐直到不溶为止）三溴甲烷2.9二碘甲浣3.33克来里奇液4.15这几种重液可以与其它溶液互相混合，配制成多种密度液。具体的办法是：在三溴甲烷中加乙醇稀释，可配成密度2.92.5的系列刻度液；二碘甲浣加二甲苯稀释，可配成2.93.33的系列密度，克来里奇液加水，可配成43.33的系列密度液。不同的重液
