آموزشی میکروسکوپ های پلاریزان

[Ramina.p]

وسائل اضافی که جهت جبران تأخیر فاز بکار می‌روند عبارتند از: الف) گو*ه بسیار نازکی از کوارتز: این گو*ه به گونه‌ای بریده می‌شود که محور اپتیکی آن موازی خط الرأس گو*ه باشد. معمولا این گو*ه را بر روی یک تیغه کوارتز به گونه‌ای می‌چسبانند که محور اپتیکی آن با محرو اپتیکی گو*ه عمود باشند. در یک نقطه ضخامت گو*ه صفر است و لذا تأخیر فازی وجود ندارد و لیکن در نقاط دیگر بخاطر آنکه ضخامت صفر نیست تأخیر فاز وجود دارد. در عمل موقع آزمایش بایستی محور اپتیکی نمونه و محور اپتیکی گو*ه بر هم عمود باشند به گونه‌ای که تأخیر فاز نمونه بوسیله گو*ه جبران شود. این عمل موجب آن می‌شود که موقعی که آنالیزور و پلاریزور بر هم عمود عستند تاریک شوند. در این حالت اختلاف فاز ایجاد شده بوسیله گو*ه درست برابر و در جهت خلاف نمونه می‌باشد از این طریق می‌توان اختلاف فاز نمونه را تعیین نمود.

ب) تیغه ربع موج: این تیغه دارای ضخامتی برابر با یک ربع طول موج می‌باشد. بنابراین در اثر عبور نور از این تیغه فاز موج عقب خواهد افتاد. این تیغه از جنس بلور میکا می‌باشد. با استفاده از این تیغه و تغییر نقش تداخلی حاصل شده نوع بلور بدست می‌آید. این تیغه همراه با تیغه ربع موج دیگری که در بالای پلاریزور قرار می‌گیرد بکار می‌رود.


ج) تیغه حساس به رنگ نور: این تیغه از تیغه نازک کوارتز درست شده است و دارای سطح صاف می‌باشد. ضخامت تیغه معادل با تمام موج می‌باشد. این بلور را بین دو لامل می‌چسبانند. ویژگی این تیغه آن است که تأخیر فازهای کوچک حاصله شده در اثر نور عبوری از نمونه را به تغییرات رنگی که چشم حساس به آن است تبدیل می‌نماید. تغییر رنگ حاصله معرف نمونه می‌باشد. این تیغه برای رنگ سبز تمام موج می‌باشد یعنی تأخیر فازی حاصل نمی‌شود. برای نور قرمز اندکی تأخیر فاز و برای نور آبی تأخیر فاز بیشتر ایجاد خواهد نمود. تأخیر کوچک در تغییر فاز موجب تغییر سریع رنگ می‌شود.

 

[Ramina.p]

د) پلاتین یونیورسال: معمولا محورهای اپتیکی نمونه‌های مورد مطالعه نسبت به سطح نمونه بصورت اتفاقی می‌باشند و لذا تنظیم مناسب موقعیت و زاویه آن نسبت به سطح افق جهت یافتن محورهای اپتیکی از طریق ایجاد و مشاهده نوارهای تداخلی بایستی بطور دقیق انجام شود. برای این منظور از پلاتین یونیورسال استفاده می‌شود. با استفاده از این وسیله می‌توان ضریب شکست را در جهات مختلف نمونه مربوط به پرتوهای عادی و غیر عادی تعیین نمود. پلاتین یونیورسال بطور مناسب مدرج شده است به گونه‌ای که می‌توان جهت قرار گرفتن نمونه را از روی درجات مشخص نمود و از این طریق محورهای اپتیکی را تعیین نمود.

 

[Ramina.p]

مشاهده بوسیله نور پلاریزه
وضعیتهای مختلفی را که در مطالعه با میکروسکوپ پلاریزان می‌توان مشاهده نمود: وقتی که محور دو صفحه پلاریزور و آنالیزور موازی یا عمود بر یکدیگر می باشند. وقتی که نور از چشمه خارج و به پلاریزور برخورد نماید نور خارج شده از آن نور پلاریزه و به موازات محور پلاریزاسیون پلاریزور می‌باشد. در حالتی که آنالیزور به گونه‌ای باشد که محور پلاریزاسیون آن به موازات محور پلاریزاسیون صفحه پلاریزر باشد نور خارج شده از پلاریزور بدون تغییر از آن عبور نموده و به چشم می‌رسد. در صورتی که دو صفحه محور پلاریزاسیونشان عمود بر همدیگر باشند نور خارج شده از پلاریزور نمی‌تواند از آنالیزور خارج و بوسیله آن جذب می‌شود، در آن صورت نوری به چشم نمی‌رسد. وضعیت اولی وضعیت موازی دو صفحه پلاریزور و آنالیزور است و وضعیت دومی وضعیت متقاطع محورهای پلاریزاسیون دو صفحه پلاریزور و آنالیزور است. این آزمایش را می‌توان در میکروسکوپ پلاریزاسیون با چزخش آنالیزور انجام داد. در هر چرخش کامل 360 درجه‌ای دو مرتبه روشنایی ماکزیمم و دو مرتبه روشنایی مینیمم می‌شود. در حالت زاویه 90 درجه نسبت به یکدیگر نور رسیده به چشم قطع می‌شود و در صفر درجه و 180 درجه روشنایی ماکزیمم می‌شود

 

[Ramina.p]

تشخیص فشار
برای تشخیص تأثیر فشار همه عدسیهای میکروسکوپ را خارج نموده و دو صفحه پلاریزور و آنالیزور را با زاویه محرو پلاریزاسیون عمود بر هم قرار دهید. یک صفحه اسلاید شیشه‌ای 1×3 اینج روی stage قرار داده به گونه‌ای که یک ضلع بزرگ اسلاید وقتی که داخل لوله نگاه می‌کنیم قابل دیدن باشد با نگه داشتن اسلاید بطور محکم بوسیله یک دست با دست دیگر دسته یک scalpel یا یک وسیله مشابه را با فشار روی لبه در حال مشاهده فشار دهید. ناحیه روشن قابل مشاهده با اعمال فشار حذف می‌شود که نشان دهنده فشار الاستیک (elastic stress) می‌باشد. بعد از آزاد شدن لبه از فشار مجددا لبه روشن قابل مشاهده است. میکروسکوپ شناسها با همین روش ساده عدسیها را (polariscope) امتحان می‌نمایند. هر نوع رگه (strain) بر روی عدسیها با این روش ساده قابل مشاهده است، چون که جهت نور را تغییر می‌دهد.

 

[Ramina.p]

آزمایش پلیکریم (Test for pleochrosim)
برای انجام این تست میکروسکوپ را تنظیم و با قرار دادن پلاریزور و آنالیزور در وضعیت داخل و خارج از موقعیت اصلیشان به ترتیب اینکار را انجام می‌دهیم. با چرخاندن یک صفحه تورمالین که روی محل نمونه (stage) قرار دارد و توجه به تاریک و روشن شدن در وضعیتهای 90 درجه نسبت به همدیگر می‌توان مؤلفه‌های pleochroic را تشخیص داد. تغییر رنگ و شدت ، ویژگیهای این پدیده است.

 

[Ramina.p]

تست ایزوتروپیکی مواد
با قرار دادن یک قطعه شیشه بدون رگه (unstrain) روی stage و چرخاندن آن بین دو صفحه پلاریزور و آنالیزور وقتی که زاویه بین محورهای پلاریزاسیون آنها 90 درجه است می‌توان ایزوتروپیک و غیر ایزوتروپیک بودن آنرا مشاهده نمود. بایستی توجه داشت که در طول آزمایش پلاریزور و آنالیزور دارای زاویه 90 درجه می‌باشند. در صورتی که ماده مورد آزمایش ایزوتروپیک باشد چون که ضریب شکست جسم ایزوتروپیک در همه جهات یکسان است لذا نمی‌تواند موجب تغییر روشنایی شود در غیر اینصورت روشنایی پس از آنالیزور تغییر می‌کند.

 

[Ramina.p]

مواد بی رنگ غیر ایزوتروپ در نور تکرنگ
یک صفحه سبز رنگ در جلو چشمه نور قرار داده و محورهای صفحات پلاریزور و آنالیزور را بطور عمودی نسبت به هم تنظیم و سپس نور پلاریزور را روی اسلاید حاوی نمونه با ضریب شکست دو گانه متمرکز نموده و سپس آزمایش را می‌توان انجام داد. تهیه سمبل مناسب می‌تواند با قرار دادن دو قطره سولفات منیزیم غلیظ گرم (Espon salt) بر روی اسلاید عاری از چربی و سپس پوشاندن آن با یک پوشش شیشه‌ای باشد. در این وضع در عرض چند دقیقه کریستال سوزنی شکل کوچکی رشد می‌نماید. در صورتی که مایع باقیمانده را بوسله فیلتر کاغذی خارج نمائیم ادامه رشد کریستال متوقف می شود (برای بدست آوردن نمونه مناسب بایستی چندین نمونه تهیه نمود تا وضعیت و کریستال مطلوب بدست آید).

در صورتی که stage که حاوی کریستال است را بچرخانیم وضعیتهای تاریک و روشن را بطور متناوب خواهیم دید. موقعیت تاریک بنام (extinction) موقعیت قطع خوانده می‌شود. در صورتی که زاویه بین دو قطع را اندازه بگیریم زاویه آن 90 درجه بدست خواهد آمد. موقعیت ماکزیمم روشنایی در زاویه 45 درجه ظاهر خواهد شد. رفتار نمونه در بین دو صفحه پلاریزور و آنالیزور که بصورت عمودی نسبت به همدیگر قرار دارد مهمترین کاری است که بوسیله میکروسکوپ پلاریزان می‌توان انجام داد. نوری که در راستای با ضریب شکست بیشتر از نمونه خارج می شود عقبتر است و یا بعد از نور در امتداد جهت یا ضریب شکست کمتر حرکت می‌نماید. رابطه آنها نسبت به همدیگر در نقطه خروج تحت عنوان تأخیر نسبی (retardation) یا اختلاف فاز (phase difference) خوانده می‌شود.

تأخیر یا اختلاف فاز را می‌توان بر حسب طول موج بیان نمود (بر حسب میکرومتر). مقدار تأخیر بستگی به دو فاکتور اختلاف بین ضریب شکستها در جهات مختلف و ضخامت نمونه دارد. Birefringence یک ماده از کمیت مهم مواد می‌باشد که می‌توان آنرا با میکروسکوپ پلاریزان اندازه گیری نمود. این کمیت برابر با اختلاف حداکثر و حداقل ضریب شکست آن ماده می‌باشد. همچنین این کمیت ممکن است بر حسب تأخیر نسبی بر حسب میلیمتر تقسیم بر ضخامت نمونه بر حسب میلیمتر بیان شود.

 

[Ramina.p]

مواد غیر ایزوتروپیک که در همه وضعیتها دارای تاریکی هستند
بعضی مواد ایزوتروپیک وقتی که در زیر میکروسکوپ پلاریزان مشاهده می‌شوند ضمن چرخاندن آنها به اندازه 360 درجه همیشه تاریک باقی می‌مانند. دو دسته پرتو در زاویه 45 درجه نسبت به همدیگر دارای تأخیر فاز می‌باشند و لذا با همدیگر تداخل نمی‌نمایند و لیکن پس از آنکه از آنالیزور عبور نموده هر دو در یک صفحه قرار می‌گیرند و بنابراین تحت شرایط بخصوصی اینها ممکن است با همدیگر تداخل نموده و لذا موجب تداخل مخرب شوند. تداخل مخرب وقتی اتفاق می‌افتد که دو دسته پرتو پلاریزه شده همدوس (coherent) باشند و در ضمن به اندازه نصف طول موج (180 درجه) از همدیگر اختلاف فاز داشته باشند. در چنین وضعیتی کل تأخیر برابر است با تأخیری که در نمونه و تأخیری که در آنالیزر ایجاد می‌شود.

 

[Ramina.p]

مواد بی رنگ غیر ایزوتروپیک (در نور سفید)
اگر آزمایشهای ذکر شده در مرحله قبل در نور سفید انجام شوند در آن صورت موقعی که نور به چشم می‌رسد (در حالت 45 درجه) جسم به صورت رنگی مشاهده می‌شود. موقعیت رنگها بستگی به ضخامت نمونه دارد. مکانیزم تشکیل این وضعیت بشرح زیر است:


وقتی که نور پلاریزه از جسم غیر ایزوتروپ خارج می‌شود در آن صورت بین مؤلفه‌های مختل نورهای عبور کرده زمانهای تأخیر متفاوتی وجود دارد (رنگ سفید متشکل از طول موجهای مختلف می‌باشد). چونکه هر طول موج در زاویه 45 درجه به دو مؤلفه تقسیم شده و پس از خروج از نمونه این دو مؤلفه نسبت به هم تأخیر دارند. بنابراین پس از آنکه مجددا به آنالیزر رسیدند حداقل یکی از رنگها پس از عبور چون که به یک صفحه آورده می‌شود با همدیگر تداخل مخرب خواهند داشت و لذا از آن طول موج از رنگ سفید حذف شده و تصویر بصورت رنگی مشاهده می‌شود. بنابراین رنگهای پلاریزه بستگی به دو پارامتر دارند که عبارتند از:


ضخامت ماده
مقدار تأخیر زمانی

بنابراین مواد مشابه با ضخامت متفاوت ممکن است دارای رنگهای پلاریزاسیون متفاوتی باشند.

 

[Ramina.p]

مقیاس نیوتن
وابستگی بین رنگ با ضخامت ماده را به وضوح می‌توان با استفاده از یک ماده غیر ایزوتروپ گو*ه‌ای مشاهده نمود. این گونه گو*ه‌ها معمولا از جنس کوارتز می‌باشند و همراه با میکروسکوپ پلاریزان وجود دارند یا آنکه می‌توان آنها را بطور مصنوعی تهیه نمود. یک لایه بسیار نازک سلوفان (Cellophane) را انتخاب نموده و آنرا در زیر میکروسکوپ در وضعیتی که صفحات پلاریزاسیون میکروسکوپ بر همدیگر محورشان عمود باشند قرار داده و با توجه به جهت آنها که بایستی مشخص شود، با بریدن باریکه‌هایی از این ماده در جهت مشخص و سپس قرار دادن آنها بر روی یکدیگر به گونه‌ای که بصورت یک گو*ه (wedge) ساخته شوند. در صورتی که یک گو*ه تحت زاویه 45 درجه بین دو صفحه پلاریزور و آنالیزر با محور عمود بر هم قرار گیرند با فشار دادن و حرکت دادن گو*ه بداخل ناحیه میکروسکوپ بتدریج رنگهای مختلف مشاهده می شوند. در صورتیکه یک گو*ه حقیقی را زیر میکروسکوپ مشاهده نمائیم یک طیف پیوسته از رنگها مشاهده خواهیم نمود که شدت نور نوارها هر چه که به سمت ناحیه نازکتر گو*ه حرکت کنیم بیشتر می‌شود و ماکزیمم آن در محلی است که ضخامت گو*ه صفر است.

نورها و نوارهای پلاریزه مشاهده شده در این وضعیت مربوط به تأخیری است که در نور حاصله هنگام عبور از ضخامتهای مختلف ایجاد می‌شوند و نتیجتا تداخل یک طول موج بخصوص و سپس حذف آن از طیف ، در صورت قرار دادن یک گو*ه استاندارد و یک گو*ه از ماده غیر ایزوتروپیک ناشناخته می‌تواند در مجاورت هم در زیر میکروسکوپ و مقایسه رنگها و نوارها تأخیری که در مؤلفه‌های نوری در مؤلفه ایجاد می‌شود محاسبه گردد. گو*ه کوارتز بین پلاریزور و آنالیزور متقاطع (در حالت نور تکرنگ) وقتی که در آزمایش بالا یک صفحه سبز در مقابل نور لامپ میکروسکوپ گذاشته شود در آن صورت تعدادی نوارهای تاریک مشاهده می‌شوند که در واقع نوارهای تداخلی حاصله با شدن مینیمم هستنچد.