Wat u moet weten over polariserende lichtmicroscopie

Polarisatiemicroscopie omvat het gebruik van gepolariseerd licht om de optische eigenschappen van verschillende monsters te onderzoeken. Hoewel het oorspronkelijk voornamelijk op het gebied van de geologie werd gebruikt, wordt het sinds kort ook op grotere schaal gebruikt in medische en biologische onderzoeksgebieden. Polariserende lichtmicroscopie is een contrastverhogende techniek waarmee u de samenstelling en driedimensionale structuur van anisotrope monsters kunt evalueren. Het maakt gebruik van polarisatiefilters om gebruik te maken van gepolariseerd licht, de beweging van lichtgolven te configureren en hun trillingen in een enkele richting te forceren.

Wat is gepolariseerd licht?

Een gewone lichtmicroscoop maakt gebruik van ongepolariseerd wit licht. Dit is het type licht dat we zien, en zijn golven trillen in willekeurige richtingen. Gepolariseerd licht heeft echter golven die slechts in één richting trillen en die wij normaal niet kunnen zien. Dit type licht wordt gebruikt in polarisatiemicroscopie om de beeldkwaliteit te verbeteren bij het onderzoeken van dubbelbrekende (dubbel brekende), anisotrope materialen. Anisotrope stoffen zijn “richtingsafhankelijk” – dat wil zeggen dat ze zich niet in alle richtingen op dezelfde manier gedragen. Een voorbeeld hiervan is hout, dat gemakkelijker breekt in een richting langs zijn nerf dan ertegenaan. Staal daarentegen is isotroop en gedraagt ​​zich in alle richtingen op dezelfde manier. Hoe vertaalt dit zich naar optische termen? Over het algemeen zijn de meeste vloeistoffen en gassen isotroop en hebben ze dezelfde optische eigenschappen in alle richtingen: ze hebben dus één brekingsindex. De meeste vaste materialen zijn daarentegen anisotroop. Hun optische eigenschappen variëren afhankelijk van de oriëntatie van invallend licht (licht dat op een oppervlak valt), en ze hebben talloze brekingsindices.

De belangrijkste componenten van polariserende lichtmicroscopie

polarisator en analysator
Hoewel je polarisatiemicroscopen klaar voor gebruik kunt kopen, hebben veel wetenschappers gewoon hun traditionele lichtmicroscoop aangepast om ze te gebruiken voor onderzoek met gekruist gepolariseerd licht (waarbij de polarisatierichtingen van de polarisator en analyser 90 graden uit elkaar liggen om uitsterven te produceren: dat wil zeggen , wanneer het gezichtsveld zo donker mogelijk wordt). Over het algemeen hebt u twee extra nodig voor polarisatiemicroscopie:

Polarisator:

dit filter kan handmatig worden gedraaid en wordt ergens in het lichtpad onder het monster geplaatst, meestal onder de tafel. Het is horizontaal uitgelijnd (in een oost-westpositie) en bestaat uit deeltjes die slechts in één richting zijn gerangschikt. Bijgevolg laat het alleen lichtgolven die langs hun polarisatieas vibreren volledig door, terwijl het lichtgolven absorbeert die in andere richtingen bewegen.

Analysator:

dit is een andere polarisator die verticaal (in een noord-zuidpositie) is uitgelijnd tussen de objectieflenzen en oculairs. De meeste studentenmicroscopen hebben een analysator die op zijn plaats wordt bevestigd, meestal boven de tafel gemonteerd. Dit maakt het gemakkelijker om gekruiste polarisatoruitlijning te bereiken (waarbij de polarisatierichtingen van de polarisator en analyser 90 graden uit elkaar liggen). Afhankelijk van de microscoop kunt u echter de polarisatie roteren of deze in of uit het lichtpad duwen, afhankelijk van uw behoeften.

Hoe werkt polariserende lichtmicroscopie?

Lichtgolven zijn in alle richtingen en zullen vibreren onder een hoek loodrecht op de richting waarin de straal wordt uitgezonden. Dus wanneer u de lichtbron van de microscoop inschakelt, beweegt het licht omhoog en wordt gepolariseerd om door de polarisator in één richting te bewegen. Hierdoor wordt al het doorgelaten licht geblokkeerd, behalve die lichtgolven die parallel met hun bevoorrechte (lichtdoorlatende) richtingen trillen.

Lichtgolven projecteren dan door het monster en trillen in een oost-west positie. Ze blijven ongestoord omhoog gaan als de analysator niet in gebruik is.

Wanneer de analysator naar binnen wordt geduwd, kan alleen licht dat zich in een noord-zuid positie beweegt doorheen gaan. Het plaatsen van een tweede polarisator (in dit geval de analysator) in het lichtpad, 90 graden gedraaid ten opzichte van de as van de eerste, zal vervolgens al het licht blokkeren. Omdat al het licht al gepolariseerd was om alleen in een oost-west positie te bewegen, kan er geen licht passeren. De polarisatoren zijn nu ‘gekruist’ en de kijker ziet alleen duisternis.

Gebruik van gepolariseerd licht microscopie

U kunt deze techniek gebruiken om de kenmerken van verschillende stoffen, zoals kristallen, vezels en mineralen, te markeren, die kunnen helpen bij de identificatie ervan. Wanneer beide filters in het lichtpad zijn uitgelijnd, staan ​​ze haaks op elkaar. Na aanpassing kan het licht echter onder verschillende hoeken door de filters passeren, zodat u verschillende aspecten van het monster kunt zien. Licht zal ofwel door een isotroop monster reizen, waardoor het donker lijkt, of worden gereflecteerd door een anisotroop monster, waardoor het contrastrijk lijkt. Omdat de componenten van een dubbelbrekende, anisotrope steekproef onder verschillende hoeken zijn uitgelijnd, zal het roteren van de polarisator (of de roterende fase, als uw microscoop er een heeft) ervoor zorgen dat verschillende delen op verschillende tijdstippen “zwart worden”. Sommige dubbelbrekende materialen die gewoonlijk worden geëvalueerd door polariserende lichtmicroscopie zijn onder meer: Bot Tanden Haren Mineralen Meteorieten Gegroefde spier Uitgekristalliseerde vloeistoffen

Analysator:

Stel verlichting (kantelen van de spiegel) in
Shuif een 10x objectieflens in positie op het neusstuk.
Duw de analyser indien nodig volledig op zijn plaats zodat deze in het lichtpad is uitgelijnd.
Voordat u het specimen op de tafel plaatst, draait u de polarisator geleidelijk totdat het gezichtsveld zo donker mogelijk wordt (uitsterven).
Roteer de polarisator (of de roterende fase als uw microscoop er een heeft) ongeveer 90, 180 en 270 graden, en dan terug naar de oorspronkelijke 0 graden positie. Terwijl u door de oculairen kijkt, ziet het veld er helder uit als de bevoorrechte richtingen van de polarisator en de analysator parallel zijn. Het wordt steeds donkerder als u een van de filters in een hoek van 90 graden draait (gekruiste polarisatie).
Plaats nu het monster op het podium en herhaal de bovenstaande stap. Als uw stof in kwestie dubbelbrekend materiaal bevat, ziet u het zwart worden of oplichten als u de polarisator roteert.
Als u deze stappen volgt, kunt u de kenmerken van de stof in uw monster evalueren en karakteriseren, waardoor u de aard ervan kunt identificeren.

De 5-assige Fedorov tafel

De Universal Stage is een van de oudste en meest bruikbare accessoires in het armamentarium van de gepolariseerd-lichtmicroscopist. Het wordt conventioneel gebruikt om dunne delen van gesteenten, mineralen, slakken, keramiek en beton te onderzoeken, of graanopeenhopingen van mineralen en andere eenfasige of concentraten in vaste of vloeibare vatting; zelfs enkele grote kristallen en edelstenen kunnen worden onderzocht.

De deeltjesmicroscoop monteert normaliter een onbekende in een vloeibaar of thermoplastisch medium dat het mogelijk maakt de oriëntatie van het monster te veranderen door druk uit te oefenen op de rand van een rond dekglas, om het deeltje in de gunstigste positie te manoeuvreren voor het meten van kristalhoeken, observeren interferentie figuren, enz . Wanneer men echter naar een dun stuk steen kijkt, hebben de mineralen die het gesteente bevatten verschillende, gefixeerde oriëntaties en er kan niet veel aan worden gedaan bij het gebruik van een vlakke fase. De universele tafel is ontworpen om zowel 360 ° te roteren als om zo’n dun gedeelte 40 ° -50 ° te kantelen door verschillende assen. Een van de eerste polarisatie microscopen werden door Amici in 1844 gebouwd en deze microscoop had een ingebouwde E/W kantel-as buiten de binnenste, concentrische beweging. Het grootste probleem dat werd waargenomen bij het gebruik van dit instrument was te wijten aan breking van het licht bij hoge kantelhoeken. 

In 1875 losteAdams dit probleem op door kleine concentrische hemisferen boven en onder het kristal toe te voegen. Tegen het einde van de eeuw (1889-1896) had Fedorov het prototype ontworpen van wat de moderne gehechtheid de universele fase zou zijn. In de volgende twee decennia ontwierp Max Berek een koppelbare universele podium voor Leitz met een aantal verbeteringen en is het instrument dat vandaag wordt gebruikt. Na verloop van tijd 3-assig, 4-assige en 5-assige universele fasen verschenen, hoewel de 4-assige versie de meest gebruikte is. Naast de vroege universele fase, gemaakt door Fuess en anderen, zijn er moderne versies gemaakt door Leitz, Zeiss (Oberkochen), Jena (Zeiss Jena), Bausch & Lomb, Cooke, Nikon, de in Rusland gemaakte LOMO

De Michel-Lévy -interferentie kleurenkaart —De magische kleurensleutel van de microscopie

De afbeeldingen in dit artikel zijn opgenomen ter ondersteuning van de tekst en zijn alleen bedoeld voor online weergave. We maken geen aanspraak op de nauwkeurigheid van de kleuren of de leesbaarheid van de kaarten online of indien afgedrukt vanwege de grote verscheidenheid aan monitoren en printers die vandaag beschikbaar zijn voor gebruik. Afdrukversies van de Michel-Lévy-kaarten zijn beschikbaar zoals vermeld in dit artikel en bij verschillende fabrikanten van microscopen en hun vertegenwoordigers.

De interferentie kleurenkaart van Michel-Lévy wordt al meer dan 100 jaar continu gebruikt door analytische microscopisten. 

Waarom zo’n uithoudingsvermogen? Omdat deze kaart, ook bekend als de Michel-Lévy-tafel met dubbele breking, vandaag net zo nuttig is als meer dan een eeuw geleden bij het ontsluiten van de vele mysteries van microscopische deeltjesanalyse en identificatie. Dit buitengewoon waardevolle hulpmiddel voor de gepolariseerd-microscopist brengt grafisch de dikte, vertraging (optisch padverschil) en dubbele breking (numeriek verschil tussen de belangrijkste brekingsindices) in verband met specifieke aanzichten van transparante, kleurloze of gekleurde stoffen. Met deze kenmerken kunnen onbekende materialen worden geïdentificeerd; bovendien verschaffen ze belangrijke optische informatie over die materialen waarvan de identiteit bekend is.

Les Minéraux des RochesDe interferentiekleurenkaart van Michel-Lévy werd voor het eerst aan de wereld geïntroduceerd in een boek dat in 1888 in Parijs werd gepubliceerd. Dit boek heette Les Minéraux des Roches en was gewijd aan het onderwerp van rotsvormende mineralen. In Deel I beschreef Auguste Michel-Lévy (1844–1911) de methoden die mineralogisten en chemici gebruiken in de microscopische studie van mineralen, en in Deel 2, Michel-Lévy, samen met Alf. Lacroix, tabelleerde de fysieke en optische eigenschappen van de rotsvormende mineralen. Michel-Lévy erkent het werk van eerdere onderzoekers, waaronder zijn vriend en mentor (“mon maître et ami”) F.A. Fouqué, met wie hij had samengewerkt bij de productie van de tweedelige Minéralogie Micrographique; Roches éruptives Françaises (1879), met zijn prachtige atlas van 55 chromo-gelithografeerde platen; Des Cloizeaux, Manuel de Mineralogie (1862); Mallard, Traité de Cristallographie (1884); DeLapparent, Cours de Minéralogie (1884); en zelfsMichel Lévy Rosenbusch, wiens tweede editie van Mikroskopische Physiographie in 1885 was verschenen; Klement en Renards reacties Microchimiques (1886) en hun voorgangers worden erkend voor hun microchemische bijdragen. Maar nu, in dit boek uit 1888, zien we voor het eerst in kleur het “Tableau des Biréfringences” van Michel-Lévy . De kaart is een grote (ongeveer 24 ″ X 18 ″) chromolithografie op basis van een origineel in waterverf; het vouwt in de helft, van onder naar boven, en vouwt vervolgens vier keer, accordeonachtig, en wordt aan de achterkant van het boek gestort. Het komt zelden voor dat deze kaarten niet gerepareerd hoeven te worden, omdat de papierkwaliteit niet goed was en ze nu niet herhaaldelijk kunnen worden in- en uitgevouwen.