應(yīng)用案例 | 絢麗多彩的顯微觀察——徠卡偏光顯微鏡的應(yīng)用

偏光顯微鏡作為一種能夠利用光的偏振特性研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的精密儀器，在多個領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，為科研工作者和專業(yè)人員提供了深入探究物質(zhì)本質(zhì)的有力工具。本文分享幾個偏光顯微鏡在不同領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用案例。

01.地質(zhì)研究領(lǐng)域：解析礦物奧秘

在地質(zhì)勘探與研究中，準(zhǔn)確鑒定礦物種類、分析其微觀結(jié)構(gòu)對于了解地質(zhì)構(gòu)造、追溯地質(zhì)歷史演變具有重要意義。

研究人員在對某一地區(qū)采集的巖石樣本進(jìn)行分析時，運(yùn)用偏光顯微鏡觀察到一種特殊的礦物。在偏振光的照射下，該礦物呈現(xiàn)出的干涉色和消光現(xiàn)象。通過仔細(xì)比對礦物圖譜以及深入分析其光學(xué)特性，確定該礦物為角閃石。角閃石的晶體結(jié)構(gòu)在偏光顯微鏡下清晰可辨，其解理夾角和晶軸方向等特征，為研究該地區(qū)的地質(zhì)形成過程提供了關(guān)鍵線索。根據(jù)角閃石的存在及其特征，結(jié)合其他礦物信息，研究團(tuán)隊(duì)推斷該區(qū)域在特定地質(zhì)時期經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動和變質(zhì)作用，這一發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步揭示該地區(qū)的地質(zhì)演化歷史奠定了基礎(chǔ)。

左：借助平行偏光鏡對玄武巖薄切片開展成像工作。在此圖中，典型的斑巖結(jié)構(gòu)清晰可見，呈現(xiàn)出較大樣本與細(xì)小基質(zhì)的特征。單種礦物上出現(xiàn)的棕色條紋，意味著并未發(fā)生二次交替過程。

右：針對同一塊玄武巖切片，采用交叉偏光鏡進(jìn)行成像。圖中較大的晶體展現(xiàn)出較高的雙折射顏色，如輝石和橄欖石。而條形斜長石，因其形狀與較低雙折射特性，顯得格外清晰。這些圖像均由 徠卡DM4P 顯微鏡，利用透射光、10 倍平面熒光物鏡以及偏光鏡所達(dá)成的成像效果。

02.材料科學(xué)領(lǐng)域：優(yōu)化材料性能

在材料科學(xué)研究中，微觀結(jié)構(gòu)對材料性能起著決定性作用。以高分子材料為例，其內(nèi)部分子鏈的排列方式和取向直接影響材料的機(jī)械性能、光學(xué)性能等。

某些科研團(tuán)隊(duì)在研發(fā)新型高強(qiáng)度塑料時，使用偏光顯微鏡觀察材料的微觀結(jié)構(gòu)。通過對不同加工條件下制備的塑料樣品進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)當(dāng)加工溫度和壓力控制在特定范圍時，材料內(nèi)部的分子鏈呈現(xiàn)出高度有序的排列狀態(tài)（在偏光顯微鏡圖像中表現(xiàn)為清晰的紋理和規(guī)則的圖案）。這種有序排列使得材料的拉伸強(qiáng)度和韌性得到顯著提升?；谄怙@微鏡的觀察結(jié)果，科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步優(yōu)化了材料的加工工藝，成功制備出性能優(yōu)異的新型塑料，滿足了特定工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ω邚?qiáng)度、高韌性材料的需求。

左：通過平行偏光鏡將聚乙烯薄膜放大20倍進(jìn)行觀察。在薄膜中，典型的球晶清晰可辨，此刻球晶與黑色的馬耳他十字圖案一同呈現(xiàn)，極為醒目。

右：運(yùn)用交叉偏光鏡搭配lambda板對聚乙烯薄膜進(jìn)行成像。球晶的大小以及分布狀況，對于薄膜的性能起著決定性作用。這些圖片均是由徠卡DM4 P顯微鏡配備20x平面熒光物鏡與偏光鏡所呈現(xiàn)出的成像效果。

03.紡織行業(yè)領(lǐng)域：鑒別纖維材質(zhì)

在紡織行業(yè)，準(zhǔn)確鑒別纖維種類對于保證產(chǎn)品質(zhì)量、控制生產(chǎn)成本以及開發(fā)新產(chǎn)品至關(guān)重要。偏光顯微鏡為纖維的微觀結(jié)構(gòu)觀察提供了有效的手段。

當(dāng)需要鑒別一批未知來源的紡織纖維時，技術(shù)人員將纖維制成薄片樣本，在偏光顯微鏡下進(jìn)行觀察。天然纖維如棉纖維，在偏光顯微鏡下呈現(xiàn)出的形態(tài)和光學(xué)特征，其細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)和紋理清晰可見；而化學(xué)纖維如聚酯纖維，具有規(guī)則的圓形或異形截面，在偏振光下的光學(xué)表現(xiàn)與天然纖維截然不同。通過仔細(xì)觀察纖維的形態(tài)、雙折射現(xiàn)象以及其他光學(xué)特性，技術(shù)人員能夠準(zhǔn)確判斷纖維的種類，從而為后續(xù)的紡織工藝選擇和產(chǎn)品質(zhì)量控制提供可靠的依據(jù)。

左：尼龍纖維單偏光成像   右：正交偏振光成像下的尼龍纖維呈現(xiàn)出高階雙折射顏色

04.偏光顯微鏡搭配其他附件應(yīng)用

01.搭配冷熱臺

在微觀上觀察記錄其溶化、升華、結(jié)晶過程中的狀態(tài)和各種變化。

圖5:徠卡DM4 P偏光顯微鏡搭配INSTEC冷熱臺      

圖6：包裹體

02.陰極發(fā)光

固體樣品的表面在陰極射線轟擊下，由電能轉(zhuǎn)化成光輻射后，產(chǎn)生的一種發(fā)光現(xiàn)象，由于能量的電子束是從陰極發(fā)射出來的，故稱陰極發(fā)光。

通過對陰極發(fā)光的強(qiáng)度、顏色、分布和波長等參數(shù)進(jìn)行測量和分析，可以獲得樣品的各種信息，如成分、晶體結(jié)構(gòu)、缺陷、應(yīng)力等。

圖7：徠卡DM2700P偏光顯微鏡搭配陰極發(fā)光

圖8:方解石、白云石、石英、長石、硅灰石等礦物的發(fā)光性

03.顯微分光光度計(jì)

顯微分光光度計(jì)系統(tǒng)，結(jié)合顯微學(xué)和光譜學(xué)的優(yōu)勢，用于微小樣品或樣品的微小區(qū)域的光譜和色度分析。主要用于鏡質(zhì)體反射率的測定，通過鏡質(zhì)組分反射率的測定，研究巖礦有機(jī)質(zhì)的成熟度。

圖9：顯微鏡分光光度計(jì)檢測煙煤顯微組分

領(lǐng)拓儀器于2012年開始代理徠卡品牌，擁有十多年的經(jīng)驗(yàn)積累和強(qiáng)大的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)。領(lǐng)拓儀器是徠卡顯微鏡的華南、西南授權(quán)代理商。