книги из ГПНТБ / Стойбер, Р. Определение кристаллов под микроскопом

соотношения дисперсий жидкостей и минералов для области малых и больших величин показателей преломления. Данные по дисперсии жидкостей для этой фигуры заимствованы из работы Батлера /12/, для зуниита - из справочника Ларсена и Бермана /74/ и для силь­

телями преломления жидкости и минерала обнаруживаются для отно­ сительно высокопреломляюших минералов. Это означает, что цветные каемки более чувствительно фиксируют совпадение светопреломления минерала и жидкости в области относительно низких показателей пре­ ломления.

Другие методы с использованием окрасок. Препарат из порош­ ка твердого прозрачного вещества и жидкости с равными показате­ лями преломления для лучей определенной длины волны при про­ хождений через него белого света будет избирательно пропускать лишь свет той части видимого спектра, для которой имеет место совпадение светопреломления жидкости и минерала. Свет всех ос­ тальных частей спектра в соответствии с изложенными выше прин­ ципами будет рассеиваться. Таким образом, цвет препарата можйт прямо свидетельствовать о длине волны света, для которой имеет место совпадение показателей преломления измельченного твердо­ го вещества и иммерсионной жидкости. Этот эффект, выявленный Кристиансеном /22/ и рассмотренный Райтом /135/, можно ис­ пользовать для определения показателя преломления.

Цветные каемки можно получить по всей границе зерна или ряда зерен, применяя различные способы затенения осевой или пе­ риферических частей осветительной системы. С использованием этих принципов, иногда также и эффекта Кристиансена, предложен ряд методик определения показателей преломления /21, 2 8 , 1 2 5 / . Достоинства этих методик заключаются в том, что наблюдение можно производить сразу по многим зернам или даже по диагнос­ тической окраске всего поля зрения (эффект Кристиансена). На основе таких специальных способов затенения разработано несколь­ ко методик выявления чужеродных включений в чистом материале, отобранном для химического анализа.

80 Глава 3

ФАКТОРЫ, КОНТРОЛИРУЮЩИЕ ТОЧНОСТЬ МЕТОДА

Точность определения показателей преломления иммерсионным методом прежде всего определяется точностью, с которой определе­ ны стандартные жидкости, и стабильностью этих жидкостей во вре­ мени. Эти факторы уже рассматривались в гл. 2 . Однако некоторая ошибка вводится также из-за неточности оценки показателя прелом­ ления по интервалам между смежными жидкостями иммерсионного набора. Такую ошибку можно уменьшить, получив жидкость промежу­ точного состава, смешивая две стандартные жидкости в равных ко­ личествах. Для большей точности оценку светопреломления новой жидкости следует производить не приближенно по объемам смешивае­ мых компонентов, а по данным измерений на рефрактометре.

ТОЧНОСТЬ рядовой работы .с использованием монохроматического света, но без специального контроля температуры можно определять показатели преломления иммерсионным методом с точностью і-0 ,0 0 2 , иногда с большей точностью.

Точность рядовых определений показателя преломления с исполь­ зованием белого света часто оценивается величиной - 0 ,0 0 3 . Свето­ преломление стандартных иммерсионных жидкостей в наборах приво­ дится для комнатных условий, однако практически при работе всетаки возникают ошибки, обусловленные колебаниями температуры. При работе с белым светом некоторая неопределенность возникает в результате невозможности точно установить цвет каемки, вполне

соответствующий совпадению показателей преломления жидкости и ми­ нерала. Таким образом, ошибка будет больше при определении высо­ ких показателей преломления, для которых цветные каемки оказыва­ ются менее чувствительным индикатором. К тому же жидкости с боль­ шими показателями преломления менее стабильны во времени. Все перечисленные ошибки, обусловленные колебаниями температуры, не­ устойчивостью жидкостей в стандартных наборах и невозможностью точной оценки окраски цветных каемок, возрастают по мере увеличе­ ния определяемых показателей преломления. Таким образом, при ря­ довой работе точность + 0 ,0 0 3 в области больших показателей пре­ ломления часто не достигается, но относительно низкие величины светопреломления могут часто определяться даже с большей точностью.

Чувствительность методов, основанных на сопоставлении показа­ телей преломления минералов и жидкостей, изучена Сейлором /99/. С использованием монохроматического света наименее чувствитель­ ной оказалось методика обычного косого освещения, несколько лучше в этом отношении испытание на полоску Бекке с использованием цен­ трального освещения, но наиболее чувствителен метод косого освеще­ ния с двойным диафрагмированием. Совпадение светопреломления для обломков с вертикальными боковыми сторонами можно установить в более узких пределах, чем для зерен неправильной формы. Точность

несколько возрастает при использовании объективов малых увеличе­ ний. Для большинства методов и условий работы установлены ошиб­ ки в четвертом знаке после запятой. В заключение Сейлор указыва­ ет, что в зависимости от условий работы вероятная ошибка в опре­ делениях величины показателей преломления различными иммерсион­ ными методами с использованием монохроматического света колеб­ лется от 0 ,0 0 0 1 до 0 ,0 0 1 . Барнс /3/ для иммерсионного метода с контролем вариаций температуры и длины волны света указывал чувствительность до 0 ,0 0 0 2 .

Иммерсионны е методики повышенной точности. Метод оптической дисперсии Мервина. Метод оптической дисперсии, предложенный М ервиным и Ларсеном /83/, а впоследствии усовершенствованный Лоз­ няком и Мервиным /95/, представляет собой быструю и точную ме­ тодику определения показателей преломления, весьма полезную при определенных условиях. Этот метод особенно выгоден для повторных (уточняющих) измерений или при изучении многих зерен, относящих­ ся к одной изоморфной серии. Методика основана на использовании известных, кривых оптической дисперсии иммерсионных жидкостей и исследуемых кристаллических веществ. В первоначальном варианте методики Мервина дисперсия минерала измерялась при каждом определении. В качестве источника света использовался монохроматор, излучающий свет любой желательной длины волны в пределах большей насти видимого спектра. Длину волны света можно было изменять непрерывно простым поворотом шкалы. Использовались жидкости с точно известными кривыми дисперсии, определенными преимущест­ венно методом минимальных отклонений. В каждом иммерсионном препарате определения показателя преломления производились по по­ лоске Бекке в пределах значительного интервала длин волн с уста­ новлением совпадения светопреломления минерала и жидкости для све­ та определенной длины волны. Т а же процедура повторялась с пре­ паратами, приготовленными на нескольких близких жидкостях боль­ шего и меньшего светопреломления, что обеспечивало получение не­ скольких совпадений показателей преломления минерала и жидкости для света ряда длин волн. После получения этих данных можно по­ строить кривую дисперсии светопреломления минерала по точкам пере­ сечения кривых дисперсии жидкостей с установленными длинами волн,

По кривой дисперсии минерала легко можно видеть показатель пре­ ломления кристалла для стандартной длины волны натрового света 5 8 9 ,3 нм (линия D ). Линии дисперсии кристаллов даннсіго

Другие специальные методы. Определения показателей преломле­ ния можно на немногих препаратах производить, изменяя температу­ ру и используя для вычислений заведомо известный термический ко­ эффициент жидкости. В этих целях применяются специальные иммер­ сионные жидкости /59/, устойчивые при умеренном нагревании. Им­ мерсионные среды такого типа представляют собой не смеси, а чис­ тые жидкости с значительными термическими коэффициентами. Для определений методом температурной вариации требуется гораздо боль­ ше времени, чем для измерений по дисперсионной методике, что свя­ зано с относительно большой термической инертностью специальных камер, используемых для нагревания препаратов. Нагревание препа­ рата до значительных температур создает опасность ошибки в связи

свозможным в этом случае испарением жидкости.

Вметоде двойных вариаций, при работе по которому изменяют как длину волны, так и температуру препарата, используют жидкос­ ти с сильной дисперсией и большими термическими коэффициентами. Подходящие жидкости, приемы работы и вспомогательные приспособ­ ления для метода двойных вариаций описаны Эммонсом /29/. Эта методика полезна в случае, когда показатель преломления необходи­ мо определить в одном препарате, например при очень ограниченном количестве исследуемого вещества. При работе на федоровском сто­ лике все три показателя преломления анизотропного двуосного мине­ рала удается определить на одном зерне, а при наличии специального усовершенствования, в котором имеется полая стеклянная полусфера, можно даже одновременно непосредственно определять показатель преломления жидкости при температуре и на той длине волны света, при которых наступило равенство светопреломлений минерала и жид­

кости. С другой стороны, вращающаяся игла (см. гл .1 4 ) представ­ ляет более простое приспособление для работы с" малым количеством материала, тогда как метод двойной вариации без использования фе­ доровского столика имеет серьезный недостаток - в этом случае нет уверенности, что в плоскости препарата располагаются именно нужные оптические направления, поскольку нагревательная камера исключает возможность использования фигур интерференции.

Методика определения показателей преломления иммерсионным методом значительно улучшается при использовании интерференцион­ ного микроскопа /18, 18 а /. Достоинство этого прибора заключает­ ся в том, что на нем можно прямо определить реальную величину раз­ ности показателей преломления минерала и жидкости, тогда как при обычной методике производится довольно субъективная оценка совпа­ дения светопреломлений зерна и жидкости.

Различия в показателях преломления минерала и жидкости при работе на интерференционном микроскопе выявляются сами собой при определении разности хода лучей посредством подсчета интерфе­

ренционных каемок. Поскольку разность хода варьирует также в за­ висимости от длины пути в кристаллической среде/уравнение (5 -2 )/ , то во всех опытах нужно наблюдать одну и ту же часть зерна или оно должно иметь постоянную толщину, обусловленную естественны­ ми особенностями минерала (спайный обломок) или приданную при дроблении. Разницу показателей преломления можно легко измерить с точностью до четвертого знака после запятой. При определении показателей преломления минералов на интерференционном микроско­ пе, как и при использовании других иммерсионных методов, должны быть известны показатель преломления, дисперсия (если использует­ ся не натровый свет) и термический коэффициент жидкости.

В комбинации с игловым методом ориентировки зерен, который позволяет сравнить с иммерсионной жидкостью все три главных по­ казателя преломления двуосного минерала в едином обломке (см.

гл. 1 4 ), интерференционный микроскоп является наиболее эффективным средством исследований

f Определить толщину зерна очень трудно, а подчас невозможно, и это сводит на нет все преимущества интерференционного микроско­ па. - Прим. ред.

Глава і

ДИАГНОСТИКА ИЗОТРОПНЫХ МИНЕРАЛОВ

ВВЕДЕНИЕ

Изотропными называют вещества, в которых свет проходит с од­ ной и той же скоростью в любом направлении. К числу изотропных веществ относятся минералы кубической сингонии, ненапряженные стекла (природные и искусственные), большинство жидкостей и газов.

Искусственные неорганические кристаллические изотропные ве­ щества представлены квасцами, различными окислами, галогенидами, цианидами и броматами. В сводных таблицах оптических свойств ис­ кусственных неорганических веществ, составленных А . Винчеллом и Г- Винчеллом /1 3 0/, 29% приходится на изотропные вещества. Сре­ ди природных минералов к этой группе относятся галогениды, в част­ ности флюорит и галит, некоторые окислы, например шпинель, а так­ же отдельные силикаты, в том числе минералы группы граната и фельшпатоиды группы содалита. В таблицах Ларсена и Бермана /74/ изотропные минералы составляют 14,9% .

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ОПЕРАЦИЙ В основе обычной диагностики оптическим способом изотропных

(и анизотропных) минералов лежит определение показателя прелом— пения. Для этого пользуются обычным иммерсионным методом, рас­ смотренным в гл. 3 . Из раздробленных зерен готовят препараты с серией иммерсионных жидкостей различного светопреломления и по­ следовательно подбирают среду, совпадающую с минералом по показа­ телю преломления. При этом прибегают к одному из двух наиболее известных способов сравнения светопреломления зерен и среды - к наблюдению за полоской Бекке или к косому освещению.

После опре ления показателя преломления изотропного вещества обращаются к какому-либо справочному руководству по оптической минералогии: в случае природного минерала - к таблицам Ларсена и Бермана /74/ или Трёгера /116/, а в случае искусственного неор­ ганического вещества - к справочнику А . Винчелла, Г. Винчелла /130/. Для подтверждения или уточнения диагностики можно восполь­ зоваться определением других оптических или физических свойств. При изучении анизотропных кристаллов в основном пригодна эта же схема оптического исследования, начинающаяся с определения пока­ зателей преломления. В известной мере эта схема и выдерживается при изложении материала в следующих главах.

танавливается по отсутствию интерференции при рассмотрении изо­ бражения в задней фокальной плоскости объектива. Для этого доста­ точно установить, что поле зрения после фокусировки с сильным объективом будет темным в скрещенных николях и при включенных собирающей линзе и линзе Бертрана. В подобной оптической систе­ ме зерно анизотропного вещества должно давать фигуру интерферен­ ции. Типы фигур интерференции описаны в следующих главах. Более простая проверка изотропности вещества заключается в том, что не­ сколько его зерен будут оставаться темными в скрещенных николях при вращении столика. В том случае, если эти зерна были ориенти­ рованы различно и, следовательно, не могли все быть перпендикуляр­ ными к оптической оси, второе испытание на изотропность по сущест­ ву столь же надежно, как и первое. Различная ориентировка ’ зерен более вероятна в шлифах, чем в иммерсионных препаратах. В послед­ них зерна могут ложиться на спайность, перпендикулярную оптичес­ кой оси, и не просветляться при вращении столика. Сечения сильно двупреломлякжшх одноосных кристаллов и двуосных кристаллов, пер­ пендикулярные оптической оси, при вращении столика не полностью темные, а равномерно просветлены. Их довольно трудно принять за изотропные зерна. Причины этого явления рассматриваются в следую­ щих главах.

Причины того, что изотропные вещества остаются темными, за­ ключаются в следующем. Свет, прошедший через поляризатор, колеб­ лется лишь в одной плоскости без каких-либо лучей, колеблющихся перпендикулярно. Такой поляризованный свет проходит через изотроп­ ное вещество без изменения направления колебаний. Сквозь анализа­ тор может проходить лишь свет, направление колебаний которого пер­ пендикулярно плоскости колебаний, пропускаемых поляризатором. По­ скольку лучей с таким направлением колебаний в свете, прошедшем сквозь изотропное зерно, нет, анализатор не пропускает никаких лу­ чей (см. фиг. 1 -5 ) . Совершенно иные соотношения наблюдаются в случае анизотропного вещества. Если только двупреломляющее зерно не ориентировано таким образом, что плоскость колебаний света в нем совпадает с направлением колебаний поляризатора или анализато­ ра, сквозь него непременно проходят лучи, колеблющиеся в направле­ нии, пропускаемом анализатором (см. фиг. 5 - 7 ) , и наблюдатель ви­ дит свет.

Псевдокубические кристаллы. Существует несколько минералов с кубическими кристаллографическими формами, но оптически не изо­ тропных. Такие псевдокубические минералы иногда описывают как оптические аномалии, поскольку отсутствие изотропности кажется

части вызвано неровностями верхней поверхности срезов зерен, обус­ ловливающими неравномерное преломление света. Типичным приме­ ром минерала с шагреневой поверхностью может служить гранат1.

П оказатель преломления в шлифах . С использованием полоски Бек-

ке или косого освещения способами, описанными в гл. 3 , можно оп­ ределить относительную величину светопреломления минерала по срав­ нению с закрепляющей средой или соседними зернами других минера­ лов. Грубо о различиях в показателях преломления двух веществ мож­ но также судить по рельефу. Практически наиболее часто приходится сопоставлять зерна минерала с канадским бальзамом ( /V = 1 ,5 4 ), ис­ пользуемым в качестве закрепляющей среды. Такие наблюдения про­ изводятся в краевых частях шлифа.

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

При диагностике изотропных веществ, помимо оптических свойств (светопреломления, дисперсии, окраски), важную вспомогательную роль играют формы выделения, спайность и двойникование. Каждое из этих свойств кратко рассматривается в следующих разделах.

Форма. Некоторым минералам в агрегатах, например в горных породах или шлаках, свойственно развивать при кристаллизации внеш­ ние грани кристаллов. Прямолинейные границы зерен в шлифах обыч­ но представляют следы пересечения кристаллическими гранями плос­ кости среза. Особенно хорошо наблюдаются грани, если зерно сопри­ касается с веществом, имеющим иные оптические свойства. Участок, занятый в шлифе одним кристаллом, обозначен непрерывным распро­ странением в его пределах трещинок спайности. В случаях когда со­ седствуют зерна одного минерального вида, на их контактах часто видны темные границы, позволяющие судить об очертаниях кристал­ лов. Очертания кристалла в срезах изменяются в зависимости от уг­ ла сечения, но наблюдение многих срезов зерен минерала в одном препарате позволяет составить представление о формах его кристаллов.

При изучении идиоморфных зерен в иммерсионных препаратах час­ то удается наблюдать грани, не только перпендикулярные или парал-і лельные поверхности предметного стекла, но ориентированные под ко­ сым углом к ней. Такие наблюдения легче всего производить в том случае, если рельеф минерала не очень резкий и не слабый. Оптималь­