Изучение оптических свойств минералов

nm, np совпадают с кристаллографическими осями (рисунок 8,а); взаимное расположение осей индикатрисы и кристаллографических осей индивидуально для каждого минерала и является его константой.

В кристаллах моноклинной сингонии углы между кристаллографическими осями α = γ = 90° ≠ β. Вторая кристаллографическая ось b перпендикулярна к плоскости, в которой лежат оси а и с. Одна из осей индикатрисы (чаще nm) совпадает с осью b; две другие образуют с кристаллографическими осями а и с некоторые углы (рисунок 8,б). Для каждого моноклинного минерала характерно наименование оси индикатрисы, совпадающей с осью b, и величины углов между осью с и осями ng или np.

Рисунок 8 - Характер ориентировки оптической индикатрисы в кристаллах низших сингоний: а — ромбической, б — моноклинной, в — триклинной.

В кристаллах триклинной сингонии все углы между кристал¬лографическими осями не равны между собой α ≠ β ≠ γ ≠ 90°. Оси симметрии отсутствуют. Все направления единичны. Ни одна из осей индикатрисы в общем случае не совпадает с кристаллографическими осями (рисунок 8,в). Величины углов между кристалло¬графическими осями и ближайшими к ним осями индикатрисы являются индивидуальной особенностью каждого минерала три¬клинной сингонии.

3. Поляризационный микроскоп

Исследование оптических свойств минералов производятся при помощи поляризационного микроскопа. Наиболее распространенными являются отечественные микроскопы моделей МП и МИН.

Основными частями поляризационного микроскопа являются штатив, предметный столик, тубус, осветительное устройство и поляризационная система.

Поляризационный микроскоп отличается от обычного биологического микроскопа наличием специальных оптических приборов, преобразующих обыкновенный свет в плоскополяризованный.

Призма Николя.

В микроскопической практике широкое применение получил поляризующий прибор, названный по имени его изобретателя английского физика У. Николя (1828 г.) призмой Николя, или просто николем. В основу конструкции поляризующих устройств положено свойство анизотропных (неравносвойственных) кристаллов поляризовать проходящий через них свет.

Призма Николя представляет собой кристалл бесцветного прозрачного кальцита (исландского шпата), распиленный под определенным углом к граням и затем склеенный канадским бальзамом. Показатель преломления канадского бальзама n=1,54.

Входя в кристалл, световой луч, разбивается на два луча, распространяющихся с разными скоростями и поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

При выходе из кристалла, световые колебания одного пучка будут перпендикулярны по отношению к световым колебаниям второго. Для того чтобы, получить свет, поляризованный в одной плоскости, достаточно погасить один из указанных световых пучков. Что выполняется в призме Николя.

Параллельный пучок света, входя в призму, разбивается на два распространяющихся с различными скоростями поляризованных световых пучка. Для одного из этих пучков показатель преломления кальцита 1,53 – 1,54, для другого – 1,658. Обратим внимание на то, что первый показатель почти равен показателю преломления канадского бальзама. Световой пучок, соответствующий ему, беспрепятственно проходит сквозь прослойку бальзама с близким ему показателем преломления (рисунок 9).

Второй пучок, соответствующий большему показателю преломления (1,658), дойдя до упомянутой прослойки, должен преломиться.

При изготовлении призмы Николя плоскость ее разреза ориентируется так, чтобы второй пучок испытал полное внутренне отражение. Таким образом, достигнув прослойки канадского бальзама, этот пучок не проходит через нее, а целиком отражается, поглощаясь зачерненной оправой призмы Николя. В результате из двух световых пучков через николь проходит лишь один, отвечающий показателю преломления 1,53 – 1,54.

Устройство микроскопа МП – 6 (рисунок 10).

1 - осветительное зеркало; 2 - поляризатор (в оправе); 3 - стопорный винт поляризатора; 4 - вертикальный винт для подъема поляризатора; 5 - рукоятка ирисной диафрагмы; 6 - линза Лазо; 7 - рукоятка для включения лннзы Лазо; 8 - предметный столик; 9 - стопорный винт столика; 10 - зажимные лапки для крепления шлифа; 11 - ноииус; 12 - объектив; 13 - центрировочные винты объектива; 14 - прорезь для компенсатора; 15 - щипцовое устройство для крепления объективов; 16 - анализатор; 17 - линза Бертрана; 18 - винт для перемещения линзы Бертрана; 19 - окуляр; 20 - тубус; 21 - винт грубой наводки тубуса; 22 - винт микрометренной наводки тубуса; 23 - основание штатива; 24 - ручка тубусодержателя; 25 - стопорный винт штатива (на рисунке с обратной стороны)

Основные поверки микроскопа.

Для того чтобы с помощью поляризационного микроскопа производить кристаллооптические исследования, необходимо выполнить ряд регулировок и проверок, среди которых основными являются следующие: 1) центрировка микроскопа, 2) установка николей в скрещенное положение, 3) проверка совпадения нитей окулярного креста с направлениями световых колебаний, пропускаемых николями, 4) определение направления колебаний, пропускаемых поляризатором.

1) Центрировка объектива:

Для этого передвижением шлифа по предметному столику ставят на центр креста нитей какую-либо маленькую заметную точку и вращают столик. Если объектив центрирован, то выбранная точка не сойдет с перекрестья нитей (рисунок 11).

Рисунок 11 - Направления движения объектов в поле зрения микроскопа: а - центрированного, б – нецентрированного.

При отсутствии центрировки точка сойдет с перекрестья и опишет в поле зрения окружность. Если центрировка объектива сильно нарушена или объектив неправильно зажат в щипцах, то выбранная точка может совсем уйти из поля зрения. Поэтому прежде чем начать центрировку, необходимо убедиться, что объектив вставлен правильно, т.е. что шпенек на его обойме вошел в прорезь щипцов.

Центрировка объектива производится так:

а) после выбора точки в шлифе и установки ее на перекрестье нитей поворачивают предметный столик на 180;

б) перемещением шлифа по предметному столику подвигают выбранную точку к кресту нитей на половину того расстояния, на которое она отошла при вращении;

в) надевают на центровочные винты объектива специальные ключи и, ввинчивая или вывинчивая их, изменяют положение объектива так, чтобы выбранная точка попала на перекрест нитей;

г) проверяют проведенную центрировку вращением столика микроскопа. Если же объектив вновь оказывается не центрированным, то все указанные операции повторяют снова.

2) Поверка скрещенности николей.

Николи считаются скрещенными при взаимно перпендикулярном положении плоскостей колебания поляризатора и анализатора. В этом случае (шлифа на столике микроскопа нет) световой луч, направленный от осветительного зеркала, не пройдет через оптическую систему и поле зрения микроскопа останется темным. Если затемнение поля зрения не полное, то открепив арретирный винт, закрепляющий поляризатор, поворачивают последний за рычажок до получения наибольшего затемнения и в таком положении закрепляют его. Эту же проверку можно сделать по участку шлифа, заполненному канадским бальзамом. В скрещенных николях бальзам, как вещество изотропное, будет темным при любых поворотах столика микроскопа.

Скрещенность николей — необходимое условие при изучении минералов, так как порядок исследований требует совмещения направлений колебаний, пропускаемых анизотропным сечением минерала с плоскостями колебаний в николях.

3) Проверка совпадения нитей окулярного креста с направлениями световых колебаний, пропускаемых николями.

В правильно юстированном микроскопе николи ориентированы так, что одно направление пропускаемых ими световых колебаний (например поляризатора) параллельно плоскости симметрии микроскопа, другое (в анализаторе) - перпендикулярно ей. Проверка производится с помощью креста нитей в окуляре по удлиненным разрезам какого-либо одноосного минерала, например апатита, скаполита, или чаще с помощью пластинки биотита с отчетливой спайностью.

При выключенном анализаторе вращением столика микроскопа ставят трещины спайности в пластинке биотита (или длинную сторону минерала) параллельно одной из нитей окулярного креста. Включают анализатор. Если минерал затемнен (на погасании), то микроскоп юстирован правильно. При отсутствии полного погасания поворачивают в окуляре рамку с натянутыми на нее нитями до совмещения одной из нитей со спайностью биотита в момент полного погасания минерала. Эта операция требует опыта, поэтому проводить ее самостоятельно начинающим не рекомендуется.

Таким образом, направление нитей окулярного креста позволяет ясно представлять исследователю положение плоскостей колебаний в николях.

4) Поверка взаимной перпендикулярности нитей креста в окуляре.

Выбирают в шлифе прямую линию (спайность, край удлиненного зерна), поворачивают предметный столик так, чтобы она расположилась параллельно одной из нитей окуляра, и берут отсчет по нониусу столика. Затем, вращая столик, устанавливают эту же линию параллельно другой нити окуляра и вновь берут отсчет. Разность отсчетов должна быть равной 90. Если нити окажутся не взаимно перпендикулярными, исправить это может только механик.

4. Изучение оптических свойств кристаллов при одном николе.

При одном николе изучают форму минеральных зерен, спайность