偏光显微镜原理方法

偏光显微镜的原理及应用（三）

(2010-06-29 10:31:20)

三、光学显微分析方法

光学显微分析是利用可见光观察物体的表面新貌和内部结构，鉴定晶体的光学性质。透明晶体的观察可利用透射显微镜，如偏光显微镜。而对于不透明物体来说就只能使用反射式显微镜，即金相显微镜。利用偏光显微镜和金相显微镜进行晶体光学鉴定，是研究材料的重要方法之一。

偏光显微镜

偏光显微镜是目前研究材料晶相显微结构最有效的工具之一。随着科学技术的发展，偏光显微镜技术在不断地改进中，镜下的鉴定工作逐步由定性分析发展到定量鉴定，为显微镜在各个科学领域中的应用开辟了广阔的前景。

1. 偏光显微镜的构成

偏光显微镜的类型较多，但它们的构造基本相似。下面以XPT—7型偏光显微镜（图2.13）为例介绍其基本构成：

镜臂：呈弓形，其下端与镜座相联，上部装有镜筒。

1、目镜，

2、镜筒，

3、勃氏镜，

4、粗动手轮，

5、微调手轮，

6、镜臂，

7、镜座，

8、上偏光镜，

9、试板孔，10、物镜，11、载物台，12、聚光镜，13、锁光圈，14、下偏光镜，15、反光镜反光镜：是一个拥有平、凹两面的小圆镜，用于把光反射到显微镜的光学系统中去。当进行低倍研究时，需要的光量不大，可用平面镜，当进行高倍研究时，使用凹镜使光少许聚敛，可以增加视域的亮度。

下偏光镜：位于反光镜之上、从反光镜反射来的自然光，通过下偏光镜后，即成为振动方向固定的偏光，通常用PP代表下偏光镜的振动方向。下偏光镜可以转动，以便调节其振动方向。

锁光圈：在下偏光镜之上。可以自由开合，用以控制进入视域的光量。

聚光镜：在锁光圈之上。它是一个小凸透镜，可以把下偏光镜透出的偏光聚敛而成锥形偏光。聚光镜可以自由安上或放下。

载物台：是一个可以转动的圆形平台。边缘有刻度（0-360°），附有游标尺，读出的角度可精确至1/10度。同时配有固定螺丝，用以固定物台。物台中央有圆孔，是光线的通道。物台上有一对弹簧夹，用以夹持光片。

镜筒：为长的圆筒形，安装在镜臂上。转动镜臂上的粗动螺丝或微动螺丝可用以调节焦距。镜筒上端装有目镜，下端装有物镜，中间有试板孔、上偏光镜和勃氏镜。

物镜：由l-5组复式透镜组成的。其下端的透镜称前透镜，上端的透镜称后透镜。前透镜愈小，镜头愈长，其放大倍数愈大。每台显微镜附有3-7个不同放大倍数的物镜。每个物镜上刻有放大倍数、数值孔径（N.A）、机械筒长、盖玻璃厚度等。数值孔径表征了物镜的聚光能力，放大倍数越高的物镜其数值孔径越大，而对于同一放大倍数的物镜，数值孔径越大则分辨率越高。

目镜：由两片平凸透镜组成，目镜中可放置十字丝、目镜方格网或分度尺等。显微镜的总放大倍数为目镜放大倍数与物镜放大倍数的乘积。

上偏光镜：其构造及作用与下偏光镜相同，但其振动方向（以AA表示）与下偏光镜振动方向（以PP表示）垂直。上偏光镜可以自由推入或拉出。

勃氏镜：位于目镜与上偏光镜之间，是一个小的凸透镜，根据需要可推入或拉出。

此外，除了以上一些主要部件外，偏光显微镜还有一些其他附件，如用于定量分析的物台微尺、机械台和电动求积仪，用于晶体光性鉴定的石膏试板、云母试板、石英楔补色器等。

利用偏光显微镜的上述部件可以组合成单偏光、正交偏光、锥光等光学分析系统，用来鉴定晶体的光学性质。

2. 单偏光镜下的晶体光学性质

利用单偏光镜鉴定晶体光学性质时，仅使用偏光显微镜中的下偏光镜，而不使用锥光镜、上偏光镜和勃氏镜等光学部件，利用下偏光镜观察、测定晶体光学性质。单偏光下观察的内容有：晶体形态、晶体颗粒大小、百分含量、解理、突起，糙面、贝克线以及颜色和多色性等。

（1）晶体的形态

每一种晶体往往具有一定的结晶习性，构成一定的形态。晶体的形状、大小、完整程度常与形成条件、析晶顺序等有密切关系。所以研究晶体的形态，不仅可以帮助我们鉴定晶体，还可以用来推测其形成条件。需要注意的是，在偏光显微镜中见到的晶体形态并不是整个立体形态，仅仅是晶体的某一切片。切片方向不同，晶体的形态可完全不同。

在单偏光中还可见晶体的自形程度，即晶体边棱的规则程度。根据其不同的形貌特征可将晶体划分下列几个类型：

自形晶：光片中晶形完整，一般呈规则的多边形（图2.14a），边棱全为直线。析晶早、结晶能力强、物理化学环境适宜于晶体生长时，便形成自形晶。

半自形晶：光片中晶形较完整，但比自形晶差，（图2.14b），部分晶棱为直线，部分为不规则的曲线。半自形晶往往是析晶较晚的晶体。

它形晶：光片中晶形呈不规则的粒状，晶棱均为它形的曲线（图2.14c）。它形晶是析晶最晚或温度下降较快时析出的晶体。

由于析晶时物质成分的粘度和杂质等因素的影响，还会形成一些奇形的晶体。这些晶体在光片中呈雪花状、树枝状、鳞片状和放射状等形态的骸晶。这在玻璃结石中较为常见。

此外，在镜下常能见到一个大晶体包裹着一些小晶体或其他物质，称之为包裹体。包裹体可以是气体、液体、其他晶体或同种晶体。从包裹体的成分和形态可以分析出晶体生长时的物理化学环境，成为物相分析的一个重要依据。

（2）晶体的解理及解理角

晶体沿着一定方向裂开成光滑平面的性质称为解理。裂开的面称为解理面。解理面一般平行于晶面。许多晶体都具有解理，但解理的方向、组数（沿几个方向有解理）及完善程度不一样，所以解理是鉴定晶体的一个重要依据。解理具有方向性，它与晶面或晶轴有一定关系。

晶体的解理在光片中是一些平行或交叉的细缝（解理面与切面的交线），称为解理缝。根据解理发育的完善程度，可以划分为极完全解理（2.15a）、完全解理（2.15b）和不完全解理（2.15c）三类。有些晶体具有两组以上解理，可以通过测定解理角来鉴定晶体。

（3）颜色和多色性

光片中晶体的颜色，是晶体对白光中七色光波选择吸收的结果。如果晶体对白光中七色光波同等程度的吸收，透过晶体后仍为白光，只是强度有所减弱，此时晶体不具颜色，为无色晶体。如果晶体对白光中的各色光吸收程度不同，则透出晶体的各种色光强度比例将发生改变，晶体呈现特定的颜色。光片中晶体颜色的深浅，称为颜色的浓度。颜色浓度除与该晶体的吸收能力有关外，还与光片的厚度有关，光片越厚吸收越多，则颜色越深。

均质体晶体是光学各向同性体，其光学性质各方向一致，故对不同振动方向的光波选择吸收也相同，所以均质体晶体的颜色和浓度，不因光波的振动方向而发生变化。但部分非均质体晶体的颜色和浓度是随方向而改变的。在单偏光镜下旋转物台时，非均质体晶体的颜色和颜色深浅要发生变化。这种由于光波和晶体中的振动方向不同，使晶体颜色发生改变的现象称为多色性；颜色深浅发生改变的现象称为吸收性。一轴晶晶体允许有两个主要的颜色，分别与Ne、No相当。二轴晶允许有三个主要的颜色，分别与光率体三主轴Ng、Nm、Np相当。晶体的多色性或吸收性可用多色性公式或吸收性公式来表示，如普通角闪石的多色性公式为Ng=深绿色，Nm=绿色，Np=浅黄绿色。

（4）贝克线、糙面、突起及闪突起

在光片中相邻两物质间，会因折射率不同而发生由折射、反射所引起的一些光学现象。

在两个折射率不同的物质接触处，可以看到比较黑暗的边缘，称为晶体的轮廓。在轮廓附近可以看到一条比较明亮的细线，当升降镜筒时，亮线发生移动，这条较亮的细线称为贝克线。

贝克线产生的原因主要由于相邻两物质的折射率不等，光通过接触介面时，发生折射、反射所引起的（图2.16）。按两物质接触关系有下列几种情况：

相邻两晶体倾斜接触，折射率大的晶体盖在折射率小的晶体之上（图2.16a），平行光线射到接触面上，光由疏介质进入密介质，光靠近法线方向折射，光线均向折射率高的一边折射，致使晶体的一边光线增多而亮度增强，另一边光线减弱。所以在二物质交界处出现较亮的贝克线和较暗的轮廓。

相邻两晶体倾斜接触，折射率小的晶体盖在折射率大的晶体之上，若接触面较缓（图2.16b），平行光线射到接触面上，光由密介质进入疏介质，光远离法线方向折射，光线均向折射率高的一边折射。

不管二介质如何接触；贝克线移动的规律总是：提升镜简，贝克线向折射率大的介质移动。根据贝克线移动规律，可以比较相邻二晶体折射率的相对大小。在观察贝克线时，适当缩小光圈，减低视域的亮度，使贝克线能清楚地看到。