Обновление пароля

 > Журнал > Публикации > Материалы и инструменты > Рефрактометрия. Часть1.

Рефрактометрия. Часть1.

14.01.2014 2:46     Просмотров: 2779     Комментариев: 11     
Виды творчества:   Разные виды творчества

Написание сего опуса было вызвано к жизни многочисленными вопросами типа: "У меня есть деньги. Где я могу купить приличный рамановксий спектрометр" коэффициент преломления На встречный вопрос "А зачем Вам нужен именно рамановский спектрометр?" всегда следует ответ: "Камни определять! Вот определю камень таким спектрометром, и уже никто со мной спорить не сможет, и обмануть меня не может... " И так далее, и тому подобное...

Приходится раз за разом рассказывать, что даже профессионалы обращаются к своему спектрометрическому оборудованию, состоящем вовсе не из одного только рамана, в тех редких случаях, когда у них возникает сложность с идентификацией камня СТАНДАРТНЫМИ ГЕММОЛОГИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ! Что для целей идентификации спектрометрия может понадобится лишь раз из ста, а то и из тысячи случаев!

Приходится подолгу объяснять, что приборы эти весьма громоздки, сложны в использовании, и трудозатраты подчас абсолютно несоразмерны ценности результата..  Далее следует переход к тому, что большинство камней несложно идентифицируются куда как более простыми и дешевыми способами..

Сказанное и явилось посылом к тому, чтобы максимально подробно и, надеюсь - понятно, рассказать о всех возможностях, предоставляемых рефрактометром, стараясь помочь понять и основные физические принципы, заложенные в этот чудо-прибор.

~~~~~~~~~~~

РЕФРАКТОМЕТРИЯ. ЧАСТЬ 1.

Поговорим подробнее о наиболее полезном, простом и недорогом способе идентификации драгоценных камней – о рефрактометрии. На самом деле ни один другой способ не дает такой полной информации об изучаемом камне. К примеру, наиболее простой и применяемый метод спектрометрии – изучение спектра поглощения, может давать регулярные «сбои» в виду того, что далеко не каждый камень демонстрирует четкий и читаемый спектр.

С рефрактометрией проще – среди более чем полутысячи изученных в ограненном виде разновидностей камней лишь менее 10% имеют показатели преломления, лежащие за шкалой стандартного рефрактометра, и не поддающиеся идентификации стандартной рефрактометрией. То есть более чем 90% разновидностей камней не требуют для их идентификации ничего сложнее и дороже рефрактометра!

Наряду с микроскопом, рефрактометр - самый нужный и полезный инструмент. В отличии от микроскопа - легкодоступный для любого желающего! Рефрактометр позволяет определить ВСЕ оптические характеристики камня за исключением плеохроичных цветов. С помощью рефрактометра можно определить коэффициент преломления, установить двулучепреломление и определить его числовое значение, определить оптический характер и оптический знак исследуемого камня, то есть - почти все, необходимое для точной идентификации.

В данном материале мы рассмотрим все теоретические и практические вопросы определения оптических характеристик камней, причем не только классически ограненных, но и камней со сфероидными поверхностями – кабошонов и бусин.

ЗАКОН ОТРАЖЕНИЯ


Впервые закон отражения света был сформулирован еще Эвклидом примерно в 280 году до нашей эры. В первом веке нашей эры древнегреческие математики и инженеры доказали, что луч света всегда движется между двумя точками по кратчайшему пути, что позволило применить эвклидов закон для расчетов в практической геометрии. УГОЛ ПАДЕНИЯ СВЕТА РАВЕН УГЛУ ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА. На этом утверждении по сей день построена вся современная геометрия и вся современна оптика.
рефрактометр                                     
 
ЗАКОН ПРЕЛОМЛЕНИЯ

Сегодня мы знаем этот закон как закон Снелла-Декарта. Голландский астроном и математик Виллеброрд Снэллиус «переоткрыл» этот закон в 1621 году, а в 1637 свою независимую публикацию сделал французский философ Рене Декарт. На самом же деле первооткрывателем закона преломления был персидский ученый-энциклопедист Ибн Саль, очень подробно и точно описавший, каким образом луч света «изгибается» при прохождении через лизну.  Описание и объяснение эффекта преломления луча света было представлено в трактате Ибн Саля «Отжиг зеркал и линз» в 984 году нашей эры!

Установлено, что луч света, двигаясь по прямой, меняет траекторию своего движения в момент перехода из одной физической среды в другую. Изменение траектории может быть описано численно путем деления значений синуса угла падения света на плоскость раздела физических сред по отношению к условной оси симметрии на синус угла новой траектории света по отношению к той же условной оси симметрии.
2                                   
То есть Коэффициент Преломления может быть вычислен по формуле:

КП = Sin угла ION : Sin угла MOR

Также установлено, что значение Коэффициента Преломления соответствует соотношению скоростей света в воздухе и в камне:

КП = Скорость света в воздухе : Скорость света в камне

В случае с бриллиантом формула дает такое значение:

КП бриллиант = 300000 км/сек : 123919 км/сек = 2,42

Также коэффициент преломления можно вычислить путем определения соотношения оптических плотностей сред, в нашем случае – делением показателя оптической плотности камня на таковой показатель у воздуха.

ДВА ВИДА ПРЕЛОМЛЕНИЯ

Известно два вида преломления света – одинарное и двойное.

Одинарным преломление (однолучепреломление) обладают изотропные камни. Однолучепреломление означает, что на границе контакта сред (воздух-камень) луч изменил свою траекторию и продолжил движение по ней, при этом не произошло его расщепление, и луч остался одним единственным. Такой вид преломления свойственен аморфным материалам, например – стекло или янтарь, и минералам, обладающим кубической кристаллической структурой, например – алмаз, гранат, шпинель.

Двойным лучепреломлением (двулучепреломление) обладают анизотропные камни. Двулучепреломление означает, что на границе контакта сред (воздух-камень) луч не только изменил свою траекторию, но и расщепился на два или даже три разных луча!
3
Если кристалл минерала обладает только одной осью оптической симметрии (одноосный), то луч расщепляется на два, на ординарный и неординарный лучи. Если кристалл минерала обладает двумя осями оптической симметрии (двухосный), то луч расщепляется на три - Альфа, Бета и Гамма - лучи.

Такое расщепление луча имеет вполне осязаемую визуализацию. На приведенных фотографиях показаны раздвоение граней павильона ограненного циркона и раздвоение надписи под прозрачным кальцитом, оба минерала обладают очень сильным двулучепреломлением.

4

Кальцит, будучи очень мягким минералом, не применим в качестве драгоценного камня для украшений. Но как коллекционный экспонат, ограненный кальцит очень популярен. Призмы из кальцита используются в дихроскопах для определения плеохроизма.

КРИТИЧЕСКИЙ УГОЛ РЕФРАКТОМЕТРА

Рефрактометр – оптический прибор, разработанный для определения критического угла полного внутреннего отражения луча света при прохождении его через камень. Критический угол показывается в виде тени на откалиброванной шкале рефрактометра.

Что же подразумевается под «полным внутренним отражением» и под «критическим углом»?

Понятие «полного внутреннего отражения» апеллирует к известному феномену, когда луч света, проходя из более оптически плотной среды в менее оптическую плотную среду и падая на поверхность оптически менее плотной среды под углом, превышающем определенное значение, полностью отражается о возвращается в оптически более плотную среду. В оптике угол, при котором луч света НЕ проходит в оптически менее плотную среду и НЕ возвращается в оптически более плотную среду, а выводится из операционной зоны в плоскости контакта сред, называется критическим.

Критический угол является углом траектории луча, проходящего из оптически  более плотной в менее плотную среду, преломляющегося под углом 90о по отношению к нормальному преломлению. Именно в этом случае преломившийся луч «скользит» между поверхностями двух сред. Изменение угла падения первоначального луча света может привести к изменению траектории преломленного луча таким образом, что он вернется в начальную более плотную среду. На иллюстрации продемонстрирована зависимость дальнейшего пути луча и значения критического угла от угла первоначального падения луча.
5

РЕФРАКТОМЕТР


Рефрактометр сконструирован таким образом, чтобы использовать феномен полного внутреннего отражения и показывать критический угол.
6
На иллюстрации схемы рефрактометра мы видим, что темная и светлая зоны на шкале рефрактометра созданы светом, отразившимся от камня обратно в оптически более плотную среду призмы, и светом преломившемся в оптически менее плотную среду (камень). Демаркационная линия между светлой и темной зонами на шкале рефрактометра соответствует критическому углу полного внутреннего отражения для конкретного минерала, образец которого уложен на призму рефрактометра.

Так как стеклянная призма является конструктивной частью рефрактометра, мы заранее знаем ее собственный показатель преломления. Данное значение является постоянным (КП призмы). Таким образом, у нас есть все необходимое для вычисления Коэффициента преломления неизвестного камня, уложенного на призму рефрактометра.

Sin критического угла = КП камня : КП призмы рефрактометра

или

КП камня = Sin критического угла x КП призмы рефрактометра.

Геммологические рефрактометры уже имеют встроенную шкалу, пересчитанную и адаптированную непосредственно для того, чтобы тень показывала не критический угол, а собственно значение Коэффициента Преломления.

Как и любой прибор, рефрактометр имеет определенные ограничения. Для простого и корректного определения коэффициента преломления необходимо, что камень имел хорошо отполированную поверхность. Также важно, чтобы поверхность площадки камня была как можно более идеально ровной, искривления поверхности создают определенные сложности. Также осложняют идентификацию царапины на поверхности камня. Невозможно использовать рефрактометр для идентификации мелких камней, закрепленных в украшении из-за того, что поверхность металла в таких случаях всегда «выше» поверхности площадки камня». Для крупных камней, закрепленных в украшении, метод закрепки является определяющим для возможности или невозможности воспользоваться рефрактометром.

Основным ограничителем для применения рефрактометра является показатель преломления исследуемого камня. Если он превышает таковой у призмы рефрактометра, то эффект полного внутреннего отражения становится невозможным, и, соответственно, невозможным становится определение КП камня.

Продолжение следует…

Ключевые слова:  
Ярмарка Мастеров - ручная работа, handmade
 
Жми «Нравится»
и подписывайся на нас в Facebook!

Сообщение модератору

Отправьте сообщение модераторам, если считаете, что данная работа нарушает Правила Ярмарки Мастеров.

Шаг 1 из 3: Создание магазина

Откройте собственный онлайн-магазин в несколько простых шагов и зарабатывайте любимым творчеством
Как будет называться магазин?
Какой у него будет web-адрес?

Шаг 2 из 3: Регистрация

Укажите контактные данные для своего магазина. Уже есть аккаунт?
Введите email
Придумайте пароль
Укажите свой город
< Назад

Шаг 3 из 3: Проверка email

  • Магазин
  • Регистрация
  • Проверка email
Остался завершающий шаг! Мы отправили Вам письмо, перейдите по ссылке в нем, чтобы подтвердить свою почту и начать работу с магазином.
Если письмо не пришло — можем отправить еще раз