Что такое поляризационный микроскоп?

Что такое поляризационный микроскоп?

Поляризационный микроскоп — это оптический микроскоп, который выбирает и наблюдает поляризованный свет.

Оптические микроскопы, используемые в научных экспериментах, наблюдают весь свет, отраженный от материала через окуляр. Свет — это волна, в которой электрические и магнитные поля колеблются в направлении, перпендикулярном направлению движения. Свет с регулярным направлением колебаний в электрическом поле называется поляризованным светом. Поляризационный микроскоп наблюдает поляризованный свет, который отражается от материала и колеблется в определенном направлении.

Линейно поляризованный свет освещает материал, и изменения в состоянии поляризации можно наблюдать как цвет или свет/тьма. Когда поляризованный свет выбран и наблюдается с помощью микроскопа, можно определить состояние и компоненты вещества.

Использование поляризационных микроскопов

Поляризационные микроскопы изначально использовались для определения состояния и состава минералов. Однако теперь они также используются в разработке полимеров и биотехнологий. Изменения в состоянии поляризации отражают молекулярную ориентацию и кристаллическую структуру, позволяя оценивать внутреннюю структуру полимеров. Кроме того, в сочетании с оборудованием для контроля температуры можно наблюдать поведение фазового перехода.

Одним из главных открытий, сделанных с помощью поляризационных микроскопов, являются жидкие кристаллы. Жидкие кристаллы, которые являются жидкостью, но имеют молекулярную структуру, похожую на структуру твердых тел, были впервые обнаружены с помощью поляризационных микроскопов, что привело к разработке современных жидкокристаллических телевизоров и других продуктов.

Кроме того, многие биологические материалы имеют состояние и молекулярную структуру, эквивалентные жидким кристаллам, и поляризационные микроскопы продолжат играть активную роль в медицинских и фармацевтических областях в будущем.

Принцип поляризационных микроскопов

Поляризационные микроскопы используют фильтры для выбора поляризации света, создавая оптические микроскопические изображения, которые отражают оптические свойства образца.

1. Состав поляризационного микроскопа

Обычный оптический микроскоп состоит из источника света, предметного столика и объектива. Свет, излучаемый источником света, падает на материал, который попадает в объектив и может наблюдаться через окуляр. Принцип поляризационных микроскопов в основном такой же, как и у оптического микроскопа, за исключением того, что между источником света и образцом размещается поляризатор, а между объективом и окуляром размещаются две поляризационные пластины, называемые анализатором.

Свет, излучаемый источником света, является естественным светом, таким же, как флуоресцентный свет, включая все направления. Этот свет преобразуется в поляризованный свет, пропуская его через поляризатор и освещая им наблюдаемый материал. Поляризованный свет, изменивший направление при прохождении через материал, проходит через анализатор в перекрестном никольном расположении, перпендикулярном поляризатору, и может наблюдаться.

2. Изображение поляризационных микроскопов

Когда образец без анизотропного показателя преломления наблюдается с помощью поляризационных микроскопов, линейно поляризованный свет, излучаемый поляризатором, не меняет своего состояния поляризации и не может пройти через анализатор, поэтому поле зрения при наблюдении через окуляр темное.

При наблюдении образца, показатель преломления которого отличается в зависимости от направления поляризации (двойное лучепреломление), если направление колебаний падающего линейно поляризованного света совпадает с оптической осью образца, состояние поляризации падающего света не меняется, и поле зрения темное, как описано выше. С другой стороны, когда направление колебаний падающего света отличается от оптической оси образца, падающий свет разделяется на два компонента поляризации из-за двойного лучепреломления образца, и составной компонент отличается от состояния поляризации до пропускания образца. Изменение состояния поляризации заставляет свет проходить через анализатор, что приводит к яркому полю зрения.

Изображения с поляризационного микроскопа кажутся окрашенными из-за оптической разницы хода между двумя световыми компонентами, вызванной двупреломлением образца. В поляризационных микроскопах столик, на котором находится материал, можно вращать на 360°, чтобы изменить угол поляризованного света относительно оптической оси образца.

Другая информация о поляризационных микроскопах

Применение поляризационных микроскопов

Поляризационные микроскопы используют методы, которые можно использовать в сочетании с другими оптическими методами измерения, поскольку они могут изучать кристаллические домены и даже их ориентацию.

1. Измерение флуоресценции
Поляризационные микроскопы можно использовать в сочетании с измерением флуоресценции. Обычные измерения флуоресценции представляют собой ансамблевую информацию, полученную из различных положений и ориентаций доменов кристалла. Однако, поскольку оптические свойства изменяются в зависимости от ориентации доменов кристалла, в игру вступают поляризационные микроскопы, которые могут идентифицировать ориентацию кристалла. Поляризационные микроскопы позволяют нам наблюдать излучение поляризационной информации в определенном направлении путем инжекции лазера с определенным направлением поляризации в падающем свете.

2. Измерение с временным разрешением
Поляризационные микроскопы также можно использовать в сочетании со спектроскопией с временным разрешением. В то время как обычная спектроскопия с временным разрешением обеспечивает ансамблевую информацию из различных положений и ориентаций доменов кристалла, поляризационная микроскопия позволяет проводить спектроскопические измерения поглощения и испускания с временным разрешением, определяя ориентацию и положение доменов кристалла.