矿石学课件Word格式文档下载.docx
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5、X射线分析:
可以测定矿物晶体的晶胞大小、格子类型、空间群和原子排列形式等,主要用于矿物晶体结构研究和矿物鉴定。
此外,还有激光光谱分析、拉曼光谱分析、红外光谱分析等。
1.1.2矿物的吸收性
光波进入矿物其强度逐渐衰减的现象叫矿物的吸收性。
如图1-1所示,上半部分表示光波进入矿物后振幅逐渐衰减的情况,下半部分表示光波进入矿物不同深度后的不同光强。
当光波透入矿物的距离(X)为一个真空波长(λ0)时,光强与刚进入矿物时(X为0)的光强有如下关系:
式中e为自然对数的底,数值为2.71829…,π系圆周率3.1415…,K是吸收系数,其物理含义为光波透入矿物的距离(X)为一个真空波长(λ0)时,光强降为原值的,也就是说,矿物的K值越大,光波衰减得越快,光强降低得越多,矿物的吸收性越强,反之,矿物的K值越小,光波衰减的越慢,光强降低得越少,矿物的吸收性越弱。
矿物的透明度与吸收性有着密切关系。
根据矿物的吸收系数,可以把矿物分为不透明矿物、半透明矿物和透明矿物。
不透明矿物吸收系数K>0.73;
半透明矿物吸收系数K=0.73-0.025;
透明矿物吸收系数K<0.025。
不透明矿物和半透明矿物又统称为吸收性矿物。
实际应用时,把矿物磨制成0.03毫米厚的薄片仍然不透光就称为不透明矿物,显然,它们不能象透明矿物那样制成薄片在透射光(偏光显微镜)下观察,而只能制成光片在反射光(反光显微镜)下研究了。
1.1.3光片的制备
光片是一面磨光的矿石块,大小可以略有不同,一般为2×
3厘米左右见方,根据其制作方法及用途可以分为不同的类型。
光片类型
1、光面:
一般为10×
10厘米左右见方的矿石块,主要用于研究矿石构造;
2、光片:
一般为2×
3厘米左右见方的矿石块;
3、砂光片:
把天然重砂或人工重砂样品用电木粉或环氧树脂固结成型,经磨制后成为砂光片;
4、光薄片:
厚度与薄片相同或略厚,一面磨平后粘在载玻片上,另一面抛光的矿石片。
光片、砂光片、光薄片除了用于光学显微镜鉴定外,还可以作为电子探针、电子显微镜、激光拉曼光谱仪、红外光谱仪等仪器的测试样品。
光片制备步骤
一般实验室制备光片,主要有以下五个步骤:
1、切割—根据要求,用切片机将矿石切割成大小不同的块状;
2、粗磨—用150号金刚砂在磨片机上将切好的矿石块一面粗磨成型;
3、细磨—用320号金刚砂在磨片机上将粗磨好的矿石一面继续磨平;
4、精磨—用1000号金刚砂在玻璃板上人工精磨,直到具有一定的反射光线能力为止;
5、抛光—用(加少量的重铬酸铵效果更佳)抛光液在抛光机的绒布或丝绸磨盘上抛光至光亮如镜面为止。
(如果遇到疏松多孔、易碎的矿石标本,磨制前需要用松香加松节油煮胶,目的是使其固结,便于磨制。
)
优质光片的标准1、光亮如镜面;
2、没有凹坑(麻点)、擦痕;
3、不同硬度的矿物之间相对凹凸不大。
优质光片劣质光片
表面较光滑,没有麻点、擦痕。
表面很粗糙,矿物边界不清晰。
1.1.4反光显微镜
随着科学技术的不断发展,无疑会有更多的新仪器、新方法用于矿石研究中,但是作为基本的工具,反光显微镜在矿石研究中有不可替代的重要作用,除了满足常规的矿石研究外,它还为其他的研究方法提供可靠的资料,是其他研究方法的基础。
基本结构简介
基本结构
一、反光显微镜与偏光显微镜的比较:
偏光显微镜反光显微镜
机械系统镜座、镜臂、镜筒物台、升降螺旋镜座、镜臂、镜筒物台、升降螺旋
光学系统目镜、物镜目镜、物镜、垂直照明系统
光源一般光源白炽灯、卤钨灯
从上表中可以看出,反光显微镜与偏光显微镜的基本结构类似,其中机械系统是完全相同的,只是反光显微镜的光学系统多了一个垂直照明系统。
下面主要介绍反光显微镜的垂直照明系统。
二、反光显微镜的垂直照明系统:
垂直照明系统由入射光管和反射器组成。
1、入射光管:
是连接光源和反射器起通道作用的装置,并附有调节光线的部件。
入射光管一般由下列几部分组成:
(1)光源聚光透镜:
位于入射光管最前端靠近光源处,作用是把光源发出的光线聚焦于视域光圈上;
(2)孔径光圈:
控制入射光束直径;
(3)前偏光镜:
使入射的自然光变为平面偏光,其振动方向一般采用东西向;
(4)视域光圈:
用于调节视域大小;
(5)准焦透镜:
可使视域光圈焦距准确,成为清晰影像落入视域中。
入射光管内装备的完善程度及装置方法,因反光显微镜的生产厂家及型号不同而有所差异。
2、反射器:
改变入射光的传播方向,把水平入射光变为垂直入射光,到达矿石光面上起照明作用。
最常用的有玻片式反射器和棱镜式反射器两种。
调节与维护
1、校正物镜中心
显微镜的物镜、镜筒、目镜和物台四者的中心线必须重合一致,视域中各点在物台上旋转时,才能以目镜十字丝交点为中心而旋转,四者不重合时,就会发生视域中某些部位转入转出视域的情况。
一般小调,以调物镜为最简便。
物镜的旋转盘上相对物镜的两侧都有校正孔,用校正螺丝即可调整。
校正时,对准矿物光片准焦后,仔细观察视域旋转中心点的所在位置,最好以光片中的某矿物颗粒或污点(粒径越小越精确)为参照物,观察到以后,即利用校正螺丝将中心点移到十字丝焦点处即可,此法称为“中心点法”。
此外还有一种“连线法”,首先找一颗粒(越小越好)移到十字丝焦点处,旋转物台360度,观察颗粒移动的位置,待颗粒移至与十字丝焦点处最大距离处时停下来,用校正螺丝调整,将颗粒移至十字丝中心与颗粒两点距离的一半处,然后移动光片,将颗粒再移至十字丝中心,旋转物台观察校正结果。
如此反复几次即可。
2、调节光源光色
反光显微镜的光源为12V、100W的卤钨灯,在第一次安装灯泡时,首先要正确将灯丝对准入射光管,打开电源后,将光片放在物台上准焦,在目镜中观察光亮的分布情况,然后轻微移动灯座,使视域中光线最强且均匀为止,拧紧固定螺丝即可,以后不再调整。
反光显微镜的光色以矿物中方铅矿的颜色为基准,也就是教学中常提
到的“纯白色光”,若带有蓝色、黄色、绿色等颜色光时,我们称之为“偏色”。
最简单的调整是用显微镜附带的滤光片进行校正,常见的有蓝色滤光片校正,因为卤钨灯发出的光普遍带有黄色光,加入蓝色滤光片后可过滤掉黄色光而发出白色光。
3、调节反射器
反光显微镜的反射器正确位置是在垂直照明系统中和水平面成45°
倾角摆放,若大于或小于45°
角都会影响入射光对光片表面的垂直照射(表现为视域中光亮不均匀,或上部亮下部暗、或上部暗下部亮)。
调节的方法是:
一面在显微镜中观察,一面缩小视域光圈,使小亮圈随着缩小,若反射器位置正确,则小亮圈位于十字丝中心,否则,便需转动反射器的横轴旋钮将小亮圈移至十字丝中心。
如图所示:
1、3点的小亮圈都是反射器摆放角度不正确时的现象,调节反射器旋钮,将小亮圈调至2点(十字丝中心)即可。
4、调节光圈
反光显微镜在垂直照明系统中设有孔径光圈和视域光圈。
顺时针旋转缩小孔径光圈后往往见视域中物体的界限不清,光线变暗并带红、蓝等颜色,表明有球面像差和色差存在,调节孔径光圈直至物体界线清晰、亮度适中且无色散为止。
调节视域光圈,首先将视域光圈缩至最小,然后逐渐调大,使光亮圈边界与视域同等大时为止,这样可减少反射光斑数值,提高成像清晰度。
5、校正偏光镜
反光显微镜的前偏光镜其振动方向为东西向。
一般调整时,首先推入前偏光镜(前偏光镜手柄推至“IN”的位置),放上石墨或辉钼矿,然后旋转物台进行观察,若这两种矿物的延长方向平行于东西向时其反射率最大、平行南北向时其反射率最低,都表明前偏光镜振动方向为东西向。
再推入上偏光镜观察方铅矿,旋转上偏光镜至90度的位置(其振动方向为南北向,与前偏光镜振动方向垂直),此时视域中应为全黑(完全正交),若不完全正交视域中为暗灰色,则要调整偏光镜片直至完全正交。
6、简单维护
显微镜属精密贵重仪器,使用时必须严格遵守操作规程,养成轻拿轻动轻放、随手关灯的好习惯。
(1)显微镜最好不要经常搬动,以免振动或损坏光学部件;
(2)保持室内清洁,防止灰尘落入显微镜中,影响机械系统的正常使用,机械系统一定时间需卸下除油腻及污物;
(3)保持室内温度和湿度,防止光学部件长霉和脱胶,影响显微镜的使用寿命;
(4)使用过程中,显微镜灯泡开的时间不宜过长,在做其他工作时可将电压调至最低,以延长灯泡的使用寿命;
(5)光学部件(目镜、物镜镜片)不要用手触摸,每年最好擦洗一到两次,擦洗时用脱脂棉沾混合液(无水乙醇+乙醚)轻轻擦洗,然后用干脱脂棉擦净;
(6)若有大的故障,不要随意拆卸,请厂家或经销公司维修部门上门维修。
1.2显微镜实验(实验一)
实验目的与要求
1、了解反光显微镜的基本结构及性能,学会使用反光显微镜。
2、掌握自然光、单偏光、正交偏光、斜照光的获取条件和使用方法。
前面已经详细地介绍了反光显微镜的基本结构,本次实验重点学会反光显微镜的基本操作方法(步骤)和正确掌握四种观察条件的使用。
实验内容
本次实验以Olympus(AH-M-313-L型)反光显微镜(日本)作为使用工具加以重点介绍。
1、熟悉基本结构及性能(前面已经详细做过介绍)
①机械系统:
镜座、镜臂、镜筒、物台、升降螺旋(点击查看图片)
②光学系统:
目镜、物镜、上偏光镜、垂直照明系统(点击查看图片)
③光源系统:
卤钨灯(点击查看图片)
2、掌握四种观察条件的使用方法
①自然光:
推开前偏光镜(前偏光镜手柄放在镜筒右边),将上偏光镜盒子拉出。
②单偏光;
加上前偏光镜(前偏光镜手柄放在镜筒前方“IN”位置),将上偏光镜盒子拉出。
③正交偏光:
加上前偏光镜(前偏光镜手柄放在镜筒前方“IN”位置),推上上偏光镜(使偏光面处于0度位置,即“AN”处)。
④斜照光:
先在显微镜自然光下找到欲测矿物,再把显微镜光源电压调至为“0”,然后用30W白炽灯由镜筒侧方照射矿物表面。
注意:
让白炽灯的聚光点对准矿物。
实验指导
一、注意事项:
1、复习教材中关于反光显微镜的章节,了解反光显微镜的基本结构及性能。
2、虽然反光显微镜的生产厂家较多,型号类型不同,但都必须具备最基本的三大系统(机械系统、光学系统、光源系统),只是在内部结构上由于光学部件装备的完善程度、精密程度、装置方法等会因显微镜型号不同而有所差异。
因此,只要熟悉了一种显微镜,再使用其他类型的显微镜也就不困难了。
3、显微镜是精密光学仪器,使用时必须轻拿轻放各部件,并保持清洁。
4、白炽灯必须通过变压器才能使用,不用灯时必须随手关灯。
OLYMPUS反光显微镜具有可变光源,不用灯时可将其调弱。
关灯时注意调弱光源后再关闭开关。
二、实验用具:
压平器--压平器是显微镜观测中必不可少的用具之一,主要用来压平矿物光片,使光片处于水平位置,便于产生垂直反射光。
工具盒--反光显微镜鉴定工作中最常用的工具之一,盒中装有:
胶泥板(用于压平光片);
钢、铜针(刻划矿物硬度);
金丝绒布(擦净矿物光片)。
白炽灯--白炽灯是反光显微镜鉴定矿物的辅助工具,主要用于产生斜照光,观测矿物的内反射。
三、操作步骤:
1、擦净光片—在绒布擦板上摩擦光片,使光片明亮洁净,方能进行观测。
2、压平光片—把光片安装在粘有胶泥的玻璃片上,再用压平器压平。
取方铅矿或黄铁矿擦净压平以待观测。
3、打开光源—将压平的光片放在物台上,打开光源,调节光源强度(一般用8V左右比较合适)。
4、调节光色和光强—旋转滤色镜和滤光镜,可以调节出不同的光色和光强。
一般观测时用LBD(白光)和光强“O”组合较为合适,有时也用IF550(绿色)和光强“O”的组合。
5、准焦成像—调节焦距(升降螺旋)使成像清晰。
6、观测矿物—认识并熟悉显微镜的光色和光强特征。
四、四种观测条件的使用方法
1、自然光—推开前偏光镜(前偏光镜手柄放在镜筒右边),将上偏光镜盒子拉出。
2、单偏光—加上前偏光镜(前偏光镜手柄放在镜筒前方“IN”位置),将上偏光镜盒子拉出。
3、正交偏光—加上前偏光镜(前偏光镜手柄放在镜筒前方“IN”位置),推上上偏光镜(使偏光面处于0度位置,即“AN”处)。
4、斜照光—先在显微镜自然光下找到欲测矿物,再把显微镜光源电压调至为“0”,然后用30W白炽灯由镜筒侧方照射矿物表面。
实验作业
1、填空:
①反光显微镜与偏光显微镜的最大区别在于反光显微镜具有________________。
垂直照明系统反射器上偏光镜下偏光镜
②垂直照明系统是由入射光管和________组成。
上偏光镜反射器下偏光镜滤光镜
③使用反光显微镜观测光片的六个操作步骤是:
A、压平光片B、擦净光片C、观测矿物
D、调节光色和光强E、准焦成像F、打开光源
ABCDEFBCDAEFCBAEFDBAFDEC
2、思考题:
①与偏光显微镜相比,反光显微镜为什么不用下偏光镜而用前偏光镜?
这两种偏光镜的作用一样吗?
②反射器的作用如何?
比较棱镜式和玻片式两种反射器的性能。
第二章矿物的光学物理性质
2.1.1矿物的反射率
概述
矿物的反射光强与入射光强的比率叫做矿物的反射率,通常用百分数表示。
如以Ii表示入射光的强度,Ir表示反射光的强度,则反射率R为:
由此可见,矿物反射率的大小与反射光的强度成正比。
反射光强度大,反射率也大;
反射光强度小,反射率也小。
反射率永远小于100%。
自然界的矿物中以自然银的反射率为最高(95%),以萤石的反射率为最低(3%)。
反射率是金属矿物的最重要鉴定特征,它不仅能鉴定金属矿物的矿物种,对于鉴定矿物的"
变种"
、"
异种"
以至"
多型"
都具有实际意义。
反射率的形成机理
1、电子跃迁理论
金属矿物受到光的照射,金属原子的核外电子得到能量,从基态跃迁到激发态,当从激发态返回基态时以反射光的形式释放能量,就产生了反射率。
2、能带理论
在晶体中,各原子轨道会发生重迭,因而形成能带,能带有满带、禁带和空带。
金属矿物两个能带间的禁带较窄,可见光的能量足以使电子越过禁带到其上的空带上去,在放出可见光的同时就产生了反射率。
影响反射率大小的因素
1、矿物的吸收系数K与折射率N:
当矿物的吸收系数甚大时(如 K>2),矿物的反射率主要取决于吸收系数;
当矿物的吸收系数甚小时(如 K<0.5),矿物的反射率主要取决于折射率;
当矿物的吸收系数介于0.5到2.0之间时,矿物的折射率和吸收系数对于反射率差不多同等重要(参看教材)。
2、观测介质的折射率:
在油浸镜头下矿物的反射率低于在空气中观测的反射率。
3、入射光波长:
同一种矿物的反射率会因入射光的波长不同而变化。
4、晶体结构、微量元素含量等都会对反射率产生影响。
反射率的观测方法
1、光电法
定量测定矿物反射率的方法。
光电法有多种,现今最先进的方法为光电倍增管显微光度计法,其原理是利用光电效应。
光电元件受到矿物反射光的照射会释放出光电子,这种微弱的电信号通过光电倍增管时可以放大几百万倍,从而被仪器检测出来,经计算机对数据加工处理后得出矿物的定量反射率数值。
2、视测对比法
定性测定矿物反射率的方法。
即拿未知矿物与已知反射率的标准矿物进行对比,根据对比结果确定未知矿物的反射率级别。
①标准矿物的选择-必须是常见的、均质的、化学性质比较稳定的、矿物反射率之间有一定间隔的矿物,如:
黄铁矿和方铅矿之间有10%的间隔。
②根据以上原则,选定黄铁矿、方铅矿、黝铜矿、闪锌矿四个矿物为标准矿物。
黄铁矿(Pyrite)R=53%
方铅矿(Galena)R=43%
黝铜矿(Tetrahedrite)R=31%
闪锌矿(Sphalerite)R=17%
③反射率的视测分级:
与四个标准矿物对比,可以把未知矿物的反射率分为五级:
Ⅰ级R>
黄铁矿
Ⅱ级黄铁矿>
R>
方铅矿
Ⅲ级方铅矿>
黝铜矿
Ⅳ级黝铜矿>
闪锌矿
Ⅴ级闪锌矿>
R
2.1.2矿物的反射率实验(实验二)
实验目的要求
1.掌握矿物反射率的观测条件、观测方法及视测分级。
2.掌握本次实验所观测的矿物反射率的镜下特征。
反射率的观测条件、观测方法、视测分级
1、反射率的观测条件:
自然光(白光);
2、反射率的观测方法:
本次实验使用视测对比法;
3、利用黄铁矿、方铅矿、黝铜矿、闪锌矿四种标准矿物确定其它未知矿物的反射率级别。
1、反射率的镜下特征,表现为不同程度的亮度,因此,亮度是确定矿物反射率视测分级的重要依据:
反射率高的矿物——反射光强度大,视域明亮、刺眼
反射率中等的矿物——反射光强度一般,视域柔和、不刺眼
反射率低的矿物——反射光强度小,视域暗淡。
2、光片必须擦净压平,应选择磨光较好且平滑而光亮的部位进行对比观测。
3、用中、低倍物镜观测为宜,并且观测时可左右(或前后)移动光片,这样做能扩大观测范围,便于正确对比和判断矿物的反射率差异。
4、可将两种矿物的光片紧密镶压在一起观测,以便在同一视域中同时能见到两种矿物,便于观测对比。
如果两种矿物不能在同一个视域中观测时,可利用"
视觉暂留"
法,效果较好。
注意镜下与实物成倒像。
5、观测矿物反射率时只比亮度,不比颜色。
若两种矿物反射色差别较大,可使用绿色滤光片,以减少反射色的干扰。
6、有些矿物的反射率接近标准矿物,我们把这些矿物称为"
边界矿物"
。
观测时由于仪器、光片质量、人眼的视测差异等原因,可能反射率会大于或小于标准矿物,判断它们的反射率级别应以实际观测结果为准。
1、利用视测对比法观测四种标准矿物的反射率特征(要求:
除单独观测每个标准矿物外,相邻的标准矿物要作对比)
黄铁矿(Pyrite)黄铁矿与方铅矿反射率的比较(RPy>
RGal)
方铅矿(Galena)方铅矿与黝铜矿反射率的比较(RGal>
RTet)
黝铜矿(Tetrahedrite)方铅矿、黝铜矿、闪锌矿反射率的比较(RGal>
RTet>
RSph)
闪锌矿(sphalerite)
2、利用四种标准矿物,用视测对比法判断下列矿物的反射率特征,并确定其反射率级别。
①红砷镍矿(Niccolite)(点击查看)
与标准矿物—黄铁矿比较(R<
黄铁矿),与标准矿物—方铅矿比较(R>
方铅矿),
分级:
红砷镍矿的反射率:
Ⅱ级黄铁矿>R>方铅矿
②赤铁矿(Hematite)(点击查看)
与标准矿物—黝铜矿比较(R<
黝铜矿)与标准矿物—闪锌矿比较(R>
闪锌矿)
赤铁矿的反射率:
Ⅳ级黝铜矿>R>闪锌矿
③铬铁矿(Chromite)(点击查看)
与标准矿物—闪锌矿比较(R<
分级:
铬铁矿的反射率:
Ⅴ级R<闪锌矿
思考题
1.反射率的观测方法有几种?
2.光片和薄片各有什么特点?
不透明矿物和透明矿物在反光显微镜下反射率特征有什么不同?
为什么?
2.2.1矿物的反射色
概述
反射色:
在反光显微镜垂直入射光的照射下,矿物显示的颜色。
它在慨念上与天然矿物块在普通光线下以肉眼观察所看到的“矿物颜色”不同,而是人工磨制好的矿物光面在镜下光线直射时显示的颜色。
它是矿物表面反射产生的,因此是表色。
反射色是一个很直观的光学性质。
当我们在反光显微镜下观测光片时,首先感觉到的就是矿物的反射色。
而人眼对颜色的判断能力是很强的,如自然金、黄铜矿、黄铁矿三矿物,虽然都是黄色,但在镜下金黄色、铜黄色、浅黄色一般不会混淆。
因此,矿物的反射色在鉴定矿物方面是很有用的,特别对那些具有鲜明颜色特征的矿物,更具有重要的鉴定意义。
反射色的形成机理
反射色是由于矿物对光波进行选择性反射(反射率色散)的结果。
我们知道,白光是由七种不同色光组成的,而不同的矿物在化学成分、化学键型、晶格类型、晶体构造等方面也是不同的,因此每种矿物对白光中的七种色光的反射率会有差别。
当矿物对白光中的某种色光反射率最大时,矿物的反射色就显示那种色光的颜色,例如自然铜对红光的反射最强,反射率最大,因此它的反射色呈现淡红色;
当矿物对白光中的某几种色光同时显示较大反射率时,矿物的反射色就显示几种色光的混合色;
当矿物对白光中的七种色光反射率相差不大时,矿物的反射色呈现无色,根据其反射率的大小,分别显示亮白色、白色、灰白色、灰色或暗灰色,例如方铅矿:
纯白色;
铬铁矿:
灰色。
反射色的视测分级(定性观测)
显著颜色类:
带有鲜明颜色的矿物,如黄色、蓝色、玫瑰色等。
无色类:
没有显出鲜