Khoáng vật quang học

Một kính hiển vi thạch học, mà là một kính hiển vi quang học trang bị chéo phân cực ống kính, một ống kính conoscopic, và bù (tấm vật liệu đẳng hướng; tấm thạch cao và nêm thạch anh là phổ biến), để phân tích tinh thể.

Quang khoáng vật học là nghiên cứu về khoáng vật và đá bằng cách đo đạc chúng qua tính chất quang học của chúng. Thông thường nhất, mẫu đá và mẫu khoáng vật được gia công ở dạng lát mỏng hay hạt gắn kết cho nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm bằng kính hiển vi thạch học. Phương pháp này được sử dụng để xác định khoáng vật thành phần của vật liệu địa chất để giúp xác định nguồn gốc và sự tiến hóa của chúng.

Một số thuộc tính và kỹ thuật được sử dụng bao gồm:

• Chỉ số khúc xạ
• Lưỡng chiết
• Biểu đồ màu giao thoa Michel-Lévy
• Hiện Tượng Đa Sắc
• Góc tắt
• Hình ảnh giao thoa cực nhỏ (Hình giao thoa)
• Kiểm tra đường Becke
• khoảng đặt tiêu cự
• Dấu hiệu giãn dài (Chiều dài nhanh so với chiều dài chậm)
• Tấm sóng

Lịch sử

William Nicol, người có tên tuổi gắn liền với việc tạo ra lăng kính Nicol, có khả năng là người đầu tiên điều chế các lát mỏng của các chất khoáng, và phương pháp của ông đã được Henry Thronton Maire Witham (1831) áp dụng vào nghiên cứu sự hóa đá thực vật. Phương pháp này, có tầm quan trọng đáng kể trong lĩnh vực thạch học, đã không được sử dụng để điều tra một cách hệ thống về đá, và phải đến năm 1858, Henry Clifton Sorby mới chỉ ra giá trị của nó. Trong khi đó, nghiên cứu quang học về các phần của tinh thể đã được ông David Brewster và các nhà vật lý và khoáng vật học khác nâng cao và nó chỉ được áp dụng vào các phương pháp của họ cho các khoáng chất có thể nhìn thấy trong các phần đá.

Mặt cắt

Hình ảnh quét của một mặt cắt mỏng trong ánh sáng phân cực chéo.

Mặt cắt của đá nên ở khoảng một phần nghìn của một inch (30 micrometres) về độ dày, và nó tương đối dễ dàng để làm. Một mảnh vụn mỏng của đá, khoảng 1 cm có thể được thực hiện, nó nên được như tươi càng tốt và rõ ràng vết nứt. Bằng cách mài nó trên một tấm của bào thép hoặc gang với một chút carborundum tốt và nó sẽ nhanh chóng được làm phẳng ở một mặt, và sau đó được chuyển sang một tấm kính tấm và được làm mịn bằng đá nhám hạt tốt nhất cho đến khi loại bỏ hết độ nhám và vết rỗ, và bề mặt là bề mặt tiêu chuẩn. Sau đó, phoi đá được rửa sạch và đặt trên một tấm đồng hoặc sắt được nung nóng bằng đèn thần hoặc khí đốt. Một vi kính trượt cũng ấm trên tấm này với một giọt nhớt tự nhiên của nhựa Canada trên bề mặt của nó. Các thành phần dễ bay hơi hơn của balsam bị nhiệt xua tan, và khi hoàn thành việc đó, đá mịn, khô, ấm được ép chặt vào tiếp xúc với tấm kính để màng balsam xen vào có thể mỏng nhất có thể và không bị bọt khí. Chuẩn bị được cho phép để làm mát, và các phoi đá, một lần nữa là mặt đất xuống như trước, đầu tiên với carborundum và khi nó trở nên trong suốt với tốt nhám cho đến khi dày mong muốn là được. Sau đó nó được dọn sạch sẽ, một lần nữa hâm nóng với thêm một số lượng nhỏ của nhựa thơm, và được bao phủ bởi một vỏ bọc kính. Lao động của mài bề mặt đầu tiên có thể tránh được bằng cách cắt đứt một lát trơn với một đĩa sắt trang bị nghiền bột kim cương. Một thứ hai ứng dụng của công tước, khi lần đầu tiên mặt phẳng và củng cố để kính sẽ ở trong tay chuyên gia, để lại một phần của đá mỏng như vậy cũng như là trong suốt. Bằng cách này, chuẩn bị một phần có thể yêu cầu chỉ có hai mươi phút.

Kính hiển vi

Những hình ảnh hiển vi của một mặt cắt mỏng có mạch cacbonate tĩnh mạch trong mica. Qua phân ánh sáng trên trái, phân cực máy bay ánh sáng ngay.

Những kính hiển vi sử dụng thường là một trong đó là cung cấp một quay giai đoạn dưới đó có một phân cực, trong khi ở trên mục tiêu hoặc kính một phân tích được gắn; ngoài ra sân khấu có thể cố định, và cực và phân tích lăng kính có thể được khả năng của đồng thời quay bởi phương tiện của bánh xe có răng và một que kết nối. Nếu ánh sáng bình thường, không phân ánh sáng là mong muốn, cả hai lăng kính có thể được rút ra từ trục của các công cụ, nếu các phân chỉ là đưa ánh sáng truyền là mặt phẳng phân cực, với cả hai lăng kính ở vị trí các mặt dược thấy trong ánh sáng, phân cực chéo, còn được gọi là "vượt qua nicols." Một mặt cắt của đá trong ánh sáng bình thường, nếu có độ phóng đại phù hợp (ví dụ như khoảng 30 x) được sử dụng, được nhìn thấy bao gồm hạt hoặc tinh thể thay đổi màu sắc, kích thước và hình dạng.

Đặc điểm của khoáng chất

Màu sắc

Tập tin:Lanruo03.jpg

Tourmalin trưng bày tác phẩm cổ điển "vùng dưa hấu" việc khoanh vùng các một ánh sáng phớt màu hồng và màu xanh lá cây bên ngoài.

Một số khoáng vật là không màu, và trong suốt (thạch anh, canxit, feldspar, muscovite, etc.), trong khi những khoáng vật khác có màu màu vàng hay nâu (rutil, tourmalin, biotit), xanh lục (sapphire, hornblend, clorua), xanh lam (glaucophane). Nhiều khoáng chất có thể cho nhiều màu sắc, trong cùng một hoặc loại đá khác nhau, hoặc thậm chí nhiều màu sắc trong một khoáng mẫu vật được gọi là sự phân vùng màu. Ví dụ, khoáng nhiên có thể có tâm khu vực của màu khác nhau, từ nâu, vàng, hồng, màu xanh, màu xanh, màu tím, hay màu xám, đến không màu. Mỗi khoáng vật đều có một hoặc nhiều sắc thái phổ biến

Thói Quen Và Cát Khai

Amphibol trong phần mỏng trưng bày 60° cát góc.

Hình dạng của các tinh thể xác định một cách tổng quát đường nét của các phần của chúng được trình bày trên các mặt. Nếu khoáng vật có một hoặc nhiều mặt cát khai tốt, chúng sẽ được biểu thị bằng tập hợp các mặt phẳng định hướng tương tự được gọi là mặt phẳng phân cắt.

Hướng của cát khai của mặt phẳng phân cắt được xác định bởi cấu trúc tinh thể của khoáng chất và hình thành ưu tiên thông qua mặt phẳng mà các liên kết yếu nhất nằm, do đó định hướng của mặt phẳng phân cắt có thể được sử dụng trong khoáng vật học quang học để xác định khoáng vật.

Chỉ số khúc xạ & lưỡng chiết

Thông tin liên quan đến chiết suất của khoáng chất có thể được quan sát bằng cách so sánh với các vật liệu xung quanh. Đây có thể là các khoáng chất khác hoặc môi trường chứa hạt. Sự khác biệt điểm đặt tiêu cự càng lớn thì sự khác biệt về chiết suất giữa các phương tiện càng lớn. Vật liệu có chiết suất thấp hơn và do đó độ giảm áp thấp hơn sẽ xuất hiện chìm vào nắp trượt hoặc giá đỡ, trong khi vật liệu có chiết suất cao hơn sẽ có độ chiết suất cao hơn và dường như bật ra. Phép thử đường Becke cũng có thể được sử dụng để so sánh chiết suất của hai môi trường.

Hiện Tượng Đa Sắc

Thông tin thêm thu được bằng cách đưa bộ phân cực dưới và xoay phần này. Nói chung, ánh sáng dao động trong một mặt phẳng, và khi truyền qua các tinh thể khúc xạ kép trong bản chiếu, nói chung, chia thành các tia, dao động vuông góc với nhau. Trong nhiều khoáng chất có màu như biotit, hornblend, tourmaline, clorit, hai tia này có màu sắc khác nhau, và khi xoay một phần chứa bất kỳ khoáng chất nào thì sự thay đổi màu sắc thường dễ nhận thấy. Tính chất này, được gọi là "đa nguyên" có giá trị lớn trong việc xác định thành phần khoáng vật.

Hiện tượng đa sắc thường đặc biệt mạnh mẽ trong những vị trí đốm nhỏ đó bao quanh vỏ bọc nhỏ những khoáng chất khác, như zircon và epidot. Chúng được gọi là "quầng đa màu."

Các Sản Phẩm Thay Thế

Một số khoáng chất dễ bị phân hủy và trở nên đục và nửa trong suốt (ví dụ như fenspat); những loại khác vẫn luôn tươi và trong suốt hoàn toàn (ví dụ như thạch anh), trong khi những loại khác tạo ra các sản phẩm thứ cấp đặc trưng (chẳng hạn như chlorit xanh sau biotit). Các thể vùi trong tinh thể (cả rắn và lỏng) rất được quan tâm; một khoáng chất có thể bao bọc một khoáng chất khác, hoặc có thể chứa những khoảng trống bị thủy tinh, chất lỏng hoặc khí chiếm chỗ.

Cấu Trúc Vi Mô

Cấu trúc của đá - mối quan hệ của các thành phần của nó với nhau - thường được chỉ ra rõ ràng, cho dù nó là mảnh vỡ hay khối lượng lớn; sự hiện diện của vật chất thủy tinh trái ngược với tình trạng hoàn toàn kết tinh hoặc "tinh thể holo"; bản chất và nguồn gốc của các mảnh hữu cơ; dải, tán lá hoặc cán mỏng; các pumiceous cấu trúc hoặc xốp của nhiều dung nham. Những ký tự này và nhiều ký tự khác, mặc dù thường không nhìn thấy trong các mẫu vật bằng tay của một tảng đá, nhưng được hiển thị rõ ràng bằng cách kiểm tra mặt cắt hiển vi. Có thể áp dụng nhiều phương pháp quan sát chi tiết khác nhau, chẳng hạn như đo kích thước của các phần tử của đá nhờ sự trợ giúp của micromet, tỷ lệ tương đối của chúng bằng một tấm kính có hình vuông nhỏ, các góc giữa các khe hở hoặc các mặt nhìn thấy phần bằng cách sử dụng giai đoạn chia độ quay và ước tính chiết suất của khoáng chất bằng cách so sánh với chiết suất của các phương tiện gắn kết khác nhau.

Khúc Xạ Kép

Nếu phân tích được đưa vào một vị trí mà nó là vượt qua tương đối với các phân cực, khoảng nhìn thấy sẽ tối ở nơi không có những khoáng chất hoặc nơi mà ánh sáng đi qua đẳng chất như kính, chất lỏng và khối tinh thể. Tất cả các tinh thể các cơ quan, được gấp đôi khúc xạ, sẽ xuất hiện sáng trong một số vị trí như những giai đoạn này là xoay. Ngoại lệ duy nhất, quy tắc này được cung cấp bởi phần đó là vuông góc với quang trục của lưỡng chiết tinh thể, mà vẫn tối hoặc gần tối trong cả một xoay vòng, điều tra đó là thường xuyên quan trọng.

Góc tắt

Các phần khoáng chất khúc xạ kép trong mọi trường hợp sẽ xuất hiện màu đen ở một số vị trí nhất định khi phần nền được quay. Chúng được cho là sẽ "tuyệt chủng" khi điều này diễn ra. Góc giữa chúng và bất kỳ khe hở nào có thể được đo bằng cách xoay sân khấu và ghi lại các vị trí này. Những góc này là đặc trưng của hệ thống mà khoáng vật thuộc về, và thường là của chính loài khoáng vật đó (xem Tinh thể học). Để thuận tiện cho việc đo góc tắt, nhiều loại thị kính khác nhau đã được phát minh ra, một số có một tấm canxit lập thể, một số khác có hai hoặc bốn tấm thạch anh kết dính với nhau. Chúng thường cho kết quả chính xác hơn là thu được bằng cách chỉ quan sát vị trí mà phần khoáng chất tối hoàn toàn giữa các nicol chéo nhau.

Các mặt cắt khoáng chất khi không bị dập tắt không chỉ sáng mà còn có màu, và màu sắc của chúng phụ thuộc vào một số yếu tố, trong đó quan trọng nhất là độ mạnh của khúc xạ kép. Nếu tất cả các phần có cùng độ dày, gần như đúng với các phiến kính được chế tạo tốt, thì các khoáng chất có khúc xạ kép mạnh nhất sẽ mang lại màu sắc phân cực cao nhất. Thứ tự sắp xếp các màu được thể hiện theo thang đo Newton, thấp nhất là màu xám đậm, sau đó là xám, trắng, vàng, cam, đỏ, tím, xanh lam, v.v. Chênh lệch giữa chiết suất của tia thường và tia bất thường trong thạch anh là 0,009, và trong một phần đá dày khoảng 1/500 inch, khoáng chất này cho màu sắc phân cực xám và trắng; nepheline có khúc xạ kép yếu hơn cho màu xám đen; Mặt khác, augit sẽ cho màu đỏ và xanh lam, trong khi canxit có khúc xạ kép mạnh hơn sẽ có màu hơi hồng hoặc trắng lục. Tuy nhiên, tất cả các mặt cắt của cùng một khoáng chất sẽ không có cùng màu: các mặt cắt vuông góc với trục quang học sẽ gần như màu đen và nói chung, càng gần mặt cắt nào tiếp cận theo hướng này thì màu sắc phân cực của nó càng thấp. Bằng cách lấy giá trị trung bình, hoặc màu cao nhất do bất kỳ khoáng vật nào cho, có thể ước tính giá trị tương đối của khúc xạ kép của nó, hoặc nếu biết chính xác độ dày của mặt cắt thì có thể xác định chính xác sự khác biệt giữa hai chiết suất. Nếu các trang chiếu dày thì màu sắc sẽ cao hơn toàn bộ so với các trang chiếu mỏng.

Nó thường là quan trọng để tìm ra liệu của hai trục tính đàn hồi (hoặc rung dấu vết) trong phần là đàn hồi lớn (hay ít chiết). Thạch anh nêm hoặc selenite tấm cho phép này. Giả sử một gấp đôi khúc khoáng phần đặt nó là "hủy diệt", nếu bây giờ, xoay qua 45 độ, nó sẽ được chiếu sáng rực rỡ. Nếu thạch anh nêm được vượt qua nó, vì vậy mà trục dài của nêm là song song với trục độ đàn hồi trong những phần sự phân cực màu sắc sẽ lên hoặc xuống. Nếu họ nổi dậy trục đàn hồi lớn trong hai khoáng chất là song song, nếu họ chìm trục đàn hồi lớn ở một trong những song song với mà ít tính đàn hồi trong khác. Trong trường hợp này bằng cách đẩy nêm đủ xa bóng tối hoàn toàn hoặc bồi thường sẽ kết quả. Selenite nêm, selenite tấm mica nêm và mica tấm cũng được dùng cho mục đích này. Một thạch anh nêm cũng có thể được chỉnh bởi xác định lượng khúc xạ kép trong tất cả các bộ phận của chiều dài của nó. Nếu bây giờ nó được dùng để sản xuất bồi thường hay diệt hoàn toàn trong bất kỳ gấp đôi khúc khoáng phần, chúng tôi có thể xác định là gì sức mạnh của đôi xạ của phần bởi vì nó là rõ ràng là tương đương và ngược lại của một biết một phần của thạch anh nêm.

Một sự cải tiến hơn nữa của các phương pháp hiển vi bao gồm việc sử dụng ánh sáng phân cực hội tụ mạnh (phương pháp hiển vi). Điều này thu được nhờ một tụ thơm có góc rộng phía trên bộ phân cực và một vật kính hiển vi công suất cao. Những phần này hữu ích nhất là vuông góc với trục quang học, và do đó, vẫn tối khi quay. Nếu chúng thuộc về tinh thể đơn trục, chúng cho thấy một chữ thập tối hoặc ánh sáng hội tụ giữa các nicol chéo nhau, các thanh của chúng vẫn song song với các dây trong trường của thị kính. Các mặt cắt vuông góc với trục quang học của khoáng chất hai trục trong cùng điều kiện cho thấy một thanh tối khi quay trở nên cong thành hình hypebol. Nếu mặt cắt vuông góc với "đường phân giác" (xem Tinh thể học) thì sẽ thấy một chữ thập màu đen khi quay sẽ mở ra tạo thành hai hypebol, các đỉnh của chúng sẽ quay về phía nhau. Các trục quang học xuất hiện ở đỉnh của các hypebol và có thể được bao quanh bởi các vòng màu, mặc dù do độ mỏng của khoáng chất trong các phần đá, chúng chỉ được nhìn thấy khi khúc xạ kép của khoáng vật mạnh. Khoảng cách giữa các trục như được thấy trong trường của kính hiển vi một phần phụ thuộc vào góc trục của tinh thể và một phần vào khẩu độ số của vật kính. Nếu nó được đo bằng micromet mảnh mắt, góc trục quang học của khoáng vật có thể được tìm thấy bằng một phép tính đơn giản. Nêm thạch anh, một phần tư tấm mica hoặc tấm selente cho phép xác định đặc tính tích cực hoặc tiêu cực của tinh thể bằng những thay đổi về màu sắc hoặc hình dạng của các hình quan sát được tại hiện trường. Các thao tác này tương tự như các thao tác mà nhà khoáng vật học sử dụng trong việc kiểm tra các tấm cắt từ tinh thể.

Đánh giá bột đá

Mặc dù đá hiện nay được nghiên cứu chủ yếu ở các phần vi mô, nhưng việc khảo sát bột đá nghiền mịn, là nhánh đầu tiên của thạch học vi mô nhận được sự chú ý, vẫn đang được sử dụng tích cực. Các phương pháp quang học hiện đại có thể dễ dàng áp dụng cho các mảnh khoáng chất trong suốt thuộc bất kỳ loại nào. Khoáng chất gần như dễ dàng xác định ở dạng bột như trong phần, nhưng với đá thì khác, vì cấu trúc hoặc mối quan hệ của các thành phần với nhau. Đây là một yếu tố có tầm quan trọng lớn trong việc nghiên cứu lịch sử và phân loại đá, và gần như bị phá hủy hoàn toàn khi nghiền chúng thành bột.

Liên kết ngoài

• Video tập bản đồ khoáng sản phần mỏng
• Bảng dữ liệu động để nhận dạng phần mỏng từ các đặc tính quang học