رفرکتومتر گوهر شناسی و آموزش کار با آن جهت تعیین ضریب شکست سنگهای قیمتی

برای تعیین ضریب شکست گوهرها می توان از دستگاه ضریب شکست سنج رفرکتومتر گوهر شناسی (ضریب شکست سنج) و یا از روش غوطه وری (ایمرسیون) استفاده کرد. از نظر تئوری نسبت سرعت نور در هوا یا خلا به سرعت نور در محیط دیگر را ضریب شکست آن محیط می نامند و با RI نشان میدهند. سرعت عبور نور از هر محیطی در ارتباط با تراکم اتمها در ساختمان آن محیط است. هر چقدر تراكم اتمها در محیط بیشتر باشد به همان مقدار سرعت عبور نور از آن محیط کمتر شده و لذا ضریب شکست آن محیط بزرگتر خواهد بود. برای مثال ضریب شکست 2.4 در الماس به این معنی است که سرعت سیر نور در هوا 2.4 برابر سرعت سیر نور در درون الماس است. ارتباط مستقیمی بین ضریب شکست و وزن مخصوص گوهرها وجود دارد. از طرفی میزان شکست نور در گوهرهای مختلف ثابت است و لذا می توان با تعیین ضریب شکست نور توسط رفرکتومتر گوهر شناسی، انواع گوهرها را از هم تمیز داد.

مایع مخصوص تعیین ضریب شکست گوهر سنگها

به طور کلی میزان ضریب شکست گوهرها بین بازه 1.2 تا 2.6 تغییر می کند. برای تعیین ضریب شکست گوهرها، سطحی از گوهر که ترجیحا سطح تخت آن می باشد بر روی سطح صیقلی شیشه ای قرار داده می شود. سطح گوهر از سطح شیشه توسط لایه نازکی از مایع جدا می شود. هدف از به کار بردن مایع آن است که نور تابیده شده به گوهر از سطح آن بازتاب کلی پیدا کرده و پس از انعکاس از سطح ایینه و عبور از عدسی به چشم ناظر برسد. این مایع مخلوطی از متيلن بدید با گوگرد و تترایدید اتیلن با ضریب شکست 1.81 تا 1.82 است. توجه کنید که این مایع بسیار سمی است. با این نوع مایعات فقط می توان ضریب شکستهای تا 1.8 را در گوهرها تعیین نمود. برخی از مایعات استفاده شده برای این منظور خورنده بوده و ممکن است به شیشه سربی رفرکتومتر گوهرشناسی آسیب برساند. در صورتی که جنس شیشه رفرکتومتر از اکسید زیرکن باشد (با ضریب شکست 2.16) این نوع شیشه ها در مقابل مایعات مقاوم بوده و لذا می توان با استفاده از مایعات دارای ضریب شکست 1.2، ضریب شکست تا 2.8 را در گوهرها اندازه گیری نمود. مثلا برای اندازه گیری ضریب شکست زیرکن، گروناها و روتیل می توان از این شیشه ها و مایعات استفاده نمود ولی ضریب شکست گوهرهایی مثل الماس را نمی توان با این نوع دستگاهها و مایعات تعیین کرد.

اجزای رفرکتومتر گوهرشناسی و روش کارکرد آن

دستگاههای ضریب شکست سنج یا رفرکتومتر گوهرشناسی بر اساس زوایای بازتاب کلی و زاویه بحرانی طراحی و ساخته شده اند. این دستگاهها طوری ساخته شده اند که به جای اندازه گیری زاویه بحرانی یا زاویه بازتاب کلی، مستقیما مقدار ضریب شکست بر روی مقیاس آنها خوانده می شود. رفرکتومترهای گوهرشناسی عموما دارای ۶ اینچ طول، 3 اینچ ارتفاع و 1.5 اینچ عرض هستند. در مرکز همه دستگاهها شیشه ای سربی با ضریب شکست بالا قرار دارد که به شکل نیم استوانه یا منشور با سطح بالایی صیقلی و مسطح تراشیده شده است. ضریب شکست این نیم استوانه حدود 1.9 می باشد. بر روی رفراکتومتر و در زیر در پوش آن بخش شیشه ای با طول 2.5 اینچ و پهنای 1.5 اینچ مشاهده می شود که محل قرار گیری گوهر است. در هنگام قراردادن گوهر روی شیشه بایستی بسیار دقت نمود تا گوهر باعث خراشیدگی شیشه نشود. در قسمت جلوی رفرکتومتر گوهرشناسی، عدسی چشمی به همراه فیلتر پلاریزان که قابل چرخش ۳۶۰ درجه می باشد قرار دارد. جهت تولید نور در این دستگاه از لامپ هالوژنی معمولی یا از یک لامپ بخار سدیمی که نور تک رنگ با طول موج زرد ایجاد می کند استفاده می شود. با روشن نمودن لامپ دستگاه پس از بستن درپوش رفرکتومتر گوهر شناسی، نور از پشت دستگاه وارد قسمت شیشه ای نیم استوانه شده و بر روی گوهر می تابد. اگر پرتوهای نور زاویه ای بزرگتر از زاویه بحرانی داشته باشند به طور کامل به درون نیم استوانه بازتابیده شده و بر روی مقیاسی که شفاف است می افتد. این مقياس ضریب شکستهای 1.35 تا 1.80 را نشان می دهد و ضریب شکست اغلب گوهرها نیز در این محدوده قرار می گیرد. تصویر این مقیاس توسط ایینه بازتابیده شده و پس از عبور از عدسی به چشم کاربر می رسد. بر اساس میزان ضریب شکست گوهر، سایه ای با رنگ سبز بر روی مقیاس مشخص خواهد شد. مرز بخشهای روشن از بخشهای رنگی یا تیره (لبه سایه) محدوده ضریب شکست گوهر را نشان خواهد داد.

روش تعیین ضریب شکست سنگهای قیمتی با استفاده از رفرکتومتر گوهر شناسی

برای مشخص نمودن مقدار دقیق و واقعی ضریب شکست گوهرهای دارای سطوح تراشیده شده صاف لازم است از چندین جهت گوهر را بر روی سطح شیشه ای صیقلی قرار داد و مقدار ضریب شکست آن را تعیین نمود. ابتدا مایع مناسب بر روی قسمت شیشه ای که در درپوش قرار دارد ریخته می شود. سپس گوهر از قسمت مسطح بر روی قطره روغن قرار داده می شود. به آرامی پلاریزور روی چشمی دستگاه، 180 درجه چرخانده می شود. دقت کنید که از فاصله 30 سانتیمتری باید نگاه کنید. در صورتی که تغییری در مقدار ضریب شکست به وجود آمد مقادیر جدید را نیز یادداشت می نمایند. بعد از این کار گوهر را ۴۵ درجه از موقعیت قبلی خود می چرخانیم و دوباره فیلتر پلاریزور را تا 180 درجه حرکت می دهیم. اگر تغییر ضریب شکستی وجود داشته باشد مجددا داده های جدید یادداشت می شوند. اگر مقدار ضریب شکست های نمایش داده شده توسط رفرکتومتر گوهر شناسی در دو مرحله فوق تغییر پیدا نکرد مؤید آن است که ای یک ضریب شکست است. مجددا گوهر را در سه بار متوالی و در هر بار ۴۵ درجه چرخانده، فیلتر پلاریزور را تا 180 درجه حرکت می دهیم و مقدار . شکستها را یادداشت می نماییم. اگر مقادیر ضریب شکستها کمی اختلاف داشت نتیجه گرفته می شود که گوهر دارای بیش از یک ضریب شکست است.   به دست آوردن کمترین و بیشترین ضریب شکست در گوهر توسط این روش می توان اختلاف شکست مضاعف یا بیرفرنژانس را تعیین کرد.

مشکلات احتمالی استفاده از رفرکتومتر گوهرشناسی در موارد خاص

برای گوهرهایی که دارای تراش مدور یا کابوشن هستند و یا سطوح کاملا صافی در آنها وجود ندارد، اندازه گیری مقدار ضریب شکست توسط رفراکتومتر گوهر شناسی توأم با مشکلاتی خواهد بود. بهتر است مقدار روغنی که برای گوهرهای با تراش کابوشن اندازه گیری می شوند بسیار کم و در حد یک قطره کوچک باشد تا از افزایش خطا جلوگیری شود. اندازه گیری ضریب شکست توسط دستگاه رفرکتومتر برای گوهرهای مات، کدر، نیمه درخشان و درخشان هیچ تفاوتی نداشته و با یک دقت قابل اندازه گیری است. منابع: قسمت هایی از این مقاله از کتاب گوهرشناسی دکتر بهزار حاج علیلو انتشارات پیام نور گرفته شده است که خرید این کتاب را به شما دوستان پیشنهاد میدهم.