ELEMENTY OPTYKI I MIKROSKOPIA OPTYCZNA
Światło porusza się po liniach prostych a wibracje fali elektromagne-
tycznej są prostopadłe do tych linii (do kierunku rozchodzenia się).
f = częstotliwość
(ilość fal mijających pewien punkt)
 = długość fali
f .  = prędkość fal
Pozycja światła widzialnego w spektrum
fal elektromagnetycznych
DÅ‚ugość fali Å›wiatÅ‚a widzialnego okreÅ›la jego barwÄ™, od ok. 700 Å
(czerwone) do ok. 4000 Š(fioletowe). Światło białe jest mieszaniną fal
wszystkich długości. Światło o określonej długości fali nazywane jest
ÅšWATA
EM MONOCHROMATYCZNYM (czyli jednobarwnym).
Gdy światło z rzadkiego ośrodka pada na
ośrodek gęstszy część się odbija (kąt
padania p równy jest kątowi odbicia o i
leżą w jednej płaszczyz
nie) a część ulega
załamaniu (kąt załamania z zależy od kąta padania i od stosunku
prędkości rozchodzenia się światła w obu ośrodkach).
Umownie prędkość światła w próżni traktuje się jako odniesienie vo = 1.
W powietrzu prędkość światła jest niemal identyczna vp= 0,9997 = 1.
Współczynnik załamania światła n jest cechą fizyczną charakterystyczną dla każdej
substancji wynosi: n = vp/v = 1/v (odwrotność prędkości rozchodzenia się światła w
tej substancji). Może być wyznaczony z pomiaru kąta padania i załamania n =
sinp/sinz.
Częstotliwość światła jest stała, a więc jego prędkość zależy od długości fali
v = .f f = const =>  ~ v, gdy  rośnie to v rośnie (n = 1/v maleje)
Czerwone światło ma dłuższą falę od fioletowego a więc i większą prędkość w danym
ośrodku: współczynnik załamania światła czerwonego nc jest
więc mniejszy niż fioletowego nf dla tej samej substancji. Fakt,
że kryształy mają różne współczynniki załamania dla różnych
długości fali nazywa się DYSPERSJ
. Dlatego do wyznaczania n
używa się światła monochromatycznego (najczęściej światła
żółtego emitowanego przez podgrzane atomy sodu Na).
POLARYZACJA ÅšWIATA
A
Światło porusza się po liniach prostych a wibracje fali
elektromagnetycznej są prostopadłe do tych linii (do
kierunku rozchodzenia się). W przypadku światła
rozchodzącego się w próżni czy w powietrzu wibracje te
zachodzÄ… we wszystkich kierunkach.
Światło spolaryzowane (liniowo) to światło, w którym
wibracje fali elektromagnetycznej zachodzÄ… tylko w
jednej określonej płaszczyz
nie. Jest ono nierozróżnialne
dla nieuzbrojonego ludzkiego oka. Polaryzację można
stwierdzić tylko za pomocą drugiego polaryzatora (analizatora).
Otrzymywanie światła spolaryzowanego: szczypce turmalinowe, pryzmat
Nicola, polaryzatory syntetyczne (patrz Min. Ogólna str. 203-210).
Światło ulega też polaryzacji podczas odbicia od powierzchni płaskich i
przy załamaniu podczas przechodzeniu przez kryształy optycznie
anizotropowe.
Można to zaobserwować badając obraz punktu widzianego przez kryształ
kalcytu:
- w wyniku podwójnego załamania światła przez
kryształ widać dwa puknty.
- przy obrocie kryształu jeden z punktów obraca się
wokół drugiego, który pozostaje nieruchomy
- dopiero patrząc przez polaryzator możemy
stwierdzić, że światło przechodzące przez kryształ
(obraz docierajÄ…cy do naszego oka) jest
spolaryzowane
Podział ciał ze względu na własności optyczne
nieprzez
roczyste przez
roczyste
izotropowe optycznie anizotropowe optycznie
·ð nie wykazujÄ… podwójnego zaÅ‚amania ·ð wykazujÄ… podwójne zaÅ‚amanie
światła (wykazują pojedyncze załamanie) światła
·ð Å›wiatÅ‚o rozchodzi siÄ™ w nich we wszyst- ·ð prÄ™dkość rozchodzenia siÄ™
kich kierunkach z tą samą prędkością światła zależy od kierunku w
krysztale
·ð ciaÅ‚a amorficzne (o nieuporzÄ…dkowanej
budowie wewnÄ™trznej) i krysztaÅ‚y z ·ð ciaÅ‚a krystaliczne z pozostaÅ‚ych
układu regularnego układów
jednoosiowe dwuosiowe
·ð majÄ… jeden specyficzny ·ð majÄ… dwa specyficzne
kierunek w którym nie kierunki w których nie
wykazują podwójnego wykazują podwójnego
załamania światła załamania światła
·ð krysztaÅ‚y z ukÅ‚adów: ·ð krysztaÅ‚y z ukÅ‚adów:
trygonalnego, jednoskośnego,
tetragonalnego i trójskośnego i
heksagonalnego rombowego
Patrz Min. Ogólna 210-236.
Ciała izotropowe optycznie są optycznie jednorodne i światło
porusza się w nich z tą samą prędkością niezależnie od
kierunku. Przykładem są gazy, większość cieczy, szkło i inne
substancje amorficzne (niekrystaliczne) oraz kryształy z układu
regularnego. Mają one jeden współczynnik załamania światła n.
W ciałach optycznie anizotropowych (wszystkich substancjach
krystalicznych krystalizujÄ…cych w innym od regularnego
układzie krystalograficznym) prędkość światła zależy od
kierunku i mają one dwa (kryształy jednoosiowe) lub trzy
(kryształy dwuoosiowe) skrajne współczynniki n w różnych
kierunkach.
BADANIA MIKROSKOPOWE
Mikroskop polaryzacyjny jest wciąż jednym z podstawowych
instrumentów badawczych w mineralogii i petrografii. Pozwala
m.in. na identyfikację minerałów i ich asocjacji oraz na
uzyskanie całej gamy informacji na temat ich genezy, przemian,
chemizmu, struktury, kolejności powstawania itp. Jest przy tym
metodÄ… relatywnie taniÄ…, o prostej standardowej preparatyce i
swoistym pięknie obrazu mikroskopowego.
Mikroskop polaryzacyjny tym różni się od mikroskopów
używanych w innych dziedzinach nauki, że wyposażony jest w
dwa polaryzatory i obrotowy stolik. Preparat umieszczony na
stoliku oświetlony jest spolaryzowanym światłem (polaryzator
jest zaraz za z
ródłem światła), które poprzez obiektyw i okular
trafia do oka. Między obiektywem a okularem znajduje się drugi
polaryzator, tzw. analizator, który jest ruchomy  może być
wprowadzany lub usuwany z układu optycznego. Układ optyczny
pod stolikiem to kondensor, a między obiektywem a okularem
znajdujÄ… siÄ™ jeszcze ruchoma soczewka Bertranda oraz otwory
do wprowadzania płytek pomocniczych. Powiększenie
mikroskopu wylicza się mnożąc powiększenie okularu i
obiektywu (przybliżone) lub przez pomiar specjalnej płytki z
podziałką.
BADANIA MIKROSKOPOWE
Tok badań mikroskopowych w świetle przechodzącym obejmuje:
I. obserwacje w świetle równoległym przy jednym nikolu (polaryzatorze, 1N);
II. obserwacje w świetle równoległym przy skrzyżowanych nikolach (XN);
III. obserwacje w świetle zbieżnym
Mineralogia Ogólna str. 255  287 oraz 276 - 300
Materiały do Ćwiczeń z Mineralogii str. 133-140
Przed rozpoczęciem pracy należy sprawdzić poprawne ustawienie
mikroskopu:
a) skrzyżowanie nikoli: włączenie analizatora przy braku jakiegokolwiek
preparatu na stoliku powinno spowodować całkowite wygaszenie pola
widzenia;
b) wycentrowanie obiektywu: dowolny obiekt na osi krzyża nie powinien
zmieniać położenia przy obrocie stolika;
c) orientacja płaszczyzn polaryzacji z nitkami krzyża: przy jednym nikolu
polaryzator powinien ściemniać pleochroiczny biotyt gdy jego
płaszczyzny łupliwości pokrywają się z nitkami krzyża.
Badania rozpoczyna się przy najmniejszym powiększeniu i przy jednym
nikolu. Pozwala to na określenie względnych wielkości ziarn,
przejrzystości, barwy (ew. pleochroizmu), ocenę współczynnika
załamania światła (np. przez określenie reliefu czy metodą linii Becke go),
łupliwości, wrostków itp.
Przy skrzyżowanych nikolach odróżnia się minerały optycznie
izotropowe od anizotropowych, ocenia się dwójłomność według barw
interferencyjnych, określa się rodzaj i kąt wygaszania światła (np. proste,
ukośne, faliste itp.), zbliz
niaczenia, budowÄ™ zonalnÄ… czy klepsydrowÄ… itp.
 Relief to cecha minerału obserwowana przy jednym nikolu polegająca
na tym, że widoczność konturów ziarna zależy od różnicy współczyn-
ników załamania światła minerału i otoczenia. Jest to cecha względna.
Gdy minerał ma wyraz
nie wyższy współczynnik n od otoczenia (np.
granat, cyrkon, tytanit) to ma wyraz
ne, grube kontury i nierówności na
powierzchni i sprawia wrażenie wystającego ponad powierzchnię
preparatu (relief dodatni, jaszczurowata powierzchnia). Gdy minerał ma
wyraz
nie niższy n od otoczenia (np. opal, fluoryt, nefelin) to ma relief
ujemny: wydaje się być wklęsłą dziurą w preparacie. Kwarc i skalenie
mają relief płaski: ich kontury są niemal niewidoczne przy 1N.
Pomiar współczynnika załamania światła metodą linii Becke go. Kiedy
rozstraja się ostrość widzenia granic ziarna przez zwiększanie odległości
obiektywu od preparatu (np. przez opuszczanie stolika) jasna linia zwana
 linią Becke go przesuwa się od granicy ziarna do ośrodka o wyższym
współczynniku załamania światła n.
Pleochroizm (wielobarwność) widoczny jest tylko w świetle spolaryzo-
wanym liniowo (przy jednym nikolu). Niektóre barwne minerały anizotro-
powe wykazujÄ… pleochroizm, co objawia siÄ™ zmianÄ… barwy lub jej
intensywności PRZY OBROCIE STOLIKA MIKROSKOPU PRZY JEDNYM
NIKOLU (1N). Jest to efekt różnej absorpcji pewnych długości fali światła
spolaryzowanego w zależności od kierunku polaryzacji względem
kierunków krystalograficznych.
DWÓJA
OMNOŚĆ TO ZDOLNOŚĆ KRYSZTAA
ÓW OPTYCZNIE
ANIZOTROPOWYCH DO PODWÓJNEGO ZAA
AMANIA ÅšWIATA
A.
Ilościową miarą dwójłomności jest różnica skrajnych współczynników
załamania światła " = nmax  nmin. Mikroskopia optyczna pozwala na
bezpośrednia ocenę dwójłomności bez pomiarów współczynników
załamania światła. Dlatego dwójłomność jest tak użyteczną cechą
identyfikacyjną minerałów badanych mikroskopowo.
Światło mikroskopowe (liniowo spolaryzowane) po przejściu przez ciało
anizotropowe optycznie ulega pojedynczemu załamaniu i jest nadal
spolaryzowane w płaszczyz
nie narzuconej przez polaryzator: gdy
skrzyżujemy nikole nastąpi całkowite wygaszenie światła.
Światło mikroskopowe (liniowo spolaryzowane) po przejściu przez ciało
anizotropowe optycznie ulega podwójnemu załamaniu, w wyniku czego
powstają dwa promienie spolaryzowane linowo w płaszczyznach
wzajemnie do siebie prostopadłych. Ponadto jeden z promieni jest
opóz
niony w fazie do drugiego w wyniku różnicy dróg optycznych. Gdy
skrzyżujemy nikole następuje interferencja obu promieni i zjawiska
barwne zwane barwami interferencyjnymi. Dwójłomność minerałów
anizotropowych oceniana jest właśnie z wysokości barw
interferencyjnych w obrazie mikroskopowym. Wysokość barw
interferencyjnych zależy od: 1) grubości preparatu; 2) kąta wycięcia w
stosunku do osi optycznych; 3) dwójłomności minerału. Ponieważ
grubość preparatu jest zawsze taka sama (standardowo ok. 0.025 mm) a
kąt wycięcia ma niewielki wpływ, wysokość barw interferencyjnych
pozwala oszacować dwójłomność przez porównanie z diagramem barw.
Schemat ogólny opisu mikroskopowego (do indywidualnego rozbudowania)
i przykłady niektórych określeń:
NAZWA MINERAA
U
Badana cecha Opis Rysunek
1N
- barwa - bezbarwny, barwny (jaka barwa), pleochroiczny
- relief - dodatni, ujemny, płaski
- pokrój - minerał automorficzny, hipautomorficzny,
ksenomorficzny, o pokroju izometrycznym,
wydłużonym, w przekroju heksagonalny,
kwadratowy itp.
- łupliwość - brak, niewyraz
na, wyraz
na, jednokierunkowa,
dwukierunkowa pod kÄ…tem ..... stopni,
- np. obwódki pleochroiczne, zmętnienia, spękania,
- inne cechy ślady przemian czy wietrzenia, zmiana reliefu z
obrotem stolika itp.
XN
- izotropowy - izotropowy (na tym się kończy opis minerału izotropowego)
czy - anizotropowy, ocena rzędu barw interferen-
anizotropowy cyjnych i dwójłomności według diagramu barw
- rodzaj - wygaszanie proste, ukośne, symetryczne,
wygaszania faliste...
- kÄ…t - wygaszanie pod kÄ…tem .... stopni
wygaszania
- inne cechy - np. zbliz
niaczenia (podwójne, polisyntetyczne...),
budowa pasowa (zonalna), budowa klepsydrowa,
serycytyzacja, pertyty, siatka mikroklinowa