一、偏光顯微鏡的基本原理
(一)單折射性與雙折射性:光線通過某一物質(zhì)時,如光的性質(zhì)和進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,光的速度、折射率、吸收性和光皮的振動性、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.
(二)光的偏振現(xiàn)象:光波根據(jù)振動的特點,可分為自然光與偏光.自然光的振動特點是在垂直光波傳導(dǎo)軸上具有許多振動面,各平面上振動的振幅相同,其頻率也相同;自然光經(jīng)過反射、折射、雙折射及吸收等作用,可以成為只在一個方向上振動的光波,這種光波則稱為"偏光"或"偏振光".
最簡單的是只在一直線上振動的直線偏振光.當(dāng)光線進入雙折射體時,則如圖所示,分為A、B兩種直線平面偏振光,兩者的振動方向相互垂直,而速度、折射率和波長等均有所不同.
(三)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,近來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的直線偏振光.
偏光顯微鏡有兩個偏振鏡,一個裝置在光源與被檢物體之間的叫"起偏鏡";另一個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偏振鏡時,如果起偏鏡與檢偏鏡的振動方向互相平行,即處于"平行檢偏立"的情況下,則視場最為明亮.反之,若兩者互相垂直,即處于"正交校偏位"的情況下,則視場完全黑暗,如果兩者傾斜,則視場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,如其振動方向與檢偏鏡的振動方向平行,則能完全通過;如果偏斜,則只以通過一部分;如若垂直,則完全不能通過.因此,在采用偏光顯微鏡檢時,原則上要使起偏鏡與檢偏鏡處于正交檢偏位的狀態(tài)下進行.
自然光與偏振光的振動特點
雙折射體與光的偏振
(四)正交檢偏位下的雙折射體:在正交的情況下,視場是黑暗的,如果被檢物體在光學(xué)上表現(xiàn)為各向同性(單折射體),無論怎樣旋轉(zhuǎn)載物臺,視場仍為黑暗,這是因為起偏鏡所形成的直線偏振光的振動方向不發(fā)生變化,仍然與檢偏鏡的振動方向互相垂直的緣故.若被檢物體中含有雙折射性物質(zhì),則這部分就會發(fā)光,這是因為從起偏鏡射出的直線偏振光進入雙折射體后,產(chǎn)生振動方向互相垂直的兩種直線偏振光,當(dāng)這兩種光通過檢偏鏡時,由于互相垂直,或多或少可透過檢偏鏡,就能看到明亮的象.光線通過雙折射體時,所形成兩種偏振光的振動方向,依物體的種類而有不同.
平行檢偏位(A)與正交檢偏位(B)的示意圖
雙折射體在正交情況下,旋轉(zhuǎn)栽物臺時,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振動方向與兩個偏振鏡的振動方向相一致的位置,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"對角位置",這是因為偏離45°時,偏振光到達該物體時,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).
正交檢偏位下的雙折射體
(五)干涉色:在正交檢偏位情況下,用各種不同波長的混合光線為光源觀察雙折射體,在旋轉(zhuǎn)載物臺時,視場中不僅出現(xiàn)最亮的對角位置,而且還會看到顏色.出現(xiàn)顏色的原因,主要是由干涉色而造成(當(dāng)然也能被檢物體本身并非無色透明).干涉色的分布特點決定于雙折射體的種類和它的厚度,是由于相應(yīng)推遲對不同顏色光的波長的依賴關(guān)系,如果被檢物體的某個區(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.
二、偏光顯微鏡的特點
偏光顯微是鑒定物質(zhì)細微結(jié)構(gòu)光學(xué)性質(zhì)的一種顯微鏡.凡具有雙折射性的物質(zhì),在偏光顯微鏡下就能分辨的清楚,當(dāng)然這些物質(zhì)也可用染色法來進行觀察,但有些則不可能,而必須利用偏光顯微鏡.
偏光顯微鏡的特點,就是將普通光改變?yōu)槠窆膺M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、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、細胞壁以及細胞質(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)進行鑒別.在人體及動物學(xué)方面,常利用偏光顯微術(shù)來鑒別骨骷、牙齒、膽固醇、神經(jīng)纖維、腫瘤細胞、橫紋肌和毛發(fā)等.
三、偏光顯微鏡在裝置上的某些要求
(一)光源:最好采用單色光,因光的速度、折射率、吸收和干涉現(xiàn)象由于波長的不同而有差異.一般鏡檢可使用普通光.
(二)載物臺:為圓形,要用可以調(diào)節(jié)中心且邊緣刻有角度(360°)能旋轉(zhuǎn)的載物臺.
(三)和鏡:應(yīng)使用無應(yīng)消色差物鏡,因復(fù)消色差和半復(fù)消色差物鏡本身常發(fā)生偏振光.
(四)目鏡:要帶有十字線鏡.
(五)聚光鏡:為了取得平行偏光,應(yīng)使用能推出上透鏡的搖出式聚光鏡.
(六)補償片:作精細偏光鏡檢時,尚需利用補償片,有石膏、云母及石英補償片等.
四、偏光鏡檢術(shù)的要求
(一)光軸與載物臺通光中心必須在一直線上,否則旋轉(zhuǎn)物臺時,被檢物體就偏離視場中心,甚至移到視場之外,而影響鏡檢.
(二)起偏鏡和檢偏鏡均標(biāo)有振動方向的符號,當(dāng)處于正交狀態(tài)時,習(xí)慣上通常使起偏鏡的振動方向與目鏡內(nèi)十字線的橫線一致,而檢偏鏡的振動方向與十字線的給縱線一致.
(三)制片不宜過薄,否則微弱的雙折射性就易消失.同時應(yīng)先以新鮮狀態(tài)進行觀察(不然常由于固定、染色等步驟的處理,而使雙折射性加強或消失),然后再對照進行觀察.
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