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第二章 宝石的基本特性,第一节 宝石的光学性质 第二节 宝石的力学性质第三节 其它物理性质 第四节 宝石中的包裹体,寶石的基本特性,第一节 宝石的光学性质,一、宝石的颜色 二、宝石的光泽和透明度 三、宝石的折射率和色散 四、宝石的多色性 五、宝石的发光性 六、宝石的特殊光学效应,寶石的光學性質,寶石的光學性質,光与宝石的关系示意图,一、宝石的颜色,研究意义： 宝石颜色是评价宝石质量和价值的重要依据； 不少宝石的特有颜色可作为重要鉴定特征； 了解宝石颜色的致色原因，对宝石的合成、改色、鉴别等工作都一定的指导意义。,寶石的光學性質,1、颜色的本质,颜色是具有一定波长的电磁波。一定波长的可见光，会呈现一定的颜色。 在整个电磁波谱中，能引起人眼视觉的可见光只是一小部分，一般取400700nm波长作为可见光的范围（实际范围可达380780nm）。,寶石的光學性質,单色光的波长由长到短，对应的颜色感觉由红到紫。,寶石的光學性質,日常见到的自然光，就是由以上几种色光混合而成的白光。 将各种色光的颜色排成扇形圆环图，任意一对对角扇形区两种颜色的色光，都可以适当比例混合成为白光，这两种颜色称为互补色。,红,橙,黄,黄绿,绿,蓝,靛,紫,寶石的光學性質,颜色表示方法： 波长（） 单位：纳米（nm） 能量（E） 单位：电子伏（ev） E(ev) (nm) 1240 400nm紫光相当于3.10ev ; 700nm红光相当于1.77ev 即可见光的能量范围大致为1.773.10ev 。 波长越短，能量越大。,700nm,400nm,寶石的光學性質,宝石颜色是宝石对不同波长的可见光选择性吸收的结果。 当可见光（白光）照射宝石时： 如果宝石选择吸收了某些波长的色光，则宝石呈透射或反射色光的混合色，相当于被吸收色光的补色或补色的混合色； 如果宝石普遍均匀的吸收所有色光，则宝石随吸收程度不同而呈黑、灰或白色； 如果所有的色光都有通过宝石，则宝石呈无色透明。,宝石的颜色,白 光,寶石的光學性質,2、宝石颜色的致色机理,五种机理： 过渡金属离子的内部电子跃迁致色 离子间的电荷转移致色 色心致色 能带间的电子跃迁致色 物理光学致色,寶石的光學性質,（1）过渡金属离子的内部电子跃迁致色,当宝石组分中含有：Ti 、 V 、 Cr 、 Mn 、 Fe 、 Co 、 Ni 、 Cu 等，都是宝石产生颜色的物质基础，称为“色素离子”。 这类离子存在 d 轨道上未成对的单电子，受到周围配位体阴离子电子云影响，d 轨道的能级会发生分裂，所产生的能量差值可能与某种波长的可见光能量相当。 当白光入射宝石晶格，d 电子受到相同能量光波激发，从基态（低能轨道）跃迁到激发态（高能轨道），这部分光波的能量转移给被激发电子，即吸收，其余光波透射或反射出宝石，混合呈色。,寶石的光學性質,吸收光能,释放光能,放热,红宝石的呈色机理,成分：Al2O3 含Cr2O3 Cr3+Al3+ 有3个d电子 基态 e 激发态,吸收紫光、绿-黄光 通过红光、蓝光（少量） 呈红色、紫红色,寶石的光學性質,（2）离子间电荷转移致色,在晶体结构中，相邻离子间在外来能量（光能）作用下，可使电子从一个原子的轨道跃迁到另一个原子轨道上去，即离子间发生电荷转移。,离子间电荷转移分三类型： 非金属离子金属离子 金属离子金属离子 非金属离子非金属离子,e,寶石的光學性質,蓝宝石的致色原因,蓝宝石成分：Al2O3 含Fe2+ 、Ti4+ 等杂质。 Fe2+Ti4+ 电荷转移 吸收红、黄光，呈蓝色。,寶石的光學性質,（3）色心致色,色心：可以吸收光波的晶体结构缺陷。 主要有两种： 缺失原子（缺位） 受放射性幅照捕获 1个电子形成电子色心； 额外原子（填隙原子）受放射性幅照激发 1个电子形成空穴色心。 两者结果都造成有不成对的电子而发生能级分裂，吸收光波产生颜色。,寶石的光學性質,例：紫色萤石的致色原因,萤石成分：Ca F2 由于Ca2+含量过高和受放射性幅照影响，造成F 缺位而为电子占据电子色心。,该色心吸收黄绿光波，使萤石呈紫色。,寶石的光學性質,例：烟晶的致色原因,成分：SiO2Si4+Al3+H+(Na+) 受辐照后，Al3+邻近的O的1个价电子被激发离开其轨道，出现未配对电子空穴色心。,产生极强的紫外可见光范围的吸收，呈烟灰色。,H,寶石的光學性質,（4）能带间的电子跃迁致色,寶石的光學性質,根据能带理论，晶体中的电子按能量高低分别位于各能带中。被电子占满的能带称为满带，未占满的称为导带，导带的能量较高。各能带间有一能量间隙，称为禁带。电子可以由满带向导带跃迁，但必须吸收超过中间的禁带宽度所代表的能量才能发生。,处在价带顶部的电子当受到大于Eg的外来能量（可见光）激发，可跃迁到导带。吸收可见光能量而使晶体产生颜色。,能带理论所解释的宝石颜色,寶石的光學性質,（5）物理光学致色,指由于宝石内部的结构、构造、裂隙、包裹体等因素，对光发生物理光学作用而使宝石呈色。 这些作用主要有： 1）干涉作用致色 2）衍射作用致色 3）散射作用致色 4）有色包体致色,寶石的光學性質,1）干涉作用致色,干涉：当两光线相遇而叠加沿同一路线传播时，由于彼此的位相原因造成光波相互增强或抵消的一种光学现象，其效果是产生非纯正光谱色。 常见于有裂隙、薄层包裹体或具不同物质薄层结构的材料。,寶石的光學性質,例一：晕彩石英，由于存在充填于裂隙中的气、液薄膜，呈现虹彩。,例二：珍珠，两种折射率不同的物质（珍珠层和有机质层）呈同心层状交替构成，对光层层反射和折射，相互干涉产生晕彩。,寶石的光學性質,2）衍射作用致色,衍射：为光干涉的一种特殊类型。 产生衍射的宝石具有规则的不同折射率的交替层堆积，当白光与之相互作用时发生光波的定向传播，其效果产生纯正光谱色。 这种现象主要见于欧泊：,寶石的光學性質,3）散射作用致色,宝石材料内部结构不规则、或粒度超出衍射限定范围（约100400nm）、或含直径大于可见光波长的包裹体、微晶微裂隙或气泡，入射光线与这些不符合衍射条件的物质界面相互作用，造成光在不同方向上的反射而呈现颜色。 例：普通蛋白石、乳石英等。,寶石的光學性質,4）有色包裹体致色,宝石材料中含有有色包体杂质，因它们的体色影响，使宝石呈现出相应的颜色。 例如，石英中可含蓝线石包体而呈蓝色、日光石因含红色赤铁而呈红色等。,寶石的光學性質,二、宝石的透明度和光泽,（一）宝石的透明度 （二）宝石的光泽,寶石的光學性質,（一）宝石的透明度,透明度：指宝石充许可见光透过的程度。 有关因素： 宝石晶体的透明度与其化学成分和结构有关。 金属晶格内部存在较多自由电子，电子跃迁会吸收大量光波，透过光少，故透明度低或不透明如赤铁矿； 原子晶格和离子晶格内不存在自由电子或较少，则对光波的吸收少，透明度较高，如钻石具典型的原子晶格。,寶石的光學性質,与宝石中的杂质、包裹体、裂隙、厚度和自身颜色，以及表面是否光滑等因素有关。玉石的透明度与组成矿物的透明度和颗粒结合方式有关。 组成矿物的粒度越不均匀、排列越杂乱、颗粒边缘越不平直，则内部颗粒之间的界面对光线的折射、散射越强，透明度越低。即使主要由透明矿物组成的玉石也常可表现出较低的透明度。,寶石的光學性質,宝石透明度分级,宝石的透明度通常是对加工成一定规格大小的成品而言。 分级标准（五级）： （1）透明：可充分透光，隔着宝石可清晰透视另一侧物体，如优质钻石、水晶等； （2）半透明：可较好地透光，可透视物体，但不清淅，如电气石、月光石等； （3）亚透明：可较差地透过部分可见光，不能透视物体，如优质翡翠、软玉、岫玉、玉髓等； （4）半亚透明：透光很少，或光线只能透过宝石薄片，如玛瑙、黑曜岩、天河石等； （5）不透明：基本不能透过可见光，即使磨成薄片也不透明，如青金石、孔雀石等。目前珠宝界对透明度级别的划分逐渐趋于三分法，即划分为透明、半透明、不透明三个级别。,寶石的光學性質,（二）宝石的光泽,光泽：指宝石表面对可见光的反射能力。但对透明度很高的宝石来说，其光泽应是反射光量（主要）和透射光量（次要）的总和。 宝石光泽的强弱取决于宝石的折射率（N）、吸收系数（K）、反射率（R）。它们的关系如下： 透明宝石 R=(N-1)2 / (N+1)2不透明宝石 R=(N-1)2+K2 / (N+1)2+K2此外，宝石的抛光质量、表面平整程度、集合体的结合方式（如石英岩和虎睛石）等因素也会影响宝石光泽强弱。,寶石的光學性質,宝石光泽分级,根据折射率（N），分为： 金属光泽 N3 赤铁矿 半金属光泽 N= 2.63.0 金红石 金刚光泽 N= 2.02.6 金刚石 半金刚光泽 N= 1.92.0 锆石 强玻璃光泽 N= 1.71.9 金绿宝石、钙铝榴石 玻璃光泽 N=1.541.70 尖晶石、电气石、水晶 半玻璃光泽 N=1.211.54 欧泊、萤石,寶石的光學性質,寶石的光學性質,油脂光泽：由于极微细的粗糙表面（抛光面或断面）使光线漫反射而显示油脂般的反光现象。如软玉、蛇纹石玉、石英断口等。,蜡状光泽：由隐晶质块体或微细颗粒表面对光线漫反射而呈现出蜡状反光现象，较油脂光泽弱。如绿松石、玉髓等。,寶石的光學性質,宝石的特殊光泽,树脂光泽：由于质软或折射率低，呈现出如同树脂般的微弱反光现象。如琥珀、塑料等。,丝绢光泽：由于具有纤维状结构或构造，各纤维的反射光相互影响而呈现出丝绢般的反光现象。如木变石、纤维石膏等。,寶石的光學性質,珍珠光泽：为珍珠特有的光泽，因具有细微的同心层状结构，对光层层反射干涉而呈现出朦胧的晕色光泽。其它某些具有细微平行层面结构的宝石材料有时也可出见类似的光泽，如月长石等。,寶石的光學性質,沥青光泽（煤玉）和土状光泽（劣质绿松石）,三、宝石的折射率和色散,（一）折射率 （二）双折射率 （三）色散,寶石的光學性質,（一）折射率,当光线从空气（光疏介质）传播到宝石（光密介质）表面时，一部分光线按反射定律返回空气，一部分光线按折射定律进入宝石：,反射定律：反射角等于折射角， r= i折射定律：折射角小于入射角， r = i,i,r,r,寶石的光學性質,根据折射定律：宝石的折射率N为光在空气中的传播速度Vi与光在宝石中的传播速度Vr之比，它等于入射角i的正弦与折射角r的正弦之比，是一常数。,例：已知光在空气的传播速度为300000km/s ,在钻石中的传播速度为123967km/s ,则钻石的折射率为：,寶石的光學性質,宝石折射率与光在晶体中的传播速成度成反比。传播速度越小，折射率越大；反之，则越小。 折射率是宝石的一种稳定光常数，各种宝石都有其固定的折射率值，故是鉴定宝石的重要依据。例如： 钻石 2.42 红宝石 1.7621.770 黄玉 1.6191.627 水 晶 1.5441.553,寶石的光學性質,结晶质：,内部质点作规则排列，即具格子状构造。结晶质在空间的有限部分称为晶体。,非晶质：,内部质点不作规则排列，即不具格子构造。如玻璃。称为非晶质体。,寶石的光學性質,等轴晶系,四方晶系,六方晶系,三方晶系,斜方晶系,单斜晶系,三斜晶系,寶石的光學性質,（二）双折射率,均质体宝石： 光学上各向同性，等轴晶系、非晶质体。 单折射，只有1个折射率值N。,N,单折射,寶石的光學性質,非均质体宝石： 光学上各向异性的介质，除等轴晶系外的其它六个晶系。 双折射，有多个折射率值： 一轴晶（四方、三方、六方晶系），二个主折射率Ne、No。 NeNo，正晶；NeNm-Np，正晶；Ng-NmNm-Mp，负晶。 Ng-Np，双折射率。,Ne,No,双折射,寶石的光學性質,双折射率很大的宝石材料，可呈见出明显的双影现象，如冰洲石(0.172)、金红石(0.287)、锆石(0.059)等。,双折射率也是鉴定宝石的光学数据。 双折射双影现象及其明显程度可作为肉眼鉴别非均质体宝石的标志。,寶石的光學性質,（三） 色 散,1、光的色散：指白光被分解为单色光而形成七色光谱现象。 棱镜分光原理图解：,白光,色散光,波长越长(红光)，折射率(n)越小，而折射角(r)越大; 波长越短(紫光)，折射率(n)越大，而折射角(r)越小。,寶石的光學性質,白 光,色散光(火彩),2、宝石的色散：当白光通过加工成特定琢型的刻面型宝石后，也会发生色散现象。俗称“出火”、“火彩”。,寶石的光學性質,色散值：指一定波长的紫光(430.8nm)和一定波长的红光(686.7nm)，在晶体中产生的折射率之差。 例如： 钻石 NG=2.451 NB=2.407 色散值=0.044 影响宝石色散现象（火彩）的因素： 宝石本身必须具备足够大的色散值。一般色散值在0.03以上的透明无色或浅色宝石都可产生明显的色散现象。 宝石刻面的切磨比例和角度。只有刻面比例和角度（冠角、亭角）合适，才能产生较好的色散现象。体色和净度。,寶石的光學性質,四、宝石的多色性,多色性：有色宝石晶体，在光的透射照明下，不同方向呈现不同颜色的现象。 产生原因：晶体内不同方向上晶格结构存在差异，除造成折射率不同外，同时对光波的吸收不同，而呈现不同的颜色。 均质体宝石：各向同性，不具有多色性。 非均质体宝石：各向异性，对光波有吸收差别，可具多色性。 二色性四方、三方、六方晶系宝石； 三色性斜方、单斜、三斜晶系宝石。 多色性特征是鉴定宝石的重要依据之一。,寶石的光學性質,宝石矿物多色性示例,黝帘石光性方位与多色性,蓝宝石光性方位与多色性,寶石的光學性質,五、宝石的发光性,发光性：指宝石在外加能量（可见光、紫外线、X射线）的激发作用下，能发出可见光的性质。,发光性分两种： 荧光在外激发光的能量停止作用时，发光也随即停止。 磷光在外激发光的能量停止作用后，发光还能继续一段时间。,寶石的光學性質,夜明珠（萤石）,寶石的光學性質,发光性原理,实质：宝石晶体结构吸收了较高的外加能量，然后以较低的能量（可见光）再发射出来。 发光过程大致经两个阶段： 1）电子吸收光子能量进入高能级（A）； 2）电子以发射光子和释放热的形式放出能量回落到低能级（B）。,寶石的光學性質,发光性影响因素： 与宝石本身的化学成分有关，主要是过渡元素、特别是稀土元素的种类和数量有关； 与外来杂质、幅照环境条件等因素有关。 发光性鉴定意义： 有些宝石的发光性特征较稳定，有时可作为有效鉴别依据； 有些宝石的发光性特征变化很大，不能作为可靠的鉴定依据。,寶石的光學性質,六、宝石的特殊光学效应,指宝石外表出现的一些奇异光学现象。 主要有以下几种： 猫眼效应 星光效应 变彩效应 变色效应 月光效应 砂金效应,寶石的光學性質,1、猫眼效应,宝义： 指某些宝石加工成弧面型后，在其弧形表面可以呈现出一条明亮的光带，并且对着光带转动宝石时，光带也随之平行移动的光学现象。,寶石的光學性質,宝石中具有呈一个方向密集排列的针状、纤维状矿物包体或管状气-液包体等；切磨宝石的底面平行于包体组成的平面；必须切磨抛光成弧面型，其长轴方向垂直于包体延伸方向。 具备上述三条件的宝石，在光照下，弧面迎光部位的各纤维或针、管状包体的反光点连在一起，就构成一条明亮光带。当转动宝石时，光带随着迎光部位的改变而移动。,形成猫眼效应必须具备三个条件,寶石的光學性質,品种： 金绿宝石、绿柱石、电气石、磷灰石、石英、木变石、方柱石、锂辉石、透辉石、顽火辉石、普通辉石、绿帘石、黝帘石、透闪石、硅灰石、红柱石、矽线石等。 共有20多种，以金绿宝石出现的猫眼效应最好。,寶石的光學性質,名称： 金绿宝石猫眼石，可简称“猫眼”、“猫眼石”。 其它具猫眼效应宝石，“该宝石名+猫眼（石）”。 如“海蓝宝石猫眼（石）”。,寶石的光學性質,2、星光效应,定义： 某些宝石当加工成弧面型后，在其弧形表面可以呈现出多条相互交叉的光带，构成四射、六射或十二射的放射状星光图案的光学现象。,寶石的光學性質,原理：宝石中含有沿着二个、三个或六个几何方向排列的针状矿物包体、或管状气-液包体，当平行这些包体的交织展布面（C轴）切磨原料加工成弧面型，各方向包体对光反射产生的光带相互交叉，就构成星状图案。,寶石的光學性質,品种： 星光红宝石和星光蓝宝石（六射、十二射）、星光芙蓉石（六射）、星光绿柱石（六射）、星光铁铝榴石（四射）、星光尖晶石（四射）、星光透辉石（四射）、星光顽火辉石（四射）、星光透闪石（四射）、星光堇青石（四射）等。 有10多种，最漂亮的是星光红宝石、星光蓝宝石。,寶石的光學性質,3、变色效应,定义： 指某些宝石，能在日光和灯光照射下呈现出同的颜色的光学现象。 变色现象最早发现于含铬的金绿宝石（变石），它在日光下呈绿-蓝绿色，在灯光下呈红-紫红色。,寶石的光學性質,原理： 与宝石中的化学成分（Cr3+、V3+)有关。 变石：含微量Cr3+,使它对绿光透射最强，对红光透射次之，对其它光波强烈吸收。因此， 在日光照射下，由于光源中绿光成分相对较多，变石透过绿光多而呈绿色； 在白炽灯、烛、油灯光照射下，由于光源中红光成分多，变石透过红光多而呈红色。 品种： 变石（含铬金绿宝石）。 其它少数含铬或钒的镁铝榴石和锰铝榴石、哥伦比亚含钒蓝宝石、东非含钒电气石等。命名：变色宝石名称。 合成变色蓝宝石、合成变色尖晶石、合成变色立方氧化锆等。命名：合成变色宝石名称。,寶石的光學性質,4、变彩效应,变彩：主要指欧泊（贵蛋白石）所特有的晕彩。可定义为“光从欧泊所特有的结构反射时，由于干涉或衍射作用产生的一系列颜色变化现象”。 特点：在同一宝石表面呈现出多种光谱色，呈不规则的各种彩片分布，色彩随着转动宝石而变幻。,寶石的光學性質,同一彩片范围内的球粒大小相等，球粒间的空隙形状相同，距离相等。构成可以衍射可见光的空间格子（三维衍射光栅）。,寶石的光學性質,原理：欧泊的变彩与其内部规则排列的球粒结构有关。扫描电镜观察证明，欧泊由直径150-400nm的非晶质SiO2球粒呈六方或立方紧密堆集而成，空隙中常有水和空气充填。,5、月光效应,定义： 指在加工成弧面型的月光石表面所呈现的淡蓝-乳白色晕彩，如同朦胧的月光。,钠长月光石,寶石的光學性質,原理： 与月光石所具有的薄层及格子状双晶结构有关。 由钾、钠长石交替平行排列，并以两组近于正交的聚片双晶组合成的格子状双晶。两种长石层的折射率有差别。 当双晶层很薄、厚度在50-1000nm时，微细的格子双晶面对入射光产生散射，无规律的散射光线再经弧面作用的敛聚，就呈现出淡蓝-乳白的晕色。,寶石的光學性質,6、砂金效应,定义： 指宝石中的细小包体对光呈星点状反射的光学现象。尤如水中的砂金一样。 原因： 含有许多细小不透明的片状矿物包体，如云母、赤铁矿等。,寶石的光學性質,品种： 日光石含赤铁矿、针铁矿包体的斜长石。 砂金石含云母、氧化铁细片的黄或红褐色石英岩。 东陵石含铬云母片的绿色石英岩。 金星石一种掺入有铜粉颗粒的人造玻璃。,寶石的光學性質,第二节 宝石的力学性质,一、宝石的硬度 二、宝石的解理、断口 和裂开三、宝石的韧性和脆性 四、宝石的比重（相对密度）,寶石的力學性質,一、宝石的硬度,硬度： 指宝石表面抵抗外力刻划、压入或研磨的能力。 根据测量方法，可表示为: 刻划硬度相对硬度 压入硬度绝对硬度,寶石的力學性質,1、硬度的表示方法,（1）摩氏硬度（HM）： 属于一种刻划硬度，即利用摩氏硬度计与被测矿物相互刻划比较而测定的硬度。 摩氏硬度计由十种不同硬度的矿物组成，分为十级：,寶石的力學性質,（2）努普(Knoop)硬度： 属于一种压入法测试的显微硬度。压入头是一个用金刚石制成的菱面锥体，以一定荷重（1kg）将压头压入宝石抛光表面产生永久变形，根据负荷与压痕表面积计算矿物的硬度（负荷/面积，Kg/mm2）。,寶石的力學性質,宝石的摩氏硬度与努普硬度的关系：,寶石的力學性質,3、硬度在宝石中的作用,（1）硬度对宝石加工的影响 不同硬度的宝石，加工的难易程度不同，需使用不同的加工方法、设备及工艺材料。 （2）硬度对宝石鉴定的作用 是宝石的一重要物理常数，可作为鉴定的重要依据。鉴定中，测试硬度的常用工具有：,寶石的力學性質,寶石的力學性質,硬度板：用标准硬度矿物研磨抛光制成的方形小片,硬度笔：用标准硬度矿物碎片镶在笔杆上制成,二、解理、断口和裂开,解理、裂开和断口都是宝石材料在外力作用下所表现出的破裂面性质。 但解理和裂开仅出现于宝石晶体中,而断口不论在晶体、非晶体以及矿物集合体上都可以发生。,寶石的力學性質,（一）解 理,1、解理定义： 解理指宝石晶体在外力作用下（如敲打、挤压）下严格沿着一定结晶方向破裂成光滑平面的性质。所破裂的平面称为解理面。 2、解理分级： 根椐晶体在外力作用下裂成光滑平面的难易程度，解理分为五级： 极完全完全中等不完全极不完全,寶石的力學性質,寶石的力學性質,寶石的力學性質,寶石的力學性質,3、解理在宝石中的作用 、由于同种宝石的解理特征（解理组数、方向、完善程度、解理角）总相同，故解理是重要的鉴定特征。 、解理对宝石的加工有很大影响，具极完全和完全解理的宝石材料难于加工，因容易碎裂、沿解理面方向难抛光。不过，有时可以利用解理方向来分割宝石。 、解理发育的宝石对宝石的耐用性有一定影响。,寶石的力學性質,寶石的力學性質,（二）断 口,1、断口定义： 指宝石（晶体、非晶体、集合体）在外力作用（打击、挤压）下不依一定结晶方向破裂而形成的凹凸不平的断面。 2、常见断口： 贝壳状断口水晶、锆 石、橄榄石、芙蓉石、欧泊、玛瑙、绿松石等。 参差状断口磷灰石、翡翠、软玉、青金石、石英岩玉、木变石等。,寶石的力學性質,寶石的力學性質,3、断口在宝石中的应用 断口的形态特征可以作为鉴定宝石的辅助依据。 通过对断口的观察，可以了解玉石质地的细腻程度。 例如绿松石： 质地细腻者，断口平坦或近似贝壳状； 质地粗糙者，断口参差粒状。,寶石的力學性質,（三）裂开,裂开（裂理）也是晶体受力后沿着一定结晶方向裂开的性质，与解理的区别在于形成内因和裂面特征不同。裂开多沿双晶结合面或包裹体层发生，尤其是沿聚片双晶结合面发生，裂开面的光滑程度不如解理面。例如，刚玉具有平行菱面体的三组聚片双晶，故常沿菱面体发育裂理，其另一组常见裂理发育于与底面平行的方向。,寶石的力學性質,三、宝石的韧性和脆性,1、定义： 韧性指宝石受外力作用（撕拉、碾压）时不易发生破碎的性质。 脆性指宝石受外力作用（撕拉、碾压）时易于发生破碎的性质。 2、韧、脆性与硬度的关系： 无必然关系。硬度大的宝石不一定韧性大或脆性小。 如金刚石，硬而不韧，它可以刻划钢锤，却经不起钢锤一击，甚至掉到地上也可能碰碎。,寶石的力學性質,3、宝石的韧、脆性特点： 单晶质宝石大多有一定脆性。尤其是离子键性程度较高的宝石晶体，脆性较大。晶体的脆性还与解理发育程度有关。例如： 钻石，有较发育的八面体完全解理，因而较性脆； 黄玉，有垂直C轴发育的完全解理，故脆性大。 玉石的韧、脆性与其组成矿物之间的接合方式有关。例如： 软玉、翡翠都具有很大的韧性，因具显微纤维状紧密交织结构，颗粒间的接合力强； 石英岩玉、青金石等的韧性较低，是因具粒状结构，颗粒间的结合力弱。,寶石的力學性質,常见宝石材料的韧性值,常见宝石韧性由强弱： 黑金刚石软玉硬玉刚玉金刚石水晶海蓝宝石橄榄石祖母绿黄玉月光石金绿宝石萤石,寶石的力學性質,4、韧、脆性对宝石加工及使用的影响： 韧性大的宝石一般加工难度较大，主要是不易抛光； 脆性大的宝石一般也不好加工，因容易破碎； 对于韧性低或脆性大的宝石在加工和使用过程中要注意维护，以免受外力影响而破碎。,寶石的力學性質,四、宝石的比重（相对密度）,1、定义： 比重相对密度，指矿物在空气中的重量与同体积水在4时的重量之比。在4时，1cm3水的质量为1g。 在国际单位制和我国的法定计量单位中，比重已经费除，改用相对密度。但由于行业习惯，在宝石界仍普遍使用“比重”一词。 目前，宝石界也常用“密度”一词，其定义是：宝石单位体积的质量（g / cm3）。数值上与比重相同。,寶石的力學性質,2、比重的意义 比重是宝石的重要物理性质，也是一项稳定的物理常数，对于鉴定宝石十分重要，也是确定宝石分选方法（重选）的主要依据。,寶石的力學性質,3、比重的测定方法 宝石比重的测定有静水称重法、重液法等。 静水称重法：用比重天平分称出宝石在空气中重量W1和宝石在4水中重量W2，然后按下式计算比重D值： D = W1 / (W1-W2 ),寶石的力學性質,第三节 其它物理性质,一、导电性：如赤铁矿、针铁矿、人造金红石、天然蓝色钻石。二、热电效应：温度升高或降低，使宝石晶体产生电压或形成表面电荷的效应，如水晶、电气石等。可能是由于晶体受到差异温度作用时，晶体产生膨胀或收缩，晶格中被热激发出电荷并发生运移所致。三、压电效应：净度较高的石英单晶当受到压力作用时会产生电荷；当受电压作用时，又会产生频率很高的振动。天然单晶水晶和合成单晶水晶均具有良好的压电性能。具有压电性的晶体不能有对称中心。,热学电學性質,四、静电效应：如琥珀、塑料制品等。五、导热性：不同宝石传导热的性能差异甚大，所以导热性可作为宝石的鉴定特征之一。宝石学一般以相对热导率表示宝石的相对热导性能，常以银或尖晶石的热导率为基数。钻石的热导率比其它宝石高达数十倍至数千倍，因此使用热导仪能迅速鉴别钻石。,热学电學性質,热学电學性質,热学电學性質,六、放射性：由于所含的放射性元素能自发地从原子核内放出粒子或射线，同时释放能量。它可使宝石致色，对人体可能产生伤害，影响宝石价值。另一方面经过辐射处理的宝石也可能存在放射性问题。七、磁学性质：主要由于矿物成分中含有铁、钴、镍、钛和钒等元素所致。强弱取决于所含金属元素的多少。大多数宝石应具有磁性，一些比较强的完全可以用磁性鉴定（如磁铁矿、赤铁矿），较弱的则尚无鉴定意义。,第四节 宝石中的包裹体,一、包裹体的概念 二、包裹体的分类 三、包裹体的研究意义四、包裹体的研究方法,寶石中的包裹體,一、包裹体的概念,包裹体也称内含物，其英文词为Inclusion。但在国内宝石界，人们对该词的理解却有所不同。有人认为包裹体与内含物的含义相同；有人则认为内含物涵盖包裹体。 据珠宝首饰英汉-汉英词典（陈钟惠主编，1999），将包裹体分为广义包裹体和狭义包裹体两种概念。,寶石中的包裹體,寶石中的包裹體,1、广义包裹体：指宝石材料中放大可见的各种内部特征，除包括宝石材料中所含的固相、液相、气相物质外，还包括各种生长现象，如生长带、色带、双晶纹等，以及裂隙、解理、断口乃至与内部结构有关的表面特征等。 2、狭义包裹体： 指包含在宝石材料内部的固相、液相和气相物质。常简称“包体”。 狭义包裹体的概念主要来源于矿物学，即与矿物学中所指的包裹体概念相当。指矿物中由一相或多相物质组成的 并与宿主矿物具有相的界限的封闭系统。,寶石中的包裹體,二、包裹体的分类,下述的包裹体分类主要针对狭义包裹体。 从矿物学角度，包裹体是指矿物在生长过程中所捕获的或由某些外部因素造成的包裹在晶体内部的外来物质。通常按成因和物理状态进行分类：,寶石中的包裹體,1、按成因分类,（1）原生包裹体 指比主矿物先形成，后被主矿物生长时所包裹而成为的包裹体。均为固态矿物包裹体，主要见于岩浆作用和变质作用成因的宝石矿物中。如金刚石中的小八面体金刚石包体；红宝石中的磷灰石包体。 包体常具有其晶形棱角因受熔蚀而变得圆滑的特征。 （2）同生包裹体 是在主矿物生长过程中同时形成的包裹体。主要是气-液包体。但也可形成一些固态的子晶矿物包体。如石英中的石英包体、金刚石中的铬透辉石和橄榄石包体、钙铁榴石中的石棉纤维包体等。 气-液包体的形态复杂多样，同生固态矿物包体一般具有棱角分明的晶形特征。,寶石中的包裹體,原生包裹体,同生包裹体,次生包裹体,寶石中的包裹體,（3）后生包裹体 是在主矿物停止生长以后形成的包裹体。这类包裹体可以由以下作用形成： 化学蚀变作用 出溶作用 外来物质沿裂隙渗入沉淀 放射性元素的破坏作用 例如： 刚玉和石榴石中的针状金红石包体，是晶体中所含的钛杂质由于出溶作用而结晶析出形成。 一些宝石中的树枝状铁锰氧化物包体，是沿裂隙渗入沉淀而成的。 斯里兰卡的红、蓝宝石常含锆石矿物包体，因锆石含放射性元素铀和钍，破坏了锆石晶格，体积增大，导致形成一些环绕裂隙，称为“锆石晕”包体。,寶石中的包裹體,红宝石中的针状金红石包体,红宝石裂隙中的铁锰氧化物花纹,铁铝榴石中的金红石和锆石晕包体,寶石中的包裹體,2、按物理状态分类,（1）固态包裹体 1）矿物包裹体：包括各种原生、同生和后生的结晶矿物包体。 2）玻璃包裹体：主要由玻璃和气孔组成，是由捕获的硅酸盐溶浆因急剧冷却而形成的包体。主要见于火山岩型成因的斑晶宝石中。如产于玄武岩内的刚玉和橄榄石中可见到这种包体。 （2）气液包裹体 1）气相包裹体：完全为气体或气液比大于50%； 2）液相包裹体：完全为液相或气液比小于50%； 3）多相包裹体：由气相、液相和固相（子晶）组成。如哥伦比亚祖母绿常含有二氧化碳气泡、盐水和石盐晶体组成的三相包体。,寶石中的包裹體,气相,液相,固相,天然黄玉中“卡脖子”气液包体，含有柱状子晶,寶石中的包裹體,气-液包裹体的形态可分为三类： 圆形、椭圆形、泪滴形、管状以及各种不规则形状。 羽状、网状、指纹状、云雾状等，系由许多细小的气液包体沿着宝石晶体在生长过程中产生的愈合裂隙分布构成。 负晶形，即因受主晶矿物结晶习性控制，形成较为规则的与主晶矿物晶形相一致的气液包体，也可能是空晶。,寶石中的包裹體,寶石中的包裹體,三、包裹体的研究意义,1、指示宝石的晶系所属 宝石中负晶形态的包裹体对宝石的晶系有指示作用。,天然尖晶石中星云状包体，核心为具八面体负晶形的结晶质尖晶石,三方晶系水晶中具有菱面及柱状的负晶形包体,寶石中的包裹體,2、指示宝石的种属 有些宝石的某些物理常数是重叠的，此时宝石中的包体就具有重要的指示意义。 例如，绿色的石榴石可能是钙铁榴石中的翠榴石，也可能是钙铝榴石。,钙铝榴石中“糖浆状”分布的结晶质包体,翠榴石中由石棉纤维组成的马尾状包体,寶石中的包裹體,3、确定宝石的性质 通过常规宝石仪器的测定，一般只能确定宝石的种属，而无法区分宝石是合成的还是天然的。此时只要通过宝石内部包体的观察和鉴定就可最终确定它的性质，这也是包体在鉴定宝石时最重要的意义所在。,焰熔法合成蓝宝石中弧形生长纹及色带,水热法合成红宝石中密集的羽状纹,寶石中的包裹體,4、确定宝石是否经过处理改善 例如，经过加热高温改善的红宝石，其内一般不会再有CO2的流体包体，而扩散法处理的蓝宝石浸在二碘甲烷内会发现其颜色集中在宝石的边界及表面的一些缺陷内。再如钻石激光钻孔等。,扩散蓝宝石颜色集中在边缘（大），天然蓝宝石的颜色在内部（小）,钻石中的激光孔,寶石中的包裹體,5、确定部分宝石的产地 哥伦比亚祖母绿粒状氟碳钙铈矿或含有立方晶体的三相包体及黄铁矿包体； 津巴布韦祖母绿鲜绿色针状透闪石包体。6、确定人工合成宝石所用的方法 不同方法合成的宝石，其内包裹物会有一定差异，据此可判断其合成方法。 焰熔法合成的红宝石弧形生长纹、气泡 助熔剂法合成红宝石“纱窗状”羽液纹，合金碎片,寶石中的包裹體,7、确定宝石的净度及品质分级 例如钻石的净度就是以10倍放大镜下所观察到的包裹体的大小、数量、显著程度及位置来进行分级的。8、确定宝石的形成条件和成因 包体是研究宝石形成条件最直接的证据，可利用其测定宝石形成时的温度、压力、氧逸度等数据，这些数据对于宝石的找矿、勘探及开采、确定宝石的合成条件均具有重要意义。,寶石中的包裹體,四、包裹体的研究方法,寶石中的包裹體,1、肉眼及十倍放大镜下观察 色带：如蓝宝石中的六方生长色带，碧玺中的球面三角形色带，玛瑙中的同心环色带等。特征包体：如水晶中的黄铁矿、发晶中的金红石针、东陵石中的铬云母片、日光石中的赤铁矿、琥珀中的昆虫等。解理和裂理：如红宝石的“十红九裂”。充填裂隙：如祖母绿的充油和充胶裂隙、钻石和红宝石的玻璃充填裂隙往往都有闪光效应，以及充填物中的气泡等。,2、显微镜观察 它是研究包体的最基础的手段，可确定包体颜色、大小及分布状态、类型和种类，为鉴定宝石种提供有用信息。显微镜观察包体有以下几种照明方式： (1)暗域照明：内含物在深色的背景下明亮可见，易于观察； (2)透射光：大量气液包裹体在透射光下易于观察； (3)斜向/侧光照明：检测不透明宝石材料，也可检测裂隙处的薄膜干涉色； (4)顶光照明针点照明：检测不透明宝石材料的表面特征； (5)油浸法：将宝石材料浸入浸液中，排除表面反射的干扰。,3、包裹体的分析技术 包体一般都较细小，要准确鉴定包体需应用微区分析的技术来测定包体化学成分或物相性质。1激光拉曼光谱分析 激光拉曼显微镜可以把激光聚焦到千分之几毫米的光斑，测试微小样品的拉曼光谱，确定样品的分子类型。激光拉曼显微镜又称为激光拉曼探针，是一种微区微量的无损分析技术，可以分析出露到表面的包裹体，也可以分析近表面的包裹体。2电子探针成分分析 电子探针可以把电子束的直径收缩的更小，分析出露到宝石表面包裹体的化学元素组成，也是常用的研究包裹体的手段。,3离子探针及质谱分析 和电子探针类似，分析出露到宝石表面包裹体的化学元素组成，进一步分析同位素组成，比电子探针的作用更大。但测试的成本很高。4激光显微发射光谱分析 也只能分析出露到表面的包裹体，并且对样品有轻微的破坏。与电子探针相比，优点是可分析样品中高含量元素、微量元素及原子序数较低的元素。5包裹体测温测压 同生的多相包裹体通常也称地质温度计。原理是认为在多相包裹体形成时是均一的流体相，所以把多相包裹体加热使之成为均一相的温度，就相当于包体形成的最低温度。测试需在显微镜下用热台进行。,复习思考题,复习思考题及作业题1、简述光学性质在宝石学中的意义？2、何谓光的反射？光从宝石反射能产生哪些重要的光学效应？3、什么是光泽？影响光泽的主要因素有哪些？宝石中常见哪些光泽类型？4、何谓透明度？宝石透明度如何分级？影响透明度的因素有哪些？5、何谓光的折射和双折射？何谓临界角？简述光折射现象的宝石学意义？6、简述宝石颜色的成因。,7、什么是宝石的多色性？产生多色性的原因是什么？举例说明它的宝石学意义。8、什么是猫眼效应？什么是星光效应？产生猫眼效应和星光效应的具体条件是什么？9、简述解理、裂开、断口的区别。10、何谓硬度？何谓相对硬度？相对硬度如何分级？11、何谓荧光？何谓磷光？它们有何宝石学意义？12、何谓导热性、导电性、放射性和磁学性质？举例说明它们具体的宝石学意义。13、什么是包裹体？包裹体按照成因和物理状态如何分类？举例说明研究宝石中的包裹体有何意义？,复习思考题,