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分光镜
发表时间:2012/9/26 16:28:37 访问次数:7030


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。


    一、原理及结构

宝石中的致色元素主要为TivCrMnFeCoNiCu等过渡金属元素。表2-1-2列出了其对宝石颜色的影响。除过渡金属元素外,某些稀土元素(如钕和镨)以及某些放射性元素(如铀),也会使宝石致色。

若采用一种仪器,能将白光按波长依次分开排列,我们就可以分析出哪些波段被吸收,并根据吸收特征可以判断出宝石的致色元素或()种类。分光镜便是这样一种仪器,根据色散元件的不同,可制作两种类型的分光镜。


     1.
棱镜式分光镜

棱镜式分光镜采用三角棱镜作为其色散元件(见图2-1-39)。图2-1-40为其工作原理简图。













    S
为一狭缝,位于L1的第一焦平面。当白光通过狭缝S后,经过L1成为平行光束。不同波长的光经过棱镜后折射方向不同,但同一波长的光束仍保持平行。穿过棱镜的光波经乙,后汇聚到成像焦平面上,不同波长的光波汇聚点不同,形成一系列不同颜色的像,即形成光谱。

    棱镜式分光镜中的棱镜应具有以下特点:

    1)棱镜材料不应吸收可见光的特定波长,否则会混淆观测结果。

    2)棱镜的色散不应太大或太小,其目的是使产生的光谱有合适的宽度。

    3)棱镜材料必须是均质体,否则会产生两个光谱,影响观察。

    根据上述原理基础,采用棱镜组(棱镜彼此之间呈光学接触)使入射光的传播方向近于

不变。棱镜通常使用铅玻璃和无铅玻璃两种材料制成。

    由于单凸透镜都存在着色像差,因此设计了可前后移动的滑管,以分别对红端和紫端进行观察。此外,狭缝宽窄也是可调的,若狭缝调得太宽,入射光量增加,但同时狭缝的像宽也增加,从而引起不同颜色的像之间产生叠加,反而看不清:若狭缝调得太窄,虽然像也变得窄,但入射光量减少,影响观察。因此使用棱镜式分光镜时,应把滑管和狭缝调到最佳位置。

    2.光栅式分光镜

    光栅式分光镜采用光栅代替棱镜做色散元件。光栅是一种具周期性的空间结构或光学性能的衍射屏,是一种十分精密的分光元件。当白光透过光栅后,产生衍射,形成一系列光谱 (见图2-1-41)

光栅式分光镜的优点是能产生线性光谱,也就是说所有的波长都是等间距排列的,而棱镜式分光镜却是非等间距的,红光区相对收敛,紫光区相对发散。因此光栅式分光镜有利于观察红区光谱的特征,棱镜式分光镜宜于观察紫区光谱的特征。

 


二、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。

   


    (
) 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。利用此法要注意:

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(见图2-1-42)

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人分光镜
(见图2-1-43)


    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人分光镜(见图2-1-44)









(
) 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。台式分光镜是一种带光源、标尺等附件的棱镜式分光镜(见图2-1-45),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

度地进人分光镜。

    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。






     三、使用分光镜观察光谱时的注意事项


     1)
所观察到的光谱受下列因素的影响:

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。

宝石的大小  宝石较小,其光谱中的吸收线()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。

    分光镜狭缝应保持清洁,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。

    2)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。

    3)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,石榴石为顶的拼合石可能呈现石榴石光谱,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。

4)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。

5)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认识,只有熟记了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。

   

四、主要色素离子光谱特征

    1.铬

    主要形成绿色和红色。铬的吸收光谱主要表现为:红端有许多窄线,最强的两条位于深红区,另有两条位于橙区。在黄或绿区有一宽吸收带,此带的宽度、位置、强度与宝石的颜色密切相关。蓝区可有数条窄线,紫区吸收。铬产生的颜色色彩鲜艳,吸收谱清晰(见图2-1-46)








2
.铁

主要形成红和绿,蓝、黄等色。铁的谱线的清晰程度远远小于铬的吸收光谱。铁的吸收光谱主要表现为:主要的吸收带位于绿和蓝区,但光谱的各部分都可有若干吸收,铁致色的宝石颜色通常较暗,如铁铝榴石、橄榄石等(见图2-1-47)









3.

主要形成粉、橙色。锰的吸收光谱主要表现为:最强的吸收位于紫区并可延伸到紫区外,部分蓝区有吸收,致色宝石主要呈现粉红或橙红,如菱锰矿、蔷薇辉石(见图2-1-48)。








4.

主要形成蓝色和粉色。钴的吸收光谱主要表现为:三条强而宽的吸收带分别位于黄、绿区,如钴玻璃、蓝色合成尖晶石(见图2-1-49)。









5.
钕和镨

钕和镨常共生在一起,主要形成黄、绿色。钕和镨的吸收光谱主要表现为:在黄绿区形成特有的细线,如磷灰石、稀土玻璃(见图2-1-50)。









6.

虽不能导致鲜明的颜色却能产生明显的吸收光谱。铀的吸收光谱主要表现为:最稳定的吸收谱线位于中红区,其他各色区都可伴有谱线,如锆石(见图2-1-51)。

 
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