体式显微镜的原理及使用中的问题思考

来源:中国文物报
作者:王英

长沙市文物考古研究所在2013年购入一台体式显微镜,在2020年时因镜头发霉已经做过一次镜头清洗,但不到两年的时间里,镜头的发霉情况仍然影响实验样品的观察。本文对显微镜使用过程中出现的一些问题及解决方法进行思考。

体式显微镜原理

实验室所用的体式显微镜型号是奥林巴斯显微镜SZX2-TR30。体式显微镜又称“实体显微镜”,是一种具有正像立体感的目视仪器。其原理是由一个共用的初级物镜采集图像,对实物成像后,两个光束被中间两个物镜亦称变焦镜分开,并组成一定的角度称为体式角,再经各自的目镜成像,它的倍率变化是由改变中间镜组之间的距离而获得,利用双通道光路,双目镜筒中的左右两光束不是平行,而是具有一定的夹角,可为左右两眼提供一个具有立体感的图像。仪器主要包括机械系统和光学系统两大部分。机械系统由底座、镜身、观察筒三部分组成;光学系统包括物镜、目镜、聚光器、光源等。

体式显微镜的主要目的是观察标本三维状态,因此其光路必为双光路,便于人们从两个视角来观察标本。其特点为:在观察物体时能产生正立的三维空间影像。立体感强,成像清晰和宽阔,视场直径大、焦深大,这样便于观察被检测物体的全部层面;可根据观察物的特点选用不同的反射和透射光照明。

显微镜问题及处理

在文物考古研究中,体式显微镜主要用于观察文物的微观形貌、工艺痕迹、病害特征等。由于文物材质多样(如金属、陶瓷、玉石、有机质)且保存状态脆弱,对观察的清晰度、色彩还原度和三维立体感要求极高,显微镜的任何状态不佳都会直接影响研究结论。以下结合本所在研究中的实例,对常见问题及处理进行说明。例如,在分析长沙窑青瓷釉的玻化程度或战国玉器上的砣刻痕时,需要极高的清晰度和立体感来分辨微米级的特征。若镜头存在霉斑或污渍,这些关键细节极易被掩盖或误读。

体式显微镜的光学成像系统在出厂前都已经经过严格的校正,除目镜、物镜可取外,所有其他的光学部件,尤其内部光学透镜组,已经被完全密封,一般不会被污染。如果体式显微镜的污物是尘灰,可以用软毛刷轻轻擦除。如操作不慎将溶液、染料、或手上的汗渍玷污物镜、目镜,切不能用手、普通棉花、棉布等擦拭,以免损伤光学玻璃,而应用脱脂棉或擦镜纸擦拭。用脱脂棉擦拭时,用镊子把脱脂棉捻成小棉球杆,沾上少许乙醚(20%)与酒精(80%)的混合液或二甲苯等擦洗液(不能用纯酒精,否则透镜保护膜易被溶解)擦拭方法是从中间的一点向外一个方向(顺时针旋转)轻轻擦拭镜头。一次只用一个棉球扦并注意不要把镜头磨损,需要用柳木棒或竹签。如果用擦镜纸可把擦镜纸折叠不少于4折后,从一个方向上轻轻擦拭镜头。注意每擦拭一次,探镜纸就要折叠一次。

虽然光学显微镜的光学元件都已经进行了防霉处理,但如果长时间放置在湿热的地方,还是会有霉菌在光学镜片上滋生。视野中的霉点与污点不同,通过观察可发现霉菌的生长有3个阶段,第1阶段为初期阶段,视野中会出现圆点或圆环,并常带有色彩,说明镜片上已经出现了霉菌,若及时擦拭,霉菌就可轻松擦拭掉。

若任其生长,长成第2阶段的线状,此时就不容易擦拭掉了。如果霉菌再继续长至第3个阶段成树状时,则霉菌已腐蚀了整个镜片,此时的镜片只有报废。如果是内部的镜片滋生霉菌,擦拭更为困难,大部分体式显微镜是由此报废的。此外,体式显微镜机械零件受潮,也极易生锈,所以体式显微镜必须存放在干燥的房间,并在镜箱里放置干燥剂。例如,对青铜器锈蚀层进行分析时,需要利用不同照明模式(如侧光)凸显层次感。镜片内部的霉变会散射光线,导致照明不均匀,使得锈蚀层交界处模糊,无法清晰判断有害锈(如粉状锈)的渗透深度。对于里耶秦简上已褪色或墨迹淡化的文字,需要通过微距观察笔画凹痕。目镜上的污渍会形成重影,严重干扰对笔画走向和笔锋起落的判断,影响文字释读的准确性。

伴随着常年的水汽,显微镜受到日积月累的磨损。长沙平均湿度一般为75%至80%,显微镜在湿度较大的环境下一般使用除湿器对其进行保护。显微镜片内因为密闭加上水分难以很快蒸发,在显微目镜镜片及物镜镜片内部就形成了霉菌层,影响样品观察的清晰度及拍摄观察照片的准确。镜片发霉会影响目镜和物镜。物镜有三层观察镜片,物镜较难用人工手动拆除,两端的镜片的霉菌祛除较为简单,中间的镜片清洗难以实现。若物镜发霉程度严重,影响成像效果,则需要更换物镜镜头。目镜镜片可以通过清洁改善发霉的影响。

显微镜的光源主要来自两个部分及角形灯和照明底座。在样品为不透明物品时,需要借助角形灯补光,同时照明底座也需要调制DF模式。一边调节,一边可以在电脑上观察样品颜色的写实度,图片的清晰度。也可以借助目镜观察,目镜下观察会发现进光较少,需要加强进光。在样品为透明物品时,只需要将照明底座调节到BF模式,并调节明暗,即可观察到颜色真实、清晰度较高的物品图像。显微镜的光源选择对文物观察至关重要。例如,观察不透明的铜镜背饰纹样时,需使用角形灯进行侧向掠射照明(DF模式强调),才能清晰呈现纹饰的凹凸起伏和铸造瑕疵。观察透明的唐代玻璃器皿残片或玉石的内部沁色与裂隙时,则需使用透射光照明(BF模式),通过调整基底亮度来获得颜色真实、内部结构清晰的图像,以判断其材质与工艺。

预防性管理意见

定期巡检、建立健全规章制度,文物检测分析实验室安全保障制度,制定《文物检测分析实验室安全守则》,确保工作流程中的人员和仪器设备安全。专人管理,需要有技术人员进行日常监管,对不熟悉使用规则方法的人员进行基础操作和注意事项培训。使用前检查设备及湿度环境,并在登记本上填写使用项目及设备状态。环境监控,将设备存放与使用环境的相对湿度控制在50%至60%。建立完整的《环境监控记录表》,实现数据可查、趋势可析、责任可溯。

体式显微镜的维护不仅关乎设备本身,更直接关系到文物信息的提取质量和研究结论的科学性。从青铜锈蚀的层次判断,到丝织纤维的病害评估,再到简牍文字的精准释读,每一个微观案例都要求显微镜处于最佳状态。因此,建立以预防为主、结合具体文物研究需求的系统化维护与使用规程,是文物考古实验室科学化管理的重要组成部分。

(作者单位:长沙市文物考古研究所)

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