Mikroskop polaryzacyjny to mikroskop optyczny przeznaczony do obserwacji i fotografowania próbek, które są widoczne przede wszystkim ze względu na ich optycznie anizotropowy charakter. Materiały z anizotropią optyczną mają współczynnik załamania światła zależny od polaryzacji i kierunku propagacji światła. [1]
Polarized light microscope (also called polarizing microscope) is an optical microscope designed to observe and photograph specimens that are visible primarily due to their optically anisotropic character. Materials with optical anisotropy have refractive index that depends on the polarization and propagation direction of light. [1]
W 1808 roku francuski inżynier Étienne Louis Malus odkrył polaryzację światła przez odbicie. Pewnego wieczoru obserwował odbicie światła słonecznego od szyby okiennej przez kryształ kalcytu i odkrył, że dwa obrazy otrzymane przez podwójne załamanie różniły się względną intensywnością, gdy kryształ obracał się wokół linii wzroku. Jednak Malus nie próbował interpretować tego zjawiska. Wynalezienie mikroskopu polaryzacyjnego jest zwykle przypisywane Davidowi Brewsterowi około 1815 r. Szkocki fizyk odkrył prawo określające związek między współczynnikiem załamania światła ośrodka a kątem padania, przy którym odbite światło jest całkowicie spolaryzowane liniowo. [2]
In 1808 French engineer Étienne Louis Malus discovered the polarization of light by reflection. One evening he observed the reflection of direct sunlight from a window pane through a calcit crystal, and found that the two images obtained by double refraction varied in relative intensities as the crystal was rotated about the line of sight. However, Malus did not attempt to interpret this phenomenon. However, the invention of the polarizing microscope is typically attributed to David Brewster around 1815. This Scottish physicist discovered the law giving the relationship between the refractive index of a medium and the angle of incidence at which reflected light is totally linearly polarized. [2]
Mikroskop polaryzacyjny składa się z detektora (zwykle kamery), soczewek i dwóch filtrów polaryzacyjnych umieszczonych prostopadle względem siebie w mikroskopie. Pierwszy filtr polaryzacyjny, polaryzator, wybiera polaryzację, co oznacza, że dopuszcza tylko jeden kierunek drgań światła ze zwykłego źródła światła. Drugi filtr, analizator, również wybiera polaryzację. Kiedy te dwa polaryzatory ustawione są prostopadle, światło nie może przedostać się przez analizator, jeśli próbka nie wykazuje dwójłomności. Dwójłomność oznacza, że materiał może podzielić padające na niego światło na dwa promienie, promień zwyczajny o tym samym współczynniku załamania co padające światło, nie powodujący żadnej różnicy pod mikroskopem polaryzacyjnym i promień nadzwyczajny o innym współczynniku załamania, który może przejść przez analizator i być wykryty przez okular i silnie zależy od uporządkowania próbki. Dlatego materiały nie dwójłomne pokazują czarne tło, a materiały dwójłomne tworzą piękne obrazy. [3]
The polarizing microscope composes of a detector (commonly a camera), lenses, and two polarizing filters perpendicularly positioned in microscope. The first polarizing filter, polarizer, chooses a polarization, which means it only allows one vibration direction of light perpendicular to the propagation direction from an ordinary light source. The second filter, analyzer, also selects a polarization. When these two polarizers are perpendicular positioned, no waves can get through if the sample exhibit no birefringence. Birefringence means that the material can split incident light into two rays, ordinary ray with the same refractive index as incident polarizing light, causing no difference under polarizing microscope and extraordinary ray, with a different refractive index, being able to get through the analyzer and be detected due to changed polarization direction. That is why non-birefringent materials show black background while birefringent materials create beautiful images. [3]
Mikroskop polaryzacyjny jest łatwy i szybki w obsłudze i może dawać dużo informacji na temat próbek bez ich uszkodzenia. Potrzebuje jednak dobrej jakości źródła światła, zaawansowanych kalibracji i może być używany tylko z cienkimi próbkami, które nie zaabsorbują całego padającego na nie światła.
Polarizing microscope is easy and quick to operate and can give precise visual data without damaging natures of samples. However it needs good quality light source, sophisticated calibrations, and the can be used only with thin samples, which will not absorp the whole inciding light.
Przykładowe zastosowania mikroskopu polaryzacyjnego [4] to:
- Diagnoza dny moczanowej
- Badanie białka amyloidu
- Obrazowanie z wysokim kontrastem tkanek i komórek
- Badanie struktur skalnych
- Wykrywanie specyficznych wzorców optycznych i defektów fazowych w ciekłych kryształach
- Wyznaczanie gęstości i wielkości makrocząsteczek
- Określenie jakości i wad szkła i ceramiki
- Kontrola metalu pod kątem składu i zanieczyszczeń powierzchniowych
Its applications [4] are:
- Gout diagnosis
- Amyloid protein examination
- high-contrast imaging for these tissues and cells
- Examination of rock structures
- Detection of peculiar optical patterns and phase defects in liquid crystals
- Determination of macromolecules density and size
- Determination of the quality of and defects in glass and ceramics
- Metal inspection for composition and surface impurities
Bibliografia/References:
[1] https://www.microscopyu.com/techniques/polarized-light/polarized-light-microscopy
[2] https://arago.elte.hu/sites/default/files/DSc-Thesis-2003-GaborHorvath-01.pdf
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Birefringence
[4] https://www.azolifesciences.com/article/Applications-of-Polarized-Light-Microscopy.aspx