Polarisatiemicroscopie: meer inzicht in de aard- en materiaalwetenschappen

Polarisatiemicroscopie laat zien wat gewone helderveldverlichting niet kan tonen: de optische eigenschappen van kristallen, mineralen, vezels en andere geordende materialen. Het is een kerntechniek in de geologie en de materiaalwetenschappen en een standaardinstrument in onderwijs-, onderzoeks- en industriële laboratoria.

Dit artikel legt uit hoe polarisatiemicroscopie werkt, wat de techniek laat zien, waar ze wordt toegepast en waar u op let bij een polarisatiemicroscoop.

Wat is polarisatiemicroscopie?

Polarisatiemicroscopie is een contrasttechniek die met gepolariseerd licht onderzoekt hoe een preparaat met licht wisselwerkt. Een polarisator onder het preparaat laat alleen licht door dat in één richting trilt. Een analysator boven het preparaat staat 90 graden gedraaid ten opzichte van de polarisator, zodat het gezichtsveld zonder preparaat donker is. Deze stand heet gekruiste polarisatoren.

Isotrope materialen, zoals glas of mineralen met een kubische kristalstructuur, hebben in elke richting dezelfde brekingsindex en blijven donker tussen gekruiste polarisatoren. Anisotrope of dubbelbrekende materialen splitsen het licht in twee stralen die zich met verschillende snelheden voortplanten. Wanneer de stralen bij de analysator weer samenkomen, interfereren ze en lijkt het preparaat helder, vaak in felle kleuren, tegen de donkere achtergrond.

Polarisatiemicroscopen worden naar hun bekendste toepassing ook wel petrografische of geologische microscopen genoemd.

Hoe een polarisatiemicroscoop werkt

Een polarisatiemicroscoop voegt een reeks specifieke componenten toe aan een microscoop voor doorvallend licht:

• Polarisator en analysator: de polarisator zit onder de condensor en de analysator in de stralengang boven de objectieven. Beide kunnen worden gedraaid of in de gekruiste stand worden gezet.
• Draaitafel: een ronde tafel met gradenverdeling draait het preparaat tussen de polarisatoren, zodat uitdovingsstanden en hoeken kunnen worden waargenomen en gemeten.
• Spanningsvrije optiek: objectieven en condensors die vrij zijn van inwendige spanning. Gewone optiek kan zelf dubbelbreking toevoegen, die dan als vals contrast zichtbaar wordt.
• Centreerbare objectieven: elk objectief wordt gecentreerd op de as van de draaitafel, zodat het preparaat in het gezichtsveld blijft terwijl de tafel draait.
• Compensatoren: een volgolfplaat (lambdaplaat), een kwartgolfplaat en een kwartswig worden in de stralengang geschoven om het gangverschil te meten en de langzame en snelle trillingsrichting in een kristal te bepalen.
• Bertrand-lens: brengt het achterste brandvlak van het objectief in beeld voor conoscopische waarneming, waarbij interferentiefiguren helpen bepalen of een kristal eenassig of tweeassig is en wat het optische teken is.

Wat maakt polarisatiemicroscopie bijzonder?

Gepolariseerd licht zet optische eigenschappen om in zichtbaar contrast. Interferentiekleuren hangen samen met de dikte van het preparaat en de sterkte van de dubbelbreking. Uitdovingshoeken, pleochroïsme, reliëf en interferentiefiguren leveren elk aanvullende informatie over de identiteit en oriëntatie van een kristal.

Daardoor is polarisatiemicroscopie zowel kwalitatief als kwantitatief. Een getrainde waarnemer kan een mineraal identificeren, spanningen in een spuitgietdeel zichtbaar maken of met een compensator het gangverschil meten, allemaal met hetzelfde instrument en meestal zonder het preparaat te kleuren.

Waar polarisatiemicroscopie wordt toegepast

• Geologie en petrografie: identificatie van mineralen in slijpplaatjes van gesteente en onderzoek van de gesteentetextuur.
• Materiaalwetenschappen: onderzoek van polymeren, vezels, keramiek en kristallijne materialen, en van spanningspatronen in transparante onderdelen.
• Chemie en kristallografie: waarneming van kristalvorm, dubbelbreking en kristalgroei.
• Bouwmaterialen: onderzoek van beton, toeslagmaterialen en andere bouwmaterialen.
• Biologie: contrast in van nature geordende structuren zoals zetmeelkorrels, plantenvezels en ander dubbelbrekend biologisch materiaal.
• Onderwijs: lessen in optische mineralogie en kristaloptica binnen aardwetenschappelijke en materiaalkundige opleidingen.

Waar let u op bij een polarisatiemicroscoop?

• Spanningsvrije objectieven en condensor, zodat alle dubbelbreking die u ziet van het preparaat afkomstig is.
• Een draaitafel met 360 gradenverdeling en objectieven die erop kunnen worden gecentreerd.
• Een draaibare polarisator en een analysator die kan worden ingesteld en uit de stralengang kan worden genomen.
• Compensatorsleuven met volgolfplaat, kwartgolfplaat en kwartswig.
• Een Bertrand-lens voor conoscopisch werk.
• Gelijkmatige LED-verlichting met Köhler-instelling en intensiteitsregeling.
• Een oculair met dradenkruis voor uitlijning en hoekmetingen.
• Een trinoculaire kop als u wat u ziet met een camera wilt vastleggen.

Polarisatiemicroscopen van LABOMED

De LABOMED® Lx POL is een polarisatiemicroscoop die voor deze eisen is gebouwd. De spanningsvrije, oneindig gecorrigeerde DIN-planachromatische objectieven uit de SF-serie (4x, 10x en 40x, met een optioneel 100x-olie-immersieobjectief) zitten in een achterwaarts gerichte viervoudige revolver en zijn elk afzonderlijk centreerbaar.

• Vergroting van 40x tot 400x met de standaardobjectieven en 1000x met het optionele 100x-olie-immersieobjectief.
• Een tafel van 160 mm die 360 graden draait in stappen van één graad.
• Een draaibare polarisator en een instelbare analysator met centreerschroeven, een scherpstelbare Bertrand-lens en lambda-, kwartlambdaplaat en kwartswig.
• Een centreerbare, spanningsvrije condensor met NA 0,9.
• LED-verlichting met intensiteitsregeling en een Köhler-velddiafragma.
• Binoculaire of trinoculaire Siedentopf-kop, 30 graden hellend, met scherpstelbare oculairs 10x/20 mm en een dradenkruis in één oculair.
• Op de trinoculaire kop: C-mount-adapters voor de LABOMED-camera's Vega, Vega 4K en iVu Touch.

Voor werk bij lage vergroting aan grotere objecten zijn de stereomicroscopen Luxeo 6Z en Luxeo 6i geschikt voor een optioneel polarisatiehulpstuk.

LABOMED-microscopen worden vervaardigd door Labotech en verkocht en gedistribueerd door Labo America, dat u kan helpen de Lx POL te configureren voor uw laboratorium of klaslokaal.

Veelgestelde vragen

Waarvoor wordt polarisatiemicroscopie gebruikt?

Om dubbelbrekende materialen te identificeren en te bestuderen: mineralen in slijpplaatjes van gesteente, kristallen, polymeren, vezels, keramiek en bouwmaterialen. De techniek wordt ook gebruikt om spanningen in transparante materialen zichtbaar te maken en in het onderwijs in de optische mineralogie.

Wat is het verschil tussen een polarisatiemicroscoop en een standaardmicroscoop?

Een polarisatiemicroscoop heeft daarnaast een polarisator, een analysator, een draaibare tafel met gradenverdeling, spanningsvrije optiek, sleuven voor compensatoren en meestal een Bertrand-lens. Een standaard helderveldmicroscoop heeft dat allemaal niet en kan dubbelbreking dus niet betrouwbaar zichtbaar maken.

Waarom hebben polarisatiemicroscopen spanningsvrije objectieven nodig?

Spanning in gewoon glas maakt de optiek licht dubbelbrekend. Tussen gekruiste polarisatoren verschijnt dat als vals contrast dat voor het preparaat kan worden aangezien. Met spanningsvrije optiek blijft de achtergrond donker, zodat alleen het preparaat contrast geeft.

Wat doet een Bertrand-lens?

Met een Bertrand-lens bekijkt u het achterste brandvlak van het objectief. Dit conoscopische beeld toont interferentiefiguren, waarmee u bepaalt of een kristal eenassig of tweeassig is en wat het optische teken is.