Prima problemă în determinarea piatră este de a afla la care minerale din moment ce aparține: dacă este corindon (rubin sau safir), beril (smarald sau acvamarin), cuart (ametist sau citrin), topaz, turmalina, spinel, olivină sau zircon.
Prima ipoteză despre natura pietrei poate fi de multe ori face pe baza culorii sale, luciul și aspectul general, dar pentru a fi siguri de corectitudinea determinării este posibilă numai ca rezultat al măsurării uneia sau alteia dintre constantele sale optice sau fizice.
Omul este prin natura sa leneș, și nu spun nimic, că cele mai multe dintre invențiile sale a apărut și necesitatea de a se proteja de griji inutile. bijutieri Se pare că așa, care sunt departe de știință, ar saluta apariția unui astfel de dispozitiv, care ar permite să se determine pietre într-un mod simplu, rapid, curat și fără calcul.
Dacă pur și simplu prin instalarea aparatului pe piatra poate citi numele său, indicat de săgeata de pe scara calibrat, un astfel de dispozitiv ar fi câștigat cu siguranță largă popularitate. Într-adevăr, în ultimii ani, a fost inventat și pus pe piață (la un preț destul de ridicat), dispozitive care sunt foarte aproape de acel dispozitiv „perfect“. Aceste OTDRs sunt proiectate pentru identificarea geme, cu un aspect curat și bine lustruită a site-ului, în funcție de măsurarea reflectanței luminii la marginea unui fascicul îngust de lumină în infraroșu. Astfel de dispozitive au mai multe avantaje față de tipurile tradiționale de fraktometra bijuterii care trei sferturi de secol este principalul instrument în diagnosticul de pietre prețioase. Dar ei au limitări serioase, care sunt descrise mai târziu în acest capitol.
Deci, acum un refractometru pentru gemologist unul dintre dispozitivele de bază, și, prin urmare, principiile sale inferioare discutate în detaliu metodele și aparatele pentru utilizarea cu eficiență maximă. Dar mai întâi trebuie să explicăm esența fenomenului de refracție și a indicelui de refracție și să descrie principiile de bază ale funcționării refractometrului.
Ce se întâmplă când o rază de lumină cade pe suprafața unui astfel de corp solid transparent ca o foaie de piatră sau sticlă scumpă? Unele chastsveta reflectate de suprafața pietrei, iar lumina reflectată de suprafața de piatră la un unghi egal cu unghiul la care cade pe ea (unghiul de incidență). Este această lumină reflectată și determină suprafața lucioasă a pietrei. Cele mai multe dintre lumina, cu toate acestea, intră în stâncă, dar în medie se mișcă mai densă, la o viteză mult mai mică decât în aer.
La intrarea luminii într-un mediu mai dens în care se reduce viteza, există o schimbare în direcția de mișcare a incidentului fasciculului oblic la suprafață, noua cale a fasciculului trece mai aproape de normal la interfața dintre două medii (sau la normal, așa cum se numește perpendicular).
Abaterea direcției fasciculului de lumină atunci când intră într-un alt mediu se numește refracție. Fig. 2.1 fascicul de lumină U este refractată atunci când intră în mediul dens sub suprafață și se extinde de-a lungul direcției PQ OR. Linia punctată arată direcția fasciculului reflectat.
Unghiul la care fasciculul este îndoit sau refractată la intrarea în piatră, piatra depinde de indicele de refracție sau refracție
Fig. 2.1. Grinda 10 care se extinde în aer este refractată în sticlă este în direcția OR. NOM - "normal" (perpendicular) pe suprafața de delimitare. Unghi i - unghiul de incidență, unghiul r - unghiul de refracție. Figura arată refracția în sticlă convențională fereastra (n = 1,52).
care este invers proporțională cu viteza luminii în substanță. Cu alte cuvinte, indicele de refracție al mediului poate fi definită ca viteza luminii în aer
împărțită la viteza luminii în mediu.
Viteza luminii în aer este de aproximativ 186 mile Ltd / sec (300 OOO km / sec); cu aceeași viteză mare ne vine din lumina soarelui și stelelor. Cuarțul (piatra de cristal, ametist) viteza luminii este redusă la aproximativ 120 mile LLC / sec (LLC 194 km / sec), și chiar și în diamant la 76,860 mile / sec (124 LLC km / sec).
Astfel, diamant, în care viteza luminii, așa cum sa menționat mai sus, Ltd. este 124 km / sec, în comparație cu 300 000 km / sec în aer, are un indice de refracție (300 000 124 000) = 2,42, r. F. cea mai mare în comparație cu indicii de refracție de pietre prețioase folosite în bijuterii, ceea ce face strălucirii, luciul de diamant de piatra.
După cum sa menționat mai sus, fiecare mineral are un indice de refracție specific, prin care se poate determina cu un refractometru; o listă a acestor parametri este prezentată în tabelul. 2.1 și aplicații.
Pentru cei care ar dori să obțină cel puțin o idee generală a dispozitivului pe care o folosesc, mai jos este o scurtă descriere a principiului de bază, pe care toate tipurile de refractometrele utilizate pentru a determina pietre. Cu toate acestea, cei care ar dori doar să știe cum să folosească aparatul, dar preferă să evite astfel de explicații se pot face cunoștință cu recomandări practice
Fig. 2.2. Trecerea de la un pahar cu refracției luminii ridicată (n-1,80) dispuse dedesubt, în aer (de mai sus). Raze AO și OB, ajungând la frontieră, parțial refractate și du-te în direcții OA și OB, și reflectată parțial și du-te în direcții OA „și OB“. Raze incident de la un unghi de mai sus critice (COM-34 „) nu pot merge la aer, deoarece unghiul lor de refracție este de 90 ° sau mai mare și, prin urmare, acestea sunt reflectate în totalitate de interfață.
Acestea vor fi prezentate în secțiunea din capitolul „Cum se folosește un refractometru.“
Pentru a înțelege principiul unui refractometru, la rândul său, fig. 2.2. Se presupune că cifra de raze de lumină care provin dintr-un mediu mai dens la o mai puțin densă, să zicem de sticlă în aer. În acest caz, fasciculele sunt deviate departe de NOM (procesul invers în comparație cu cazul considerat în Fig. 2.1) normal. AO fascicul de la interfața și este refractată în aer la un unghi mai mare decât unghiul de incidență de-a lungul OA;, o mică parte din lumina nu trece în aer și este reflectată de căderea spre interior limita de mediu și urmează linia OA“, așa cum se arată prin linia punctată.
De asemenea, în fascicul este refractată și merge de-a lungul RH reflectat parțial de-a lungul OB „Dacă luăm în considerare razele care formează un unghi tot mai mare cu normala a NOM, apoi vin la această ocazie, atunci când fasciculul refractate va merge exact de-a lungul suprafeței OQ -. Interfața a două medii.
V Unghiul de incidență al fasciculului este cunoscut sub numele de unghiul critic. Toate razele ajung la punctul O și pleacă dintr-un mediu mai dens la unghiuri de incidență mai mare decât cea critică, pentru a trece în mediu mai puțin dens nu poate fi reflectată complet înapoi în mediu dens. Aceste raze se spune să fie supuse reflexiei interne totale, iar razele OA „și OB“ sunt supuse doar o reflecție internă parțială.
Fig. 2.2 Unghiul COM poate fi privit ca unghiul critic de incidență; toată lumina, care permite fasciculul SB este astfel complet reflectată înapoi de-a lungul sistemului de operare „și orice alt fascicul, cum ar fi DO, având un unghi de incident chiar mai mare, desigur, de asemenea, reflectat în totalitate de-a lungul DO“. Este important să se înțeleagă că unghiul critic va depinde de raportul indicilor de refracție ai mass-media mai dens și mai puțin dens. De aceea, dacă măsurăm unghiul la care reflexie internă totală începe în două medii care sunt în contact optic (t. E. Unghiul critic), iar dacă știm indicele de refracție al mediului dens
putem calcula indicele de refracție al mediului mai puțin dens
Acesta este principiul de bază al tuturor refractometrele reflecție totală (uneori numită OTDR completă), dar dispozitivele de determinare pietre prețioase, toate calculele sunt evitate ingenios. In astfel de refractometre mediu optic mai dens, cu indice de refracție cunoscut este dat fie prin emisfere lustruite de sticlă cu plumb sau grele prisma cu un unghi de 60 ° la apex, realizat din același material. În fiecare caz, suprafața plană superioară a unei unități de lucru „de masă“. Dacă suprafața lustruită plană a oricărei piatră a cărei indice mai mic decât indicele de refracție al unei emisfere refractie, este în contact optic cu masă menționat, razele care trece prin sticla la piatra refractată în acesta și în afară în aer atunci când acestea cad pe suprafața de piatră la un unghi sub valoarea critică. Cu toate acestea, ele sunt reflectate total înapoi de la suprafața de piatră atunci când se încadrează la un unghi mai mare de critică.
Aici este util semne de „o singură dată, pentru că este confuz pentru cititori. Este unghiul critic al rocii sub care testat aceste raze de lumină care provin din piatra de aer și refractate, da un unghi de 90 ° cu normala (linia perpendiculară pe suprafața de refracție). Cu alte cuvinte, fasciculul refractate la mediul de refracție alunecă pur și simplu pe suprafața dintre cele două medii. Raze incident pe suprafața interioară a pietrei, la un unghi ce depășește unghiul critic nu poate ieși și sunt supuse reflexiei interne totale, adică. E. sunt reflectate înapoi în piatră. Aici piatra este mediu mai dens, iar mai mult indicele de refracție al pietrei, cu atât mai puțin unghiul critic.
În cazul principiului refractometrului este exact la fel, dar aici prismelor de sticlă refractometrului este mediu mai dens, și piatră - mediu mai puțin dens. Astfel, în acest caz, mai mare indicele de refracție al pietrei, mai unghiul critic între scula de piatră și sticlă. v / Raze reflectată de suprafața de piatră, proiectată integral și parțial pe sistemul de lentile la scară transparent care este vizibil prin ocular. Porțiune de scara la care se încadrează razele reflectate pe deplin, arată luminoase, în timp ce restul scalei se va întuneca. Scara este calibrat de către producător direct la valorile indicelui de refracție, astfel încât indicele de refracție al unei piatră de încercare poate fi citit pur și simplu cu privire la statutul marginii umbra (la granița reflexie internă totală) pe scara.
Refractometre, bazate pe reflexie totală internă, utilizată în a doua jumătate a secolului trecut, dar aparatul mai convenabil și ieftin pentru determinarea pietre a fost proiectat de către Herbert Smith abia în 1907 a apărut refractometru relativ recent, foarte compact, Reiner (fig. 2.3a) are loc prismă emisferică cu vârful trunchiat, realizat din sticlă cu plumb, dar principiul de funcționare al dispozitivului rămâne aceeași. Inițial aplicarea prismă a fost determinată de capacitatea de a utiliza minerale izotrope în loc de sticlă. versiuni speciale ale refractometrele, Anderson si Payne fost necesar prismă sintetice spinel, sfaleritul și diamant. Aceste dispozitive au avut peste standard de anumite avantaje, dar în același timp, unele restricții. Refractometrul Limitele Reiner scară în sus 1,30-1,86. Spinelului refractometru intervalul scurtat de indicele de refracție măsurabilă (1,30-1,68) permite utilizarea pe scară mai extinsă, în timp ce diamant refractometru limita superioară superioară a valorilor măsurate (1,55-2,05) necesită să respecte aplicarea pe scara ocularului mobile. În prezent, există instrumente folosind prisme de oxid de zirconiu cubic, cu o serie de indici de refracție măsurate 1,40-2,10.
refractometre fabricate larg răspândite în mai multe alte țări. Ei lucrează exact același principiu ca și cel al echipamentului britanic, al cărui descriere este dată în acest capitol, ci pentru a le sunt recomandări în mod egal aplicabile oferite aici.
Refractometru "Dayeldeks" (Dialdex).
În 1972, compania „Reiner“, a lansat un brand nou tip refractometru (fig. 2.3 din dreapta), deși funcționează pe același principiu ca și toate anterioare
Figura 2.3. refractometre Reynerovskie: standard (stânga), de tip "Dayeldeks" (dreapta).
modele adecvate. În loc de o scară ca în refractometrul standardul, observatorul, plasarea picătură de lichid de contact și a testa piatra de pe masa de instrumente și vede un ecran gol, divizat în părți de lumină și întuneric, și în funcție de natura limitei de piatra dintre ele pot fi simple sau duble, și ei poziţia de pe ecran este definită ca de obicei, cu una sau mai multe pietre indici de refracție. Prin rotirea tamburului ecartament montat pe partea dreaptă a dispozitivului, în câmpul vizual deplasează indicator negru în formă de panglică, care pot fi combinate cu orice margine umbră. Indicele de refracție corespunzător poate fi foarte ușor de citit de pe tambur - de unde aparatul nume (Dialdex - azimut cerc). Comparativ cu anterioare Rayner modelele refractometru acest dispozitiv vă permite să ajungi la acuratețea uneia sau a două unități în al treilea după semnul zecimal. Un alt avantaj este mai mică variația noii ferestre, din care se face prisma, care dă o limită bruscă de reflexie internă totală atunci când sunt iluminate cu lumină albă, și utilizarea filtrului de culoare galben închis în legătură cu o sursă intensă de umbrire lumina limita devine atât de puternică încât nu este nevoie o lampă de sodiu (cm. mai jos).
Producătorii sunt deja utilizate pentru proprietățile unice ale izotrope imitație de diamant, având un indice de refracție mare, folosindu-le ca material pentru fabricarea refractometrul prismă în locul sticlei de plumb moale. Refractometru, cunoscut sub numele de "ER 602 Riplus" ( "E11 602 Riplus") se face pe o bază comercială de A.Kryussa din Hamburg. Prism acest dispozitiv este fabricat din titanat de stronțiu (indicele de refracție pentru raze obișnuite 2418); astfel, dificultățile asociate cu contactul lichid utilizat în mod normal, sunt depășite prin utilizarea unei topituri cu lichid de mare indice de refracție care este asigurată prin încălzirea electrică a prismei. Acest aparat permite măsurarea indicelui de refracție în intervalul de 1,75 până la 2,21 (fig. 2.16).
Un alt pas în dezvoltarea de dispozitive de acest tip este utilizarea la începutul anilor optzeci pentru producerea de prismă zircon (n
= 2.17). In aceste dispozitive, care au incorporat putere optimă de lumină aleasă (galben diode sau lumină albă emițătoare de lumină), ca medii de contact lichide utilizate cu indici de refracție mari cu valorile 1,80, 1,90, 2,00 și 2,11. Gama de măsurare a indicelui de refracție este 1,40-2,10. Acest dispozitiv a fost dezvoltat de California „BS & T sistem optikel electric“ (Sisteme ST electro-optice), cu toate acestea prism acum refractometru de oxid de zirconiu cubic produs de alți producători.
Refractometre, care utilizează prisme stronțiu titanatul, au o gamă mai largă de măsurare a indicilor de refracție, dar punctul lor slab este o duritate scăzută (5.5) al prismei, care necesită o manipulare foarte atentă (tratament) folosind topi. duritate ridicată (8,5) din prisme oxid de zirconiu cubi este probabil să fie mai mult decât compensează limita superioară ușor inferioară de măsurare în astfel de dispozitive.
Cele mai multe gemologists, cu toate acestea, se va constata că caracteristicile refractometrului standard, permite să se măsoare indicii de refracție până la valoarea de 1,81, va fi suficient pentru a determina pietrele în cele mai multe cazuri.