МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ЭКСПЕРТНО-КРИМИНАЛИСТИЧЕСКИЙ ЦЕНТР СУДЕБНАЯ ПОЧВОВЕДЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА (экспертная специальность 17.1) Москва 2011 Оптическая диагностика первичных почвенных минералов в гранулометрических фракциях при производстве судебных почвоведческих экспертиз Кристаллы по оптическим свойствам делятся на Изотропные, т.е.
Download ReportTranscript МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ЭКСПЕРТНО-КРИМИНАЛИСТИЧЕСКИЙ ЦЕНТР СУДЕБНАЯ ПОЧВОВЕДЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА (экспертная специальность 17.1) Москва 2011 Оптическая диагностика первичных почвенных минералов в гранулометрических фракциях при производстве судебных почвоведческих экспертиз Кристаллы по оптическим свойствам делятся на Изотропные, т.е.
МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ЭКСПЕРТНО-КРИМИНАЛИСТИЧЕСКИЙ ЦЕНТР СУДЕБНАЯ ПОЧВОВЕДЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА (экспертная специальность 17.1) Москва 2011 Оптическая диагностика первичных почвенных минералов в гранулометрических фракциях при производстве судебных почвоведческих экспертиз Кристаллы по оптическим свойствам делятся на Изотропные, т.е. оптически однородные Анизотропные, т.е. их оптические свойства неодинаковы по разным направлениям Кристаллы кубической сингонии Кристаллы средних сингоний Кристаллы низших сингоний (тетрагональной, тригональной, гексагональной) оптически одноосны (триклинной,моноклинной, ромбический) оптически двуосны Волновая поверхность изотропных сред: поверхность шара В изотропных средах свет распространяется во все стороны с одинаковой скоростью. Пути, пройденные светом по всем направлениям от светящейся точки за одно и то же время, равны между собой. Соединив концы этих путей, мы получим поверхность шара – волновую поверхность. Волновая поверхность кристаллов средних сингоний: комбинация шара и эллипсоида вращения Vо - скорость сферической (обыкновенной) волны (ordinary) А Ve = Vo Vе - скорость эллиптической (необыкновенной) волны (extraordinary) Ve Vo Прямая АА – оптическая ось Ve = Vо А Ve > Vо Оптически отрицательные одноосные кристаллы (средние сингонии) 1 вариант – шар вписан в эллипсоид вращения Волновая поверхность кристаллов средних сингоний: комбинация шара и эллипсоида вращения А Ve Vo Ve < Vо Прямая АА – оптическая ось = главная ось симметрии А 2 вариант – шар описан вокруг эллипсоида вращения Оптически положительные одноосные кристаллы (средние сингонии) А Z Z А А M2 В С С В А O С С M1 С С O В В С А B С O С B X С С В В M1 А А у M2 А Волновая поверхность кристаллов низших сингоний: комбинация двух вложенных одна в другую поверхностей Оба луча являются необыкновенными Индикатриса – гипотетическая вспомогательная поверхность. В общем виде имеет форму эллипсоида. 1. Эллипсоид с тремя неравными осями 2. Эллипсоид вращения: 2 оси равны, одна -отличается 3. Эллипсоид с тремя равными осями = шар Индикатриса – это такая поверхность, каждый радиус вектор которой своей величиной выражает показатель преломления кристалла для тех волн, колебания которых совершаются в направлении этого вектора. Колебания световой волны совершаются перпендикулярно направлению ее распространения. Ng Сечения индикатрисы эллипсоида с тремя неравными осями - эллипсы (кроме 2 кругов). Их оси – направления колебаний в сечениях. Величины этих осей выражают n кристалла для волн, идущих ┴ данному сечению Nm Np Np Nm Ng 1а. Индикатриса двуосного оптически положительного кристалла – эллипсоид с 3 неравными осями А2 2V А1 Ng О.Б. круг Np эллипс Nm Прямые А1А1 и А2А2 – оптические оси кристалла – перпендикуляры к круговым А1 сечениям Ng, Nm, Np – оси индикатрисы А2 Если Ng – О.Б., то кристалл оптически + 1б. Индикатриса двуосного оптически отрицательного кристалла - эллипсоид с 3 неравными осями А2 2V А1 О.Б. круг Ng эллипс Nm А1 Прямые А1А1 и А2А2 – оптические оси кристалла Np А2 Ng, Nm, Np – оси индикатрисы Если Nр – О.Б., то кристалл оптически -- 2а. Индикатриса одноосного оптически положительного кристалла - эллипсоид вращения 2б. Индикатриса одноосного оптически отрицательного кристалла - эллипсоид вращения Ng Nр + r = Np круг r = Ng -круг 3. Индикатриса оптически изотропного кристалла – шар. Любое сечение – окружность. Любое направление – оптическая ось. Все n равны, т.е. нет направления, по которому луч испытывает двупреломление. Значит кристалл изотропен. Устройство поляризационного микроскопа: Окуляры Линза Бертрана Анализатор – верхний николь Прорезь для компенсатора Объектив Столик для препарата Диафрагма Поляризатор – нижний николь Линза Лазо Источник света При попадании луча света в любой анизотропный кристалл (николи=кристаллы) он разбивается на два луча, поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Николи поляризуют свет, пропуская его в одном направлении и гася в другом. Рабочие положения поляризационного микроскопа: 1.Изучение объектов при одном николе (П) 2.Изучение объектов при скрещенных николях (Х) 3.Изучение объектов при параллельных николях (ıı) Основные поверки поляризационного микроскопа: 1. Настройка освещения 2. Проверка центрировки объектива 3. Проверка скрещенности николей 4. Проверка совпадения нитей креста окуляра с направлением колебаний, пропускаемых николями Понятие о поляризованном свете Прохождение света через николи поляризационного микроскопа Р Р А р А1 a1 Р А1 р a α О Р1 Положение в общем случае – луч света ослаблен р a1 А О Р1 Положение при выведенном анализаторе (П) О Р1 Положение при скрещенных николях (Х) – темное поле Световые колебания в системе поляризатор – кристалл – анализатор (Х) А1 Р I II р m1 n1 N n М α А О m Кристалл окрашен в интерференционные цвета Р1 Погасание минералов Р А1 I р m a1 О А II Р1 Погасание кристалла в системе поляризатор – кристалл – анализатор (Х) Свойства минералов, изучаемых при одном николе (П): Размеры Спайность Прозрачность совершенная Непрозрачные Рудные минералы Прозрачные цветные бесцветные цвет Форма Вторичные изменения несовершенная Система трещин + угол спайности Изометричная Столбчатая Призматическая Игольчатая листоватая Кристаллооптические константы минералов 1. Показатель преломления (П) 2. Интерференционная окраска и двулучепреломление (Х) 3. Удлинение и ориентировка осей оптической индикатрисы (Х) 4. Угол погасания (Х) 5. Плеохроизм и схема абсорбции (П) 6. Осность и оптический знак (Х + линза Бертрана) 1. Показатель преломления Различия в n минерала и n среды создают впечатление наличия «рельефа» у минерала и эффекта «шагреневой поверхности» n «канадского бальзама» = 1,540 1 группа рельеф отрицательный 2 группа рельеф невыраженный 3 группа рельеф положительный 4 группа рельеф резко положительный n < 1,540 n = 1,540-1,560 n = 1,560-1,750 n > 1,750 эффект «шагреневой поверхности» Эффект Бекке (для минералов 1 и 2 групп) Эффект Бекке основан на наблюдении за световой полоской, возникающей на границе раздела сред с различными n при расфокусировании. Возникновение световой полоски связано с явлением преломления лучей, падающих на поверхность соприкосновения двух сред, в результате чего над краем минерала с большим n концентрируется больше лучей. Правило Бекке при расфокусировке (опускании столика) световая полоска идет на вещество с БОЛЬШИМ nмин<1,54 n nмин>1,54 Способ кольцевого экранирования основан на появлении оптического эффекта в иммерсионном препарате при экранировании лучей, преломленных объектом. Обычный свет состоит из световых волн различной длины. Для каждой из них скорость распространения и n в одной и той же среде различны. Это явление называется дисперсией показателей преломления. У большинства бесцветных прозрачных веществ n возрастает с уменьшением длины волны от красной части спектра до фиолетовой. Дисперсия n у жидких веществ выражена сильнее, чем у твердых. Поэтому возможно совпадение n жидкости и n твердых веществ для волн определенной длины. Если отсечь все остальные лучи (ввести диафрагму), то на краях зерна появится окрашивание, соответствующее той части спектра, для которой совпали n объекта и n среды. Применение иммерсии с n =1,544 обеспечивает желтое или голубое окрашивание зерен кварца. К-пол.шпаты и кислые плагиоклазы станут красно-бурыми. Порядки нормальных интерференционных окрасок минералов (Х). 1 порядок Нет синего и зеленого цветов СД очень слабая - (ng - np) < 0,005. Окраска не выше серой СД слабая - (ng - np) = 0,005 – 0,010. Окраска не выше желтой Ι порядка. 2 порядок 3 порядок 4 порядок СД средняя и высокая - (ng - np) = 0,010 – 0,045. Окраска ΙΙ, III, ΙУ порядков. 5 порядок СД очень высокая - (ng - np) > 0,045. Окраска белая У порядка. Аномальные интерференционные окраски минералов (Х). Однотонные: грязные-серые, коричневые или зеленые тона - (хлорит) или чистые: малиновые, бирюзовые, васильковые тона - (эпидот) Многоцветные пятнистые (сарафанные) окраски - (эпидот). При определении угла погасания и интерференционной окраски важно помнить, что рассматриваемое зерно может быть: 1. Изотропным минералом 2. Анизотропным минералом в изотропном сечении. Для корректных выводов надо выбирать из всей совокупности сечений минерала наиболее ярко окрашенные и проводить несколько измерений. Для определения знака удлинения применяются компенсаторы Компенсаторы – это такие минеральные пластинки, в которых заранее известно расположение осей Ng и Np. Компенсаторы вставляются в прорезь над объективом под углом 45º к направлениям колебаний в николях. Параллельно пластинке длинной стороной ставится зерно минерала. По изменению интерференционной окраски до и после введения компенсатора судят о знаке удлинения минерала. Ng «Гипсовая» пластинка Np Для минералов с интерференционной окраской не выше желтой 1 порядка Ng Кварцевый клин Np Для минералов с интерференционной окраской выше желтой 1 порядка Применение «гипсовой» пластинки 1 порядок Np Ng При совпадении одноименных осей индикатрис минерала и пластинки световая волна приобретает бОльшую разность хода и ее интерференционная окраска повышается: от красной до синей. В данном случае вблизи длинной стороны идет ось Np. Удлинение минерала – отрицательное. Np Ng При совпадении разноименных осей индикатрис минерала и пластинки световая волна приобретает меньшую разность хода и ее интерференционная окраска понижается: от красной до желтой. В данном случае вблизи длинной стороны идет ось Ng. Удлинение минерала - положительное Применение кварцевого клина Метод «бегущих полосок» применяется в тех случаях, когда кристалл на краях тоньше, чем в середине. У таких кристаллов в скрещенных николях на краях видны концентрические каемки интерференционной окраски более низкой, чем в середине. Совпадение одноименных осей индикатрис минерала и компенсатора. При вдвигании кварцевого клина тонким концом вперед на пересечении края кристалла окраска начнет повышаться и достигнет первоначальной окраски центра. Но поскольку клин движется, окраска из центра как бы переходит на края. Создается впечатление, что полоски пришли в движение и перемещаются от центра к краям зерна.. В данном случае в кристалле вблизи Np длинной стороны идет ось Np. Удлинение минерала – отрицательное. Ng Совпадение разноименных осей индикатрис минерала и компенсатора При вдвигании кварцевого клина тонким концом вперед на пересечении края кристалла окраска начнет понижаться и переходить к центру кристалла Создается впечатление, что полоски пришли в движение и перемещаются от краев к центру зерна. В данном случае в кристалле вблизи длинной стороны идет ось Ng. Np Удлинение минерала - положительное Ng Удлинение и ориентировка осей оптической индикатрисы (Х) О знаке удлинения имеет смысл говорить только для отчетливо удлиненных кристаллов с правильными очертаниями или когда на кристаллах заметны штрихи спайности, направление которых принимается за направление удлинения кристалла. Для удлиненных кристаллов возможно определение ориентировски осей оптической индикатрисы. Есть удлинение (кристаллы вытянутые) Нет удлинения (кристаллы изометричные) Угол погасания В момент погасания нити окуляра рисуют на зерне минерала оси индикатрисы 1. Угол погасания (Х) – угол между кристаллографическим направлением и одной из осей оптической индикатрисы (при условии α≤ 35 º) П Х N1 1а. Косое погасание (угол до 35º) α N2 α =A-B Ребро кристалла параллельно вертикальной нити креста окуляра - 1 отсчет (A) по лимбу столика Момент ближайшего погасания. Вертикальная нить окуляра совпадает с осью индикатрисы - 2 отсчет (B) по лимбу столика 1. Угол погасания (Х) – угол между кристаллографическим направлением и одной из осей оптической индикатрисы 1б. Прямое погасание (угол 90º) П Х N1 N2 Волнистое погасание 1в. волнистое погасание (кварц) П Х В каждом срезе зерно минерала погасает 4 раза. Это происходит при совпадении осей индикатрисы с нитями креста окуляра. Ng Np Np Ng При измерении угла погасания надо указывать, с какой осью индикатрисы измерен угол Ng Np Np Ng Плеохроизм и схема абсорбции (П) Плеохроизм (полихроизм) – изменение собственной окраски кристалла (интенсивности или цвета) в зависимости от направления световых колебаний. Причина плеохроизма – анизотропия свойств кристаллических тел. Окраска тел в проходящем свете есть следствие избирательного поглощения (абсорбции) ими света. Густота окраски зависит от поглощающей способности вещества и от толщины слоя. Для определения плеохроизма надо знать: 1. Направление колебаний в поляризаторе. 2. Направление осей индикатрисы кристалла удлинение). Определение направления колебаний света в поляризаторе производится по кристаллу турмалина. Густота окраски турмалина наименьшая в положении, когда ребра его кристалла параллельны направлению колебаний света в поляризаторе. р1 р р р1 р р Порядок действий при определении плеохроизма (пример для кристалла с + удлинением) 1. Ставим кристалл в положение погасания (Х) 2. Выводим анализатор (П). Отмечаем окраску по известной оси индикатрисы, совпадающей (или имеющей меньший угол) с направлением колебаний в поляризаторе (темно-зеленая). Np Np р Ng 3. Ставим кристалл в следующее положение погасания (Х) 4. Выводим анализатор (П). Отмечаем окраску по другой оси индикатрисы (светло-зеленая) Ng Np Ng 5. Схема абсорбции P ΙΙ Ng > Np Плеохроизм заметный в зеленых тонах Np Ng Осность и оптический знак (Х + линза Бертрана) В основе определения этих констант лежит наблюдение интерференционной фигуры (Х), возникающей в верхней фокальной плоскости при освещении объекта сконцентрированным пучком света (лБ). Ограничения метода при исследованиях почвенных объектов: 1. Наличие в шлифах изотропных сечений минералов (или сечений с максимально низкой интерференционной окраской). 2. Наличие в шлифах зерен определенной величины (увеличение объектива х40, при этом зерно кристалла не должно занимать более четверти поля зрения ). Порядок проведения исследований 1. 2. 3. 4. 5. 6. Максимально осветить поле При введенном анализаторе и объективе х20 или х10 найти объект Сменить объектив на х40 Ввести линзу Бертрана Описать коноскопические фигуры. Сделать вывод об осности кристалла. Используя компенсатор (ГП) установить оптический знак кристалла. Коноскопические фигуры одноосных кристаллов (группа SiO2, нефелин, берилл, карбонаты, апатит, турмалины, корунд, циркон, рутил) 4 1 3 2 А. При изотропном сечении виден крест, не распадающийся при вращении столика 4 1 Оптически положительный кристалл: nо < nе 3 2 4 1 Оптически отрицательный кристалл: nо > nе 3 2 Коноскопические фигуры двуосных кристаллов (полевые шпаты, цеолиты, гипс, глинистые минералы, серпентины, хлориты, слюды, пироксены, амфиболы, оливины, эпидоты) А. При сечении, перпендикулярном ОБ виден крест, распадающийся на изогиры при вращении столика 4 3 1 4 1 3 2 2 Оптически -- кристалл: ОБ - Np Оптически + кристалл: ОБ - Ng 4 1 4 1 3 2 3 2 Б. При сечении, перпендикулярном оптической оси (А1 или А2) в связи с выходом одной оптической оси видна одна ветвь гиперболы, изгибающаяся при вращении столика не параллельно нитям креста Оптически + кристалл: ОБ - Ng -- кристалл: ОБ - Np Оптически 4 1 4 1 3 2 3 2