Специальные оптические методы исследования минералов

Кроме обычного исследования горных пород под микроско­пом при одном и двух николях в параллельном и сходящемся све­те в ряде случаев возникает необходимость использовать специ­альные оптические методы. В геологической практике чаще всего применяются федоровский и иммерсионный методы.

1.6.1. Федоровский метод

В 1891 г. известный русский кристаллограф Е.С.Федоров пред­ложил новый метод микроскопического исследования кристаллов с помощью сконструированного им универсального столика, кото­рый позволяет вращать шлиф вокруг трех взаимно перпендикуляр­ных осей, придавая ему нужную ориентировку. Е.С Федоров назвал этот метод теодолитным. Впоследствии метод получил название федоровского.

При петрографических исследованиях метод Федорова исполь­зуется для точного определения оптических констант минералов с целью их диагностики и установления химического состава по оп­тическим свойствам. Чаще всего метод применяется для определения состава и степени упорядоченности полевых шпатов, для диагности­ки цветных минералов, а также при изучении редких и новых мине­ралов. Метод находит применение в технической петрографии при

1. Оптические методы исследования минералов

изучении искусственных кристаллов, при микроструктурном анали­зе горных пород. Федоровский столик может служить микрорефрак­тометром для измерения показателей преломления и микрогониоме­тром для измерения углов между гранями и ребрами кристаллов.

В основании столика Федорова находится плоское металличе­ское кольцо, на котором укреплены две вертикальные стойки. В кольце имеются отверстия для винтов, с помощью которых сто­лик Федорова крепится к столику микроскопа. В стойках на гори­зонтальной оси закреплена система концентрических колец, в цен­тре которой помещается шлиф (рис. 1.26). Каждое кольцо может вращаться вокруг определенной оси.

Шлиф помещается между двумя стеклянными сегментами. Ме­таллическая оправа нижнего сегмента имеет круглую форму, а верх­него сегмента — ромбовидную. Сегменты вместе со шлифом нор­мальной толщины образуют единую сферу. К столику прилагается набор сегментов с разными показателями преломления, которые ис­пользуются при работе с разными минералами.

Измерения на столике Федорова заключаются в точном опреде­лении сферических координат кристаллофафических и кристалло-оптических направлений (плоскостей, осей). По этим координатам строятся стереофафические проекции на сетке Вульфа, с помощью которой определяются угловые расстояния между кристаллофафи-ческими и кристаллооптическими направлениями. Сетка Вульфа представляет собой круг, на который нанесены меридиональные и широтные дуги с ценой деления в два фадуса. Нанеся на сетку Вульфа проекции пло­скостей в виде дуг и проекции осей в ви­де точек, можно фа-фически определить угловые расстояния между ними.

Подробнее воз­можности федоров­ского метода и после-довательность практической работы рассмотрены в специ­альных руководствах.

Часть 1. Методы петрографических исследований

1.6.2. Иммерсионный метод

Иммерсионный метод заключается в точном определении по­казателей преломления минералов путем погружения (англ. immer­sion) зерен в жидкость с известным показателем преломления. Ме­тод применяется для диагностики минералов и определения их химического состава.

Иммерсионные жидкости, с которыми сравниваются показате­ли преломления минералов, выпускаются в наборах, состоящих из флаконов в количестве до 100 штук. Показатели преломления жид­костей варьируют от 1.4 до 1.8 с интервалом 0.004. Имеются специ­альные наборы с высокопреломляющими жидкостями. Показате­ли преломления жидкостей проверяют с помощью рефрактометра.

Показатели преломления минерала и жидкости сравниваются с помощью световой полоски Бекке, возникающей на границе твер­дой и жидкой фаз. При близких показателях преломления обеих фаз вместо белой световой полоски появляются две цветные каймы — розовая со стороны минерала и голубая со стороны жидкости (дис­персионный эффект Лодочникова). Если при опускании столика (поднятии тубуса) микроскопа розовая полоска смещается на ми­нерал, а голубая не движется, то п минерала больше, чем п жидко­сти. Если же голубая полоска смещается на жидкость, а розовая не движется, то соотношения обратные. При равенстве показателей преломления минерала и жидкости розовая полоска смещается на минерал, а голубая на жидкость.

В иммерсионных препаратах используются зерна минералов размером 0.03-0.05 мм. Десять—пятнадцать зерен насыпаются на предметное стекло и закрываются небольшим покровным стеклом. Затем сбоку вводится капельницей из флакона иммерсионная жид­кость. Получается незакрепленный препарат. Лишняя жидкость убирается фильтровальной бумагой.

При изготовлении закрепленного препарата на предметное стекло помещается капля воды, в которую погружается небольшое количество зерен минерала; затем препарат высушивается на спир­товке или вблизи горящей электрической лампочки. После этого зерна оказываются приклеенными к предметному стеклу. На них на­кладывается покровное стекло и вводится иммерсионная жидкость.

В закрепленном препарате можно менять жидкости, не меняя самого препарата, что удобно при малом количестве материала. Для этого полоска фильтровальной бумаги, прижатая к предметно-

1. Оптические методы исследования минералов

му стеклу иглой, подводится к покровному стеклу до соприкоснове­ния с жидкостью, которая впитывается в бумагу. При необходимос­ти операция повторяется 2-3 раза с чистыми полосками бумаги. По­том вводится новая жидкость. При аккуратной работе зёрна минерала в препарате остаются при смене жидкостей неподвижными.

Для определения n_g и n_p нужно найти разрез, параллельный пло­скости оптических осей. Этот разрез обладает наивысшей интер­ференционной окраской (при постоянной толщине зерна) и наибо­лее резким плеохроизмом (у окрашенных зерен). Существуют две методики: работа в ориентированном разрезе или с помощью стати­стического метода. В первом случае разрез проверяется в сходящем­ся свете. При статистическом методе коноскопия не проводится.

При ориентированном разрезе после проверки его в сходящемся свете ставим зерно на погасание и выключаем анализатор. С помо­щью полоски Бекке сравниваем показатели преломления минера­ла и жидкости. В этот момент определяется показатель преломле­ния по той оси индикатрисы, которая совпадает с направлением колебаний, пропускаемых поляризатором. С помощью компенса­тора выясняем наименование оси индикатрисы. Развернув препа­рат на 90°, можно, сменив жидкость, определить другой показатель преломления.

При статистическом методе препарат меняется со сменой жид­кости, причем исследователь стремится из нескольких (10-15) за­меров выбрать максимальный при определении n_g и минимальный при определении n_p

Дополнительная литература

Бардина Н.Ю., Гурова М.Н. Федоровский метод. М.: Изд. МГРИ, 1987.

Оникиенко С. К. Методика исследования породообразующих минералов в прозрачных шлифах. М.: Недра, 1971.

Рябева Е.Г., Хрулева ТА. Современные световые микроскопы и опти­ческие устройства для исследования минерального сырья. М.: Изд.

ВИЭМС, 1989.

Саранчина Г.М., Кожевников В.Н. Федоровский метод: определение минералов, микроструктурный анализ. Л.: Недра, 1985.

Соболев В С. Федоровский метод. М.: Недра, 1964.

Стойбер Р., Морзе С. Определение кристаллов под микроскопом. М.:

Мир, 1974.

Татарский В. Б. Кристаллооптика и иммерсионный метод исследова­ния минералов. М.: Недра, 1965.

ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ОПТИЧЕСКИЕ