宝石密度测定仪
发布网友
发布时间：2022-05-29 19:51
共1个回答
热心网友
时间：2023-11-16 22:36
一、概念
宝石的密度是单位体积的质量，单位是g/cm3。
宝石的相对密度(以前称比重)是指物质(宝石)的密度与1个大气压下4℃纯水密度之比，因为1大气压下4℃时纯水的体积最小密度最大。因为是比值(相对的值)所以它没有单位。密度或相对密度对鉴定宝石十分有用，因为相同种类的宝石，都有自己相对固定的密度范围。例如红宝石和蓝宝石的密度范围为3.95～4.05g/cm3，钻石为3.52g/cm3左右，立方氧化锆YAG、GGG、钛酸锶的密度要比钻石大的多。当然，有些宝石与另一些宝石密度范围是重合的，例如，红宝石与石榴子石有些密度值重合，单以密度难以区分它们，所以，密度也不是宝石鉴定的惟一依据。另外，宝石的内含物也会影响密度的大小，所以必须严加注意。
二、测定密度和相对密度的方法
测定密度和相对密度方法很多，简单介绍如下。
(一)静水力学法测定宝石密度
只要称出宝石的质量，然后测出宝石的体积，两者相除，即为密度，计算公式：密度=质量/体积。
1.质量的测定方法(用天平)
(1)仪器用天平，精度为1mg以上或0.1mg的电子天平。这种天平操作简单(图12-9-1)。
(2)质量测量的操作步骤
1)天平的安装：天平一般是整装来的，只要震动不大，不会有问题，安置好之后，只要放上称重托盘就可以。
2)天平的调整：①天平必须安装在一个平稳不易震动的台面上，要求台面没有弹性震动，四腿要平稳，一般台面是厚的大理石板，不能过大或过小；②调整天平的水平状态：在天平内部有一水准气泡，用天平的两个腿(带螺丝可以升降)进行调整使水准气泡居中，这时天平处于水平位置；③天平零点的校正：打开电源开关，天平读数置于零，把标准砝码放入称重盘中；读出标准砝码的质量(标准砝码必须经过计量校正过的，否则无效)然后从天平校准孔进行校正；④天平在使用前必须经过计量校正单位进行计量校正认定，否则数据将是无效的。每天测量前同样需要量值的校正。
3)称重：①调整好零点；②用镊子夹住宝石，把宝石放在称重盘上；③关好天平的门，以免空气流动影响称重；④读出质量数据并记录。
图12-9-1 天平
2.体积的测定方法
按照阿基米德原理，即物体在水中失去的质量等于物体排开同体积水的质量。换言之，即物体在水中失去的质量就是它的体积。
称出宝石在水中的质量。
(1)必备的工具
1)足以跨越称盘的桥(小板凳)与一个杯子，见图12-9-2～12-9-4。
图12-9-2 天平测定体积装置示意图
图12-9-3 称出宝石在水中的质量
2)一个特殊的达到一定高度的称重架。
3)一个称重小篮子或钩子，用以盛放宝石。
(2)先把特殊的称重架放在称重盘上，称重架要用轻而钢性好的铝合金材料制作，底面积要大以确保稳固，可以是单臂的也可以双臂的，顶部有一挂钩。
(3)串过称重架，放好小桥，在小桥上放一直径较大的盛水量杯，并注入一定高度的水。小桥、盛水量杯都不能与称重盘接触。
(4)在称重架上，挂上放宝石的挂钩或金属丝小篮，其高度必须保证放宝石后全部淹没在水中。
(5)按下“去皮按钮”，使读数归零(未放宝石之前)。
(6)小心地将宝石挂到挂钩上或放入篮子里。
(7)读出宝石在水中称得的质量并记录。
图12-9-4 称出宝石在水中的质量示意图
3.计算密度
(1)把两次的读数进行计算
珠宝玉石学GAC教程
D——宝石密度；
W1——宝石在空气中的质量；
W2——宝石在水中的质量。
(2)如果用其他液体测定，则必须应用下列公式：
珠宝玉石学GAC教程
D——宝石密度；
W1——宝石在空气中的质量；
W2——宝石在水中的质量；
d——所用液体的密度。
4.测定中应注意的事项
(1)放液体的容器口径要大，原则上是越大越好，容器口径小，液位上升大，会减小称重架质量，等于增大了宝石体积，密度的误差就大；如果口径大，液位上升小，密度的误差就小。
(2)做挂钩与篮子的丝要细，这样可以减少由于液位上升而引起体积的变化。
(3)在其他液体中称重时，一定要使宝石上没有气泡，另外，应用浸润能力和渗透力强的四氯化碳作为测定液体，作四氯化碳密度校正后，密度精度更高。
(二)大件宝玉石的密度测定(静水力学法)
1.工具
(1)要有一台称量大的电子台秤，其精度可以是1克或10克，称量在35kg以上或50kg以上。
(2)一个大容量的水桶，或一个长方形的水槽。
(3)一条细而牢的不吸水的绳子。
2.测定方法
(1)把台秤放稳在地板上把水准气泡调整到*。
(2)接上电源，打开电源开关。等待台秤显零时，用2kg的砝码进行校正。
(3)把装有足够数量水的水桶放在台秤上称重，可以记下其质量数据。如果体积不大可以按一下去皮按钮，进行去皮，使台秤显示为零。
(4)把宝玉石用绳子捆好，留下一段绳子可以提或抬。
(5)把捆好的宝玉石用绳子悬挂在水桶中，要浸没在水面以下，宝玉石不能有露出水面的部分，也不能与桶壁桶底接触，如图12-9-5。
(6)读出显示器上的读数，并记录(W2)。
(7)把宝石完全沉到底后再次读出显示器上的数据，并记录之(W1)，也可以在水桶放在台秤上之前，先将宝玉石称重，也代表W1。
(8)密度计算
珠宝玉石学GAC教程
D——宝玉石的密度；
W1——宝玉石在空气中的质量；
W2——宝玉石在水中失去的质量(即宝玉石的体积)。
(9)由于宝玉石的质量较大，所以，本方法相对误差很小，绳子的体积不会影响测定结果。
(10)体积的测定原理同样是根据阿基米德原理进行的。
图12-9-5 宝玉石用绳子悬挂在水桶中示意图
(三)重液法估测宝石的相对密度(范围)
1.原理
已知重液液体的密度，利用宝玉石(固体)在液体中的悬浮状态判断它们的相对密度。一般有以下三种情况：
(1)如果固体的密度比液体的密度小，这时两者差距愈大，上浮的速度就愈快，浮得也愈高，固体就会浮在液体上。
(2)如果固体的密度比液体的密度小，则固体会沉入液体的底部。两者密度的差距愈大，下降速度就愈快。
(3)如果固体的密度与液体的密度相近，则固体就悬浮在液体中，不上也不下，略大于液体密度则就会缓慢不降，最后沉到底，略小于液体密度，则会缓慢上升直至露出液体表面。
2.配制系列重液
测定相对密度的重液需要配制一个系列。它们的密度值分别为2.57、2.62、2.67、3.05、3.32g/cm3，加上饱和盐水密度1.13g/cm3等就够用了。
配制重液用的原料是有机溶液，对这些有机液体要求①有稳定的化学性质，与宝石不起反应；②不易挥发；③无毒、或毒性小，不污染环境；④容易清洗、没有残留。一般用以下有机原料：
原料 密度 化学式
二碘甲烷 3.32g/cm3CH2I2
三溴甲烷 2.88g/cm3CHBr3
三氯甲烷 1.49g/cm3CHCl3
α-溴代萘 1.48g/cm3C10H7Br
克列里奇液 4.20g/cm3CH2(COO)2Tl2HCOOTl.nH2O
二碘甲烷加苯、二甲苯、甲苯、溴乙烯或四氯化碳，按不同比例可配制成一系列密度为3.32～2.57g/cm3重液。
二碘甲烷与三溴甲烷可配制成密度为3.32～2.88g/cm3的重液。
三溴甲烷与溴代萘可配制成密度为2.88～2.57g/cm3的重液。克列里奇液加水可配成密度为4.20～1.00g/cm3的系列重液。但是克列里奇液是用乙酸铊配制的，铊这个元素有很大的毒性，可以通过皮肤渗透进入人体。加上这种液体价格十分昂贵，废液对环境污染又十分严重，所以一般是不用的。配制好的重液装进大小相同的瓶中，盖紧盖子待用，瓶一般直径20～25mm，高50～60mm(图12-9-6)。
图12-9-6 宝石放入重液中宝石在重液中状态
3.测定方法步骤
(1)工具
1)一杯清洗液，一般是二甲苯，乙醚加酒精或酒精。
2)一把镊子(夹宝石用)
3)一系列不同密度的重液，在重液中有控制重液密度大小的固体。
(2)操作步骤
1)用清洗液清洗宝石，并擦干。
2)用宝石镊子夹住宝石，放入选定的重液中。(事先用手掂一下，估计一下密度，再选择重液)，见图12-9-6。
3)松开镊子，观察宝石在重液中的悬浮状态，沉降或上升的速度。
4)选择重液：①如果宝石上升，应换另一密度较小的重液再测试；②如果宝石上升很快，可以换一密度更小的重液测试；③如果宝石下降，应换密度较大的重液，再测试；④如果宝石下降很快，应换密度更大的重液测试；⑤ 如果宝石悬浮在重液中间说明两者密度十分近似；⑥ 如果宝石悬浮在重液中间并缓慢上升，说明宝石密度略小于重液；⑦ 如果宝石悬浮在重液中间并缓慢下降，说明宝石密度略大于重液。
以上均可记录下来，如果不能悬浮，只能测出宝石的密度在两者之间，此时则记录宝石的密度范围。
注意：①每次从重液中取出来，都必须放入清洗液清洗，吹干再放入第2个重液。否则会把甲重液带到乙重液中去，使乙重液密度发生改变。②重液中必须放一粒标准密度的固体，以防重液密度改变时能及早发现。
5)利用重液测定宝石密度应注意事项：①重液必须标定(用比重瓶法)；②影响宝石密度因素很多，特别是宝石内部的包裹体；③宝石的折射率与重液折射率很接近时，突起很低，宝石的位置难以确定；④在更换重液时应清洗样品和镊子，并擦净；⑤每次测定只放一个样品，以防混样；⑥贮藏重液，应放在低温黑暗处，含碘的重液中要放一紫铜片，防止二碘甲烷分解出碘，使得液体变黑而无法观察；⑦温度会影响重液密度，温度升高，重液密度会降低，所以必须及时测定重液密度；⑧ 重液的蒸汽有毒，避免吸入人体。
