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尼康顯微鏡告訴你,什麽是偏光顯微鏡?

2013-11-18  發布者:admin 

 偏振光是一個對比度增強技術,提高得到的雙折射材料,當相對於其他技術,如暗視野,明視野照明,微分幹涉對比,相襯,霍夫曼調製對比度,和熒光的圖像的質量。 偏光顯微鏡有高度的敏感性,並可以用於定性和定量的研究,針對廣泛的各向異性標本。 定性偏光顯微鏡是非常流行的做法,與眾多卷專門討論這個問題。 與此相反,偏光顯微鏡,它在結晶學中,主要采用的數量方麵代表地質學家,礦物學家和化學家通常限製為一個更加困難的課題。 然而,在過去幾年取得了穩步發展已啟用的生物學家研究很多各向異性亞細胞組件的雙折射字符。

偏振光顯微鏡來觀察和拍攝標本,是可見的,主要是由於它們的光學各向異性的字符。 為了完成這一任務,必須在顯微鏡配有偏振器 ,定位在光路中的某個地方之前的試樣分析儀 (第二偏振片,參見圖1)之間的物鏡的後孔中的光學路徑下觀察管或相機端口。 從平麵偏振光的雙折射 (或由雙折射)試樣產生兩個單獨的,各自在相互垂直的平麵偏振波分量的相互作用而產生的圖像對比度。 ,這被稱為普通特殊的波陣麵(圖1),這些組件的速度是不同的,不同的傳播方向通過試樣。 退出後的試樣,成為光分量的相位,但再結合和相消幹涉時,通過分析儀。 雙折射標本假設所產生的波前場圖1中列出了這些概念。 此外,關鍵的一個現代的偏振光顯微鏡的光學和機械部件,圖中示出。

偏光顯微鏡能夠提供吸收的顏色和不同的折射率,在類似的方式明照明礦物的光路之間的邊界的信息,但該技術還可以區分各向同性和各向異性的物質。 此外,對比增強技術利用特定的各向異性的光學性質,並揭示了詳細的信息有關的結構和組成的材料,是非常寶貴的識別和診斷的目的。

各向同性材料,其中包括各種氣體,液體,重讀眼鏡和立方晶體,證明在各個方向探測時相同的光學性能。 這些材料隻有一個折射率和不通過的光的振動方向限製。 與此相反,各向異性材料,其中包括90%的所有固體物質,隨晶軸的方向入射的光的光學性能。 它們表明取決於通過物質和光的傳播方向上的振動平麵坐標的範圍內的折射率。 更重要的是,作為分束器和各向異性材料劃分成兩個正交分量(在圖1中示出)的光線。 偏光顯微鏡的技術,利用分割光線的幹擾,因為它們被重新團結沿相同的光路中提取有關各向異性材料。

偏光顯微鏡也許是最出名的是其應用在地質科學,主要側重於研究礦物岩石薄切片。 然而,各種各樣的其他材料可以很容易地檢查在偏振光中,包括天然的和工業礦物,水泥複合材料,陶瓷,礦物纖維,聚合物,澱粉,木,尿素,和生物大分子的結構組件的主機。 該技術可用於定性和定量的成功,是一個出色的工具,材料科學,地質,化學,生物,冶金,醫藥。

雖然偏光顯微鏡分析技術的理解可能比其他形式的顯微鏡或許更加苛刻,這是非常值得追求的,隻是為了增強信息,可以得到超過明場成像。 偏振光顯微鏡的基本原則的意識也是必不可少的微分幹涉相差(DIC)的有效的解釋。

偏振光的基本屬性

光的波動模型描述成直角所有同樣有可能發生的振動方向與傳播方向振動的光波。 這是被稱為“共同”或“非偏振白光。 在平麵偏振光,隻有一個振動方向(圖1)。 人的眼腦係統沒有光的振動方向的敏感性,,平麵偏振光隻能檢測佩戴偏光太陽眼鏡時的強度或色彩效果,例如,通過降低眩光。

是最常見的具有在二色性介質中的一組特定的振動方向的光的吸收產生的偏振光。 某些天然礦物,如碧璽,擁有此屬性,但很快在1932年發明的埃德溫·H.土地醫生合成電影超越了所有其他材料為介質生產平麵偏振光的首選。 細小的晶粒,硫酸iodoquinine,在相同的方向上取向,被嵌入在一個透明的聚合物薄膜,以防止遷移和重新調整的結晶。 土地開發的片材含有寶麗 ,這已成為公認的通用術語,這些片以商品名銷售的偏振膜。 任何設備能夠選擇平麵偏振光自然(非偏振光)白光現在被稱為一個極性偏振片 ,這個名字在1948年首次推出AF哈裏蒙德的。 今天,偏光片被廣泛用於液晶顯示器(LCD),太陽鏡,攝影,顯微鏡,和無數的科學和醫學目的。

有兩個偏振濾光器,在偏振顯微鏡 - 被稱為偏振器和分析器(參見圖1)。 樣品載物台通常具有振動方位固定在左到右,或東 - 西的方向的位置下方的偏振片,雖然這些元素可旋轉360度。 麵向北南,但在某些顯微鏡再次轉動與振動方向一致,通常,該分析儀被放置在物鏡上方,並且根據需要,可以移進和移出光路。 當分析儀和偏振器被插入到光路中,其振動方位角彼此成直角的位置。 在此配置中,偏振器和分析器,所述交叉,通過該係統和暗視場目鏡中,沒有光通過。

對於入射光的偏振鏡,偏振器被定位在垂直照明器和分析儀被放置的半反射鏡的上方。 刻度是最受歡迎的可旋轉的偏振器,分析儀時,通常是固定的進入位置(先進的模型,雖然可旋轉的90度或360度),以指示傳輸方位角的旋轉角度。 偏光顯微鏡偏光器和分析儀的重要組成部分,但其他可取的特點包括:

  • 專門載物台 -以360度的圓形旋轉樣品台,以便定向研究與中心定位的物鏡和與顯微鏡的光軸的旋轉中心一致的視場的中心階段。 專為偏振光顯微鏡的許多階段還包含一個遊標尺,旋轉角度,以便可以測量,精確到0.1度。 錐光圖像的先進的研究,具有多個旋轉軸的一個普遍的階段也可以被采用,以使從任何方向觀察試樣。

  • 應變的物鏡 -在偏振光下,一個因素,可能會損害性能,在組裝過程中引入一個物鏡的玻璃的應力,可以產生雜散光的影響。 偏光觀察設計的物鏡是區別於普通的題詞P,PO,POL桶的物鏡。 一個物鏡的性能是有限的幾個因素,包括用於在透鏡表麵上的防反射塗層,由於前透鏡上的入射光角度的折射特性。 此外,透鏡應變可以引入上麵的水泥的透鏡組中的元素之間的交界處,或從一個單一的或一組幀中已被安裝得太緊的鏡頭。

  • 定心物鏡轉換器 -由於物鏡光軸位置變化從一個組件到另一個,許多偏振光顯微鏡都配備一個專門的物鏡轉換器,包含一個圍繞個人物鏡的機製。 這使得中心,使試樣的功能保持的階段時,在視場的中心旋轉360度的階段和顯微鏡光軸相對於每一個物鏡。

  • 應變免聚光鏡-聚光鏡設計的偏光顯微鏡具有一些共同的特點,包括使用的菌株的分類鏡片。 部分聚光鏡都配備了偏振器的插座或偏振元件直接安裝到聚光鏡中,下方的孔徑光闌。 許多偏振光聚光鏡有一個頂部的鏡頭,可以刪除( 擺動透鏡聚光鏡)從光路,以產生幾乎平行的照明的波陣麵為低倍率和雙折射觀測。

  • 都配有一個十字線十字線(或網格),以紀念的中心視場目鏡 -偏光顯微鏡目鏡。通常情況下,在十字絲分劃板為顯微攝影的標線片,有助於聚焦在試樣和一組幀被捕獲數字或膠片上的邊界區域的視取景取代。 的的目鏡相對於偏振器和分析器的取向是保證由點針滑入觀察筒套筒。

  • 勃氏鏡 -安裝在中間管或觀察管內的一個專門的透鏡,伯特蘭透鏡投射的物鏡聚焦顯微鏡圖像平麵的後側焦點麵形成的幹涉圖。 該透鏡的設計,以便能夠方便地檢查的物鏡的後側焦點麵,這樣可以準確地調整的照明孔徑光闌,可以查閱幹擾的數字,在圖2中提出的那些類似。 請注意,在圖2中(a)和圖2(b)中,幹擾圖案表示所觀察到的具有單軸晶體的極化光,而圖2中的模式(c)是典型的單軸晶體與一階相位差板插入成的光學路徑。

  • 補償器和相位差板 -許多偏振光顯微鏡包含的時隙之間的交叉的偏振器,這是用來提高試樣中的光程差補償器和/或相位差板,以允許插入。 在大多數現代的顯微鏡設計,該插槽被放置在顯微鏡的物鏡轉換器或中間管位置之間的身體和目鏡管。 補償板插入到插槽中,然後試樣和分析儀之間。

偏光顯微鏡,可以用來反映(事件或外延 )和透射光。 反射光為不透明的材料,如陶瓷,礦物氧化物和硫化物,金屬,合金,複合材料,矽晶片(見圖3)的研究是有用的。 反射光技術需要一組專用的物鏡尚未修正通過覆蓋玻璃觀看,那些偏光工作應該還可以應變。

圖3中所示的是一係列的反射的偏振光顯微照片,利用這種技術成像的典型標本。 在左側(圖3(a))是數字圖像中,一個微處理器集成電路露出的表麵特征。 雙折射元件的製造中的電路是清晰可見的圖像,顯​​示芯片的算術邏輯單元的一部分。 玷汙表麵的陶瓷超導晶體(鉍基地)在圖3(b),它顯示了雙折射幹涉色穿插晶界的結晶區域。 金屬薄膜也可見反射的偏振光。 圖3(c)示出水泡,形成不完善另有匯合的銅薄膜(厚度約0.1微米),比鎳/氯化鈉襯底上以形成金屬超晶格組件夾持。

仔細標本的準備是必不可少的偏振光顯微鏡的好成績。 方法的選擇將取決於不同的材料的研究。 在地質應用中,岩石薄片部分的標準厚度為25-30微米。 標本可以與孕鑲金剛石車輪地上,然後手工完成正確的厚度,使用磨料粉先後降低粒度。 將最後樣本應該有一個具有光學透明粘合劑膠合玻璃蓋。 較軟的材料,可以製備生物樣品用切片機類似的方式。 一個40微米厚的切片用於透射光觀察。 這些應該是應變和免任何刀痕。 生物和其他軟試樣固定在滑動和使用的安裝介質,其組成將依賴於試樣的化學和物理性質的玻璃蓋。 這是在這個研究中合成的聚合物,一些媒體可以發生化學反應的材料正在研究並引起降解的結構變化(工件)特別顯著。

在光學顯微鏡偏振光表現

不同級別的信息可以得到在平麵偏振光(分析儀從光路中除去)或具有交叉的偏振器(插入到光路中的分析儀)。 平麵偏振光的觀測揭示細節的光學救災的標本,這是表現在邊界的知名度,並增加折射率。 安裝粘接劑和被檢體的折射率的差異,確定在何種程度上的光被散射,因為它從試樣表麵不均勻。 材料與高浮雕,這似乎從圖像中脫穎而出,是略有不同的安裝介質的折射率。 浸入式折光率是用來測量物質具有未知的折射率的油的比較,與公知的折射率。

透明或半透明的材料在平麵偏振光考試將類似於那些在自然光,直到樣本顯微鏡的繞光軸旋轉。 然後,觀察員可以看到的亮度和/或材料的顏色被檢查的變化。 多色性 (一個術語,用來描述與振動方向的光吸收顏色的變化)的方向取決於在光路中的材料,是僅適用於各向異性材料的特殊性。 材料顯示多色的一個例子是青石棉,俗稱藍石棉。 多向色性的效果,可以在各種各樣的材料的識別。

偏振顏色從分裂由各向異性試樣的光的兩個組成部分的幹擾的結果,可能被視為白光減去破壞性幹擾的那些顏色。 圖2示出了觀察到的物鏡的後側焦點麵的單軸晶體的錐光圖。 幹涉圖案形成有由沿不同的軸被觀察到的晶體的光線。 單軸晶體(圖2)顯示包括兩個相交的的黑條(稱為isogyres),可以形成一個馬耳他十字狀圖形的幹涉圖案。 當照明用白色光(偏光),雙折射標本產生幹擾顏色的圓形分布(圖2),圈內稱為isochromes,包括越來越低階的顏色(見米歇爾-列維幹擾的彩色圖表,圖4)。 為黑色交叉的isochromes的一個共同的中心稱為melatope,表示沿晶體的光軸的光線的原點。 雙軸晶體顯示兩個melatopes,(圖中未示出)和一個更為複雜的圖案的幹涉環。

的兩個正交分量的光(普通和特殊波)的旅遊通過試樣和經驗不同的折射率,以不同的速度被稱為雙折射性的現象。 定量測量的雙折射是波前像差的折射率的數值之間的差異。 首先從試樣出現的更快的光束的光程差(OPD),可被視為在較慢的“中標保證金”。 該分析儀隻有重新組合元件在相同的方向上行進,並在同一平麵上振動的兩束光束。 的偏振片確保兩個光束具有相同的幅度,在重組時為最大的對比度。

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偏光片旋轉和雙折射

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探索如何標本雙折射偏光角度偏振光顯微鏡觀察時受。

和相消幹涉的光穿過分析儀之間發生的正交分量,根據試樣的光的波長,它可以從偏振的顏色的順序確定的光程差。 這種效應依賴於試樣的性能,包括兩個相互垂直的梁,具有最大值依賴於試樣上的光的傳播方向通過試樣的折射率和雙折射之間的厚度差。 光程差,可以用來從試樣中提取有價值的“傾斜”信息。

偏振光的顏色信息是疊加在​​亮度分量。 作為試樣相對旋轉偏振片,偏振顏色的強度發生周期性變化,從零( 消光 ,圖5的(d))的最大亮度在45度(圖5(a),然後回落到為零後的90度旋轉,這就是為什麽一個旋轉的階段,中心定位中所提供的偏振光顯微鏡,它是用於確定試樣的定量方麵的關鍵要素。偏心的目的和階段確保該階段的旋轉中心視場的中心相一致,以保持旋轉時試樣的正中心。

每當該標本在滅絕,允許的振動方向的光通過偏振器或分析儀的平行。 這個事實可以與試樣的幾何特征,如纖維長​​度,薄膜擠出方向和晶體刻麵。 正交偏振光照明,各向同性材料可以很容易地區別於各向異性材料,因為他們永遠保持在滅絕(保持黑暗)時,通過360度旋轉舞台。

要協助的快和慢的波陣麵的識別,或提高對比度時,偏振的顏色是低的順序(如深灰色),配件相位差板或補償,可以在光路中插入。 這些將導致在試樣的顏色變化,這可以解釋用偏振顏色圖表( 米歇爾征收圖表的幫助下,參見圖4)。 這些圖表說明了極化顏色的光程差從0至1800-3100納米具有雙折射和厚度值。 波片產生它自己的光程差,這是添加或減去試樣。 當光通過第一通過試樣,然後在附件板,波片和試樣的光程差被加在一起,或另外一個相減的方式中,兩個種族連續運行的“獲獎邊距”指的是。 它們被添加時,緩慢的試樣和相位差板的振動方向是平行的,並減去時快時的振動方向的試樣附件板與緩慢的振動方向相一致。 如果慢速和快速方向的相位差板(它們通常是市售板的襯紙上標記)是已知的,然後可以推斷試樣。由於這些方向是針對不同媒體的特點,他們是非常值得確定的方向和應力研究是必不可少的。

應用偏光顯微鏡

偏光顯微鏡的優勢才能最好地說明通過檢查特定的案例研究和及其相關的圖像。 本節中所示的圖像記錄了奧林巴斯BX51顯微鏡配備偏光配件,儀器專為分析調查研究級。 如上所述,偏光顯微鏡是利用在廣泛的學科,包括醫學,生物學,地質學,材料科學,以及食品工業。 交叉的偏振器之間,可隨時檢查標本源自多種天然和合成來源的包括痛風的結晶,澱粉樣蛋白,肌肉組織,牙齒,礦物質,固態晶體,液晶,纖維,脂肪,玻璃,陶瓷,金屬,合金,等等。

痛風晶體鑒定

偏振光顯微鏡的最常見的醫療應用之一是識別的痛風的結晶(尿酸鈉)與一階相位差板。 這種做法是如此普遍,許多顯微鏡製造商提供他們的實驗室醫師明視場顯微鏡,可以購買痛風套件附件。 痛風是一種急性,複發性疾病引起的尿酸鹽結晶沉澱和特點,主要是在腳和手關節疼痛發炎。 在實踐中,新鮮的滑膜液數滴在顯微鏡載玻片和蓋玻璃之間夾持密封指甲油,以防止幹燥。 已編製後的試片,檢查交叉的偏振器之間的光路中插入一階相位差板。

尿酸鈉晶體生長在細長的棱鏡,具有負的雙折射的光學符號,產生黃色的幹涉色(減法)時,晶體的長軸平行取向的一階相位差板的慢軸(圖6(一個))。 旋轉90度的晶體通過改變幹涉色為藍色(除了顏色,圖6(b))。 與此相反,假性痛風的焦磷酸鹽晶體,它們具有類似的細長的生長特性,表現出藍色的幹涉色(圖6(c))時,相位差板的慢軸和一個黃色的顏色(圖6(2)的取向平行於)當垂直。 可以采用雙折射的符號來區分痛風的晶體組成的焦磷酸。 痛風,也可以識別與偏振光顯微鏡在從四肢製備的人體組織的薄切片。 偏振光在醫療領域中也是有用的,識別澱粉樣蛋白的蛋白質代謝缺陷創建的,隨後沉積在一些器官(脾,肝,腎,腦),但在正常組織中沒有觀察到。

偏光顯微鏡的優勢才能最好地說明通過檢查特定的案例研究和及其相關的圖像。 本節中所示的圖像記錄與尼康的Eclipse E600顯微鏡配備偏光配件,專為分析調查研究級顯微鏡。

石棉纖維的識別

石棉是一組天然存在的礦物纖維,已被廣泛地用作絕緣材料,刹車片,並和鋼筋混凝土的通用名稱。 吸入時,這些材料可以是對人體有害的,重要的是,它們在環境中存在很容易地確定。 標本通常使用掃描電子顯微鏡和X-射線微量分析篩選,但偏光顯微鏡提供了一種更快,更容易,可以利用區分石棉等纖維之間的主要類型包括石棉,溫石棉,青石棉,鐵石棉的替代品。 從醫療保健的角度來看,它被認​​為比蛇紋石,溫石棉,角閃石石棉衍生物(青石棉和鐵石棉)是更為有害的。

平麵偏振光提供有關毛纖維的形態,顏色,多色性,折射率。 是各向同性的玻璃纖維和其他人將不受影響下旋轉平麵偏振光,而石棉纖維會顯示一些多色性。 溫石棉纖維可能會出現皺折,像燙過或受損的頭發,在平麵偏振光,而青石棉和鐵石棉,直或稍彎曲。 溫石棉為約1.550的折射率,而鐵石棉為1.692,和青石棉具有最高值1.695。 需要注意的是比溫石棉的石棉產品的折射率值要高得多。

交叉的偏振器的使用,有可能推導出允許的,因為它通過試樣的光的振動方向,並與一階相位差板的慢速和快速的振動方向(圖7),判定可確定。 在正交偏光下,溫顯示幹擾蒼白的顏色,這基本上僅限於低階白人(圖7(a))。 當添加一個一階相位差板(相位差值的一個波長,或530-560納米),纖維的種轉化。 如果光纖對準西北東南亞,相位差板是添加劑(圖7(b)中的白色箭頭),並產生主要是黃色的減色法在纖維的幹涉色。 當光纖對準東北 - 西南(圖7(c)),該板塊是添加劑,以生產高階的藍色色調的纖維,有沒有黃色的色調。 從這個證據是可能推斷出緩慢的相位差板的振動方向(由圖7(b)和圖7(c)中白色箭頭表示)是與纖維的長軸平行。 鐵石棉在這方麵是相似的。

石棉顯示藍色,多色性,和陰暗棕色的極化顏色。 該纖維的長軸平行的快速振動。 綜上所述,三個石棉纖維類型的識別取決於形狀,折射率,多色性,雙折射,快與慢的振動方向。

揭開曆史的岩層

千枚岩 -以及提供信息組件礦物質,使用偏光顯微鏡能揭示岩石如何形成一個很大的地質超薄切片檢查。 千枚岩,變質岩,清楚地示出的熱量和壓力的影響下,晶體的取向。 小規模的褶皺的平麵偏振光圖像中是可見的(圖8(a)),並且更清楚地定義在交叉的偏振器(圖8(b))的一階相位差板帶和不帶。 正交偏光圖像顯示,有多種礦物質,包括灰色和白色石英和雲母高階顏色。 雲母的對齊方式是顯而易見的。 另外的一階相位差板(圖圖8(c)),提高了明確的定義圖像中的對比度。

鮞狀岩 -鮞粒,緊湊二氧化矽矽質鮞凝成一個淺灰色的岩石組成,在海裏形成的。 礦物的名稱來自其結構的相似性,更好地稱為魚子醬的魚子。 鮞灘組合的形式在海上,當沙粒滾動的碳酸鈣或其他礦物質的床溫柔的電流。 這些礦物質沙粒周圍建立和隨後的膠結轉換成連貫的岩石顆粒。 薄切片顯示原來的石英核(圖9(AC))發生碳酸鹽礦物的堆積。

在平麵偏振光(圖9(a)),石英是幾乎看不見的水泥具有相同的折射率,而碳酸鹽礦物,具有不同的折射率,高對比度的顯示。 交叉偏振圖像(圖9(b))揭示了灰色和白色的石英顆粒和碳酸鈣特征餅幹色,高階白人。 在某些芯的石英顆粒揭示了的基團,這些是多晶和變質石英岩​​顆粒。 當一階相位差板被插入到光路中(圖9的(c)),光程差變得顯而易見的試樣中,並增強對比度。

天然和合成聚合物

聚合物熔體在凝固過程中,有可能是某些組織的聚合物鏈中,一個過程,通常是取決於退火條件。 當發生成核,合成高分子鏈往往安排自己切線和徑向凝固地區增長。 這些可以看出,在正交偏振光照明,為白色區域,稱為球晶的,具有明顯的黑色消光交叉。 這些球晶撞擊時,它們的邊界變成多角形。 這可以清楚地看到,在交叉的偏振器,但是沒有在平麵偏振光。

加的一階相位差板(圖10(a))確認的切向排列的聚合物鏈。 在這些球粒表示帶發生緩慢冷卻熔體,使聚合物鏈螺旋成長。 這幾乎是不可能的熱曆史信息收集任何其他技術。 在聚合物熔體中的成核可以發生意外汙染或成核表麵接觸的結果,可能會導致大幅度弱化的產品。 標識可以是一個有價值的核援助的質量控製。

其他聚合物可以是雙折射的(圖10(b)中示出的聚碳酸酯試樣證明),並且不顯示大量的二級或三級結構。 在其他情況下,生物和合成的聚合物可以進行一係列的感膠離子的或熱致變液晶相變,而這往往被觀察和記錄,可在偏振光顯微鏡。 圖10(c)表示的雙折射的柱狀hexatic的的液晶相表現出由棒狀的DNA分子在水溶液濃度非常高(超過300毫克/毫升)。

尼龍纖維 -平麵偏振光下觀察(圖圖11(a))揭示了尼龍纖維和安裝介質,不透明的二氧化鈦顆粒的存在下的折射率之間的差異。正交偏光下的影像(圖圖11(b))揭示了二階和三階極化的顏色和其分布在整個纖維表明這是一個圓柱形的,而不是一個有用的葉狀纖維機械強度的預測。使用石英楔(圖圖11(c)),使雙折射測量光程差的測定。

總之,偏光顯微鏡提供了大量的有關組合物和各種樣品的三維結構的信息。在其範圍幾乎無限的,該技術可以揭示熱曆史和形成過程中的試樣進行應力和應變的信息。有用的製造和研究,偏光顯微鏡是一種相對便宜的和可訪問的調查和質量控製工具,它可以提供與任何其他技術的信息不可用。



滬公網安備 31011202003519號