宝玉石学基础：光学性质分析达成

第二节　宝玉石的光学性质

宝玉石的光学性质是宝石在可见光的照射下产生反射、折射和吸收等一系列光学现象。主要有透明度、颜色、折射率、色散、多色性、特殊光学现象等。

一、光的基本知识

光是一种自然现象，因为有光人们才能看到宝石矿物之美丽，才能根据光正确评价宝石。

因此，要了解宝玉石就应先了解光的本质及不同化学成分、不同结构构造的宝玉石与光的相互作用。宝玉石的光学性质是宝玉石最重要的物理性质，对宝玉石的品种确定、与相似宝玉石的区别、正确评价其品质及不断改进完善切磨工艺和优化处理等方面具有重要的意义。

人们很早就对光的本质进行研究。并存在以麦克斯韦和普朗克、爱因斯坦为代表的两派不同的学说，即光的电磁波理论和光的量子理论。光的电磁波理论认为；光是一种电磁波，光源辐射能是以波动的形式由近至远地向前传播，光在真空中的传播速度为3×10⁸m/s。电磁波的振动方向垂直于传播方向，即光是一种横波（图3-2-1），用波长（λ）及振幅（A）两个参数，就能将其正确地描述出来。波长表示电磁波能量的大小，振幅表示电磁波的强度。

图3-4　光的波动性

宝玉石学中常用纳米（nm）作为波长的单位，1nm=10^-9m，在有些情况下，也用波数来表示波长范围，波数的是指单位长度内波的数目，其单位为cm^-1。光的波动理论很好地解释了光的干涉、衍射及宝玉石中的一些光学现象。

整个电磁波的范围非常广泛，从波长最长的无线电波到波长最短的宇宙射线，而可见光只是整个电磁波谱中非常狭窄的一部分，波长从700nm到400nm。

光不但具有波动性，而且具有粒子性，1900年普朗克提出了光的量子理论，爱因斯坦进一步发展了这个理论，他认为：光能是从光源发出的一颗颗不连续的粒子流，这些粒子称为光量子或光子，不同频率的光子具有不同的能量，它与光的频率成正比，而与光的波长成反比。即波长越短，光的能量越大。光的粒子性能很好地解释了宝玉石的颜色成因及荧光、磷光等现象。

光的基本知识，在鉴赏珠宝时，了解珠宝的光学性质意义极大。首先，宝玉石的颜色、光泽以及所具有的一些特殊的光学效应都是光与宝石相互作用的结果，因此，光与宝玉石间相互作用产生的效应是评价宝玉石价值高低最重要的依据。第二，对宝玉石的检测，一般要求在无损伤条件下进行，所依据的主要是宝玉石的光学性质，如折射率、双折射率等，因此，光学性质对宝玉石检测至关重要；第三，为了最大限度地体现宝玉石的美，必须将宝玉石能产生最吸引人的效果能显示出来，为此，加工工艺师必须对宝玉石的光学性质有充分的了解。因此，光学对于宝玉石鉴赏的重要性可体现在评价、鉴定与加工等方面。

（一）自然光与偏振光

根据光波的振动特点，可分为自然光与偏振光

1.自然光

一切从光源直接发出的光波。如太阳光、灯光、烛光。特点：是在垂直光波传播方向的平面内各方向上都有等振幅的光振动。

2.偏振光（平面偏振光）

在垂直光波传播方向的某一固定方向上振动的光称平面偏振光。

自然光可通过反射和折射转变成平面偏振光，在实验室用偏振滤光片将自然光转变成平面偏振光。

（二）光的折射、折射率和全反射

1.光的折射与反射

由于光的粒子性，光波在均匀介质中沿直线传播，但当光波从一种介质传到另一种介质时，在两种介质的分界面上将发生分解，产生折射及反射现象。反射光按反射定律返回介质，折射光按折射定律进入另一介质。（图3-5）

这里入射线、折射线、反射线都处于包括法线的入射平面内，反射角等于入射角，折射角小于入射角（光波从光疏介质进入光密介质）。

图3-5　偏振光的产生

2.折射定律及折射率

如图3-7，设想一束平行光线倾斜射向两种介质的界面。R₁，R₂为该光束中两条代表光线。设 i代表入射光与法线的交角（入射角），γ代表折射光与法线的夹角（折射角）。设V_i代表光波在介质（1）中的传播速度。以V_γ代表光波在介质（2）中的传播速度。设在t1瞬间，入射光束的波前到达OG面。根据惠更斯原理，波前OG面上的每一点均可视为发射子波的新波源。当光线R₁从O点进入折射介质（2）时，光线R₂仍在入射介质（1）中传播。在t₂瞬间，R₂到达界面M点，R₁已在折射介质（2）中传播了OS距离。OSmv_γ（t₂-t₁）。即R1从O点发出的子波已在折射介质中形成以OS为半径的一个半圆波面。从M点向此半圆波面作一切线与波面相切于S点。MS为t₂瞬间折射光束的波前。OS为折射光束的传播方向。

图3-6　光的反射与折射

图3-7　光的折射定律

图3-7中　在△OMG中，∠GOM=i，MG=OMsini　　　（1）

　　　　 　△OSM中，∠OMS=γ，OS=OMsinγ　　（2）

　　　　　 以（2）式除（1）式

　　　　　 因MG=Vi（t₂-t₁） ， OS= V_γ（t₂-t₁）， 带入（3）式得：

（4）式为折射定律，两种介质一定时，n为一个常数。称为第二介质（折射介质）相对第一介质（入射介质）的相对折射率，如果入射介质为真空（或空气），n值则为折射介质的绝对折射率。一般我们所指物质的折射率都是相对真空（或空气）而言的，即其绝对折射率。

从上式可知，光波在介质中的传播速度越大，该介质的折射率越小；反之，光波在介质中的传播速度越小，该介质的折射率越大。介质的折射率值与其组成成分、结构有关。在宝石学中，宝石折射率是反映宝石成分、晶体结构的非常重要的常数之一。是宝石种属鉴别的可靠依据。

3.光的全反射

根据折射定律，当光波由折射率较小的介质（光疏介质）射入折射率较大的介质（光密介质）时，其折射光线偏向法线。反之，当光波由折射率较大的介质射入折射率较小的介质时，其折射光线偏离法线（图3-2-5）。

在图3-2-5中，S面为光密介质与光疏介质的分界面，O为总光源。从光源OB、OC、OD、OE一系列光波向S面入射。其中OA光垂直界面，i=0°，故γ=0°，不发生折射，AA′光沿OA原方向射入光疏介质中。

随着光波入射角的加大，折射角势必不断增大，折射光线越来越偏离法线。当光线的入射角加大到一定程度时（如图中的OD光线），γ=90°，相应得折射线DD′将沿界面进行传播。如果光波的入射角继续增大（如图中的OE光线），γ>90°，入射光不再发生折射，而是全部反射回入射介质中，且遵循反射定律，反射角=入射角（i=γ）。这一现象称为光的全反射，与γ=90°相应得入射角称为全反射临界角。

图3-8　光的全反射

设图3-8中光疏介质的折射率为n₁，光密介质的折射率为n₂（n₂> n₁），全反射临界角为φ，将得出下式：

根据上式，如果光密介质的折射率值n₂已知，便可根据全反射临界角计算出光疏介质的折射率值n₁值。宝石用折射率仪就是根据全反射原理设计制成的。反之，当n₂和n₁值已知时，根据上式可以计算出全反射临界角的值。在宝石加工中，为了使刻面达到对光的全反射效果，可根据加工宝石的折射率值，通过上述关系式，计算出最佳的刻面角度。

（三）均质体与非均质体

根据光学性质在宝石的传播方式不同，可将宝石分为均质体和非均质体两大类。

1.均质体光学性质在各个方向上相同，即光在均质体宝石的各个方向上传播时，其速度和性质都是一样的

特点：（1）不改变入射光的振动特点和方向。

（2）只有一个折射率 。如钻石RI=2.417。等轴晶系和非晶体的宝石属均质体宝石。钻石、石榴石、尖晶石、玻璃等都是均质体宝石。

2.非均质体宝石

其光学性质随方向而异。当光波进入非均质体宝石时，一般会分解成振动方向互相垂直、传播速度不同、折射率不等的两束偏振光，这一现象称为光的双折射。除了等轴晶系以外的宝石为非均质体宝石

图3-9　非均质体光的传播

特点：（1）分解成振动方向互相垂直、传播速度不同、折射率不等的两束偏振光。

（2）有无个数折射率 ，折射率有一定的范围。如水晶RI=1.544～1.553。

光沿非均质体的特殊方向射入时，不发生双折射，基本上不改变入射光的振动特点和方向，这个方向称光轴。中级晶族只有一个方向不发生双折射，只有一个光轴，称一轴晶宝石，如：红宝石、蓝宝石、祖母绿、碧玺、水晶。而低晶族有两个方向不发生双折射，有二个光轴，称二轴晶宝石。如：橄榄石、金绿宝石、托帕石。

二、颜　色

颜色是最直观、最明显的光学性质，是肉眼识别宝玉石最重要的依据之一，也是决定宝石品级，确定宝石价值的大小的重要因素。

宝石正是因为颜色的丰富多彩和艳丽美妙而被人们所欣赏。自然界珍贵的宝石都有特征的颜色，如鸽血红、祖母绿等，它们是决定宝石档次、品级的重要特征及标准。宝石颜色的纯正匀净与否是划分宝石价值高低的重要因素。在宝石的鉴定中，颜色及色调有时也是区别各类宝石品种、天然与合成、天然与优化处理的重要标志之一。大多数宝石的颜色都是组成宝石的化学成分中的致色元素对光选择性吸收所造成，也有部分宝石是由物理性质呈色。

1.宝玉石颜色的形成

（1）颜色的本质

在一般情况下，视觉正常的人仅能感觉到700～400nm 范围的波谱，（可见光—自然光）其颜色依次为红、橙、黄、绿、蓝、紫。

图3-10　自然光谱（彩图11）

一定的物体包括发光体具有固定的光谱特征，具有特定的颜色，所以颜色是客观存在的。但是，另一方面，颜色又受到人眼和大脑对物体辐射的接收和判断，接收和判断的正确度影响到不同人对颜色的表达。形成颜色要具备三个条件：

①（白）光源；

②反射或者折射时改变这种光的物体；

③接受光的人眼和解释它的大脑。

三个条件缺一不可，否则就没有颜色。

（2）宝玉石对光的吸收

白光照射到宝石上，会被宝石吸收，如果均匀地吸收所有的可见光，宝玉石将呈现灰色到黑色，如果只是吸收了可见光中的某些波长的光线，对光线不均衡地吸收，宝玉石将呈现出颜色，这种性质称为选择性吸收。

（3）宝玉石的颜色

宝玉石不均衡地吸收（选择性吸收）白光，导致被吸收的较弱波长的光线和未被吸收的较强的波长的光线混合在一起透射（或者反射）出宝玉石，形成颜色。这种由残余光线而形成的颜色称为剩余色，由剩余色性形成的颜色称为宝石的体色。

与宝石体色对应的是宝石的辉光和晕彩，例如黑欧泊的体色是深蓝色，它的变彩有红、黄、绿等多种颜色。

2.宝玉石颜色的描述方法

（1）颜色的互补和加和律

宝玉石对白光中各色光波不等量吸收，选择性吸收后所呈现的颜色遵从色光的混合—互补原理。当两种色光混合后呈现白色，则称这两种色光为互补色光。红光与青光、绿光与品红光、蓝光与黄光等都是互补色光。如宝石对白光中的黄光吸收较多，对其他色光吸收程度相近，则呈现出蓝色。

宝石矿物颜色的深浅，取决于宝石对各色光波吸收的总强度。吸收的总强度大，颜色就深，反之颜色则浅。

（2）颜色要素

宝石的颜色特征可以用色度学规定的色调、明度、饱和度三要素来描述：

①色调（色彩）

指颜色的种类，彩色宝石的色调取决于光源的光谱组成和宝石对光的选择性吸收，也是彩色间相互区分的特性，如红色、绿色和蓝色。

②明度（亮度）

指人眼对颜色明暗度的感觉。彩色宝石的明度的大小取决于宝石对光的反射或透射能力，即宝石本身颜色的深浅和加工的光学效果。

③饱和度（纯度）

指颜色的纯净度和鲜艳度。色彩的纯净程度，它取决于宝石对光的选择性吸收程度。

图3-11　饱和度（彩图12）

（3）颜色的定性描述

通常对颜色的命名方法是将主色调放在后面，用颜色修饰词描述次要的色调，如绿黄色、紫红色等，把颜色浓度的修饰词放在最前面，如浅黄绿色，淡蓝紫色等。

3.宝石颜色的呈色机理

（1）致色元素

化学元素中有些元素的氧化物和化合物带有颜色，这些元素主要属于元素周期表的过渡元素和镧系元素，被称为致色元素，主要有Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和稀土等。在宝石中，这些元素对宝石的颜色也起着重要的作用。但是，物体具有颜色的机制非常复杂，有些非致色元素在特定的分子结构中会产生颜色，同样，致色元素在不同的分子结构，具有不同的致色作用， 例如红宝石中的Cr³⁺导致红色，祖母绿中的Cr³⁺导致绿色。当致色元素的化合价不同时，产生的颜色不一样。 例如钙铁榴石中的Fe³⁺导致浅黄色，铁铝榴石中的Fe²⁺深红色。过渡元素致色作用的机制可用各种物质结构的理论来解释。

（2）色心

色心是一种能导致物体产生颜色的晶格缺陷，可以分为电子色心和空穴色心两类：

① 电子色心：电子占据了阴离子空位时所产生的色心。也可认为电子被捕获并占据了通常情况下本不应有电子存在的位置时，就形成了电子色心。

② 空穴色心：由于阳离子缺失而相应产生的电子空位。也可认为一个本该存在电子的位置上缺少一个电子，留下一个“空穴”和一个能吸收光的未配对的电子，这种缺陷称为“空穴”色心。

色心是某些宝石种的主要致色原因，如萤石、紫晶、烟晶、蓝色托帕石和钻石等。

色心和致色元素的最大区别是，色心形成的颜色在一定条件下（如高温），会由于晶格缺陷的变化或者消失，而改变色心的性质，致使颜色发生改变或者褪色，称为色心转移和漂白。这种机制在宝石的颜色改性处理中发挥很大的作用。

（3）物理呈色

由于光的干涉、衍射、色散、散射和反射等物理现象导致的颜色，它常常叠加在宝石因选择性吸收而呈现的体色上，进一步增加宝石颜色的美丽和神秘。如欧泊的变彩、日光石的褐红色反光、钻石的火彩等。

（4）自色宝石、他色宝石、假色宝石

①自色：由化学成分中的主要元素引起颜色。

如橄榄石（Mg，Fe）₂［SiO₄］中的致色元素是Fe，参与化学分子式，为主要元素，其含量是不变的，颜色单一。

特点：主要元素、颜色单一

②他色：由化学成分中的杂质元素引起颜色。

如红蓝宝石（Al₂O₃），纯净时是无色的，当含有铬Cr时呈现出红色、含铁和钛Fe+Ti时呈蓝色。翡翠NaAlSi₂O₆，白色—纯净时；绿色—Cr：鲜绿色；Fe：深绿色。因两者同时存在，可现不同深浅的绿色，使得翡翠颜色丰富多彩。

绝大多数的宝石都是他色宝石。

特点：杂质元素、颜色变化大

③假色：与宝石的化学成分和晶体结构没有直接关系，而与光的物理性质作用有关。如内部的包体、解理等，对光的折射、反射等光学作用产生颜色。

表3-1　自色宝石和他色宝石一览表

（5）解释宝石致色机制的理论

除了物理呈色，宝石颜色的形成机制可以用各种物质结构的理论来解释，目前常用的对颜色现象的解释具有成效的理论有：晶体场理论、配位场理论、分子轨道理论、能带理论等。

三、透明度

1.透明度的物理定义

宝玉石的透明度是指宝石允许可见光透过的程度。

2.宝玉石中透明度的划分

宝玉石的透明度范围跨越很大，无色宝石可以达到透明，给人于清澈如冰的感觉，而完全不透明的宝石则较少。在研究宝石的透明度式，应以同一厚度为准。

在宝玉石的肉眼鉴定中，通常将宝玉石的透明度大致划分为：透明、亚透明、半透明、微透明、不透明五个级别。

（1）透明

能容许绝大部分光透过，当隔着宝玉石观察其后面的物体时，可以看到清晰的轮廓和细节，如水晶。

（2）亚透明

能容许较多的光透过，当隔着宝玉石观察其后面的物体时，虽可以看到物体的轮廓，但无法看清其细节。

（3）半透明

能容许部分光透过，当隔着宝玉石观察其后面的物体时，仅能见到物体轮廓的阴影。

（4）微透明

仅在宝玉石边缘棱角处可有少量光透过，隔着宝玉石已无法看见其背后的物体。

（5）不透明

基本上不容许光透过，光线被宝玉石全部吸收或反射。(www.xing528.com)

图3-12　透明度（彩图13）

3.影响宝玉石透明的因素

宝玉石的透明度取决于宝玉石对光的吸收因素。吸收因素越大，透明度越低。而吸收因素的大小则与宝石内部的晶格类型有关。不同的晶格类型具有不同的吸收因素，从而表现不同的透明度，金属晶格内部存在着大量的自由电子，自由电子的跃迁对光有明显的吸收，所以具有金属晶格的宝石矿物，如赤铁矿，透明度很低，几乎不透明。而原子晶格和离子晶格内，往往缺失自由电子，对光的吸收能力相对较弱，因此具有较高的透明度。钻石具有典型的原子晶格，可有很高的透明度。

此外，宝玉石的透明度还受厚度、自身颜色、颗粒结合方式、杂质、裂隙等因素的影响。

厚度对透明度的影响。同一品种不同厚度的宝玉石表现的透明度不同。厚度越大透明度越低。这是因为随着宝玉石厚度的增大，光在宝石中穿越的路程越长，宝石对光的吸收越大，也就是说入射光的光能消耗越大，宝石的透明度越弱。

颜色对透明度的影响。同一品种同一颜色系列的宝石，颜色越深，透明度越低，这是由颜色成因决定的。在晶体场中不同能级的电子跃迁可产生不同的颜色，而参与同一能级跃迁的电子数的多少则决定颜色的深浅，参与同一能级跃迁的电子数越多，对入射光能量消耗越多，宝石的颜色就越深，相应的透明度就越低。

杂质对透明度的影响。宝玉石中常含有一些细微的杂质，如晶体包体、气液包体或裂隙等。由于包体等杂质的折射率与主体宝石折射率的差异，入射光在包体与主体宝石的接触处发生折射、散射等。使通过宝石的光强度降低，从而使透明度降低。以乳石英为例，当无色透明的石英晶体中含有丰富的细小的气液包体时，这些细小的气液包体对入射光产生折射、散射，使原本透明的晶体呈现半透明的乳白色。

集合体结合方式对透明度的影响。宝石多为单晶矿物，而玉石则为单矿物集合体或多矿物集合体。同一种属的宝石矿物单晶体的透明度高于集合体的透明度，如无色纯净的水晶晶体清澈透明，而微粒石英的集合体即石英岩则表现为半透明至近不透明。这是因为当入射光进入矿物集合体时，光线在矿物集合体如玉石的透明度受其组成矿物粒度、颗粒边缘形态、颗粒边缘结合方式等因素的影响。矿物粒度越不均匀，排列越杂乱，颗粒边缘越不平直，则对光的折射、散射作用越强，透明度越低。这也是我们看到玉石材料很少有高透明度的原因。

透明度与颜色一样，是一种非常直观的现象，如果两者结合在一起，对识别和评价宝玉石更有意义。如软玉和岫玉在外貌十分相似，但两者在透明度上差异比较大，岫玉的透明度比软玉好，前者为半透明，后者为微透明。

四、折射率RI与双折射率DR

折射率RI和双折射率DR是宝玉石的主要的物理常数之一，是宝玉石种属鉴别的重要依据。是珠宝证书中必不可少的内容。

根据折射定律，宝石的折射率等于光在空气中的传播速度与光在宝石中的传播速率之比。它是反映宝石成分、晶体结构的主要常数之一。

每种宝石都有折射率（RI）或折射率范围，因折射率具有诊断意义，故折射率成为常规宝石检测的一项重要内容，可用折射仪来测定宝石的折射率。如钻石RI=2.42；水晶RI=1.544～1.553

1.折射率

光的传播速度每秒为30万公里。可是光在射入宝石后，速度会减慢。科学家们将光在真空中的速度和透明物质（宝石就是一种透明物质）中的速度之比，规定为这种透明物质的折射率，用符号（RI）来表示。例如光在金刚石中的速度为每秒12.5万公里，故它的折射率为：

RI（金刚石）=30万公里/12.5万公里=2.4

即金刚石的折射率为2.4。

宝石是透明矿物，它们的折射率在1.4～2.9之间。由于不同的宝石折射率数值不同，我们就可以利用宝石的折射率识别宝石。使用现代化的仪器，能够快速准确地测出宝石的折射率数值，并且毫不损伤宝石。

2.双折射率（DR）

有的宝石，可分为两大类，即“均质体”与“非均质体”。凡是不结晶的物质如玻璃，以及等轴晶系得宝石如金刚石、尖晶石等，都属于均质体；而其他六大晶系的宝石，都属于非均质体。

均质体的宝石，只有一个折射率，称为单折射宝石；而非均质体的宝石，都有两个或三个数值不同的折射率，这称为“双折射”。双折射的宝石，不管它是两个或是三个折射率，其中必定有一个最大的和一个最小的，这二者之差叫做双折射率。例如锆石，属四方晶系的非均质体，具有两个折射率，一个为1.985，另一个为1.92，二者之差为0.065，即锆石的双折射率为0.065。又如蓝宝石，也具有两个折射率，一个为1.760，另一个为1.768，双折射率为0.008。而金刚石属等轴晶系，为均质体，仅有一个折射率。

具有双折射的宝石，会产生一些特殊光学现象，这些现象可以作为识别宝石的依据并具有很大的用处。

五、光　泽

1.光泽的定义及本质

宝玉石的光泽是指宝玉石表面反射光的能力。通常，光泽的强弱用反射率R来表示。反射率是指光垂直入射宝石光面时的强度（I₀）与反射光强度（I_γ）的比值，即R= I_γ/ I₀。宝石反射率的大小主要取决于折射率（n）和吸收指数（K）。

对于不透明的宝石：（n-I）²　　

对于透明的石英：

一般而言，宝石折射率和吸收系数越大，光泽也就越强。通常用R值度量。

实际上，影响光泽的因素很多，而且很复杂。除上述所说的与吸收率和折射率有关外，还与宝石表面的抛光程度、集合体宝石矿物的组成矿物、结构、紧密程度等因素有关，如，一粒表面凹凸不平、抛光粗糙的宝石，会引起光的漫反射，使进入人眼的光减弱，因而表现出相对较弱的光泽。

2.光泽分类

根据光泽的强弱可以将光泽分为金属光泽、半金属光泽、金刚光泽和玻璃光泽等。对于宝石矿物来讲，绝大部分为玻璃光泽，金属光泽和半金属光泽者极少。另外，由于反射光受到宝石矿物颜色、表面平坦程度、集合体结合方式等的影响，还可以产生一些特殊的光泽，如油脂光泽、树脂光泽、丝绢光泽等。

（1）金属光泽

金属光泽：RI ＞2.4，反光极强，一般不透明。如贵金属中金（Au）、银（Ag）、铂（Pt）；在宝玉石中很少出现。

（2）半金属光泽

半金属光泽的宝石矿物，表面呈弱金属般的光亮，一般不透明。如黑钨矿和铬铁矿。宝石中所见赤铁矿多为集合体，受颗粒结合形式的影响，光泽要低于赤铁矿单晶晶面的光泽。

（3）金刚光泽

RI在2～2.6，是非金属矿物中最强的一种光泽。由金刚石表面所显示的一种光泽类型，反光强，如同镜面。 以钻石为代表。无色钻石之所以能成为宝石之王，很重要的一个因素是它具有极强的金刚光泽，在阳光下光芒四射，给人以光彩夺目、灿烂辉煌的感觉。

（4）亚金刚光泽：RI在1.90～2.00，介于金刚光泽与玻璃光泽之间。一种明亮的光泽，如锆石和立方氧化锆CZ。

（5）玻璃光泽

如同玻璃表面所反射的光泽，大多数宝石都具有玻璃光泽，RI在1.54～1.90。如祖母绿、水晶、托帕石、碧玺等。而RI在1.70～1.90的宝石光泽要更明亮，称强玻璃光泽，如红宝石，尖晶石等。

上面光泽等级的划分实际上是人的肉眼对反射光的一种视觉感知，它们往往与反射率、折射率之间没有一个截然的界限，相互之间可能存在一定程度的重叠。上面列出的数据也仅供参考。

由于矿物表面光滑程度和集合方式不同，会使光泽发生变化，形成一些特殊光泽，常见特殊光泽类型有：

（1）油脂光泽

在一些颜色较浅，具有玻璃光泽或金刚光泽的宝石的不平坦断面上或集合体颗粒表面所见到一种光泽。如石英晶面为玻璃光泽，断口可为油脂光泽，集合体的石英岩断口也为油脂光泽。另外，石榴石和磷灰石的断口也多为油脂光泽。

（2）树脂光泽

一些颜色为黄—黄褐色的宝石，断面上可以见到一种类似于松香等树脂所呈现的光泽。如琥珀，其断面上常见到树脂光泽，但当琥珀磨抛出一个非常好的平面时，可呈现一种近似的玻璃光泽。

（3）蜡状光泽

在一些透明—半透明玉石矿物的隐晶质或非晶质致密块体上，由于反射面不平坦，产生一种比油脂光泽暗些的光泽，如块状叶腊石的光泽。

（4）土状光泽

一些细分散的多孔隙的宝石矿物因对光的漫反射或散射而呈现一种暗淡的土状光泽，如风化程度较高的劣质绿松石。

（5）丝绢光泽

一些透明的原具玻璃光泽或金刚光泽的宝石矿物，当它们呈纤维状集合体的形式出现时，或一些具完全解理的矿物表面所见到的一种像蚕丝或丝织品那样的光泽，如虎睛石。

（6）珍珠光泽

在珍珠的表面或一些解理发育的浅色透明宝石矿物表面，所见到的一种柔和多彩的光泽，如珍珠。

3.光泽在宝玉石鉴定中的应用

光泽是宝石的重要性质之一。在宝石的肉眼鉴定中，光泽可以提供一些重要的信息。如翡翠在玉石中其光泽是最强的，为油脂状玻璃光泽，反光强，是其他玉石所不能相比的。

经验丰富的鉴定人员，可以凭借光泽的特征将部分仿制品剔除或对不同的宝石品种进行初步的鉴定。如在斯里兰卡购买的一种混装宝石。其中主要的品种有尖晶石、锆石、石榴石，有经验者可以凭借锆石的亚金刚光泽而将锆石初选出来。如果鉴定者对粗糙的宝石断面有较深刻的认识，光泽可帮助鉴定未切割的宝石。可以利用放大镜来观察宝石的断面，玉髓、软玉等宝石其断面多具有油脂光泽。而绿柱石等单晶宝石的断面则多具玻璃光泽。光泽在宝石鉴定中的另一个应用是对拼合石的鉴定。在放大镜下观察拼合石的不同部位，往往显示不同的光泽。例如以玻璃为底、石榴石为顶的拼合石，由于石榴石的折射率较高，因而表现出强玻璃光泽。上下两部分光泽的差异足以引起鉴定者警惕。

虽然光泽可以作为宝石鉴定的依据之一，但是光泽不是绝对的鉴定依据，它需要与其他手段相配合，才能对宝石做出准确的鉴定。因为光泽除受自身因素影响之外，还会受到抛光程度等的影响。金刚光泽在宝石中是一种很强的光泽，但如果将一切切割和抛光不良的钻石与一块切割抛光都十分好的锆石放在一起，在近距离的明亮光线下观察，单凭光泽，即使是内行人也很难分得出来。

非均质宝石矿物晶体的光泽具有各向异性，相同单形的晶面表现相同的光泽，不同单形的晶面光泽略有差异。

六、色　散

当白色复合光通过具棱镜性质的材料时，棱镜将复合光分解而形式不同波长光谱的现象称为色散，它是由于光在同一介质中的传播速度随波长而异所造成的。白光是一种复色光，它由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同的单色光复合而成。当白光通过具有棱镜性质的材料时，由于不同波长的光在其中的传播速度不同，其折射率也会不同。因此当光线通过射入和射出棱镜材料经过两次折射后，就会把原来的白色光分散而形成不同波长的彩色光谱。

色散的强弱可以用色散值来表示。通常把材料对红光686.7nm和紫光430.8nm 两束单色光的折射率值规定为材料的色散值。色散值越大色散越强，反之越弱，这两种波长的光分别为太阳光光谱中的G线和B线，根据色散值的大小，可将色散划分成不同的等级：极低（0.010以下），低（0.010～0.019），中高（0.020～0.029），高（0.030～0.059），极高（0.060以上）。

色散在宝石中有两种意义。其一可以作为宝石肉眼鉴定的特征之一，特别是在对无色或颜色较浅的宝石鉴定中起着较重要的作用。在一堆无色透明的宝石，如水晶、黄玉、绿柱石、玻璃、钻石中，有经验的宝石工作者可以根据钻石的高色散值（0.044）将钻石挑选出来，还可以根据不同的色散值，将钻石与锆石区分开来。其二，高色散值使宝石增添了无穷的魅力。无色的钻石之所以能成为宝石之王，很重要的原因之一便在于它的高色散值。当自然光照射到角度合适的钻石刻面时，会分解出光谱色。

刻面型宝石的色散作用使白光分解成形成五颜六色的闪烁光的现象，称为火彩。在钻石表面显示出一种五颜六色的火彩。

彩色宝石的色散往往被自身颜色所覆盖，而表现得不十分明显，但是高色散值同样为彩色宝石增添光彩。如绿色的翠榴石，由于具有很高的色散值（0.057），看上去比绿色玻璃还艳丽得多。

具有高色散的宝石有：锰铝榴石0.027，人造钇铝榴石0.028，锆石0.039，钻石0.044，翠榴石0.057 ，合成立方氧化锆0.065，人造钛酸锶0.19，合成金红石0.28。

影响宝石火彩的因素还有体色、净度和切工比例等。

七、多色性

用于描述某些双折射有色宝石中看到的不同颜色的现象。如红宝石多色性明显，而其他的红色宝石都不具备。

多色性是对非均质体有色宝石沿非光轴方向观察时，出现不同颜色或颜色深浅变化的现象。

产生的条件必须是非均质体和有色宝石，而均质体宝石和无色宝石不可能有多色性。差异选择吸收是造成多色性的原因。差异选择吸收：进入非均质体有色宝石的光被分解成两束偏振光，它们对宝石选择吸收的情况不同，其残余色在色调上或颜色上有差异。

多色性包括二色性和三色性。一轴晶宝石可以有二色性。如红宝石、蓝宝石、碧玺、祖母绿等； 二轴晶宝石可以有三色性。如变石、坦桑石、红柱石。

二色性：当光线进入一轴晶有色宝石，沿非光轴方向分解成振动方向互相垂直两束偏振光线，光线呈现出两种不同或同一颜色不同色调的现象。如蓝宝石，在垂直光轴方向的颜色为深蓝色，而在平行光轴方向为浅蓝色或黄绿色。所以，宝石工匠常将台面做成与光轴垂直方向以显示最佳色调。

通常肉眼很难观察到多色性，一般是用二色镜来观测。多色性能帮助区分一轴晶和二轴晶宝石，检测宝石。如红宝石与其他红色宝石。同时，在加工时，也能确定宝石的最佳颜色。

宝石的多色性明显程度与宝石的性质有关，也与所观察的宝石的方向性有关。在平行光轴或平行光轴面的切面内，多色性表现最明显，垂直光轴的切面则不显多色性；其他方向的切面上的多色性的明显程度介于上述两者之间。

表3-2　常见宝石的多色性

八. 亮　度

光线从宝石后刻面反射而导致的明亮程度。它与宝石的透明度、净度及抛光比例有密切关系。

宝石的亮度既取决于宝石的透明度，也取决于宝石的折射率（或者全反射的临界角）。

透明宝石被切磨成刻面型时，如果宝石的亭部刻面的角度合适，使入射的光线在亭部刻面上产生全反射，并从冠部反射出来，使宝石看上去非常明亮。如果切磨的角度不当，光线逸失，导致宝石的亮度降低。

高折射率的宝石具有较小的临界角，能够产生更多的全反射，宝石的亮光好，如钻石折射率值高达2.417，正确的加工比例可以使钻石不漏光，而格外明亮。而低折射率的宝石，临界角较大，即使切磨得当，也很难做到不漏光，其亮光不如钻石等高 折射率的宝石。

因此，宝石的亮度与宝石本身的折射率高低有关，也与宝石琢型具有正确的切工参数有关。折射率值越高，切工参数越正确，越透明度、宝石的亮度就越好。

九、特殊光学效应

特殊光学性质由于光的反射、折射、干涉等造成的光学现象。如猫眼、星光、变彩、变色、砂金效应等，从而增加了宝玉石的美感，提高了自身的价值

图3-13　特殊光学效应（彩图14）

1.猫眼效应

弧面型宝石在光的照射下，表面会呈现出一条闪亮的光带，犹如猫的眼睛，且随光源的移动而移动。造成的原因是内部有一组密集排列包体，如金绿宝石。

图3-14　金绿宝石猫眼（彩图15）

产生猫眼效应的宝石必须具备三个条件：

（1）一组密集的定向排列包裹体或结构。

（2）弧面型宝石的底面与包裹体所在平面平行

（3）弧面型宝石的高度与反射光焦点平面高度相一致。

图3-15　弧面型宝石的高度与眼线宽度的关系

具有猫眼效应的宝石很多，在名称上只有具猫眼效应的金绿宝石可直呼猫眼效石，而其他具猫眼效应的宝石，均需加上宝石的名称。如海蓝宝石猫眼、电气石猫眼、磷灰石猫眼、石英猫眼、人造玻璃猫眼等。

猫眼效应要用平行光照射才能观察得最好。在猫眼评价：眼线是否窄细、明亮；游动是否灵活；是否居中。

2.星光效应

弧面型宝石在光的照射下，其表面出现呈放射状闪动的亮带，如同天空中闪烁星星。如红宝石、蓝宝石。产生机理： 同猫眼效应的形成机理，所不同的是含有两组或两组以上的定向包裹体或定向结构。

图3-16　星光效应（彩图16）

产生星光效应的宝石必须具备三个条件：

（1）两组或两组以上密集的、定向排列包裹体或结构。

（2）弧面型宝石的底面与包裹体所在平面平行。

（3）弧面型宝石的高度与反射光焦点平面高度相一致。

当存在两组相交包裹体或结构时，产生四射星光；当存在三组以60度相交包裹体或结构时，产生六射星光；当存在两套三组相交包裹体或结构时，产生十二射星光，这种情况少见。以刚玉为例，其内部有三组相交120度细而短的金红石针包体，当切割成弧面型宝石时，底面与金红石针包裹体所在平面平行时，便产生六射星光。

图3-17　星光效应的产生与两组以上定向排列的针管状包体和加工方向有关

天然星光宝石特征是：星线发散，不对称，有断腿和宝光，底面多不抛光，可见色带。而合成的星光宝石特征是清晰明亮，星线规则，居中，无断腿和宝光，底面一般要抛光，可见弯曲生长纹。

3.变彩效应

光从贵欧泊所特有的内部结构中反射时，由于光干涉或衍射作用而产生颜色或一系列颜色。并随着光源的移动而变化。

图3-18　变彩效应（彩图17）

产生机理：

欧泊的化学成分为SiO₂·nH₂O，在其结构中SiO₂为近于等大的球体在空间作规则排列，球体之间由含水的SiO₂胶体充填，胶体与球体之间有微小的折射率差异，球体直径与球体之间的孔隙直径近于相等，为150～300nm。这样，欧泊的结构就形成了最典型的天然三维光栅，使入射光发生干涉作用。当转动宝石，即改变入射光角度时，衍射所呈现的颜色亦随之改变，即发生变彩。衍射所呈现的颜色与SiO₂球体大小有关，若球体较小，其内部界面的间距与紫光和蓝光的波长相当，则显现蓝色；若球体较大时，可能产生从紫到红的全色段之颜色。

图3-19　变彩的成因

变彩的评价：色彩是否鲜艳、丰富；色斑分布的面积；基底的深浅。

除贵蛋白石外，拉长石也会具备变彩现象。

4.变色效应

在不同光源照射下宝石会出现不同颜色的现象。如变石，白光下呈红色，日光下呈绿色。

图3-20　变石的变色效应（彩图18）

产生的条件：是变石的可见光吸收光谱中存在着两个明显相间分布的色光透过带，而其余色光均被较强吸收。 例如：变石有两个透光区，一个是绿光区，一个是红光区。由于日光中绿光偏多，所以日光下变石呈现绿色；而白炽灯中红色光偏多，所以白炽灯下变石呈现红色。因此有“白昼里的祖母绿，黑夜中的红宝石”之称。具变彩效应者除变石外，还有哥伦比亚产蓝宝石，泰国产绿色蓝宝石及人造尖晶石变石、人造刚玉宝石及人造玻璃变石等。

5.月光效应

在月光石中存在有折射率不同的钾长石和钠长石薄片互层平行发生的超细微结构引起光的散射、漫反射作用，形成朦胧状的蔚蓝色，即在乳白色的底色中，飘动着一点点微弱的蓝色，如同皎洁的月光，故名月光效应。当互层太厚时，泛为白光，价值与泛蓝光差距很大。

6.砂金效应

光从宝石材料所含规则或不规则的片状矿物或云母小片以及铜片等反射而产生的闪烁效应。最常见是东陵石和砂金玻璃（金星石）。