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偏光显微镜

偏光显微镜(Polarizing microscope)是用于研究所谓透明与不透明各向异性材料的一种显微镜,在地质学等理工科专业中有重要应用。凡具有双折射的物质,在偏光显微镜下就能分辨的清楚,当然这些物质也可用染色法来进行观察,但有些则不可用,而必须利用偏光显微镜。反射偏光显微镜是利用光的偏振特性对具有双折射性物质进行研究鉴定的必备仪器, 可供广大用户做单偏光观察,正交偏光观察,锥光观察。 [1]

将普通光改变为偏振光进行镜检的方法,以鉴别某一物质是单折射(各向同性)或双折射性(各向异性)。双折射性是晶体的基本特性。因此,偏光显微镜被广泛地应用在矿物、化学等领域,在生物学和植物学也有应用。

偏光显微是鉴定物质细微结构光学性质的一种显微镜。凡具有双折射性的物质,在偏光显微镜下就能分辨的清楚,当然这些物质也可用染色法来进行观察,但有些则不可能,而必须利用偏光显微镜。

偏光显微镜的特点,就是将普通光改变为偏振光进行镜检的方法,以鉴别某一物质是单折射性(各向同性)或双折射性(各向异性)。

双折射性是晶体的基本特征。因此,偏光显微镜被广泛地应用在矿物、高分子、纤维、玻璃、半导体、化学等领域。在生物学中,很多结构也具有双折射性,这就需要利用偏光显微镜加以区分。在植物学方面,如鉴别纤维、染色体、纺锤丝、淀粉粒、细胞壁以及细胞质与组织中是否含有晶体等。在植物病理上,病菌的入侵,常引起组织内化学性质的改变,可以偏光显微术进行鉴别。

(一)单折射性与双折射性:光线通过某一物质时,如光的性质和进路不因照射方向而改变,这种物质在光学上就具有“各向同性”,又称单折射体,如普通气体、液体以及非结晶性固体;若光线通过另一物质时,光的速度、折射率、吸收性和偏振、振幅等因照射方向而有不同,这种物质在光学上则具有“各向异性”,又称双折射体,如晶体、纤维等。

(二)光的偏振现象:光波根据振动的特点,可分为自然光与偏振光。自然光的振动特点是在垂直光波传导轴上具有许多振动面,各平面上振动的振幅分布相同;自然光经过反射、折射、双折射及吸收等作用,可得到只在一个方向上振动的光波,这种光波则称为“偏光”或“偏振光”。

(三)偏光的产生及其作用:偏光显微镜最重要的部件是偏光装置起偏器和检偏器。过去两者均为尼科尔(Nicola)棱镜组成,它是由天然的方解石制作而成,但由于受到晶体体积较大的限制,难以取得较大面积的偏振,偏光显微镜则采用人造偏振镜来代替尼科尔梭镜。 人造偏振镜是以硫酸喹啉又名Herapathite的晶体制作而成,呈绿橄榄色。当普通光通过它后,就能获得只在一直线上振动的直线偏振光。 偏光显微镜有两个偏振镜,一个装置在光源与被检物体之间的叫“起偏镜”;另一个装置在物镜与目镜之间的叫“检偏镜”,有手柄伸手镜筒或中间附件外方以便操作,其上有旋转角的刻度。 从光源射出的光线通过两个偏振镜时,如果起偏镜与检偏镜的振动方向互相平行,即处于“平行检偏位”的情况下,则视场最为明亮。反之,若两者互相垂直,即处于“正交校偏位”的情况下,则视场完全黑暗,如果两者倾斜,则视场表明出中等程度的亮度。由此可知,起偏镜所形成的直线偏振光,如其振动方向与检偏镜的振动方向平行,则能完全通过;如果偏斜,则只以通过一部分;如若垂直,则完全不能通过。因此,在采用偏光显微镜检时,原则上要使起偏镜与检偏镜处于正交检偏位的状态下进行。

(四)正交检偏位下的双折射体:在正交的情况下,视场是黑暗的,如果被检物体在光学上表现为各向同性(单折射体),无论怎样旋转载物台,视场仍为黑暗,这是因为起偏镜所形成的线偏振光的振动方向不发生变化,仍然与检偏镜的振动方向互相垂直的缘故。若被检物体具有双折射特性或 含有具双折射特性的物质,则具双折射特性的地方视场变亮,这是因为从起偏镜射出的直线偏振光进入双折射体后,产生振动方向不同的两种直线偏振光,当这两种光通过检偏镜时,由于另一束光并不与检偏镜偏振方向正交,可透过检偏镜,就能使人眼看到明亮的象。光线通过双折射体时,所形成两种偏振光的振动方向,依物体的种类而有不同。

双折射体在正交情况下,旋转载物台时,双折射体的象在360°的旋转中有四次明暗变化,每隔90°变暗一次。变暗的位置是双折射体的两个振动方向与两个偏振镜的振动方向相一致的位置,称为“消光位置”从消光位置旋转45°,被检物体变为最亮,这就是“对角位置”,这是因为偏离45°时,偏振光到达该物体时,分解出部分光线可以通过检偏镜,故而明亮。根据上述基本原理,利用偏光显微术就可能判断各向同性(单折射体)和各向异性(双折射体)物质。

(五)干涉色:在正交检偏位情况下,用各种不同波长的混合光线为光源观察双折射体,在旋转载物台时,视场中不仅出现最亮的对角位置,而且还会看到颜色。出现颜色的原因,主要是由干涉色而造成(当然也可能被检物体本身并非无色透明)。干涉色的分布特点决定于双折射体的种类和它的厚度,是由于相应推迟对不同颜色光的波长的依赖关系,如果被检物体的某个区域的推迟和另一区域的推迟不同,则透过检偏镜光的颜色也就不同。 [2]

1、光源

最好采用单色光,因为光的速度,折射率,和干涉现象由于波长的不同而有差异。一般镜检可使用普通光。

2.物镜:应使用无应消色差物镜,因复消色差和半复消色差物镜本身常发生偏振光。

3目镜

要带有十字线的目镜。

4、聚光镜

为了取得平行偏光,应使用能推出上透镜的摇出式聚光镜。

5、伯特兰透镜

聚光镜光路中的辅助部件,这是把物体所有造成的初级相放大为次级相的辅助透镜。它可保证用目镜来观察在物镜后焦平面中形成的平涉图样。

1、载物台的中心与光轴同轴。

2、起偏镜和检偏镜应处于正交位置。

3、制片不宜过薄。

在实际操作中,偏正显微镜上下偏振镜的振动方向要互相正交,或东西和南北方向,各自与目镜十字丝的横、纵方向一致。有时只用一个下偏振镜来观测,必须确定下偏振镜的振动方向,因此操作时必须对偏振镜进行校正。

1、目镜十字丝的检测

一般要检查目镜十字丝是否正交,以及是否与上下偏振镜振动方向一致,同时选一块解理和清晰的黑云母,移至目镜十字丝的中心,将解理缝平行于十字丝的一根丝,记下载物台的刻度数,再转动载物台使解理缝平行于另一十字丝,记下载物台的刻度数,两个刻度数之差为90°,说明十字丝正交。

2、下偏振镜振动方向的确定和校正

一般用黑云母来检查下偏振镜的振动方向,这是因为黑云母是一种分布广泛的透明矿物,在单偏光下很有特征:首先找一块解理和清晰的黑云母,移至目镜十字丝中心,推出上偏光镜,转动载物台一周,观察黑云母颜色的变化,因为黑云母对解理方向的振动光吸收最强,所以使黑云母颜色达到最深时,解理缝的方向就是下偏光镜的振动方向。

3、上下偏振镜正交的校正

下偏振镜的方向校正好之后,取下薄片,推入上偏振镜,观察视域是否处于消光状态,如果全黑,则表明上下偏光的振动方向互相正交,否则,上偏振镜须进行校正,即转动上偏振镜,使视域达到最暗为止。转动时必须先松开上偏振镜的止动螺丝,校正好后再拧紧。 [3]

为保证系统的使用寿命及可靠性,注意以下事项:

1.试验室应具备三防条件:防震(远离震源)、防潮(使用空调、干燥器)、防尘(地面铺上地板);电源:220V+-10-,50HZ温度:0度-40度.

2.调焦时注意不要使物镜碰到试样,以免划伤物镜。

3.当载物台垫片圆孔中心的位置靠近物镜中心位置时不要切换物镜,以免划伤物镜。

4.亮度调整切忌忽大忽小,也不要过亮,影响灯泡的使用寿命,同时也有损视力。

5.所有(功能)切换,动作要轻,要到位。

6.关机时要将亮度调到最小。

7.非专业人员不要调整照明系统(灯丝位置灯),以免影响成像质量。

8.更换卤素灯时要注意高温,以免灼伤;注意不要用手直接接触卤素灯的玻璃体。

9.关机不使用时,将物镜通过调焦机构调整到最低状态。

10.关机不使用时,不要立即该盖防尘罩,待冷却后再盖,注意防火。

11.不经常使用的光学部件放置于干燥皿内。

12.非专业人员不要尝试擦物镜及其它光学部件。目镜可以用脱脂棉签蘸1:1比例(无水酒精:乙醚)混合液体甩干后擦拭,不要用其他液体,以免损伤目镜。

1.偏光数码显微镜,它是将显微镜看到的实物图像通过数模转换,使其成像在显微镜自带的屏幕上或计算机上,偏光数码显微镜以小巧,便携,手持为特点,并可拍照保存所观察到的图像,便于研究分析。偏光数码显微所观察的图像,在偏光前与偏光后,图像具有明显的明暗区别,对于观察某些物体,偏光前的图像会不太清晰,因此看不到物体的详细状况,但经过偏光后的图像在视觉效果上会更加清晰,能清楚的看到物体的详细状况。

偏光显微镜是研究晶体光学性质的重要仪器,同时又是其他晶 体光学研究法(油浸法、弗氏台法等)的基础。

偏光显微镜是利用光的偏振特性对具有双折射性物质进行研究鉴定的必备仪器,可做单偏光观察,正交偏光观察,锥光观察。将普通光改变为偏振光进行镜检的方法,以鉴别某一物质是单折射(各向同行)或双折射性(各向异性)。

双折射性是晶体的基本特征。因此,偏光显微镜被广泛地应用在矿物、化学等领域。在人体及动物学方面,常利用偏光显微术来鉴别骨骼、牙齿、胆固醇、神经纤维、肿瘤细胞、横纹肌和毛发等。今天介绍一下有关偏光显微镜的应用领域。

1、生物领域:

在生物体中,不同的纤维蛋白结构显示出明显的各向异性,使用偏光显微镜可得到这些纤维中分子排列的详细情况。如胶原蛋白、细胞分裂时的纺缍丝等。

2、各种生物和非生物材料鉴定:如淀粉性质鉴定、药品成分鉴定、纤维、液晶、DNA晶体等。

3、医学分析:如结石、尿酸晶体检测、关节炎等。

4、地矿分析:

除了常见的生物医学方面的应用之外,偏光显微镜还可用于对各种矿物及结晶体的偏光检测,被广泛应用于石油、采矿及半导体行业。LED照明及专用滤镜更是能够在质量控制及工业分析中进行应用。

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