Способы определения показателя преломления минералов

Способы определения показателя преломления минералов. В научно-исследовательских и производственных лабораториях показатели преломления минералов чаще всего определяют иммерсионным методом.

Суть метода заключается в том, что пользуясь специальным набором жидкостей с разными, заранее известными показателями преломления, подбирают две жидкости с разницей величин n в 0,003. Причем, значение n одной жидкости будет больше n исследуемого минерала, а другой – меньше.

Одно из существенных преимуществ этого метода – возможность его использования для определения даже мелких зерен, размером в десятые доли миллиметра. Сравнивая показатели преломления жидкости и минерала, наблюдают за так называемой световой полоской, или линией Бекке. При разнице n в 0,001 и более на границе минерала с жидкостью появляется тонкая световая полоска – линия Бекке, точно повторяющая контуры зерна. При подъеме и опускании тубуса микроскопа она перемещается с зерна на жидкость и обратно.

При подъеме тубуса микроскопа линия Бекке перемещается в сторону вещества с большим показателем преломления, а при опускании – в сторону вещества с меньшим показателем преломления. Наиболее простой и доступный способ определения показателя преломления минералов при изучении их с помощью поляризационного микроскопа – метод сравнения с показателем преломления канадского бальзама, величина которого всегда постоянна.

При этом наблюдают за линией Бекке, рельефом и шагреневой поверхностью, по характеру которых и определяют показатель преломления минерала. Все минералы при сравнении их показателя преломления с показателем преломления канадского бальзама можно разделить на две группы: 1) nмин  nк.б.; 2) nмин  nк.б Следует иметь в виду, что у некоторых минералов величина показателя преломления в зависимости от кристаллографической и оптической ориентировки сильно меняется, например, у кальцита – от 1,486 до 1,658. ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙЧТВ КРИСТАЛЛОВ ПРИ ДВУХ НИКОЛЯХ. 6.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ДВОЙНОГО ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ МИНЕРАЛОВ. Луч света, проходящий через пластинку анизотропного минерала, разбивается на два луча с разными показателями преломления, распространяющиеся с различными скоростями, и колеблющиеся во взаимно-перпендикулярных плоскостях.

Силой двойного лучепреломления () называется величина, показывающая насколько показатель преломления одного луча отличается от показателя преломления другого:  = n1 – n2 , {1} где n1 и n2 – величины показателей преломления.

Сила двойного лучепреломления – величина переменная. Она изменяется от 0, когда луч направлен по оптической оси кристалла, до какого-то максимума, когда луч направлен перпендикулярно к оптической оси (в одноосных кристаллах) или к плоскости оптических осей (в двуосных кристаллах). За истинную величину силы двойного лучепреломления (ведь только она может использоваться для определения минералов) принимают ее максимальное значение:  = ng – np , {2} где ng – наибольший по величине показатель преломления данного минерала, а np – наименьший.

Определение силы двойного лучепреломления минералов основано изучении явления интерференции световых волн, проходящих через кристалл в шлифе. Выше было сказано, что луч света, входя в кристалл, раздваивается, и каждая из образовавшихся световых волн распространяется в кристалле со своей скоростью.

В результате один луч обгоняет другой, и между ними возникает разность хода (R). Величина разности хода измеряется в миллимикронах и прямо пропорциональна длине пути, пройденного в анизотропной среде, то есть толщине кристаллической пластинки – (толщина шлифа) и силе двойного лучепреломления данного кристалла - : R = d  = d (ng – np) {3} Наличие определенной разности ходе при прохождении лучей света через анализатор обусловливает их интерференцию, вследствие чего зерна минералов при изучении их под микроскопом в белом света приобретают интерференционные окраски.

При этом каждому значению разности хода соответствует своя интерференционная окраска. Следовательно, по характеру интерференционной окраски можно определить разность хода – R, которая, в свою очередь, связана с искомой уже известной зависимостью. В конечном итоге, определение силы двойного лучепреломления минерала сводится к определению интерференционной окраски.

При определении силы двойного лучепреломления минералов пользуются таблицей Мишель-Леви (приложение 1). По горизонтальной оси этой нанесены величины разности хода (в миллимикронах) с соответствующей им интерференционной окраской (в виде вертикальных полосок соответствующих цветов). При увеличении R цвета периодически повторяются. Это позволяет разбить их на порядки. В первый порядок входят цвета: серый, белый, желтый, оранжевый и красный, постепенно переходящие друг в друга.

Второй и третий порядки начинаются с фиолетового цвета, далее следуют синий, зеленый, желтый, оранжевый и красный. В первом порядке имеются отсутствующие в других порядках серый и белый цвета, но нет синего и зеленого. По вертикальной оси таблицы отложена толщина шлифов (в сотых и тысячных долях мм). Из нижнего левого угла таблицы веерообразно вверх и вправо расходятся прямые линии, на концах которых указаны значения силы двойного лучепреломления. Для практического определения силы двойного лучепреломления необходимо под микроскопом найти наивысшую интерференционную окраску минерала и точку пересечения ее на таблице Мишель-Леви с горизонтальной линией, соответствующей стандартной толщине шлифа =0,03 мм. Через эту точку проходит одна из веерообразно расходящихся линий, на верхнем конце которой и указана искомая величина = ng – np. При изучении интерференционной окраски минерала необходимо определить ее порядок.

Для этого пользуются так называемым правилом каемок и методом компенсации. 6.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ДВОЙНОГО ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ ПО КАЕМКАМ В ЗЕРНАХ Весьма часто зерна минералов утончаются к краям, в то время как значительно большая площадь зерна имеет плоскую поверхность, параллельную нижней поверхности зерна. В зависимости от этого интерференционная окраска зерна понижается к самым краям зерна, на которых наблюдаются различия в интерференционных окрасках, так что нередко можно различать цвета первых порядков.

Наблюдая от края к центру зерна полоски интерференционных цветов, заканчивающиеся красным цветом можно подсчитать сколько красных полосок сменяют друг друга в направлении от края к центру, и, следовательно, выяснить, к какому порядку относится интерференционная окраска зерна в его центральной части (количество центральных каемок плюс единица). Затем необходимо использовать номограмму Мишель-Леви для определения силы двойного лучепреломления. 6.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ДВОЙНОГО ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ КОМПЕНСАТОРА Компенсатор представляет собой прибор, изготовленный из кристаллов кварца и гипса.

В том случае, когда он имеет постоянную разность хода около 550 миллимикрон, (что соответствует собственной интерференционной окраске кварца или гипса – красной первого порядка), то его называют кварцевой пластинкой.

Компенсатор, называемый кварцевым клином, представляет в поперечном разрезе пластинку в форме тонкого клина. Его разность хода переменная. На оправе указана его оптическая ориентировка, обычно сходная с той, которая указана для гипсовой и кварцевой пластинок.

При вдвигании кварцевого клина в прорезь тубуса микроскопа изменяются последовательно интерференционные цвета от начала 1 порядка до 4 порядка. При определении силы двойного лучепреломления используется правило компенсации. Известно, что разность хода в кристаллическом зерне возрастает пропорционально длине пути, проходимого световыми волнами в этом зерне. Поэтому если на пути распространения света, над кристаллическим зерном поместить другую кристаллическую пластинку (в данном случае компенсатор) таким образом, чтобы направления одноименных осей оптических индикатрис зерна и компенсатора совпадали, то результирующая разность хода будет равна сумме разностей хода зерна и компенсатора, что вызовет повышение интерференционной окраски.

Если поместить компенсатор таким образом, что будут совпадать разноименные оси оптических индикатрис зерна и компенсатора, то суммарная разность хода будет равна разности разностей хода зерна и компенсатора, что приведет к уменьшению порядка интерференционной окраски.

Если разность хода компенсатора будет равна разности хода в исследуемом зерне минерала, то в итоге общая разность хода световых волн будет равна нулю или, как принято говорить, произойдет компенсация разности хода в зерне, а зерно приобретет серую интерференционную окраску первого порядка.