Человек по своей природе ленив, и не зря говорят, что большинство из его изобретений появилось как необходимость предохранить себя от лишних забот. Видимо поэтому ювелиры, которые далеки от науки, приветствовали бы появление такого прибора, который позволил бы определять камни простым способом, быстро, чисто и без расчетов.
Если бы путем простой установки камня на прибор можно было прочитать его название, указанное стрелкой на калиброванной шкале, такой прибор, несомненно, приобрел бы широкую популярность. Действительно, в последние годы были изобретены и выпущены в продажу (по довольно высокой цене) приборы, очень близкие к такому "идеальному" прибору. Эти рефлектометры предназначены для идентификации драгоценных камней, имеющих чистую и хорошо отполированную грань площадки, по данным измерения их отражательной способности при освещении этой грани узким пучком инфракрасного света. Такие приборы имеют некоторые преимущества перед традиционными типами ювелирного фрактометра, который вот уже три четверти века служит основным инструментом при диагностике драгоценных камней. Но они имеют серьезные ограничения, которые описаны ниже в этой главе.
Поэтому и сейчас рефрактометр является для геммолога одним из основных приборов, и поэтому ниже подробно рассмотрены принципы его устройства и методы использования с максимальной эффективностью. Однако прежде мы должны объяснить сущность явления светопреломления и показателя преломления и описать основные принципы работы рефрактометра.
Что происходит, когда луч света падает на поверхность такого прозрачного твердого тела, как драгоценный камень или лист стекла? Некоторая частьсвета отражается от поверхности камня, причем свет отражается от поверхности камня под углом, равным углу, под которым он падает на нее (угол падения). Именно этот отраженный свет и определяет блеск поверхности камня. Большая часть света, однако, входит в камень, но в этой более плотной среде движется со значительно меньшей скоростью, чем в воздухе.
При вхождении света в более плотную среду, в которой его скорость уменьшается, происходит изменение направления движения луча, падающего наклонно к поверхности, причем новый путь луча проходит ближе к перпендикуляру к границе раздела между двумя средами (или к нормали, как называют этот перпендикуляр).
Отклонение направления светового луча при вхождении в другую среду называется светопреломлением. На рис. 2.1 луч света Ю преломляется при вхождении в более плотную среду ниже поверхности PQ и идет вдоль направления OR. Пунктирной линией показано направление отраженного луча.
Угол, под которым изгибается или преломляется луч при вхождении в камень, зависит от светопреломления камня или его показателя преломления
,
?.
Рис. 2.1. Луч 10, идущий в воздухе, преломляясь в стекле, идет в направлении OR. NOM — "нормаль " (перпендикуляр) к пограничной поверхности. Угол i — угол падения,угол г — угол преломления. На рисунке показано светопреломление в обычном оконном стекле (п=1,52).
который обратно пропорционален скорости света в веществе. Другими словами, показатель преломления среды может быть определен как скорость света в воздухе
, деленная на скорость света в среде.
Скорость света в воздухе равна приблизительно 186 ООО миль/сек (300 ООО км/сек); с такой же огромной скоростью идет к нам свет от Солнца и звезд. В кварце (горный хрусталь, аметист) скорость света снижается примерно до 120 ООО миль/сек (194 ООО км/сек), а в алмазе даже до 76 860 миль/сек (124 ООО км/сек).
Таким образом, алмаз, в котором скорость света, как отмечено выше, составляет 124 ООО км/сек по сравнению с 300 000 км/сек в воздухе, имеет показатель преломления (300 000 : 124 000)=2,42, т. е. самый высокий по сравнению с показателями преломления