Дихроизм

Дихроизм

Два промені, на які двупреломляющий камінь розщеплює падаючий промінь світла, часто поглинаються цим каменем по-різному, внаслідок чого по виходу з каменю вони мають різний колір; таке явище називається дихроизмом. Серед дорогоцінних каменів самий наочний приклад дихроизма дає темно-коричневий турмалін, який зовсім непрозорий для звичайного променя, крім як у дуже тонких зрізах. Світло, що пройшло через пластинку турмаліну, вирізану паралельно кристаллогра-.
фической осі, виявляється плоскополяризованим; до винаходу Николем призми, що носить тепер його ім`я, для одержання поляризованого світла служила турмалінова пластинка. Подібним же чином повне поглинання одного із двох променів викликає поляризацію світла в штучному матеріалі, який називають поляроидом. У кунците й кордиерите відмінність у кольорі двох променів настільки яскраво виражене, що його видне неозброєним оком; кунцит з його привабливим бузковим відтінком — прекрасний приклад дихроизма.
У тих випадках, коли відмінність між квітами не настільки очевидно, треба використовувати прилад, називаний дихроскопом, у якому обоє променя розташовуються поруч один з одним і їх можна, таким чином, порівнювати безпосередньо. На мал. 71 показане обладнання такого приладу в розрізі. Прилад складається із труби, у яку поміщений ромбоєдрический шматок ісландського пшата S такої довжини, щоб можна було одержати два дотичні зображення (мал. 72) квадратного отвору Н, розташованого на передньому кінці труби. У деяких приладах торцеві грані ромбоєдрической призми сточени під прямим кутом до поздовжньої осі, але частіше з обох кінців ромба приклеюють скляні призми G, як це показане на мал. 71. На кінці труби зміцнюється насадка С с круглим отвором трохи більшого розміру. Ця насадка може рухатися уздовж труби або нагвинчуватися на неї на потрібну відстань. Що зазнає випробуванню камінь R можна безпосередньо прикріпити до насадки воском або цементом, так щоб минаючий через камінь світло попадало в отвір Н приладу. Одночасно насадка дозволяє повертати камінь навколо осі труби приладу. Дихроскоп, показаний на мал. 71, має ще більш зручне обладнання: він постачений пристосуванням А, за допомогою якого камінь можна повертати навколо осі, перпендикулярної поздовжньої осі труби, і досліджувати його, таким чином, у різних напрямках. На іншому кінці головної труби поміщена лінза L з невеликим збільшенням для спостереження здвоєних зображень; утримуюча цю лінзу коротка труба може фокусироваться, рухаючись у головній трубі. Багато виготовлювачів тепер поміщають ромбоєдрическую призму близько до лінзи L і тим самим одержують можливість використовувати шматочки ісландського шпату набагато меншого розміру: матеріал, придатний для оптичних досліджень, довгий час був досить дефіцитним
Припустимо, що пластинка турмаліну, вирізана паралельно кристалографічної осі, прикріплена до насадки дихро-скопи й остання повертається. Дивлячись через трубу приладу, ми помітимо, що в ході повного обороту виникають два положення ( під прямим кутом друг до друга), при яких колір двох зображень однаковий; положення найбільшого контрасту перебуває на полпути між ними. Якщо ми досліджуємо одноосьовий камінь у напрямку, що йде під прямим кутом до його оптичної осі, ми одержуємо кольори, що відповідають звичайному й незвичайному променям. У будь-якому напрямку, що йде під меншим нахилом до цієї осі, ми як і раніше одержуємо колір, відповідний до звичайного променя, але інший колір виявляється проміжним між першим і тем, який відповідає незвичайному лучу
При дослідженні двуосного каменю виникає набагато більш складне явище. Утворюються три головні кольори, спостережувані в різних парах у трьох головних напрямках; у всіх інших напрямках видні кольори, проміжні стосовно головних. У каменях з низкою кристалографічною симетрією це явище ще більш ускладнюється зсувом головних напрямків при зміні довжини хвилі світлового променя. Оскільки двуосние камені мають три головні кольори, що відбувається в них явище часте називають трихроизмом, або плеохроизмом; однак у кожному окремому перетині ці камені мають тільки двома квітами, або, інакше кажучи, проявляють дихроизм. У тих напрямках, у яких камені виявляються однозаломлюючими, або в близьких до таких напрямках ніякої різниці у квітах не буде; тому завжди рекомендується досліджувати камінь у дві або більш напрямках, щоб не потрапити випадково на оптичну вісь
Для визначення каменів необхідно відзначати точні відтінки сполучених квітів, тому що вони залежать від природного кольору каменю й, отже, непостійні навіть для каменів того самого виду; важливо вказати, чи є які-небудь зміни кольору, і якщо такі зміни є, то наскільки вони великі. Дихроизм — результат двупреломления, і він не може існувати в ізотропному камені. Однак зворотне твердження було б невірно: у жодному разі не можна вважати, що якщо дихроизма в камені ні, те він изотропен. Так, дихроизма немає в безбарвних каменях, але й у багатьох пофарбованих двупреломляющих дорогоцінних каменях, наприклад у деяких цирконах, дихроизма теж немає або він настільки малий, що його важко побачити. Ця властивість завжди проявляється тем краще, чим сильніше природне фарбування каменю. Наприклад, у темно-зеленому александрите дихроизм набагато сильніше, чим у світлих різновидах хризоберилу
Якщо досліджуваний камінь прикріплюється до насадки дихро-скопи або якимось іншим способом міститься перед його отвором Н, табличку каменю треба повернути до приладу, щоб переконатися, що світло, що попадає в прилад, дійсно проходить через камінь. Якщо протилежний кут пропускає занадто мало світла, то це утруднення можна подолати, помістивши на потрібне місце краплю масла. За зазначеними вище причинами важливо досліджувати камінь і в напрямках, що якнайбільше відрізняються від перпендикуляра до ободка. Зручний, хоча й не дуже точний, спосіб — покласти камінь табличною гранню на яку-небудь підставку й досліджувати колір, що входить у камінь і віддзеркалюваний від цієї грані. Камінь можна повертати на підставці й, таким чином, проводити спостереження в різних напрямках. Необхідно стежити за тим, щоб у випадку фасетной огранювання каменю не прийняти зміну фарбування, пов`язане з дисперсією світла, за прояв дихроизма.
Випробування на дихроизм ефективно для рубіна, тому що його кольори — пурпурний і жовтувато-червоний — помітно відрізняються один від іншого, і за цією ознакою рубін можна легко відрізнити від інших червоних каменів. Один із квітів сапфіру має значно більш помітний жовтуватий відтінок, чому інший, і це використовується для виділення сапфіру серед інших синіх каменів; наприклад, ізотропна блакитна шпінель при випробуванні на дихроизм, звичайно, не міняє своє фарбування, а синій циркон змінюється по фарбуванню від темно-синього до майже безбарвного
Замість дихроскопа можна скористатися поляроидом, але він менш зручний, тому що через нього проходить тільки один промінь. Тому необхідно з`ясувати, чи міняється фарбування, якщо пластинку повертати паралельно її площини, і наскільки велика ця зміна. Оскільки два минаючі промені не можна порівнювати одночасно, слабкий дихроизм можна й не помітити. Певною мірою ці труднощі можна подолати, використовуючи дві пластинки, у яких коливання променів, що пропускаються, перпендикулярні один одному, і домагаючись того, щоб обидві вони висвітлювалися тим самим пучком світла
Вивчення світла, що проходить через пофарбований камінь, має велике значення. Як відзначалося вище, око не здатне аналізувати світло, і для розкладання минаючого променя на складові частини використовують прилад, відомий за назвою спектроскопа. Невеликий прилад прямого бачення має для цього досить високу дисперсію. У приладах, де використовується дифракційна решітка, інтервали в спектрі, що утворюється, відповідні до однакових різниць довжин хвиль, однакові. У призматичних приладах інтервали зменшуються зі збільшенням довжини хвилі й відповідно червоний кінець спектра відносно стиснутий, однак освітленість у цьому типі приладів значно вище, і бліді лінії побачити легше, особливо в синьої й фіолетової частинах спектра, де спектр розтягнуть
Щоб одержати досить ясний спектр поглинання, потрібне гарне висвітлення досліджуваного каменю. Підходящий спосіб — покласти камінь табличкою вниз на столик мікроскопа й сфокусувати на камені світло від джерела за допомогою розташованого під цим столиком конденсора. Окуляр забирають, а на його місці зміцнюють або просто тримають спектроскоп прямого бачення, так щоб його щілина розташовувалася у фокальній площині; при цьому мікроскоп фокусируют, щоб поле зору було повністю освітлене. Якщо камінь має занадто високе світлозаломлення й не дозволяє достатній кількості світла проходити через його підставу, цей камінь треба помістити в масло; якщо немає відповідної ванночки, то трохи крапля масла можна нанести на підставу каменю
Якщо за допомогою спектроскопа вивчати звичайне біле світло, то щілина спектроскопа буде виглядати як широка стрічка, на одній стороні якої фарбування буде фіолетов, що переміняється потім різними відтінками зеленого й жовтого кольору, а на іншій стороні — червоної. У дійсності, однак, спектр не кінчається там, де ми це бачимо,- ні з тієї, ні з іншої сторони; просто наші очі почувають світло тільки в цих границях. Стрічка спектра схожа по виду на поперечний переріз веселки, яка також утворюється в результаті дифракції світла. За межами видимого спектра по обидва боки виявлене багато «октав» випромінювання. Після фіолетової частини йдуть промені (ультрафіолетові), що виявляють найсильніший вплив на звичайну фотографічну пластинку, потім рентгенівські ( Х-Промені) і космічні промені. За межами червоної частини спектра йдуть теплові (інфрачервоні) промені, які ми відчуваємо шкірою, хоча й не бачимо, а зі збільшенням довжини хвилі ми переходимо до електромагнітних хвиль, використовуваних у радіотехніку. Тут доречно, імовірно, зробити застереження. Промені з малими довжинами хвиль, що перебувають за межами
фіолетової частини видимого спектра, на відміну від довгохвильових інфрачервоних променів не можна помітити за допомогою наших органів почуттів, що добре знають по своїх хворобливих відчуттях ті, хто нерозсудливо піддавав себе впливу сильного сонячного світла. Серйозніше може виявитися результат впливу ще більш короткохвильових променів, і тим, хто має намір застосовувати рентгенівське встаткування, обов`язково треба одержати попередні інструкції з роботи з ним, навіть якщо виготовлювачі передбачать необхідні заходи проти неправильного використання й небезпечних випадковостей
Довжини хвиль світлових променів через них дуже малої величини незручно виражати у звичайних одиницях, і для них використовується набагато менша одиниця, називана ангстремом (А) ( на прізвище шведського фізика Ангстрема). Один ангстрем рівний 10
мм, тобто 10 млн. ангстремів становлять 1 мм.
Хоча видимий спектр можна описати як перехід від фіолетового кольору на одному кінці через зелений і жовтий колір до червоного на іншому кінці, перехід від одного відтінку до іншого відбувається настільки непомітно, що питання, де провести ту або іншу границю, найчастіше залежить від суб`єктивного думки; таким чином, величини, зазначені в поміщеній нижче таблиці, треба вважати тільки приблизними. Сонячний спектр містить лінії поглинання, пов`язані із проходженням променів світла через пари різних речовин головним чином в атмосфері Сонця, але також і в повітряній оболонці Землі. Найчастіше ці лінії позначаються особливими буквами; уперше такі позначення ввів фізик Фраунгофер. Відповідні довжини хвиль точно визначені
Приблизні діапазони головних квітів видимого спектра й довжини хвиль головних фраунгоферових ліній, А
Лінії натрового дублету розташовуються так близько одна до іншої, що їх чи ледь можна розрізнити за допомогою звичайного малого спектроскопа, і, як правило, цією відмінністю зневажають; точно так само відповідні яскраві лінії натрового спектра можна вважати однієї лінією. Інша важлива обставина полягає в тому, що лінії В (у червоного кінця спектра) і G (у фіолетового кінця) лежать недалеко від границь добре видимого спектра, тому вони обрані як стандартний інтервал для оцінки дисперсії світла в дорогоцінних каменів. Як зазначено в одній з попередніх глав, використовуються також значення, відповідні до інтервалу між лініями С и F, тому що цей інтервал прийнятий як стандарт для оптичних стекол
Здатність поглинати світло всіх пофарбованих двупреломляю-щих речовин тією чи іншою мірою міняється залежно від напрямку, по якому через них іде світло, причому діапазон цієї зміни пов`язаний з величиною дихроизма, характерної для цих речовин, але варіації кольору, як правило, бувають непомітні, якщо тільки дихроизм не виявляється сильним. Якщо тепер досліджувати світло, що пройшло через пофарбований камінь, за допомогою спектроскопа, можна побачити, що спектр пересічений вертикальними темними смугами: або широкими, з розмитими краями, або вузькими, різкими. Про камені, для яких характерний другий тип спектра, говорять, що вони дають чіткі смуги поглинання. Уперше на ці смуги в спектрі циркону звернув увагу в 1866 г. Черч Смуги в спектрі циркону вивчав також Сорби
. Спочатку він подумав, що вони свідчать про присутність якогось нового елемента, якому він дав назву «жаргоний» ( від слова «жаргон»- назви солом`яно-жовтого циркону.- Переу.), але потім виявив, що смуги викликані дрібною домішкою урану. В останні роки спектри поглинання дорогоцінних каменів залучають усе більшу й більшу увагу; як було встановлено, вони мають важливе значення для ідентифікації описаних нижче каменів
На першому місці тут іде циркон, тому що його спектр поглинання, як ми вже відзначали, був вивчений раніше, чим спектри інших описуваних дорогоцінних каменів, і тому що він як і раніше помітно виділяється цією особливістю. Далі ми торкнемося спектрів поглинання, які можна зв`язати із присутністю хрому, потім тих, у яких головну роль відіграє залізо, і нарешті тих, причина яких дотепер невідома або передбачається без винної впевненості. У якості доповнення описуються спектри поглинання синтетичних і підроблених каменів
1. Спектр поглинання циркону
У спектрі поглинання циркону є наступні головні смуги *: 6910 (ч.), 6830 (в.), 6625 (в.), 6435 (о. ч.), 6210 (у.с.), 6150 (у.с.), 5895 (ч.), 5625 (ч.), 5375 (ч.), 5160 (в.), 4840 (ч.), 4325(ч.),.
Спектр поглинання циркону (фото 19), якщо він добре виражений, наочніше, чим спектр будь-якого іншого дорогоцінного каменю. Насправді, зеленувато-коричневі камені з Бірми дають у видимій частині спектра не менше 36 смуг. Самі чіткі смуги — у спектрах цирконів з острова Шри Ланка (Цейлон); максимальна кількість смуг у цих каменів 14, з них самі помітні 12 перераховані вище. Смуга з довжиною хвилі 6535 — найбільш чітка й стійка, внаслідок чого вона має найважливіше значення для цілей визначення блакитних і білих каменів, настільки популярних у цей час: ця смуга обов`язково присутня у вигляді вузької лінії в червоній частині спектра, але іноді вона виявляється такий блідої, що може вислизнути від недосвідченого ока. Незалежно від того, чи розвинений спектр поглинання циркону частково або повністю, він настільки своєрідний, що з його допомогою цей камінь можна визначати цілком упевнено; цінність такого випробування буде особливо ясна, якщо згадати, що в цьому випадку показники переломлення виходять за межі діапазону звичайного рефрактометра. З іншого боку, слід пам`ятати, що відсутність характерного спектра поглинання ще не дозволяє зробити остаточний висновок, оскільки деякі циркони, особливо червоні, можуть взагалі не давати ніяких смуг
2.