與其他精密儀器相比光學(xué)顯微鏡作為材料表征的常規(guī)手段在制藥和精細(xì)化工領(lǐng)域被嚴(yán)重忽視。在樣品制備方面光學(xué)顯微鏡無可爭(zhēng)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(xué)顯微鏡應(yīng)用的）這種失衡同時(shí)旨在說明光學(xué)顯微鏡特別是偏光顯微鏡在大部分的材料表征中均應(yīng)占有一席之地。對(duì)偏光顯微鏡的應(yīng)用不應(yīng)僅局限于理解所研究化合物的性質(zhì)；其應(yīng)當(dāng)是有機(jī)和無機(jī)化合物發(fā)現(xiàn)和發(fā)展進(jìn)而對(duì)其有全面了解這一過程中解決所遇見難題的一個(gè)不可或缺的工具。當(dāng)采用多種技術(shù)手段研究化合物的固體性質(zhì)時(shí)，偏光顯微鏡可為理解和解釋其他技術(shù)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(jià)值非凡的信息這是其他非光學(xué)儀器所無可比擬的。偏光顯微鏡自身就是一個(gè)獨(dú)立且強(qiáng)有力的技術(shù)手段，應(yīng)當(dāng)作為其他固體表征技術(shù)如XRD、熱分析、固態(tài)核磁、振動(dòng)光譜等的首要補(bǔ)充。本章重點(diǎn)放在偏光顯微鏡的實(shí)際應(yīng)用以及為何成為其他工具的有力輔助。

顯微觀察在于通過對(duì)樣品圖像放大進(jìn)而達(dá)到揭示單純?nèi)庋鬯豢梢姷男畔⒌哪康?。?dāng)在光學(xué)顯微鏡上增加一個(gè)偏光濾鏡其便成為可用來確定晶體光學(xué)性質(zhì)和開展顯微化學(xué)實(shí)驗(yàn)的分析工具。不同固體結(jié)構(gòu)有著不同光學(xué)性質(zhì)，如折射率、色澤、消光角、光色散的都可同光光學(xué)結(jié)晶的方法快速確定。光學(xué)性質(zhì)由晶體自身的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)所決定，因此光學(xué)性質(zhì)可提供許多有價(jià)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(jī)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(tái)顯微鏡對(duì)少量樣品進(jìn)行加熱或冷卻即可觀察到熱學(xué)引起的現(xiàn)象如熔點(diǎn)、晶型轉(zhuǎn)變、溶劑化物和升華等。除光學(xué)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(xué)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(xué)顯微鏡等。

偏光顯微鏡（圖1）是在標(biāo)本上方（檢偏器）和下方（起偏器）各放置一個(gè)偏光過濾器而構(gòu)成的復(fù)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(gòu)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(cè)。有些偏光顯微鏡的檢偏器可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以便達(dá)到樣品可在非交叉偏振條件下檢測(cè)或者可對(duì)光學(xué)活性樣品進(jìn)行表征或利用專用的補(bǔ)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(duì)樣品進(jìn)行全面的觀察，顯微鏡必須配備可旋轉(zhuǎn)的載物臺(tái)，以便單個(gè)晶體可分別與檢偏器和起偏器的振動(dòng)方向保持一致。至少要有一個(gè)目鏡具有十字線以便說明檢偏器和起偏器的振動(dòng)方向。在旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)的邊緣應(yīng)當(dāng)有刻度并且配備游標(biāo)，以便對(duì)角度進(jìn)行測(cè)量，比如晶面的角度或者晶體的消光角等。補(bǔ)償器（比如色調(diào)板）作為一個(gè)有用的輔助可用來確定晶體其他的一些光學(xué)性質(zhì)，一般安裝在光路中檢偏器的下方。

為了對(duì)晶體的固體性質(zhì)進(jìn)行研究而選定的偏光顯微鏡應(yīng)有以下基本的配制：

• 確保光線透過的直立支架
• 三目的顯微鏡頭（一對(duì)目鏡和相機(jī)使用的鏡頭）
• 配有可調(diào)節(jié)光強(qiáng)度光圈的高密度光源
• 配有游標(biāo)且有刻度的可旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)
• 配備有孔光圈的聚光器
• 起偏器
• 檢偏器（可旋轉(zhuǎn)或拆卸）
• 低、中、高倍目鏡
• 含有螺紋的換鏡旋座
• 含有十字線的目鏡
• 含有準(zhǔn)確刻度的目鏡
• 伯特蘭透鏡（可縮進(jìn)）
• 補(bǔ)償板（一階紅色光板）
• 相機(jī)

顯微攝影是記錄顯微鏡對(duì)細(xì)小物質(zhì)所成圖像的技術(shù)。在檢測(cè)一個(gè)樣品是拍攝其所呈現(xiàn)的形態(tài)在將來的報(bào)告中作為參考或說明是極其有用的。相機(jī)通常安裝在事先預(yù)留的三目鏡頭上或通過適配器與其中一個(gè)目鏡連接。隨著高性能數(shù)碼相機(jī)的誕生，將其配備在顯微鏡上更使得顯微攝影變得更簡(jiǎn)單快捷。但一個(gè)理想結(jié)果的獲取與樣品制備的好壞、對(duì)顯微攝影基本技能的理解和運(yùn)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?yàn)樵紙D像會(huì)因?yàn)閳D片大小的不同而改變，但比例尺是不受這些因素影響的。因?yàn)楸壤咚淼牡拇笮∈墙?jīng)過已知準(zhǔn)確尺寸的鏡臺(tái)測(cè)微計(jì)（stage micrometer）或鏡臺(tái)計(jì)數(shù)線（ stage graticule）確定過的。專門用于顯微鏡的數(shù)碼相機(jī)一般均會(huì)有比例尺自動(dòng)疊加的功能。

和所有的分析技術(shù)一樣，樣本的正確制備是檢測(cè)結(jié)果有價(jià)值的前提。理想條件下，樣本應(yīng)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(huì)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(duì)簡(jiǎn)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(duì)比度（如果看不到它，怎么測(cè)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(shí)現(xiàn)。許多有機(jī)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(xué)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(duì)于一個(gè)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(duì)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(jìn)行上樣，并采用圓周或之字形運(yùn)動(dòng)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(shí)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(dòng)影響觀察。同時(shí)采用擦鏡紙或?yàn)V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(tái)。

采用偏光顯微鏡往往能獲取晶型物質(zhì)光學(xué)性質(zhì)方面最有價(jià)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(shí)別它們的特征光學(xué)性質(zhì)。采用偏光顯微鏡，無需其他輔助設(shè)備即可實(shí)輕松實(shí)現(xiàn)在不同條件下對(duì)樣品進(jìn)行觀測(cè)。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(huì)以實(shí)際應(yīng)用對(duì)它們進(jìn)行介紹。

6.1、偏振光

振動(dòng)方向和傳播方向在各個(gè)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(cè)粒徑和性狀之外，對(duì)晶型物質(zhì)而言沒有更多地用處。當(dāng)非偏振光遇到偏光過濾器時(shí)，只有振動(dòng)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(dāng)平面偏振光直接抵達(dá)檢偏器（與起偏器成90°角）時(shí)，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

6.2、采用平面偏振光研究晶體

由于平面偏振光的振動(dòng)方向是已知的，因此只需轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)即可對(duì)單晶進(jìn)行不同方向的觀察。平面偏振光有以下兩個(gè)主要應(yīng)用：

? 通過偏振光的方向?qū)Ω飨虍愋缘木w化合物定位進(jìn)而測(cè)定其折射率。如果采用非偏振光測(cè)定折射率則測(cè)得的為各個(gè)方向折射率的平均值。對(duì)于各向同性的晶體來講，沒必要采用平面偏振光，因?yàn)槠湔凵渎逝c方向無關(guān)。

? 確定各向異性晶體化合物在特定振動(dòng)方向的吸收顏色。當(dāng)彩色的晶體化合物在平面偏振光的照射下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，其色彩或色彩的強(qiáng)度或出現(xiàn)變化稱之為二色性或多色性。當(dāng)采用非平面偏振光進(jìn)行觀察時(shí)色彩會(huì)是各個(gè)方向的平均化。

對(duì)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(gè)方向以相同的速度通過，因此各向同性的晶體只有一個(gè)折射率。其他各向異性的晶體化合物則有兩只三個(gè)折射率。當(dāng)偏振光進(jìn)入各向異性的化合物后，根據(jù)傳播速度的不同會(huì)在快慢兩個(gè)方向分解為互相垂直的兩個(gè)振動(dòng)波。當(dāng)兩個(gè)方向光波均透過化合物時(shí)，慢方向的傳播是相對(duì)滯后的。一種便捷說明不同方向折射率的方法是構(gòu)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(duì)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?yàn)楦鱾€(gè)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(duì)于有兩個(gè)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(gè)光線軸，相應(yīng)折射率分別為nω和nε。兩個(gè)光線軸方向任何一個(gè)均有可能是快或慢的傳播方向。常規(guī)波的振動(dòng)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(dòng)方向與C切面垂直。兩種波綜合的結(jié)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(gè)互相垂直的光線軸，相應(yīng)折射率分別為α、β、γ，α數(shù)值最?。▊鞑プ羁欤脭?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(gè)交叉的圓形橫切面C’和C’’，均以β折射率大小為半徑，每個(gè)橫切面有與其垂直的光軸A’和A’’，兩個(gè)光軸所在的平面被稱為光軸面（optic axial plane），該平面同時(shí)也是α和γ所對(duì)應(yīng)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(guān)，對(duì)相應(yīng)的化合物來講是常數(shù)。對(duì)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(duì)應(yīng)關(guān)系。比如對(duì)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(duì)于正交晶系來說任意光軸可以和任意光線軸重合，對(duì)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

6.3、采用偏振光研究晶體

當(dāng)采用平面偏振光時(shí)，如果未放置樣品或放置各向同性的晶體樣品時(shí)視野內(nèi)是黑暗的，對(duì)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(huì)是明亮的。當(dāng)采用非偏振光時(shí)，則可同時(shí)觀察到各向同性和各向異性的樣品，對(duì)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(shí)觀察結(jié)果和采用正交偏振光觀察的結(jié)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(duì)晶體物質(zhì)進(jìn)行光學(xué)性質(zhì)測(cè)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(gè)方向的傳播滯后于另一方向，當(dāng)兩個(gè)方向均穿過晶體后再次在檢偏器中重合這一對(duì)光的解構(gòu)和重構(gòu)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(dòng)。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(guān)外還與觀察晶體的方向有關(guān)，如圖5所示，對(duì)于方向隨機(jī)分布的化合物而言可能會(huì)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(duì)不同晶體進(jìn)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(shí)，由于消光現(xiàn)象載物臺(tái)每旋轉(zhuǎn)90°視野均會(huì)變黑暗一次，消光發(fā)生時(shí)，晶體內(nèi)光線振動(dòng)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(zhǔn)的，此時(shí)十字線的位置必須與起偏器和檢偏器嚴(yán)格一致。當(dāng)消光位置和晶體性狀的關(guān)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(dāng)消光發(fā)生在晶體較長的一邊以十字線平行時(shí)，此時(shí)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(shí)稱為斜消光（inclined or oblique extinction），表示消光角時(shí)一般不超過45°；如下圖6-c所示，當(dāng)消光位置發(fā)生在十字線平分兩個(gè)毗鄰晶面的夾角時(shí)，此時(shí)為對(duì)稱消光（symmetrical extinction）；如6-d所示，當(dāng)波狀消光（Undulose extinction）發(fā)生時(shí)隨著載物臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)在晶體表面可見到黑色區(qū)域移動(dòng)，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(huì)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(dāng)晶體具有干涉色但沒有消光位置時(shí)，此時(shí)晶體可能為多晶體，當(dāng)在較大倍數(shù)進(jìn)行觀察時(shí)可見在任何時(shí)候都有許多晶體處在不同的消光位置；也可能為孿晶，當(dāng)一個(gè)晶面消光時(shí)，另一個(gè)晶面不消光。

樣品的折射率會(huì)嚴(yán)重影響樣品的可觀察性，也可用來對(duì)物質(zhì)進(jìn)行鑒別，是物質(zhì)最重要的光學(xué)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(duì)任何物質(zhì)而言，折射率是常數(shù)，只與波長和溫度有關(guān)。折射率越大，傳播速度越慢。用于不止一個(gè)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(gè)折射率分別為1.658/1.486，其雙折射為0.172。對(duì)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(jié)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(jié)構(gòu)也可能對(duì)其分子的堆積方式進(jìn)行預(yù)測(cè)。當(dāng)預(yù)測(cè)的結(jié)果和顯微鏡觀察的晶體性狀（比如針狀。）吻合時(shí)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。

7.1、折射率的測(cè)定

可通過浸沒法測(cè)量樣品的折射率。將待測(cè)樣品浸沒在已知折射率的液體中，當(dāng)待測(cè)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(dāng)樣品和浸潤液體折射率相同時(shí)樣品變得不可見，此時(shí)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(jī)試劑，存在將樣品溶解的風(fēng)險(xiǎn)。如果溶解過程較緩慢，則測(cè)得的折射率與實(shí)際值是比較接近的。如果溶解較快則需對(duì)浸潤液進(jìn)行預(yù)飽和，然后采用折光儀測(cè)得飽和溶液的折射率后，再對(duì)樣品折射率進(jìn)行檢測(cè)。

許多方法可以用來確定何時(shí)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(jiǎn)便易行，可以區(qū)分0.001的折射率差異。Becke test是通過對(duì)比樣品和浸潤液的折射率的大小來進(jìn)行的。如果采用的是非偏振光，對(duì)于各向異性的物質(zhì)測(cè)得的是平均折射率。

7.2、Becke test

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(jìn)行的。隨著對(duì)樣品進(jìn)行上下調(diào)焦，Becke line會(huì)穿過樣品和浸潤液邊緣的界面來回運(yùn)動(dòng)。進(jìn)行Becke tes一條簡(jiǎn)單的準(zhǔn)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(dòng)載物臺(tái)），Becke line會(huì)由折射率大的一側(cè)往小的一側(cè)移動(dòng)，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(dāng)樣品和浸潤液折射率相同時(shí)Becke line消失。

圖7  Becke test示意圖

光學(xué)顯微鏡可以有效測(cè)定1-400μm范圍的顆粒（粉末）的粒徑。但如果想準(zhǔn)確檢測(cè)小于5μm的粉末的粒徑則建議采用掃描電鏡。當(dāng)在目鏡中配備量尺（measuring scale）就可以對(duì)觀測(cè)到的顆粒進(jìn)行測(cè)量，但量尺必須是經(jīng)過校準(zhǔn)的。對(duì)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(duì)于非球型的顆粒而言，許多統(tǒng)計(jì)學(xué)粒徑也被用來描述其大小，如Feret徑、Martin徑及投影徑等。當(dāng)比較不同樣品間顆粒的大小時(shí)，并沒有必要每次都進(jìn)行精確粒度分布檢測(cè)。也可采用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行快速的分析。通過對(duì)制備好的樣品不同大小的顆粒進(jìn)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(duì)于區(qū)分粒徑差異較大樣品已經(jīng)足夠。

晶體物質(zhì)的外觀或晶癖是尤其內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)所決定的。目前晶體學(xué)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(shí)或不必要的（如正交晶系、復(fù)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(dǎo)致的時(shí)候。但當(dāng)采用更簡(jiǎn)明易懂的方式描述晶癖時(shí)，是非常適合用來檢測(cè)晶體化合物批次間差異的。此外，晶癖對(duì)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(shí)別出來，并且它們會(huì)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(duì)晶體形狀進(jìn)行描述，以下將會(huì)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(shí)必須小心使用六邊形、立方形、菱形等字眼，因?yàn)檫@些專屬性較強(qiáng)的描述，當(dāng)使用它們時(shí)便意味著對(duì)它們所屬晶系有足夠的認(rèn)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(shí)晶體也會(huì)呈現(xiàn)比較特別的性狀有時(shí)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(diǎn)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(huì)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(huì)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(duì)晶體性狀的描述采用下面這些術(shù)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(shí)的性狀

• 不規(guī)則的（Irregular）：不成形的，缺乏可辨識(shí)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(jìn)行緊密混合

• 隱晶（Cryptocrystalline）：無法采用光學(xué)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(huì)有裂痕或包合物

• 半透明的（Translucent）：由于含有細(xì)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

在對(duì)樣品進(jìn)行觀測(cè)時(shí)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(cè)的這種比較會(huì)更加方便。同時(shí)最好有相關(guān)簡(jiǎn)短的描述。對(duì)樣品的觀察報(bào)告中應(yīng)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(guān)系（分布情況）

• 有關(guān)結(jié)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(hào)

一個(gè)采用顯微鏡觀察天冬氨酸的實(shí)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(dāng)采用偏振光進(jìn)行觀察時(shí)，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

熱臺(tái)顯微鏡可以通過在載物臺(tái)上放置熱臺(tái)對(duì)樣品加熱（冷卻）時(shí)進(jìn)行觀察，示意圖如下。作為一種分析手段，熱臺(tái)顯微鏡可以用來觀察熱力學(xué)引起的一系列現(xiàn)象，如融化、結(jié)晶、升華、去溶劑化、相變及熱致性結(jié)晶等。此外由于可通過其對(duì)熱力學(xué)相圖進(jìn)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(bǔ)。

圖11 偏光顯微鏡加熱臺(tái)示意圖

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(dǎo)的晶型轉(zhuǎn)變。一個(gè)用來說明溶液機(jī)制相變和固體機(jī)制導(dǎo)極好的例子就是硝酸鉀。當(dāng)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(huì)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(shí)間后，會(huì)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(huì)發(fā)生溶液機(jī)制的相變導(dǎo)致與α晶體生長方向臨近的β晶體溶解（圖12-2），當(dāng)α晶體生長過程中接觸到殘余的β晶體時(shí)，會(huì)同時(shí)再發(fā)生固相機(jī)制的相變，最終液滴內(nèi)的晶體會(huì)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

許多有機(jī)和無機(jī)化合物都是有顏色的，并且有時(shí)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(shí)，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(gòu)象的差異。當(dāng)采用白色平面偏振光觀察透明的有色晶體時(shí)，隨著載物臺(tái)的旋轉(zhuǎn)晶體的顏色或色彩的強(qiáng)度往往會(huì)發(fā)生變化。產(chǎn)生這種變化的原因是晶體物質(zhì)對(duì)特定振動(dòng)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(huì)呈現(xiàn)多色性，此外，有些有色澤的晶體化合物如果各個(gè)方向吸收比較接近也不會(huì)呈現(xiàn)多色性。但當(dāng)一個(gè)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(gè)主折射率接近時(shí)，當(dāng)在平面偏振光下旋轉(zhuǎn)觀察時(shí)則可能會(huì)出現(xiàn)多色性。有時(shí)晶體的色彩也可能是由晶體內(nèi)部會(huì)表面的有色雜質(zhì)所引起的。具有多色性的有機(jī)化合物一般含有發(fā)色團(tuán)（偶氮基、共軛乙烯基等），當(dāng)光振動(dòng)方向與發(fā)色團(tuán)方向一致時(shí)，對(duì)光的吸收最強(qiáng)。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。

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(duì)硬度、彈黏性、塑性及脆性等機(jī)械性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。但通過光學(xué)顯微鏡也可以對(duì)物質(zhì)進(jìn)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(jí)別）放在載玻片上，加載蓋玻片后，輕輕按壓或做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，隨后將其置于顯微鏡下觀察，對(duì)于硬的脆性破碎的樣品，會(huì)呈現(xiàn)粉塵狀的碎末，而軟的塑性形變的樣品則會(huì)被拉伸或呈現(xiàn)粘性甚至?xí)谏舷虏Ｆ狭粝潞圹E。

圖 13 不同機(jī)械性質(zhì)樣品顯微鏡圖片

晶體化合物經(jīng)歷物理或化學(xué)變化（如其溶劑化或相變）時(shí)其晶體外觀可能會(huì)發(fā)生改變，這是由于晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致的，有時(shí)由于體積的顯著變化甚至?xí)?dǎo)致晶體的解構(gòu)。但有時(shí)這種變化也可以是非解構(gòu)性的：晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shí)會(huì)失去相應(yīng)的結(jié)晶水會(huì)溶劑，由于密度或排列方式的改變此時(shí)晶體可能會(huì)變?yōu)槎嗑?，而且通過透射光進(jìn)行觀察時(shí)往往是朦朧或不透光的。二水合草酸便是一個(gè)例子。在60℃以上加熱時(shí)，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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譯者注：

本文節(jié)選自Polymorphism in the Pharmaceutical Industry一書Light Microscopy章節(jié)