бюгельный протез верхней челюсти
планирование ресурсов проекта
банківське золото

Применение микроскопа

Применение микроскопа

Для геммолога микроскоп, несомненно, является самым важным из всех приборов. Хотя и не такой универсальный, как карманная лупа, он дает значительно большее увеличение. В повседневной практике эксперту гораздо чаще приходится отличать природные камни от их синтетических аналогов и определять имитации, чем идентифицировать природные камни. Как мы увидим ниже в гл. 9, микроскоп совершенно необходим для выявления подделок.
Но его значение этим не исчерпывается: неоценима помощь микроскопа, когда необходимо отличить один камень от другого, поскольку, изучив под микроскопом включения в камне, можно определить природу образца и даже место его добычи. Таким же путем можно определить характер и глубину трещин, выявить наличие двупреломления и приблизительно оценить его величину; с помощью иммерсионных жидкостей или путем "прямого измерения" можно установить показатель преломления.
Изучение включений в минералах началось в прошлом веке, однако эта работа долгое время проводилась от случая к случаю. Но в течение последних десятилетий это направление получило широкое признание как новый метод определения драгоценных камней и выяснения условий их образования в природе. И это действительно один из наиболее важных вкладов геммологии в науки, из которых она родилась, — в минералогию и геологию. Основные успехи в изучении включений в драгоценных камнях достигнуты главным образом благодаря энтузиазму доктора Эдварда Гюбелина из Люцерна. В журналах появились его многочисленные статьи, посвященные этой теме, иллюстрированные прекрасными микрофотографиями. В его недавно вышедшей книге "Внутренний мир драгоценных камней" многие из них представлены в виде серии замечательных цветных микрофотографий. Тема эта, однако, обширная, и внимательный и наблюдательный исследователь может открывать здесь еще много нового.
Микроскопы, специально предназначенные для использования ювелирами и геммологами, разработаны в настоящее время рядом фирм США, Западной Германии, Японии, Швейцарии и Великобритании. Цены на такое оборудование колеблются от нескольких сотен до нескольких тысяч фунтов стерлингов. К сожалению, большинство таких микроскопов либо дороги, либо малодоступны. Специальные "петрографические" микроскопы, используемые минралогами, также являются "предметами роскоши". -.
К счастью, большая часть исследований может быть выполнена с помощью весьма простого микроскопа, и поэтому ниже мы приведем описание такого типичного стандартного прибора (рис. 6.1) и методики его применения для изучения драгоценных камней.
Рис 6.1. Стандартный микроскоп. Фотография публикуется с разрешения фирмы "Р. & Дж. Бек" (Я. & J. Beck LTd).
В микроскопе имеются две системы линз, обеспечивающих необходимое увеличение, причем каждая из них выполнена в виде отдельного узла. Нижняя группа линз называется объективом, верхняя — окуляром. Объектив ввинчивается в нижний конец тубуса, а окуляр свободно вставляется в верхнее отверстие. Общее увеличение, даваемое микроскопом, зависит от увеличения объектива, увеличения окуляра и длины тубуса. Штатив микроскопа — так называется прибор в целом без объектива и окуляра — состоит из тяжелого металлического основания, к которому крепится тяжелый металлический тубусодержатель. За него берутся рукой, когда микроскоп вынимают из футляра и переносят с одного места на другое. К нему прикреплен столик с отверстием в центре, через которое свет, отраженный от регулируемого зеркала микроскопа, попадает на исследуемый образец. Тубус микроскопа (который часто имеет внутреннюю выдвижную трубу) соединен с тубу содержателем и может подниматься и опускаться с помощью кремальеры.
Процесс фокусировки, когда тубус перемещают на расстояние около 5-7 см, называется грубой регулировкой. При небольших и средних увеличениях он обеспечивает хорошие результаты. Более дорогие микроскопы снабжены приспособлением для тонкой регулировки, необходимой при использовании объективов, дающих большие увеличения, фокус которых резко меняется даже при незначительном перемещении тубуса.
В дополнение к простой оптической системе из зеркала, объектива и окуляра для наших целей полезно иметь конденсор — укрепленную под столиком микроскопа систему осветительных линз, предпочтительно со встроенной ирисовой диафрагмой. Конденсор дает сходящийся пучок света, который значительно улучшает освещение ограненного образца, когда он не погружен в жидкость.
Очень удобно, если конденсор может перемещаться по вертикали с помощью зубчатой рейки и зубчатого колеса. Увеличение, необходимое для исследования камней, т. е. 25 — 70-кратное, можно получить, используя объективы низкого или среднего увеличения с фокусным расстоянием 2/3, 1 и 1,5 дюйма (16, 25 и 38 мм).
Преимущество использования относительно низких увеличений заключается в следующем: а) в любой момент времени в поле зрения можно видеть большую часть образца; б) больше глубина фокуса; в) больше рабочее расстояние между образцом и передней линзой объектива, благодаря чему снижается вероятность повреждения стекла линзы острыми ребрами или углами камня, имеющего обычно более высокую твердость, чем стекло. Кроме того, при небольших увеличениях изображение более четкое, и начинающему значительно легче вести наблюдение.
Остановившись вкратце на основных особенностях стандартного микроскопа, мы далее покажем, как использовать его наилучшим образом для изучения внутренних особенностей ограненных камней. Конечно, при необходимости микроскоп может применяться и для исследования их наружной поверхности, например для выяснения природы скола или трещины, выходящей на поверхность, для оценки качества полировки и т. д. Нередко приходится осматривать камни, закрепленные в оправе. Это, несомненно, более трудная задача, чем работа с незакрепленными камнями, и новичку рекомендуется сначала попрактиковаться именно с последними.
*.
Чтобы освоить фокусировку микроскопа, рекомендуется начать с осмотра таких простых объектов, как кусочки фильтровальной бумаги, ткани, листьев и т. п. Они будут "плоско" лежать на предметном стекле, помещенном на столик микроскопа, поэтому фокус легко может быть найден. Образец освещается регулируемой лампой, вмонтированной в микроскоп, или даже настольной лампой, помещенной рядом выше столика.
Следует отметить, что при осмотре камня тубус микроскопа необходимо расположить вертикально, а столик, следовательно, горизонтально, чтобы предотвратить скатывание с него камня. При наблюдении закрепленного объекта, например предметного стекла, прижатого к столику зажимами, штатив может быть наклонен в наиболее удобное для длительной работы положение. " Рабочее расстояние" любого объектива, как правило, значительно меньше его фокусного расстояния. При использовании бинокулярного микроскопа, описанного ниже, достигается значительно большее рабочее расстояние (рис. 6.2.).
Привыкнув к микроскопу, можно приступить к осмотру камня. Для начала, чтобы упростить дело, возьмите предметное стекло и небольшой кусочек пластилина. Скатайте из него шарик размером с горошину и укрепите в центре стекла. Затем тщательно очищенный камень положите на стекло таким образом, чтобы колета находилась на стекле, площадка была обращена вверх и располагалась горизонтально, а пластилин поддерживал камень около рундиста. Затем поместите стекло на столик микроскопа, расположив камень непосредственно под объективом, который с помощью винта грубой регулировки опустите почти вплотную к поверхности камня, наблюдая сбоку, чтобы объектив не касался камня. Теперь можно безопасно наводить фокус на внутренние детали камня, наблюдаемые через площадку, поскольку это достигается подниманием, а не опусканием объектива, когда существует реальная опасность повреждения линзы объектива камнем.
При фокусировке в процессе движения объектива вверх вскоре можно будет увидеть колету и ребра близлежащих граней. Затем, если мы будем продолжать медленно поднимать фокус, их изображение должно исчезнуть, и после длительного подъема в поле зрения появится поверхность площадки, заметная благодаря прилипшим к ней частицам пыли и иногда таким небольшим дефектам поверхности, как царапины, сколы и т. д. Если в глубине камня имеются какие-либо трещины, включения или пузырьки, они будут видны в фокусе в некоторой точке между фокусом колеты и фокусом площадки. Если неясно, достигнут ли уровень площадки (а она не всегда четко видна), можно немного переместить предметное стекло в ту или иную сторону, пока не станут видны ребра между площадкой и другими гранями короны. Следует отметить, что при движении стекла влево изображение в поле микроскопа движется вправо.
Регулируя положение конденсора и наклон зеркала, можно создать оптимальные условия освещения внутренней части камня. Конечно, камни можно осматривать, если они лежат на предметном стекле площадкой, однако в этом случае наблюдение затрудняется отражением и преломлением, обусловленными многими мелкими гранями. Когда работа с микроскопом станет привычным делом, камень можно будет держать площадкой вверх просто между большим и указательным пальцами левой руки, опираясь для устойчивости на сто-
Рис. 6.2. "Майкроджем " ("Microgem ") — простой бинокулярный микроскоп с 10-кратным и 30-кратным увеличением и осветительным оборудованием для наблюдения в проходящем и отраженном свете (с разрешения Геммологической ассоциации Великобритании).
лик микроскопа. В этом случае можно безопасно наводить фокус, опуская объектив вниз, поскольку пальцы, держащие камень, будут служить ограничителями, предохраняющими объектив от контакта с образцом. Очень мелкие камни можно держать пинцетом. Особенно удобны для этой цели пружинные пинцеты, губки которых снабжены бороздами.
При использовании вышеописанной методики для достижения хороших результатов очень важно иметь конденсор. Однако дрсе в этом случае осмотр камня, по-видимому, не будет полным, поскольку доступная зона наблюдения ограничена главным образом той частью камня, которая расположена непосредственно под площадкой. Поэтому мелкие включения и другие особенности около рундиста могут быть упущены. Для более тщательного осмотра "трудных" (т. е. очень чистых) камней рекомендуется помещать камень в стаканчик или кювету с жидкостью, показатель преломления которой близок к показателю преломления изучаемого камня. Количество жидкости должно быть таким, чтобы камень полностью был покрыт ею, причем все — камень, кювета и жидкость — должно быть чистым, чтобы избежать появления частиц на поверхности жидкости или камня, поскольку они очень затрудняют наблюдение. Для этого жидкость должна быть профильтрована. Хорошей иммерсионной жидкостью, пригодной для этой цели, является монобромнафталин, широко известный в бьпу как средство от моли. Кроме того, часто используется иодистый метилен, показатель преломления которого (1,745) ближе к показателю преломления корунда (1,76), чем показатель преломления монобромнафталина (1,66). Однако при близком совпадении показателей преломления жидкости и камня последний становится практически невидимым, что затрудняет наблюдение. При использовании монобромнафталина различие в светопреломлении между жидкостью и камнем весьма невелико, что^позволяет с легкостью разглядеть внутреннее строение камня, однако оно достаточно, чтобы видеть ребра граней, благодаря чему наблюдатель знает, какую часть камня он осматривает. При отсутствии указанных жидкостей можно использовать бромоформ или бромбензол. К сожалению, пары большинства иммерсионных жидкостей вызывают раздражение слизистых оболочек глаз и носа у людей, предрасположенных к аллергии. Этого недостатка лишен бензилбензоат, который имеет показатель преломления 1,56. Что же касается кювет, то наилучшими являются такие, у которых стеклянное кольцо спаяно или плотно приклеено к плоскому стеклянному основанию. Подобные кюветы поставляет Геммологическая ассоциация в Лондоне.
При осмотре камня в жидкости удобнее всего класть его на площадку. Необходимо быть внимательным, чтобы не спутать пузырьки воздуха, прилипшие к поверхности камня, с внутренними пузырьками, встречающимися в синтетических камнях. Внешние пузырьки обычно крупнее и выглядят более эффектно по сравнению с внутренними. Их можно удалить путем протирания камня, тогда как внутренние пузырьки при этом, конечно, останутся на месте.
Приведем несколько советов, которые могут оказаться полезными при выборе микроскопа. Если опыт работы с микроскопом небольшой, то рекомендуем покупать прибор, будь это новый или уже бывший в употреблении микроскоп, у известной фирмы, поскольку только в этом случае можно гарантировать хорошее изображение объекта. При обращении к микроскопу от случая к случаю вполне подходит описанный выше простой монокуляр, однако при постоянной работе с камнями предпочтительнее приобрести бинокулярный микроскоп, так как глаза при работе с ним утомляются гораздо меньше.
Примеры недорогих, но более совершенных бинокулярных микроскопов показаны на рисунках 6.2 и 6.3.
Лучший тип микроскопа для геммологии — это несомненно стреоскопический микроскоп с изменяющимся фокусным расстоянием, имеющий спаренные окуля-
Рис. 6.3. Усовершенствованный микроскоп "Джемолайт " ("Gemolite "), позволяющий получать стереоскопическое увеличение с изменяющимся фокусным расстоянием в диапазоне от 10 х до 70 х и проводить наблюдения в проходящем, отраженном и рассеянном свете (с разрешения Американского геммологического института).
ры и встроенное специальное оптическое устройство (типа блока с окулярами и объективами), позволяющее получать переменное стереоскопическое увеличение. Бинокулярные микроскопы без такого переменного увеличения дешевле и вполне достаточны для использования при решении обычных задач. Оба типа имеют большое рабочее расстояние, значительную глубину резкости и дают прямое изображение, то есть объекты под микроскопом не выглядят перевернутыми. Микроскопы обычного типа выпускаются многими оптическими фирмами в разных модификациях — с предметным столиком или без него, с обычным зеркалом или со встроен11ым освещением. Дополнительно под столиком может быть установлен конденсор, что также имеет существенное значение для геммолога; вертикальное положение такого устройства должно быть регулируемым, с тем чтобы иметь возможность изменять освещение камня. Наиболее полное освещение достигается при верхнем положении конденсора, однако тонкие детали, такие как изогнутые линии роста в синтетическом рубине, видны гораздо более ясно приспущенном конденсоре. Зна-
Рис. 6.4. Горизонтальный иммерсионный микроскоп Нельсона (с разрешения Геммологической ассоциации Великобритании).
чителъным преимуществом при длительной работе с микроскопом является наклонное положение окуляров.
В последние годы в продаже появилось несколько марок новых горизонтальных микроскопов. Дорогостоящие приборы этого типа некоторое время поступали из Западной Германии, однако теперь можно приобрести по более разумным ценам микроскопы английского производства. В этих приборах обычно используются оптические блоки (с объективами и окулярами, позволяющими или не позволяющими получать стереоскопический эффект и изменять фокусное расстояние) русского производства, однако штативы для них изготовляются в Англии. Горизонтальные микроскопы особенно полезны при изучении ювелирных камней в иммерсии, при этом камни могут легко перемещаться без нарушения пучка света (рис. 6.4).
Перед покупкой микроскопа (нового или бывшего в употреблении) рекомендуется испытать его на нескольких камнях, заведомо содержащих включения, поскольку нередко прибор, дающий отличные результаты со шлифами, лежащими на предметном стекле, непригоден для объемного наблюдения драгоценных камней. Прежде всего следует помнить, что для исследования камней короткофокусные объективы (1/8 дюйма, или около 3 мм) не нужны. Наиболее пригодны для этой цели объективны с фокусным расстоянием 1 или 1,5 дюйма (25 или 38 мм), дающие 20—30-кратное увеличение в зависимости от длины тубуса и фокусного расстояния используемых окуляров. Полезным дополнением к стандартному микроскопу служит револьверная головка, в которой крепятся два или три объектива, что позволяет быстро менять увеличение.
До сих пор практически ничего не было сказано об освещении при работе с микроскопом. Поскольку дневной свет — весьма неопределенный и неконтролируемый фактор, лучше использовать искусственное освещение. В продаже имеется много осветителей для микроскопа, но для этой цели с успехом может служить небольшая регулируемая лампа при условии, что она имеет непрозрачный или почти непрозрачный абажур, предотвращающий прямое попадание света в глаза наблюдателя. Удобнее всего матовая лампа мощностью 40 или 60 Вт. "Темнопольное" освещение имеет ряд преимуществ и широко применяется для изучения включений (особенно в алмазах) в США и Швейцарии. Самое обычное устройство состоит из небольшой низковольтной лампы, встроенной в корпус, находящийся под столиком и представляющий собой, по существу, зеркальный отражатель в форме чаши. Шторка предотвращает прямое попадание света на камень, в то время как отраженные от стенок рефлектора лучи входят в камень со всех сторон. Отпадает необходимость погружения камня в жидкость: камень может удерживаться пружинными захватами, приклеенными к стойке на столике. Четко видны любые дефекты, трещины или включения, так как они ярко освещены на темном фоне. Такое освещение наиболее удобно для исследования алмазов, через которые свет пропустить трудно из-за их высокого показателя преломления.
Заинтересованному читателю рекомендуется обратиться к превосходной подборке схем, помещенной в работе "The Photoatlas of Inclusions in Gemstones" ("Фотоатлас включений в ювелирных камнях"), авторы: Гюбелин и Койвула. Схемы иллюстрируют принципы конструкции специальных геммологических микроскопов, и энтузиасты, геммологи или ювелиры, могли бы смастерить недорогие импровизированные аналоги многих из этих устройств. В связи с данной главой следовало бы прочитать о разработанном Койвула "методе затенения", о котором говорилось в главе 2.
Геммологу часто приходится исследовать камни, закрепленные в оправе, и это может вызывать затруднения. Брошь обычно помещают на столик и без труда осматривают в таком положении. Камни в кольце лучше наблюдать через задние грани камня, установив его площадкой на предметное стекло и слегка наклонив, чтобы шинка не мешала наблюдению.
Задняя поверхность камней в кольцах, как правило, сильно загрязнена, и поэтому перед осмотром рекомендуется тщательно вымыть кольца в спирте или в воде, содержащей небольшое количество жидкого мыла, с помощью небольшой кисти из верблюжьего волоса.
Конечно, можно держать кольцо камнем вверх и изучать его через площадку, однако в таком положении трудно добиться хорошего освещения. Самым трудным является исследование камней в глухой оправе, поскольку такие камни можно осматривать лишь при освещении сверху. Однако даже в этом случае внутри камня часто можно увидеть такие особенности, которые позволяют сделать вывод, является ли камень природным или синтетическим.
Если для лучшего осмотра требуется погрузить закрепленные камни в жидкость, рекомендуется использовать стеклянную чашку достаточного размера — диаметром, скажем, 7,5—10 см, в которой твердое изделие может быть полностью погружено в жидкость. При этом во избежание лишней траты дорогостоящих реактивов, а также для того, чтобы избавиться от необходимости чистки ювелирного украшения от остатков маслянистой и плохо пахнущей иммерсионной жидкости, целесообразно применять недорогую и летучую жидкость, такую как толуол (несмотря на его сравнительно низкий показатель преломления).
В гл. 3 были описаны методы определения двупреломления в драгоценных камнях (важный диагностический признак) по кажущемуся раздвоению ребер задних граней при наблюдении их с помощью лупы через площадку камня.
В камнях, имеющих высокое двупреломление, таких как рутил (0,287), сфен (0,12), циркон (0,059), хризолит (0,036) и даже турмалин (0,018), при некотором навыке его легко определить с помощью сильной лупы даже в мелких камнях, однако в минералах, имеющих низкое двупреломление, таких как кварц (0,009), топаз (0,009), корунд (0,008), хризоберилл (0,009) и берилл (0,006), этот эффект с помощью лупы в небольшом камне выявить нельзя.
Микроскоп, однако, дает возможность непосредственно наблюдать двупреломление даже у тех камней, у которых этот эффект мал, и, конечно, делает его еще более заметным в камнях, имеющих высокое двупреломление. В петрографических микроскопах имеются две призмы Николя (или поляризаторы из поляроидной пленки), позволяющие выявить в минералах даже самое незначительное двупреломление. Метод исследования "между скрещенными николями" был описан в гл. 3. Там же было отмечено, что некоторые изотропные материалы (т. е. материалы, имеющие только один показатель преломления), такие как стекло, иногда, если в них имеются внутренние напряжения, обладают некоторым двупреломлением.
"Аномальное" двупреломление всегда имеет местный характер и не создает эффекта "раздвоения", даже такого, какой наблюдается под микроскопом. Поэтому, если имеет место раздвоение, то можно быть уверенным в том, что камень действительно двупреломляет и, следовательно, не может быть стеклом или минералом кубической сингонии. Этот признак часто очень важен для определения камня и может быть выявлен одновременно с изучением включений в камне. Так, если при наблюдении через площадку похожего на сапфир камня, который может быть синтетическим сапфиром, стеклом или, что менее вероятно, синтетической шпинелью, видно раздвоение пузырьков, то можно считать доказанным без каких-либо дополнительных проверок, что камень является синтетическим сапфиром, поскольку ни стекло, ни шпинель не имеют двупреломления.
При работе с микроскопом, как и со всеми другими приборами, упомянутыми в этой книге, хорошие результаты могут быть достигнуты только после большой практики, однако при некоторой настойчивости любой человек может с успехом освоить микроскоп, получая при этом удовольствие от работы с ним.