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摘要
與其他精密儀器相比光學顯微鏡作為材料表征的常規(guī)手段在制藥和精細化工領域被嚴重忽視。在樣品制備方面光學顯微鏡無可爭議的扮演著重要的角色，但其在固體性質(zhì)研究方面一樣可以發(fā)揮重要的作用。本文主要目的在于矯正（光學顯微鏡應用的）這種失衡同時旨在說明光學顯微鏡特別是偏光顯微鏡在大部分的材料表征中均應占有一席之地。對偏光顯微鏡的應用不應僅局限于理解所研究化合物的性質(zhì)；其應當是有機和無機化合物發(fā)現(xiàn)和發(fā)展進而對其有全面了解這一過程中解決所遇見難題的一個不可或缺的工具。當采用多種技術手段研究化合物的固體性質(zhì)時，偏光顯微鏡可為理解和解釋其他技術手段所發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象提供巨大幫助。只需在不同倍數(shù)下觀察少量樣品即可獲取價值非凡的信息這是其他非光學儀器所無可比擬的。偏光顯微鏡自身就是一個獨立且強有力的技術手段，應當作為其他固體表征技術如XRD、熱分析、固態(tài)核磁、振動光譜等的首要補充。本章重點放在偏光顯微鏡的實際應用以及為何成為其他工具的有力輔助。
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為何使用光學顯微鏡研究固體性質(zhì)？
顯微觀察在于通過對樣品圖像放大進而達到揭示單純?nèi)庋鬯豢梢姷男畔⒌哪康?。當在光學顯微鏡上增加一個偏光濾鏡其便成為可用來確定晶體光學性質(zhì)和開展顯微化學實驗的分析工具。不同固體結構有著不同光學性質(zhì)，如折射率、色澤、消光角、光色散的都可同光光學結晶的方法快速確定。光學性質(zhì)由晶體自身的晶體結構和化學性質(zhì)所決定，因此光學性質(zhì)可提供許多有價值的的信息來支持通過其他方法獲取的數(shù)據(jù)。此外通過偏光顯微鏡還可快速獲取粒徑、粒子性狀、機械性質(zhì)、孿晶、包合物、晶體生長和消融、介晶等信息。采用熱臺顯微鏡對少量樣品進行加熱或冷卻即可觀察到熱學引起的現(xiàn)象如熔點、晶型轉(zhuǎn)變、溶劑化物和升華等。除光學顯微鏡外還有許多其他顯微鏡用來探索和分析樣品的物料和化學性質(zhì)如配有X射線的電子顯微鏡、原子力顯微鏡（AFM）紅外-拉曼顯微鏡、近紅外顯微鏡及聲學顯微鏡等。
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偏光顯微鏡
偏光顯微鏡（圖1）是在標本上方（檢偏器）和下方（起偏器）各放置一個偏光過濾器而構成的復合顯微鏡。檢偏器和起偏器處于正交位置。起偏器在光路中的位置總是位于樣品和光源之間（通常與聚光器構成一體）以確保樣品是通過偏振光被觀察。檢偏器被放置在光路中以便樣品可采用交叉偏振檢測。有些偏光顯微鏡的檢偏器可進行旋轉(zhuǎn)以便達到樣品可在非交叉偏振條件下檢測或者可對光學活性樣品進行表征或利用專用的補償板的目的。為了獲得均一明亮的視野顯微鏡必須調(diào)整至（如果可能的話）Koler illumination條件。
圖1 偏光顯微鏡示意圖
為了保證在偏振光下可對樣品進行全面的觀察，顯微鏡必須配備可旋轉(zhuǎn)的載物臺，以便單個晶體可分別與檢偏器和起偏器的振動方向保持一致。至少要有一個目鏡具有十字線以便說明檢偏器和起偏器的振動方向。在旋轉(zhuǎn)載物臺的邊緣應當有刻度并且配備游標，以便對角度進行測量，比如晶面的角度或者晶體的消光角等。補償器（比如色調(diào)板）作為一個有用的輔助可用來確定晶體其他的一些光學性質(zhì)，一般安裝在光路中檢偏器的下方。
為了對晶體的固體性質(zhì)進行研究而選定的偏光顯微鏡應有以下基本的配制：
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顯微攝影
顯微攝影是記錄顯微鏡對細小物質(zhì)所成圖像的技術。在檢測一個樣品是拍攝其所呈現(xiàn)的形態(tài)在將來的報告中作為參考或說明是極其有用的。相機通常安裝在事先預留的三目鏡頭上或通過適配器與其中一個目鏡連接。隨著高性能數(shù)碼相機的誕生，將其配備在顯微鏡上更使得顯微攝影變得更簡單快捷。但一個理想結果的獲取與樣品制備的好壞、對顯微攝影基本技能的理解和運用同樣密不可分，（儀器）優(yōu)異的性能只是前提，專業(yè)的技能才是品質(zhì)的保障。在圖片中僅僅說明放大倍數(shù)是不夠的，還必須要有比例尺，因為原始圖像會因為圖片大小的不同而改變，但比例尺是不受這些因素影響的。因為比例尺所代表的的大小是經(jīng)過已知準確尺寸的鏡臺測微計（stage micrometer）或鏡臺計數(shù)線（ stage graticule）確定過的。專門用于顯微鏡的數(shù)碼相機一般均會有比例尺自動疊加的功能。
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樣本制備
和所有的分析技術一樣，樣本的正確制備是檢測結果有價值的前提。理想條件下，樣本應具有足夠的代表性，并且在樣本制備過程中樣品自身的狀態(tài)和性質(zhì)不會受到任何破壞。樣品從晶體態(tài)的化合物到含有顆粒的粉末不一而足。粉末樣品樣本的制備相對簡單，只需將其分散在合適的液體中，涂布于載玻片即可。但要想制備理性的樣本，必須從一開始就要有明確的目的。比如想要分析樣品粒徑，必須保證樣品和背景有足夠的對比度（如果看不到它，怎么測量它）。樣品和周圍環(huán)境之間的都比度可以通過將樣品分散在和自身折射率差異明顯的液體中來實現(xiàn)。許多有機固態(tài)物質(zhì)的折射率在1.50-1.70之間。硅油折射率只有1.40，并且?guī)缀跏腔瘜W惰性的，是一種理性載體。其他可用來分散的液體包括礦物油、水、浸鏡油等。一條基本原則就是，被分散樣品不溶于分散液體。對于一個粉末樣品來說樣本的常規(guī)制備方法如下：
1）在干凈的載玻片上滴加一滴或數(shù)滴選地的分散液（對于含有較大顆粒的樣品需要稍多的分散液來填充載玻片和蓋玻片之間的空隙）。
2）采用微型取樣器往載玻片上進行上樣，并采用圓周或之字形運動的方式使樣品在分散液中分散均勻，注意分散過程不用破壞樣品形態(tài)，不要有氣泡產(chǎn)生。
3）覆蓋蓋玻片，覆蓋時以盡量小的角度開始，以盡量避免產(chǎn)生氣泡。蓋玻片和載玻片之間要充滿分散液，一面樣品隨分散液在空隙間移動影響觀察。同時采用擦鏡紙或濾紙拭去蓋玻片周圍邊緣多于的分散液，以免污染鏡頭和載物臺。
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采用偏光顯微鏡進行觀察
采用偏光顯微鏡往往能獲取晶型物質(zhì)光學性質(zhì)方面最有價值的信息。不論是藥品、礦物、炸藥、農(nóng)藥、顏料或陶瓷，每種晶型物質(zhì)都用可用來識別它們的特征光學性質(zhì)。采用偏光顯微鏡，無需其他輔助設備即可實輕松實現(xiàn)在不同條件下對樣品進行觀測。這些不同的條件包括：非偏振光、平面偏振光、圓偏振光、正交起偏器、非正交起偏器。下文會以實際應用對它們進行介紹。
振動方向和傳播方向在各個方向均垂直的光是非偏振光。一般來講，這種非偏振光除了可觀測粒徑和性狀之外，對晶型物質(zhì)而言沒有更多地用處。當非偏振光遇到偏光過濾器時，只有振動方向平行于過濾器光柵的光可以通過而成為平面偏振光（plane polarized light）。當平面偏振光直接抵達檢偏器（與起偏器成90°角）時，沒有光線可以通過，視野內(nèi)黑暗。該種條件稱之為正交起偏器（crossed polarizers）。
圖2 偏振光光路示意圖
由于平面偏振光的振動方向是已知的，因此只需轉(zhuǎn)動載物臺即可對單晶進行不同方向的觀察。平面偏振光有以下兩個主要應用：
? 通過偏振光的方向?qū)Ω飨虍愋缘木w化合物定位進而測定其折射率。如果采用非偏振光測定折射率則測得的為各個方向折射率的平均值。對于各向同性的晶體來講，沒必要采用平面偏振光，因為其折射率與方向無關。
? 確定各向異性晶體化合物在特定振動方向的吸收顏色。當彩色的晶體化合物在平面偏振光的照射下進行旋轉(zhuǎn)時，其色彩或色彩的強度或出現(xiàn)變化稱之為二色性或多色性。當采用非平面偏振光進行觀察時色彩會是各個方向的平均化。
對于各向同性的晶體而言（在一定的溫度和波長下），光線在各個方向以相同的速度通過，因此各向同性的晶體只有一個折射率。其他各向異性的晶體化合物則有兩只三個折射率。當偏振光進入各向異性的化合物后，根據(jù)傳播速度的不同會在快慢兩個方向分解為互相垂直的兩個振動波。當兩個方向光波均透過化合物時，慢方向的傳播是相對滯后的。一種便捷說明不同方向折射率的方法是構建被稱為折射率橢球體（indicatrix）的三維模型。折射率以半徑的形式展示出來，其長度與折射率大小成正比。對于各向同性的物質(zhì)而言其折射率橢球體是圓形（圖3，a），因為各個方向的折射率都一樣，唯一可變的是大小，隨折射率的不同而不同。
對于有兩個折射率的物質(zhì)其折射率橢球體為旋轉(zhuǎn)橢球體。三方晶系、四方晶系和六方晶系均具有常規(guī)和非常規(guī)兩個光線軸，相應折射率分別為nω和nε。兩個光線軸方向任何一個均有可能是快或慢的傳播方向。常規(guī)波的振動方向與晶體的光軸平行，表現(xiàn)為各向同性，傳播方向呈球形具有圓形的切面（C）。非常規(guī)波振動方向與C切面垂直。兩種波綜合的結果就是折射率橢球體呈橢圓球形（圖3，b）。唯一的光軸是垂直于C切面的OA，像這種只有一條光軸的晶體被稱為單軸晶體（uniaxial）。
單斜晶體、三斜晶體、斜方晶體具有三個互相垂直的光線軸，相應折射率分別為α、β、γ，α數(shù)值最小（傳播最快），γ數(shù)值最大，傳播最慢。其折射率橢球體為有三軸橢球體（圖3，c）。在該三軸橢球體內(nèi)有兩個交叉的圓形橫切面C’和C’’，均以β折射率大小為半徑，每個橫切面有與其垂直的光軸A’和A’’，兩個光軸所在的平面被稱為光軸面（optic axial plane），該平面同時也是α和γ所對應光線軸所在平面。像這種具有兩條光軸的晶體被稱為雙軸晶體（biaxial.）。
兩條光軸間的銳夾角被稱為光軸角（optic axial angle，2V），與折射率有關，對相應的化合物來講是常數(shù)。對于單軸晶體和雙軸晶體而言，其光軸和光線軸存在一定的對應關系。比如對于三方晶系、四方晶系和六方晶系，其光軸和光線軸是重合的，對于正交晶系來說任意光軸可以和任意光線軸重合，對于三斜晶系任意光軸和光線軸均不重合。
圖3 不同類型折射率橢球體示意圖
當采用平面偏振光時，如果未放置樣品或放置各向同性的晶體樣品時視野內(nèi)是黑暗的，對于各向異性的晶體除非從光軸方向觀察或樣品剛好處于消光位置，則樣品由于雙折射現(xiàn)象視野會是明亮的。當采用非偏振光時，則可同時觀察到各向同性和各向異性的樣品，對于各向異性的樣品同樣可觀察到干涉色和消光位置，但此時觀察結果和采用正交偏振光觀察的結果并不一致，因此非正交偏振光只用來觀察混合樣品，而一般不用來對晶體物質(zhì)進行光學性質(zhì)測定。
干涉光（Interference Colors） 采用正交偏振光可觀察到干涉色或偏振色（polarization colors）的是由于光線在各向異性晶體中傳播過程中一個方向的傳播滯后于另一方向，當兩個方向均穿過晶體后再次在檢偏器中重合這一對光的解構和重構過程造成的。干涉色被分為不同的色階，一般見于邊緣的斜面。低色階干涉色經(jīng)常在較薄的邊緣觀察到，隨著晶體厚度增加色階向高階移動。如圖4為一水乳糖偏振光圖片，中心為五階的綠色，邊緣可觀察到二階的紅色。晶體中色帶隨晶體厚度的變化類似地圖中的等高線，色帶越接近說明晶體表面越“陡峭”。
圖4 一水乳糖偏振光干涉色圖片
晶體的干涉色除了與厚度有關外還與觀察晶體的方向有關，如圖5所示，對于方向隨機分布的化合物而言可能會觀察到一系列不同的干涉色，因此僅僅依靠干涉色并不能對不同晶體進行區(qū)分。
圖5 某晶型化合物偏振光圖片
消光（Extinction） 采用正交偏振光觀察具有雙折射的晶體時，由于消光現(xiàn)象載物臺每旋轉(zhuǎn)90°視野均會變黑暗一次，消光發(fā)生時，晶體內(nèi)光線振動方向和起偏器或檢偏器的方向一致（光活性物質(zhì)除外）。消光角是以目鏡中的十字線為基準的，此時十字線的位置必須與起偏器和檢偏器嚴格一致。當消光位置和晶體性狀的關系確定以后，便可以作為特定晶系的一種象征。
如圖6-a所示，當消光發(fā)生在晶體較長的一邊以十字線平行時，此時消光位置為直線光（straight extinction）；如6-b所示，消光位置與十字線成一定角度時稱為斜消光（inclined or oblique extinction），表示消光角時一般不超過45°；如下圖6-c所示，當消光位置發(fā)生在十字線平分兩個毗鄰晶面的夾角時，此時為對稱消光（symmetrical extinction）；如6-d所示，當波狀消光（Undulose extinction）發(fā)生時隨著載物臺的轉(zhuǎn)動在晶體表面可見到黑色區(qū)域移動，一般發(fā)生在彎曲或者張力較大的晶體中。
圖6 不同類型消光示意圖
此外有些晶體并不完全呈現(xiàn)消光現(xiàn)象，而是會發(fā)生干涉色的轉(zhuǎn)變，被稱為異常消光（dispersed or anomalous extinction）。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是不同干涉色的消光位置不同所致。當晶體具有干涉色但沒有消光位置時，此時晶體可能為多晶體，當在較大倍數(shù)進行觀察時可見在任何時候都有許多晶體處在不同的消光位置；也可能為孿晶，當一個晶面消光時，另一個晶面不消光。
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折射率
樣品的折射率會嚴重影響樣品的可觀察性，也可用來對物質(zhì)進行鑒別，是物質(zhì)最重要的光學性質(zhì)之一。物質(zhì)可可觀察性可通過增加分散液和樣品間的折射率差異來改善。折射率是光在真空中傳播速度與光在物質(zhì)中傳播速度的比值，總是大于1。對任何物質(zhì)而言，折射率是常數(shù)，只與波長和溫度有關。折射率越大，傳播速度越慢。用于不止一個折射率的物質(zhì)被稱為雙折射。雙折射指各向異性的物質(zhì)最大和最小折射率的數(shù)值差。例如，碳酸鈣晶體兩個折射率分別為1.658/1.486，其雙折射為0.172。對于各向同性的物質(zhì)而言不存在雙折射。一種物質(zhì)的折射率是由其原子和分子的結果決定的。如果一種物質(zhì)用于較大的雙折射，即使不知道其晶體結構也可能對其分子的堆積方式進行預測。當預測的結果和顯微鏡觀察的晶體性狀（比如針狀。）吻合時則更加有意義。比如，平面狀分子傾向于彼此平行排列而使晶體成針狀，而伸長的分子則傾向于依次排列而使晶體成層狀。
可通過浸沒法測量樣品的折射率。將待測樣品浸沒在已知折射率的液體中，當待測樣品折射率與浸潤的液體差異很大是，樣品是清晰可見的，隨著折射率的減小，當樣品和浸潤液體折射率相同時樣品變得不可見，此時浸潤液的折射率就是樣品的折射率。大部分商業(yè)化的浸潤液是有機試劑，存在將樣品溶解的風險。如果溶解過程較緩慢，則測得的折射率與實際值是比較接近的。如果溶解較快則需對浸潤液進行預飽和，然后采用折光儀測得飽和溶液的折射率后，再對樣品折射率進行檢測。
許多方法可以用來確定何時樣品和浸潤液的折射率是相同的。這些方法中最常用的是Becke test。該方法簡便易行，可以區(qū)分0.001的折射率差異。Becke test是通過對比樣品和浸潤液的折射率的大小來進行的。如果采用的是非偏振光，對于各向異性的物質(zhì)測得的是平均折射率。
Becke test是通過樣品和浸潤液邊緣的明亮光暈（稱之為Becke line）來進行的。隨著對樣品進行上下調(diào)焦，Becke line會穿過樣品和浸潤液邊緣的界面來回運動。進行Becke tes一條簡單的準則就是“由下到上”或“由低到高”。在目鏡和樣本距離變小的過程中（往上移動載物臺），Becke line會由折射率大的一側往小的一側移動，反之亦然。如圖7所示，該圖中，分散液折射率大于樣本折射率。當樣品和浸潤液折射率相同時Becke line消失。
圖7 Becke test示意圖
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粒徑
光學顯微鏡可以有效測定1-400μm范圍的顆粒（粉末）的粒徑。但如果想準確檢測小于5μm的粉末的粒徑則建議采用掃描電鏡。當在目鏡中配備量尺（measuring scale）就可以對觀測到的顆粒進行測量，但量尺必須是經(jīng)過校準的。對于球型顆粒而言（制藥中較少遇見），僅直徑就足以描述其大小，對于非球型的顆粒而言，許多統(tǒng)計學粒徑也被用來描述其大小，如Feret徑、Martin徑及投影徑等。當比較不同樣品間顆粒的大小時，并沒有必要每次都進行精確粒度分布檢測。也可采用光學顯微鏡進行快速的分析。通過對制備好的樣品不同大小的顆粒進行觀察可以得出平均粒徑。雖然該方法不夠精確，但方便快捷，對于區(qū)分粒徑差異較大樣品已經(jīng)足夠。
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顆粒形狀
晶體物質(zhì)的外觀或晶癖是尤其內(nèi)部的分子結構所決定的。目前晶體學中以有許多屬于專門用來描述七種晶系中存在的各種晶癖。在常規(guī)的顯微觀察中晶體晶癖的鑒別是不現(xiàn)實或不必要的（如正交晶系、復六方雙錐晶組、鍥形晶組等），特別是在晶型外觀不同僅僅是由于在生長過程中晶面的不均勻形成導致的時候。但當采用更簡明易懂的方式描述晶癖時，是非常適合用來檢測晶體化合物批次間差異的。此外，晶癖對藥物的可壓片性及溶出等均有較大影響。
有六種晶體形狀被識別出來，并且它們會出現(xiàn)在七種晶系中的任何一種里面。USP也采用了這些屬于對晶體形狀進行描述，以下將會分別描述，示意圖如圖8所示。
圖8 不同晶體性狀示意圖
在描述晶體形狀時必須小心使用六邊形、立方形、菱形等字眼，因為這些專屬性較強的描述，當使用它們時便意味著對它們所屬晶系有足夠的認知。相反，使用類似六邊形的、立方形的、菱形的及巖狀的這類描述更適合并且可提供足夠的信息。有時晶體也會呈現(xiàn)比較特別的性狀有時是幾何狀，如方形或菱形的，因此也可以將晶體描述為：似方形、矩形或菱形的板狀晶體、似三角形的薄片狀晶體或點狀的片狀狀晶體等不一而足。在粉末狀晶體物質(zhì)中，根據(jù)不同晶面的生長速度可能會呈現(xiàn)一系列不同形狀。在大量呈現(xiàn)似六邊形的板狀晶體中也會部分呈現(xiàn)似三角形或菱形。經(jīng)過粉碎或研磨的粉末已不再能提供最初晶體外觀的任何信息。
除了上面對晶體性狀的描述采用下面這些術語描述晶體外觀可以提供更全面豐富的信息。
有角度的（Angular:）：邊緣或拐角有一定性狀（如在破碎的晶體片段中）
圓潤的（Rounded）：邊緣或拐角沒有可辨識的性狀
不規(guī)則的（Irregular）：不成形的，缺乏可辨識的幾何形狀
顆粒狀的（Granular）：形狀不規(guī)則但整體是等徑的
自行晶（Euhedral）：晶體呈現(xiàn)出自身完整的晶面
它形晶（Anhedral）：晶體，但沒有自己的晶面
多晶型（Polycrystalline）：多種進行緊密混合
隱晶（Cryptocrystalline）：無法采用光學顯微判斷的多晶型物質(zhì)，但有XRD衍射圖像
透明的（Transparent:）：一般比較干凈、但可能會有裂痕或包合物
半透明的（Translucent）：由于含有細小裂痕或是多晶型物，大部分比較朦朧
不透明（Opaque）：由于光散射或晶體折射率極高而不透光
有色澤的（Colored:）：有特征的顏色
薄層狀（Lamellar）：板狀堆疊而成（見圖9）
葉片狀（Foliated）：葉形片狀晶體堆疊而成（見圖9）
球晶（Spherulitic）：內(nèi)部有針狀組成的球狀晶體
圖9 不同晶體顆粒外觀示意圖
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比較粉末樣品
在對樣品進行觀測時最好拍攝圖譜以便比較不同批次間樣品的差異，這些不同可能包括粒子外觀及粒徑等，如果都是在相同倍數(shù)下觀測的這種比較會更加方便。同時最好有相關簡短的描述。對樣品的觀察報告中應包括但不限于一下內(nèi)容：
晶體的性狀
晶體的粒徑范圍和平均粒徑
描述晶體間的相互關系（分布情況）
有關結晶度的任何信息（是否有雙折射等）
顯微圖像（含有比例尺和方大倍數(shù)）
分散介質(zhì)
顯微鏡型號
一個采用顯微鏡觀察天冬氨酸的實例如下，圖片如圖10所示。樣品為由針狀、板條狀、板狀及棱柱狀無色粉末組成的混合物。針狀、板條狀及棱柱狀粒子長度在50-600μm范圍（大部分150μm左右），這些粒子長寬比在2:1至15:1不等。當采用偏振光進行觀察時，粒子有明亮的干涉光，每旋轉(zhuǎn)90度消失一次，說明為晶體物質(zhì)。樣品粉末采用硅油分散，采用尼康Optiphot POL顯微鏡觀察。
圖10 天冬氨酸顯微鏡圖片
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熱臺顯微鏡
熱臺顯微鏡可以通過在載物臺上放置熱臺對樣品加熱（冷卻）時進行觀察，示意圖如下。作為一種分析手段，熱臺顯微鏡可以用來觀察熱力學引起的一系列現(xiàn)象，如融化、結晶、升華、去溶劑化、相變及熱致性結晶等。此外由于可通過其對熱力學相圖進行快速分析，在一定程度上也可與DSC、DTA、TGA等熱分析手段相互彌補。
圖11 偏光顯微鏡加熱臺示意圖
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顯微鏡作為微型實驗室
偏光顯微鏡除可以用來觀察和表征晶體化合物外，還可用來觀察晶體的生長。此外還可以觀察到溶液介導的晶型轉(zhuǎn)變。一個用來說明溶液機制相變和固體機制導極好的例子就是硝酸鉀。當在載玻片上滴加一滴略微不飽和硝酸鉀溶液（不加載蓋玻片，是液體在室溫可緩慢揮發(fā)），隨著液體揮發(fā)會首先在液滴邊緣看到菱面狀的亞穩(wěn)β晶體出現(xiàn)（圖12-1）。過較短時間后，會觀察到室溫穩(wěn)定的高度雙折射的板狀α晶體的出現(xiàn)。隨著α晶體的生長，會發(fā)生溶液機制的相變導致與α晶體生長方向臨近的β晶體溶解（圖12-2），當α晶體生長過程中接觸到殘余的β晶體時，會同時再發(fā)生固相機制的相變，最終液滴內(nèi)的晶體會全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣辆w。
圖12 硝酸鉀晶型轉(zhuǎn)變過程顯微鏡圖片
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多色性
許多有機和無機化合物都是有顏色的，并且有時可根據(jù)顏色的不同區(qū)分不同的晶型。例如碘化汞，在室溫下為四方晶系，穩(wěn)定的相態(tài)為紅色而亞穩(wěn)的相態(tài)則呈現(xiàn)橙色，在溫度高于127℃時，其穩(wěn)定的相態(tài)則變?yōu)辄S色的正交晶系。紅色和黃色相態(tài)的轉(zhuǎn)變是可逆的，這一過程使用偏光顯微鏡肉眼即可觀察到。這種不同晶型具有不同顏色的現(xiàn)象被稱為“色彩多晶型（color polymorphism）”。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是不同晶型之間構象的差異。當采用白色平面偏振光觀察透明的有色晶體時，隨著載物臺的旋轉(zhuǎn)晶體的顏色或色彩的強度往往會發(fā)生變化。產(chǎn)生這種變化的原因是晶體物質(zhì)對特定振動方向上光的選擇吸收。
無色或各向同性的晶體化合物一般不會呈現(xiàn)多色性，此外，有些有色澤的晶體化合物如果各個方向吸收比較接近也不會呈現(xiàn)多色性。但當一個高雙折射的無色晶體分散在液體中并且液體的折射率與晶體的某一個主折射率接近時，當在平面偏振光下旋轉(zhuǎn)觀察時則可能會出現(xiàn)多色性。有時晶體的色彩也可能是由晶體內(nèi)部會表面的有色雜質(zhì)所引起的。具有多色性的有機化合物一般含有發(fā)色團（偶氮基、共軛乙烯基等），當光振動方向與發(fā)色團方向一致時，對光的吸收最強。因此在沒有缺少XRD數(shù)據(jù)的情況下，如果化合物觀察到多色性，也能為化合物分子的排列和堆積提供有用的信息。
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晶體機械性質(zhì)
在藥用化合物開發(fā)初期階段，由于樣品較少，往往只能采用納米壓痕儀對硬度、彈黏性、塑性及脆性等機械性質(zhì)進行檢測。但通過光學顯微鏡也可以對物質(zhì)進行定性的分析，如物質(zhì)是是發(fā)生塑性形變還是脆性破碎、物性是軟還是硬等。只需將少量樣品（微克級別）放在載玻片上，加載蓋玻片后，輕輕按壓或做相對運動，隨后將其置于顯微鏡下觀察，對于硬的脆性破碎的樣品，會呈現(xiàn)粉塵狀的碎末，而軟的塑性形變的樣品則會被拉伸或呈現(xiàn)粘性甚至會在上下玻片上留下痕跡。
圖 13 不同機械性質(zhì)樣品顯微鏡圖片
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假晶型
晶體化合物經(jīng)歷物理或化學變化（如其溶劑化或相變）時其晶體外觀可能會發(fā)生改變，這是由于晶體內(nèi)部結構的改變導致的，有時由于體積的顯著變化甚至會導致晶體的解構。但有時這種變化也可以是非解構性的：晶體內(nèi)部結構發(fā)生了變化但其外觀沒有變化，這種現(xiàn)象被稱為假晶型（pseudomorph）。許多水合物或溶劑化物有在空氣中加熱時會失去相應的結晶水會溶劑，由于密度或排列方式的改變此時晶體可能會變?yōu)槎嗑?，而且通過透射光進行觀察時往往是朦朧或不透光的。二水合草酸便是一個例子。在60℃以上加熱時，由于失水其由無色（白色）的水合物變?yōu)椴煌腹獾臒o水物。
圖14 二水合草酸失水前后顯微鏡圖片
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結語
Look at your samples!
譯者注：
本文節(jié)選自Polymorphism in the Pharmaceutical Industry一書Light Microscopy章節(jié)
