正交偏光显微镜的使用

正交偏光显微镜的使用

polarizing microscope

一、实验目的

(1) 了解正交偏光显微镜的基本结构和工作原理；

(2) 学习正交偏光显微镜的样品制备方法；

(3) 学习正交偏光显微镜的操作；

(4) 掌握正交偏光显微镜图像的分析

二、正交偏光显微镜的基本结构和工作原理

偏光显微镜（Polarizing microscope）是载物台下装有起偏器，而在物镜与目镜之间装有检偏器，从而检测出物质的各向同性和各向异性的一种双折射性质的显微镜。凡具有双折射的物质，在偏光显微镜下就能分辨的清楚。偏光显微镜是以自然光和其它外来光作为光源，利用光的偏振特性对具有双折射性物质进行研究鉴定，可做单偏光观察，正交偏光观察，锥光观察。

2.1 正交偏光显微镜的结构

偏光显微镜 XP-213 （三目、透射型）

偏光显微镜 XPF-400 （三目、反射型）

偏光显微镜 XPF-300 （三目、透反射型）

正交偏光显微镜与普通光学显微镜极其相似，其构造主要以下部分组成：

（1）镜座：是显微镜的底座，用以支持整个镜体。

（2）镜柱：是镜座上面直立的部分，用以连接镜座和镜臂。

（3）镜臂：一端连于镜柱，一端连于镜筒，是取放显微镜时手握部位。

（4）镜筒：连在镜臂的前上方，镜筒上端装有目镜，下端装有物镜转换器。

（5）目镜：装在镜筒的上端，通常备有2~3个，上面刻有5×、10×、15×等符号以表示其放大倍数。

（6）物镜转换器（旋转器）：接于棱镜壳的下方，可自由转动，盘上有4~5个圆孔，是安装物镜部位，转动转换器，可以调换不同倍数的物镜，当听到碰叩声时，方可进行观察，此时物镜光轴恰好对准通光孔中心，光路接通。转换物镜后，不允许使用粗调节器，只能用细调节器，使像清晰。

（7）物镜：装在镜筒下端的旋转器上，一般有3~4个物镜，其中最短的刻有“10×”符号的为低倍镜，较长的刻有“40×”符号的为高倍镜，最长的刻有“100×（油）”符号的为油镜。此外，在高倍镜和油镜上还常加有一圈不同颜色的线，以示区别。

（8）上偏光镜（检偏镜）：

（9）镜台(载物台)：在镜筒下方，形状有方、圆两种，用以放置玻片标本，中央有一通光孔，我们所用的显微镜其镜台上装有玻片标本推进器(推片器)，推进器左侧有弹簧夹，用以夹持玻片标本，镜台下有推进器调节轮，可使玻片标本作左右、前后方向的移动。

（10）调节器：是装在镜柱上的大小两种螺旋，调节时使镜台作上下方向的移动。①粗调节器(粗螺旋)：大螺旋称粗调节器，移动时可使镜台作快速和较大幅度的升降，所以能迅速调节物镜和标本之间的距离使物象呈现于视野中，通常在使用低倍镜时，先用粗调节器迅速找到物象。②细调节器(细螺旋)：小螺旋称细调节器，移动时可使镜台缓慢地升降，多在运用高倍镜时使用，从而得到更清晰的物象，并借以观察标本的不同层次和不同深度的结构。

（11）集光器（聚光器）：位于镜台下方的集光器架上，由聚光镜和光圈组成，其作用是把光线集中到所要观察的标本上。①聚光镜：由一片或数片透镜组成，起汇聚光线的作用，加强对标本的照明，并使光线射入物镜内，镜柱旁有一调节螺旋，转动它可升降聚光器，以调节视野中光亮度的强弱。②光圈(虹彩光圈)：在聚光镜下方，由十几张金属薄片组成，其外侧伸出一柄，推动它可调节其开孔的大小，以调节光量。

（12）下偏光镜（起偏镜）：

（13）反光镜：装在镜座上面，可向任意方向转动，它有平、凹两面，其作用是将光源光线反射到聚光器上，再经通光孔照明标本，凹面镜聚光作用强，适于光线较弱的时候使用，平面镜聚光作用弱，适于光线较强时使用。（14）CCD：

（15）光源：

被研究对象可直接用偏振光研究。同时为使照明孔径变小，推开聚光镜的上透镜。正相镜检用于检查物体的双折射性。

锥光镜检（Conoscope）又称干涉镜检，研究在偏振光干涉时产生的干涉图样，这种方法用于观察物体的单轴或双轴性。在该方法中，用强会聚偏振光束照明。

正交偏光显微镜有两套光路系统：透射光路和反射光路。

2.2 正交偏光显微镜的工作原理

（综述）根据光通过矿物晶体所发生的折射、反射、干涉等现象或光在矿物磨光面上反射时所产生的现象以及化学试剂的侵蚀反应等进行矿物晶体的鉴别和研究。用于鉴定样品的组成、物相，观察显微镜组织结构，测定样品

的晶粒大小、折射率、显微硬度、研究样品在加热过程中的形态和物相变化。

（1）单折射性与双折射性：光线通过某一物质时，如光的性质和进路不因照射方向而改变，这种物质在光学上就具有“各向同性”，又称单折射体，如普通气体、液体以及非结晶性固体；若光线通过另一物质时，光的速度、折射率、吸收性和光皮的振动性、振幅等因照射方向而有不同，这种物质在光学上则具有“各向异性”，又称双折射体，如晶体、纤维等。

（2）光的偏振现象：光波根据振动的特点，可分为自然光与偏光。自然光的振动特点是在垂直光波传导轴上具有许多振动面，各平面上振动的振幅相同，其频率也相同；自然光经过反射、折射、双折射及吸收等作用，可以成为只在一个方向上振动的光波，这种光波则称为“偏光”或“偏振光”。

（3）偏光的产生及其作用：偏光显微镜最重要的部件是偏光装置----起偏器和检偏器。过去两者均为尼科尔(Nicola)棱镜组成，它是由天然的方解石制作而成，但由于受到晶体体积较大的限制，难以取得较大面积的偏振，近来偏光显微镜则采用人造偏振镜来代替尼科尔梭镜。人造偏振镜是以硫酸喹啉又名Herapathite的晶体制作而成，呈绿橄榄色。当普通光通过它后，就能获得只在一直线上振动的直线偏振光。偏光显微镜有两个偏振镜，一个装置在光源与被检物体之间的叫“起偏镜”；另一个装置在物镜与目镜之间的叫“检偏镜”，有手柄伸手镜筒或中间附件外方以便操作，其上有旋转角的刻度。从光源射出的光线通过两个偏振镜时，如果起偏镜与检偏镜的振动方向互相平行，即处于“平行检偏立”的情况下，则视场最为明亮。反之，若两者互相垂直，即处于“正交校偏位”的情况下，则视场完全黑暗，如果两者倾斜，则视场表明出中等程度的亮度。由此可知，起偏镜所形成的直线偏振光，如其振动方向与检偏镜的振动方向平行，则能完全通过；如果偏斜，则只以通过一部分；如若垂直，则完全不能通过。因此，在采用偏光显微镜检时，原则上要使起偏镜与检偏镜处于正交检偏位的状态下进行。

（4）正交检偏位下的双折射体：在正交的情况下，视场是黑暗的，如果被检物体在光学上表现为各向同性（单折射体），无论怎样旋转载物台，视场仍为黑暗，这是因为起偏镜所形成的直线偏振光的振动方向不发生变化，仍然与检偏镜的振动方向互相垂直的缘故。若被检物体中含有双折射性物质，则这部分就会发光，这是因为从起偏镜射出的直线偏振光进入双折射体后，产生振动方向互相垂直的两种直线偏振光，当这两种光通过检偏镜时，由于互相垂直，或多或少可透过检偏镜，就能看到明亮的象。光线通过双折射体时，所形成两种偏振光的振动方向，依物体的种类而有不同。双折射体在正交情况下，旋转栽物台时，双折射体的象在360°的旋转中有四次明暗变化，每隔90°变暗一次。变暗的位置是双折射体的两个振动方向与两个偏振镜的振动方向相一致的位置，称为“消光位置”从消光位置旋转45°，被检物体变为最亮，这就是“对角位置”，这是因为偏离45°时，偏振光到达该物体时，分解出部分光线可以通过检偏镜，故而明亮。根据上述基本原理，利用偏光显微术就可能判断各向同性（单折射体）和各向异性（双折射体）物质。

（5）干涉色：在正交检偏位情况下，用各种不同波长的混合光线为光源观察双折射体，在旋转载物台时，视场中不仅出现最亮的对角位置，而且还会看到颜色。出现颜色的原因，主要是由干涉色而造