Olaf Medenbach, Ruhr-Universität Bochum (modifiziert durch Ralf Dohmen) Unterlagen zur Vorlesung...

Olaf Medenbach , Ruhr-Universität Bochum (modifiziert durch Ralf Dohmen)

Unterlagen zur Vorlesung Kristalloptik und Polarisationsmikroskopie, SS 2012

Polarisationsmikroskop

• Exaktes physikalisches Meßinstrument• Wichtigstes Handwerkszeug für Phasenanalyse• Ergebnisse konkurrenzlos schnell und billig:

– Phasenanalyse, Mineralidentifikation– Korngrößenanalyse, Korngrößenverteilung– Gefüge– Gesteinsansprache– "chemische Zusammensetzung" des Gesteins– Entstehungsgeschichte des Gesteins aus Mineralreaktionen und Gefüge– technische Brauchbarkeit eines Gesteins (z.B. Baustoff)– Schadensdiagnose

Was ist Sehen?• Sehen wird bestimmt durch das "Auflösungsvermögen", d.h. den kleinsten

Abstand zweier benachbarter Bildpunkte, die noch getrennt wahrgenommen werden können.

• Die Rezeptoren der Netzhaut sind punktförmig, diese bestimmen das Auflösungsvermögen.

• Rein geometrisch ist das Auflösungsvermögen also begrenzt durch den Winkel, den zwei Strahlen im Auge bilden, die auf benachbarte Rezeptoren treffen.

• Das Auflösungsvermögen kann man also steigern, indem man den Winkel, unter dem ein Objekt erscheint, vergrößert. Das geschieht zum einen durch Annähern ans Auge, zum anderen durch optische Hilfsmittel.

• Instrumente zur Vergrößerung des Bildwinkels: – Fernrohr – Lupe– Mikroskop

• Funktion:– Divergenz bzw. Konvergenz des Strahlenbündels wird

durch Brechung an Glas-Luft-Flächen verändert.

• Link zur "optischen Bank zur Funktion einer Linse:http://www.schulphysik.de/java/physlet/applets/optik1.html

gebräuchliche Mikroskoptypen in den Geowissenschaften:

• Durchlichtmikroskope• Auflichtmikroskope

• Interferenzmikroskope• Phasenkontrastmikroskope

• Stereomikroskope bzw. "Binokulare"

oft in einem Instrument vereint

oft als Zusatzeinrichtung für Forschungsmikroskope

Keine Mikroskope im eigentlichen Sinne, sondern Lupen (seitenrichtige,

vergrößerte Abbildung)

Zweistufige Vergrößerung am Mikroskop:

• Objektiv:– Objekt im Abstand zwischen der

doppelten und der einfachen Brennweite:

• reelles, umgekehrtes, vergrößertes Bild

• Okular:– Objekt im Abstand innerhalb der

einfachen Brennweite (Lupe):• virtuelles, seitenrichtiges, vergrößertes Bild

seitenverkehrtes, virtuelles, doppelt vergrößertes Bild

Baueinheiten eines Mikroskops

StativStativLampe

Kondensor

TischTischObjektiv

Okular

TubusTubus

konjungierte Ebenen im Mikroskop

LampenwendelLampenwendel LeuchtfeldblendeLeuchtfeldblende

AperturblendeAperturblende

NetzhautNetzhaut

ObjektebeneObjektebene

Ebene des reellen Ebene des reellen ZwischenbildsZwischenbilds

hintere Brennebene hintere Brennebene des Objektivsdes Objektivs

Austrittspupille des Austrittspupille des OkularsOkulars

numerische Aperturn.A. = n sin

Die numerische Apertur steuert das Auflösungsvermögen und den Kontrast!

hohe Apertur niedriger Kontrast, hohes Auflösungsvermögen

niedrige Apertur hoher Kontrast, niedriges Auflösungsvermögen

Elektromagnetisches Spektrum

Quelle: Wikipedia

Absorptionsspektrum Fraunhofersche Linien in Sonnenspektrum

Quelle: Wikipedia

Emissionsspektrum Spektrum einer

Leuchtstoffröhre

Brechungsindex

n = , n > 1, dimensionslosc0

cStoff

• Der Brechungsindex n ist das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeiten im Vakuum (c0) und Stoff (cStoff). Der Wert ist größer als 1 und dimensionslos.

• Der Brechungsindex ist eine physikalische Stoffkonstante und abhängig von den physikalisch-chemischen Bedingungen. Daher erlaubt seine Messung in vielen Fällen:

• Diagnose- Bestimmung der chemischen Zusammensetzung- Bestimmung der Bildungsparameter (Druck, Temperatur etc.)

• Die Messung kann prinzipiell erfolgen über:- Geschwindigkeitsdifferenz von Wellen

Streckendifferenz von Wellenzügen (Interferenzmikroskopie).- Lichtbrechung (Snelliussches Brechungsgesetz)

• Bei anisotropen Medien muss die Messung der Brechungsindizes richtungsabhängig erfolgen!

Wichtige BrechungsindizesVakuum: 1

Luft: 1,0003

Wasser: 1,33

Fluorit: 1,43

Quarz: 1,544 - 1,553

Diamant: 2,4

Rutil: 2,6 - 2,9

Glas: 1,4 - 1,8

Objektträger 1,515

Immersionen:

Immersionsöl: 1,515

Canadabalsam: ~1,52

Epoxydharz: ~1,56

Willebrord SnellAstronom und Mathematiker

(1580-1626)

=sin sin

c1, n1

c2, n2

Snelliussches Brechungsgesetz 1618

Johannes Kepler Mathematiker und Astronom

(1551-1630)Brechungsindexbestimmung aus dem SchattenwurfDioptrik, 1611

Dispersion des Lichts

Quelle: Wikipedia

Unterlagen zur Vorlesung Kristalloptik und Polarisationsmikroskopie, SS 2012Minimalablenkung am Prisma

+ 2n =

Für die Messung anisotroper Kristalle muss ein Hauptschnitt oder mindestens ein

Hauptbrechungsindex in der Symmetrieebene des Prismas liegen.

Dispersion des Lichts

n1= n2 • sin krit

n1< n2

Grenzwinkel der Totalreflektion

n2krit

Unterlagen zur Vorlesung Kristalloptik und Polarisationsmikroskopie, SS 2012modernes Totalreflektometer nach Abbe

Bezeichnung Einheit

1 Brechungsindex nD2 Brix % mas3 Glukose % mas4 Fruktose % mas5 Invertzucker % mas6 HFCS % mas7 Honig Wassergehalt % mas8 °Oechsle °Oe9 °Klosterneuburg °KMW

10 ZEISS (Wasser=14.45) Z 14.4511 ZEISS (Wasser=15.00) Z 15.0012 Butter Fettgehalt % mas13 Butter Iodzahl IZ14 Milch Fettgehalt % mas15 Salzgehalt % mas16 Frostschutz Glykol °C, °F17 FSII - ASTM D 5006 % vol18 Serum Protein % vol19 Serum Trockensubstanz % vol20 Urin Spezifisches Gewicht g/ml21 Urin Trockensubstanz % vol22 Urin Osm. Druck mosm/l

modernes Totalreflektometer

„Abbemat“, Fa. Kernchen, Seelze

ab Werk erhältliche Skaleneichung

Beschriftung Objektiv und Okular

Lichtbrechung im Dünnschliff

Relief

Chagrin(franz.: genarbtes Leder)

Becke - Linie

Becke – Linie benannt nach Friedrich Becke 1855-1931

Unterlagen zur Vorlesung Kristalloptik und Polarisationsmikroskopie, SS 2012Immersionsmethode

hohe Aperturniedrige Aperturniedrige Apertur, defokussiertBecke Linie: Beim Heben des Tubus geht die helle Linie in das

höher brechende Medium

Blende nach Schröder van der KolkHeller Rand zur Blende Korn niedriger lichtbrechend

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