Laboratoř optické mikroskopie na Ústavu skla a keramiky

viz též: galerie mikrofotografií >>>

Polarizační mikroskopy: základním mikroskopem pro práci uživatelů je velmi univerzální Jenapol (Carl Zeiss), umožňující pozorování v procházejícím i odraženém polarizovaném světle se všemi zařízeními pro základní funkce (otočný stolek, otočný analyzátor se stupnicí, kompenzátory λ, λ/4, křemenný klín, Bertrandova čočka). K dispozici je i zdroj šikmo dopadajícího světla, které může být k potlačení odlesků i polarizováno. Digitální obraz je pořizován kamerou Jenoptik s rozlišením do 2048 x 1536 obrazových bodů. Rozsah zvětšení objektivů je od 1,6x do 50x, zvětšení při pozorování v okulárech 16x až 500x, průměr zorného pole v okulárech 13 až 0,4 mm, záběr kamery 5,5 x 4 až 0,17 x 0,12 mm.

Velmi kvalitní obraz při větších zvětšeních lze získat na mikroskopu Nikon E 400 Pol, s digitální kamerou Nikon o max. rozlišení 2560 x 1920 px, vybaveném objektivy zvětšujícími 4x až 100x. Průměr zorného pole v okulárech je 5,3 až 0,215 mm, záběr kamery 2,17 x 1,63 mm až 77 x 57 μm. Obraz může být pozorovatelný i současně v okulárech a na monitoru. Kompletní vybavení pro pozorování v procházejícím a kolmo odraženém polarizovaném světle i v šikmo dopadajícím světle (lze i polarizovat), zdroje světla procházejícího a kolmo odraženého jsou oddělené - je tedy možné je použít současně, což dává např. ve spojení s barevnými filtry zajímavé možnosti (obr. 12; na Jenapolu lze v některých případech učinit totéž pomocí přenosného LED zdroje).

Mikroskop Nikon je vybaven též spektrometrem OceanOptics SD 2000, což umožňuje objektivní srovnání barvy různých bodů (které mohou mít velikost od desítek μm), která je definována buď jako celkové spektrum světla vystupujícícho ze vzorku, nebo jako transmitance či absorbance.

Pro menší zvětšení je k dispozici též binokulární mikroskop DNP (zvětšení v okulárech 10x až 100x), kde lze s kamerou Jenoptik pořídit záběry o rozměrech až 7,2 x 5,4 mm. 
 

Digitální obraz je přímo sledován a ukládán v programu NIS Elements, který dále umožňuje mj. korekci některých nedokonalostí kamery, zvýšení hloubky ostrosti automatickým zpracováním několika snímků ("Z-sekvence") a obrazovou analýzu, která může být aplikována i na importovaných obrazových souborech.

Vzorky s rovným povrchem aspoň na jedné straně lze často velmi dobře snímat skenerem; je možné je i prosvítit, přičemž může být vzorek umístěn i mezi zkříženými polarizátory (obr. 5).

Bodové měření indexu lomu makrovzorků

Index lomu vzorků s vhodnými rozměry a hladkým povrchem lze měřit na refraktometru E-line Gemologica. Výška vzorku aspoň přibližně 2 mm, nejvýše 1,6 cm, plocha max. 2,2 x 7 cm (dole) - 2,2 x 5 cm (nahoře). Rozsah měření: n = 1,30-1,79 s přesností +/- 0,002.

Co umí jednotlivé přístroje?

 
Polarizační mikroskop

Především díky polarizaci světla možnosti mikroskopu zdaleka nekončí zvětšením objektu. Je-li zařazen jen jeden polarizátor, je polarizované světlo na první pohled stejné jako "obyčejné", jen většina zbarvených krystalů při otáčení mění barvu (tzv. pleochroismus, který je také diagnostickým znakem). Při zapojení dvou polarizátorů ("zkřížené nikoly") jsou izotropní látky tmavé, zatímco anizotropní mají interferenční barvy a v určitých orientacích zhášejí (obr. 1, 3-6). Interferenční barvy mohou být také výsledkem pnutí (např. ve skle), stáčení polarizovaného světla (obr. 2) nebo velmi jemné komplikované morfologie.

Díky polarizaci lze snadno rozlišit krystaly (kromě krychlové soustavy) i bez zvláštní úpravy vzorku (stačí podložní sklíčko; pro izolovaná zrnka je zpravidla vhodné přidat imerzní kapalinu, nejčastěji glycerín).

Optimální preparáty pro polarizační mikroskop jsou tenké řezy - výbrusy, které umožňují v dostatečně průsvitných minerálech (neprůsvitných je v takto tenkých řezech menšina) určit tyto vlastnosti:

- rozmezí, v němž se nachází index lomu (ve výbrusech se určuje jen relativní ve srovnání se sousední hmotou - přesnost záleží na tom, s čím lze srovnávat; pouze tato veličina může být zjištěna i "obyčejným", např. biologickým mikroskopem),

- příslušnost krystalu k izotropním, přímo zhášejícím či šikmo zhášejícím, úhel zhášení v šikmo zhášejících krystalech; často lze díky zhášení pozorovat různě orientované domény ve zdánlivě homogenních krystalech (obr. 3-5),

- specifický dvojlom,

- charakter zóny (též "ráz délky"; pozitivní nebo negativní) u většiny protažených krystalů,

- v příznivém případě odlišení opticky jednoosých a dvojosých krystalů, event. určení charakteru minerálu (pozitivní nebo negativní).

Tyto údaje spolu s původem pozorovaného materiálu umožňují někdy jednoznačně určit minerál, jindy aspoň značně zúžit spektrum krystalických látek, které přicházejí v úvahu. Protože interakce světla s dvojlomnou látkou je závislá na směru šíření paprsků, určení uvedených vlastností je tím přesnější, čím více zrn téže krystalické látky lze pozorovat. V neupravených preparátech lze běžně odhadovat aspoň dvojlom a úhel zhášení.

Neprůsvitné krystaly lze zkoumat, podobně jako kovy, v odraženém světle. Vhodné jsou leštěné výbrusy nebo nábrusy (obr. 12,14,15). Většina neprůsvitných krystalů má vysokou odraznost, i když jsou třeba zcela tmavé při šikmém osvětlení (obr. 13) nebo nerovném povrchu. S pomocí polarizace lze odlišit izotropní a anizotropní krystaly a všímat si dalších jevů, které jsou nápadné u některých minerálů (možností však není tolik jako v procházejícím světle).

Obrazová analýza a rozšířené možnosti snímkování

Ke zpracování digitálního obrazu slouží především program NIS Elements.

Některé možnosti při snímkování: tzv. EDF modul umožňuje sejmutí v několika různých úrovních zaostření a poté automatické složení zaostřeného obrazu, včetně prostorového náhledu povrchu. Tyto funkce jsou vhodné především na matné vzorky s nerovným povrchem, často však lze zvýšit hloubku ostrosti i v procházejícím světle (obr. 2, 10).

K potlačení nadměrného kontrastu lze použít funkci HDR ("high dynamic range") (obr. 12), při bočním osvětlení může přijít vhod sejmutí bezodleskového obrazu (obr. 13).

Analýza obrazu umožňuje provádět snadné měření objektů a rovněž automaticky detekovat objekty. Automatická detekce se nejčastěji provádí tzv. prahováním, které zahrnuje objekty ve zvoleném barevném rozmezí (obr. 14); barva může být definována buď v režimu RGB, nebo HSI (odstín, sytost, intenzita). Ihned je vypočítán plošný podíl bodů v příslušném rozmezí a zvolené charakteristiky všech jednotlivých objektů, jako např. plocha, plošně ekvivalentní průměr, minimální a maximální Feretův průměr, sféricita, orientace protažení. Výběr objektů lze omezit, například tak, že se nepočítají příliš malé nebo příliš protažené. Editace binárního obrazu umožňuje detekovat i částice, které se uvnitř barevně neliší od okolí, ale mají aspoň kontrastní okraje (v tomto příkladu funkce "zaplnění děr").

 
Opakující se úkony lze z velké části automatizovat pro různé aplikace. Viz např. "Návod na vytvoření klasifikátoru v NIS Elements" pro stanovení složení cementářského slínku (diplomová práce Petr Dlabal; odkaz na video umístěn na hlavní stránce Ústavu skla a keramiky). Více informací o programu NIS-Elements na stránkách LIM >>>.

Tuto stránku vytvořil: Václav Procházka