相对密度测定

第七节　相对密度测定

宝石的质量（重量）与密度是鉴定和评价宝石的一个重要的依据，因此正确地使用天平是一项重要的技能。尤其是对大块的宝石原料，其他参数难以获得，相对密度值的测试显得尤其重要。

现在比较常用的测定宝石相对密度值的方法有静水称重法和重液法。

一、静水称重法

分析天平是用于测定样品相对密度的仪器。它所使用的是静水称重法。

（一）基本原理

宝石的密度是由组成宝石的化学元素的原子量和晶体结构中原子之间排列的紧密程度决定的。因此不同的宝石具有特定的密度值，宝石的密度具有重要的鉴定意义。

宝石的密度常用单位是g/cm³，表示体积为1cm³的宝石的质量。密度的测定十分复杂，因相对密度与密度十分接近，二者的换算系数仅1.0001，在宝石学中，通常把测定的相对密度值作为密度的近似值。

宝石的相对密度是指在4℃及1个标准大气压（1atm＝101325Pa）的条件下，单位体积的宝石质量与同体积水的质量的比值，没有单位。

相对密度的测定方法即静水称重法的依据是阿基米德定律：物体在液体中受到的浮力，等于它所排开液体的重量。

若液体为水，水温对单位体积的水的质量影响忽略不计，根据阿基米德定律就可以推导出宝石的相对密度（SG）的计算公式：

相对密度（SG）＝宝石的质量/宝石所排开水的质量

　　　　　　　＝宝石的质量/（宝石的质量－宝石在水中的质量）

≈宝石在空气中的重量（W₁）/［宝石在空气中的重量（W₁）－宝石在水中的重量（W₂）］

（二）测试方法

宝石的重量可直接在空气中称量得出。而宝石在液体（水）中的重量可用天平测出，天平的类型有多种，如单盘、双盘、电子天平及弹簧秤等。下面则重点介绍其中三种的使用方法。

1.弹簧秤

对于重量大于10g的宝石，可以使用精度较小，但便于携带的弹簧秤。如玉石雕件及各类原石。操作方法如图3－61所示。

图3－61　弹簧秤静水称重法操作示意图

首先将要称重的样品挂于弹簧秤上，记录下此时的读数W₁（即宝石在空气中的重量），然后再将样品放入水中进行称重读数，记录下此时的读数W₂（即宝石在水中的重量），最后根据公式：SG＝W₁/（W₁－W₂）就可求出宝石的相对密度值。

2.托盘天平（双盘）

对于小粒的各种样品，可选用精度较高的天平，如托盘天平（如图3－62）或电子天平等。托盘天平的操作步骤如下：

图3－62　双盘托盘天平

（1）校正天平至水平零度位置，按常规方法使用；

（2）清洁待测宝石，在空气中称出宝石的重量W_空；

（3）在左盘上放一支架（阿基米德架），支架上放一杯蒸馏水或有机液体，吊钩上吊一小铁丝兜，在右盘天平上放置同样重量的小铁丝兜，再次校正天平，以达到精确平衡为止；

（4）将待测宝石小心地放进样品兜内，完全浸没水中，将所有气泡排除，称重W_水；

（5）将所测数值代入公式得出宝石SG＝W_空/（W_空－W_水）。

（6）放好宝石，收好天平。

3.电子天平

电子天平（如图3－63）静水称重法操作步骤如下：

图3－63　电子天平

（1）打开克拉秤，调节归零；

（2）清洁待测宝石，放于克拉秤上称出宝石的重量W_空；

（3）放上支架，将蒸馏水或有机液体倒入烧杯内，放在支架上，金属丝兜浸没入液体中，调节克拉秤归零；

（4）将宝石放入金属兜中，排除气泡，称出宝石在水中的重量W_水；

（5）将所测数值代入公式得出宝石SG＝W_空/（W_空－W_水）；

（6）放好宝石，收好装置，关闭克拉秤。

（三）影响测试精度的因素

1.天平的精确度

电子秤的灵敏度应达到0.01ct。

2.宝石的大小

宝石不小于0.5克拉。

3.附着的气泡

将水烧开可减少附着于铜丝或宝石的气泡。

4.水的表面张力

加入点清洁剂可减少表面张力，也可以用四氯化碳液体代替水。但四氯化碳的密度值与水不一样，计算公式为。

相对密度（d）＝宝石在空气的质量/（宝石在空气的质量－宝石在液体中的质量）＊四氯化碳相对密度

注：四氯化碳的密度值随温度而有所改变，具体密度可由四氯化碳密度与温度变化曲线获得。在室温下，取相对密度值1.58即可。

二、重液（浸油）法

宝石鉴定中常利用宝石在重液（浸油）中的运动状态来估测宝石的相对密度范围，这种测定方法快速简单。当已知重液密度时，根据宝石在其中的运动状态（下沉、悬浮或上浮）即可判断出宝石的密度值范围。这种方法的优点是可以测试很小的宝石。重液还可以用来测定宝石的近似折射率。

（一）原　理

重液（浸油）是油质液体，利用其密度，来测定宝石的相对密度时常称为重液；利用其折射率比较观察宝石时常称为浸油和浸液。理想的重液（浸油），要求挥发性尽可能小，透明度好，化学性质稳定，黏度适宜，尽可能无毒无臭，因此宝石学中常用的重液种类并不多。

宝石鉴定常用相对密度为2.65、2.89、3.05、3.32的一组重液，由二碘甲烷、三溴甲烷和α－溴代萘配制而成：

表3－4　　　　　　宝石中常用重液的性质

（二）宝石在重液中的现象

用镊子夹住宝石并浸入重液（浸油）中部，轻轻松开镊子，观察宝石在重液中呈漂浮、悬浮和下沉等状态判断宝石的相对密度（如图3－64）：

图3－64　宝石在重液中的现象

在重液中漂浮：宝石的相对密度＜重液SG；

在重液中悬浮：宝石的相对密度＝重液SG；

在重液中下沉：宝石的相对密度＞重液SG。

注：如果上浮或下沉的速度缓慢则表示宝石与重液（浸油）两者密度值相差不大；若下沉速度快，则表明宝石与重液（浸油）两者密度值相差大。

（三）注意事项

（1）多孔宝石不宜使用重液；

（2）在重液中测试过的宝石及使用的镊子要及时用酒精清洗，以免污染重液（浸油），影响测试结果；

（3）实验室通风条件要好；

（4）重液要在阴暗阴凉处保存，并放入一些铜丝；

（5）当宝石的折射率和重液的折射率相近时，宝石会“消失”，要仔细观察才能看到；

（6）每次测试时，只打开重液（浸油）瓶并只测定一个样品，将重液（浸油）瓶瓶盖朝上放置，以免污染，测试完毕后，迅速盖紧重液（浸油）瓶瓶塞；

（7）重液（浸油）应用棕色瓶盛装，避免阳光照射，以免重液（浸油）遇光发生分解；

（8）由于重液（浸油）有很强的腐蚀性，因此在使用时，注意不能溅出重液（浸油），以免粘在皮肤、衣物上；

（9）环境温度可影响重液（浸油）的密度，即温度越高，重液（浸油）的相对密度越小，且由于重液（浸油）的组成溶液的挥发性不同，所以重液（浸油）的相对密度会随时间产生变化，再次使用时必须重新校准。

（四）利用重液（浸油）测定宝石近似折射率

重液（浸油）测定宝石的折射率只能是粗略地估计，不能确定具体的数值。当宝石浸入重液（浸油）时，宝石的折射率与重液（浸油）越接近，宝石的轮廓越不明显；相反，宝石的折射率与重液（浸油）折射率相差越大，宝石的轮廓越清晰。