Microscopia de luz polarizada: mais conhecimento nas ciências da Terra e dos materiais

A microscopia de luz polarizada revela o que a iluminação de campo claro comum não consegue mostrar: as propriedades ópticas de cristais, minerais, fibras e outros materiais ordenados. É uma técnica fundamental em geologia e ciência dos materiais e uma ferramenta padrão em laboratórios de ensino, pesquisa e indústria.

Este artigo explica como funciona a microscopia de luz polarizada, o que ela revela, onde é usada e o que avaliar em um microscópio de polarização.

O que é microscopia de luz polarizada?

A microscopia de luz polarizada é uma técnica de contraste que utiliza luz polarizada para estudar como a amostra interage com a luz. Um polarizador abaixo da amostra deixa passar apenas a luz que vibra em uma única direção. Um analisador acima da amostra é posicionado a 90 graus em relação ao polarizador, de modo que, sem amostra, o campo de visão fica escuro. Essa configuração é chamada de polarizadores cruzados.

Os materiais isotrópicos, como o vidro ou minerais de estrutura cristalina cúbica, têm o mesmo índice de refração em todas as direções e permanecem escuros entre polarizadores cruzados. Os materiais anisotrópicos, ou birrefringentes, dividem a luz em dois raios que se propagam a velocidades diferentes. Quando os raios se recombinam no analisador, eles interferem, e a amostra aparece clara, muitas vezes com cores intensas, sobre o fundo escuro.

Os microscópios de polarização também são chamados de microscópios petrográficos ou geológicos, em referência à sua aplicação mais conhecida.

Como funciona o microscópio de polarização

O microscópio de polarização acrescenta um conjunto de componentes dedicados a um microscópio de luz transmitida:

• Polarizador e analisador: o polarizador fica abaixo do condensador, e o analisador, no trajeto da luz acima das objetivas. Ambos podem ser girados ou colocados na posição cruzada.
• Platina giratória: uma platina circular graduada em graus gira a amostra entre os polarizadores, permitindo observar e medir as posições e os ângulos de extinção.
• Óptica livre de tensões: objetivas e condensadores fabricados sem tensões internas. A óptica comum pode acrescentar birrefringência própria, que apareceria como falso contraste.
• Objetivas centráveis: cada objetiva é centrada no eixo da platina giratória, para que a amostra permaneça no campo de visão durante a rotação.
• Compensadores: uma placa de onda completa (lambda), uma placa de quarto de onda e uma cunha de quartzo são inseridas no trajeto da luz para medir o retardo e identificar as direções lenta e rápida de um cristal.
• Lente de Bertrand: torna visível o plano focal posterior da objetiva para a observação conoscópica, na qual as figuras de interferência ajudam a determinar se um cristal é uniaxial ou biaxial e qual é o seu sinal óptico.

O que diferencia a microscopia de polarização?

A luz polarizada transforma propriedades ópticas em contraste visível. As cores de interferência estão relacionadas à espessura da amostra e à intensidade de sua birrefringência. Ângulos de extinção, pleocroísmo, relevo e figuras de interferência acrescentam, cada um, informações sobre a identidade e a orientação de um cristal.

Isso torna a microscopia de luz polarizada uma técnica ao mesmo tempo qualitativa e quantitativa. Um observador treinado pode identificar um mineral, revelar tensões em uma peça moldada ou medir o retardo com um compensador, tudo no mesmo instrumento e, em geral, sem corar a amostra.

Onde a microscopia de luz polarizada é usada

• Geologia e petrografia: identificação de minerais em lâminas delgadas de rocha e estudo da textura das rochas.
• Ciência dos materiais: exame de polímeros, fibras, cerâmicas e materiais cristalinos, e de padrões de tensão em peças transparentes.
• Química e cristalografia: observação do hábito cristalino, da birrefringência e do crescimento de cristais.
• Materiais de construção: estudo de concreto, agregados e outros materiais de construção.
• Biologia: contraste em estruturas naturalmente ordenadas, como grãos de amido, fibras vegetais e outros materiais biológicos birrefringentes.
• Ensino: ensino de mineralogia óptica e óptica cristalina em cursos de geociências e de materiais.

O que avaliar em um microscópio de polarização

• Objetivas e condensador livres de tensões, para que toda a birrefringência observada pertença à amostra.
• Platina giratória graduada de 360 graus e objetivas centráveis em relação a ela.
• Polarizador giratório e analisador ajustável, removível do trajeto da luz.
• Encaixes para compensadores com placas de onda completa, de quarto de onda e cunha de quartzo.
• Lente de Bertrand para observação conoscópica.
• Iluminação LED homogênea, com alinhamento de Köhler e controle de intensidade.
• Ocular com retículo em cruz para alinhamento e medição de ângulos.
• Cabeçote trinocular, caso seja preciso documentar a observação com uma câmera.

Microscópios de polarização LABOMED

O Lx POL LABOMED® é um microscópio de polarização construído para atender a esses requisitos. Suas objetivas DIN plano-acromáticas da série SF, livres de tensões e com correção infinita (4x, 10x e 40x, com objetiva opcional 100x de imersão em óleo), ficam em um revólver quádruplo invertido, e cada objetiva pode ser centrada individualmente.

• Ampliação de 40x a 400x com as objetivas padrão e de 1000x com a objetiva opcional 100x de imersão em óleo.
• Platina de 160 mm com rotação de 360 graus em incrementos de um grau.
• Polarizador giratório e analisador ajustável com parafusos de centragem, lente de Bertrand focalizável e placas lambda, quarto de lambda e cunha de quartzo.
• Condensador centrável livre de tensões, AN 0,9.
• Iluminação LED com controle de intensidade e diafragma de campo de Köhler.
• Cabeçote binocular ou trinocular Siedentopf, inclinado a 30 graus, com oculares focalizáveis 10x/20 mm e retículo em cruz em uma das oculares.
• No cabeçote trinocular, adaptadores de rosca C para as câmeras LABOMED Vega, Vega 4K e iVu Touch.

Para trabalhos em baixa ampliação com amostras maiores, os microscópios estereoscópicos Luxeo 6Z e Luxeo 6i aceitam um acessório de polarização opcional.

Os microscópios LABOMED são fabricados pela Labotech e comercializados e distribuídos pela Labo America, que pode ajudar você a configurar o Lx POL para o seu laboratório ou a sua sala de aula.

Perguntas frequentes

Para que serve a microscopia de luz polarizada?

Ela é usada para identificar e estudar materiais birrefringentes: minerais em lâminas delgadas de rocha, cristais, polímeros, fibras, cerâmicas e materiais de construção. Também serve para revelar tensões em materiais transparentes e para o ensino de mineralogia óptica.

Qual é a diferença entre um microscópio de polarização e um microscópio comum?

O microscópio de polarização acrescenta um polarizador, um analisador, uma platina giratória graduada, óptica livre de tensões, encaixes para compensadores e, em geral, uma lente de Bertrand. Um microscópio de campo claro comum não tem nenhum desses elementos e, por isso, não consegue mostrar a birrefringência de forma confiável.

Por que os microscópios de polarização precisam de objetivas livres de tensões?

As tensões internas do vidro comum tornam a óptica ligeiramente birrefringente. Entre polarizadores cruzados, isso aparece como um falso contraste que pode ser confundido com a amostra. A óptica livre de tensões mantém o fundo escuro, de modo que apenas a amostra produz contraste.

Para que serve a lente de Bertrand?

A lente de Bertrand permite observar o plano focal posterior da objetiva. Essa observação conoscópica mostra figuras de interferência, que ajudam a determinar se um cristal é uniaxial ou biaxial e qual é o seu sinal óptico.