偏光显微镜分析使用方法

1、偏光显微镜分析使用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。1、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。图1 . XPT-7型偏光显微镜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2、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。XPT7型偏光显微镜（图 1）构成为： 镜臂：呈弓形，其下端与镜座相联，上部装有镜筒。 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

2、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

3、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。3.1单偏光镜下的晶体光学性质图3.1晶体的自形程度自形晶，b.半自形晶，c.它形晶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，

4、糙面、贝克线以 及颜色和多色性等。a.（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3.1a），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3.1b），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 3.1c）。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

5、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，可以划分为极完全图3.2晶体的解理解理（3.2a）、完全解理（3.2b）和不完全解理（3.2c） 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

6、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，分别与血、N。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二深绿色，Nm二绿色，Np二浅黄绿色。（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

7、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。触介面时，发生折射、反射所引 起的（图3.3）。按两物质接触图3.3贝克线的成因及移动规律（Nn）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3.3a），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3.3b），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。 在单偏光镜下观察晶体表面时，可发现某些晶体表面较为光滑,某些晶体表面显得粗糙呈麻点状，好

8、像粗糙皮革一样，这科现象称为 糙面。糙面产生的原因是晶体光片表面具有一些显微状的凹凸不平，覆 盖在晶体之上的树胶，其折射率又与晶体折射率不同，光线通过二者的接触面时，发生折射，甚至全反射作用，致使光片中晶体表面的光 线集散不一，而显得明暗程度不相同，给人以粗糙的感觉。同时，在晶体形貌观察时还会感觉到不同晶体表面好象高低不平。 某些晶体显得高一些，某些晶体显得低平一些，这种现象称为突起。突起仅仅是人们视力的一种感觉，因为在同一光片中，各个晶体表面 实际上是在同一水平面上，这种视觉上的突起主要是由于晶体折射率 与周围树胶折射率不同而引起的。晶体折射率与树胶折射率相差愈 大，则晶体的突起愈高。 在晶体光片制备时使用的树胶折射率等于 1.54，对折射率大于树 胶的晶体属正突起；折射率小于树胶的晶体属负突起，在晶体光学鉴 定时可利用贝克线区分晶体的正负突起。根据光片中突起的高低、轮 廓、糙面的明显程度，一般把警惕的突起划分为六个等级，如表3.1 所示。表 3.1 突起等级及特征突起等级折射率糙面及轮廓特征实例负突起1.48糙面及轮廓显著，提升镜筒，贝克线移向 树胶萤石负低突起1.48-1.54表

9、面光滑，轮廓不明显，提升镜筒,贝克线 移向树胶正长石正低突起1.54-1.60表面光滑，轮廓不清楚，提升镜筒,贝克线 移向晶体石英正中突起1.60-1.66表面略显粗糙，轮廓清楚,贝克线移向晶 体硅灰石正咼突起1.66T.78表面显著，轮廓明显而较宽，贝克线移向 晶体透辉石正极高突 起1.78表面显著，轮廓很宽，贝克线移向晶体斜锆石非均质体晶体的折射率随光波在晶体中的振动方向不同而有差 异。双折射率很大的晶体，在单偏光镜下，旋转物台，突起高低发生 明显的变化，这种现象称为闪突起。例如方解石晶体有明显的闪突起， 可以作为鉴定晶体的一个重要特征。3.2 正交偏光镜下的晶体光学性质所谓正交偏光镜，就是下偏光镜和上偏光镜联合使用，并且两偏 光镜的振动面处于互相垂直位置（图2.17）。为了观察方便，要使两 偏光镜的振动方向严格与目镜“东西”、“南北”十字丝一致。在正交 偏光镜下观察时，入射光是近于平行的光束，故又称为平行正交偏光 镜。上偏光嶺晶悻切片備光號下偏光镜图3.4正交偏光镜的装置和光学特点图3.5晶体在正交镜下的消光现象在正交偏光镜的物台上，如不放任何晶体光片时（图3.4）,其视 域是黑暗的。因为光通过下偏光镜，其振动方向被限制在下偏光镜的 振动面PP内，当PP方向振动的光到达上偏光镜AA时，由于两振动 方向互相垂直，光无法通过上偏光镜，所以视域是黑暗的。若在正交偏光镜下的物台上放置晶体光片，由于晶体的性质 和切片方向不同，将出现消光和干涉等光学现象。（1）消光现象晶体在正交镜下呈现黑暗的现象，称为消光现象。消光现象包括 全消光和四次消光两种。在正交镜下放均质体任意方向切片和非均质体垂直光轴的切片 （图3.5a），由于这两种切片的光率体切面皆为圆切面，光波垂直这 种切片入射时，不发生双折射，也不改变入射光的振动方向。所以自下偏光镜透出的振

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