EL REFRACTÓMETRO GEMOLÓGICO

Corte de un refractómetro gemológico estándar.
La luz (1) entra por la parte de atrás del refractómetro a través de una apertura (1a) en la que se puede poner un filtro amarillo (correspondiente a la luz de sodio): Aunque se podría utilizar luz blanca la luz amarilla del sodio (589.3 nanómetros) se ha convertido en la luz estándar. La luz incide sobre un espejo (2) que refleja la luz al centro del hemicilindro (3). El hemicilindro está hecho de de alto índice de refracción y alta dureza.
En la faceta de la gema (4) colocada en el hemicilindro la luz es parcialmente reflejada y parcialmente refractada. La luz reflejada (5) atraviesa una escala (6) y una lente (7) e incide en un espejo (8) que envía la luz a un ocular (9) y posteriormente fuera del refractómetro a tu ojo (11). El ocular (9) puede deslizarse arriba o abajo para mejor enfocar la escala. Un filtro polarizador (10) separable está colocado sobre el ocular.
PRECAUCIÓN: Como el hemicilindro tiene una relativa poca dureza comparada con las gemas hay que tener cuidado en no arañarlo, lo que deterioraría el instrumento.

LIQUIDO DE CONTACTO

El líquido de contacto se usa para crear un contacto óptico entre el hemicilindro y la gema. Esto es, para evitar que el aire quede atrapado entre la faceta de la gema y el hemicilindro. Como el líquido tiene su propio índice de refracción aparecerán dos lecturas: La del líquido y la de la gema. Por ello veremos una débil lectura en el extremo superior de la escala del refractómetro, que es la correspondiente al índice de refracción del líquido. Tampoco podremos medir gemas con un índice de refracción superior al del líquido (1.79 para el diyodometano saturado de azufre).

REALIZACIÓN DE LECTURAS

Colocamos la gema sobre el refractómetro y

1º) Posiciona tu ojo muy cerca del ocular, formando un ángulo recto con la escala.

2º) Coloca el filtro polarizante sobre el ocular y mientras miras la escala gíralo lentamente de izquierda a derecha, encontrarás una posición en que la lectura sea muy nítida (1ª Medida) y otra también muy nítida siempre girada 90º respecto a la primera (2ª Medida). Pueden ocurrir dos casos: a) Que ambas medidas sean la misma, b) Que sean distintas

3º) Realizamos 4 lecturas cada una de ellas giradas 45º, como indica la figura adjunta.

Posición de Partida
1ª Lectura

Girada 45º
2ª Lectura

Girada 90º
3ª Lectura

Girada 135º
4ª Lectura

4º) RESULTADOS:

Como cada lectura nos proporciona dos medidas (o una doble) disponemos de 8 medidas que colocamos en una tabla:

a) En la fila superior colocamos la menor medida de cada lectura.

b) En la fila inferior la mayor medida de cada lectura.

c) En la columna de diferencias colocamos las diferencias entre la mayor y la menor de cada fila.

d) En la columna de extremos colocamos en la primera línea el menor valor de la línea de las menores y en la segunda el mayor valor de la línea de las mayores.

e) En la celda llamada Birrefrigencia colocamos el valor absoluto (o sea, sin signo) de la diferencia entre los extremos.

f) En la celda llamada signo o no colocamos nada ( ), o colocamos un signo (+) , o un signo (-) según:

( ) Si la columnas de las diferencias son ambas cero (Gema Isótropa) . Carece de signo óptico.

Si una fila de lecturas es constante, o sea, su diferencia es 0 (Gema Anisótropa Uniáxica):

Si el I.R variable es el de las lecturas mayores: (+).

Si el I.R variable es el de las lecturas menores: (-).

Si ambas filas de lectura son variables (Gema Anisótropa Biáxica):

Si las diferencias de las mayores lecturas del I.R es mayor que la diferencia de las menores: (+)

Si la diferencias de las mayores lecturas del I.R es menor que la diferencia de las menores: (-)

Si son iguales ambas diferencias la gema carece de signo óptico.

EJEMPLOS:

1º) Vidrio Común:

1ª LECTURA		2ª LECTURA		3ª LECTURA		4ª LECTURA
1.527	1.527	1.527	1.527	1.527	1.527	1.527	1.527

	1ª LECT.	2ª LECT.	3ª LECT.	4ª LECT.	Diferencia	Extremos
Menores	1.527	1.527	1.527	1.527	0.000	1.527
Mayores	1.527	1.527	1.527	1.527	0.000	1.527
					Signo	Birrefrig.
						0.000

RESULTADO: La gema es ISÓTROPA tiene un I.R de 1.527

2º) Cuarzo:

1ª LECTURA		2ª LECTURA		3ª LECTURA		4ª LECTURA
1.544 ω	1.553 ε	1.544 ω	1.552 ε	1.544 ω	1.549 ε	1.544 ω	1.552 ε

	1ª LECT.	2ª LECT.	3ª LECT.	4ª LECT.	Diferencia	Extremos
Menores	1.544	1.544	1.544	1.544	0.000	1.544
Mayores	1.553	1.552	1.549	1.552	0.001	1.553
					Signo	Birrefrig.
					+	0.009

RESULTADO: La gema es ANISÓTROPA UNIÁXICA (U+) con I.R de 1.544-1.553 y birrefrigencia 0.009

3º) Topacio:

1ª LECTURA				2ª LECTURA					3ª LECTURA			4ª LECTURA
1.613		1.619		1.611 α		1.616			1.614	1.619		1.611 α		1.620 γ
		1ª LECT.		2ª LECT.		3ª LECT.		4ª LECT.	Diferencia			Extremos
Menores		1.613		1.611		1.614		1.611	0.003			1.611
Mayores		1.619		1.616		1.619		1.620	0.004			1.620
									Signo			Birrefrig.
									+			0.009

RESULTADO: La gema es ANISÓTROPA BIÁXICA (B+) con I.R de 1.611-1.620 y birrefrigencia 0.009

REPRESENTACIONES GRÁFICAS

ISÓTROPAS

Las gemas pertenecientes al sistema cristalino cúbico o amorfas sólo tienen un índice de refracción. Se le representa por n permaneciendo constante al girar la gema.

UNIÁXICAS

Las gemas pertenecientes a los sistemas cristalinos tetragonal, hexagonal o trigonal son uniáxicas y tienen 2 índices de refracción representados por ω, el ordinario, esto es que sigue las leyes de la refracción y ε el extraordinario, que no las sigue. Pueden presentarse tres casos:

Que el eje óptico está perpendicular al plano del hemicilindro, entonces ω y ε son constantes durante el giro de la gema, como muestra la figura adjunta.

Que el eje óptico esté situado sobre el plano del hemicilindro entonces ω es constante y ε varía. La birrefrigencia es la máxima variación entre ε y ω en valor absoluto. Si la curva variable va por encima de la constante el signo óptico es (+) y en caso contrario (-).

Cristal uniáxico (+) con birrefrigencia 0.100 (1.500 - 1.600 (U+), 0.100)

Cristal uniáxico (-) con birrefrigencia 0.100 (1.500 - 1.600 (U-), 0.100)

Un detalle muy interesante es que para un giro nulo o un giro de 180º, ω y ε coinciden, o sea, el cristal uniáxico se comporta como si fuera isótropo, a tal dirección privilegiada se le conoce como el EJE ÓPTICO de la gema. Si la luz incide sobre la gema en la dirección del eje óptico, esta se comporta como si fuera isótropa a todos los efectos.

Que el eje óptico esté situado al azar. (caso general )La situación es la misma que la del caso anterior pero la curva variable no llega a tocar a la recta

BIÁXICAS

Las gemas pertenecientes a los sistemas cristalinos ortorrómbico, monoclínico y triclínico son biáxicas y tienen 3 índices de refracción representados por α, el de menor valor, β el intermedio, y γ el mayor, están asociados con los ejes coordenados X, Y, y Z respectivamente. Aunque tienen 3 índices de refracción sólo se pueden leer 2 a la vez. Pueden presentarse dos casos:

Que X, Y o Z sean perpendiculares al hemicilindro. Entonces la situación es parecida a los cristales uniáxicos:

1. Si X es perpendicular al hemicilindro, α permanece constante y la curva varía entre β y γ.

2. Si Y es perpendicular al hemicilindro, β permanece constante y la curva varía entre α y γ.

Un detalle muy interesante es que para un giro de unos 47º y 133º, α y β coinciden, o sea, el cristal biáxico se comporta como si fuera isótropo, a tales direcciones privilegiadas se les conoce como los EJES ÓPTICOS de la gema. Si la luz incide sobre la gema en la dirección de los ejes ópticos, esta se comporta como si fuera isótropa a todos los efectos.

3. Si Z es perpendicular γ permanece constante y la curva varía entre α y β.

Que ni X, ni Y, ni Z sean perpendiculares al hemicilindro (caso general). Entonces varían ambas curvas, y encontrar los índices de refracción suele requerir múltiples medidas en distintas facetas de la gema.

DOCUMENTACIÓN UTILIZADA:

The jeweler's refractometer as a mineralogical tool
C. S. HunrBUl, Jn. Department of Geological Sciences. Harvard University, Cambridge, Massachusetts

Optical Mineralogy.
Wint Johner. Whitman College, University of New Mexico