در این راهنما سه ابزار پایهٔ آزمایشگاهی در گوهرشناسی — رفراکتومتر (Refractometer)، منبع فرابنفش (UV lamp) و پلاریسکوپ (Polariscope) — را با جزئیات فنی، روش کار مرحله‌به‌مرحله، تفسیر نتایج، مثال‌های عددی، محدودیت‌ها و نکات ایمنی توضیح می‌دهم.

_________________________________________

1. رفراکتومتر (Refractometer)

1.1 هدف و کلیت

رفراکتومتر برای اندازه‌گیری ضریب شکست یا Refractive Index (RI) یک گوهر استفاده می‌شود. RI یکی از مهم‌ترین خواص فیزیکی است که به شناسایی نوع جم کمک می‌کند. بسیاری از سنگ‌ها تک‌محوری یا دو محوری بوده و رفراکتومتر می‌تواند دو مقدار (برای دو محور) را ثبت کند تا لازم‌الفرقی (birefringence) محاسبه شود.

1.2 انواع رفراکتومتر

• رفراکتومتر گوهرشناسی دستی با نور سدیم (Gem refractometer) — رایج‌ترین نوع در کارگاه‌ها.
• رفراکتومتر رومیزی/دیجیتال — خوانش الکترونیکی و دقت بالاتر.
• روش‌های تکمیلی: Abbe refractometer (بیشتر برای مایعات).

1.3 آماده‌سازی و کالیبراسیون

1. دستگاه را روشن و به شرایط دمایی ثابت برسانید (معمولاً 20–22°C).
2. شیشهٔ تماس (glass plate) را تمیز کنید (پنبهٔ الکلی و پارچهٔ بدون پرز).
3. با یک مایع استاندارد (مانند دی‌ییکسان یا مایع کالیبراسیون با RI شناخته شده) دستگاه را کالیبره کنید یا نقطه صفر را با هوای اطراف تنظیم کنید. بسیاری از رفراکتومترها بر اساس نور سدیم (D line، 589 nm) کالیبره می‌شوند — دقت به طول موج اهمیت دارد.

1.4 مایعات تماس (Contact liquids)

• برای تماس بین شیشه و سطح سنگ از مایع تماس استفاده می‌شود (immersion/contact fluid) تا حباب هوا حذف شود. این مایعات محدوده RI مشخصی دارند و باید مطابق دستور استفاده شوند.
• اگر سنگ خیلی کوچک است یا شکل نامناسب دارد، می‌توان از مایع با RI نزدیک به شیشهٔ رفراکتومتر استفاده کرد.

1.5 روش کار مرحله‌به‌مرحله

1. یک قطرهٔ کوچک از مایع تماس را روی پنجرهٔ شیشه‌ای قرار دهید.
2. سنگ (سطح صاف یا وجهی) را با دقت روی مایع قرار دهید (تماس کامل بدون حباب).
3. درچشمی نگاه کنید؛ در رفراکتومتر دستی معمولاً یک لبهٔ سایه (shadow edge) و مقیاس RI خواهید دید.
4. در سنگ‌های تک‌محوری: عدد RI منفرد را می‌خوانید.
5. در سنگ‌های دو محوری (doubly refractive): ممکن است دو خط سایه یا یک خط با پهنای معین ببینید — دو مقدار RI را یادداشت کنید (نشان‌دهنده nω و nε یا nα و nγ بسته به کریستالوگرافی).
6. لازم‌الفرقی (Birefringence) = تفاوت بین بالا و پایین ترین RI.

1.6 تفسیر و مثال‌های عددی معمول (نمونه‌ها)

(مقادیر تقریبی، بر اساس خط سدیم 589 nm)

• الماس (Diamond): ~2.417 — اغلب روی رفراکتومتر معمولی قابل اندازه‌گیری نیست؛ رفتار SRI (قابلیت انعکاس کامل) دیده می‌شود.
• یاقوت / سفایر (Corundum): ~1.762–1.770 (بirefringence ≈ 0.008–0.010)
• زمرد (Beryl): ~1.577–1.583 (birefringence ≈ 0.005–0.006)
• کوارتز (Quartz): ~1.544–1.553 (دو محوری، birefringence ≈ 0.009)
• شیشه (Glass): ~1.50–1.60 (بسیار متغیر)

توجه: این مقادیر مرجع‌اند؛ همیشه با جدول مرجع خود مقایسه کنید و به اثر دما و طول موج توجه داشته باشید.

1.7 محدودیت‌ها و خطاهای رایج

• سنگ‌های با RI خیلی بالا (مثل الماس) ممکن است خوانده نشوند — در عوض SRI یا بازتاب کامل دیده می‌شود.
• سنگ‌های ضخیم یا با سطوح قَدَرَت (curved) سخت‌تر تماس می‌گیرند؛ نتایج ممکن است مخدوش شود.
• روکش‌ها (coating)، چسب‌ها یا نمونه‌های مرکب (doublets/triplets) می‌توانند RI سطحی را تغییر بدهند.
• در نمونه‌های کوچک یا تراش‌خورده نامناسب، خوانش دقیق مشکل است.
• دقت معمول رفراکتومتر تجاری ≈ ±0.0005–0.001 RI.

1.8 نکات عملی

• همیشه از چند وجه مناسب (فَسِت) خوانش بگیرید.
• اگر دو مقدار نزدیک به هم (انقباض خط سایه پهن) است، سنگ دو محوری است.
• برای قطعات آبکاری‌شده یا روکش‌دار ابتدا روکش را بردارید یا از روش‌های دیگر استفاده کنید.

__________________________________________

2. آزمایش با نور فرابنفش (UV Lamp — Fluorescence Testing

2.1 کلیت و هدف

اشعهٔ فرابنفش (UV) باعث فلورسانس یا فلوئورسنس در برخی گوهرها می‌شود؛ یعنی سنگ زیر تابش UV نور مرئی از خود ساتع می‌کند. واکنش به UV یک نشانهٔ کمّی/کیفی برای شناسایی یا تشخیص اصلاحات و منشأ برخی سنگ‌ها است.

2.2 انواع اشعهٔ UV

• UV کوتاه‌موج (SW) — ~254 nm
• UV بلندموج (LW) — ~365 nm

هر کدام واکنش متفاوتی در سنگ‌ها ایجاد می‌کنند؛ بنابراین آزمایش با هر دو طول موج لازم است.

2.3 روش کار

1. اتاق را تاریک کنید.
2. لامپ UV را روشن کنید (ابتدا LW، سپس SW).
3. سنگ را در فاصلهٔ مناسب نگه‌دارید (مطابق دستور سازنده لامپ).
4. رنگ و شدت فلورسانس را مشاهده و ثبت کنید (مثلاً: قوی/متوسط/ضعیف/بی‌رنگ؛ رنگ: قرمز/آبی/زرد/سبز).
5. در صورت نیاز عکس با نور مناسب بگیرید (دوربین با تنظیمات مناسب).

2.4 تفسیر نمونه‌ای واکنش‌ها

• روبى (Ruby): معمولاً فلورسانس قرمز قوی در LW، به‌خاطر Cr³⁺.
• الماس: اغلب فلورسانس آبی (در الماس‌های نوع Ia)، اما بسیاری بی‌اثرند یا فلورسانس‌های مختلف نشان می‌دهند.
• فروش (Fluorite): قوی و رنگی (معمولاً بنفش/آبی/سبز).
• مروارید، اوپال، برخی شیشه‌ها/پیست‌ها واکنش‌های متنوع دارند.
• سنگ‌‌های بهسازی‌شده یا دوبل‌ها ممکن است رفتار متفاوتی نشان دهند (مثلاً لایهٔ شیشه‌ای در triplet).

2.5 محدودیت‌ها و نکات ایمنی

• فلورسانس تنها نشانه است، نه اثبات قطعی. بسیاری از سنگ‌های متفاوت می‌توانند همان واکنش را نشان دهند.
• واکنش می‌تواند تحت تأثیر ناخالصی‌ها، گرما، یا منشأ جغرافیایی باشد.
• ایمنی: تابش UV می‌تواند به چشم و پوست آسیب بزند — از محافظ چشم UV و دستکش استفاده کنید و از قرار گرفتن طولانی مدت در معرض خودداری کنید.
  1. قطعه را بین پولاریزر (پایین) و آنالایزر (بالا) قرار دهید.
  2. اگر نور از زیر می‌آید، ابتدا در حالت متقاطع (crossed polarizers) باید صفحهٔ خالی سیاه دیده شود.
  3. سنگ را بچرخانید:
     • اگر همیشه تاریک بماند → سنگ ایزوتروپیک (مثلاً الماس، شیشهٔ ذوب‌شده) است.
     • اگر هنگام چرخش بین تاریک و روشن تغییر کند → سنگ آنیزوتروپیک (کریستالی) است؛ یعنی دو محوری یا تک‌محوری.

برای بررسی ترک و تنش: در سنگ‌های آنیزوتروپیک، نوارها یا رنگ‌های متغیر ( interference colors ) ظاهر می‌شوند که نشان‌دهندهٔ تنش داخلی یا ساختارهای نوری هستند.برخی لامپ‌های SW قوی ممکن است به مواد حساس (رزین، برخی پوشش‌ها) آسیب بزنند.
_____________________________________

3. پلاریسکوپ (Polariscope)

3.1 هدف و کلیت

پلاریسکوپ برای تشخیص یک‌محوری/دو‌محوری/بی‌محوری (isotropic/anisotropic) بودن ماده، تشخیص تنش‌های داخلی (strain)، و تفکیک سنگ‌های شیشه‌ای/کریستالی استفاده می‌شود. این آزمون بر اساس تغییر قطبش نور در ماده انجام می‌شود.

3.2 ساختار و انواع پلاریسکوپ

• دو صفحهٔ قطبش (پولاریزر و آنالیزور) با محفظهٔ نور بین آن‌ها.
• انواع: دستی ساده، و پلاریسکوپ با نور منظم و چرخنده برای بررسی دقیق‌تر.

3.3 روش کار مرحله‌به‌مرحله

1. قطعه را بین پولاریزر (پایین) و آنالایزر (بالا) قرار دهید.
2. اگر نور از زیر می‌آید، ابتدا در حالت متقاطع (crossed polarizers) باید صفحهٔ خالی سیاه دیده شود.
3. سنگ را بچرخانید:
   • اگر همیشه تاریک بماند → سنگ ایزوتروپیک (مثلاً الماس، شیشهٔ ذوب‌شده) است.
   • اگر هنگام چرخش بین تاریک و روشن تغییر کند → سنگ آنیزوتروپیک (کریستالی) است؛ یعنی دو محوری یا تک‌محوری.

4.برای بررسی ترک و تنش: در سنگ‌های آنیزوتروپیک، نوارها یا رنگ‌های متغیر ( interference colors ) ظاهر می‌شوند که نشان‌دهندهٔ تنش داخلی یا ساختارهای نوری هستند.

3.4 تفسیر نتایج

• ایزوتروپیک (Isotropic): هیچ تغییری در نور هنگام چرخش — مثال: الماس (استثنا: الماس تکامل یافته است اما خطی ایزوتروپیک دارد)؛ همچنین شیشه و بعضی پلاستیک‌ها ایزوتروپیک‌اند.
• تک‌محوری (Uniaxial): دو حالت RI — سنگ‌هایی مانند برلیوم (Beryl)، کُراندوم.
• دو‌محوری (Biaxial): سه جهت شاخص شکست — سنگ‌هایی مثل کوارتز، فلوریت.
• تنش داخلی: خطوط رنگی یا نوارهای شاذ نشان‌دهندهٔ تنش (مثلاً در سنگ‌هایی که حرارت دیده یا ساخته دست بشر هستند).

3.5 محدودیت‌ها و نکات

• پلاریسکوپ تشخیص قطعی عیار یا نوع نیست؛ فقط ویژگی‌های اپتیکی را نشان می‌دهد.
• برخی سنگ‌ها (مثل شیشه‌ای با تداخل لایه‌ای یا سنگ‌های مرکب) می‌توانند نتیجهٔ مشابه کریستال نشان دهند.
• ترکیب پلاریسکوپ با رفراکتومتر و UV اطلاعات تشخیصی قدرتمندتری می‌دهد.

4. مثالِ کاربردی — جریان کاری نمونه برای شناسایی اولیه یک سنگ

1. اپتیک ساده: ابتدا با لوپ یا میکروسکوپ بررسی شامل حباب، تَراشه، شیار، خطوط رشد داخلی.
2. پلاریسکوپ: تشخیص ایزوتروپی یا آنیزوتروپی؛ بررسی تنش.
3. رفراکتومتر: اندازه‌گیری RI (یا RIs برای آنیزوتروپ‌ها) → مقایسه با جدول مرجع.
4. UV: مشاهدهٔ فلورسانس برای تشخیص‌های تکمیلی (مثلاً روبی قوی قرمز).
5. نتیجه: ترکیب نتایج (مثلاً: آنیزوتروپ + RI ≈1.762 + فلورسانس مشخص → corundum) منجر به شناسایی یا رد یک گونه می‌شود. در موارد نامشخص: ادامه با طیف‌سنجی، اسپکتروسکوپی جذب، یا XRD/XRF.

5. خطاها، مصداق‌ها و نکات کلیدی عملی

• نمونه‌های مرکب (doublet/triplet): لایه‌های مختلف می‌توانند RI و رفتار UV را منحرف کنند — در زیر میکروسکوپ لبهٔ لایه‌ها قابل مشاهده است.
• کوئت (culet) یا سطوح منحنی: انتخاب وجه مناسب برای تماس روی رفراکتومتر حیاتی است.
• دما و طول موج: RI وابسته به دما و طول موج است؛ بنابراین رفرنس را با مشخصات دستگاه تطبیق دهید.
• ثبت دقیق: همیشه به همراه عدد RI، وضعیت (LW/SW UV، تک/دو محوری، عکس میکروسکوپی) ثبت شود.
• ایمنی: هنگام کار با UV و لیزر (در برخی آزمایش‌ها) از محافظ مناسب استفاده کنید.

6. جمع‌بندی کوتاه (چه وقتی از هر کدام استفاده کنیم)

• پلاریسکوپ: اولین گام سریع برای تشخیص ایزوتروپی/آنیزوتروپی و تنش.
• رفراکتومتر: اندازه‌گیری کمّی RI و birefringence — فاکتور اصلی شناسایی.
• UV lamp: آزمون تکمیلی برای تشخیص نوع سنگ، منشأ یا بهسازی و شناسایی خاصیت فلورسانس.

________________________________________

سوالات متداول

رفراکتومتر چه کاربردی در گوهرشناسی دارد؟

رفراکتومتر برای اندازه‌گیری ضریب شکست سنگ استفاده می‌شود و یکی از دقیق‌ترین ابزارهای تشخیص نوع گوهر است.

برای استفاده از رفراکتومتر چه نوع سنگ‌هایی مناسب هستند؟

سنگ‌هایی با سطح صاف و شفاف مثل یاقوت، زمرد، کوارتز، گارنت و بسیارى از سنگ‌های فست‌تراش. سنگ‌های خیلی کوچک یا مات معمولاً نتیجه‌ی دقیقی نمی‌دهند.

نور UV برای تشخیص چه چیزهایی استفاده می‌شود؟

برای مشاهدهٔ فلورسانس، تشخیص بهسازی‌ها، شناسایی برخی مواد مصنوعی و بررسی منشأ بعضی سنگ‌ها مثل یاقوت و الماس.

آیا استفاده از UV خطر دارد؟

بله. اشعه فرابنفش می‌تواند به چشم و پوست آسیب بزند. استفاده از عینک محافظ و پرهیز از نگاه مستقیم ضروری است.

چگونه می‌فهمیم یک سنگ تک‌محوری یا دو‌محوری است؟

با قرار دادن سنگ در پلاریسکوپ و چرخاندن آن:

اگر شدت نور تغییر کند → آنیزوتروپیک

اگر همیشه تاریک بماند → ایزوتروپیک (مثل شیشه و الماس)

نوع تغییرات نشان‌دهنده تک‌محوری یا دو‌محوری بودن است