Waarneming met gepolariseerd licht en met HR-beelden van mineralen
Vergrote waarneming van de mineralen in ertsen en gesteenten is vereist op een groot aantal gebieden, zoals voor de bouw van installaties in de olie-industrie, materiaalonderzoek in de bouwnijverheid en onderzoek en ontwikkeling aan universiteiten. In een groot aantal gevallen is het moeilijk om stoffen in mineralen visueel, met een loep of met andere waarnemingen op macroniveau te herkennen, zodat petrografische microscopen worden gebruikt.
In dit gedeelte worden de basisprincipes van petrografische microscopen beschreven, wordt uitleg gegeven over kenmerkende punten voor de waarneming van mineralen en worden er voorbeelden gegeven van de waarneming van mineralen met gepolariseerd licht met onze 4K digitale microscoop.
- Verschillende methoden om mineralen waar te nemen voor verschillende doeleinden
- Wat is een petrografische microscoop?
- Wat zijn (parallelle en gekruiste) Nicol-prisma's?
- Punten bij waarneming met gepolariseerd licht van mineralen
- Toepassingsvoorbeeld van de 4K digitale microscoop bij de waarneming met gepolariseerd licht van mineralen
- Een 4K digitale microscoop die de waarneming en analyse van diverse voorwerpen waaronder mineralen verbetert
Verschillende methoden om mineralen waar te nemen voor verschillende doeleinden
Voor het waarnemen en identificeren van de structuren van ertsen en gesteenten of van de microscopisch kleine minerale aggregaten en kristalvormen in de barsten ervan bij zwakke vergrotingen (minder dan 100x) wordt een stereoscopische microscoop gebruikt, die een binoculair zicht biedt en een vergroting heeft die hoger is dan van een loep (die slechts een vergroting van ongeveer 10x heeft).
Anderzijds wordt een specimen geprepareerd op een glasplaatje en wordt een petrografische microscoop gebruikt om de soorten en structuren van de mineralen in ertsen en gesteenten waar te nemen. In het algemeen worden mineralen en de structuren ervan waargenomen en geïdentificeerd bij een vergroting van 50x of meer.
Wat is een petrografische microscoop?
Een petrografische microscoop is een soort optische microscoop die gebruik maakt van gepolariseerd licht, dat licht doorlaat dat in een vaste richting trilt, om afhankelijk van het materiaal waarneming mogelijk te maken met verschillende trillingsrichtingen van het licht. Bij een petrografische microscoop wordt gebruik gemaakt van een lens met geïnstalleerde Nicol-prisma's (polariserende platen of polariserende filters; zie verderop) en verlichting.
Bij een standaard petrografische microscoop wordt een polarisatieplaat gebruikt, het zogenaamde polariserende Nicol-prisma (polarisator), waarmee het uitgestraalde licht wordt omgezet in gepolariseerd licht. De status van het gepolariseerde licht dat door het specimen gaat, wordt vervolgens gedetecteerd met het analyserende Nicol-prisma (analysator), een andere polariserende plaat tussen het objectief en het oculair. Deze toestand wordt omgezet in een contrast tussen licht en donker of tussen verschillende kleuren op het specimen, waardoor de optische eigenschappen van het doel zichtbaar worden.
Dit principe kan worden gebruikt om microscopisch kleine mineralen in gesteenten te identificeren en om gesteentestructuren selectief vast te leggen en waar te nemen aan de hand van de optische eigenschappen van het mineraal onder gepolariseerd licht. Bij het waarnemen van erts en gesteenten wordt het doel gesneden tot een dikte van ongeveer 0,03 mm en geprepareerd als een specimen op een glasplaatje dat op de objecttafel wordt geplaatst, en waarbij het licht door het monster gaat.
Omdat petrografische microscopen microscopisch kleine objecten kunnen vergroten om de optische eigenschappen ervan waar te nemen, worden deze microscopen niet alleen gebruikt voor mineralen, maar ook bij het onderzoek van diverse voorwerpen zoals glas, kunststoffen (folies, enzovoort), polymeren, vezels, polymeermaterialen en de geneesmiddelen die van polymeermaterialen wordt gemaakt.
Wat zijn (parallelle en gekruiste) Nicol-prisma's?
Normaal licht trilt in diverse richtingen. Dit licht kan in één richting gaan trillen (polariseren) door het door een polarisatiefilter (polarisatieplaat), een zogeheten Nicol-prisma, te laten gaan. Door de richting waarin het licht wordt gepolariseerd. te veranderen door de zijde van het specimen ten opzichte van het Nicol-prisma te draaien, verandert de trillingsrichting van het opgevangen licht, waardoor selectieve detectie van een specifiek doel en de eigenschappen ervan mogelijk wordt.
De twee verschillende methoden voor het waarnemen met gepolariseerd licht met behulp van Nicol-prima's worden hieronder weergegeven.
- A
- Licht
- B
- Nicol-prisma's
- C
- Vibratierichtingen
Parallelle Nicol-prisma's
Dit verwijst naar het waarnemen van een specimen dat op een glasplaatje is geprepareerd, met de Nicol-prisma's in dezelfde richting gerangschikt, een opstelling die ook wel open Nicol wordt genoemd. Zoals te zien is in de afbeelding links, passeert alleen het licht dat in dezelfde richting trilt als de Nicol-prisma's.
Gekruiste Nicol-prisma's
Dit wordt ook het orthogonale Nicol genoemd. en verwijst naar het waarnemen van een specimen dat op een glasplaatje is geprepareerd en tussen twee Nicol-prisma's is geplaatst die zo zijn opgesteld dat de richtingen waarin die het licht polariseren, loodrecht op elkaar staan. Zoals te zien is in de afbeelding rechts, passeert niet het licht dat in richtingen trilt die een rechte hoek maken met en evenwijdig lopen aan de twee Nicol-prisma's. Hoewel de overlapping van deze twee Nicol-prisma's een zwart beeld geeft, kan licht door de gekruiste Nicol-prisma's gaan en worden waargenomen, afhankelijk van de trillingsrichting van het licht vanuit het specimen dat tussen de prisma's is geplaatst.
Punten bij waarneming met gepolariseerd licht van mineralen
In dit gedeelte worden kenmerkende waarnemingspunten uitgelegd om te laten zien hoe petrografische microscopen worden gebruikt voor het waarnemen van mineralen.
Minerale vormen
Wanneer erts of gesteente met het blote oog wordt waargenomen, kan alleen de algemene vorm ervan worden vastgesteld zoals kolom- of plaatvormig. Als u daarentegen een dun plakje erts afsnijdt en dat prepareert op een glasplaatje en met een petrografische microscoop met parallelle Nicol-prisma's waarneemt, kunt u de vorm van het mineraal in de dwarsdoorsnede vergroten en dat selectief waarnemen.
Kloven
Meervoudige lineaire barstjes (strepen) die evenwijdig aan elkaar lopen of elkaar onder een vaste hoek kruisen, worden kloven genoemd en kunnen worden waargenomen met gepolariseerd licht en parallelle Nicol-prisma's.
Brekingsindex
Deze index, die de mate van lichtbreking aangeeft, kan worden onderzocht wanneer licht door een mineraal gaat. Bij waarneming met een petrografische microscoop kan de brekingsindex worden onderzocht door na te gaan of parallelle Nicol-prisma's de barstjes (strepen) veroorzaken en de omtrek van het mineraal als duidelijke zwarte tekens laat verschijnen.
Pleochroïsme
Pleochroïsme is wanneer een mineraal waarvan de kleur kan worden gecontroleerd, van kleur verandert als het specimen onder gepolariseerd licht met evenwijdige Nicol-prisma's wordt gedraaid. Bij kleurveranderingen ten gevolge van pleochroïsme kan dezelfde kleur tweemaal worden waargenomen bij elke rotatie van het specimen van 360°. Tijdens bijvoorbeeld het waarnemen van hoornblende met gepolariseerd licht worden door het 90° draaien van het specimen afwisselend lichtbruin en donkergroenbruin zichtbaar, wat wijst op pleochroïsme.
Zonale structuren
Zonale structuren zijn structuren waarbij de samenstelling van een enkel kristal aan de buitenkant (die het laatst groeit) en aan de binnenkant (die het eerst groeit) verschilt als gevolg van die groei. Deze structuren komen vaak voor in mineralen zoals plagioklaas en pyroxeen in stollingsgesteenten. Gekruiste Nicol-prisma's worden gebruikt bij de waarneming van zonale structuren met gepolariseerd licht.
Interferentiekleur
Telkens wanneer het specimen 360° wordt gedraaid tijdens de waarneming met gepolariseerd licht met gekruiste Nicol-prisma's, wisselt het beeld viermaal tussen helder en donker. De positie waar het beeld het helderst lijkt, wordt de diagonaalpositie genoemd. De kleur van het mineraal die kan worden waargenomen op de diagonaalpositie, is de interferentiekleur.
Extinctiehoek
Telkens wanneer het specimen wordt gedraaid tijdens de waarneming met gepolariseerd licht met gekruiste Nicol-prisma's, worden meerdere mineraalkristallen helder of donker weergegeven. Voor mineralen die bij een draaiing van 360° vier keer donkerder worden, is de donkerste positie de extinctiepositie. De hoek tussen deze positie en de verticale richting van het zichtveld is de extinctiehoek.
Positieve en negatieve verlenging
Met een lambda-filter (gevoelige kleurentestplaat/volledige-golfplaat), dat is geplaatst tussen gekruiste Nicol-prisma's, worden door het draaien van het specimen de barsten (strepen) en dunne randen van het kristal geel en blauw. Als de Z-richting van het lambda-filter en de extensierichting van het mineraal grofweg overeenkomen wanneer de rotatie wordt gestopt met het doel op een positie waardoor het er blauw uitziet, is de extensie positief. Als de extensierichting overeenkomt met de X-richting, is de extensie negatief.
Tweeling
Kristaltweeling verwijst naar de systematische veranderingen in de richting van de rangschikking van de atomen aan het kristalrooster in een mineraal. Bij gekruiste Nicol-prisma's kunnen niet-uitgedoofde delen worden gezien als rechte lichte en donkere strepen in het kristal van een mineraal waarin een tweeling is ontstaan. Door het specimen te draaien, worden de lichte en donkere delen omgekeerd.
Exsolutiestructuur
Met exsolutiestructuur wordt een structuur bedoeld waarbij een vast mineraal in deze vorm blijft, maar zich onder een lichte daling van de temperatuur in twee of meer soorten mineralen scheidt (exsolutie ondergaat). Waarneming met gepolariseerd licht van deze structuren is mogelijk met gekruiste Nicol-prisma's.
Toepassingsvoorbeeld van de 4K digitale microscoop bij de waarneming met gepolariseerd licht van mineralen
Bij het waarnemen van mineralen met gepolariseerd licht moeten de veranderingen in de waarnemingsmethode als gevolg van de hoek duidelijk kunnen worden waargenomen. De volgende problemen doen zich echter voor bij het waarnemen van mineralen: het is zeer moeilijk de voorwaarden voor de doorvallende verlichting te bepalen; vakkundigheid, ervaring en heel veel tijd zijn daarbij onontbeerlijk; en de beoordelingen verschillen per waarnemer.
De 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks van KEYENCE is uitgerust met een geavanceerd optisch systeem, een 4K CMOS-beeldsensor en een waarnemingssysteem dat met eenvoudige handelingen toegang biedt tot diverse functies.
Bovendien kunnen in lijn met de waarneming met parallelle of gekruiste Nicol-prisma's op een eenvoudige manier HR 4K-beelden worden verkregen, zelfs tijdens de waarneming van mineralen met gepolariseerd licht, wat een efficiënte en snelle identificatie van mineralen en waarneming van structuren mogelijk maakt.
In dit gedeelte wordt een voorbeeld gegeven van het met de VHX-reeks waarnemen van mineralen met gepolariseerd licht.
Waarneming met gepolariseerd licht van mineralen
Het waarnemingssysteem van de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks heeft een gemotoriseerde objecttafel inclusief scherpstelling en rotatie, waardoor er nauwkeurig en efficiënt kan worden waargenomen met gepolariseerd licht.
Behalve dit zeer functionele en eenvoudig te bedienen systeem heeft deze microscoop ook een aantal lenzen waarmee waarnemingen met parallelle of gekruiste Nicol-prisma's mogelijk zijn.
Met een zoomlens met dubbel objectief (VH-ZST) kan een groot vergrotingsbereik (20x tot 2000x) worden bereikt zonder van de lens te hoeven wisselen. De grote verscheidenheid aan verlichtingsmogelijkheden door de lens gestuurde combinatie van verlichtingen en de diverse optische adapters maakt een uitstekende omgeving mogelijk voor de identificatie van mineralen en de waarneming van structuren. Met dit geavanceerde optische systeem en deze geavanceerde verlichting kunnen beelden met een 4K CMOS-beeldsensor worden vastgelegd, waardoor mineralen met 4K-beelden in hoge resolutie kunnen worden waargenomen.
Een 4K digitale microscoop die de waarneming en analyse van diverse voorwerpen waaronder mineralen verbetert
De 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks staat garant voor uitstekende prestaties en functionaliteit en maakt 4K-beelden met hoge resolutie. Voeg daarbij een groot aantal waarnemingsmodi, waaronder helder veld, donker veld, gepolariseerd licht en differentieel interferentiecontrast. De waarneming en analyse van verschillende doelen kan automatisch worden geregeld, wat het onderzoekswerk aanzienlijk gemakkelijker maakt.
De VHX-reeks is voorzien van veel functies die geavanceerde waarneming met 4K-beelden concreet maken. De functie voor multiverlichting optimaliseert met één druk op een knop de bepaling van de verlichtingscondities en met de functie voor dieptecompositie kunnen volledig scherpe beelden van het hele zichtveld worden vastgelegd, zelfs wanneer dit veld bij sterke vergroting een driedimensionaal doel bevat.
Met deze microscoop zijn ook geavanceerde analyses mogelijk, zoals nauwkeurige 2D- en 3D-metingen op submicrometerniveau, verwerving en profielmeting van 3D-beelden en automatische meting/telling van gebieden dankzij een intuïtieve bediening.
Excel kan bovendien op de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks worden geïnstalleerd waardoor er aan de hand van sjablonen automatisch rapporten kunnen worden gemaakt. Dit ene apparaat is alles wat u nodig hebt om al uw waarnemings- en analysewerk naadloos en efficiënt te kunnen doen.
Klik op de onderstaande knoppen voor aanvullende informatie of vragen over de VHX-reeks.
