偏光顯微鏡的基本原理及特點(diǎn)分析

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一、偏光顯微鏡的特點(diǎn)

　　偏光顯微是鑒定物質(zhì)細(xì)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(lái)進(jìn)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(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，上海比目?jī)x器生產(chǎn)的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(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。在人體及動(dòng)物學(xué)方面，常利用偏光顯微術(shù)來(lái)鑒別骨骷、牙齒、膽固醇、神經(jīng)纖維、腫瘤細(xì)胞、橫紋肌和毛發(fā)等。

二、偏光顯微鏡的基本原理

　　(一)單折射性與雙折射性：光線通過(guò)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(guò)另一物質(zhì)時(shí)，光的速度、折射率、吸收性和光皮的振動(dòng)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(dòng)的特點(diǎn)，可分為自然光與偏光。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)的振幅相同，其頻率也相同；自然光經(jīng)過(guò)反射、折射、雙折射及吸收等作用，可以成為只在一個(gè)方向上振動(dòng)的光波，這種光波則稱為“偏光”或“偏振光”。

　　zui簡(jiǎn)單的是只在一直線上振動(dòng)的直線偏振光。當(dāng)光線進(jìn)入雙折射體時(shí)，則如圖所示，分為A、B兩種直線平面偏振光，兩者的振動(dòng)方向相互垂直，而速度、折射率和波長(zhǎng)等均有所不同。

　　(三)偏光的產(chǎn)生及其作用：偏光顯微鏡zui重要的部件是偏光裝置——起偏器和檢偏器。過(guò)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(lái)偏光顯微鏡則采用人造偏振鏡來(lái)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(guò)它后，就能獲得只在一直線上振動(dòng)的直線偏振光。

　　上海比目?jī)x器生產(chǎn)的偏光顯微鏡有兩個(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(guò)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“平行檢偏立”的情況下，則視場(chǎng)zui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(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(guò)；如果偏斜，則只以通過(guò)一部分；如若垂直，則*不能通過(guò)。

　　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。自然光與偏振光的振動(dòng)特點(diǎn)、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(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所形成的直線偏振光的振動(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。若被檢物體中含有雙折射性物質(zhì)，則這部分就會(huì)發(fā)光，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)方向互相垂直的兩種直線偏振光，當(dāng)這兩種光通過(guò)檢偏鏡時(shí)，由于互相垂直，或多或少可透過(guò)檢偏鏡，就能看到明亮的象。光線通過(guò)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)栽物臺(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)閦ui亮，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(guò)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)。

　　(五)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)zui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(guò)檢偏鏡光的顏色也就不同。

三、偏光顯微鏡在裝置上的某些要求

　　(一)光源：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(zhǎng)的不同而有差異。一般鏡檢可使用普通光。

　　(二)載物臺(tái)：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(tái)。

　　(三)和鏡：應(yīng)使用無(wú)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(bǔ)償片：作精細(xì)偏光鏡檢時(shí)，尚需利用補(bǔ)償片，有石膏、云母及石英補(bǔ)償片等。

四、偏光鏡檢術(shù)的要求

　　(一)光軸與載物臺(tái)通光中心必須在一直線上，否則旋轉(zhuǎn)物臺(tái)時(shí)，被檢物體就偏離視場(chǎng)中心，甚至移到視場(chǎng)之外，而影響鏡檢。

　　(二)起偏鏡和檢偏鏡均標(biāo)有振動(dòng)方向的符號(hào)，當(dāng)處于正交狀態(tài)時(shí)，習(xí)慣上通常使起偏鏡的振動(dòng)方向與目鏡內(nèi)十字線的橫線一致，而檢偏鏡的振動(dòng)方向與十字線的給縱線一致。

　　(三)制片不宜過(guò)薄，否則微弱的雙折射性就易消失。同時(shí)應(yīng)先以新鮮狀態(tài)進(jìn)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(qiáng)或消失)，然后再對(duì)照進(jìn)行觀察。