偏光显微分析ppt课件

第一章 偏光显微镜(透射）分析,电磁波谱,2. 自然光和偏振光 自然光：自然界普通光源发出的光，如太阳光和灯光等，特点：在垂直光波传播方向的平面内，各方向都有光波的振动且振幅相等。 偏振光：自然光经反射，折射，双折射或选择吸收等作用后，可转变为只在一个固定方向上振动的光波，偏振光振动方向与传播方向构成的平面称振动面。,3. 光的折射 光的折射定律,光的折射特点：,（1）介质中光传播的速度愈大，则该介质的折射率愈小； （Vi/Vr=Nr/Ni）。 （2）光在真空中的传播速度最大，n=1 （3）同一介质的折射率因所用光波波长而异（折射率色散） 对于同一介质，光波的波长与折射率成反比。,折射率N介质=V真空 / V介质,N：岛状（橄、榴）单链（辉）双链（角） 层（云）架（石、长）,5. 光率体 光率体是表示光波在晶体中传播时，折射率随光波振动方向变化的一种立体几何图形。是晶体光学研究中抽象出的一个立体概念，实际晶体中并不存在。,做法：设想自晶体的中心起，沿光波的各个振动方向，按比例截取相应的折射率值，再把各个线段的终点联系起来，构成了光率体。 晶体在不同方向上的折射率可用晶体折射仪来测出。,1） 均质体光率体特征,为高级晶族等轴晶系矿物及非晶质物质。,光率体特征： 为一圆球体，即各个方向上折射率都是相等的。,中级晶族（三方、四方、六方晶系）,2） 一轴晶光率体特征,光率体特征： 是以C轴（光轴）为旋转轴的椭球体，只有一条光轴，故称一轴晶。 有最大，最小两个主折射率，分别为No和Ne， No 垂直C轴振动，数值不变，也叫常光； Ne平行C轴振动，也叫非常光。,正光性： 当Ne No时，光率体呈C轴拉长的椭球体，如石英。 负光性： 当Ne No 时，光率体为沿C轴压扁的椭球体，如方解石。 光性符号是非均质矿物的重要光学特征，是矿物鉴定的重要常数。,一轴晶正、负光性：,一轴晶光率体主要切面：,A、垂直光轴（ OA ）切面 为圆切面，半径为 No 。 当光线沿C轴入射时，不发生双折射现象，也不改变振动方向，该切面显均质性。 一轴晶只有一个这样的切面。,B、平行（OA）光轴切面 为椭圆切面，长、短半径分别为 Ne和No 。 当光线垂直该切面通过时，发生双折射形成两种偏光，其振动方向分别平行于椭圆切面的长、短半径。 双折射率=Ne-No，最大。,，,C、斜交光轴切面 仍为椭圆切面，但长、短半径分别为 Ne和No 。 当光线垂直该切面通过时，发生双折射形成两种偏光，其振动方向分别平行于椭圆切面的长、短半径。 双折射率=Ne-No ，小于最大双折射率。,低级晶族（斜方、单斜、三斜晶系） abc，=90（斜方晶系）,3） 二轴晶光率体特征,光率体特征： 为三轴不等的椭球体，三个结晶主轴X、Y、Z构成直角坐标系。 光率体的三个主折射率为Ng、Nm、Np 三轴椭球体 NgNmNp,二轴晶光率体的构成 ：,主轴： Ng、Nm、Np 主轴面： NgNp、 NgNm、NmNp 光轴： OA：（两根）,二轴晶光率体主要切面：,A、垂直光轴（ OA ）切面 为圆切面，半径为 Nm，不发生双折射现象，也不改变振动方向，该切面显均质性。 二轴晶有两个这样的切面。,B、平行（OA）光轴切面 为椭圆切面，长、短半径分别为 Ng和Np 。 当光线垂直该切面通过时，发生双折射形成两种偏光，其振动方向分别平行于椭圆切面的长、短半径。 双折射率=Ng-Np，最大。 二轴晶只有一个这样的切面。,，,C、斜交光轴切面 仍为椭圆切面，但长、短半径分别为Ng 和Np 。 当光线垂直该切面通过时，发生双折射形成两种偏光，其振动方向分别平行于椭圆切面的长、短半径。 双折射率= Ng -Np 小于最大双折射率。,6. 光在非均质体中的传播 自然光在光率体椭圆切面中的传播,偏振光在光率体椭圆切面中的传播,思考题,在折射率仪中测得金红石（四方晶系）C轴方向折射率为2.616，垂直C轴方向为2.832；现于平行（100）晶面取一薄片，试绘出其光率体切面，并写出最大双折射率及其光性正负。 等轴晶系、中级晶族矿物光率体切面类型有哪些？说明每种光率体切面类型的特征。 绘出一轴晶正、负光性光率体的主要切面，并标出每个切面的半径名称。,二、透射偏光显微镜,透射偏光显微镜是研究透明矿物光学性质的主要仪器。与一般的生物显微镜相比，最主要的区别是有两个偏光镜。其中，一个安装在载物台之下，称下偏光，另一个安装在载物台之上的镜筒中，称上偏光。在偏光显微镜中，上偏光的振动方向是固定的，而下偏光的振动方向是可以调节的。一般来说，两个偏光的振动方向是相互垂直的。,1、光学原理,2、偏光显微镜组成及构造,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,组成,机械系统：镜座、镜臂、 镜筒、载物台、焦准设备（升降系统）、聚光镜架、物镜转换器。,光学系统：光源、下偏光、聚光镜、物镜、目镜、上偏光、勃氏镜。,附件系统：试板、石英楔、校正螺丝等。,透射偏光显微镜,透射反射偏光显微镜,附件：中心校正螺丝、试板,偏光显微镜主要研究透明矿物岩石材料薄片,3. 偏光显微镜的调节,1、镜头更换（4X、 10X、40X、100X） 2、调节光源强弱 3、准焦：对焦，使物像 清楚。 4、物镜中心校正 5、调整上、下偏光,物镜中心校正：,A、在薄片中找一小质点a，置于视域中心（十字）。 B、旋转载物台360度，若中心不偏，则a不动；若动，则偏。 C、待a回到中心后，转180度，使a到a处。 D、用校正螺丝将a移到o处。 E、移动薄片，使质点a移到中心。 F、转动物台360度，如动，则重复上述程序。,上、下偏光方位的确定：,下偏光方位： （黑云母一组极完全解理方向上吸收强，颜色深。） 方法：将黑云母解理缝与十字丝的纵线平行，然后调下偏光，使黑云母颜色最深，此时，纵线方向即为下偏光方向。 上偏光方位： 方法：在确定下偏光方位后，移去薄片，推入上偏光，然后旋转上偏光旋钮，直到视域最暗，此时上、下偏光正交。,指只使用一个偏光镜（通常为下偏光）进行观测、测定晶体的光学性质。,三、 单偏光镜下晶体光学性质,主要观察,1）晶体表面特征，如形状、解理。,2）晶体对光波吸收的有关性质，如颜色、多色性、吸收性等。,3）与晶体折射率有关的性质，。如突起、糙面、贝克线、色散等。,1、形态,注意：在单偏光镜下观察晶体形态时，应结合晶体不 同方向的切面而定。,2 、解理,（1） 解理的等级： 极完全解理：如云母； 完全解理：如辉石； 不完全解理：如橄榄石。,（2）解理与裂纹的区别： 解理平直，裂纹弯曲； 解理宽度基本一致，裂 纹宽窄不一。,（3 ） 解理夹角的测定 要选择同时垂直两组解理的切面。 判断：两组解理最细最清楚； 把解理缝平行目镜十字丝纵丝时，升降载 物台，解理缝不左右移动（两组解理都要 检验）。 测定方法(见右图),A、选切面。 B、旋转载物台使一组解理平行 目镜十字丝，读数a。 C、旋转载物台，使另一组解理 平行同一十字丝，读数b。 D、解理夹角b-a。,3 、矿物的颜色、多色性和吸收性,（1） 矿物的颜色：,矿物在薄片中呈现的颜色与手标本上的颜色不同。透射光与反射光。 在单偏光镜下，矿物薄片呈现的颜色是矿片对白光中各单色光波选择吸收的 结果。选择吸收为 矿片对白光中各单 色光波的不等量吸 收。,（2） 矿物的多色性：,在单偏光镜下转动载物台，晶体颜色发生变化的性质。 是由于晶体在不同 方向上对不同波长 光波选择吸收的结 果。,电气石： 深篮浅紫 普通角闪石： 深绿浅黄绿,（3） 矿物的吸收性：,在单偏光镜下转动载物台，矿物颜色深浅发生变化的性质。 其成因与多色性相似。也是由于晶体在不同方向上对光波选择吸收的结果。,例如： 普通角闪石：深绿浅绿； 黑云母：深褐色浅褐色,问题：均质体矿物能否有颜色、多色性和吸收性？,3 、矿物的轮廓、贝克线、糙面及突起,（1） 矿物的轮廓和贝克线：,红柱石,轮廓：两种折光率不同的矿物接触处黑暗的边缘。 贝克线：轮廓附近的一条亮线，升降镜筒发生移动。 产生原因： 相邻矿物的折射率差造成， 差值越大越明显。 贝克线判断折光率大小： 提升镜筒（下降物台）， 贝克线向N大的一侧移动。, 贝克线的成因及贝克线移动规律,（2） 矿物的糙面：,糙面：在单偏光镜下，某些矿物比较光滑，某些矿物比较粗 糙，呈麻点状的现象。 产生原因： 薄片中矿物表面凸凹不平，当树脂与矿物折射率不同， 物表面的光散射不一致，给人粗糙的感觉。 矿物与树脂（N1.54）差值越大越明显。,（3） 矿物的突起：,突起：在单偏光镜下，同一切片的不同矿物好像高低不同的 现象。 产生原因： 是由于矿物折射率与加拿大树胶折射率不同，光波通 过两者之间界面而发生折射、全发射作用的结果。 矿物突起的影响因素： 矿物突起的高低与矿物折射率值与加拿大树胶折射率值 （1.54）的差值大小，差值愈大，突起愈高。, 矿物突起等级的划分,正突起与负突起 正突起：矿物折射率值大于加拿大树胶折射率值； 负突起：矿物折射率值大于加拿大树胶折射率值。 正负突起判断：提升镜筒，贝克线由加拿大树胶向矿物移动为正突起；反之，则为负突起 。,思考题,什么叫晶体的吸收性和多色性？为何只有非均质体才具有多色性? 什么是贝克线？它是如何产生的？其移动规律如何?有什么作用？ 什么是晶体的糙面、突起、？决定晶体突起等级的因素是什么？,四、 正交偏光镜下晶体光学性质,1、正交偏光镜的装置及光学特点 是在单偏光镜的基础上， 加上上偏光镜，并使上、 下偏光的振动方向相互 垂直。这样，在不放任何 矿片的情况下，视域应该 是黑的。如果不黑，表明 上、下偏光的振动方向 没有相互垂直，需要调整。,2、 消光现象 消光：矿物在正交偏光镜间呈现黑暗的现象。,消光,全消光：转动物台360,矿片一直消光的现象。 成因：为均质体及垂直光轴切片，他们不改变下 偏光光波的振动方向，光波不能透过上偏光镜。,四次消光：转动物台360,矿片呈四次明、暗的现象。 成因：非均质除垂直光轴以外的切片，光率体为椭 圆，转动物台360,光率体椭圆长、短半径与上、 下偏光振动方向AA、PP有四次平行的机会，出现四 次消光。,非均质除垂直光轴以外的切片，在消光位以外的任何位置,其光率体椭圆长、短半径与上、下偏光振动方向（AA、PP）斜交。这样，下偏光进入矿片后，就会发生双折射，分解形成振动方向相互垂直的两种偏光。由于这两种偏光的振动方向与上偏光的振动方向斜交，当它们进入上偏光镜时，就会再度发生双折射而分解形成四种偏光，但只有平行上偏光镜的两种偏光可以透过上偏光镜，并且具备了发生干涉作用的条件，必将发生干涉作用。,3、 干涉现象,如果光源为单色光波，则当光程差为光波半波长的奇数倍时，干涉结果是二者相互抵消而变黑暗；而当光程差为光波半波长的偶数倍时，干涉结果是二者相互叠加，其亮度增加一倍(见下图),（1）、干涉色 如果光源为单色 光，在正交偏光镜45度位时插入石英楔，随着石英楔的慢慢推入，视域内依次出现明暗相间的干涉条带。亮带代表增强，暗带代表减弱。,4、 干涉色及干涉色色谱表,实验表明：光程差R （N1-N2),矿片厚度,如果光源为白光时，在正交偏光镜间，在45度位时插入石英楔，随着石英楔的慢慢推入，视域内出现的不是明暗相间的干涉条带，而是不同的颜色。,这是因为白光中七种 不同波长的单色光不 可能同时增强或减 弱，必然有一部分单 色光增强，而另一部 分单色光减弱。这 样，不同程度加强的 单色光波混合起来就 构成了与该光程差相 应的混合颜色。(见 左图)这就是干涉色。,(2)、干涉色级序,在正交偏光镜间缓慢推入石英楔子，随石英楔的慢慢推入，其光程差由小到大连续变化，视域内出现有规律的连续干涉色，这种干涉色依次变化的顺序叫干涉色级序： 第一级序：暗灰灰白浅黄亮黄橙紫红 第二级序：蓝蓝绿绿黄橙紫红 第三级序：蓝绿绿黄橙红 第四级序：粉红浅绿浅橙 高级白：更高级序各色光波混杂形成一种与珍珠表面相似的亮白色。 特征： 每个级序的顶部均以紫红色或红色为标志。,干涉色色谱表：根据R=d(N1-N2) 制成的图表，反映光程差、 矿片厚度及双折率之间的关系。(见下图),由色谱表可以看出：干涉色级序主要取决于薄片厚度及双折射 率，当厚度一定时，取决于双折射率。,5、补色法则及补色器,补色法则： 在正交偏光镜间，两个非均质体任意方向的切片（除垂直光轴以外的），在45位置重叠时，两矿片光率体椭圆半径同名半径平行,总光程差等于原来两矿片光程差之和，表现为干涉色升高。异名半径平行时,总光程差等于原来两矿片光程差之差，其干涉色降低。 当异名半径平行时, 如果总光程差等于零，那么矿片就会变成灰黑色，此现象就是矿片消色。,补色器 石膏试板 云母试板 石英楔,(a) 石膏试板 产生560nm的光程差，一级紫红干涉色， 升降一个级序。 主要适用于鉴定一级黄以下干涉色。,不适合鉴定干涉色高的晶体,(b) 云母试板 产生147nm的光程差，一级灰白干涉色， 为黄色光波长的四分之一，升降一个色序， 云母试板适用于鉴定一、二、三级干涉色， 不适于鉴定四级以上干涉色。,(c) 石英楔 产生一至四级干涉色，光程差0-2240nm， 适用于鉴定一切干涉色,6、正交偏光镜间主要光学性质的观察和测定,（1）非均质体光率体椭园半径方向及名称的测定 测定步骤参见下图。 试板选用及干涉色升降判断： 干涉色在二级黄以下，选用石膏试板, 如原来矿片干涉色为一级灰,加入石膏试板后,升高为二级蓝, 降低为一级黄。 干涉色在二级黄以上，选用云母试板, 如原来矿片干涉色为二级黄，升高为二级紫红，降低为二级绿。 高于三级干涉色的矿片，用石英楔。,选切面: 干涉色级序的高低与切面方向有关，平行光轴或光轴面的切面干涉色最高，要选这种切面测定矿物最高干涉色级序。,（2）干涉色级序的观察与测定,使用前提：必须有楔形边，即矿物颗粒的边缘薄，中间厚，干涉色由边向中间逐渐升高。 具体方法：观测颗粒楔形部分，从边缘向中间数红色条带的数目，若为n条，则干涉色级为n+级。,方法一、楔形边目估法：,方法二、石英楔测定法：,测定步骤：,A、选择干涉色最高的切片，置于视域中心，旋转物台使 其消光。 B、转物台45度，此时干涉色最亮。 C、缓慢推入石英楔，若干涉色升高，说明二者同名轴平 行，此时转物台90度，使晶体切片与石英楔光率体半 径异名平行。 D、缓慢推入石英楔，干涉色降低，当推至干涉色消色停 止时，取出矿片，慢慢抽出石英楔，观察出现红色干 涉色的次数，若为n、则干涉色级序为n。,根据 R=d(N1-N2)测定，而且要测定最大双折率才有意义。平行光轴或光轴面切面的双折率最大，这种切面干涉色最高，多色性最明显。 A 、光程差的测定： 测定最高干涉色，在干涉色色谱表上求出相应的光程差。 B 、矿片厚度：一般为0.03mm。 C 、在色谱表上查未知矿物的双折率，或根据 R=d(N1-N2)计算。,（3 ）双折率的测定,（4 ）消光类型及消光角的测定,消光类型：指矿片处于消光位时，切片的解理缝、双晶 缝及晶体轮廓等与目镜十字丝的相互关系，分平行、对称及斜消光三类型。斜消光时，光率体椭圆半径与解理缝、双晶缝及晶面迹线之间的夹角称为消光角。,消光角的测定：,1）选择平行光轴的切面，该切面干涉色最高。 2）转动载物台使解理缝或双晶缝平行纵丝，记下载 物台读数A。 3）转动载物台使切面消光，记下载物台读数B。 4）消光角A-B,正延性：长条状矿物切面，其延长方向或解理缝方向与光率 体椭圆长半径Ng或Ng平行或其夹角小于45； 负延性：长条状矿物切面，其延长方向或解理缝方向与光率 体椭圆短半径Np或Np平行或其夹角小于45。,（5 ）矿物延性符号的测定,延性符号：是指一向延长的柱状或板柱状矿物，它的延长方 向与光率体切面半径之间的关系。, 延性符号的测定,1）转物台使晶体处于消 光位。 2）旋转45度，此时视域 最亮。 3）插入检板，判断光率 体半径名称。 4）判断正负延性。,（6 ）矿物双晶的观察,常见的双晶类型： 简单双晶； 聚片双晶； 卡钠复合双晶； 格子双晶； 卡斯巴双晶。,矿物的双晶：是指同一晶体是由两个或多个单体连生在一起，但单体和单体之间的光性方位不同，所以在正交偏光镜下明显地可见两个、三个或多个单体的消光位不同，呈现一明一暗的现象。,钾长石的卡斯巴双晶,微斜长石的格子状双晶,斜长石的聚片双晶和卡钠联晶,思考题,1、单偏光和正交偏光下所观察到的晶体“颜色”有何区别？ 2、斜长石的Ng=1.563, Nm=1.555, Np=1.511, 薄片厚度为0.03mm，问它在正交偏光镜下的最高干涉色为何？估计其光程差大小。,五、锥光镜下晶体光学性质,1、锥光系统的构成,正交偏光锥光高倍物镜勃氏镜（或去掉目镜）,锥光镜的特点： 1）聚光镜的作用: 使平行偏光变成锥 形偏光。 2) 勃氏镜或取去目镜作用: 放大干涉图。 3）高倍物镜作用: 使图象更清晰。,锥形光在晶体中传播特点： 除中央一条光波垂直射入矿片外，其余各光波均倾斜射入 矿片，且愈外倾角愈大，光波在晶体中的传播距离越长。,干涉图：在锥光镜下，各个不同方向入射的光，通过晶体到达 上偏光后产生的消光和干涉作用共同构成的特殊图形。 干涉图不是矿物本身的图像。,1） 垂直光轴切面的干涉图 图像特点 由黑十字和同心圆状的干涉色色圈 组成，黑十字交点位于十字丝中心。 干涉色色圈以黑十字交点为中心，成 同心环状，干涉色圈的多少，取决于 矿物双折率的大小及矿片厚度。 转动物台360,干涉图不发生变化。,2、一轴晶干涉图,(2）成因,当锥光进入到晶体时，只有中间一束光沿光轴入射，不发生双折射，其余光线均斜交光轴，发生双折射，分解为No和Ne。在环绕中心方向上为No，在沿直径放射状方向上为Ne，在AA和PP方向上， No和Ne分别与它们平行。,A、“黑十字”成因：,由于在AA和PP方向上， No和Ne分别与它们平行，故在AA、PP方向上呈现全消光而成为“黑十字”。,B、“干涉色环”成因：,因入射光为锥形光，由中央向外，光波通过薄片的距离愈向外愈长，故光程差从中心向外逐渐增大，相应干涉色也增高，从而形成了一个同心环状干涉色环。,（3）应用 1、确定轴性和切面方向 根据图像特点,可确定为一轴晶垂直光轴的切面。 2、测定光性符号 NeNo：正光性 NeNo：负光性, 石英垂直光轴切面的光性确定,一级灰干涉色,+石膏检板,二级篮（升高）,一级黄（降低）,图像相当于垂直光轴的一部分，也即斜交光轴切面的干涉图是由不完整的黑十字和不完整的干涉色圈组成。这种切面也可用于确定轴性及切面方向，测定光性符号，但关键是需要确定光轴出露点及对应的四个象限。其判别方法同垂直光轴切面干涉图。,（2） 斜交光轴切面干涉图,1) 光轴倾角不大时，光轴出露点仍在视域中心，四 个象限也比较清楚，很容易判别。（见下图）,2) 光轴倾角较大时，光轴出露点已不在视域中心，也没有黑十字存在，只有一根黑带。（见下图）,光轴出露点位置及象限归属的确定方法如下： 以顺时针转动物台为标准，黑带向下移动，光轴出露点在右边，黑带上部为二象限，下部为三象限；黑带向上移动，光轴出露点在左边，黑带上部为一象限，下部为四象限；黑带向右移动，光轴出露点在上边，黑带左部为三象限，右部为四象限；黑带向左移动，光轴出露点在下边，黑带左部为二象限，右部为一象限；,当光轴方向与上下偏光镜振动方向之一平行时，为一粗大的模糊的黑十字，转动载物台，粗大黑十字从中心分裂，并迅速沿光轴方向退出视域，故又称“闪图”。,（3）平行光轴切面的干涉图,