Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




09.07.2019


09.07.2019


08.07.2019


08.07.2019


04.07.2019


02.07.2019


29.05.2019


29.04.2019


25.04.2019


22.04.2019





Яндекс.Метрика
         » » Измерение силы двойного лучепреломления

Измерение силы двойного лучепреломления

28.11.2017

Интерференционная окраска зависит: а) от силы двойного лучепреломления и б) от толщины пластинки. Зная последнюю и интерференционную окраску, мы можем определить силу двойного лучепреломления Ng—Np в данном разрезе.

Наиболее быстро, хотя и не особенно точно, силу двойного лучепреломления можно определить по методу сравнения. Наиболее часто пользуются методом Мишель-Леви как особенно простым и в то же время относительно точным. Он заключается в следующем. На таблице нанесены вертикально расположенные интерференционные цвета первых четырех или пяти порядков. На ней же нанесены горизонтальные линии, соответствующие толщине шлифа, обычно от 0 до 0,06 мм, через каждые 0,01 мм — толстые, через каждые 0,001 мм — тонкие. Из точки пересечения линии нулевой толщины и линии отсутствия разности хода расходятся радиально линии, на концах которых стоят числа, соответствующие той или иной силе двойного лучепреломления. Самое определение производится так: находят точку пересечения линии, соответствующей данной толщине шлифа, с вертикальной полосой того цвета, в который окрашен данный разрез минерала; через эту точку проходит одна из радиально расходящихся линий, на конце которой стоит искомая величина силы двойного лучепреломления. Так, если толщина шлифа 0,03 мм, разрез минерала окрашен в красный цвет второго порядка, сила двойного лучепреломления минералов в этом разрезе будет равна 0,033. Толщину шлифа измеряют по методу Шона; либо, определяя наиболее высокую интерференционную окраску минерала, сила двойного лучепреломления которого известна, находят толщину шлифа по таблице Мишель-Леви.

Сила двойного лучепреломления определяется также с помощью компенсации той разности хода, которая получается при прохождении лучей через двоякопреломляющую пластинку. Приборы, служащие для определения силы двойного лучепреломления по этому способу, носят название компенсаторов. Они же служат и для определения в разрезе минерала не только направлений осей, но и направлений Ng1 и Np1.

К числу простейших компенсаторов принадлежат пластинки фиолетового или красного цвета первого или второго порядка, слюдяная пластинка в 1/4 Л; сложные компенсаторы Бабине и Берека.

Пластинка фиолетового (красного) цвета. Пластинка такого рода представляет собой спайную пластинку гипса или мусковита такой толщины, что между скрещенными николями она дает красную или фиолетовую окраску либо первого, либо второго порядка. Разность хода в ней для первого порядка около 560 mu, для второго 1200 mu. Такая пластинка вставлена обычно в обойму, вдвигается в специальное отверстие в тубусе микроскопа непосредственно над объективом в диагональном положении к сечениям николей (см. рис. 58). Пластинка в обойме вставлена таким образом, что длина обоймы совпадает с Np.

Если на столике микроскопа отсутствует пластинка двояко-преломляющего минерала или она стоит в положении, параллельном николям, и, следовательно, свет погашен, при вдвижении фиолетовой (красной) пластинки поле зрения микроскопа окрашивается в фиолетовый (красный) цвет, характерный для данной пластинки.

Если эта пластинка не вдвинута, а разрез кристалла поставлен в диагональное положение, последний дает ту или иную интерференционную окраску, которую мы можем найти на таблице Мишель-Леви.
При вдвижении в поле зрения микроскопа фиолетовой (красной) пластинки ось Np этой пластинки будет совпадать либо с Np1, либо с Ng1 исследуемого кристалла. При совпадении направлений Np этой пластинки и Np1 исследуемой (рис. 58 а) получается как бы утолщенная пластинка, наподобие того, что мы видели в опытах с кальцитом; разности хода в исследуемом разрезе и в пластинке должны быть сложены. В результате получается увеличение разности хода, и, следовательно, повышение интерференционной окраски. Другими словами, если в разрезе исследуемого минерала мы имели разность хода R = е(Ng1—Np1), которая может быть выражена в миллимикронах, то к этой разности хода прибавляется, в связи с присутствием фиолетовой или красной пластинки, разность хода около 560 mu или 1120 mu, в зависимости от толщины этой пластинки, и соответственно повышается интерференционная окраска. Так, например, если интерференционная окраска кристалла белая первого порядка, получаемая при разности хода, равной около 180 mu, то после вдвижения пластинки получается разность хода, равная 560+180 = 740 ту, и соответствующая ей зеленовато-синяя окраска второго порядка. Наоборот, если разрез минерала и пластинка красного (фиолетового) цвета будут находиться в перекрещенном положении (рис. 58 b), разность хода, которая получается в разрезе, в большей или меньшей степени компенсируется разностью хода в пластинке, получается понижение окраски либо для пластинки, либо для разреза исследуемого кристалла в зависимости от того, который из них обладал более высокой интерференционной окраской. Беря снова, как пример, белую интерференционную окраску первого порядка в кристалле, мы получим разность хода в присутствии пластинки, равную 560—150 = 410 mu, что соответствует желтой интерференционной окраске; в данном случае мы следим за изменением окраски пластинки, как обладающей более высокой интерференционной окраской, и для нее наблюдаем понижение окраски. В том случае, когда интерференционная окраска светлозеленая второго порядка, для которой разность хода равна 800 mu, мы следим за изменением окраски разреза, вдвигая пластинку. Конечная разность хода, равная 800—560 = 240 mu, соответствует белому цвету первого порядка.

В том случае, когда интерференционная окраска очень высокая, в особенности, когда при этом минерал обладает более или менее интенсивной собственной окраской (например, биотит, коричневая базальтическая роговая обманка и др.), установить простым наблюдением, происходит ли при вдвигании фиолетовой (красной) пластинки повышение или понижение окраски, часто очень затруднительно, и легко впасть в ошибку. Поэтому удобнее применять иной метод; на краю исследуемого разреза минерала с особенно высокой интерференционной окраской находят выклинивающиеся полоски или участки, что обычно можно увидеть в большинстве зерен минералов; в этих минералах, как и в кварцевом клине, интерференционная окраска понижается к краю зерна или к месту с уменьшенной толщиной его; следовательно, здесь можно видеть ряд интерференционных полос, ширина которых будет зависеть от ширины выклинивающегося края; там, где должна наблюдаться фиолетовая окраска того или иного порядка, наблюдается благодаря слабому действию фиолетового цвета на глаз как бы черная полоска; остальные цвета видны довольно хорошо. Удобно при этом заменять малое увеличение большим — интерференционные полоски в таком случае лучше видны. Отсчитывая число фиолетовых (черных) полосок от крайней белой и светложелтой полоски первого порядка, которые часто могут быть хорошо видимыми, можно установить порядок интерференционной окраски минерала. Так, если черных (фиолетовых) полосок мы насчитываем две — интерференционная окраска третьего порядка, если четыре — соответственно пятого порядка и т. д.

Компенсатор в виде пластинки, обладающей фиолетовой или красной интерференционной окраской, применяется широко, так как с помощью этого компенсатора довольно значительные изменения интерференционных окрасок особенно хорошо улавливаются глазом.

Слюдяная пластинка 1/4 Л. Слюдяная пластинка 1/4Л между скрещенными николями окрашена в светлый беловато-серый цвет в связи с тем, что разность хода в ней для желтого цвета равна 1/4Л, т. е. около 150 mu. Она вставляется в такую же обойму, как и предыдущая, однако она монтирована в обойме разными фирмами в различном положении: в одних случаях длина обоймы совпадает с Np1, в других — с длиной обоймы совпадает Ng1.

При введении в тубус микроскопа она понижает или повышает разность хода, полученную в кристалле, да 150 mu, и, следовательно, на величину, сравнительно с фиолетовой пластинкой незначительную, поэтому и изменения окрасок значительно меньше. Она особенно применима тогда, когда необходимо лишь немного изменить разность хода.

Применение пластинки красного или фиолетового цвета первого порядка особенно удобно в том случае, когда интерференционная окраска особенно низкая — серая, светлосерая, белая первого порядка, в таком случае получается резкое, бросающееся

в глаза изменение окраски минерала. При высоких интерференционных окрасках второго и третьего порядков удобнее применять пластинку красного или фиолетового цвета второго порядка.

Слюдяная пластинка особенно часто применяется, когда интерференционная окраска занимает промежуточное место между первым и вторым порядками.

Компенсатор Бабине.
В том случае, когда необходимо не только получить приблизительные числа, но и точно определить Ng—Np, Ng—Nm, Nm—Np, пользуются компенсатором Бабине (рис. 59). Он состоит из двух кварцевых клиньев с очень острым углом, в разбираемом ниже случае равным 1°18', которые вырезаны во взаимноперпендикулярныхнаправлениях. Линии на рисунке указывают на направление оптической оси в обоих клиньях; в верхнем клине оптическая ось идет параллельно длине клина cd, в нижнем — перпендикулярно к ней и параллельно нижней поверхности клина be. Наложенные своими наклонными плоскостями друг на друга оба клина в совокупности образуют тело, которое можно сравнить с телом со взаимно параллельными плоскостями, имея в виду, что слой воздуха между ними представляет также как бы пластину со взаимно параллельными поверхностями.

Если на нижнюю плоскость падает параллельный свет, лучи его при диагональном положении клина распадаются на две волны, как и во всяком другом двоякопреломляющем теле при тех же условиях. Наиболее интенсивная интерференционная окраска получается тогда, когда оптические оси компенсатора Бабине стоят в диагональном положении, т. е. под углом 45° к сечениям николей.

Из двух волн лучей, которые проходят по средней линии, где толщина обоих клиньев одинакова, одна настолько же будет ускорена в верхнем клине, насколько другая замедлена в нижнем клине, и наоборот. Поэтому по выходе из верхнего клина обе волны не будут давать никакой разности хода; между скрещенными николями в середине поля зрения получается черная полоса равной по средней линии толщины.

Если луч проходит направо или налево от этой линии равной толщины, снова появляются разности в толщине клиньев верхнего и нижнего с обратным взаимодействием волн; в связи с этим получается разность хода, величина которой зависит от разности в толщине обоих кварцевых клиньев в месте прохождения этих волн. Обозначим, толщину клина в том месте, где она в обоих клиньях одинаковая для соседнего с черной полосой места, в верхнем клине A—х. в нижнем A+у; разница хода в верхнем клине будет:
Когда компенсатор поставлен в диагональное положение, в монохроматическом свете появляются светлые полосы направо и налево от средней черной линии, вплоть до тех мест, где разность хода будет равна Л данного монохроматического цвета; там, где эта разность равна 1, 2, 3 и т. д. целым волнам, получаются такие же черные линии, как и в средней части компенсатора.

Нижний кварцевый клин при помощи специального микрометрического винта может передвигаться на очень точно замеряемые расстояния относительно неподвижного верхнего клина; средняя черная полоса устанавливается в центре поля зрения при помощи окуляра по косому перекресту, выцарапанному на верхнем кварцевом клине.

Передвигаем при перекрещенных николях нижний клин компенсатора в монохроматическом свете до тех пор, пока две рядом расположенные черные полосы последовательно не придут в центр на пересечение нитей. Это передвижение будет соответствовать увеличению разности хода на А данного монохроматического цвета. Измеренное при помощи микрометрического винта оно обозначается 5.

Пример. Угол клина данного компенсатора 1°18'. Передвижение микрометрического винта, необходимое для того, чтобы одна черная линия заменила другую, 2,86 мм (572 делений головки винта). Отсюда х+у = 2,86 tg 1°18'. Сила двойного лучепреломления кварца Ng—Np = 0,0091, следовательно, R= Л = 2,86 tg 1°18' х 0,0091 = 0,00590 (вместо действительной 0,00589).

Противоположная разность фаз легко получается также и в том случае, если мы вращаем микрометрический винт, пока через центр поля зрения не передвинутся две, три и более черных полосы.

Характерная для компенсатора величина S устанавливается раз навсегда для данного компенсатора путем ряда установок черных полос в различных частях компенсатора.

При применении белого цвета можно видеть, что вместо ряда черных полос получается одна черная полоса в центре, именно там, где разность хода в нижнем и верхнем клиньях одинаковая, по обе стороны от нее виден ряд полос с постепенно повышающейся интерференционной окраской (первого, второго, третьего и других порядков), как это наблюдается вообще в кварцевом клине.

При компенсации разности хода в исследуемой пластинке с помощью компенсатора Бабине приводят пластинку в поле Зрения микроскопа в диагональное положение, компенсатор приводят в нулевое положение, т. е. в положение, когда черная полоса пересекает центр поля зрения.

Выдвигают анализатор, в тубус вместо окуляра вставляют компенсатор в диагональном положении по отношению к поляризатору; на компенсаторе устанавливают накладной анализатор в скрещенном по отношению к поляризатору положении. В таком случае черная полоса смещается на большее или меньшее расстояние от центра поля зрения; разность хода пластинки, поставленной в диагональном положении по отношению к компенсатору, равна разности хода в этой части компенсатора, где к будет видна черная полоса (полная компенсация). Очевидно, черная полоса видна там, где разность хода может быть измерена в длинах волн Л.

Вращая микрометрический винт, мы передвигаем черную полосу в центр поля зрения, отсчитывая соответствующие деления головки винта. Эта величина обозначается l. Так как на передвижение одной полосы на место другой требуется вращение b головки винта, причем это передвижение соответствует длине волны Л данного цвета, то передвижка на l для перемещения сдвинутой части полосы будет соответствовать l/b Л этого же цвета.

Для уточнении пластинка повертывается на 180°; тогда черная полоса передвигается в противоположную сторону; возвращая ее в нулевое положение и отсчитывая снова деления, получаем второй отсчет. Половина суммы двух отсчетов даст нам искомую величину.

Сила двойного лучепреломления определяется по следующей формуле:
где: b — число делений головки микрометрического винта, отсчитываемое в монохроматическом свете при передвижке черной полосы в случае отсутствия минерала;

l — то же число в присутствии минерала;

Л — длина волны данного цвета (желтого, равная 0,00589);

d — толщина пластинки.

Компенсатор Берека. Компенсатор Берека (рис. 60) представляет собой прибор, построенный по принципу использования кальцита для определения разности хода путем компенсации. Его применение значительно проще, скорость определения больше, точность не уступает компенсатору Бабине. При малой силе двойного лучепреломления точность компенсатора Берека даже значительно больше, достигая 2—3 mu, при большой — равноценна компенсатору Бабине.
Он построен на принципе поворота пластинки кальцита, вырезанной перпендикулярно к оптической оси, вокруг линии, перпендикулярной к этой оси, т. е. вокруг линии, совпадающей с Ng. Толщина пластинки всего 0,1 мм, что дает возможность при повороте до 30° получить цвета до четвертого порядка. Если ось микроскопа параллельна оптической оси этой пластинки, двойного лучепреломления не происходит. Между скрещенными николями при таком положении компенсатора в поле зрения виден расплывчатый черный крест, перекрест которого располагается в центре поля зрения (в параллельном свете). По мере поворота пластинки вокруг оси вращения лучи проходят тем больший путь по пластинке под тем большим углом к оптической оси, чем больше поворот. Получается соответственно все большая разность хода и, следовательно, все более повышается интерференционная окраска; черный крест сдвигается в сторону, уступая место изохроматическим кольцам с интерференционными цветами, расположенными в обычном порядке.

Измерение поворота пластинки происходит путем отсчета градусов на соответствующем барабане.

Пластинка кальцита вделывается в специальную обойму с коленчатым изгибом и винтовым вращением при помощи винта А и зубчаток.

Компенсатор вставляется в микрошоп в то же отверстие над объективом и под анализатором, в которое вставляется и фиолетовая (красная) или слюдяная пластинка, следовательно, под углом 45° к сечениям николей. С длиной обоймы совпадает Ng.

Между скрещенными николями при нормальном положении, т. е. при отметке на лимбе 30°, виден черный крест с широкими балками, центр креста находится в центре поля зрения.

Чтобы найти константу С, характерную для компенсатора Берека, этот компенсатор помещают между скрещенными Николями в прорез микроскопа и в монохроматическом свете совмещают с центром поля зрения первую черную кривую вращением винта компенсатора вправо и влево от положения, отмеченного меткой 30°, при котором в поле зрения виден крест. Отсчитывая оба положения, получают числа а и b. Отсюда получают число i = a—b/2; длину волны, которая применялась при монохроматическом свете (например, Л = 589 mu), делят на величину i, которую берут из таблицы (стр. 97). Для большей точности можно использовать также и вторые и третьи черные линии. Тогда вместо величины X берут соответственно 2Л и 3Л.

При калибрировании компенсатора Берека в белом свете выбирают для помещения в центре поля зрения наиболее чувствительный фиолетовый цвет, расположенный между синим и красным цветами, и для длины волны берут число 551 mu.

Самый пересчет делают следующим образом при Л = 589 mu, а — 44,6°, b = 15,8°:
Пользуясь специальной таблицей, составленной для компенсатора Берека, получают для 14,4° число 626 (функция компенсации для компенсатора Берека). Длину волны Л = 589 делим на 626. Получаем константу данного компенсатора С: С = 589 : 626 = 0,941.

При пользовании таблицами, приложенными к каждому компенсатору, получают то же значение для i = a-b/2.

Разрез минерала, в котором определяется разность хода, устанавливается в центре поля зрения в диагональном направлении так, чтобы его ось Np стояла параллельно длине обоймы компенсатора, т. е. чтобы после вдвигания компенсатора и вращения его пластинки получалось понижение окраски. Если происходит повышение окраски, столик микроскопа необходимо повернуть на 90°. Вставляют компенсатор, предварительно тщательно проверив, что против нулевой черты стоит число 30, иначе можно сломать прибор, и вращают его винт до тех пор, пока в центре поля зрения не появится темносерое пятно. Установив середину этого темного пятна в центре поля зрения, делают первый отсчет: затем поворачивают винт в обратную сторону, пока во второй раз не произойдет компенсирование разности хода в пластинке, и делают второй отсчет. Компенсирование происходит лучше всего при совершенно параллельном положении Np компенсатора и Ng минерала. Из одного отсчета вычитают другой и, деля пополам, получают число, обозначаемое буквой i, т. е.
Величину f(i) (в данном случае i = 5,6°) отыскивают в таблице и, умножая ее на константу компенсатора С (в данном случае 0,941), получают разность хода R в mu для данного света (R = 95,4 x 0,941 = 89,77).
В случае пользования таблицами, приложенными к компенсатору, определяют логарифмы f(i) — в данном случае i = 5,6° — и к нему прикладывают логарифм константы С данного компенсатора (для различных компенсаторов в связи с различной толщиной пластинки кальцита константы различны) по формуле:
Из табл. 11 получаем: R = 90,0 mu.

Для выражения разности хода R в долях волны каждого определенного цвета делят это число R на длину волны; тогда разность хода изображается в долях волны данного цвета:

К = R/Л.

Если известна толщина шлифа, можно получить разность между показателями преломления, или силу двойного лучепреломления, по следующей формуле: Ng —Nр = R/e, где е — толщина препарата.

Компенсатор Берека служит также и для определения оптических направлений в разрезах.

В параллельном свете исследуемый разрез ставят в диагональное положение. Вставив компенсатор Берека, вращают его, наблюдая, получается ли повышение или понижение окраски. Если получается повышение интерференционной окраски, то с осью Ng компенсатора или длиной его совпадает ось разреза минерала Ng1, и, следовательно, в направлении, перпендикулярном к длине компенсатора, имеется ось Ng1. Если наблюдается понижение окраски, то с осью Ng или длиной компенсатора совпадает ось разреза Np1.