Mikroskop polaryzacyjny – zasada działania i zastosowanie.

Mikroskop polaryzacyjny to typ mikroskopu optycznego, znajdujący zastosowanie przy badaniu próbek wykazujących aktywność optyczną (anizotropowych). Mówiąc bardzo ogólnie, anizotropia, poza cieczami, gazami czy kryształami o kubicznej strukturze, jest charakterystyczna dla większości stałych substancji. Podstawowym elementem takiego mikroskopu jest para polaryzatorów, skrzyżowanych względem siebie pod kątem 90 stopni. Pierwszy z nich – zwany polaryzatorem – umieszczony jest zwykle tuż za źródłem światła, podczas gdy drugi – zwany analizatorem – znajduje się za obiektywem mikroskopu. Dzięki takiemu rozwiązaniu, przez próbkę przechodzi spolaryzowane liniowo światło. Jeżeli próbka nie wykazuje aktywności optycznej, zostaje ono pochłonięte przez analizator. Ten sam efekt można łatwo zaobserwować, dysponując dwoma filtrami polaryzacyjnymi: przykładając obydwa do siebie i obracając jednym z nich, w pewnej pozycji – gdy osie transmisji polaryzatorów są do siebie prostopadłe – następuje całkowite wygaszenie przechodzącego przez nie światła. Kiedy natomiast pomiędzy polaryzatorami znajdzie się ośrodek aktywny optycznie,  skręca on płaszczyznę polaryzacji światła umożliwjając jego transmisję przez analizator.

Na obrazku poniżej pokazane jest jak kryształy soli kuchennej (A, C) oraz cukru – sacharozy (B, D) zachowują się w jasnym polu (A, B) oraz w polaryzacji (C, D). Brak aktywności optycznej preparatu, jakim jest krystaliczna sól kuchenna powoduje, że spolaryzowane światło nie ulega skręceniu i w całości jest pochłaniane przez analizator. Inaczej zachowuje się sacharoza, która skręca światło, umożliwiając jego przepuszczenie przez analizator.

Ten typ mikroskopu znajduje ogromne zastosowanie w przemyśle szklarskim i włókienniczym, jest niezastąpiony przy badaniach geologicznych, w krystalografii, czy metalografii. Świetnie nadaje się też do badania ciekłych kryształów oraz wyznaczania ich przejść fazowych. Co ciekawe, oprócz analiz jakościowych, umożliwia również pomiary o charakterze ilościowym – np. wyznaczenia suchej masy komórek.

Jak zbudować?

Podobnie jak przy mikroskopie ciemnego pola, o którego budowie pisałem już poradach, jest to sprawa wybitnie prosta. Sprowadza się do umieszczenia dwóch filtrów polaryzacyjnych  na drodze optycznej – jednego przed, a drugiego za próbką. Ja użyłem do tego dwóch starych polaryzacyjnych filtrów fotograficznych, umieszczając jeden z nich na podświetleniu, tuż pod kondensorem, drugi natomiast w tubusie, pomiędzy obiektywem a okularem (lub aparatem).  Na zdjęciu analizator schowany jest wewnątrz adaptera, pomocnego przy sprzęganiu mikroskopu z aparatem.

Może cały układ nie wygląda tak przepięknie jak najnowsza seria polaryzacyjnych Eclipse’ów Nikona, ale do domowych zabaw wystarcza w zupełności. Więcej przykładów znajdziecie w tych postach

Program można pobrać ze strony: http://hadleyweb.pwp.blueyonder.co.uk/CZM/News.htm Znajduje się tam też dość obszerna dokumentacja, FAQ, oraz odnośnik do grupy dyskusyjnej (wszystko w języku angielskim).

Podstawowa obsługa jest wręcz banalna. Zakładam, że dysponujemy już serią zdjęć, wykonanych z niewielkim przesunięciem płaszczyzny ostrości (nie ma co przesadzać z ich ilością, wystarczy kilka). W naszym przykładzie, będzie to (akurat niezbyt piękny) osobnik, który doszczętnie zeżarł  piękną dracenę (oczywiście nie sam jeden):

Po zainstalowaniu programu wybieramy File -> New:

Pojawia się okno, w którym wybieramy serię plików, które chcemy złożyć w jeden. Uwaga! Ważna jest kolejna numeracja:

Gdy tylko program wczyta wszystkie z plików klikamy Macro -> Do Stack:

..by po chwili obliczeń ukazał się już gotowy obraz:

…który pozostaje jedynie zapisać i poddać dalszej obróbce:

Proste, nie?

Czym jest mikroskop ciemnego pola?

Mikroskopia ciemnego pola, to wyjątkowo prosta, tania oraz efektowna technika. Dzięki niej można (również przyżyciowo) obserwować preparaty niebarwione, uzyskując bardzo ładne kontrastowanie. Technika świetnie sprawdza się przy obserwacji zooplanktonu, niewielkich owadów, bakterii, wszelkiego rodzaju włókien czy grzybów. Zasada działania tej techniki jest niebywała w swej prostocie. Do obiektywu dostaje się jedynie światło załamane na próbce. Pozostała część wiązki jest odcinana dzięki specjalnej przesłonie, znajdującej się w kondensorze mikroskopu. W efekcie uzyskuje się obraz z jasno świecącym się preparatem na ciemnym tle.

Poniższy schemat pomoże zobrazować zasadę działania tej techniki, przez porównanie do klasycznego jasnego pola:

Ciemne pole za 1 grosz

Jak widać idea ciemnego pola jest bardzo prosta. Jej praktyczne zastosowanie jest o wiele łatwiejsze, niż mogłoby się to wydawać. W moim przypadku redukcja kosztów i nakładu pracy potrzebnego do modyfikacji sprzętu, osiągnęła chyba możliwie skrajną wartość. Za przesłonę posłużyła mi moneta 1gr, którą po wycentrowaniu umieściłem pomiędzy soczewkami kondensora, izolując ją od soczewek malutkim kawałkiem ręcznika papierowego (ochrona przed zarysowaniem szkieł):

Tak przygotowany kondensor wrócił na swoje miejsce w układzie:

Efekty:

Odpowiedź na pytanie, czy sprawa jest warta nakładu tych jakże ogromnych kosztów oraz wysiłku włożonego w przebudowe układu zostawiam Wam.

Więcej zdjęć z ciemnego pola znajdziecie TUTAJ.

Zasoby:

• (en) Ciemne pole na Wikipedii
• (en) O ciemnym polu na Nikon Microscopy (polecam!)