В тех случаях, когда различие между цветами не столь очевидно, надо использовать прибор, называемый дихроскопом, в котором оба луча располагаются рядом друг с другом и их можно, таким образом, сравнивать непосредственно. На рис. 71 показано устройство такого прибора в разрезе. Прибор состоит из трубы, в которую помещен ромбоэдрический кусок исландского пшата S такой длины, чтобы можно было получить два соприкасающихся изображения (рис. 72) квадратного отверстия Н, расположенного на переднем конце трубы. В некоторых приборах торцевые грани ромбоэдрической призмы сточены под прямым углом к продольной оси, но чаще с обоих концов ромба приклеивают стеклянные призмы G, как это показано на рис. 71. На конце трубы укрепляется насадка С с круглым отверстием несколько большего размера. Эта насадка может двигаться вдоль трубы или навинчиваться на нее на нужное расстояние. Подвергаемый испытанию камень R можно непосредственно прикрепить к насадке воском или цементом, так чтобы проходящий через камень свет попадал в отверстие Н прибора. Одновременно насадка позволяет поворачивать камень вокруг оси трубы прибора. Дихроскоп, показанный на рис. 71, имеет еще более удобное устройство: он снабжен приспособлением А, посредством которого камень можно поворачивать вокруг оси, перпендикулярной продольной оси трубы, и исследовать его, таким образом, в разных направлениях. На другом конце главной трубы помещена линза L с небольшим увеличением для наблюдения сдвоенных изображений; содержащая эту линзу короткая труба может фокусироваться, двигаясь в главной трубе. Многие изготовители теперь помещают ромбоэдрическую призму близко к линзе L и тем самым получают возможность использовать кусочки исландского шпата гораздо меньшего размера: материал, пригодный для оптических исследований, долгое время был весьма дефицитным.
Предположим, что пластинка турмалина, вырезанная параллельно кристаллографической оси, прикреплена к насадке дихро-скопа и последняя поворачивается. Глядя через трубу прибора, мы заметим, что в ходе полного оборота возникают два положения (под прямым углом друг к другу), при которых цвет двух изображений одинаков; положение наибольшего контраста находится на полпути между ними. Если мы исследуем одноосный камень в направлении, идущем под прямым углом к его оптической оси, мы получаем цвета, соответствующие обыкновенному и необыкновенному лучам. В любом направлении, идущем под меньшим наклоном к этой оси, мы по-прежнему получаем цвет, соответствующий обыкновенному лучу, но другой цвет оказывается промежуточным между первым и тем, который соответствует необыкновенному лучу.
При исследовании двуосного камня возникает гораздо более сложное явление. Образуются три главных цвета, наблюдаемые в различных парах в трех главных направлениях; во всех иных направлениях видны цвета, промежуточные по отношению к главным. В камнях с низкой кристаллографической симметрией это явление еще более усложняется смещением главных направлений при изменении длины волны светового луча. Поскольку двуосные камни имеют три главных цвета, происходящее в них явление часто называют трихроизмом, или плеохроизмом; однако в каждом отдельном сечении эти камни обладают только двумя цветами, или, иначе говоря, проявляют дихроизм. В тех направлениях, в которых камни оказываются однопреломляющими, или в близких к таким направлениях никакой разницы в цветах не будет; поэтому всегда рекомендуется исследовать камень в двух или более направлениях, чтобы не попасть случайно на оптическую ось.
Для определения камней необходимо отмечать точные оттенки сопряженных цветов, так как они зависят от природного цвета камня и, следовательно, непостоянны даже для камней одного и того же вида; важно указать, имеются ли какие-либо изменения цвета, и если такие изменения есть, то насколько они велики. Дихроизм — результат двупреломления, и он не может существовать в изотропном камне. Однако обратное утверждение было бы неверно: ни в коем случае нельзя считать, что если дихроизма в камне нет, то он изотропен. Так, дихроизма нет в бесцветных камнях, но и во многих окрашенных двупреломляющих драгоценных камнях, например в некоторых цирконах, дихроизма тоже нет или он настолько мал, что его трудно увидеть. Это свойство всегда проявляется тем лучше, чем сильнее природная окраска камня. Например, в темно-зеленом александрите дихроизм гораздо сильнее, чем в светлых разновидностях хризоберилла.
Если исследуемый камень прикрепляется к насадке дихро-скопа или каким-то иным способом помещается перед его отверстием Н, табличку камня надо повернуть к прибору, чтобы убедиться, что свет, попадающий в прибор, действительно проходит через камень. Если противоположный угол пропускает слишком мало света, то это затруднение можно преодолеть, поместив на нужное место каплю масла. По указанным выше причинам важно исследовать камень и в направлениях, как можно больше отличающихся от перпендикуляра к ободку. Удобный, хотя и не очень точный, способ — положить камень табличной гранью на какую-нибудь подставку и исследовать цвет, входящий в камень и отражающийся от этой грани. Камень можно поворачивать на подставке и, таким образом, проводить наблюдения в различных направлениях. Необходимо следить за тем, чтобы в случае фасетной огранки камня не принять изменение окраски, связанное с дисперсией света, за проявление дихроизма.
Испытание на дихроизм эффективно для рубина, так как его цвета — пурпурный и желтовато-красный — заметно отличаются один от другого, и по этому признаку рубин можно легко отличить от других красных камней. Один из цветов сапфира имеет значительно более заметный желтоватый оттенок, чем другой, и это используется для выделения сапфира среди других синих камней; например, изотропная голубая шпинель при испытании на дихроизм, конечно, не меняет свою окраску, а синий циркон изменяется по окраске от темно-синего до почти бесцветного.
Вместо дихроскопа можно воспользоваться поляроидом, но он менее удобен, так как через него проходит только один луч. Поэтому необходимо выяснить, меняется ли окраска, если пластинку поворачивать параллельно ее плоскости, и насколько велико это изменение. Поскольку два проходящих луча нельзя сравнивать одновременно, слабый дихроизм можно и не заметить. До некоторой степени эту трудность можно преодолеть, используя две пластинки, в которых колебания пропускаемых лучей перпендикулярны друг другу, и добиваясь того, чтобы обе они освещались одним и тем же пучком света.
Изучение света, проходящего через окрашенный камень, имеет большое значение. Как отмечалось выше, глаз не способен анализировать свет, и для разложения проходящего луча на составные части используют прибор, известный под названием спектроскопа. Небольшой прибор прямого видения имеет для этого достаточно высокую дисперсию. В приборах, где используется дифракционная решетка, интервалы в образующемся спектре, соответствующие одинаковым разностям длин волн, одинаковы. В призматических приборах интервалы уменьшаются с увеличением длины волны и соответственно красный конец спектра относительно сжат, однако освещенность в этом типе приборов значительно выше, и бледные линии увидеть легче, особенно в синей и фиолетовой частях спектра, где спектр растянут.
Чтобы получить достаточно ясный спектр поглощения, требуется хорошее освещение исследуемого камня. Подходящий способ — положить камень табличкой вниз на столик микроскопа и сфокусировать на камне свет от источника с помощью расположенного под этим столиком конденсора. Окуляр убирают, а на его месте укрепляют или просто держат спектроскоп прямого видения, так чтобы его щель располагалась в фокальной плоскости; при этом микроскоп фокусируют, чтобы поле зрения было полностью освещено. Если камень имеет слишком высокое светопреломление и не позволяет достаточному количеству света проходить через его основание, этот камень надо поместить в масло; если нет соответствующей ванночки, то несколько капель масла можно нанести на основание камня.
Если с помощью спектроскопа изучать обычный белый свет, то щель спектроскопа будет выглядеть как широкая лента, на одной стороне которой окраска будет фиолетовой, сменяющейся затем различными оттенками зеленого и желтого цвета, а на другой стороне — красной. В действительности, однако, спектр не кончается там, где мы это видим,— ни с той, ни с другой стороны; просто наши глаза чувствуют свет только в этих границах. Лента спектра похожа по виду на поперечное сечение радуги, которая также образуется в результате дифракции света. За пределами видимого спектра с обеих сторон обнаружено много «октав» излучения. После фиолетовой части идут лучи (ультрафиолетовые), оказывающие сильнейшее воздействие на обычную фотографическую пластинку, затем рентгеновские (Х-лучи) и космические лучи. За пределами красной части спектра идут тепловые (инфракрасные) лучи, которые мы ощущаем кожей, хотя и не видим, а с увеличением длины волны мы переходим к электромагнитным волнам, используемым в радиотехнике. Здесь уместно, вероятно, сделать предостережение. Лучи с малыми длинами волн, находящиеся за пределами.
фиолетовой части видимого спектра, в отличие от длинноволновых инфракрасных лучей нельзя заметить с помощью наших органов чувств, что хорошо знают по своим болезненным ощущениям те, кто неблагоразумно подвергал себя воздействию сильного солнечного света. Серьезнее может оказаться результат воздействия еще более коротковолновых лучей, и тем, кто намеревается применять рентгеновское оборудование, обязательно надо получить предварительные инструкции по работе с ним, даже если изготовители предусмотрят необходимые меры против неправильного использования и опасных случайностей.
Длины волн световых лучей из-за их очень малой величины неудобно выражать в обычных единицах, и для них используется гораздо меньшая единица, называемая ангстремом (А) (по фамилии шведского физика Ангстрема). Один ангстрем равен 10
мм, т. е. 10 млн. ангстремов составляют 1 мм.
Хотя видимый спектр можно описать как переход от фиолетового цвета на одном конце через зеленый и желтый цвет к красному на другом конце, переход от одного оттенка к другому происходит настолько незаметно, что вопрос, где провести ту или иную границу, чаще всего зависит от субъективного мнения; таким образом, величины, указанные в помещенной ниже таблице, надо считать только приблизительными. Солнечный спектр содержит линии поглощения, связанные с прохождением лучей света через пары различных веществ главным образом в атмосфере Солнца, но также и в воздушной оболочке Земли. Чаще всего эти линии обозначаются особыми буквами; впервые такие обозначения ввел физик Фраунгофер. Соответствующие длины волн точно определены.
Приблизительные диапазоны главных цветов видимого спектра и длины волн главных фраунгоферовых линий, А
Линии натрового дублета располагаются так близко одна к другой, что их едва ли можно различить с помощью обычного малого спектроскопа, и, как правило, этим различием пренебрегают; точно так же соответствующие яркие линии натрового спектра можно считать одной линией. Другое важное обстоятельство состоит в том, что линии В (у красного конца спектра) и G (у фиолетового конца) лежат недалеко от границ хорошо видимого спектра, поэтому они выбраны как стандартный интервал для оценки дисперсии света у драгоценных камней. Как указано в одной из предыдущих глав, используются также значения, соответствующие интервалу между линиями С и F, так как этот интервал принят как стандарт для оптических стекол.
Способность поглощать свет всех окрашенных двупреломляю-щих веществ в той или иной мере меняется в зависимости от направления, по которому через них идет свет, причем диапазон этого изменения связан с величиной дихроизма, характерной для этих веществ, но вариации цвета, как правило, бывают незаметны, если только дихроизм не оказывается сильным. Если теперь исследовать свет, прошедший через окрашенный камень, с помощью спектроскопа, можно увидеть, что спектр пересечен вертикальными темными полосами: либо широкими, с размытыми краями, либо узкими, резкими. О камнях, для которых характерен второй тип спектра, говорят, что они дают четкие полосы поглощения. Впервые на эти полосы в спектре циркона обратил внимание в 1866 г. Черч Полосы в спектре циркона изучал также Сорби
. Вначале он подумал, что они свидетельствуют о присутствии какого-то нового элемента, которому он дал название «жаргоний» (от слова «жаргон»— названия соломенно-желтого циркона.— Перев.), но затем обнаружил, что полосы вызваны мельчайшей примесью урана. В последние годы спектры поглощения драгоценных камней привлекают все большее и большее внимание; как было установлено, они имеют важное значение для идентификации описанных ниже камней.
На первом месте здесь идет циркон, потому что его спектр поглощения, как мы уже отмечали, был изучен раньше, чем спектры других описываемых драгоценных камней, и потому что он по-прежнему заметно выделяется этой особенностью. Далее мы коснемся спектров поглощения, которые можно связать с присутствием хрома, затем тех, в которых главную роль играет железо, и наконец тех, причина которых до сих пор неизвестна или предполагается без должной уверенности. В качестве дополнения описываются спектры поглощения синтетических и поддельных камней.
1. Спектр поглощения циркона.
В спектре поглощения циркона имеются следующие главные полосы *: 6910 (ч.), 6830 (у.), 6625 (у.), 6435 (о. ч.), 6210 (у. с.), 6150 (у. с.), 5895 (ч.), 5625 (ч.), 5375 (ч.), 5160 (у.), 4840 (ч.), 4325(ч.),.
Спектр поглощения циркона (фото 19), если он хорошо выражен, нагляднее, чем спектр любого другого драгоценного камня. В самом деле, зеленовато-коричневые камни из Бирмы дают в видимой части спектра не меньше 36 полос. Самые четкие полосы — в спектрах цирконов с острова Шри Ланка (Цейлон); максимальное количество полос у этих камней 14, из них самые заметные 12 перечислены выше. Полоса с длиной волны 6535 — наиболее четкая и устойчивая, вследствие чего она имеет важнейшее значение для целей определения голубых и белых камней, столь популярных в настоящее время: эта полоса обязательно присутствует в виде узкой линии в красной части спектра, но иногда она оказывается такой бледной, что может ускользнуть от неопытного глаза. Независимо от того, развит ли спектр поглощения циркона частично или полностью, он настолько своеобразен, что с его помощью этот камень можно определять вполне уверенно; ценность такого испытания будет особенно ясна, если вспомнить, что в этом случае показатели преломления выходят за пределы диапазона обычного рефрактометра. С другой стороны, следует помнить, что отсутствие характерного спектра поглощения еще не позволяет сделать окончательный вывод, поскольку некоторые цирконы, особенно красные, могут вообще не давать никаких полос.
2.