寶石的多色性及其在鑒定中的應用

摘要：多色性是指某些非均質透明有色寶石特殊體色效應，即從不同角度觀察顯示不同體色，分二色性和三色性，按顏色或色調深淺亦分為強、中、弱、無。本文系統論述了寶石多色性的概論、光學機理，二色鏡、偏光儀的結構、原理及操作方法，以及在觀察寶石多色性中的應用：判斷寶石的光性，鑒別某些外觀相似的寶石種，以及區分天然及合成紅寶石。因寶石光性特征、裂隙、雜質包裹體的復雜多變，多色性的特殊觀測現象須具體分析。寶石的多色性很少是診斷性的，常作為一種輔助測試，與折射儀等其它儀器測試結果相互補充印證，以提高寶石鑒定的準確率。

關鍵詞：多色性；光學原理；二色鏡；偏光儀；寶石鑒定

一、寶石多色性的概念及光學原理

多色性是某些透明半透明的有色寶石所擁有的特殊體色效應，即從不同方向觀察寶石材料呈現不同顏色或色調。如藍寶石晶體順其柱體處長方向呈藍綠色，垂直延長方向呈藍色。又如堇青石具有極強的多色性，其原石體色為藍紫藍色，轉動堇青石肉眼觀察即可見到至少兩種反差較大的顏色色調：深藍色和灰褐色（圖1）。

多色性給有色寶石增添了觀賞的亮點，但并非所有寶石都能顯示多色性。只有透明半透明的非均質體有色寶石材料才可能顯示多色性。具體來說，根據材質光性特征將寶石分為均質體、非均質體和多晶質集合體（玉石）。從理論上講，均質體、集合體類寶石均無多色性，只有非均質體有色寶石才顯示多色性。其原理解析如下：自然光在垂直光波傳播方向的平面內，沿各個方向都有等振幅的光振動，但當其進入非均質體寶石時，非均質體因各向異性而發生雙折射，光線被分解成振動方向相互垂直、傳播方向不同的兩束偏振光（圖2），因材料對這兩束偏振光吸收不同，吸收后的混合殘余色光亦不相同，因而能看到兩種顏色。相反，當自然光進入均質體寶石材料中，由于均質體具各向同性，即在各個方向上的性質相同，則只發生單折射（圖2），而不能將其分解兩束光，未改變入射光的性質，因而不存在多色性。同理，多晶質集合體亦不能將入射光線分解成兩束，無法觀察到多色性。

多色性是一個總體術語，分二色性和三色性。非均質體材料分一軸晶、二軸晶。其中一軸晶材料顯示二色性，二軸晶材料顯示二色性或三色性。

換言之，顯示三色性的為二軸晶寶石，顯示二色性的可能是一軸晶或二軸晶寶石。多色性不僅有不同顏色或色調之分，而且有顏色深淺或強弱之分，據此可分為強、中、弱、無四個級別。例如：綠色碧璽的多色性可綜合表述為：二色性，強，綠∕深褐色。褐紅色紅柱石的多色性為：三色性，強，黃綠∕綠∕紅褐色。

二、觀察多色性的方法技巧

在寶石鑒定及研究中，觀察寶石多色性常用到兩種儀器，即二色鏡和偏光儀。

（一）二色鏡觀察寶石的多色性

二色鏡由玻璃棱鏡、冰洲石菱面體、透鏡、通光窗口、目鏡等部分組成（圖3）。其中最關鍵的構件是冰洲石菱面體，冰洲石屬雙折射率（DR：0.172）極大的非均質體材料，它能將一束光分解成兩束偏振光，并能使兩束偏振光在目鏡的兩個方形窗口中并排成像，顯示為兩種顏色，因而可觀察到多色性。

二色鏡測試寶石時，須用白光透射樣品，同時將二色鏡緊靠寶石，以保證進入二色鏡的光為透射光，眼睛靠近二色鏡，邊轉動二色鏡邊觀察二色鏡中兩個窗口的顏色差異，轉動二色鏡一周后，應變換寶石的方向，繼續轉動二色鏡觀察顏色變化，這樣變換寶石的方向2～3次后，記錄觀察到的兩個窗口顏色變化的情況。在整個觀察過程中（圖4），若目鏡窗口中共顯示三種顏色，則表明寶石為二軸晶，如坦桑石、堇青石；若共顯示兩種顏色，則寶石可能是一軸晶或二軸晶，如紅寶石、橄欖石等；若不顯示多色性，則可能出現三種情況：①寶石為多晶質集合體，如玉髓、翡翠等；②寶石為均質體，如石榴石、尖晶石等；③寶石為非均質體，但觀察方向與該寶石材料的光軸方向平行，如碧璽屬中級晶族三方晶系的寶石，其光軸C軸與最高次對稱軸L3一致，當沿碧璽中L3方向觀察，轉動寶石或轉動二色鏡鏡筒均無多色性，但只要變換寶石的方位，避開光軸方向觀察，則出現多色性。

此外，二色鏡觀察多色性有以下幾種特殊情況須具體分析：

①某些有色非均質體寶石，從多角度觀察均無多色性，比如紅寶石、祖母綠等。這主要是因為紅寶石、祖母綠一般裂隙發育、多雜質，對進入寶石的光進行復雜的散射、折射及分解，因此觀察多色性較為困難。

②顆粒較小的寶石，從多角度觀察均無多色性，這是普遍存在的現象。此時應可輔助折射儀測試是否為雙折射，間接判斷多色性。

③折射儀測試下已經判定寶石是雙折射（非均質體），且寶石有色、透明、內部干凈，但是無法觀察到多色性。這是因為并非所有非均質體有色透明寶石都能觀察到多色性，例如，黃綠色透明的橄欖石多色性很弱，常難以觀察到。

（二）偏光鏡觀察寶石的多色性

偏光鏡主要功能是鑒別寶石屬均質體、非均質體或多晶質集合體外，亦用來觀察多色性。它是由上、下偏光片、光源、玻璃載物臺等部件構成（圖5）。與濾色鏡類似，偏光鏡也只針對透明半透明的有色寶石，不透明寶石則不無法觀察多色性。具體方法是，打開電源開關，轉動偏光鏡的上偏光片至單偏光位，即上下偏光振動方向平行，這時透過下偏光片的單偏光全部透過上偏光鏡，視域呈全亮（圖5）。此時將寶石放到載物臺上，從2～3個不同的方向上轉動寶石對其進行觀察，如果有顏色變化，說明其具有多色性。綜合不同方向觀察到的顏色，可給出寶石大致的二色或三色性的顏色。若轉變不同方向觀察均無任何顏色變化，則表明無多色性。

須特別注意的是當非均質體寶石光軸與偏光鏡載物臺臺面方向垂直時，轉動寶石無多色性。例如：紫晶屬一軸晶，有唯一的光軸C軸與最高次軸L3方向一致，若該光軸方向與載物臺臺面垂直，觀察者順著光軸觀察則不顯二色性，同理，如金綠寶石屬二軸晶，有兩根光軸OA軸，當其中一根光軸與載物臺臺面垂直（另一根光軸與載物臺斜交）時，亦不顯示多色性。可見，非均質體有色寶石有一至二個特殊方向上不顯示多色性，須變換方位多角度觀察才能避免誤判。

三、多色性在寶石鑒定中典型應用

（1）輔助鑒別外觀相似的寶石種，如紅寶石和紅玻璃，前者有中等多色性，而后者則無多色性。黃綠色碧璽和橄欖石，前者多色性明顯，而橄欖石后者為弱無多色性。

（2）快速鑒別合成及天然紅寶石：特別是鑲嵌紅寶石類飾品效果顯著，因鑲嵌寶石底部被遮擋住，透光性較差，利用顯微鏡下觀察包裹體的方法難度較大。此時，若垂直臺面觀察能見到明顯橙紅色紅色的多色性，則基本判定為合成紅寶石。若垂直臺面無法觀察到多色性，則極有可能是天然紅寶石。這主要是由天然紅寶石與合成紅寶石加工定向不同決定的（圖6）。紅寶石屬一軸晶，天然紅寶石完整晶體常呈六方柱狀、桶狀、厚板狀，為提高原料出成率，使單個成品個頭最大，常使刻面寶石的臺面垂直于光軸（C軸，最高次軸L3）定向，這時順著光軸方向觀察則無多色性。合成紅寶石（焰熔法）常呈“梨晶”，外形類似開水瓶膽或圓桶狀，在晶體形成時，常因內部熱應力作用沿光軸（C軸）方向破裂為兩半。為提高原料的利用率，其臺面常平行與光軸定向，人眼正對臺面即垂直光軸觀察，則能見到最明顯的多色性。

四、結論

多色性是指非均質透明有色寶石具有的特殊體色效應，有二色性、三色性之分，按顏色或色調深淺有強、中、弱、無之分。極少數寶石多色性肉眼即可觀察到，如堇青石，絕大部分寶石須運用二色鏡、偏光鏡觀察識別。觀察多色性可輔助判定寶石的光性特征，鑒別某些外觀相似的寶石種，區分天然及合成紅寶石。但因寶石光性特征、裂隙、雜質包裹的復雜多變，須變換寶石方位多角度轉動觀察，對特殊的觀測現象須具體分析研判。寶石的多色性很少作為診斷性結論，通常只用來幫助確定下一步要做的測試或作為一種輔助測試。

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作者簡介：余煉鋼（1980），男，漢族，湖北黃梅人，碩士，講師，主要從事礦物寶石學教學及研究工作。