阳光和几乎所有其他形式的自然或人造照明都会产生光波，其电场矢量在垂直于光传播方向（即辐射方向）的所有平面上振动。 如果电场矢量穿过将光束过滤并限制在单个平面上的特殊材料，则该光被称为相对于传播方向的平面偏振或线偏振。 所有在某个平面上振动的光称为平面平行光或平面偏振光（平面或平面）。
人眼无法区分随机定向光和偏振光，只能通过强度或颜色效果来检测平面偏振光。 例如，偏光太阳镜可以减少照射到眼睛的阳光强度。 事实上，人类无法区分从偏光显微镜获得的高对比度真实图像和使用非偏振光数字捕获并投影到屏幕上的同一样本的相同图像。 偏振光的基本原理如上图所示。 非偏振光束入射到两个线性偏振器上。 电场矢量被描述为入射光以正弦波的形式向各个方向振动（360°；图中仅使用了6个波，以60°的间隔表示）。 事实上，入射光的电场矢量在垂直于传播方向的平面中振动，并且在到达第一偏振器之前它们均匀地分布在每个平面中。 通过第一个偏振器后，仅留下垂直偏振波。 垂直偏振波不能穿过水平偏振器。 两个相互垂直的偏振片称为正交偏振片（光）。 如下图所示，交叉偏振光下光线无法通过（中图）。
2.偏光显微镜
偏光显微镜（光、PLM）的结构图如下图所示。 它在普通显微镜的基础上增加了上下两块偏光板（）。 偏振器实际上是具有沿单一方向排列的长链聚合物分子的滤光片。 与排列的聚合物分子在同一平面上振动的入射光被吸收，并且与聚合物平面成直角振动的光穿过第一偏振滤光器。 第一偏振器的偏振方向垂直于入射光并且只能通过垂直矢量电场的波。 穿过第一偏振器的波随后被第二偏振器阻挡，因为该偏振器相对于电场矢量的方向水平定向。 如上所述，使用两个相互垂直的偏振器的想法通常称为正交偏振，这是偏振光显微镜的基础。 在偏光显微镜中，有两个偏光装置——偏光镜——上偏光镜和下偏光镜。 这两个偏振片允许通过的偏振光的振动方向彼此垂直。 当自然光穿过下偏光片时，会留下与下偏光片允许的方向一致的偏振光。 然而，这种偏振光无法穿过与其正交的上偏振片，因此我们会在视野中看到全黑的场景。 如果我们在上下偏光片中放置异质晶体，那么通过下偏光片的偏振光穿过晶体时，其偏振方向会受到晶体光学取向一定角度的影响。 偏转。 因此，当偏振光到达上偏光片时，不会垂直于偏光片的方向，因此一定量的光线会穿过上偏光片，让我们在视野内看到明亮的光线（如图上图中）三种情况，如果在正交的1和2之间添加3，则部分光线可以通过）。 如果我们将上偏光片旋转一定角度，使其与透过样品的偏振光垂直偏光显微镜的结构，视场就会恢复黑暗，这就是所谓的“消光”。 上偏光片旋转的角度称为“消光角”。 由于均质晶体不会引起偏振光的偏转，因此当上下偏振光相互垂直时，它就会熄灭。 非晶态样品也是各向同性的，因此不会引起偏振光的偏转。 当两个偏光镜相互垂直时，视野是暗的。
3. 申请
偏光显微镜首先是显微镜，因此它可以用来观察样品的形态（晶体）。 下图为几种常见的晶体形态，包括针状、片状、块状等。不同的晶体形态可能有不同的物理性质，如流动性、溶出度、机械性能等。对于医药原料药，块状或棒状通常优选晶体。 具有这种形貌的晶体具有更好的流动性和机械性能，适合配方工艺开发。 对于片状和针状晶体，过滤可能会更困难。 如果样品颗粒非常小，也可能存在过滤问题。 虽然晶体形态和晶型之间没有必然联系，但对于特定的化合物，在对其晶型进行深入研究后，或许可以通过显微镜快速确定其晶型。 例如，晶型A为针状，而晶型B为片状。 无需XRPD测试，通过显微镜即可快速确定晶型。
此外，偏光显微镜可用于快速区分结晶和非晶样品。 由于晶体样品具有双折射，而非晶样品则没有，因此 PLM 存在差异。 如下图所示，第一张图中的样品是非晶态的。 样品都是透明的并且没有双折射。 第二张图像显示双折射，样品是片状晶体。 需要注意的是，当样品颗粒较大时，一般较容易区分，但当样品颗粒较小时，则难以区分，仍需要XRPD进行检测分析。 有时在PLM上观察到微弱的亮点，但XRPD测试显示无定形，这可能是因为XRPD有一定的检测限。
偏光显微镜还可以配备热台来观察样品状态随温度的变化。 这种显微镜称为热台显微镜（HSM）。 当然，如果热台显微镜配备冷却装置，也可以在低温下观察样品。 下图是常见热台显微镜的照片。 显微镜左侧是温度控制装置。 显微镜物镜下方是热台。 热台中间有一个小孔，供光源穿过热台照射样品。
对于溶剂化物或水合物，加热过程中的去溶剂化或脱水常常伴随着假多晶型样品的非晶化。 可以观察到双折射消失并且晶体边缘变圆。 所有不同的结晶形式（非溶剂化形式或溶剂化物）都可以熔化而不会发生相变。 熔融产物可以是稳定的无定形或重结晶成另一种结晶形式。 如下图所示，晶体在115.5℃开始熔化，在125℃完全熔化。 随着温度升高，熔化的产物重结晶，形成新的晶型。 最终偏光显微镜的结构，新的晶体形式也会熔化并完全变成液体。 热台显微镜可以与DSC很好地结合进行相变分析。 例如，DSC上的吸热峰可能是熔化或去溶剂化。 如果温度不是很高，峰不是很尖锐（焓值很低），可能无法通过DSC直接判断是熔融过程还是脱溶剂过程。 。 结合热台显微镜，可以非常直观地进行判断。
