折射仪

这是本文档旧的修订版！

折射仪是宝石实验室中最重要的工具之一。它指示（而不是测量）宝石的折射率，这通常为宝石的身份提供重要线索。

尽管人们期望折射仪能够测量宝石内部光的折射，但事实并非如此。它是基于一种名为全内反射（或 TIR）的独特光学现象。为了更好地理解折射仪，首先需要了解折射。

光线(1)通过一个开口(1a)从折射仪后部进入，开口内（或之前）可以放置黄色钠滤光片。然后光线照射到镜子 (2) 上，镜子将光线传输到半圆柱体 (3) 的中心。该半圆柱体由高折射玻璃制成（通常为Schott的 N-LaSF ，折射率约为nD的1.88 ，莫氏硬度约为 6.5）。在半圆柱体和宝石(4)之间的边界处，光线将在宝石内部部分折射，部分在半圆柱体中反射（请参阅下面的全内反射）。反射光线(5)将穿过读数刻度(6)和透镜 (7) 或一系列透镜，具体取决于折射仪的类型。反射光线照射到镜子(8)上，镜子将光线引导至目镜(9)，然后从折射仪外部进入您的眼睛 (11)。目镜（9）可以滑入和滑出以实现更好的聚焦，并且通常与可拆卸的偏光滤镜（10）一起用。

由于半圆柱的硬度与大多数宝石相比相对较低，因此必须小心不要刮伤它。否则会损坏您的折射仪，因为宝石和圆柱之间不可能形成光学接触，并会给您错误的读数。

当光从光密材料（折射率较高）传播到光稀疏材料（折射率较低）时，所有到达两种材料边界的光要么在光密材料内部进行反射，要么被折射到光稀疏材料中，这取决于光的入射角。

对于每两种接触的介质，当光从密度大的介质传播到密度小的介质时，光线完全反射或折射的分界线是固定的，并且可以计算出来。这条分界线称为临界角(ca)。在上面的图像中，您可以看到以红线表示的临界角。

当光以大于此临界角的角度（蓝线）到达两种材料边界时，光线将完全反射回密度大的介质中。以小于临界角的角度到达边界的光将从密度大的介质中折射出来（少量将被反射）进入密度大的介质（绿线）。所有精确地以临界角传播的光都将沿着两种材料边界的路径传播。

注意：在这个例子中，光似乎来自3个光源，但来自单点时原理是相同的。

在半圆柱体中，入射光线和出射光线在指向中心时始终以90度角到达边界。当光线与边界成90度角时不会发生折射。使用半圆柱体，因此进入或离开密度较大的材料的光线不会发生折射。

标准宝石折射仪可以利用这一现象，因为反射的光线将在刻度盘上显示为亮区，而折射的光线不可见（因此显示为黑色）。折射仪刻度盘上显示的明暗边界是临界角的可见表示。

因此，标准宝石折射仪测量玻璃半圆柱体和宝石之间的临界角，并将其绘制在校准的刻度盘上。因此，这种折射仪最好，称为“临界角折射仪”。

适当的照明光源是使用折射仪时的关键特征之一。

虽然使用白光源也可以得到结果，但标准是波长约为589.3nm的单色黄光。这种光源历来被广泛使用，因为它很容易通过在蜡烛中燃烧食盐来产生（成本非常低）。所有宝石的折射率都基于钠光（或nD的使用。

使用不同的波长会产生不同的读数。由于宝石的折射率测量精度为小数点后 0.001，因此应该使用钠光。除非另有说明，所有宝石折射率表均使用此光制作。

白光可用于观察单折射宝石或获得第一印象，应寻找异色白光源的绿色和黄色之间的边界。

然而，对于双折射的宝石，则应改用钠光源，原因也很简单，因为白光下的双折射读数很容易重叠，无法获得正确的读数。当然，较亮和较暗区域之间的边界更清晰，使读数更容易。

请务必购买带有钠过滤器或钠光源的折射仪。

这里事情变得有点复杂。

接触液用于在半圆柱体和宝石之间形成光学接触。这是为了防止空气滞留在宝石刻面和半圆柱体之间，从而破坏全内反射效果。

由于这种接触液体也有自己的折射率，因此半圆柱体和液体之间也会发生全内反射。重要的是确保使用最小的液体滴，这样石头就不会浮在液体上。使用足够的液体来形成“薄膜”。唐纳德·胡佛通过个人交流补充说，太多的液体不仅会稍微抬起石头，读数也可能由于液体内部的折射而略有偏差（光线会略有偏离）。对于薄膜，这种情况是微不足道的，对读数几乎没有影响。

结果显然是两个全内反射读数，一个来自半圆柱体-液体，另一个来自液体-石头边界（根据折射定律，这与没有使用液体时的情况相同）。这就是为什么您还会在折射仪上较高刻度附近看到一个微弱的读数，这是液体的读数。

液体的折射率决定了折射仪可以测试哪些宝石的极限。通常液体的折射率为1.79，但有些液体的折射率为1.81。您无法测量折射率高于所用液体的宝石。折射率高于液体的宝石会给出“负读数”。

有折射率更高的液体可供选择，但它们毒性太大，只能在配备特殊设备的实验室中使用。当然，它们还需要一个折射率比液体更高的特殊半圆柱体。

应该始终保护接触液体免受光照（尤其是1.81型），并且注意不要让液体结晶。

液体的化学成分为：