Рудный микроскоп в исследовании минералов

Рудный микроскоп довольно существенно отличается от стандартных моделей, используемых в лабораторных исследованиях. Для использования вертикально падающего света такой микроскоп должен быть снабжен опак-иллюминатором, который направляет световой луч на образец. Поскольку пучок света, отраженный от образца, снова проходит по тубусу, прежде чем попасть в глаз наблюдателя, рефлектор либо делают прозрачным, либо таким, чтобы он перекрывал часть сечения тубуса. Первый тип простого рефлектора состоит из стеклянной пластинки, укрепленной в тубусе под углом 45° к его оси и отражающей световой пучок точно на образец. Много света при этом теряется, так как часть лучей проходит сквозь пластинку и поглощается стенками опак-иллюминатора. Остальной свет отражается от пластинки и образует пучок, падающий на образец, который должен быть тщательно отполирован, чтобы исключить чрезмерное рассеяние света. Свет, отраженный образцом, возвращается обратно в тубус и попадает в окуляр, но часть его при этом снова отражается стеклянной пластинкой и выводится за пределы микроскопа.

Это наиболее удобный для обычной работы тип рефлектора. Второй тип простого рефлектора состоит из призмы полного внутреннего отражения, которая помещается так, что перекрывает половину сечения тубуса. Она направляет свет на образец, а световой пучок, отраженный от образца, проходит по другой половине тубуса. Недостаток призматического рефлектора заключается в том, что при ортоскопическом исследовании он позволяет использовать только половину апертуры, а в сходящемся свете — наблюдать лишь половину коноскопической фигуры. Однако в случаях, когда необходимо достаточно сильно задиафрагмировать поле зрения (например, при измерении величины отражения), призма имеет преимущество как более сильный рефлектор.

С очень сильными объективами, в скрещенных николях и с введенной линзой Бертрана можно наблюдать коноскопическую фигуру, которая показывает, что свет падает на образец в виде конуса. Чем меньше нумерическая апертура объектива, тем меньше угол конуса. Таким образом, в случае количественных измерений при нормальном падении света следует пользоваться возможно более слабым объективом и максимально диафрагмировать поле зрения. В соответствии с этим микроскоп должен иметь как полевую, так и окулярную диафрагму.

При количественных измерениях необходим очень сильный источник света, так как световой пучок после монохроматора и поляризатора надо диафрагмировать. Сильный свет требуется также и при обычных исследованиях в скрещенных николях, поскольку обнаружить слабую анизотропию можно только при достаточной освещенности поля зрения; при этом следует помнить, что при выключенном анализаторе нужно применять нейтральный фильтр, чтобы защитить глаз от яркого света.

Для работы в отраженном свете желательно использовать оптику самого высокого качества. Натяжение в линзах вызывает ложное вращение плоскости поляризации светового пучка, и поэтому при их изготовлении соблюдают большую осторожность. Линзы должны иметь цветное покрытие, что уменьшает нежелательные рефлексы. Необходимо иметь возможность точно устанавливать николи, так как отраженный свет исключительно чувствителен к их правильному положению. Для некоторых количественных измерений требуется также вращающийся слюдяной компенсатор.

Из перечисленных выше требований следует, что для работы в отраженном свете необходимы микроскопы специальной конструкции. Приспособление же старых микроскопов для работы современными методами нецелесообразно. При изучении минералов наиболее удобна конструкция поляризационного микроскопа, позволяющая работать как в отраженном, так и в проходящем свете.

Оптические методы исследования минералов

Главные оптические эффекты, наблюдаемые в поляризационном микроскопе в проходящем свете, обусловлены преломлением и двупреломлением. Измерение показателя преломления не представляет особой трудности. При прохождении света через прозрачный кристалл можно определить и измерить изменение двупреломления в зависимости от направления в данном кристаллическом веществе. Обычно различия между изотропными (кубическими и аморфными), одноосными, ромбическими, моноклинными и триклинными веществами выявить легко. Оптический знак и оптическая ориентировка также определяются достаточно быстро.

При диагностике минералов данные, получаемые в отраженном свете, оказывают значительно меньшую помощь. Наиболее точно определяемым оптическим свойством минерала является количество отраженного нм света, но оно зависит также от качества полировки и чистоты поверхности шлифа. При допущении, что эта поверхность совершенна, можно наблюдать или измерить отношение отраженного света к падающему; величина этого отношения характеризует внутреннее свойство минерала и зависит от направления световых колебаний относительно его кристаллографической ориентировки. В анизотропных средах возникают дополнительные оптические эффекты, обусловленные либо вращением плоскости колебания падающего света, либо эллиптической поляризацией отраженного пучка, либо обоими отмеченными явлениями. Эти эффекты иногда очень слабые и обнаруживаются только при высоком качестве оптики и точной ее установке. Несмотря на необходимость их выявления, они не всегда оказывают большую помощь при обычной диагностике минералов.

В связи с тем что свет через непрозрачные вещества не проходит, мы не можем судить об ориентировке сечения, как это удается сделать при изучении прозрачных минералов. Если сечение, наблюдаемое в скрещенных николях, при вращении столика остается совершенно темным, то возможны два случая:

  1. вещество относится к кубической сингонии либо является скрытокристаллическим или аморфным;
  2. сечение представляет собой базальный срез какого-либо одноосного вещества.

В проходящем свете различие между этими двумя случаями можно быстро установить при использовании сходящегося света, а в отраженном свете это сделать невозможно. Причина заключается в том, что сходящийся свет в данном случае только дополняет эффект простого вращения плоскости поляризации падающего луча, т. е. эффект, который возникает при косом падении света у всех веществ, включая и аморфные. Различие же между тремя типами веществ, указанными в пункте а, можно обнаружить лишь методом рентгеновской дифракции.

Таким образом, в общем при изучении непрозрачных минералов получают меньше информации, чем при исследовании прозрачных. Однако одно свойство — отражение — гораздо лучше характеризует непрозрачные вещества, чем прозрачные. Измерение показателей отражения в настоящее время не вызывает затруднений. Их величины колеблются в интервале значений от ~ 20% (для некоторых окислов) до ~ 100% (для серебра). На анизотропных сечениях могут быть измерены два коэффициента отражения, разность которых соответствует двуотражению данного сечения. Отношение большей амплитуды отраженного колебания к меньшей называется анизотропным отношением; последнее тесно связано с эффектом анизотропного вращения.

Дисперсия оптических эффектов в отраженном свете выражена более ярко, чем в проходящем. Часто дисперсия величины отражения и анизотропии непрозрачных минералов настолько значительна, что с успехом может использоваться для диагностики минералов. Дисперсия величины отражения обусловливает и цвет непрозрачных минералов, наблюдаемый в полированных шлифах, так как окраска минерала соответствует преимущественно той части спектра, которая испытывает наибольшее отражение; в связи с этим цвет минерала может быть выражен количественно на графике дисперсии отражения в координатах коэффициент отражения — длина волны. Дисперсию других оптических эффектов можно также наблюдать, измерять и использовать для диагностических целей.

В проходящем свете погружение прозрачного вещества в среду с иным показателем преломления, чем у стандартного цемента, применяемого при изготовлении шлифов, изменяет только те эффекты, которые обусловлены относительным показателем преломления этого вещества (например, внешний вид), тогда как двупреломление или собственный цвет вещества в бесцветной иммерсионной среде не изменяются. В противоположность этому в отраженном свете на поверхности между веществом и иммерсионной средой происходят различные явления, и изменение относительного показателя преломления вещества влияет на величину его отражения. Поскольку цвет в отраженном свете (или плеохроичные оттенки минералов, обладающих плеохроизмом) зависит от дисперсии отражения, то в иммерсии он также изменяется, особенно если иммерсионная среда обладает значительной дисперсией своего собственного показателя преломления.

Изменение отражения минерала в среде с большим показателем преломления, чем у воздуха, позволяет получить две константы — показатели преломления и абсорбции, которые совместно обусловливают величину отражения минерала. Определяют эти константы по двум уравнениям, составленным для отражения, измеренного в воздухе и в иммерсионной среде; однако точность вычисленных таким образом значений сильно колеблется.

При исследовании в проходящем свете федоровский столик выполняет две главные функции. Во-первых, его применение значительно облегчает изучение оптических свойств кристаллов низших сингоний, и, во-вторых, он позволяет определять структуру породы по ориентировке кристаллов одного или нескольких минералов. В отраженном свете оптические измерения при разных углах падения могут быть сделаны со спектрометром, но для этого требуются достаточно большие кристаллы; для мелких же кристаллов, которые исследуются под микроскопом, необходима специальная аппаратура. Маловероятно, что эти исследования будут развиваться как метод, особенно потому, что неизвестно, имеет ли преимущество наклонное падение света по сравнению с нормальным. Более реально использование универсального столика в отраженном свете для изучения полированных сферических поверхностей монокристаллов; это может оказаться перспективным при исследовании оптических свойств кристаллов низших сингоний, если в распоряжении исследователя будут подходящие кристаллы. Как отмечалось выше, ориентировку минеральных зерен в породе можно определять с помощью федоровского столика, но это скорее не оптический, а морфологический метод, использующий направление плоскостей спайности. Ориентировку зерен одноосных непрозрачных минералов изучают в отраженном свете при нормальном падении путем измерения частных значений двуотражения; это метод оптический, но его можно применять только к одноосным минералам с сильным двуотражением.

В качестве примера можно рассмотреть начальную стадия изучения прозрачно-полированного шлифа сначала в проходящем, а затем в отраженном свете. На этом примере видны различия между наблюдениями в проходящем и отраженном свете; кроме того, он показывает, что существует видимое сходство между оптическими эффектами, которые обусловлены совершенно разными причинами. Для использования оптических методов нужно хорошо знать основы оптики. Поэтому далее будут изложены необходимые сведения по оптике, а в последующих статьях показана возможность их использования для исследования непрозрачных минералов в отраженном свете.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.