与其他精密仪器相比光学显微镜作为材料表征的常规手段在制药和精细化工领域被严重忽视。在样品制备方面光学显微镜无可争议的扮演着重要的角色，但其在固体性质研究方面一样可以发挥重要的作用。本文主要目的在于矫正（光学显微镜应用的）这种失衡同时旨在说明光学显微镜特别是偏光显微镜在大部分的材料表征中均应占有一席之地。对偏光显微镜的应用不应仅局限于理解所研究化合物的性质；其应当是有机和无机化合物发现和发展进而对其有全面了解这一过程中解决所遇见难题的一个不可或缺的工具。当采用多种技术手段研究化合物的固体性质时，偏光显微镜可为理解和解释其他技术手段所发现的现象提供巨大帮助。只需在不同倍数下观察少量样品即可获取价值非凡的信息这是其他非光学仪器所无可比拟的。偏光显微镜自身就是一个独立且强有力的技术手段，应当作为其他固体表征技术如XRD、热分析、固态核磁、振动光谱等的首要补充。本章重点放在偏光显微镜的实际应用以及为何成为其他工具的有力辅助。

显微观察在于通过对样品图像放大进而达到揭示单纯肉眼所不可见的信息的目的。当在光学显微镜上增加一个偏光滤镜其便成为可用来确定晶体光学性质和开展显微化学实验的分析工具。不同固体结构有着不同光学性质，如折射率、色泽、消光角、光色散的都可同光光学结晶的方法快速确定。光学性质由晶体自身的晶体结构和化学性质所决定，因此光学性质可提供许多有价值的的信息来支持通过其他方法获取的数据。此外通过偏光显微镜还可快速获取粒径、粒子性状、机械性质、孪晶、包合物、晶体生长和消融、介晶等信息。采用热台显微镜对少量样品进行加热或冷却即可观察到热学引起的现象如熔点、晶型转变、溶剂化物和升华等。除光学显微镜外还有许多其他显微镜用来探索和分析样品的物料和化学性质如配有X射线的电子显微镜、原子力显微镜（AFM）红外-拉曼显微镜、近红外显微镜及声学显微镜等。

偏光显微镜（图1）是在标本上方（检偏器）和下方（起偏器）各放置一个偏光过滤器而构成的复合显微镜。检偏器和起偏器处于正交位置。起偏器在光路中的位置总是位于样品和光源之间（通常与聚光器构成一体）以确保样品是通过偏振光被观察。检偏器被放置在光路中以便样品可采用交叉偏振检测。有些偏光显微镜的检偏器可进行旋转以便达到样品可在非交叉偏振条件下检测或者可对光学活性样品进行表征或利用专用的补偿板的目的。为了获得均一明亮的视野显微镜必须调整至（如果可能的话）Koler illumination条件。

 图1 偏光显微镜示意图

为了保证在偏振光下可对样品进行全面的观察，显微镜必须配备可旋转的载物台，以便单个晶体可分别与检偏器和起偏器的振动方向保持一致。至少要有一个目镜具有十字线以便说明检偏器和起偏器的振动方向。在旋转载物台的边缘应当有刻度并且配备游标，以便对角度进行测量，比如晶面的角度或者晶体的消光角等。补偿器（比如色调板）作为一个有用的辅助可用来确定晶体其他的一些光学性质，一般安装在光路中检偏器的下方。

为了对晶体的固体性质进行研究而选定的偏光显微镜应有以下基本的配制：

• 确保光线透过的直立支架
• 三目的显微镜头（一对目镜和相机使用的镜头）
• 配有可调节光强度光圈的高密度光源
• 配有游标且有刻度的可旋转载物台
• 配备有孔光圈的聚光器
• 起偏器
• 检偏器（可旋转或拆卸）
• 低、中、高倍目镜
• 含有螺纹的换镜旋座
• 含有十字线的目镜
• 含有准确刻度的目镜
• 伯特兰透镜（可缩进）
• 补偿板（一阶红色光板）
• 相机

显微摄影是记录显微镜对细小物质所成图像的技术。在检测一个样品是拍摄其所呈现的形态在将来的报告中作为参考或说明是极其有用的。相机通常安装在事先预留的三目镜头上或通过适配器与其中一个目镜连接。随着高性能数码相机的诞生，将其配备在显微镜上更使得显微摄影变得更简单快捷。但一个理想结果的获取与样品制备的好坏、对显微摄影基本技能的理解和运用同样密不可分，（仪器）优异的性能只是前提，专业的技能才是品质的保障。在图片中仅仅说明放大倍数是不够的，还必须要有比例尺，因为原始图像会因为图片大小的不同而改变，但比例尺是不受这些因素影响的。因为比例尺所代表的的大小是经过已知准确尺寸的镜台测微计（stage micrometer）或镜台计数线（ stage graticule）确定过的。专门用于显微镜的数码相机一般均会有比例尺自动叠加的功能。

和所有的分析技术一样，样本的正确制备是检测结果有价值的前提。理想条件下，样本应具有足够的代表性，并且在样本制备过程中样品自身的状态和性质不会受到任何破坏。样品从晶体态的化合物到含有颗粒的粉末不一而足。粉末样品样本的制备相对简单，只需将其分散在合适的液体中，涂布于载玻片即可。但要想制备理性的样本，必须从一开始就要有明确的目的。比如想要分析样品粒径，必须保证样品和背景有足够的对比度（如果看不到它，怎么测量它）。样品和周围环境之间的都比度可以通过将样品分散在和自身折射率差异明显的液体中来实现。许多有机固态物质的折射率在1.50-1.70之间。硅油折射率只有1.40，并且几乎是化学惰性的，是一种理性载体。其他可用来分散的液体包括矿物油、水、浸镜油等。一条基本原则就是，被分散样品不溶于分散液体。对于一个粉末样品来说样本的常规制备方法如下：

1）在干净的载玻片上滴加一滴或数滴选地的分散液（对于含有较大颗粒的样品需要稍多的分散液来填充载玻片和盖玻片之间的空隙）。

2）采用微型取样器往载玻片上进行上样，并采用圆周或之字形运动的方式使样品在分散液中分散均匀，注意分散过程不用破坏样品形态，不要有气泡产生。

3）覆盖盖玻片，覆盖时以尽量小的角度开始，以尽量避免产生气泡。盖玻片和载玻片之间要充满分散液，一面样品随分散液在空隙间移动影响观察。同时采用擦镜纸或滤纸拭去盖玻片周围边缘多于的分散液，以免污染镜头和载物台。

采用偏光显微镜往往能获取晶型物质光学性质方面最有价值的信息。不论是药品、矿物、炸药、农药、颜料或陶瓷，每种晶型物质都用可用来识别它们的特征光学性质。采用偏光显微镜，无需其他辅助设备即可实轻松实现在不同条件下对样品进行观测。这些不同的条件包括：非偏振光、平面偏振光、圆偏振光、正交起偏器、非正交起偏器。下文会以实际应用对它们进行介绍。

6.1、偏振光

振动方向和传播方向在各个方向均垂直的光是非偏振光。一般来讲，这种非偏振光除了可观测粒径和性状之外，对晶型物质而言没有更多地用处。当非偏振光遇到偏光过滤器时，只有振动方向平行于过滤器光栅的光可以通过而成为平面偏振光（plane polarized light）。当平面偏振光直接抵达检偏器（与起偏器成90°角）时，没有光线可以通过，视野内黑暗。该种条件称之为正交起偏器（crossed polarizers）。

图2 偏振光光路示意图

6.2、采用平面偏振光研究晶体

由于平面偏振光的振动方向是已知的，因此只需转动载物台即可对单晶进行不同方向的观察。平面偏振光有以下两个主要应用：

Ø 通过偏振光的方向对各向异性的晶体化合物定位进而测定其折射率。如果采用非偏振光测定折射率则测得的为各个方向折射率的平均值。对于各向同性的晶体来讲，没必要采用平面偏振光，因为其折射率与方向无关。

Ø 确定各向异性晶体化合物在特定振动方向的吸收颜色。当彩色的晶体化合物在平面偏振光的照射下进行旋转时，其色彩或色彩的强度或出现变化称之为二色性或多色性。当采用非平面偏振光进行观察时色彩会是各个方向的平均化。

对于各向同性的晶体而言（在一定的温度和波长下），光线在各个方向以相同的速度通过，因此各向同性的晶体只有一个折射率。其他各向异性的晶体化合物则有两只三个折射率。