Лабораторна робота № 5 визначення сили подвійного променезаломлення мінералів

Мета роботи: визначення подвійного променезаломлення за допомогою поляризаційного мікроскопа.

Завдання роботи:

- знати, які мінерали відносяться до оптично-ізотропних та анізотропних;

- знати, що таке подвійне променезаломлення;

- на яких параметрах побудована номограма Мішель-Леві;

- вміти практично визначати подвійне променезаломлення мінералів.

Теоретичні положення

Стосовно поляризованого світла кристали поділяються на дві групи: оптично-ізотропні, які мають однакові оптичні властивості в усіх напрямках, і оптично-анізотропні, властивості яких змінюються залежно від напрямку. До ізотропних відносяться кристали кубічної сингонії і мінерали аморфної будови. Ізотропні мінерали при схрещених ніколях, тобто при включеному аналізаторі, стають темними, майже чорними і не просвітляються при повороті столика мікроскопа. Інакше виглядають анізотропні мінерали - кристали середніх та нижчих сингоній.

Промінь світла, який входить в пластину анізотропного мінералу, розкладається на два промені з різними показниками заломлення, що коливаються у взаємоперпендикулярних площинах і поширюються з різними швидкостями. Це явище має назву подвійного променезаломлення.

Силою подвійного променезаломлення () називається величина, яка показує на скільки показник заломлення одного променя відрізняється від показника заломлення іншого:

=n₁-n_2,

де n₁ і n₂ - показники заломлення мінералів.

Сила подвійного променезаломлення - величина змінна. Залежності від напрямку проходження променів світла в кристалі вона змінюється від 0 до якогось максимуму, різного для різних мінералів. Максимальне значення буде істинною величиною сили подвійного променезаломлення

_кт=_max=n_д-n_р,

де n_д - найбільший за величиною показник заломлення даного мінералу, а n_р - найменший.

Значення  для різних мінералів коливається в досить широких межах. Так, для ніфеліну вона дорівнює 0,005-0,006; олівіну залежно від хімічного складу 0,035-0,040, а для кальциту - 0,172-0,180.

Визначення сили подвійного променезаломлення мінералів базується на вивченні в шліфах явища інтерференції світлових коливань, які проходять через систему: поляризатор-кристал-аналізатор.

Як було сказано вище, промінь світла входить в кристал і роздвоюється, при цьому кожна із світлових хвиль поширюється зі своєю швидкістю. В результаті один промінь обганяє другий і між ними виникає різниця ходу R.

Різниця ходу вимірюється в мілімікронах і є прямопропорційною до товщини шліфа і сили подвійного променезаломлення :

R=d=d(n_д-n_р)

Таким чином, визначення сили подвійного променезаломлення зводиться до визначення характеру інтерференційного забарвлення. Для цього використують номограму Мішель-Леві, яка графічно виражає вказану залежність (рис. 5.1):

R=d.

На цій таблиці внизу по горизонталі відкладені значення різниці ходу в мілімікронах, кожному із них відповідає певне інтерференційне забарвлення. При збільшенні різниці ходу кольорові смужки періодично повторюються. Це дозволяє розбити їх на порядки.

Рисунок 5.1 - Залежність сили подвійного променезаломлення () від різниці ходу (R) і товщини шліфа (таблиця Мішель-Леві)

До першого відносяться сірий, білий, жовтий, оранжевий, червоний кольори, які поступово переходять один в інший. Другий і третій порядки починаються з фіолетового кольору, далі спостерігаються синій, зелений, жовтий, оранжевий і червоний. При порівнянні перших трьох порядків видно, що в першому порядку є кольори, яких немає в наступних (сірий та білий кольори, але немає синього і зеленого). В першому і другому порядках кольорові смужки забарвлені найяскравіше, далі вони поступово бліднуть, а при дуже значній різниці ходу зливаються і утворюють інтерференційне забарвлення, яке називається білим найвищого порядку.

Зліва по вертикалі на таблиці Мішель-Леві вказана товщина шліфа d (1 мк=0,001 мм). З нижнього лівого кута таблиці віялоподібно вверх і вправо розходяться прямі лінії, на кінцях яких вказані значення сили подвійного променезаломлення.

При визначенні інтерференційного забарвлення мінералу необхідно вміти визначати його порядок. Для цього використовують так зване правило смужок: по периферії зерна спостерігається серія кольорових смужок, які послідовно повторюють кольори таблиці Мішель-Леві.

Причина появи кольорових смужок полягає в тому, що зерна мінералів в шліфі тільки в центральній частині мають товщину 0,03 мм, до периферії вона зменшується, а відповідно в тому ж напрямку зменшується і різниця ходу. Це приводить до зміни інтерференційного забарвлення від найбільш високих кольорів в центральній частині зерна до низьких в крайових частинах. Послідовність і число смужок відповідає числу послідовності кольорових смуг таблиці Мішель-Леві, розміщених вліво від інтерференційного забарвлення центральної частини зерна. Наприклад, якщо в центральній частині зерно має колір синій другого порядку, то від краю до центру будуть послідовно спостерігатись сіра, біла, жовта, червона, фіолетова смужки. Якщо в центрі зерна спостерігається синій колір третього порядку, то від лівого краю до центру розміщуються сіра, біла, жовта, червона смужки першого порядку, далі фіолетова, синя, зелена, червона другого порядку і фіолетова третього порядку (рис. 5.2).

Рисунок 5.2 - Залежність між товщиною зерна (d), різницею ходу (R) і інтерференційним забарвленням.

а - поперечний переріз; б - вигляд зверху

Простежуючи одну за другою кольорові смужки, починаючи від краю зерна до центру, і порівнюючи їх з таблицею Мішель-Леві зліва направо, ми встановлюємо інтерференційне забарвлення і його порядок, який відповідає даному мінералу. Необхідно пам’ятати, що товщина зерен в шліфі зростає не поступово, а різко. Це приводить до випадання деяких кольорових смужок, але цілий порядок не може випасти і, орієнтуючись на смужки, які залишились, завжди можна правильно визначити порядок інтерференційного забарвлення в центральній частині зерна.

Практично для визначення сили подвійного променезаломлення мінералу необхідно в шліфі знайти зерно з найвищим інтерференційним забарвленням, потім на таблиці Мішель-Леві знайти точку пересічення кольору зерна в центрі з горизонтальною лінією, яка відповідає 30 мк (0.03 мм - товщина шліфа). Через цю точку проходить одна з віялоподібних ліній, на кінці якої і вказана величина .

В деяких мінералів, наприклад, хлориту, епідоту та інших, в схрещених ніколях спостерігаються інтерференційні кольори, які не відповідають послідовності і кольору таблиці Мішель-Леві. Вони мають назву аномальних. Причина їх появи полягає в тому, що світлові хвилі різної довжини поширюються в кристалах мінералів з різною швидкістю і величини різниці ходу будуть різні при проходженні через кристал, а значить і сила подвійного променезаломлення в них також коливається.

Аномальне інтерференційне забарвлення відноситься до важливих діагностичних ознак і тому завжди відмічається при описуванні мінералів. Визначення величини сили подвійного променезаломлення в таких мінералів не проводиться.