Измерения и обработка результатов. Методика наблюдения кристаллов под микроскопом.

Исследование при одном николе (анализатор выключен). Свет параллельный. Здесь обычно используют малое и среднее увеличение.

При одном николе в параллельном свете проводят следующие исследования.

1. Описание внешней формы кристаллов.

2. Измерение углов огранки.

3. Наблюдение цвета и плеохроизма.

4. Определение размеров кристаллов.

5. Определение толщины шлифа.

При включенном анализаторе и параллельном свете проводят следующие исследования.

1. Разделение образцов на изотропные и анизотропные.

2. Определение силы двулучепреломления по окраске кристаллов.

3. Определение оптического знака удлинения.

Исследование оптических свойств кристаллов при скрещенных николях. Свет сходящийся. Включена линза Лазо и линза Бертрана. Используется большое увеличение и объективы с большой апертурой.

1. Определяют осность кристаллов и ориентацию осей относительно огранки кристалла.

2. Определяют оптический знак.

3. Измеряют анизотропию показателя преломления.

4. Для двуосных кристаллов измеряют углы между оптическими осями.

Задание 1. Наблюдение двойного лучепреломления в кристалле

исландского шпата.

Включить осветитель микроскопа. Установить объектив с кратностью увеличения 3,7^х. Анализатор выключить.

Поместить образец №1 кристалла исландского шпата на предметный столик микроскопа и добиться резкости изображений отверстия подложки. Совместив одно из изображений с центром поля зрения и вращая столик микроскопа, наблюдать поочередное погасание и просветление изображений отверстия. Распознать обыкновенный и необыкновенный лучи и ориентацию их плоскостей поляризации относительно огранки кристалла. Зарисовать результаты опытов в тетради отчетов.

Задание 2. Наблюдение положений погасания и определение

направлений колебаний света

компенсационными пластинками.

Образцы анизотропных минералов во всех разрезах, кроме нормальных к оптической оси, в скрещенных николях погасают при полном повороте столика микроскопа четыре раза. Если образец совершенно не просветляется при полном повороте, это характерно для любых разрезов изотропных веществ и для разрезов перпендикулярных оптической оси одноосных кристаллов.

В любом анизотропном веществе проявляются два направления колебаний, параллельных столику микроскопа. Эти направления, как это обнаружилось в первом задании, располагаются перпендикулярно одно к другому. По отношению к свету, колеблющемуся в одном направлении, кристалл обладает относительно большим показателем преломления, а для света колеблющегося в другом направлении, его светопреломление меньше. Компенсационные пластинки используются для определения, какой из двух показателей преломления связан с данным направлением колебаний.

Компенсационная пластинка представляет собой тонкую пластинку анизотропного кристалла и, следовательно, обладает двумя направлениями колебаний, располагающимися под прямым углом друг к другу. Эти направления обозначаются N_g и N_p. При введении в оптическую систему микроскопа они располагаются под углом 45^о к направлениям колебаний поляризатора и анализатора. Каждая пластинка обладает собственной разностью хода. Так кварцевая пластинка имеет разность хода 550 нм и вызывает появление в поле зрения красной интерференционной окраски первого порядка (таблица 1) при введении её в оптическую систему микроскопа при скрещенных николях.

В случае, когда на пути света присутствует еще и кристалл в диагональном положении, суммарная разность хода системы изменится и возникнет новая интерференционная окраска. Лучше всего явление интерференции в системе кристалл - компенсационная пластинка можно понять исходя из принципа Фермата

Δ = d (N_g - N_p), где Δ - разность хода, d - толщина кристалла.

Когда в системе кристалл - компенсационная пластинка родственные показатели преломления совпадают, то разность хода d[(N_g + N_g) - (N_p + N_p)] увеличивается, а интерференционная окраска повышается (фиолетовый второго порядка, таблица 1). Когда в системе кристалл - компенсационная пластинка совмещаются не родственные показатели преломления, то разность хода d[(N_g + N_р) - (N_p + N_g)], естественно полагать, меньше, чем для одной пластинки, и интерференционная окраска понижается (желтый первого порядка, таблица 1).

Провести эксперимент по следующему плану.

1. Включить анализатор в скрещенном положении.

2. Поместить на столик микроскопа препарат №2.

3. Сфокусировать его поверхность.

4. Вращая столик микроскопа, наблюдать при полном повороте четыре процесса погасания и просветления.

5. Определить направления главных показателей преломления относительно огранки кристалла.

6. Расположить кристалл в диагональном положении (положение просветления кристалла) и вдвинуть в щель тубуса микроскопа компенсационную пластинку (кварц, кр.1).

7. Наблюдая за изменением окраски кристалла, распознать направление большего и меньшего показателей преломления относительно граней кристалла.

8. Зарисовать в отчет результаты эксперимента.

Задание 3. Определение видимой толщины шлифа кристалла кальцита

и обыкновенного показателя преломления.

Наиболее простым способом определения видимой толщины шлифа является метод пылинок, заключающийся в попеременном наведении на резкость нижней и верхней поверхности шлифа. Разность отсчета по микрометрическому винту даст видимую толщину шлифа. Измерив микрометром истинную толщину шлифа, можно рассчитать обыкновенный показатель преломления, показатель преломления сечения перпендикулярного оптической оси.

Порядок проведения эксперимента следующий.

1. Вставить объектив с кратностью увеличения 9^х.

2. Поместить на столик микроскопа препарат №3 со шлифом кристалла кальцита (исландского шпата).

3. Сфокусировать нижнюю поверхность шлифа и отметить показания микровинта h₁.

4. Вращая микровинт, добиться резкого изображения верхней поверхности шлифа. Отметить показания микровинта h₂. Провести аналогичные измерения не менее трех раз, а результаты измерений свести в таблицу 2.

5. Измерить толщину h шлифа микрометром.

6. Рассчитать видимую толщину шлифа h_в = |h₁ - h₂|, показатель преломления по формуле n_о = h/h_в.

7. Результаты эксперимента представить в таблице 2.

Таблица 2.

№ п/п	h1	h2	hв = |h1 - h2|	h	nо = h/hв	_ no
1 2 3

Задание 4. Определение постоянной Малляра для микроскопа

дифракционным методом.

Определение углового положения изохром или угла двуосности проводится по методике Малляра. Метод основан на том, что расстояние любой точки коноскопической фигуры от её центра пропорционально синусу угла, составляемого лучами, сходящимися в этой точке, с оптической осью микроскопа. Отсюда получаем известную формулу Sin V = Rd, где R - константа Малляра, d - число делений шкалы окуляр микрометра.

Для определения постоянной Малляра можно измерить d у кристалла с известным углом двуосности V. Однако, есть более точный метод. Угловое положение точки в поле зрения коноскопической фигуры зададим лучами рассеянными дифракционной решеткой с периодом 1/100 мм. Направление дифракционных максимумов определится известной формулой p SinV = mλ. Используя условие Sin V = Rd, получим R = mλ/pd.

Для измерения постоянной Малляра провести следующий эксперимент:

1. Установить объектив с кратностью увеличения 20^х,

а окуляр-микрометр - 15^х, выключить анализатор.

2. Поместить на столик микроскопа дифракционную решетку с периодом 1/100 мм и сфокусировать её в поле зрения окуляра.

3. Уменьшить полевую диафрагму конденсора до минимума.

4. Ввести линзу Бертрана и отцентрировать её юстировочными винтами.

5. Наблюдать дифракционную картину в поле зрения окуляра.

6. Измерить положение желтого спектра второго, третьего и четвертого порядков по шкале окуляр микрометра с правой и с левой стороны от центра. Результаты свести в таблицу 3.

7. Рассчитать постоянную Малляра.

Таблица 3.

m	p мм	λ нм	dправ.	dлев.	d=(dправ.-dлев.)/2	R=mλ/pd	_ R
2 3 4	1/100	589

Задание 5. Наблюдение коноскопической фигуры одноосного кристалла

кальцита, определение оптического знака, анизотропии

показателя преломления Δn

и показателя преломления необыкновенного луча.

1. Поместить препарат №3 на столик микроскопа.

2. Сфокусировать его поверхность в поле зрения окуляра.

3. Ввести линзы Лазо и Бертрана, анализатор включен, николи скрещены.

4. Перемещая конденсор, добиться полного освещения поля зрения коноскопической фигуры.

5. Вращая кольцо наводки на резкость линзы Бертрана, сфокусировать коноскопическую фигуру.

6. Снять при желтом светофильтре отсчеты положения изохром третьего, четвертого и пятого порядков с правой и с левой стороны от центра интерференционной картины по шкале окуляр микрометра. Данные записать в таблицу 4.

7. Рассчитать оптическую анизотропию по формуле

Таблица 4.

m	h мм	R	λ нм	no	dправ.	dлев.	d=(dправ.-dлев.)/2	Δn
3 4 5			589

8. Для измерения оптического знака кристалла воспользоваться теорией компенсации разности хода компенсационными пластинками.

Рис. 12

При введении кварцевой пластинки красной первого порядка (рис. 12) повышение окраски вдоль N_g даст положительный оптический знак кристалла (N_e>N_o), понижение интерференционной окраски - отрицательный оптический знак (N_e<N_o). При использовании кварцевого клина наблюдать за движением изохром (рис. 12). Встречное движение характерно для оптически положительного кристалла, попутное движение - для оптически отрицательного кристалла.

9. Определив оптический знак кристалла методом компенсации, рассчитать величину необыкновенного показателя преломления n_e.

Задание 6. Получение коноскопической фигуры двуосного кристалла

и определение угла между оптическими осями 2V.

1. Поставить объектив кратностью 40^х (R=2R[20^x]), сменить препарат №3 на препарат №4.

2. Наблюдать коноскопическую фигуру двуосного кристалла при вращении столика микроскопа.

3. Поместив кристалл в диагональное положение (рис. 10), измерить по методике Малляра угол между выходами оптических осей (вершинами гипербол). Средний показатель преломления кристалла 1,56.

.