Оптические части рудного микроскопа » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Оптические части рудного микроскопа

18.04.2021

Оптические части рудного микроскопа и путь световых лучей от осветителя до глаза наблюдателя показаны на рис. 1.2,а—в. Обычное ортоскопическое наблюдение можно проводить, используя пластинковый (рис. 1.2, а) или призматический (рис. 1.2,б) рефлектор; некоторые микроскопы снабжены и стеклянной пластинкой, и призмой, другие — только одной призмой. Наблюдения начинают в условиях плоскополяризованного света (лучше называть его, как это делается в настоящей работе, линейно поляризованным) сначала только с одним поляризатором, а затем в скрещенных николях, когда анализатор введен в систему под прямым углом к поляризатору. Можно вести и коноскопические наблюдения, применяя обычно пластинковый рефлектор (рис. 1.2, в) и включая анализатор и линзу Бертрана. Если микроскоп не снабжен линзой Бертрана, то аналогичные эффекты можно получить, заменив обычный окуляр накладной диафрагмой с точечным отверстием.

Оптические части рудного микроскопа

1. Вращающийся столик. Столик микроскопа, на который помещают полированные шлифы, должен свободно вращаться, быть перпендикулярным к оптической оси микроскопа и центрированным относительно объективов. Угловые измерения можно производить с помощью делений, нанесенных по краю столика, и верньеров. Большинство микроскопов снабжаются препаратоводителем, позволяющим передвигать шлиф в двух взаимно перпендикулярных направлениях (X и Y). Он используется для систематического изучения объекта или подсчета количества зерен в образцах точечным методом.

2. Линзы объектива. Объективы микроскопа могут быть классифицированы по типу линз (ахроматы, апохроматы или флюоритовые), увеличению и нумерической апертуре и по назначению — для работы в масляной иммерсии или воздухе. Иногда учитывается также длина фокуса или рабочее расстояние.

Наиболее распространен ахромат, и линзы этого типа, как менее дорогие, прилагаются к большинству микроскопов. Этот объектив скоррегирован на сферическую аберрацию только для одного цвета, обычно желто-зеленого, а на хроматическую аберрацию — для двух цветов. Таким образом, при работе в белом свете у внешнего края изображения появляются цветные каймы, и при использовании черно-белой пленки в процессе микрофотографирования они могут вызвать некоторую нечеткость контуров. Однако если применить монохроматический свет (особенно зеленый), то изображение для человеческого глаза и на черно-белой пленке будет более резким.

Апохромат — более качественный и более дорогой объектив. Он скоррегирован на сферическую аберрацию для двух цветов (синего и зеленого) и на хроматическую аберрацию для основных цветов спектра — красного, зеленого и синего. Таким образом, апохромат дает более резкое изображение и более чем какие-либо другие линзы пригоден для цветной микрофотографии. Для того чтобы использовать в наибольшей степени преимущества апохроматов, следует одновременно устанавливать «компенсационные» окуляры.

Флюоритовые линзы (известные также как «полуапохроматы») представляют собой компромиссный вариант по цене и качеству между двумя первыми типами линз. Для получения наиболее качественного изображения флюоритовые объективы следует использовать совместно с компенсационными окулярами.

Большинство объективов дают первичное изображение в несколько искривленной плоскости, однако с помощью дополнительных коррекций можно сделать так, что изображение станет плоским. Такие объективы обозначаются префиксами «flatfield» или «plan»; они особенно полезны при работе с большим полем зрения и при микрофотографировании.

Увеличение объектива означает, в какой степени увеличивается изображение, когда свет проходит через объектив. Увеличение обозначается следующим образом: 5x, 10x, 20x ... примерно до 125x. Проекция первичного изображения находится внутри тубуса микроскопа, и расстояние от задней фокальной плоскости объектива до этого первичного изображения называется «оптической длиной тубуса».

Нумерическая апертура (Н.А) — это мера способности объектива разрешать тонкие детали структуры в образце; она определяет глубину фокуса и полезную степень увеличения. Математически нумерическая апертура лежит в пределах 0,04—1,3 и равна произведению показателя преломления n среды, в которую погружена линза, на синус угла u, равного половине угловой апертуры данной линзы:

Величина Н.А. выгравировывается на оправе каждого объектива. Ахроматический объектив с увеличением 10x имеет Н.А. 0,20, а объектив с увеличением 20x—0,40. Апохроматические объективы имеют большую Н.А., чем ахроматы. Нижний предел Н.А. сухого объектива равен 0,95, что соответствует углу 70°, т. е. максимальному углу падения лучей на объект, установленный на столике микроскопа (=угловой апертуре 140°). Максимальная Н.А. иммерсионных объективов, рассчитанных на применение масла с показателем преломления 1,5, равна примерно 1,4. Примеры соотношения между угловой апертурой, увеличением и свободным рабочим расстоянием объективов показаны на рис. 1.3 и сведены в табл. 1.1.

Применяемые для минераграфических исследований объективы низких и средних увеличений относятся, как правило, к «сухим», или воздушным, системам, которые рассчитаны на наличие между объективом и образцом только воздуха. Следует отметить, что объективы, предназначенные для наблюдения в проходящем свете, скоррегированы на присутствие «покровного стекла» толщиной 0,17 или 0,18 мм. Эти объективы могут давать плохое или искаженное изображение, если их использовать в микроскопе для отраженного света.

Иммерсионные объективы часто используются в микроскопии отраженного света, особенно когда требуются большое увеличение и высокое разрешение. В этом случае между образцом и объективом необходимо поместить каплю иммерсионного масла (обычно с показателем преломления 1,515); некоторые объективы рассчитаны на применение воды вместо масла. Присутствие иммерсионной среды (масла или воды) уменьшает отражение минералов, но повышает различие в цвете, снижает диффузное рассеяние света и обычно позволяет наблюдать слабые эффекты анизотропии и двуотражения, которые не видны с сухими объективами. Незначительные неудобства, связанные с необходимостью чистки объективов и образцов от иммерсионного масла, компенсируются значительно увеличивающейся информативностью наблюдений. Рамдор определяет преимущества применения иммерсионных объективов следующим образом: «Необходимо подчеркивать снова и снова, что тот, кто избегает использовать масляную иммерсию, упускает важный диагностический инструмент и никогда не увидит сотен деталей, описанных в этой книге». Все иммерсионные объективы имеют очень короткое рабочее расстояние, поэтому необходимо быть очень осторожным во время фокусирования, чтобы при случайном надавливании на образец не повредить объектив. Иммерсионное масло следует удалять с поверхности линз с помощью растворителей для предотвращения образования слоя грязи. Объективы водной иммерсии более удобны, так как чистить их проще.

3. Линзы окуляра. Окулярная система микроскопа служит для того, чтобы увеличивать первичное изображение, формируемое объективом, и делать его видимым для глаза. Большинство микроскопов снабжены окулярами Гюйгенса, обладающими увеличением от 5x до 12x и состоящими из двух линз и промежуточной диафрагмы. На диафрагме обычно закрепляются две взаимно перпендикулярные нити, но вместо них могут быть помещены микрометрическая шкала или прямоугольная сетка, удобные для измерения размера частиц или их подсчета. Окуляры, предназначенные для фотографирования, не имеют креста нитей и часто представляют собой «компенсационный» тип, позволяющий корректировать хроматическую аберрацию. Большие исследовательские микроскопы могут иметь «широкоугольные» окуляры, которые сконструированы так, что обеспечивают большего размера светлое поле зрения.

4. Осветительные системы. Обычно в рудных микроскопах применяются два типа ламп: накаливания и газоразрядные лампы. Для рутинной работы, особенно на студенческих микроскопах, достаточны лампы накаливания с вольфрамовой нитью. По характеристикам они варьируют от 6 до 12 В и от 15 до 100 Вт при минимальном сроке сохранности колбы 100—300 ч; обычно эти лампы работают совместно с переменным реостатом. Если лампа слишком низковатная или уже старая или если микроскоп разрегулирован, то становятся видными нить накала и различно окрашенные зоны, имеющие форму этой нити. Введение матового стекла позволяет устранить такое изображение, тем не менее все же может потребоваться юстировка микроскопа или даже его ремонт. Лампа должна давать достаточно света, равномерно распределенного в поле зрения и не причиняющего вреда глазу наблюдателя. Цветовая температура вольфрамовой нити накаливания варьирует примерно от 2850 К у ламп 6 В, 15 Вт до 3300 К у галогенных ламп 12 В, 100 Вт. Эти величины намного ниже цветовой температуры (около 6100 К) ксеноновых газоразрядных ламп, и если применять лампы накаливания без фильтров, то это приводит к смещению окрасок, наблюдаемых под микроскопом, в сторону желтого и красного цветов. В связи с этим большинство исследователей, работающих с микроскопом, вставляют светло-синий фильтр между лампой и другими частями осветительной системы, чтобы получить освещение, более близкое к дневному свету. Небольшие различия в цвете одних и тех же минералов при наблюдении их в различных микроскопах большей частью обусловлены незначительной разницей в эффективной цветовой температуре источника света. Знание фактической цветовой температуры лампы не столь важно при рутинной работе с полированными шлифами, однако оно имеет значение при микрофотографировании вследствие специфических особенностей различных типов пленки. Оно также важно при количественном измерении цвета минералов, поскольку наблюдаемая окраска частично есть функция источника света.

Стандартная осветительная система (рис. 1.2,а—в) наряду с источником света состоит из двух линз, двух или трех диафрагм и поляризатора. Апертурная диафрагма осветителя применяется для ограничения поля зрения и уменьшения паразитного, рассеянного, света. Полевая диафрагма осветителя контролирует угол конуса лучей падающего на образец света и включается для того, чтобы ограничить поле зрения; такое сокращение светового потока до пучка лучей, идущих почти параллельно, уменьшает эллиптическую поляризацию и увеличивает контрастность. Во многих микроскопах третья диафрагма способствует получению более резкого изображения.

Измерение отражения хотя иногда и проводится с использованием низковаттных ламп накаливания, тем не менее требует применения или высокоинтенсивных галогенных ламп накаливания, или ксеноновых газоразрядных ламп, поскольку при работе с монохроматором в интервале 400—700 нм необходимо иметь достаточную интенсивность света.

5. Рефлектор. Рефлектор представляет собой важную часть рудного микроскопа, так как именно с его помощью свету придается вертикальное направление и он падает на полированную поверхность образца. Существуют два типа рефлекторов: пластинковый (рис. 1.2, а) и призматический (рис. 1.2,б), перекрывающий половину поля зрения. Многие микроскопы снабжены обоими типами рефлекторов, которые вмонтированы в одну горизонтально расположенную подвижную оправу, так что по желанию можно использовать любое устройство.

Когда применяется пластинковый рефлектор, часть света, поступающего от осветителя, отражается через объектив на образец, другая же часть проходит сквозь стеклянную пластинку рефлектора и утрачивается для наблюдателя. Свет, который идет вниз и затем отражается от образца, пройдя через объектив, снова достигает стеклянной пластинки. В этом месте некоторое количество света проходит сквозь стеклянную пластинку, далее следует внутри тубуса микроскопа и попадает в окуляр; другая же часть отражается в направлении к осветителю и также теряется. В идеале отражательная стеклянная пластинка должна была бы направлять весь свет, идущий от осветителя, на образец и затем давала бы возможность этому свету достигать окуляра. В действительности же от отражательной стеклянной пластинки, имеющей покрытие, в окуляр попадает лишь около 25% света, поступающего от осветителя. Этот коэффициент полезного действия оказывается достаточным для большинства источников света; более того, только этот тип рефлектора обеспечивает действительно вертикальное падение света, и для освещения используется полная апертура объектива.

Альтернативной пластинковому рефлектору является призма полного внутреннего отражения или зеркальная система, в которой свет отражается вниз и проходит через половину апертуры объектива, затем, попав на образец и отразившись от него, следует через другую его половину и, минуя призму, достигает окуляра, В данных условиях свет на образец падает косо и тем самым повышается аберрация, связанная с отражением. При коноскопических наблюдениях видна только половина поляризационной фигуры, поскольку половину площади, через которую должен был бы проходить световой поток, перекрывает призма. Преимущество призмы или отражающего зеркала заключается в том, что они позволяют значительно большей части света (до ~50%) достигать окуляра. Однако при современных интенсивных источниках света это преимущество теряет свое значение. Кроме того, прежние модели призм полного внутреннего отражения и зеркал вызывали эллиптическую поляризацию; однако этот недостаток можно преодолеть, используя многократно отражающую призму и помещая поляроидные пленки у нижней грани призмы. Большинство исследователей считают, что для рутинной работы предпочтителен пластинковый рефлектор.

6. Поляризатор и анализатор. В стандартном рудном микроскопе поляризатор обычно устанавливается в осветительной системе между лампой и коллекторной линзой, однако он может располагаться и между диафрагмами. Это или кальцитовая призма, или, что более обычно, поляроидная пленка, которая пропускает только плоско- или «линейно» поляризованный свет; плоскость поляризации чаще всего ориентирована вертикально. При работе в проходящем свете со стандартными прозрачными шлифами или петрографическими препаратами в виде запрессованных зерен поляризатор и анализатор устанавливаются перпендикулярно друг другу. Однако многие рудные микроскописты считают, что поляризационные эффекты легче наблюдать, если взаимное расположение никоей на несколько градусов отличается от 90°. Это особенно важно в случае слабо анизотропных минералов и даже зерен с умеренной анизотропией, если они находятся в сильно анизотропной среде. Слабая раскрещенность николей может быть достигнута или с помощью вращающегося анализатора, или путем незначительного поворота (на 3—5°) поляризатора из положения полного скрещивания. Если для наблюдения анизотропии и погасания прибегать к вращению столика микроскопа, то такой прием не всегда позволяет делать однозначные выводы из-за сочетания этого вращения с различной анизотропией соседних зерен. Лучше, если столик оставить неподвижным и поворачивать анализатор или поляризатор в обе стороны от положения погасания. Это исключает мешающее наблюдению движение образца и позволяет уверенно определять, имеется анизотропия или нет.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: