Дослідження мінералів у сходженому світлі

(коноскопічний метод)

ВИЗНАЧЕННЯ ВІСНОСТІ МІНЕРАЛУ, ОПТИЧНОГО ЗНАКА І ВЕЛИЧИНИ КУТА ОПТИЧНИХ ОСЕЙ

 

Мета роботи: дослідження мінералів в сходженому світлі.

 

Завдання роботи:

- знати, що таке оптична індикатриса та оптична вісь кристалів;

- вміти визначати кут 2Vта оптичний знак кристалів;

- розрізняти коноскопічні фігури одноосних та двохосних кристалів;

- знати, як за формою гіпербол можна визначити кут 2V.

 

Теоретичні положення

 

В оптично анізотропних кристалах є такі напрямки, при яких промені світла поширюючись, не мають подвійного променезаломлення (D=0). Ці напрямки називаються оптичними осями.

Кристали середніх сингоній (гексагональної, тетрагональної і тригональної) мають одну оптичну вісь і відносяться до оптично одноосних кристалів. Оптична вісь в них співпадає з однією з осей індікатриси.

В кристалах нижчих сингоній (ромбічній, моноклінній і триклінній) є два напрямки, по яких не відбувається подвійне променезаломлення. Такі мінерали відносяться до групи оптично двохосних кристалів. Оптичні осі в двохосних кристалах розміщені в головному січенні індікатриси під кутом одна до другої. Цей кут прийнято позначати 2V.

Головний переріз індікатриси має вид еліпса, напівосі якого пропорційні найбільшому за величиною (n_g) та найменшому (n_p) показникам заломлення і позначаються відповідно N_g і N_p. Цей переріз називають ще площиною оптичних осей. Осі індікатриси N_g і N_p служать бісектрисами кута оптичних осей (рис. 7.1). Як одноосні, так двохосні кристали діляться на оптично додатні та оптично від’ємні. Оптичний знак в одноосних кристалах прийнято визначати за співвідношенням показників заломлення звичайного (n₀) та незвичайного (n_e) променів. Звичайним називають промінь світла, який поширюється з постійною швидкістю і постійним за величиною показником заломлення (n₀=const), - незвичайним - той, що поширюється зі змінною швидкістю і показником заломлення (n_e¹const). В додатних кристалах n_e>n₀, у від’ємних n_e<n₀.

 

 

Рисунок 7.1 - Переріз індікатриси двохосного кристалу. Розріз перпендикулярний: 1 - до гострої бісектриси; 2 - до оптичної осі.

 

В двохосних кристалах оптичний знак визначається за співвідношенням n_g-n_m і n_m-n_p,

де n_g - показник заломлення проміжний за величиною між n_g і n_p (n_p£n_m£n_g). Для оптично додатніх кристалів

n_g-n_p> n_m-n_p, а для додатних - n_g-n_m<n_m-n_p.

Оптичний знак можна також визначити за характером гострої бісектриси: в оптично додатних кристалах гостра бісектриса - N_g, у від’ємних - N_p.

Вивчають вісність, оптичний знак та кут 2V під мікроскопом в орієнтованих розрізах при схрещених ніколях (з включеним аналізатором), з короткофокусним об’єктивом (60-кратне збільшення), в сходженому світлі, для одержання якого при піднятій до кінця освітлювальній системі мікроскопа вводять лінзи Лазо і Бертрана. При цьому спостерігається характерна для кожного розрізу так звана інтерференційна або коноскопічна фігура, за виглядом якої визначають вісність і для двохосних кристалів величину кута 2V. Оптичний знак визначають за допомогою компенсатора.

Одноосні кристали вивчають в розрізі, перпендикулярному, або майже перпендикулярному до оптичної осі. В розрізі, орієнтованому перпендикулярно до оптичної осі, інтерференційна фігура має вигляд темного хреста, гілки якого перетинаються в центрі поля зору, тобто в точці виходу оптичної осі і співпадають з напрямком світлових коливань поляризатора та аналізатора (рис. 7.2, а). При повороті столика мікроскопа хрест залишається нерухомим.

 

 

 

Рисунок 7.2 - Інтерференційна фігура одноосного кристалу (а), визначення оптичного знака (б, в) в розрізі перпендикулярному до оптичної осі.

 

Якщо інтерференційну фігуру спостерігати в косому розрізі, тобто неточному перпендикулярному до оптичної осі, то місце перетину гілок хреста буде зміщене відносно центру поля зору мікроскопа. В такому випадку гілки хреста переміщаються, але залишаються паралельними самі до себе. Горизонтальна гілка переміщається знизу вверх, або зверху вниз, а вертикальна - справа наліво, або зліва направо.

Знак мінералу визначається за характером розміщення кольорових плям, які з'являються поблизу перерізу гілок хреста, при введенні компенсатора. Оптичний знак мінералу вважається додатніи, якщо сині плями появляються в квадрантах І і ІІІ, тобто впоперек напрямку руху компенсатора (рис. 7.2, б). У від’ємних мінералах сині плями появляються в ІІ та ІV квадрантах, тобто по ходу руху компенсатора (рис. 7.2, в).

Двохосні кристали. Визначають вісність, величину 2V і оптичний знак в двохосних кристалах в розрізі, перпендикулярному до гострої бісектриси (о.б.), і в розрізі перпендикулярному до оптичної осі (о.о.) (рис. 7.3).

Інтерференційна фігура в першому розрізі має вигляд двох темних зігнутих ліній - гілок гіперболи, або ізогіри, які розміщаються в полі зору симетрично відносно точки виходу гострої бісектриси (рис. 7.3, а). При повороті столика мікроскопа гілки гіперболи переміщаються, вони то сходяться в центрі поля, утворюючи фігуру, яка нагадує хрест одноосних кристалів, то розходяться. В момент максимального розходження гіпербол в їх вершинах знаходяться виходи оптичних осей. Навколо точок виходу оптичних осей спостерігаються інтерференційні забарвлення у вигляді кольорових ліній(лемніскат). Величина розходження гіпербол залежить від величини кута 2V, чим більший цей кут, тим дальше розходяться гілки гіпербол. Якщо кут 2g не перевищує 35-40⁰, то вони постійно залишаються в полі зору, якщо цей кут складає 45-50⁰ - гіперболи розходяться так, що їх вершини розміщаються на границі поля зору.

У випадку, коли кут 2g великий (50⁰ і більше) - гілки гіперболи при повороті столика мікроскопа виходять за межі поля зору.

 

 

 

Рисунок 7.3 - Інтерференційна фігура двохосного кристалу (а) і визначення оптичного знака (б, в) в розрізі перпендикулярному до гострої бісектриси (стрілки показують напрям руху компенсатора).

Положення площини поляризації: А - аналізатора, П - поляризатора; о.о. - оптична вісь; о.б. - гостра бісектриса.

 

Визначення оптичного знаку проводиться за допомогою компенсатора. Він вводиться в момент, коли площина оптичних осей співпадає з напрямком руху компенсатора. Кристал вважається додатним, якщо на випуклій стороні гіперболи появляються сині плями (рис. 7.3, б) і від’ємним, якщо вони з'являються на вигнутій стороні гіпербол (рис. 7.3, в).

В розрізі, перпендикулярному до оптичної осі, спостерігається одна гіпербола, яка при повороті столика мікроскопа також буде повертатись, але в зворотну сторону. Навколо виходу оптичної осі розміщаються смужки інтерференційних забарвлень, які тим більші, чим вище подвійне променезаломлення мінералу (рис. 7.4, а).

 

 

Рисунок 7.4 Інтерференційна фігура двохосного кристалу в розрізі, перпендикулярному до оптичної осі (а), визначення оптичного знаку (б) і величини кута 2V (в).

 

Ступінь зігнутості гіперболи залежить від величини кута 2V і може бути критерієм для його визначення. Чим сильніше зігнута гіпербола, тим менший кут 2V і навпаки (рис. 7.4, в).

Для визначення оптичного знаку мінералу в цьому розрізі необхідно повернути столик мікроскопа так, щоб гіпербола розміщалась впоперек напрямку введення компенсатора.

В додатного кристалу при цьому сині плями з'являються на випуклій стороні гіперболи, у від’ємного - на вигнутій (рис. 7.4, б).

Орієнтовані розрізи, які використовують для визначення вісності, оптичного знаку і відносної величини кута 2V характеризуються низькими кольорами інтерференції. Розрізи, які точно перпендикулярні до оптичної осі, в схрещених ніколях темні, майже чорні і при повороті столика не просвітляються, оскільки промінь світла в цьому випадку поширюються, не володіючи подвійним поменезаломленням (D=0 і R=0). В косому до оптичної осі розрізі, а також в розрізах, перпендикулярних до гострої бісектриси, зерно має більш високе забарвлення (R¹0). Але не рекомендується використовувати розрізи з кольорами вище білого чи світло-жовтого першого порядку, тому що інтерференційні фігури в цьому випадку неясні, розпливчасті.

Порядок проведення роботи

 

1 Регулюють мікроскоп (освітлення, ретельне центрування об’єктивів з 8- або 9-кратним збільшенням, схрещеність ніколей).

2 При включеному аналізаторі знаходять зерно досліджуваного мінералу з найбільш низьким інтерференційним забарвленням (бажано не вище темно-сірого або сірого першого порядку) і встановлюють в центрі поля зору.

3 Об’єктив з 8- або 9-кратним збільшенням міняють на 60-кратний, який потім обережно, піднімаючи тубус мікроскопа, фокусують і ретельно центрують. Оскільки цей об’єктив має досить невелике поле зору, навіть незначний ексцентриситет може привести до того, що вибране зерно для дослідження при повороті столика мікроскопа вийде за межі поля зору.

4 Піднімають освітлювальну систему і включають лінзу Лазо.

5 Знімають окуляр або включають лінзу Бертрана (в такому разі окуляр не знімають).

6 При повороті столика мікроскопа спостерігають інтерференційну фігуру, за якою визначають вісніть мінералу та орієнтировку розрізу.

7 В двохосних мінералах за ступенем зігнутості гіперболи або за величиною максимального розходження гіпербол приблизно визначають кут оптичних осей 2V.

8 За допомогою компенсатора визначають оптичний знак мінералу.

 

Контрольні питання

 

1 За яким ознаками вибирають в шліфі зерно мінералу для визначення вісності та оптичного знаку?

2 Який об’єктив використовують для одержання коноскопічної фігури?

3 Який принцип побудови індікатриси?

4 Дайте визначення оптична вісь кристалу.

5 Що значить величина 2v?

6 Який оптичний знак кристалу, якщо гострою бісектрисою кута 2v є N_g?

7 Який вигляд має коноскопічна або інтерференційна фігура одноосних кристалів?

8 Як виглядає інтерференційна фігура двохосних кристалів в розрізах, перпендикулярних до оптичної осі?

9 Інтерференційна фігура має вигляд двох гіпербол, які при повороті столика мікроскопа розходяться до країв поля зору. При введенні компенсатора на їх випуклій стороні з’являються сині плями. Що це означає?

10 В полі зору спостерігається одна гіпербола. При повороті столика вона не згинається. Де розміщується оптична вісь кристалу і яка величина кута 2v?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 8