珠宝玉石光学性质及鉴定市场

一、珠宝玉石的光学性质

1．颜色

颜色是光作用于人的眼睛视神经时，在人的头脑中所产生的一种生理感觉。颜色是光与物体反射、投射及相互作用所产生的，颜色特征首先取决于观察时所用光源。观察物体一般所用的光源是白光，而白光是一种混合光，它是由七色光混合而成。而光具有能量和波长。人的眼睛能感觉到的光称为可见光。在可见光的范围内，各种颜色光的波长如下:红760～630nm;橙630～600nm;黄600～570nm;绿570～500nm;青500～450nm;蓝450～430nm;紫430～400nm。

一般所说珠宝玉石的颜色，都是指在白光照射下所呈现出来的颜色，并为人们的肉眼所识别。当白光照射在珠宝玉石上时，珠宝玉石对光会产生下列现象:

当珠宝玉石对白光产生全反射，基本上一点儿不吸收或吸收得比例太小时，人们所看到的珠宝玉石颜色呈现白色或无色;当珠宝玉石对白光产生同等程度均匀全吸收时，根据吸收程度的大小，人们所看到的珠宝玉石颜色呈黑色(吸收程度大)或灰色(吸收程度小);当珠宝玉石从白光中只是选择性吸收特定的某些波长范围的色光时，人们看到珠宝玉石呈现的颜色是彩色。所呈现颜色的色种取决于透射色光和反射色光的波长，即相当于除了被所吸收某些波长光波以外的所有可见光波的混合色。其主颜色是透射光所呈现的颜色，这种现象则称为光的吸收，即有色珠宝玉石吸收了可见光中的某些波长的光，身上反映出来的则是未被吸收波长光的混合色。

在自然界还有一种光学现象，即两种色光均匀混合后会形成白色的光，当珠宝玉石吸收了其中一种色光后，则呈现出另一种未被吸收色光的颜色，就构成被吸收了波长色光的补色，这种现象称为光的互补，即两种光均匀混合后呈白色，当物体吸收其中某一种时，物体上看到的则是未吸收光波颜色。

2．珠宝玉石颜色的分类

珠宝玉石中，颜色可分为三类:

(1)自色，由珠宝玉石的主要化学组成及与形成环境直接有关的颜色。例如橄榄石呈绿色则因为含有的Fe²⁺所致。自色是珠宝玉石本身固定的而且具有特征性的颜色，在珠宝玉石的鉴别与评价中占有很重要的地位。

珠宝玉石的自色都是在可见光的作用下，其晶体内部的化学离子发生了某种电子跃迁造成的。这种电子跃迁产生的颜色很容易发生在含有过渡型离子的晶体身上，这些过渡型离子被称为色素离子或致色离子。在珠宝玉石中主要的呈色离子种类和形成的主要珠宝玉石品种如下:Fe²⁺(红色，石榴石)(绿色，橄榄石);Cr(红色，红宝石)(绿色，翡翠);Ti(蓝色，蓝宝石);Co(蓝色，蓝尖晶石);Cu(天蓝色，绿松石)(绿色，孔雀石);Mn(蔷薇色，芙蓉石);Ni(绿色，绿玉髓);V(绿色，钙铝榴石)(紫蓝色，黝帘石);Fe³⁺(红色，翡翠)。

从以上可以看出，不同种类、不同价态的离子造成的颜色可以不相同，也可以相同。这是由于不同种类或同种离子在不同的晶体中所处的环境不同，引起的晶体特点不同，导致离子外层电子的跃迁规律不同，也就造成在晶体上呈现出相同或不同的颜色现象。

(2)他色，非珠宝玉石本身固有因素所引起的颜色。他色可以由类质同象代替关系而进入晶格的杂质离子所产生，例如祖母绿的绿色是Cr离子进入绿柱石晶体代替Al所引起的，也可以是晶格中存在缺陷而引起，如水晶的紫色是因晶体中存在离子空位所引起的。他色在珠宝玉石的鉴别与评价中也占有相当重要的地位。

(3)假色，由于光的干涉、衍射等物理光学现象所引起的珠宝玉石的颜色。主要有倩色，即在某些珠宝玉石表面上由氧化薄膜所引起的颜色——晕色。即在无色透明的珠宝玉石晶体内部，沿裂隙或解理面所呈现的类似于彩虹般的色彩。晕色中不同的色彩呈串珠状分布，严格按一定的色序排列。如晕色长石晶体。变彩，在珠宝玉石中不均匀地分布着蓝、绿、红、黄、紫等彩斑，并随观察角度的变化而呈现出闪烁变幻或徐徐变化的彩色，如欧泊就是具有变彩现象的典型玉石。

3．颜色三要素

珠宝玉石的颜色质量和评价标准是由以下因素决定的:

(1)色质，指的是珠宝玉石身上所表现出的色彩种类。不同珠宝玉石一般所表现出来的颜色种类可以是相同的，也可以是不相同的，如红宝石呈现红色，蓝宝石呈现蓝色，翡翠主要呈现绿色等等。颜色的种类对珠宝玉石的评价与价值起着重要的决定作用，它决定着许多种珠宝玉石的价格、价值。如在钻石中，彩色钻石的价格远远高于白色钻石的价格。

(2)饱和度，指的是珠宝玉石颜色的纯净度(即色品)。由于珠宝玉石是由自然界的各种自然作用所形成，而且不同的地方、地点由于形成环境条件的差异，会造成各种离子的侵入、混入及杂质的混染等等，从而引起珠宝玉石颜色纯净度的降低，造成不同颜色可同时存在和颜色相互间可以混染，形成主次不同的颜色系列。如翡翠的颜色可以具有从绿色占主要地位到绿色占次要地位的特点。这也会影响与决定珠宝玉石的价值。

(3)亮度，指珠宝玉石颜色上的明亮程度(色强)。由于珠宝玉石在自然界形成的地方、地点的差异及各种环境条件的差别，造成每一件珠宝玉石的各种元素含量、种类的不同及各种杂质、包裹体的种类含量的差异等，这些均会引起其颜色的明亮程度。如翡翠的绿色可以形成具有达到玻璃底的亮绿色，也可以造成如老葱叶子般的暗绿色。珠宝玉石颜色的明亮决定着其价值和审美观，最终也影响其市场价值。

4．珠宝玉石的透明度

透明度是物体透过可见光的能力。影响珠宝玉石透明度(玉石行业中称为水头)的因素首先取决于组成珠宝玉石化学元素的化学键的性质:具有金属键的晶体呈不透明，如自然金就不透明;具有离子键的晶体则透明，如水晶呈透明;具有共价键的晶体呈透明，如金刚石呈透明。在玉石集合体中透明度除了与化学元素的化学键有关外，还与其集合体中个体之间的结合方式有关，具有纤维交织结构者呈半透明状，如翡翠呈半透明;粒状结构者呈不透明状，如绿松石则呈不透明。此外，珠宝玉石的透明度还与其晶体或集合体的厚度有关，即块体厚度越大，其透明度越差。也与晶体颜色的深浅有关，颜色越深的珠宝玉石，其透明度也越差。

5．珠宝玉石的折射率与双折射

折射率是珠宝玉石一个重要的性质，是使用仪器鉴定中所提供的一个重要科学数据，是珠宝玉石的“身份证”。折射率的值是光通过空气的速度与光通过珠宝玉石的速度之比值，即折射率=v(空气)/v(宝石)，式中v代表光速。这个比值数据用n表征，具有特殊的意义。由于光在空气中的速度是一个常数，即每秒约30万公里。所以珠宝玉石折射率值的大小、变化则取决于珠宝玉石中元素的化学键及晶体结构的特征。它是晶体的一个重要特征常数，在珠宝玉石的科学鉴定中具有十分重要的地位。

在晶体结构中，离子排列得越紧密，即晶体的密度越大，光通过的速度越低，其折射率值越大。如钻石中碳原子排列得很紧密，其相对密度值为3．52，而其折射率值为2．412。由共价键、金属键组成的珠宝玉石由于光在其中通过的速度比较低，其折射率值也高。如黄金的折射率值很高。

由于不同波长的光通过宝石的速度有差异，得到的折射率值有所不同，容易引起折射率值的混乱。一般规定使用黄色单色光(即波长为598nm)作为测试入射光光源。

双折射率，在宝石晶体中，由于晶体组成的化学离子在空间不同方向上排列的方式不同，而光通过宝石不同方向时的速度也就不同，导致其折射率具有很多值，并且这个值随着光进入晶体的不同方向而发生变化。将在晶体中出现的折射率最大值与最小值之差称为双折射率(或称为重折率)值，如红宝石晶体在高方向上的折射率值是1．770，在长方向上的折射率值为1．762，其重(双)折射率值为1．770～1．762=0．008。这个数值也是鉴定许多宝石晶体的一个重要物理常数。(www.chuimin.cn)

由于光通过宝石晶体不同方向的光速不同，会引起光程差，在人们的眼睛内会产生重影现象，即人们在观察宝石的棱线时会出现重影，这个现象在宝石鉴别中称为棱刻面重影。如观察橄榄石宝石刻面会看到棱刻面重影现象。棱刻面重影现象是宝石具有双折射率的肉眼反映，一般宝石的双折射率值越大，这种现象观察得越清楚。

在珠宝玉石中，所有的玉石由集合体构成，其折射率值仅有一个大概值，如翡翠的折射率值大约为1．66。非晶体宝石的折射率也只有一个值，如一般玻璃宝石的折射率值为1．554。在宝石晶体中，属于等轴晶系宝石的折射率也只有一个值，如钻石晶体的折射率值为2．415一个值，这类珠宝玉石均无双折射现象。

6．珠宝玉石光泽

光泽为物体表面的反光能力。珠宝玉石的光泽按其晶体特性及组合特征可分为单晶体(宝石)光泽和集合体(玉石)光泽。在宝石晶体中光泽可分为金刚光泽，即晶体表面反光能力特强，透光能力也强，如钻石的光泽;半金刚光泽，即晶体表面反光能力较强，透光能力也强，如红宝石的光泽;玻璃光泽，即晶体表面反光能力差，透光能力特强，如水晶的光泽;金属光泽，即晶体表面反光能力特强，不透光，如黄金的光泽。玉石是结晶的集合体，它的光泽可分为油脂光泽，即玉石表面呈现出如脂肪一样的反光现象，如软玉的光泽;树脂光泽，即玉石表面呈现出如松脂一样的反光特征，如琥珀的光泽;瓷状光泽，即玉石表面呈现出如瓷器表面一样的反光特征，如绿松石的光泽;珍珠光泽，即玉石表面呈现出如晕彩一样的反光特征，如珍珠的光泽;蜡状光泽，即玉石表面呈现出如蜡烛一样的反光现象，如岫玉的光泽等。

珠宝玉石的光泽是其固有的性质，主要受其化学组成的元素化学键的性质、晶体结构特征及集合体的结合方式所决定。一般由金属键形成的晶体则呈现金属光泽;由共价键形成的晶体则呈现金刚光泽;由离子键形成的晶体则呈现玻璃光泽;由复合键形成的晶体的光泽主要受成键的主要性质决定。

玉石是由同种或异种矿物组成的集合体，其光泽的成因比较复杂，除取决于组成玉石化学元素的化学键性质外，还与其组成集合体的矿物个体之间的结合方式有关，如翡翠的油脂状玻璃光泽，软玉的油脂光泽就体现了个体呈纤维交织结合的特征。

珠宝玉石的光泽是本身固有的特性，在肉眼鉴别中构成特别重要的识别标志。

7．宝石色散(火彩)

当白光照射在宝石相邻斜面的表面上时，斜面会分解白光的组成波长，使宝石的表面呈现出五颜六色的色带或色环，给人造成一种五光十色感觉的现象称为宝石的色散。这是由于光照射在宝石的棱表面，产生了光程差，形成不同波长单色光的缘故。不同的宝石由于其化学组成及晶体结构的差异，白光在其表面照射所形成的光程差也有差异，引起的色散效果也不相同。同时色散的效果也与入射光的波长有关。为了统一表征色散的效果，用色散值来表示。即规定用红光(波长为687．5nm)测量某一宝石的折射率值，减去用紫光(波长为430．5nm)测量同一宝石的折射率值之差称为色散值。

色散值=n(红)－n(紫)

如钻石的色散值为0．044，翠榴石的色散值为0．057，立方氧化锆的色散值为0．065。一般宝石的色散值越大，宝石表面形成的色散效应越明显，即形成的五颜六色的色带或色环越显著，使得宝石显得更漂亮，更美丽，更好看。

8．宝石的多色性与吸收性

多色性是宝石晶体从不同的观察方向上表现出颜色差异的现象，如红宝石晶体在高方向上呈艳红色(即红色中带黄色调)，在长、宽方向上呈紫红色(即红色中带蓝色调)。红宝石的这种随观察方向不同而颜色不同的现象被称为颜色二向性。

吸收性是宝石晶体沿不同的方向对光的吸收强度不同而造成宝石在不同方向上呈现颜色深浅变化的光学现象。如黄玉宝石在晶体短轴方向上呈深黄色，在晶体长轴方向上呈浅黄色。

宝石上产生的多色性和吸收性与宝石晶体的对称性有关。等轴晶系和非晶体宝石由于其化学元素的组成与排列在晶体空间无选择，即在空间的各个方向上化学元素的组成与排列方式完全相同，晶体不产生多色性与吸收性。其他晶系的晶体其化学元素的组成与排列方式在空间形成明显的两个或三个方向上的差异，则会引起晶体呈现二色性或三色性，如蓝宝石晶体具有在高方向呈现紫蓝色，在长宽方向上呈黄绿色的二色性。橄榄石晶体则会呈现黄绿色—深绿色—褐色的三色性特征。同时也会引起晶体对颜色呈现深浅不同的吸收，即出现颜色吸收性。

9．宝石的特殊光学效应

宝石的特殊光学效应是宝石晶体中呈现的一种特殊光学现象，它的产生与宝石晶体中出现有定向排列的杂质包体，或晶体发育有解理，或晶体由特殊结构所组成等现象有关。它的种类包括:

(1)光彩效应(又称长石月光效应)，由一种发育在长石晶体内部呈交互平行排列、相互垂直的具有格子状结构的双晶面，在入射光照射到双晶面上所引起光的反射、散射现象，这种无规律的散射、反射光聚集在一起会造成朦胧状的蔚蓝色、乳白晕色的现象，如月光一样。如长石因具有月光效应被称为月光石。

(2)猫眼效应，弧面宝石在光照射下，在宝石的表面呈现可以平行移动的丝绢状光带，像猫眼睛的闪亮虹膜，所以称为猫眼效应。如猫眼石呈现的猫眼效应。这是由于宝石中含有平行密集排列的纤维状的气态、液态或固态包裹体。如果宝石的底面沿平行纤维状包体的延伸方向切割，并琢磨成光洁的弧面，光线照射到宝石中的包体上，一条纤维就是一个反射光点，无数平行纤维的光点连在一起组成了一丝光带，转动宝石，光带随之平行转动犹如活动的猫眼睛。

(3)星光效应，弧面宝石在光照射下，在宝石的表面呈现相互交合的四射、六射或双六(十二)射星光光带，好像夜空中的星光，这种现象称为星光效应。如红、蓝宝石身上呈现的六射星光效应。这是由于宝石中含有三组或两组平行密集排列的纤维状气态、液态或固态包裹体。如果宝石的底面沿平行纤维状包体的沿伸展布面切割，并琢磨成光洁的弧面，光线照射到宝石中的包体上会发生定向反射，交汇在一起就会形成星光效应。在宝石中这些包体一般垂直晶体的三次对称轴或六次对称轴排列，因之形成六射或双六射星光效应现象。一般垂直二次对称轴或四次对称轴排列，因之形成四射星光效应现象。

(4)变彩效应，当入射光以不同的角度照射在欧泊的界面上可以使欧泊同时显示出多吸收效应，而使宝石上呈现不同颜色的色斑，各种色斑的颜色随入射光方向的改变而发生有规律地改变的光学现象。这是由于欧泊由直径在150～400nm大小整齐排列的层状球粒组成，球粒之间空洞的形状很相似，且距离相等，当光照射在规则排列的层状球粒上时，球粒层对光发生衍射作用，使之变成波长相同的单色光。球粒的大小决定着衍射光的波长，球粒越大，衍射光波长则越大。因此，小球衍射光呈紫色变彩;大球衍射光呈红色变彩。另外，当入射光以不同的角度照射到球粒衍射层时，衍射的颜色也会改变。

(5)变色效应，当宝石在日光照射下呈绿色，在白炽灯光(夜晚)照射下呈紫红色的现象称为变色效应。如变石宝石就具有变色效应。宝石形成变色的原因在于其具有两个透光区，一个呈绿色波段，一个呈红色波段。由于日光成分中绿色偏多，所以在日光下绿色部分加大而使宝石呈绿色;而白炽灯光成分中红色偏多，所以在白炽灯光下红色部分加大而使宝石呈红色。

(6)砂金效应，透明宝石中含有许多不透明的固态包裹体，如细小的云母片、黄铁矿、赤铁矿及其他黄色的金属矿物小片，在光的照射下，由于包裹体表面的反射会呈现出许多星点状反光亮点，犹如水中的砂金现象。如长石宝石呈现砂金效应时则被称为日光石。