Определение величины показателя преломления минерала

Показатель преломления (n) является одним из важнейших диагностических признаков минералов. Определение его в зависимости от цели исследования проводится разными методами с различной степенью точности. Для наиболее точного определения величины показателя преломления (до десятитысячных долей единицы) пользуются кристалл-рефрактометром. Измерение показателя преломления этим прибором основано на явлении полного внутреннего отражения при падении световой волны из среды, более сильно преломляющей, в среду, менее сильно преломляющую. Величина показателя преломления минерала вычисляется по формуле:

n = N sinϕ

и где N – известный показатель преломления стеклянного полушария, из которого световая волна падает на исследуемый минерал; ϕ – угол падения луча, при котором он испытывает полное внутреннее отражение.

Кристалл-рефрактометр позволяет измерять показатели преломления кристаллического и некристаллического вещества при условии, что их значения не превышают величины 1,8–1,9.

В научно-исследовательских и производственных лабораториях показатели преломления минералов чаще всего определяют иммерсионным методом. Одним из существенных преимуществ этого метода является возможность его использования для определения даже мелких зерен, размером в десятые доли миллиметра, причем точность определения составляет ±0,001. Основа метода заключается в том, что, пользуясь специальным набором жидкостей с разными, заранее известными показателями преломления, подбирают жидкость с показателем преломления, равным показателю преломления минерала. Обычно применяют наборы жидкостей с показателями от 1,4 до 1,87.

Наиболее простым и доступным способом определения показателя преломления минералов при изучении их с помощью поляризационного микроскопа является метод сравнения с показателем преломления канадского бальзама, величина которого всегда постоянна (n = 1,537–1,54). У зерен минералов с показателем преломления, отличающимся от показателя преломления канадского бальзама, наблюдается так называемая - световая полоска, или линия Бекке, рельеф и шагреневая поверхность, по характеру которых и определяется показатель преломления минерала.

Линия Бекке. На границе минерала с канадским бальзамом при разнице показателей преломления 0,001 и более появляется тонкая световая полоска – линия Бекке, точно повторяющая контуры зерна. Возникновение световой полоски объясняется явлениями преломления и полного внутреннего отражения лучей, падающих на поверхность соприкосновения двух минералов или минерала и канадского бальзама с разными значениями n. При подъеме и опускании тубуса (или столика микроскопа) она перемещается с зерна на канадский бальзам и обратно. Необходимо твердо запомнить следующее: при подъеме тубуса микроскопа световая полоска (линия) Бекке перемещается в сторону минерала с большим показателем преломления, а при опускании – на минерал с меньшим показателем преломления. Все минералы по показателю преломления по отношению к канадскому бальзаму можно разделить на две группы: I – n мин < n к. б.; II – n мин > n к. б.

Рельеф минерала. При разнице показателя преломления минерала и канадского бальзама в 0,020 и больше зерна зрительно становятся выпуклыми, кажутся как бы приподнятыми над плоскостью шлифа. Они, как принято говорить, имеют рельеф. Объяснить это явление можно тем, что зерна минералов играют роль собирательных линз (световые лучи всегда отклоняются в сторону среды с большим показателем преломления), поэтому они лучше освещены и кажутся нам расположенными к глазу ближе, чем окружающая среда.

Степень проявления рельефа (слабый, средний, сильный) зависит от того, насколько показатель преломления минерала отличается от показателя преломления канадского бальзама. Принято различать положительный и отрицательный рельефы. В первом случае зерно кажется приподнятым, как бы выступающим из плоскости шлифа (n мин > n к. б.). Во втором – зерно на фоне канадского бальзама выглядит опущенным, вдавленным (n мин < n к. б.).

Шагреневая поверхность (шагрень). При изготовлении шлифа нижнюю и верхнюю плоскости кусочка породы шлифуют. При этом всегда остаются микроскопические неровности, заполняемые впоследствии канадским бальзамом. У минералов с показателем преломления, близким к к. б. =1,540, эти неровности незаметны, так как световые лучи в этом случае на границе минерал – канадский бальзам почти не испытывают отклонения от первоначального направления и поверхность зерен освещается равномерно.

Если показатель преломления минерала значительно (на 0,020 и больше) отличается от показателя преломления канадского бальзама, то неровность зерна становится заметнее, и она кажется шероховатой. Это объясняется явлениями преломления и полного внутреннего отражения световых лучей. Поверхность таких зерен напоминает поверхность шагреневой кожи.

Шагреневая поверхность проявляется тем резче и заметнее, чем больше n мин. Отличается от n к. б. Следует отметить, что наблюдения за перемещением светового эффекта, т. е. полоски Бекке, характером рельефа и шагреневой поверхности проводятся при частичном закрытии диафрагмы и опущенной осветительной системе; последнее необходимо для получения потока сравнительно небольшого числа параллельных световых лучей.

Таким образом, по величине показателя преломления все минералы подразделены на семь групп (табл. 3.1).

Дисперсный эффект В. Н. Лодочникова. В мелкозернистых и сложенных, главным образом, бесцветными минералами породах наблюдение полоски Бекке бывает весьма затруднительным. Поэтому для определения величины относительного показателя преломления В. Н. Лодочников предложил использовать цветовой эффект, возникающей на

границе соприкасающихся разно преломляющих минералов или минерала и канадского бальзама. Минерал, который имеет больший показатель преломления, окрашивается в слабый зеленоватый цвет, а минерал с меньшим преломлением – в золотисто-желтоватый. Наблюдение данного явления требует внимания и определенных навыков, но вполне оправдывает себя, так как значительно облегчает работу.

Таблица 3.1

Величины показателя преломления, рельеф и шагреневая поверхность минералов

Примечание:* – рельеф отрицательный (–), положительный (+) и нейтральный (±)

Псевдоабсорбция. Подавляющее большинство минералов, входящих в состав пород, являются оптически анизатропными. В разных направлениях они имеют различные показатели преломления. В связи с этим рельеф и шагреневая поверхность зависят от того, какой из показателей преломления совпадает с направлением колебаний света, пропускаемых поляризатором.

У большинства минералов разница в преломлении по отдельным направлениям невелика, поэтому при вращении шлифа на предметном столике существенных изменений ни в рельефе, ни в шагреневой поверхности не наблюдается. Когда же в данном сечении зерна имеется большое различие в показателях преломления, то при вращении шлифа указанные оптические свойства резко изменяются. Так, у карбонатов, в сечении, параллельном оптической оси, у слюд в разрезе, перпендикулярном спайности, в данном случае наблюдаются очень резкие рельеф и шагреневая поверхность, а при повороте на 90° эти явления исчезают. Первый случай соответствует совпадению наибольшего показателя преломления минерала с плоскостью колебаний в николе-поляризаторе, второй – совпадению наименьшего показателя преломления. Для указанных групп минералов это явление, носящее название псевдоабсорбции, является хорошим диагностическим признаком.