Ásványok nagy felbontású képek segítségével történő polarizációs vizsgálata
Az ércekben és a kőzetekben lévő ásványok nagyított megfigyelésére több területen is szükség van: például az olajiparban az üzemek építése során, az építőiparban az anyagkutatás során, vagy az egyetemeken folyó kutatás és fejlesztés során. Legtöbbször egyszerű szemrevételezéssel, nagyítóval vagy makroszintű megfigyelésekkel nehéz beazonosítani az ásványokban lévő anyagokat, ezért legtöbbször petrográfiai mikroszkópot használnak.
Ebben a részben felvázoljuk a petrográfiai mikroszkópokat érintő alapvető ismereteket, bemutatjuk az ásványok esetén tipikusan megfigyelt tulajdonságokat, és példákat is felhozunk az ásványok 4K-s digitális mikroszkóppal történő polarizációs vizsgálatára.
- Mikor milyen megfigyelési módszert kell használni?
- Mit nevezünk petrográfiai mikroszkópnak?
- Mik azok a (párhuzamos vagy keresztezett) Nikol-féle prizmák?
- Az ásványok polarizációs vizsgálattal megfigyelt tulajdonságai
- Példák a 4K-s digitális mikroszkóp felhasználására az ásványok polarizációs vizsgálata során
- 4K-s digitális mikroszkóp, amely lehetővé teszi a különféle objektumok – például az ásványok – megfigyelését és elemzését
Mikor milyen megfigyelési módszert kell használni?
Ha az ércek és kőzetek szerkezetének, illetve azok repedéseiben lévő mikroszkopikus ásványi aggregátumok és kristályformák kis nagyítással (100×-osnál kisebb nagyítású) történő megfigyeléséről és azonosításáról van szó, sztereoszkópikus mikroszkópot kell használni, hiszen ez az eszköz binokuláris képet biztosít, és nagyobb nagyítást tesz lehetővé, mint egy nagyító (amely csak körülbelül 10×-es nagyítást biztosít).
Viszont ha az ércekben vagy kőzetekben lévő ásványok szerkezetét vagy fajtáját kell megvizsgálni, akkor a mintát egy üveg tárgylemezre kell helyezni és petrográfiai mikroszkópot érdemes használni. Általában az ásványok és azok szerkezetének megfigyeléséhez és azonosításához 50×-es vagy nagyobb nagyítást használunk.
Mit nevezünk petrográfiai mikroszkópnak?
A petrográfiai mikroszkóp egy olyan optikai mikroszkóp, amely polarizált fényt használ. Rögzített irányba rezgő fényt sugároz, ami lehetővé teszi, hogy a megfigyeléshez az anyagtól függően különböző rezgési irányokba sugározza a fényt. A petrográfiai mikroszkóp egy Nikol-féle prizmákkal (polarizált lemezek vagy polárszűrők, ezekről később lesz szó) ellátott objektívet és megfelelő megvilágítást használ.
Az általános petrográfiai mikroszkópok egy Nikol-féle prizmának (polarizálónak) nevezett polarizált lemez segítségével alakítják a besugárzott fényt polarizált fénnyé. A mintán áthaladó polarizált fény állapotát ezután az elemző Nikol-féle prizma (analizátor) érzékeli, amely egy másik polarizáló lemez az objektívlencse és a szemlencse között. Következő lépésben pedig az érzékelt állapot a világos és a sötét (vagy a mintán lévő különböző színek) közötti kontraszttá alakul, és megjelennek a target optikai jellemzői.
Ez az elv felhasználható a kőzetekben található mikroszkopikus ásványok beazonosítására, valamint a kőzetszerkezetek szelektív fényképezésére és megfigyelésére – mindez pedig a polarizációs fénnyel megvilágított ásvány egyéni optikai tulajdonságainak megfelelően mehet végbe. Az ércek és a kőzetek megfigyeléséhez a céltárgyat először kb. 0,03 mm vastagra vágják, majd felhelyezik a tárgyasztalon lévő tárgylemezre, biztosítva a megfelelő megvilágítást is.
Mivel a petrográfiai mikroszkópok segítségével nagyítva lehet vizsgálni a céltárgyak optikai tulajdonságait, ezért ezeket az eszközöket nem csak ásványok megfigyelésére használják, hanem például üveget, műanyagokat (fóliát, stb.), polimereket és polimer szálakat és -anyagokat, valamint a polimer anyagokból készült gyógyszereket is ezzel vizsgálják.
Mik azok a (párhuzamos vagy keresztezett) Nikol-féle prizmák?
A normál fény különböző irányokban vibrál. Azonban ha a fény áthalad egy Nikol-féle prizmának nevezett polarizáló szűrőn (polarizáló lemezen), akkor a fény csak egy irányba fog vibrálni. Ha a Nikol-féle prizmához képest elforgatjuk a mintát, akkor más irányból lesz a fény polarizálva, mivel megváltozik a fény vibrációs iránya. Ez lehetővé tesz a különböző céltárgyak és azok tulajdonságainak szelektív észlelését.
A Nikol-féle prizmával végzett általános polarizációs megfigyelési módszerek két típusa az alábbiakban kerül bemutatásra.
- A
- Fény
- B
- Nikol-féle prizmák
- C
- Rezgésirányok
Párhuzamos Nikol-féle prizmák
Ez egy tárgylemezre készített minta megfigyelésére vonatkozik, amelyben a Nikol-féle prizmák azonos irányban vannak elhelyezve. Ezt az elrendezést nyitott Nikolnak is nevezik. Ahogy a bal oldali ábra is mutatja, csak a Nikol-féle prizmával azonos irányba vibráló fény megy tovább.
Keresztezett Nikol-féle prizmák
Ezt merőleges Nikolnak is nevezik. Ez egy tárgylemezre készített és két Nikol-féle prizma közé helyezett minta megfigyelésére utal, amelyek úgy vannak elrendezve, hogy a fény polarizálásának iránya merőleges legyen. Ahogy a jobb oldali ábrán látható, a két Nikol-féle prizmával merőleges irányban illetve párhuzamosan rezgő fény nem megy át. Bár a két Nikol-féle prizma átfedése fekete képet eredményez, a fény áthaladhat a keresztezett Nikol-féle prizmákon, és a prizmák közé helyezett minta felől érkező fény rezgési irányától függően meg is lehet figyelni azt.
Az ásványok polarizációs vizsgálattal megfigyelt tulajdonságai
Ebben a részben ismertetjük a tipikus megfigyelt tulajdonságokat, hogy bemutassuk, hogyan használhatók a petrográfiai mikroszkópok az ásványok megfigyelésére.
Az ásványok formája
Ha az érceket vagy a kőzeteket szabad szemmel figyeljük meg, akkor csak az általános formát lehet meghatározni (például oszlop- vagy tábla alakú, stb.). Ha viszont levágunk egy vékony szeletet az ércből, ezt a mintát egy tárgylemezre tesszük, és petrográfiás mikroszkóp segítségével párhuzamos Nikol-féle prizmákkal megvizsgáljuk, akkor a keresztmetszetnél nagyítás alatt pontosabban is megfigyelhetjük az ásvány alakját.
Hasadás
A több párhuzamos vagy fix szögben keresztező lineáris repedést (csíkot) hasadásnak nevezzük, és párhuzamos Nikol-féle prizmákkal végzett polarizáló megfigyeléssel vizsgáljuk.
Törésmutató
Az a mutató, amely a fény megtörésének mértékét jelzi. Akkor vizsgálható, amikor a fény áthalad az ásványon. Petrográfiás mikroszkóppal végzett megfigyelés során a törésmutatót úgy lehet vizsgálni, hogy ellenőrizzük, hogy a párhuzamos Nikol-féle prizmákkal folytatott vizsgálat során az ásványon és az ásvány kontúrjában lévő repedések (csíkok) tiszta fekete foltként jelennek-e meg.
Pleokroizmus
Ha párhuzamos Nikol-féle prizmákkal végzett megfigyelés során a poláris fény alatti forgatás hatására az ellenőrizhető ásvány színe megváltozik, pleokroizmusról beszélhetünk. A pleokroizmus alatt értendő színváltozás esetén a minta 360°-os elforgatása során minden szín kétszer jelenik meg. Például az amfibol polarizált fényes megfigyelése során a minta 90°-os elforgatása során a világosbarna és a sötétzöldesbarna színek felváltva jelennek meg, ami pleokroizmusra utal.
Zónásság
A zónásság az ásvány szerkezeti felépítésére utal: egy kristálynak más összetételű a külseje (tehát az a rész, ami legkésőbb alakult ki) és a belseje (az a rész, ami legkorábban alakult ki). A különbségek a növekedési folyamat hatására jönnek létre. A zónásság általában olyan ásványokban fordul elő, mint a plagioklász és a magmás kőzetben található piroxén. A zónásság polarizációs megfigyelése során keresztezett Nikol-féle prizmákat használnak.
Interferencia színe
Minden alkalommal, amikor a mintát 360°-kal elforgatják a keresztezett Nikol-féle prizmákkal végzett polarizációs megfigyelés során, a kép kétszer sötétedik el és kétszer lesz újra világos. Azt a pozíciót, amelyben a kép a legvilágosabbnak tűnik, átlós pozíciónak nevezzük. Az átlós pozícióban az interferenciaszínt vizsgálhatjuk meg.
Kioltási szög
Minden alkalommal, amikor a mintát 360°-kal elforgatják a keresztezett Nikol-féle prizmákkal végzett polarizációs megfigyelés során, több ásványi kristály is világos vagy sötét képet mutat. Az olyan ásványok esetén, amelyek 360°-os elforgatás közben négyszer mutatnak sötét képet, a legsötétebb pozíció lesz a kioltási pozíció. A kioltási pozíció és a látómező függőleges iránya közötti szöget nevezzük kioltási szögnek.
Pozitív- és negatív kiterjesztés
Ha lambdaszűrőt (érzékeny színtesztlemezt/teljeshullámú lemezt) helyezünk a keresztezett Nikol-féle prizmák közé, a minta forgatásának hatására a kristály repedései (a csíkok) és vékony szélei sárgának és kéknek tűnnek. Ha a lambda szűrő Z' iránya és az ásvány kiterjesztésének iránya nagyjából megegyezik amikor a forgást leállítjuk, és a target akkor éppen olyan pozícióban van, amilyenben kéknek tűnik, akkor a kiterjesztés pozitív. Ellenben amikor a kiterjesztés iránya az X' tengely irányával egyezik meg, akkor a kiterjesztés negatív.
Ikerképződés
Az ikerképződés az atomok elrendezési irányának szisztematikus megváltoztatására utal egy ásványkristály rácssíkjában. A keresztezett Nikol-féle prizmákkal a ki nem oltott részek egyenes világos és sötét csíkokként jelennek meg egy ikerképződésen átesett ásvány kristályos részeiben. A minta elforgatása invertálja a világos és sötét részeket.
Szételegyedési állag
A szételegyedési állag olyan szerkezetre utal, amelyben egy szilárd ásvány megtartja a formáját, de enyhe hőmérsékletcsökkenés mellett két vagy több fajta ásványra válik szét (szételegyedik). A keresztezett Nikol-féle prizmákkal lehetséges az ilyen állagok polarizációs megfigyelése.
Példák a 4K-s digitális mikroszkóp felhasználására az ásványok polarizációs vizsgálata során
Az ásványok polarizációs megfigyelése során elengedhetetlen a megfigyelési módszer szögbeli változásokból adódó változásainak pontos követése. Az ásványok megfigyelése során azonban olyan problémákkal kell megbirkózni, mint az átvitt megvilágítás feltételeinek megvalósítási nehézségei, a folyamat szakképzettség- és tapasztalatbeli igényei, a folyamat hosszadalmassága, és a különböző megfigyelők által mért más és más eredmények.
A KEYENCE VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkópja nagy teljesítményű optikai rendszert, 4K-s CMOS-képérzékelőt, és egy olyan megfigyelőrendszert használ, ami nem csak funkciókban gazdag, de könnyen kezelhető is.
Továbbá a párhuzamos vagy a keresztezett Nikol-féle prizmákkal történő megfigyeléshez hasonlóan egyszerű műveletekkel nagy felbontású 4K-s képek készíthetők még az ásványok polarizált fénnyel történő megfigyelése során is, ami hatékony és gyors ásványazonosítást és szerkezetmegfigyelést tesz lehetővé.
Ebben a részben bemutatunk egy esetet arra, hogyan használható a VHX sorozatú mikroszkóp az ásványok polarizációs megfigyelésére.
Az ásványok polarizációs vizsgálata
A VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkóp megfigyelési rendszere motorizált tárgyasztalmozgatást is lehetővé tesz (beleértve a fókuszálást és az elforgatást), így biztosítva a pontos és hatékony polarizációs megfigyelést.
Ezen a rendszeren kívül – amely egyszerű műveletekkel kiváló funkcionalitást biztosít – objektívek egész sora áll készen a megfigyelők igényének kielégítésére. Ezek támogatják a párhuzamos vagy keresztezett Nikol-féle prizmákkal történő megfigyelést is.
Egy kettős objektívvel ellátott zoom lencse (VH-ZST) segítségével hatalmas nagyítási tartomány (20×-ostól egészen 2000×-esig) érhető el – és még csak objektívet sem kell cserélni! Az objektívvel vezérelt vegyes megvilágítás és a különféle optikai adapterek által biztosított megvilágítási lehetőségek széles választéka kiváló környezetet biztosít az ásványok azonosításához és szerkezeti megfigyeléséhez. Ezzel a nagy teljesítményű optikai rendszerrel és a kiváló megvilágítással felhasználhatja a 4K-s CMOS-képérzékelőt is a képkészítéshez, így lehetővé téve az ásványok nagy felbontású, 4K-s képekkel történő megfigyelését.
4K-s digitális mikroszkóp, amely lehetővé teszi a különféle objektumok – például az ásványok – megfigyelését és elemzését
A VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkóp nagy teljesítményt és kiváló funkcionalitást biztosít, valamint akár nagy felbontású 4K-s képek készítésére is alkalmas. Megtekintési módok széles választékát támogatja, köztük a világos látóteret, a sötét látóteret, a polarizációs megfigyelést, és a differenciál interferencia kontrasztot is. A különböző céltárgyak megfigyelése és elemzése automatikusan vezérelhető, ami nagyon hasznos a kutatómunka során.
A VHX sorozat mikroszkópjai számos olyan funkcióval rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik a 4K-s képekkel történő speciális vizsgálatokat. A többszörös megvilágítás funkció segítségével egy gombnyomásra meghatározhatja az optimális fényviszonyokat, a mélységkompozíció funkció pedig lehetővé teszi a tökéletesen fókuszált képek rögzítését a teljes látómezőről, még akkor is, ha a látómezőben nagy nagyítás alatti háromdimenziós target van.
A mikroszkóp segítségével intuitív műveletekkel végezhet olyan speciális elemzéseket is, mint a pontos szubmikrométer szintű 2D-s és 3D-s mérések, a 3D-s képek készítése és profilmérése, és az automatikus területmérés/részecskeszámlálás.
Emellett az Excel közvetlenül telepíthető a VHX sorozat mikroszkópjaira, ezáltal lehetővé téve a sablonok alapján történő jelentéskészítést. Ez tehát egy olyan eszköz, ami önmagában maradéktalanul kielégít minden megfigyelési és elemzési igényt.
Ha többet szeretne megtudni a VHX sorozatról, vagy ha bármilyen kérdése van, kattintson az alábbi gombra.
