Vẻ đẹp bên ngoài

Cách mà một viên đá quý tương tác với ánh sáng là phụ thuộc vào bản chất tự nhiên của nó. Ánh sáng là nguồn gốc của vẻ đẹp, màu sắc và sự lấp lánh của đá quý; nó cũng là một công cụ hữu ích để xác định đá quý, vì mỗi viên đá có tập hợp các thuộc tính quang học riêng. Ví dụ, có một tá đá quý màu đỏ, và những màu đỏ trong mỗi loại đá lại có nhiều sắc thái khác nhau. Tất cả các thuộc tính này là một những cách để xác định loại đá quý, mặc dù bản thân nó riêng rẽ không thể tự đưa ra kết luận. Một số đặc tính như ánh chiếu là sự quan sát chủ quan của người ngắm; những đặc tính khác, chẳng hạn như một chỉ số khúc xạ của khoáng chất, là khách quan.

Một nhà ngọc học xác định một viên đá quý sẽ sử dụng một số phương pháp và dụng cụ khác nhau để thu hẹp các khả năng. Việc kiểm tra một hoặc tất cả các tính chất quang học của viên đá sẽ cho thấy cách nó truyền, uốn cong và phản xạ ánh sang – mặc dù chỉ một trong số đó có thể đủ để nhận dạng; trong các trường hợp khác, có thể cần một sự kết hợp phức tạp các tính chất vật lý và quang học.

Màu sắc

Màu sắc được tạo ra khi ánh sáng được hấp thụ bên trong tinh thể, hoặc khúc xạ – làm thay đổi hướng khi nó đi qua viên đá quý. Ánh sáng trắng gồm nhiều màu; khi một hoặc nhiều màu trong số đó được hấp thụ, những ánh sáng còn lại phát ra và viên đá quý sẽ được tô màu. Điều này có thể được tạo ra bởi sự hiện diện của các nguyên tố vi lượng khiến các bước sóng nhất định bị hấp thụ, hoặc có thể là do một phần của cấu trúc hóa học đá quý.

Idiochromatic gemstones

Đôi khi những viên đá được mô tả là “tự tô màu”, vì màu sắc của những viên đá này có được là từ chính cấu trúc hóa học của chúng. Rhodochrosite là một carbonate mangan có màu từ hồng đến đỏ tự nhiên do hàm lượng mangan của nó, và peridot là một silicat magiê sắt, có màu xanh do hàm lượng sắt của nó.

Allochromatic gemstones

Là những viên đá mà màu sắc của có được là bởi các nguyên tố vi lượng trong cấu trúc của chúng. Thạch anh tím và ruby ​​là những ví dụ về những điều này: thạch anh tím là thạch anh không màu được tạo thành màu tím bởi dấu vết của sắt, trong khi ruby ​​có màu corundum bởi dấu vết của crom.

Particoloring gemstones

Có các màu khác nhau trong cùng một loại đá. Đá quý với hai màu được gọi là đá hai màu; những loại có ba màu là đá ba màu. Hiếm khi, một tá hoặc nhiều màu sắc có thể xuất hiện chỉ bên trong một viên đá. Sự phân chia giữa các màu có thể là đột ngột hoặc từ từ. Sự phân màu thường được gây ra bởi những thay đổi trong môi trường hóa học mà tinh thể phát triển.

Ánh chiếu

Ánh ngọc là vẻ ngoài chung của viên đá khi phản chiếu ánh sáng. Có hai loại ánh cơ bản: ánh kim loại và ánh phi kim. Kim loại quý có các ánh kim loại, và đá quý là ánh phi kim, ngoại trừ một số ít như hematit và pyrite. Các loại ánh liên quan đến đá quý bao gồm: ánh thủy tinh, ánh sáp, ánh ngọc trai, ánh lụa, ánh nhựa, ánh dầu mỡ, ánh đất, ánh kim loại, và ánh kim cương.

Độ khúc xạ

Khi ánh sáng đi qua một viên đá quý trong suốt, nó sẽ thay đổi tốc độ và hướng đi. Điều này được gọi là sự khúc xạ. Thang đo sự thay đổi tốc độ ánh sáng khi truyền từ không khí vào đá quý được gọi là chiết suất (RI). Sự thay đổi hướng, hoặc uốn cong của ánh sáng có thể được sử dụng để tính toán chỉ số RI này. Kim cương có chỉ số RI rất cao nên chúng ta có thể nhìn thấy các tia sang nhiều màu lấp lánh phát ra từ bên trong khi viên đá được di chuyển hoặc xoay theo nhiều hướng – được gọi là ánh lửa. Sự phân tán của ánh sáng trắng càng lớn, ánh lửa càng mạnh mẽ

Quang phổ

Nghiên cứu về sự phát xạ ánh sáng theo bước sóng được gọi là quang phổ học. Các thiết bị được gọi là quang phổ kế được sử dụng để đo sóng ánh sáng khi chúng đi xuyên qua viên đá quý. Máy quang phổ kế  có một khe nhỏ để ánh sáng xuyên qua. Khi một viên đá quý được đặt giữa một nguồn sáng và khe, một phổ ánh sáng được tạo ra. Các dải màu tối xuất hiện nơi các bước sóng nhất định được hấp thụ bởi viên đá. Các dải này là đặc trưng của các yếu tố khác nhau, cho phép xác định thành phần hóa học đá quý. Ba quang phổ bên phải tiết lộ cho chúng ta nhiều về thành phần hóa học của đá quý.