折射仪的工作原理与使用方法

折射仪的原理和应用

一、名称

折射仪又称折光仪，是利用光线来测定宝石折射率值的一种仪器。它用一个高折射率的均质性材料半球作棱镜；通过棱镜射向被测光疏物质的光,小于临界角的光线进入该光疏物质,目镜上见不到这些光,表现为一个暗域；大于临界角的光线全反射回棱镜,在目镜上表现出一个亮域；明暗域的分界线相当于该临界角的位置。目镜下安装有一个标尺,刻有与此临界角相对应的折射率值,明暗域界限指示的数值即被测物质的折射率。

折射仪不仅可测得宝玉石的折射率、双折射率,还可用来判定轴性、光性正负,使用单色光源或滤色片,还可用于测定色散值。折射率是宝石最为稳定的性质之一，因此折射仪是常规鉴定仪器中最为重要的一个仪器了、对于抛光良好的宝石，能够精确的测定宝石的折射率，双折射率，从而推断出宝石的光性、轴性，最终可以定出宝石的种属，为宝石的鉴定提供证据。

但鉴定宝石需要从晶体结构、比重、折光度、多向色性、硬度等多方面综合考虑，即使同样的宝石，产地不同，性质也有差异，价值也不同，如产自缅甸的红宝石和产自泰国的，在光学性质和内部结构上都有一定的差异。

二、工作原理

折射仪的工作原理是建立在全内反射的基础上。该仪器是测量宝石的临界角，并将读数直接转换成折射率值。作为折射仪的棱镜, 必须是单折射。如果棱镜是双折射、宝石又是双折射，光线首先通过棱镜会产生双折射，分解成两条光线，这两条光线在通过宝石发生双折射，变成四条光线，分析的数据就会更多，读数势必会造成混乱，因此为了能够方便读数,棱镜必须要是一个单折射的介质。

棱镜是作为一个光密介质的角色出现的，因此只有当棱镜的折射率大于宝石才能够满足全反射发生的条件，因此为了能够满足多数宝石折射率的测定，就必须要求棱镜有足够大的折射率。

棱镜还有一个功能就是载物台，它需要频繁的与宝石发生摩擦，如果棱镜的

硬度过低，在频繁的使用过程中会发生磨损，严重影响折射仪的使用寿命。另外,在测定宝石折射率时需要借助“折射油”，这是一个具有腐蚀性的有机溶液，因此为了延长仪器的使用寿命，棱镜需要有足够大的硬度和足够强的化学稳定性。

折射油，也称之为接触液。目的就是为了让宝石与棱镜之间形成良好的光学接触。由于光线的传播的路径是棱镜——折射油——宝石，因此同样是为了满足全反射发生的条件，折射油也必然是一种光密介质,对于折射率的要求就比较高了。目前折射油有两种，一种为二碘甲烷溶解饱和的硫，此时折射率为 1.78;当再加入18%的四碘乙烯时，折射率可以升高到1.81,这样的折射率范围能够满足绝大部分宝石品种的测试。

在目镜上面其实还有一个小小的配件,那就是偏光片，当一束自然光照射到双折射宝石时,除了特殊的方向,均会发生双折射，两束光线的振动方向相互垂直。偏光片则是一个仅仅可以通过一个震动方向上的光的装置。光线在折射仪内部发生全反射之后入射到目镜中时，同样是两束相互垂直的偏振光,对于那些双折射率较大的宝石来讲，可以非常清晰的对两条阴影边界分别准确的读数。但是对于双折射率较小的宝石来讲(比如说磷灰石)，两条阴影边界距离非常近，每条阴影边界在读数的时候就会受到另外一条的影响，那么偏光片最大的用处就是用于屏蔽其中一条光线。因为仅允许与它对应的振动方向相同的光通过，与它相垂直的光泽无法通过,从而使得另外一条光线的读数变得更加容易。

三、现象解释

1. 测宝石在折射仪上转动360°时始终只有一条阴影边界(固定不变)，说明该宝石为各向同性宝石(单折射宝石)。

2.待测宝石在折射仪上转动360°时，出现两条阴影边界，一条阴影边界固定不变，另一条发生移动，说明该宝石为一轴晶宝石。如动值为大值，则为一轴晶正光性宝石;如动值为小值，则为一轴晶负光性宝石。注意:当光轴垂直一轴晶宝石测试面时，会出现两条不动的阴影边界，此时无法判断正负光性。

3. 待测宝石在折射仪上转动360°时，两条阴影边界都移动，说明该宝石为二轴晶宝石。如高值移动超过中间值，说明β值接近α值为二轴晶正光性;如低

值阴影边界移动超过中间值，说明β值接近γ值为二轴晶负光性。注意:当光轴垂直二轴晶宝石测试面时，会出现两条阴影边界，一条阴影边界固定不变，另一条发生移动，此时需换一测试面进行测量。

4. 点测法(远视技术法):针对弧面型和刻面较小的宝石

1) 清洗棱镜和宝石

2) 在金属台上点一滴接触油

3) 手持宝石，用弧面或小刻面接触金属台上的接触油，以油滴直径为0.2mm 为宜

4) 将沾有油滴的宝石轻置于棱镜中央

5) 眼睛距目镜25-45cm，平行目镜上下移动头部

6) 观察油滴半明半暗交界处，读数并记录，读数保留小数点后两位

四、主要用途

1.鉴定宝石，可测定RI1.35-1.81之间宝石的折射率值

2.可测定刻面宝石的双折射率(DR)

3.确定宝石的轴性，如一轴晶、二轴晶和各向同性(等轴晶系、非晶质)

4.确定宝石的光性符号，如各向异性宝石的正光性和负光性

五、局限性

1.所测宝石一定要有抛光面

2.宝石的RI<1.35或者>1.81都无法读数

3.不能区分某些人工处理宝石，如天然蓝宝石与热处理蓝宝石

4.不能区分某些合成宝石，如天然红宝石与合成红宝石

六、折射仪中可出现的几种特殊现象

1.假均质:双折射率很小的宝石，两条阴影边界不易分开，像只有一条阴影边界，如磷灰石、符山石。

2.双折射率过高，有一条超限:菱锰矿的双折率0.22,低值1.60,高值1 .82超出折射仪的测量范围，在转动宝石的过程中，高值边界会突然不见，如不注意，会导致错误的数度。

3.假一轴晶:有些二轴晶的宝石(如托帕石、金绿宝石、柱晶石等)的Nm与Np，或者Ng差值很小，折射率的变化很像一轴晶。

4.特殊切面方向(一轴晶、二轴晶)

一轴晶垂直光轴的刻面:转动宝石两条阴影边界不变;

二轴晶平行两条光轴的刻面:转动宝石360°，有两个方位只有一条阴影边界，其值为Nm。

二轴晶垂直Np或者Ng的刻面:转动宝石一条阴影边界不变，另外一条变化，类似一轴晶宝石的任意刻面的折射率模式。

七、可能导致错误读数的情况

1.接触油过多:过多接触油时密度较小的宝石会浮起，使得刻面与棱镜不平行，导致错误的读数。

2.光源:当采用白光为光源或者光源的单色性不好时，阴影边界带彩色边，测不到准确的数值。

3.标尺系统误差:由于各种机械物理的原因，标尺的位置发生了移动，需要用已知折射率的样品(如水晶)检验。

4.样品状态:如果样品的被测面不够平整，具有一定的弧度，也会导致读数的差异。

5.棱镜状态:棱镜表面磨损严重时，不能获得清晰的阴影边界，导致读数的差异。