Polarizační mikroskop
Schéma polarizačního mikroskopu je v podstatě stejné jako projektoru. Kontrast obrazu vzniká interferencí řádného a mimořádného paprsku.
Použije se koherentní osvětlení osvětlení preparátu (Dvojlomný preparát).
U polarizátorů p1 a p2 jsou známy směry propustnosti vektorů E. Analyzátor zajistí, aby stupeň polarizační koherence byl roven 1. Maximální kontrast nastane, když paprsky řádný a mimořádný budou mít stejnou amplitudou.
Principielně jsou všechny polarizační mikroskopy podobné a obdobná je i práce s nimi. Každý polarizační mmikroskop je vybaven polarizátorem a analyzátorem. Pokud je polarizátor rovnoběžný s analyzátorem, pak světlo prochází, pokud je polarizátor v kolmé poloze k analyzátoru, pak světlo neprochází. Pootočením analyzátoru o určitý úhel se „rozsvěcí“ a „ hasne“ pozorovaný objekt. Tato iluminace vyniká u použití monochromatického světla, u bílého světla vede ke vzniku interferenční barvy. Mikroskop je nutno seřídit, aby se clony kryly. Přídavné zařízení mikroskopu se nazývá Bertrandova čočka.
Metody zjišťování:
- Imerzní metoda s využitím Beckeho
čar
Na rozhraní dvou prostředí (imerzní kapalina) vznikají tzv.Beckeho čáry - mění se imerze, dokud sledovaný objekt „nezmizí“, pak je index lomu objektu stejný jako u imerze.
Proměřuje se nrovnoběžné a nkolmé. - Kompenzační metoda
Metoda je založena na kompenzačním měření fázového rozdílu mezi dvěma polarizovanými na sebe kolmými paprsky s rovinami kmitu ve směru rovnoběžém s osou a kolmém na osu. Tuto metodu především využívá polarizační mikroskop. - Sumární efekt
Polarizační mikroskop je nejčastěji konstruován jako mikroskop optický, má však navíc některé další součásti. Nejdůležitější součástí polarizačního mikroskopu je polarizační zařízení sestávající ze dvou hranolů. První z nich, tzv. polarizátor, druhý, analyzátor.
- Polarizační zařízení se skládá se ze dvou hranolů, resp. polarizačních filtrů - polarizátoru a analyzátoru. Polarizátor je obvykle zabudován v kondenzoru a analyzátor je umístěn v tubusu mikroskopu. Je-li analyzátor vysunut, mluvíme o “pozorování s jedním hranolem (Nikolem)”. Zasuneme-li analyzátor, pozorujeme “se zkříženými hranoly”.
- Stativ slouží k upevnění ostatních částí mikroskopu.
- Osvětlovací zařízení dopravuje světlo do optické soustavy mikroskopu. U jednoduchých mikroskopů je tvořeno otočným zrcátkem umístěným pod kondenzorem. Zrcátko je třeba zkusmo nastavit do vhodného úhlu tak, aby do mikroskopu odráželo dostatek denního světla, případně světla vhodné lampy. Dokonalejší mikroskopy mají zabudováno speciální osvětlovací zařízení, které bývá vybaveno polarizátorem a dalšími prvky.
- Otočný stolek umožňuje otáčení preparátu kolem osy mikroskopu. Na stolku bývá přichyceno posuvné zařízení, umožňující jemné a přesné posouvání preparátu do stran.
- Tubus - lze jím pohybovat vůči stolku nahoru a dolů, a tak mikroskop zaostřit na preparát. Součástí tubusu je analyzátor a výsuvná Bertrandova čočka, která umožňuje pozorování ve sbíhavém světle.
- Kondenzor je umístěn pod stolkem mikroskopu a soustřeďuje světlo do optické soustavy mikroskopu. Jeho součástí bývají irisová clonka, která umožňuje regulovat množství světla vstupujícího do tubusu; filtr nutný pro pozorování v umělém světle – modré kobaltové sklo odfiltruje žluté záření světelného zdroje, které zkresluje barevné jevy při pozorování; polarizátor, pokud není součástí osvětlovacího zařízení.
- Objektivy jsou umístěny na spodním konci tubusu. Ke každému mikroskopu se dodává sada objektivů s různým zvětšením.
- Okuláry se do tubusu mikroskopu upevňují zasunutím shora. Součástí polarizačních mikroskopů mohou být speciální okuláry s vloženým záměrným křížem či mikrometrickou stupnicí. Okuláry s mikrometrickou stupnicí slouží k měření rozměrů pozorovaného objektu. Modernější mikroskopy mívají zabudováno další vybavení, například fotozařízení. To umožňuje pořízení fotografií pozorovaných objektů a následné uložení a zpracování na počítači.
Pozorování s jedním hranolem
Nepolarizované světlo vstoupí z osvětlovacího zařízení do polarizátoru, kde dojde k jeho polarizaci dvojlomem a k eliminaci jednoho z takto vzniklých paprsků. Druhý paprsek vystoupí z polarizátoru a prochází dále optikou mikroskopu až k pozorovatelově oku. Toto světlo je již polarizované, to znamená, že všechny paprsky kmitají v jedné rovině. Analyzátor i Bertrandova čočka jsou vysunuty.
Pozorování se dvěma hranoly
Stejně jako v prvním případě světlo vstoupí do polarizátoru a vystoupí z něj polarizované. Toto polarizované světlo posléze dopadne na analyzátor. Analyzátor je ale nastaven tak, že jeho rovina kmitání je kolmá k rovině kmitání polarizátoru. Výsledkem je, že zorné pole mikroskopu při zkřížení hranolů zhasne – světlo neprojde do našeho oka, protože je pohlceno analyzátorem. K pozorování se dvěma hranoly se připraví mikroskop zasunutím analyzátoru. Bertrandova čočka je vysunuta. Se dvěma hranoly lze pozorovat: zhášení a úhel zhášení. Je-li na stolku mikroskopu umístěn opticky izotropní (kubický nebo amorfní) minerál, zůstává při otáčení stolkem stále tmavý. Naopak minerály opticky anizotropní se při otočení stolkem o 360° čtyřikrát rozsvítí a čtyřikrát zhasnou. Tomuto jevu říkáme zhášení. U izotropních minerálů nezáleží na směru, kterým do nich světlo vstupuje. Izotropním prostředím prochází kolmo dopadající polarizované světlo produkované polarizátorem nerušeně. Následně je světlo zrušeno analyzátorem, který je orientován tak, že propouští jen světlo kmitající kolmo na rovinu kmitání světla vystupujícího z polarizátoru. Proto zůstává libovolný řez opticky izotropního minerálu při otáčení stolkem stále tmavý. Řezy anizotropními minerály kolmé na optickou osu se v polarizačním mikroskopu chovají obdobně jako izotropní minerály.
Pro studium zhášení anizotropních minerálů platí jednoduché pravidlo: minerál zháší tehdy, když je některý z jeho hlavních optických směrů rovnoběžný s rovinou kmitání polarizátoru. V těchto směrech prochází polarizované světlo beze změny – řez zůstane tmavý. Tento případ nastane při otočení o 360° čtyřikrát (po 90°). Při pootočení stolkem o 45° z polohy zhášení se řez nejvíce rozsvítí. Mechanismus vzniku tohoto je následující: světlo kmitající předozadním směrem produkované polarizátorem dopadne na řez. Při průchodu řezem dojde ke dvojlomu. Oba dvojlomem vzniklé paprsky jsou vzájemně kolmo polarizované, a to tak, že kmitají rovnoběžně s hlavními optickými směry minerálu. Tyto paprsky se však liší rychlostí, kterou se minerálem šíří, proto z minerálu vystoupí s určitým fázovým rozdílem. Paprsky dopadnou na analyzátor, kde se opět oba rozštěpí na dvě složky, jednu rovnoběžnou s kmitáním polarizátoru, druhou rovnoběžnou s kmitáním analyzátoru. Máme tedy čtyři paprsky, dva kmitající rovnoběžně s polarizátorem, dva s analyzátorem. Paprsky kmitající rovnoběžně s polarizátorem jsou analyzátorem zrušeny. Paprsky kmitající v rovině kmitání analyzátoru mají stejnou vlnovou délku a šíří se prostorem přesně stejným směrem, proto dochází k jejich interferenci. Fázový rozdíl interferujících paprsků určuje amplitudu vznikajícího paprsku. Některé složky (barvy) polychromatického světla, které používáme k mikroskopování, jsou tak interferencí zesíleny, některé zeslabeny a některé zcela vyhasnou. Výslednou “směs” paprsků vnímáme jako interferenční barvu. Interferenční barva je vždy nejvýraznější právě v poloze mezi dvěma sousedními polohami zhášení. Vzájemnou závislost výše uvedených interferenčních barev na tloušťce preparátu a na hodnotě dvojlomu je možné zjistit z tabulky interferenčních barev (Newtonova škála). Interferenční barvy jsou rozděleny na čtyři řády, v nichž následují ve stejném pořadí barvy I. řádu označované jako nízké, II. a III. řádu jako střední, IV. řádu jako vysoké. Z tohoto plyne, že výše interferenčních barev závisí na vzájemném zpoždění interferujících paprsků.
Michel-Lévyho stupnice interferenčních barev pro určování výše dvojlomu
Další informace
Jaroslava Vávrová
.