Настольный спектрометр состоит из горизонтального вращающегося столика с делениями в угловых градусах и сфокусированной на бесконечность зрительной трубы, окуляр которой снабжен крестом нитей и которая укреплена на расположенной в центре столика оси, являющейся одновременно и осью прибора. Труба может перемещаться по периметру столика (рис. 3.5), причем ее угловое положение может устанавливаться с точностью до одной минуты дуги.

Против зрительной трубы смонтирована другая, похожая на нее, но неподвижная труба — так называемый коллиматор с узкой регулируемой щелью на удаленном от центра конце. Щель находится в фокусе линзы, расположенной на ближнем к центру конце коллиматора, благодаря чему узкий пучок света, проходя через нее, превращается в поток параллельных лучей. При измерениях дисперсии, как правило, применяется угольная дуга или кварцевая лампа. Пары ртути дают серию ярких и равномерно распределенных по длине спектра линий, тогда как свет угольной дуги всегда содержит в желтой части спектра натриевый дублет, являющийся стандартным светом при измерениях показателей преломления. Если требуется свет иной длины волны, то свет от дуги может быть "модифицирован" солями лития или других элементов.

В центре градуированного столика расположена круглая вращающаяся платформа. На ней крепится призма (или камень, играющий роль призмы). Точную величину показателя преломления (скажем, до третьего знака после запятой) можно измерить только у образцов, совершенно прозрачных и имеющих плоские, хорошо отполированные грани, причем две из них (обычно площадка и один павильон) должны быть наклонены друг к другу под определенным углом (около 40°) и играть роль призмы. Конечно, не обязательно, чтобы эти

грани непосредственно прилегали одна к другой, но камни ступенчатой огранки, у которых фактически уже есть ребро призмы, гораздо легче устанавливать на приборе, чем камни бриллиантовой или смешанной огранки, у которых нет такого удобного для глаза ориентира. Наиболее трудная часть всей операции заключается в установке камня с помощью воска в центре платформы таким образом, чтобы грани, образующие преломляющую призму, расположились вдоль оси прибора строго вертикально. Тонкая регулировка положения образца выполняется посредством регулировочных винтов, которыми снабжена платформа, но грубая установка образца производится обычно вручную. Если все выполнено правильно, то измерение угла между выбранными гранями особого труда не составляет. Определяют положения зрительной трубы, при которых в нее попадает узкий пучок выходящего из коллиматора света после отражения сначала от одной, а затем от другой из выбранных граней. Половина угла между ними и будет углом призмы.

Далее для центральной платформы с укрепленным на ней камнем находят такое положение, при котором пучок света из коллиматора преломлялся бы призмой, образованной двумя выбранными гранями, и выходил бы из нее уже в виде спектра, видимого в зрительную трубу. Затем платформу с призмой медленно поворачивают, наблюдая через трубу за движением спектра, до тех пор, пока не будет достигнуто основное положение "минимального отклонения" вначале для натриевой линии, всегда присутствующей в спектре угольной дуги, а потом для других линий известных длин волн, введенных дополнительно в этот спектр.

Полученные данные подставляют в формулу

где п — показатель преломления, А — угол призмы и D — угол минимального отклонения для конкретной длины волны.

Спектр, создаваемый камнем, играющим роль призмы, редко бывает совершенным, поскольку грани с совершенной оптической зеркальностью встречаются только у алмаза. Поэтому так важно вводить в пламя дуги вещества, дающие только несколько интенсивных линий в нужных областях спектра. Полезно иметь под рукой два вещества — мелкие обломки лепидолита и обычный мел. Их вводят в пламя дуги с помощью тигельных щипцов. При этом нужно пользоваться защитными очками, чтобы не повредить глаза ярким светом. Лепидолит легко плавится и дает интенсивный и устойчивый литиевый и натриевый спектры. Одна из подлежащих измерению линий является линией лития и лежит в красной части спектра при 670,8 нм. Мел дает фиолетовую линию кальция (при 422,7 нм). Разница показателей преломления камня для двух указанных длин волн принимается как характеристика дисперсии, которая почти совпадает со стандартным интервалом от 686,7 до 430,8 нм, соответствующим эталонным фраунгоферовым линиям В и G солнечного спектра. Линии В и G очень хорошо заметны, если используется солнечный свет. При работе с дуговым источником света ориентировка по этим линиям нецелесообразна. К тому же при измерении необходимо отсекать экраном прямой свет дуговой лампы; в противном случае невозможно заметить слабый отраженный сигнал, который требуется замерить. Свет, проходя через отверстие в экране, должен падать только на щель коллиматора, которая должна быть заподлицо с экраном. Сконцентрировать свет от дуговой лампы на щели можно с помощью линзы, укрепленной в регулируемом зажиме. Ее направляют таким образом, чтобы изображение пламени проецировалось на щель. Как и во всех подобных экспериментах, хорошие результаты получаются только при условии тщательной юстировки оптической системы.

Как показывает приведенное выше краткое описание, метод минимального отклонения является очень трудоемким, что ограничивает его практическую ценность для геммолога средней квалификации. При наличии специально изготовленных призм точность этого метода может достигать четвертого знака после запятой. Перестает существовать и верхний предел измерений показателей преломления при условии, что угол призмы не более чем в два раза превышает критический угол для данного камня. У ограненных без предварительной ориентировки одноосных минералов истинную величину показателя преломления можно получить лишь для обыкновенного луча; для двуосных минералов наблюдаемые величины могут иметь любые промежуточные значения между максимальным и минимальным показателем преломления.

Следует, пожалуй, добавить, что этот метод позволяет очень удобно измерить показатели преломления и дисперсии иммерсионных жидкостей. Для этого необходима полая стеклянная призма с плоскими хорошо отполированными гранями — емкость для исследуемой жидкости.

Именно этим методом были получены величины дисперсии, приводимые теперь во всех учебниках. В практической геммологии измерение дисперсии как средство диагностики камней используется редко, поскольку существуют значительно более простые методы определения драгоценных камней.

Важно знать, что на рефрактометре нельзя получить истинное значение показателя преломления камня, если не применять натриевый свет, по которому градуирован прибор. Положение границы полного внутреннего отражения зависит от критического угла между материалом, из которого сделана призма рефрактометра, и исследуемым камнем; если дисперсии этих двух сред неодинаковы, угол будет меняться для каждой длины световой волны. В стандартных приборах дисперсия стекла призмы гораздо выше дисперсии любого из камней. Это приводит к любопытному результату: показатель, измеренный в красном свете, оказывается выше показателя, измеренного в фиолетовом свете, — явление, противоположное тому, которое должно было бы наблюдаться в действительности. Кроме того, при использовании белого света камни с низкой дисперсией дают широкую радужную полосу вместо четкой границы на шкале рефрактометра; граница же затененной области от свинцового стекла (пасты) будет выражена довольно четко, поскольку его дисперсия близка к дисперсии стекла призмы. По этой же причине граница полного внутреннего отражения от контактной жидкости также практически не окрашена. При использовании шпинелевого рефрактометра наблюдается обратная картина. Дисперсия камней, показатель преломления которых не превышает показатель преломления шпинели, обычно лишь немного ниже дисперсии синтетической шпинели (0,021) — материала призмы прибора. Поэтому при освещении белым светом такие камни обнаруживают четкие неокрашенные границы затенения, а граница затенения от свинцового стекла имеет довольно широкую радужную окантовку. Такую же картину на шкале прибора дают контактные жидкости, например бромнафталин.

В повседневной практике четкие различия в характере границ полного внутреннего отражения от стекол с показателями преломления в интервале от 1,60 до 1,70, с одной стороны, и от камней с такими же показателями преломления, с другой — являются тем редким случаем, когда различия в дисперсии могут служить дополнительным диагностическим критерием, так как камни с показателями преломления в пределах шкалы рефрактометра имеют очень близкие значения дисперсии. Опытный геммолог, однако, сразу заметит, что турмалин на шпинелевом рефрактометре дает гораздо более резкую границу, чем топаз, из-за аномально низкой дисперсии последнего.

Если данные о величине дисперсии какого-либо редкого драгоценного камня (например бразилианита) в литературе отсутствуют, можно восполнить этот пробел с помощью рефрактометра, использовав свет, пропущенный через подходящие цветные фильтры (например красный и синий). Разница между показаниями рефрактометра, полученными с красным и синим светом, не дает непосредственно величину дисперсии, как это было описано выше. Однако, сопоставив ее с величинами, характерными для камней с известной дисперсией можно определить и неизвестную дисперсию изучаемого камня.

В геммологических исследованиях дисперсия количественно оценивается редко, однако влияние ее на внешний вид ограненных камней может играть очень важную роль при их определении. В особенности это справедливо для бесцветных камней. Например, именно дисперсия дает возможность отличать титанат стронция и синтетический рутил от алмаза. В рутиле цветовые эффекты настолько сильно выражены, что камень становится очень похожим на опал. Отличить титанат стронция от алмаза с полной гарантией может только геммолог достаточно высокой квалификации. В таких случаях особую ценность имеют эталонные образцы титаната. Они позволяют провести непосредственное сравнение определяемых камней.

Даже в окрашенных камнях, например демантоиде, сфене, редком и прекрасном бенитоите, живая игра — результат высокой дисперсии — значительно увеличивает их привлекательность и позволяет опытному глазу уверенно отличать их от других камней такого же цвета, но имеющих более низкую дисперсию. У двупреломляющих камней различные лучи могут дать различную степень дисперсии. Для этих случаев в табл. 3.2 приводится максимальная ее величина.