Polarisationslichtbetrachtung mit hochauflösenden Bildern von Mineralien
Die vergrößerte Betrachtung der in Erzen und Gesteinen enthaltenen Mineralien wird in vielen Bereichen benötigt, z. B. im Anlagenbau in der Ölindustrie, in der Materialforschung in der Bauindustrie und in der Forschung und Entwicklung an Universitäten. In vielen Fällen ist es schwierig, die in den Mineralien enthaltenen Substanzen visuell, mit einer Lupe oder durch andere Betrachtungen auf der Makroebene zu identifizieren, daher werden petrographische Mikroskope verwendet.
In diesem Abschnitt werden die Grundlagen petrographischer Mikroskope beschrieben, typische Objekte der Mineralienbetrachtung erläutert und Beispiele für die Polarisationslichtbetrachtung von Mineralien unter Verwendung unseres Digitalmikroskops vorgestellt.
- Verschiedene Methoden zur Betrachtung von Mineralien für verschiedene Zwecke
- Was ist ein petrographisches Mikroskop?
- Was sind (parallele und gekreuzte) Nicol-Prismen?
- Objekte der Polarisationslichtbetrachtung von Mineralien
- Digitalmikroskop Anwendungsbeispiel für die Polarisationslichtbetrachtung von Mineralien
- Ein Digitalmikroskop, das die Betrachtung und Analyse von verschiedenen Objekten einschließlich Mineralien ermöglicht
Verschiedene Methoden zur Betrachtung von Mineralien für verschiedene Zwecke
Bei der Betrachtung und Identifizierung der Strukturen von Erzen und Gesteinen oder der mikroskopischen Mineralaggregate und Kristallformen in ihren Rissen bei geringer Vergrößerung (weniger als 100x) wird ein Stereomikroskop verwendet, das binokulares Sehen ermöglicht und eine höhere Vergrößerung als eine Lupe (die nur eine Vergrößerung von etwa 10x bietet) aufweist.
Auf der anderen Seite wird eine Probe auf einem Objektträger präpariert und ein petrographisches Mikroskop verwendet, um die Arten und Strukturen der Mineralien in Erzen und Gesteinen zu betrachten. Im Allgemeinen werden Mineralien und ihre Strukturen bei Vergrößerungen von 50x und höher betrachtet und identifiziert.
Was ist ein petrographisches Mikroskop?
Ein petrographisches Mikroskop ist eine Art optisches Mikroskop, das polarisiertes Licht verwendet, das Licht in einer festen Richtung schwingend überträgt, um die Betrachtung mit verschiedenen Schwingungsrichtungen des Lichts je nach Material zu ermöglichen. Ein petrographisches Mikroskop verwendet ein Objektiv mit eingebauten Nicol-Prismen (Polarisationsplatten oder Polarisationsfilter; wird später erklärt) und Beleuchtung.
Allgemeine petrographische Mikroskope verwenden eine polarisierende Platte, das sogenannte polarisierende Nicol-Prisma (Polarisator), um das eingestrahlte Licht in polarisiertes Licht zu verwandeln. Der Status des polarisierten Lichts, das die Probe durchquert hat, wird dann mit dem analysierenden Nicol-Prisma (Analysator), einer weiteren polarisierenden Platte zwischen dem Objektiv und dem Okular, ermittelt. Dieser Status wird in einen Kontrast zwischen hell und dunkel oder zwischen verschiedenen Farben auf dem Messobjekt umgewandelt, wodurch die optischen Eigenschaften des Messobjekts sichtbar werden.
Mit diesem Prinzip lassen sich mikroskopisch kleine Mineralien in Gesteinen identifizieren und Gesteinsstrukturen je nach den optischen Eigenschaften des Minerals unter polarisiertem Licht selektiv erfassen und betrachten. Bei der Betrachtung von Erzen und Gesteinen wird das Messobjekt auf eine Dicke von ca. 0,03 mm zugeschnitten und als Probe auf einem Objektträger präpariert, der auf den Objekttisch gelegt wird, so dass das Licht durch die Probe hindurchgeht.
Da petrographische Mikroskope mikroskopische Messobjekte vergrößern können, um deren optische Eigenschaften zu betrachten, werden diese Geräte nicht nur bei Mineralien eingesetzt, sondern auch bei der Erforschung von verschiedenen Objekten wie Glas, Kunststoffen (Folien usw.), Polymeren, Fasern, polymeren Materialien und der aus polymeren Materialien hergestellten Medizin.
Was sind (parallele und gekreuzte) Nicol-Prismen?
Normales Licht schwingt in verschiedenen Richtungen. Dieses Licht kann so verändert werden, dass es in eine einzige Richtung schwingt (polarisiert), indem man es durch einen Polarisationsfilter (Polarisationsplatte), ein sogenanntes Nicol-Prisma, leitet. Die Änderung der Polarisationsrichtung des Lichts durch Drehen der Probenseite im Verhältnis zum Nicol-Prisma verändert die Schwingungsrichtung des eingefangenen Lichts und ermöglicht so die selektive Erkennung eines bestimmten Messobjekts und seiner Merkmale.
Die beiden typischen Methoden zur Polarisationslichtbetrachtung mit Nicol-Prismen werden im Folgenden dargestellt.
- A
- Licht
- B
- Nicol-Prismen
- C
- Schwingungsrichtungen
Parallele Nicol-Prismen
Dies bezieht sich auf die Betrachtung einer auf einem Objektträger präparierten Probe, bei der die Nicol-Prismen in der gleichen Richtung angeordnet sind, eine Anordnung, die auch als offenes Nicol bezeichnet wird. Wie in der Abbildung links zu sehen ist, wird nur das Licht durchgelassen, das in dieselbe Richtung wie die Nicol-Prismen schwingt.
Gekreuzte Nicol-Prismen
Dies wird auch orthogonales Nicol genannt. Dies bezieht sich auf die Betrachtung einer auf einem Objektträger präparierten Probe, die zwischen zwei Nicol-Prismen platziert wird, die so angeordnet sind, dass die Richtungen, in denen sie das Licht polarisieren, orthogonal sind. Wie in der Abbildung rechts zu sehen ist, wird das Licht, das in Richtungen schwingt, die im rechten Winkel und parallel zu den beiden Nicol-Prismen liegen, nicht durchgelassen. Obwohl die Überlappung dieser beiden Nicol-Prismen ein schwarzes Bild ergibt, kann Licht durch die gekreuzten Nicol-Prismen hindurchtreten und je nach Schwingungsrichtung des Lichts von der zwischen den Prismen platzierten Probe betrachtet werden.
Objekte der Polarisationslichtbetrachtung von Mineralien
In diesem Abschnitt werden typische Betrachtungsobjekte erläutert, um zu zeigen, wie petrographische Mikroskope zur Betrachtung von Mineralien eingesetzt werden.
Mineralformen
Bei der Betrachtung von Erzen oder Gesteinen mit bloßem Auge ist es nur möglich, ihre allgemeine Form zu bestimmen, z. B. säulen- oder brettförmig. Wenn Sie hingegen eine dünne Scheibe des Erzes schneiden, diese Probe auf einem Objektträger präparieren und mit einem petrographischen Mikroskop mit parallelen Nicol-Prismen betrachten, können Sie die Form des Minerals im Querschnitt vergrößern und gezielt betrachten.
Spaltung
Mehrere lineare Risse (Streifen), die parallel verlaufen oder sich in festen Winkeln kreuzen, werden als Spaltung bezeichnet und können bei der Polarisationslichtbetrachtung mit parallelen Nicol-Prismen erkannt werden.
Brechungsindex
Dieser Index, der anzeigt, wie stark das Licht gebrochen wird, kann untersucht werden, wenn das Licht durch ein Mineral fällt. Bei der Betrachtung mit einem petrographischen Mikroskop kann der Brechungsindex untersucht werden, indem man prüft, ob parallele Nicol-Prismen die Risse (Streifen) auf und die Kontur des Minerals als deutliche schwarze Stellen erscheinen lassen.
Pleochroismus
Wenn ein Mineral, dessen Farbe überprüft werden kann, seine Farbe ändert, wenn die Probe unter polarisiertem Licht mit parallelen Nicol-Prismen gedreht wird, wird dieses Phänomen als Pleochroismus bezeichnet. Bei Farbveränderungen, die auf Pleochroismus zurückzuführen sind, kann dieselbe Farbe bei jeder Drehung des Objekts um 360° zweimal gesehen werden. Bei der Betrachtung von Hornblende mit polarisiertem Licht zum Beispiel erscheinen bei einer Drehung der Probe um 90° abwechselnd hellbraun und dunkelgrünbraun, was auf Pleochroismus hinweist.
Zonale Strukturen
Zonale Strukturen sind Strukturen, bei denen sich die Zusammensetzung eines Einkristalls aufgrund seines Wachstums an der Außenseite (die zuletzt wächst) und der Innenseite (die zuerst wächst) unterscheidet. Diese Strukturen findet man häufig in Mineralien wie Plagioklas und Pyroxen, die in Eruptivgestein enthalten sind. Gekreuzte Nicol-Prismen werden bei der Betrachtung von zonalen Strukturen mit polarisiertem Licht verwendet.
Interferenzfarbe
Jedes Mal, wenn das Präparat bei der Polarisationslichtbetrachtung mit gekreuzten Nicol-Prismen um 360° gedreht wird, wechselt das Bild viermal zwischen hell und dunkel. Die Position, an der das Bild am hellsten erscheint, wird als diagonale Position bezeichnet. Die Farbe des Minerals, die an der diagonalen Position betrachtet werden kann, ist die Interferenzfarbe.
Extinktionswinkel
Jedes Mal, wenn die Probe bei der Polarisationslichtbetrachtung mit gekreuzten Nicol-Prismen gedreht wird, erscheinen mehrere Mineralkristalle hell oder dunkel. Bei Mineralien, die während einer Drehung von 360° viermal dunkel erscheinen, ist die dunkelste Position die Extinktionsposition. Der Winkel zwischen dieser Position und der vertikalen Richtung des Sichtfelds ist der Extinktionswinkel.
Positive und negative Ausdehnung
Mit einem Lambda-Filter (empfindliche Farbtestplatte/Vollwellenplatte), der zwischen gekreuzten Nicol-Prismen eingelegt ist, erscheinen bei Drehung der Probe die Risse (Streifen) und dünnen Kanten des Kristalls gelb und blau. Wenn die Z'-Richtung des Lambda-Filters und die Ausdehnungsrichtung des Minerals in etwa übereinstimmen, wenn die Drehung angehalten wird und sich das Messobjekt an einer Position befindet, die es blau erscheinen lässt, ist die Ausdehnung positiv. Wenn die Ausdehnungsrichtung hingegen mit der X'-Richtung übereinstimmt, ist die Ausdehnung negativ.
Kristallzwillinge
Kristallzwillinge bezeichnen systematische Änderungen in der Richtung der Atomanordnung in der Gitterebene in einem Mineralkristall. Bei gekreuzten Nicol-Prismen können nicht-extinkte Teile als gerade helle und dunkle Streifen im Kristall eines Minerals gesehen werden, das eine Kristallzwillingsbildung erfahren hat. Wenn Sie die Probe drehen, werden die hellen und dunklen Teile umgekehrt.
Entmischungsstruktur
Die Entmischungsstruktur (Exsolutionsstruktur) bezieht sich auf eine Struktur, in der ein festes Mineral in dieser Form verbleibt, sich aber bei einer leichten Temperatursenkung in zwei oder mehr Mineralien auflöst (entmischt oder exsolutiert). Die Polarisationslichtbetrachtung dieser Texturen ist mit gekreuzten Nicol-Prismen möglich.
Digitalmikroskop Anwendungsbeispiel für die Polarisationslichtbetrachtung von Mineralien
Bei der Polarisationslichtbetrachtung von Mineralien ist es notwendig, die winkelbedingten Veränderungen in der Betrachtungsmethode deutlich wahrzunehmen. Bei der Betrachtung von Mineralien gibt es jedoch folgende Probleme: Es ist sehr schwierig, die Bedingungen für die durchscheinende Beleuchtung zu bestimmen, es sind Fachkenntnisse, Erfahrung und ein hoher Zeitaufwand erforderlich, und die Auswertungen sind von Beobachter zu Beobachter unterschiedlich.
Die Digitalmikroskope der Modellreihe VHX von KEYENCE verfügen über ein leistungsstarkes optisches System, einen 4K-CMOS-Bilderfassungssensor und ein Betrachtungssystem, das den Zugriff auf verschiedene Funktionen mit einfacher Bedienung ermöglicht.
Darüber hinaus können entsprechend der Betrachtung mit parallelen oder gekreuzten Nicol-Prismen auch bei der Polarisationslichtbetrachtung von Mineralien hochauflösende 4K-Bilder mit einfachen Handgriffen aufgenommen werden, was eine effiziente und schnelle Mineralidentifikation und Strukturbetrachtung ermöglicht.
In diesem Abschnitt wird ein Beispiel für die Polarisationslichtbetrachtung von Mineralien unter Verwendung der Modellreihe VHX vorgestellt.
Polarisationslichtbetrachtung von Mineralien
Das Betrachtungssystem des Digitalmikroskops der Modellreihe VHX bietet eine motorisierte Bewegung des Objekttisches einschließlich Fokussierung und Rotation, was eine genaue und effiziente Polarisationslichtbetrachtung ermöglicht.
Zusätzlich zu diesem System, das eine hohe Funktionalität bei einfacher Bedienung bietet, steht eine Reihe von Objektiven zur Verfügung, die die Bedürfnisse der Beobachter erfüllen und die Betrachtung mit parallelen oder gekreuzten Nicol-Prismen unterstützen.
Mit einem dualen Zoomobjektiv (VH-ZST) können Sie einen großen Vergrößerungsbereich (20x bis 2000x) erreichen, ohne das Objektiv zu wechseln. Die vielfältigen Beleuchtungsmöglichkeiten durch die linsengesteuerte Mischbeleuchtung und verschiedene optische Adapter ermöglichen eine hervorragende Umgebung für die Mineralienbestimmung und die Strukturbetrachtung. Dieses leistungsstarke optische System und die Beleuchtung können zur Aufnahme von Bildern mit einem 4K-CMOS-Bilderfassungssensor verwendet werden, was die Betrachtung von Mineralien mit hochauflösenden 4K-Bildern ermöglicht.
Ein Digitalmikroskop, das die Betrachtung und Analyse von verschiedenen Objekten einschließlich Mineralien ermöglicht
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX bietet eine hohe Leistung und Funktionalität sowie eine hochauflösende 4K-Bildqualität. Es deckt eine breite Palette von Betrachtungsarten ab, darunter Hellfeld, Dunkelfeld, Polarisationslicht und Differential-Interferenz-Kontrast. Die Betrachtung und Analyse von verschiedenen Messobjekten kann automatisch gesteuert werden, was die Forschungsarbeit erheblich unterstützt.
Die Modellreihe VHX ist mit vielen Funktionen ausgestattet, die eine fortschrittliche Betrachtung mit 4K-Bildern möglich machen. Die Multi-Lighting-Funktion optimiert die Bestimmung der Lichtverhältnisse auf Knopfdruck, und die Tiefenzusammensetzung ermöglicht die Aufnahme vollständig fokussierter Bilder des gesamten Sichtfelds, selbst wenn dieses Feld ein dreidimensionales Messobjekt mit hoher Vergrößerung enthält.
Dieses Produkt ermöglicht zudem fortgeschrittene Analysen wie präzise 2D- und 3D-Messungen, die Erfassung und Profilmessung von 3D-Bildern und die automatische Flächenmessung/Zählung mit intuitiver Bedienung.
Zusätzlich kann Excel direkt auf der Modellreihe VHX installiert werden, um automatisch Berichte anhand von Vorlagen zu erstellen. Dieses eine System ist alles, was Sie brauchen, um all Ihre Betrachtungen und Analysen nahtlos und effizient zu unterstützen.
Für weitere Informationen oder Anfragen zur Modellreihe VHX klicken Sie bitte auf die folgenden Schaltflächen.
