Microscopía de luz polarizada

La microscopía de luz polarizada revela lo que la iluminación convencional de campo claro no puede mostrar: las propiedades ópticas de cristales, minerales, fibras y otros materiales ordenados. Es una técnica fundamental en geología y ciencia de materiales, y una herramienta habitual en laboratorios docentes, de investigación e industriales.

Este artículo explica cómo funciona la microscopía de luz polarizada, qué muestra, dónde se utiliza y qué conviene buscar en un microscopio de polarización.

¿Qué es la microscopía de luz polarizada?

La microscopía de luz polarizada es una técnica de contraste que utiliza luz polarizada para estudiar cómo interactúa una muestra con la luz. Un polarizador situado debajo de la muestra deja pasar la luz que vibra en una sola dirección. Un analizador situado encima de la muestra se orienta a 90 grados respecto del polarizador, de modo que, sin muestra, el campo de visión aparece oscuro. Esta disposición se denomina polarizadores cruzados.

Los materiales isótropos, como el vidrio o los minerales de estructura cristalina cúbica, tienen el mismo índice de refracción en todas las direcciones y permanecen oscuros entre polarizadores cruzados. Los materiales anisótropos, o birrefringentes, dividen la luz en dos rayos que viajan a velocidades distintas. Cuando los rayos se recombinan en el analizador, interfieren, y la muestra aparece brillante, a menudo con colores intensos, sobre el fondo oscuro.

Los microscopios de polarización también se denominan microscopios petrográficos o geológicos, por su aplicación más conocida.

Cómo funciona un microscopio de polarización

El microscopio de polarización añade a un microscopio de luz transmitida un conjunto de componentes específicos:

Polarizador y analizador: el polarizador se sitúa debajo del condensador y el analizador en el trayecto de la luz, por encima de los objetivos. Ambos pueden girarse o colocarse en posición cruzada.
Platina giratoria: una platina circular graduada en grados hace girar la muestra entre los polarizadores, lo que permite observar y medir las posiciones y los ángulos de extinción.
Óptica libre de tensiones: objetivos y condensadores fabricados sin tensiones internas. La óptica común puede aportar birrefringencia propia, que aparecería como falso contraste.
Objetivos centrables: cada objetivo se centra respecto del eje de la platina giratoria, de modo que la muestra permanece en el campo de visión al girar la platina.
Compensadores: una placa de onda completa (lambda), una placa de cuarto de onda y una cuña de cuarzo se introducen en el trayecto de la luz para medir el retardo e identificar las direcciones lenta y rápida de un cristal.
Lente de Bertrand: lleva a la vista el plano focal posterior del objetivo para la observación conoscópica, en la que las figuras de interferencia ayudan a determinar si un cristal es uniáxico o biáxico y cuál es su signo óptico.

¿Qué distingue a la microscopía de polarización?

La luz polarizada convierte las propiedades ópticas en contraste visible. Los colores de interferencia dependen del espesor de la muestra y de la intensidad de su birrefringencia. Los ángulos de extinción, el pleocroísmo, el relieve y las figuras de interferencia aportan, cada uno, información sobre la identidad y la orientación de un cristal.

Esto hace que la microscopía de luz polarizada sea a la vez cualitativa y cuantitativa. Un observador formado puede identificar un mineral, revelar tensiones en una pieza moldeada o medir el retardo con un compensador, todo con el mismo instrumento y, por lo general, sin teñir la muestra.

Dónde se utiliza la microscopía de luz polarizada

Geología y petrografía: identificación de minerales en láminas delgadas de roca y estudio de la textura de las rocas.
Ciencia de materiales: examen de polímeros, fibras, cerámicas y materiales cristalinos, y de los patrones de tensión en piezas transparentes.
Química y cristalografía: observación del hábito cristalino, la birrefringencia y el crecimiento de cristales.
Materiales de construcción: estudio del concreto, los agregados y otros materiales de construcción.
Biología: contraste en estructuras ordenadas de forma natural, como granos de almidón, fibras vegetales y otros materiales biológicos birrefringentes.
Educación: enseñanza de la mineralogía óptica y la óptica cristalina en cursos de ciencias de la Tierra y de materiales.

Qué buscar en un microscopio de polarización

Objetivos y condensador libres de tensiones, para que la única birrefringencia visible sea la de la muestra.
Una platina giratoria graduada de 360 grados y objetivos centrables respecto de ella.
Un polarizador giratorio y un analizador ajustable que puede retirarse del trayecto de la luz.
Ranuras para compensadores con placas de onda completa, de cuarto de onda y cuña de cuarzo.
Una lente de Bertrand para el trabajo conoscópico.
Iluminación LED homogénea con alineación Köhler y control de intensidad.
Un ocular con retícula en cruz para la alineación y la medición de ángulos.
Un cabezal trinocular si necesita documentar con una cámara lo que observa.

Microscopios de polarización LABOMED

El Lx POL de LABOMED® es un microscopio de polarización construido para estos requisitos. Sus objetivos DIN plan acromáticos, libres de tensiones, corregidos al infinito, de la serie SF (4x, 10x y 40x, con un objetivo de inmersión en aceite 100x opcional) se alojan en un revólver cuádruple de ángulo inverso, y cada objetivo puede centrarse individualmente.

Aumento de 40x a 400x con los objetivos estándar, y de 1000x con el objetivo de inmersión en aceite 100x opcional.
Una platina de 160 mm que gira 360 grados en incrementos de un grado.
Un polarizador giratorio y un analizador ajustable con tornillos de centrado, una lente de Bertrand enfocable y placas lambda, cuarto de lambda y cuña de cuarzo.
Un condensador centrable de 0.9 NA libre de tensiones.
Iluminación LED con control de intensidad y diafragma de campo Köhler.
Cabezal binocular o trinocular Siedentopf, inclinado a 30 grados, con oculares enfocables de 10x/20 mm y retícula en cruz en uno de los oculares.
En el cabezal trinocular, adaptadores de montura C para las cámaras LABOMED Vega, Vega 4K e iVu Touch.

Para trabajar a bajo aumento con muestras grandes, los microscopios estereoscópicos Luxeo 6Z y Luxeo 6i admiten un accesorio de polarización opcional.

Los microscopios LABOMED los fabrica Labotech y los comercializa y distribuye Labo America, que puede ayudarle a configurar el Lx POL para su laboratorio o aula.

Preguntas frecuentes

¿Para qué se utiliza la microscopía de luz polarizada?

Se utiliza para identificar y estudiar materiales birrefringentes: minerales en láminas delgadas de roca, cristales, polímeros, fibras, cerámicas y materiales de construcción. También sirve para revelar tensiones en materiales transparentes y para la enseñanza de la mineralogía óptica.

¿Qué diferencia hay entre un microscopio de polarización y un microscopio convencional?

El microscopio de polarización incorpora un polarizador, un analizador, una platina giratoria graduada, óptica libre de tensiones, ranuras para compensadores y, por lo general, una lente de Bertrand. Un microscopio convencional de campo claro no tiene ninguno de estos elementos, por lo que no puede mostrar la birrefringencia de forma confiable.

¿Por qué los microscopios de polarización necesitan objetivos libres de tensiones?

Las tensiones internas del vidrio común hacen que la óptica sea ligeramente birrefringente. Entre polarizadores cruzados, esto aparece como un falso contraste que puede confundirse con la muestra. La óptica libre de tensiones mantiene oscuro el fondo, de modo que solo la muestra produce contraste.

¿Para qué sirve la lente de Bertrand?

La lente de Bertrand permite observar el plano focal posterior del objetivo. Esta observación conoscópica muestra figuras de interferencia, que ayudan a determinar si un cristal es uniáxico o biáxico y cuál es su signo óptico.