Pozorování polarizovaným světlem pomocí obrazů minerálů s vysokým rozlišením
Pozorování obrazu minerálů v rudách a horninách pod zvětšením je vyžadováno v řadě oblastí, například při stavbě výrobních provozů v ropném průmyslu, výzkumu materiálů ve stavebním průmyslu a výzkumu a vývoji na univerzitách. V mnoha případech je obtížné rozpoznat látky obsažené v minerálech pod lupou nebo pomocí jiných pozorování na makroskopické úrovni. Z tohoto důvodu se používají petrografické mikroskopy.
Tato část popisuje základy petrografických mikroskopů, vysvětluje obvyklé postupy pozorování minerálů a uvádí příklady pozorování minerálů polarizovaným světlem s použitím našeho digitálního 4K mikroskopu.
- Různé metody pozorování minerálů pro různé účely
- Co je petrografický mikroskop?
- Co jsou Nicolovy hranoly (paralelní a křížové)?
- Postupy pozorování minerálů polarizovaným světlem
- Příklad použití digitálního 4K mikroskopu při pozorování minerálů polarizovaným světlem
- Digitální 4K mikroskop, který umožňuje pozorování a analýzu různých objektů včetně minerálů
Různé metody pozorování minerálů pro různé účely
Při pozorování a rozpoznávání struktur rud a hornin či mikroskopických shluků minerálů a krystalových forem v jejich trhlinách při malých zvětšeních (méně než 100×) se používá stereoskopický mikroskop. Tento mikroskop má dva okuláry a nabízí větší zvětšení než lupa (která má zvětšení pouze asi 10×).
Naproti tomu při pozorování typů a struktur minerálů v rudách a horninách je vorek připraven na sklíčku a používá se petrografický mikroskop. Minerály a jejich struktury se obvykle pozorují a rozpoznávají při zvětšeních 50× a větších.
Co je petrografický mikroskop?
Petrografický mikroskop je druh optického mikroskopu, který využívá polarizované světlo. Polarizované světlo přenáší kmity světelných vln v pevně daném směru, což umožňuje pozorování pomocí různých směrů kmitání světelných vln v závislosti na materiálu. Petrografický mikroskop využívá objektiv s nainstalovanými Nicolovy hranoly (polarizačními deskami nebo polarizačními filtry, jak bude vysvětleno později) a osvětlení.
Běžné petrografické mikroskopy využívají ke změně vyzářeného světla na polarizované světlo polarizační desku zvanou polarizační Nicolův hranol (polarizátor). Stav polarizovaného světla, které projde skrz vzorek, je následně detekován Nicolovým hranolem pro analýzu (analyzátorem), což je další polarizační deska mezi čočkou objektivu a okem pozorovatele. Tento stav je převeden na kontrast mezi světlem a tmou nebo mezi různými barvami vzorku. Tím dojde ke zviditelnění optické charakteristiky objektu.
Tento princip lze použít k rozpoznávání mikroskopických minerálů obsažených v horninách a k selektivnímu snímání a pozorování struktur hornin v souladu s optickým vlastnostmi minerálu za působení polarizovaného světla. Při pozorování rud a hornin je objekt rozřezán na tloušťku přibližně 0,03 mm a připraven jako vzorek na sklíčko položené na inspekční plochu. Tím je zajištěn průchod světla vzorkem.
Protože petrografické mikroskopy dokážou zvětšit mikroskopické objekty, aby bylo možno pozorovat jejich optické vlastnosti, nepoužívají se tyto přístroje pouze s minerály, ale také ve výzkumu různých materiálů, jako je sklo, plasty (fólie apod.), polymery, vlákna, polymerní materiály a léky vyrobené z polymerních materiálů.
Co jsou Nicolovy hranoly (paralelní a křížové)?
Vlny normálního světla kmitají v různých směrech. Takové světlo lze změnit tak, aby jeho vlny kmitaly v jednom (polarizovaném) směru. Toho docílíme průchodem světla skrz polarizační filtr (polarizační desku) zvaný Nicolův hranol. Otočením strany vzorku vůči Nicolovu hranolu změníme směr polarizace světla, a tím změníme směr kmitů vln zachyceného světla. Umožníme tak selektivní detekci určitého objektu a jeho charakteristik.
Níže jsou uvedeny dva druhy běžně používaných metod pozorování polarizovaným světlem s použitím Nicolových hranolů.
- A
- Světlo
- B
- Nicolovy hranoly
- C
- Směry kmitání světelných vln
Paralelní Nicolovy hranoly
Označuje pozorování vzorku připraveného na sklíčku pomocí Nicolových hranolů uspořádaných ve stejném směru. Toto uspořádání se nazývá také otevřený Nicol. Jak znázorňuje obrázek vlevo, pouze prošlé světelné vlny kmitají ve stejném směru jako Nicolovy hranoly.
Křížové Nicolovy hranoly
Nazývá se také kolmý Nicol. Označuje pozorování vzorku připraveného na sklíčku a umístěného mezi dva Nicolovy hranoly uspořádané tak, že směry, ve kterých polarizují světlo, jsou na sebe navzájem kolmé. Jak znázorňuje obrázek vpravo, světelné vlny kmitající ve směrech, které jsou kolmo a souběžně ke dvěma Nicolovým hranolům, skrz vzorek neprojdou. Ačkoliv překryv těchto dvou Nicolových hranolů má za následek černý obraz, může světlo procházet křížovými Nicolovými hranoly a lze jej pozorovat v závislosti na směru kmitáních světelných vln ze vzorku umístěného mezi hranoly.
Postupy pozorování minerálů polarizovaným světlem
Tato část vysvětluje běžné postupy pozorování a ukazuje použití petrografických mikroskopů při pozorování minerálů.
Tvary minerálů
Pokud pozorujeme rudy nebo horniny volným okem, dokážeme určit pouze jejich základní tvar, například že mají sloupcovitý nebo deskovitý tvar. Naproti tomu pokud vyřízneme tenkou vrstvu rudy, připravíme takový vzorek na sklíčko a pomocí petrografického mikroskopu jej pozorujeme s paralelními Nicolovými hranoly, můžeme zvětšit tvar minerálu v řezu a pozorovat jej selektivně.
Štěpný lom
Více lineárních trhlin (proužků), které jsou rovnoběžné nebo se kříží v pevných úhlech, se nazývají štěpný lom. Štěpný lom lze pozorovat polarizovaným světlem s paralelními Nicolovými hranoly.
Index lomu
Tento index, který označuje stupeň lomu světla, lze studovat při průchodu světla minerálem. V případě pozorování petrografickým mikroskopem lze index lomu studovat také kontrolou, zda paralelní Nicolovy hranoly způsobují, že se trhliny (proužky) na obrysu minerálů jeví jako jasné černé stopy.
Pleochroizmus
Pleochroizmus je jev, při němž se změní barva minerálu, kterou lze ověřit, v důsledku natočení vzorku v polarizovaném světle s paralelními Nicolovými hranoly. Když lze barevné změny přisoudit pleochroizmu, lze stejnou barvu pozorovat dvakrát při každém otočení vzorku o 360°. Například při pozorování rohovce polarizovaným světlem způsobí otočení vzorku o 90° střídání světlehnědé a tmavé zelenohnědé barvy, což naznačuje pleochroizmus.
Zonální struktury
Zonální struktury jsou struktury, v nichž se složení jednoho krystalu liší v důsledku růstu na vnějšku (který roste rychleji) a na vnitřku (který roste jako první). Tyto struktury se obvykle vyskytují v minerálech, jako je plagioklas a pyroxen, obsažených ve vyvřelých horninách. K pozorování zonálních struktur polarizovaným světlem se používají křížové Nicolovy hranoly.
Interferenční barva
Při každém otočení vzorku o 360° během pozorování polarizovaným světlem s křížovými Nicolovými hranoly se obraz čtyřikrát změní ze světlého na tmavý. Poloha, v níž se obraz jeví nejsvětlejší, se nazývá diagonální poloha. Barva minerálu pozorovaná v diagonální poloze je interferenční barvou.
Úhel vymizení
Při každém otočení vzorku během pozorování polarizovaným světlem s křížovými Nicolovými hranoly se vícero krystalů minerálů jeví jako světlé nebo tmavé. U minerálů, které se během otočení o 360° jeví jako tmavé čtyřikrát, je nejtmavší poloha polohou vymizení. Úhel mezi touto polohou a svislým směrem v zorném poli je úhel vymizení.
Kladné a záporné prodloužení
Pokud mezi křížové Nicolovy hranoly vložíme lambda filtr (citlivá barevná zkušební destička / plnovlnná destička), budou se v důsledku otočení vzorku jevit trhliny (proužky) a tenké hrany krystalu jako žluté a modré. Pokud směr Z lambda filtru přibližně souhlasí se směrem prodloužení minerálu, když se otáčení zastaví a objekt je v poloze, v níž se jeví jako modrý, pak je prodloužení kladné. Naproti tomu pokud směr prodloužení souhlasí se směrem X, je prodloužení záporné.
Twinning krystalů
Twinning krystalů označuje systematické změny směru uspořádání atomů v rovině krystalové mřížky minerálu. V případě křížových Nicolových hranolů lze nevymizelé oblasti pozorovat jako přímé světlé a tmavé proužky v krystalu minerálu, který prošel twinningem krystalů. Otočením vzorku dojde k obrácení světlých a tmavých oblastí.
Struktura exsoluce
Struktura exsoluce označuje strukturu, v níž pevný minerál zůstává v této formě, ale při mírném zvýšení teploty se odděluje (prochází exsolucí) do dvou nebo více druhů minerálů. Tyto struktury lze pozorovat polarizovaným světlem s použitím křížových Nicolových hranolů.
Příklad použití digitálního 4K mikroskopu při pozorování minerálů polarizovaným světlem
Při pozorování minerálů polarizovaným světlem je nezbytné jasně vnímat změny způsobu pozorování v důsledku úhlu. Při pozorování minerálů se však vyskytují určité problémy – je velmi obtížné určit podmínky průchozího světla, jsou vyžadovány odborné znalosti, zkušenosti a velké množství času a hodnocení se liší v závislosti na pozorovateli.
Digitální 4K mikroskop KEYENCE řady VHX využívá výkonnou optickou soustavu, obrazový senzor CMOS s rozlišením 4K a pozorovací stojan, který nabízí nejrůznější snadno ovladatelné funkce.
Kromě toho lze pořizovat snímky ve vysokém rozlišení 4K, podobně jako u pozorování pomocí paralelních nebo křížových Nicolových hranolů. K tomuto účelu slouží jednoduché operace, které lze provádět dokonce i během pozorování minerálů polarizovaným světlem, což umožňuje efektivní a rychlé rozpoznávání minerálů a pozorování struktur.
Tato část uvádí příklad pozorování minerálů polarizovaným světlem s použitím mikroskopu řady VHX.
Pozorování minerálů polarizovaným světlem
Pozorovací stojan digitálního 4K mikroskopu řady VHX zajišťuje motorizovaný posun inspekční plochy, který zahrnuje zaměřování a otáčení. To umožňuje přesné a účinné pozorování polarizovaným světlem.
Kromě tohoto systému, který poskytuje výkonné a snadno ovladatelné funkce, je k dispozici řada objektivů. Tyto objektivy splní potřeby obsluhy a podporují pozorování s použitím paralelních nebo křížových Nicolových hranolů.
Duální objektiv (VH-ZST) lze použít k dosažení širokého rozsahu zvětšení (20× až 2000×), aniž by bylo nutné vyměňovat objektiv. Široké možnosti osvětlení zajištěné smíšeným osvětlením řízeným objektivem a různými optickými nástavci umožňují vytvořit kvalitní prostředí pro rozpoznávání minerálů a pozorování struktur. Tuto vysoce výkonnou optickou soustavu s osvětlením lze použít ke snímání obrazů pomocí obrazového senzoru CMOS s rozlišením 4K. Lze tak pozorovat minerály s využitím obrazů ve vysokém rozlišení 4K.
Digitální 4K mikroskop, který umožňuje pozorování a analýzu různých objektů včetně minerálů
Digitální 4K mikroskop řady VHX nabízí vysoký výkon a funkčnost a je schopen zajistit kvalitní obraz s vysokým rozlišením 4K. Pokrývá širokou škálu režimů pozorování, mezi které patří světlé pole, temné pole, polarizované světlo a diferenciální interferenční kontrast. Pozorování a analýzu různých objektů lze řídit automaticky, což značně usnadňuje proces zkoumání.
Mikroskop řady VHX je vybaven mnoha funkcemi, které umožňují provádět pokročilé pozorování pomocí obrazů v rozlišení 4K. Funkce vícenásobného osvětlení umožňuje stisknutím tlačítka optimalizovat určení světelných podmínek. Funkce hloubkové kompozice umožňuje pořizovat plně zaostřené obrazy celého zorného pole, i když je součástí tohoto pole třírozměrný objekt ve velkém zvětšení.
Tento výrobek také umožňuje provádět pokročilé analýzy, jako jsou přesná submikronová 2D a 3D měření, pořizování a měření profilu 3D obrazů a automatické počítání a měření oblasti pomocí intuitivních operací.
Kromě toho lze do mikroskopu řady VHX nainstalovat aplikaci Excel za účelem automatického vytváření zpráv pomocí šablon. Tento jediný přístroj představuje vše, co potřebujete k bezproblémovému a efektivnímu pozorování a provádění analýz.
Pokud máte další dotazy k řadě VHX, klikněte na tlačítka níže.
