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地球科學應用領域

 

如何運用一臺數碼顯微鏡分析經過或未經過制備的地質樣品

 

Leica DVM6 M 案例研究

 

作者：

 

Michael Doppler

瑞士徠卡顯微系統·應用顯微鏡·EEMEA·銷售經理

介紹

 

一百年前，偏振光顯微鏡就已經應用于傳統的地球科學研究之中了。從那時起，隨著技術的不斷進步，這類顯微鏡在用戶友好性、人體工程學以及光學性能方面逐漸改善。時至今日，仍有一方面在原地踏步：傳統的偏振光（復式）顯微鏡僅適用于經過制備的樣品，因為這類顯微鏡提供的工作距離不足以滿足整個樣品的檢測。

 

 

這就意味著必須切割和拋光較厚、較大的地質樣品，以適應復式顯微鏡的有限工作距離。這些樣品制備對精確度的要求極高，而在拋光片的厚度、平整度和拋光效果方面，對精確度的要求則更甚。運用帶透射、偏振光 [1,2] 的復式顯微鏡進行檢測時，標準厚度應為 30 微米。

 

 

換言之，科學家檢測未經制備的樣品時，需要切換成工作距離較大的體視顯微鏡。

 

 

 

一臺適用于經過或未經過制備樣品檢測的顯微鏡

 

 

本文闡述了地質科學家如何運用一臺偏振光顯微鏡對經過或未經過制備的樣品進行分析的：這就是Leica DVM6 M 數碼顯微鏡。選用適當的配件，該顯微鏡即可化身為半定量型偏振顯微鏡。

 

 

 

地質樣品的多樣性需要一系列合格的顯微鏡解決方案：

 

 

薄切片     拋光片

 

 

微體化石        礦物顆粒

 

 

巖樣                 巖心           顯微載片         化石

適用于復式顯微鏡的樣品范圍

 

 

 

 

適用于體視顯微鏡的樣品范圍

 

適用于Leica DVM6 M 數碼顯微鏡檢測的樣品范圍

適用于所有地質檢測項目

 

 

運用適配器將Leica DVM 6 M 安裝在手動或電動調焦柱上，即可獲得額外工作距離，確保地質學家能夠對拋光或未拋光的樣品進行檢測觀察。具備高數值孔徑的透射光座，提供了適用于多樣化偏振光應用領域的數碼解決方案。

 

 

為透射光座配備一個偏振載物臺，上面帶一個旋入/旋出偏光鏡。按照上述方法設置Leica DVM6 M，確保顯微鏡適用于任何地質科學應用領域，并保證用戶能夠分別觀察平行和交叉偏振光下的透明樣品。樣品是否配有蓋玻片或樣品是否系未切削的透明礦物質（例如，鉆石或指示礦物），這些并不重要。

 

 

 

 

Leica DVM6 M 能夠提高地質科學家的工作效率，歸因于以下優勢：

 

 

• 運用一臺儀器即可對經過或未經過制備的樣品進行靈活處理；
• 全面集成環形光，外加同軸和其他照明類型，確保研究和分析樣品的選項超過復式顯微鏡；
• 高效、快速實現整個范圍內的放大倍率切換；
• 軟件界面直觀，適用于顯微鏡操作和分析；
• 擁有對重要參數進行自動追蹤和存儲（編碼）的功能。

 

 

有關Leica DVM6 數碼顯微鏡的更多詳情，請參見Leica DVM6 產品頁面 [3]。

 

分析經過制備的樣品

 

 

下面選取玄武巖薄片為例。采用不同方向的偏振光照明，可以展示玄武巖的結構和組成。

 

 

圖 1：運用平行偏振光獲取的玄武巖薄片圖像。                                圖 2：運用交叉偏振光獲取的相同樣品圖像。

 

 

如果單幅圖像顯示樣品的感興趣區域比顯微鏡的視場大，則研究人員可以運用顯微鏡軟件中的 Live Image Builder（實時圖像生成器）功能。在載物臺掃描階段，該項功能可以通過照相機記錄的合成圖像來創建單幅圖像，保證用戶能夠更大范圍地查看樣品。

 

 

圖 3：上圖系玄武巖薄片的概覽大圖。

 

針對反光，可以采用內置同軸照明方式觀察拋光樣品，無需附加部件。在反射光模式下，調節內置 ¼ λ片（波板），即可完成偏振光交叉。

 

 

 

圖 4：運用平行偏振反射光觀察礦石礦物。                                  圖 5：運用交叉偏振反射光觀察同一樣品。

 

 

Leica DVM6 M 同軸照明模式配備傾斜照明滑塊，提供晶界、硬度差和劃痕的三維圖像。只需簡單地四處移動照明滑塊，即可從該角度觀察樣品。無需其他操作。

 

 

右圖顯示僅配備集成環形光的Leica DVM6 M 才適用于該領域。雖然傳統偏振光顯微鏡不帶暗場，但配備環形光的Leica DVM6 M 卻為拋光樣品提供了額外的暗場角度。

 

 圖 6：運用平行偏振傾斜反射光照明獲取的同一樣品細節圖像，用于查看硬度差和劃痕。

 

圖 7：運用環形光照明獲取的同一樣品細節圖像。

 

 

分析未經過制備的樣品

 

 

除這些觀察地球科學樣品的“經典”方法之外，用戶還可以運用Leica DVM6 M 觀察未經過制備樣品的三維圖像，例如，顯微載片、巖心部分、散礦物質、微體化石等。由于體視顯微鏡的內置部分環形光設置或鵝頸管聚光燈，因此，可以運用與體視顯微鏡相似的方式，觀察未經過制備的樣品。

 

對于厚度超過顯微鏡景深的樣品，可以采用多聚焦功能輕松對其進行觀察。隨后，可以重建樣品的三維形貌圖。另外，如果僅需二維圖像，則可以啟用 Live Image Builder 功能。

 

顯微載片樣品通常需要擴展景深，令所有細節更加明晰。Leica DVM6 M 軟件具備 Live Image Builder Z（配備手動調焦柱）和蒙太奇選項（自定義、EDOF、啟動），為其獲取多焦點圖像提供了一種非常簡單的方式 [3]。

 

 

圖 8：運用環形光照明獲取的顯微載片樣品細節圖像。                   圖 9：運用環形光照明獲取的顯微載片樣品多焦點圖像。

 

 

圖 10：運用透射偏振光照明獲取的尚未打磨鉆石的多焦點圖像。

 

松面樣品、巖石樣品和巖心通常比顯微鏡提供的視場要大，而配備 Live Image Builder XY，則可以克服該限制，并將多幅圖像合成視場較大的單幅圖像。

 

 

leica DVM6 M 三個可用物鏡擁有廣泛的放大倍率（1x ~ 2,350x）和分辨率，保證用戶能夠快速實現較大樣品從宏觀到微觀圖像之間的切換。

 

 

由于所有圖像都是自動校準的，這些圖像都可以用于測量。在三維形貌重建中，可以測量表面特性和體積。

 

 

圖 11：通過長度和表面測量，獲取黃金和重礦物的多焦點圖像。

 

 

 

結論

 

 

本文展示了在地質科學研究領域，使用一臺顯微鏡分析經過或未經過制備樣品的可能性。leica DVM6 M 數碼顯微鏡將宏觀與微觀合二為一，保證用戶既可分析二維也可分析三維樣品。由于視場和景深可以同時增加，因而可以輕松操作不同高度的樣品。Leica DVM6 M 通用照明方式為研究和分析樣品，提供了比復式顯微鏡更多的選項。

 

 

 

 

 

 

補充閱讀材料

 

 

1. Interference, Glossary, Rock Library, Imperial College London

3.

C. Gladstone, P. Browning, The Polarising Microscope, Minerals under the Microscope, Earth Sciences, University of Bristol

 

1. Leica DVM6 產品頁面，技術規范，徠卡顯微系統網頁

 Leica Microsystems (Switzerland) Ltd. · Max-Schmidheiny-Strasse 201 · 9435 Heerbrugg, Switzerland 電話：+41 71 726 34 34 · 傳真：+41 71 726 34 44