第二节 折射仪
宝石的化学成分和晶体结构决定了宝石的折射率。不同的珠宝石材料具有特征的折射率或折射率范围，通过测定宝石的折射率和双折射率数值，可以协助检测者判断珠宝石品种，光性特征。
一、制作原理
当光线从光密介质倾斜射入光疏介质时，折射光线远离法线，即相对靠近两介质分界线。当入射角增大到一定程度，折射光线与法线的夹角为90°，此时的入射角称为临界角；当光线入射角大于临界角时，入射光不发生折射，全部返回到光密介质中，这种现象称为全（内）反射（图1-13）。宝石折射仪就是根据折射定律和全反射原理制造的。
图1-13 全（内）反射
二、结构及工作原理
宝石折射仪主要由棱镜、反射镜、透镜、标尺、偏光片光源等组成（图1-14）。其主要组成部分特点如下。
图1-14 宝石折射仪
①高折射率棱镜：起聚焦的作用。
②接触液：也叫折射油。它的作用是使待测宝石与高折射率棱镜产生良好的光学接触。当折射率升到1.78时，再加入18%的四碘乙烯，折射率可升至1.81。这种接触液可以满足绝大部分宝石品种的测试，并且在正常情况下使用是安全的。折射率大于1.81的接触液都有极强的腐蚀性和剧毒，对测试者和棱镜都十分不利，使用时需要注意通风。
③光源：宝石学中统一采用589.5nm的单色黄光，可以是外置也可以是内置。若入射光为白光，由于宝石的色散，阴影边界为彩色谱带，读数时看准黄绿交界部位即可。用白光作光源，在测试单折射率宝石时尚可，但在测试具双折射的宝石时，两彩色阴影互相叠加，不易读数。棱镜和宝石的色散差别越大，则阴影边界彩色性越强。
④待测宝石：待测宝石必须有抛光的平面或弧面。
⑤工作原理：折射仪的工作原理是建立在全内反射的基础上。该仪器是测量宝石的临界角，并将读数直接转换成折射率值。
宝石为光疏介质，棱镜和接触液为光密介质。当入射角小于临界角时，光线折射进入宝石；当入射角大于临界角时，光线发生全反射，返回棱镜并通过折射仪标尺，再经反光镜反射，使之通过目镜，形成亮区。折射入宝石的光线不能被人眼所观察到，形成暗区。亮暗交界的阴影边界即标志着光线刚好以临界角入射。折射仪中的内标尺都是经过校正的，可以直接读出折射率值。
三、使用方法和测试步骤
使用折射仪可以对具有抛光刻面或弧面的宝石的折射率进行测试，测试范围因所用折射仪棱镜和接触液而异，通常情况下是1.35～1.81。
在使用折射仪进行测试的过程中要注意两个问题，首先是高折射率玻璃棱镜硬度较小，若使用不当，几乎所有的宝石材料都能在棱镜上留下划痕。其次是接触液要适量，由于接触液密度很大，若点得过多，密度较小的宝石会漂浮；若点得过少，则不能使宝石与棱镜产生良好的光学接触。
1.近视法（也称刻面法）
当宝石为刻面形时，采用下列方法和步骤进行测试，称之为近视法或刻面法。
选用宝石最大且抛光最好的一面，用酒精清洗宝石和棱镜。
①打开光源，使光进入折射仪观察视域的清晰。
②将擦拭好的宝石最大刻面，放置于金属台上。
③在棱镜中央轻轻点一小滴接触液，通常液滴直径约1～2mm。
④轻推宝石至棱镜中央，使宝石通过接触液与棱镜产生良好的光学接触，不要用镊子，注意样品的长轴方向要平行于测台的长轴方向。
⑤眼睛靠近目镜，视线垂直于目镜，头上下移动观察视域内标尺的明暗情况，读数并记录。
⑥如阴影边界不清晰，则用手指轻轻转动宝石360°，每转一定角度进行一次观察，读数并记录。所转动角度依据观察者的经验和宝石的情况而定。每转动30°读一次数，每次读数均需来回转动偏光片，如图1-15所示。
图1-15 近视法
⑦测试完毕，将宝石轻推至金属台上，取下。
⑧清洗样品和工作台。
2.远视法（也称点测法）
为了扩大折射仪的使用范围，对小刻面宝石或弧面宝石的折射率采用远视法（点测法）进行近似测试，步骤如下。
①清洗棱镜和宝石，摘下偏光片。
②在金属台上点一滴接触液。
③手持宝石，用宝石最大且抛光最好的一面接触金属台上的液滴。
④将带有合适液滴的宝石轻轻放置于棱镜中央，使宝石通过液滴与棱镜形成良好的光学接触。
⑤眼睛距目镜30～35cm处观察，实现垂直于目镜，头上下移动，读书并记录。
3.读数及记录
①1/2法：取点状影像为半明半暗时明暗交界处的读数并记录（图1-16）。所测数值为最精确的点测法读数，通常可用于表面抛光良好的宝石。读数可精确到小数点后第二位。
图1-16 远视法
②均值法：观察液滴的亮度在标尺的某一区间逐渐变化。取最后一个全暗影像与第一个全亮影像的读数的平均值为所测折射率，误差大。
③观察现象及结论：
a.待测宝石在折射仪上转动360°时始终只有一条阴影边界（固定不变），说明该宝石为各向同性宝石（单折射宝石）。
b.待测宝石在折射仪上转动360°时，出现两条阴影边界，一条阴影边界固定不变，另一条发生移动，说明该宝石为一轴晶宝石。如动值为大值，则为一轴晶正光性宝石；如动值为小值，则为一轴晶负光性宝石。
c.待测宝石在折射仪上转动360°时，两条阴影边界都移动，说明该宝石为二轴晶宝石。如高值移动超过中间值，说明β值接近α值为二轴晶正光性；如低值阴影边界移动超过中间值，说明β值接近γ值为二轴晶负光性。
四、使用折射仪的注意事项
①使用折射仪之前，要对其进行检查和校准。
②测试前擦拭棱镜，使之清洁。
③测试时接触不能过多，也不能过少。
④测试结束后，及时擦拭棱镜残存的接触液，避免接触液腐蚀棱镜，影响棱镜寿命。
⑤与偏光镜、二色镜配合使用，能得出更加准确的结论。
⑥由于类质同象的影响，同种宝石的折射率可能会在一定范围内变化。
⑦所测得结果要经过其他仪器验证。
⑧折射仪需要定期校准，除校准用玻璃外，还常用水晶等作为校准宝石。
⑨个别宝石由于成分变化，会出现多种结果。