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【科普】徠卡課堂：你了解偏光顯微鏡嗎？

閱讀：13發(fā)布時(shí)間：2024-12-12

偏光顯微鏡（Polarizing microscope）是用于研究所謂透明與不透明各向異性材料的一種顯微鏡，在地質(zhì)學(xué)等理工科專業(yè)中有重要應(yīng)用。凡具有雙折射的物質(zhì)，在偏光顯微鏡下就能分辨的清楚，當(dāng)然這些物質(zhì)也可用染色法來進(jìn)行觀察，但有些則不可能，而必須利用偏光顯微鏡。反射偏光顯微鏡是利用光的偏振特性對(duì)具有雙折射性物質(zhì)進(jìn)行研究鑒定的儀器，可供廣大用戶做單偏光觀察，正交偏光觀察，錐光觀察。

主要特點(diǎn)

將普通光改變?yōu)槠窆膺M(jìn)行鏡檢的方法，以鑒別某一物質(zhì)是單折射（各向同性）或雙折射性（各向異性）。雙折射性是晶體的基本特性。因此，偏光顯微鏡被廣泛地應(yīng)用在礦物、化學(xué)等領(lǐng)域，在生物學(xué)和植物學(xué)也有應(yīng)用。

偏光顯微鏡的特點(diǎn)，就是將普通光改變?yōu)槠窆膺M(jìn)行鏡檢的方法，以鑒別某一物質(zhì)是單折射性（各向同性）或雙折射性（各向異性）。雙折射性是晶體的基本特征。因此，偏光顯微鏡被廣泛地應(yīng)用在礦物、高分子、纖維、玻璃、半導(dǎo)體、化學(xué)等領(lǐng)域。在生物學(xué)中，很多結(jié)構(gòu)也具有雙折射性，這就需要利用偏光顯微鏡加以區(qū)分。在植物學(xué)方面，如鑒別纖維、染色體、紡錘絲、淀粉粒、細(xì)胞壁以及細(xì)胞質(zhì)與組織中是否含有晶體等。在植物病理上，病菌的入侵，常引起組織內(nèi)化學(xué)性質(zhì)的改變，可以偏光顯微術(shù)進(jìn)行鑒別。

基本原理

單折射性與雙折射性

光線通過某一物質(zhì)時(shí)，如光的性質(zhì)和進(jìn)路不因照射方向而改變，這種物質(zhì)在光學(xué)上就具有“各向同性”，又稱單折射體，如普通氣體、液體以及非結(jié)晶性固體；若光線通過另一物質(zhì)時(shí)，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，這種物質(zhì)在光學(xué)上則具有“各向異性”，又稱雙折射體，如晶體、纖維等。

光的偏振現(xiàn)象

光波根據(jù)振動(dòng)的特點(diǎn)，可分為自然光與偏振光。自然光的振動(dòng)特點(diǎn)是在垂直光波傳導(dǎo)軸上具有許多振動(dòng)面，各平面上振動(dòng)的振幅分布相同；自然光經(jīng)過反射、折射、雙折射及吸收等作用，可得到只在一個(gè)方向上振動(dòng)的光波，這種光波則稱為“偏光”或“偏振光”。

偏光的產(chǎn)生及其作用

偏光顯微鏡最重要的部件是偏光裝置——起偏器和檢偏器。過去兩者均為尼科爾(Nicola)棱鏡組成，它是由天然的方解石制作而成，但由于受到晶體體積較大的限制，難以取得較大面積的偏振，偏光顯微鏡則采用人造偏振鏡來代替尼科爾梭鏡。人造偏振鏡是以硫酸喹啉又名Herapathite的晶體制作而成，呈綠橄欖色。當(dāng)普通光通過它后，就能獲得只在一直線上振動(dòng)的直線偏振光。偏光顯微鏡有兩個(gè)偏振鏡，一個(gè)裝置在光源與被檢物體之間的叫“起偏鏡”；另一個(gè)裝置在物鏡與目鏡之間的叫“檢偏鏡”，有手柄伸手鏡筒或中間附件外方以便操作，其上有旋轉(zhuǎn)角的刻度。從光源射出的光線通過兩個(gè)偏振鏡時(shí)，如果起偏鏡與檢偏鏡的振動(dòng)方向互相平行，即處于“平行檢偏位”的情況下，則視場(chǎng)明亮。反之，若兩者互相垂直，即處于“正交校偏位”的情況下，則視場(chǎng)黑暗，如果兩者傾斜，則視場(chǎng)表明出中等程度的亮度。由此可知，起偏鏡所形成的直線偏振光，如其振動(dòng)方向與檢偏鏡的振動(dòng)方向平行，則能通過；如果偏斜，則只以通過一部分；如若垂直，則不能通過。因此，在采用偏光顯微鏡檢時(shí)，原則上要使起偏鏡與檢偏鏡處于正交檢偏位的狀態(tài)下進(jìn)行。

正交檢偏位下的雙折射體

在正交的情況下，視場(chǎng)是黑暗的，如果被檢物體在光學(xué)上表現(xiàn)為各向同性（單折射體），無(wú)論怎樣旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)，視場(chǎng)仍為黑暗，這是因?yàn)槠鹌R所形成的線偏振光的振動(dòng)方向不發(fā)生變化，仍然與檢偏鏡的振動(dòng)方向互相垂直的緣故。若被檢物體具有雙折射特性或含有具雙折射特性的物質(zhì)，則具雙折射特性的地方視場(chǎng)變亮，這是因?yàn)閺钠鹌R射出的直線偏振光進(jìn)入雙折射體后，產(chǎn)生振動(dòng)方向不同的兩種直線偏振光，當(dāng)這兩種光通過檢偏鏡時(shí)，由于另一束光并不與檢偏鏡偏振方向正交，可透過檢偏鏡，就能使人眼看到明亮的象。光線通過雙折射體時(shí)，所形成兩種偏振光的振動(dòng)方向，依物體的種類而有不同。

雙折射體在正交情況下，旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)時(shí)，雙折射體的象在360°的旋轉(zhuǎn)中有四次明暗變化，每隔90°變暗一次。變暗的位置是雙折射體的兩個(gè)振動(dòng)方向與兩個(gè)偏振鏡的振動(dòng)方向相一致的位置，稱為“消光位置”從消光位置旋轉(zhuǎn)45°，被檢物體變?yōu)樽盍?，這就是“對(duì)角位置”，這是因?yàn)槠x45°時(shí)，偏振光到達(dá)該物體時(shí)，分解出部分光線可以通過檢偏鏡，故而明亮。根據(jù)上述基本原理，利用偏光顯微術(shù)就可能判斷各向同性（單折射體）和各向異性（雙折射體）物質(zhì)。

干涉色

在正交檢偏位情況下，用各種不同波長(zhǎng)的混合光線為光源觀察雙折射體，在旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)時(shí)，視場(chǎng)中不僅出現(xiàn)最亮的對(duì)角位置，而且還會(huì)看到顏色。出現(xiàn)顏色的原因，主要是由干涉色而造成（當(dāng)然也可能被檢物體本身并非無(wú)色透明）。干涉色的分布特點(diǎn)決定于雙折射體的種類和它的厚度，是由于相應(yīng)推遲對(duì)不同顏色光的波長(zhǎng)的依賴關(guān)系，如果被檢物體的某個(gè)區(qū)域的推遲和另一區(qū)域的推遲不同，則透過檢偏鏡光的顏色也就不同。

主要用途

偏光顯微鏡是研究晶體光學(xué)性質(zhì)的重要儀器，同時(shí)又是其他晶體光學(xué)研究法(油浸法、弗氏臺(tái)法等)的基礎(chǔ)。偏光顯微鏡是利用光的偏振特性對(duì)具有雙折射性物質(zhì)進(jìn)行研究鑒定的儀器,可做單偏光觀察，正交偏光觀察，錐光觀察。將普通光改變?yōu)槠窆膺M(jìn)行鏡檢的方法，以鑒別某一物質(zhì)是單折射（各向同行）或雙折射性（各向異性）。雙折射性是晶體的基本特征。因此，偏光顯微鏡被廣泛地應(yīng)用在礦物、化學(xué)等領(lǐng)域。在人體及動(dòng)物學(xué)方面，常利用偏光顯微術(shù)來鑒別骨骼、牙齒、、神經(jīng)纖維、腫瘤細(xì)胞、橫紋肌和毛發(fā)等。今天介紹一下有關(guān)偏光顯微鏡的

應(yīng)用領(lǐng)域

生物領(lǐng)域

在生物體中，不同的纖維蛋白結(jié)構(gòu)顯示出明顯的各向異性，使用偏光顯微鏡可得到這些纖維中分子排列的詳細(xì)情況。如膠原蛋白、細(xì)胞分裂時(shí)的紡綞絲等。

各種生物和非生物材料鑒定

如淀粉性質(zhì)鑒定、藥品成分鑒定、纖維、液晶、DNA晶體等。

醫(yī)學(xué)分析

如結(jié)石、尿酸晶體檢測(cè)、關(guān)節(jié)炎等。

地礦分析

除了常見的生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用之外，偏光顯微鏡還可用于對(duì)各種礦物及結(jié)晶體的偏光檢測(cè)，被廣泛應(yīng)用于石油、采礦及半導(dǎo)體行業(yè)。LED照明及專用濾鏡更是能夠在質(zhì)量控制及工業(yè)分析中進(jìn)行應(yīng)用。

帶LED照明的直立偏光顯微鏡 Leica DM2700 P這種偏光顯微鏡結(jié)合了高品質(zhì)的徠卡光學(xué)器件和的通用白光LED照明，用于入射和透射光的應(yīng)用。由于其靈活性，Leica DM2700 P滿足了從基本到的需要高品質(zhì)偏振設(shè)備的檢驗(yàn)這兩種需求。通過廣泛的配件，它成為進(jìn)行地球科學(xué)、塑料和聚合物行業(yè)，液晶檢驗(yàn)及其他方面各種例行檢查任務(wù)的理想工具。多功能的儀器選件不僅滿足了許多應(yīng)用的要求，而且滿足了預(yù)算。

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