optika

čili je celkem šest možných kombinací
v soustavě monoklinické souhlasí jeden z optických směrů s krystalovou osou y, ostatní optické směry se od krystalových os x a z více či méně odchylují
v soustavě triklinické žádný z optických směrů zpravidla nesouhlasí s žádnou krystalovou osou
Polarizační mikroskop I
Pomocí polarizačního mikroskopu lze určovat optické vlastnosti látek (minerálů). Nejdůležitější součásti jsou následující:
základem mikroskopu je stativ nebo podstavec se světelným zdrojem
v horní části je na stativ připevněn tubus na jehož horním konci je okulárová čočka a na spodním objektivová čočka
kombinace zvětšení objektivu a okuláru (jejich součin) udává výsledné zvětšení mikroskopu. Pro běžné mineralogické práce se používá objektivů s malým zvětšením (zpravidla 2x), středním zvětšením (zpravidla 10x) a velkým zvětšením (zpravidla 50x). Okulárové čočky mají zpravidla zvětšení 5x – 10x a zobrazují nitkový kříž, který udává směry kmitů analyzátoru a polarizátoru (někdy je v okuláru vyryta mikrometrická škála pro určování velikosti objektů).
přibližně ve středu stativu je umístěn posuvný otáčivý pracovní stolek, na jehož obvodu je vyznačena úhlová stupnice
pod pracovním stolkem (tj. mezi stolkem a zdrojem světla) je umístěna kondenzorová část, kterou tvoří: kondenzorová čočka, aperturní clona a polarizátor. Kondenzorová čočka se zasunuje pouze při pozorování při velkém zvětšení nebo v silně sbíhavém světle (konoskopická pozorování). Clona pod kondenzorovou čočkou umožňuje regulaci hloubky ostrosti a intenzitu osvětlení pozorovaného objektu.
polarizátor mění obyčejné světlo ze zdroje na světlo lineárně polarizované a to v předozadní rovině mikroskopu. Tuto část nelze zpravidla vyjmout, s polarizátorem lze pouze otáčet.
mezi objektivem a okulárem jsou odspodu umístěny tyto části: otvor pro zasunutí kompenzátorů, analyzátor a Bertrandova čočka
otvor pro kompenzátory (křemenný klín, sádrovcová destička) svírá s rovinou předozadní 45°
analyzátor je stejné zařízení jako polarizátor, ale propouští pouze světlo polarizované v rovině pravolevé. Pokud jsou v dráze paprsku oba nikoly (polarizátor i analyzátor), do okuláru neprojde žádný světelný svazek, pokud pozorovaný objekt není anizotropní.
nad analyzátorem je umístěna zasunovatelná Bertrandova čočka, která se užívá pouze při pozorování konoskopických obrázků
Pozorování minerálů v polarizačním mikroskopu
Minerály můžeme pozorovat ve dvou pracovních režimech:
při pozorování s jedním nikolem (PPL) pozorujeme v lineárně polarizovaném světle, zasunut je pouze polarizátor, zatímco analyzátor je vyjmut z dráhy světelného svazku. Tímto způsobem můžeme u minerálů pozorovat barvu, pleochroismus, tvar, štěpnost, uzavřeniny, reliéf a Beckeho linku.
při pozorování ve zkřížených nikolech (XPL) je spolu s polarizátorem zasunut i analyzátor. Roviny kmitu obou nikolů jsou navzájem kolmé – polarizátor propouští světlo polarizované v rovině předozadní a analyzátor propouští světlo kmitající v rovině pravolevé. Při tomto pozorování lze rozlišovat izotropní a anizotropní minerály, sledovat zhášení, stanovovat výši dvojlomu, určovat charakter minerálu a ráz délky.
PPL – barva a pleochroismus I
Látky bezbarvé absorbují procházející světlo velmi málo a všechny vlnové délky viditelného spektra přibližně stejně. Látky vykazující barevnost v polarizovaném světle absorbují různým způsobem různé vlnové délky (barvy) spektra a výsledná barva je pak složena z těch monochromatických světel, která nebyla pohlcena.
Barva je pro látky v polarizovaném světle velmi často důležitým diagnostickým znakem (např. slídy, amfiboly) a může být i odrazem variability chemického složení (zonální barevnost u granátů nebo amfibolů). Barva látek (absorpce světla) je u anizotropních minerálů závislá na krystalovém směru. Existence různých odstínů a intenzit barev při různé orientaci krystalu jsou zahrnovány do obecného pojmu pleochroismus. Tento jev je v mnoha případech velmi důležitý při identifikaci minerálů. Intenzita tohoto efektu klesá s klesající tloušťkou preparátu.
Typ pleochroismu závisí na optických vlastnostech látky:
izotropní barevné látky mají při otáčením stolkem stále stejnou barvu, jsou jednobarevné, nepleochroické (příkladem je granát)
u jednoosých barevných látek je jiná absorpce ve směru ω a jiná ve směru ε. Objevují se tak dvě charakteristické barvy v polohách po 90°. Tento jev se označuje jako dichroismus. Maximální rozdíly v pleochroických barvách jsou v řezech maximálního dvojlomu tj. rovnoběžně s optickou osou. Řezy rovnoběžné s (001) pleochroismus nejeví. Příkladem jednoosého pleochroického minerálu je turmalín.
dvojosé barevné látky mají různou absorpci světla podle tří základních optických směrů. Lze je tedy označovat jako trichroické (typický příklad je amfibol). Některé minerály mohou mít absorpci ve dvou směrech velmi podobnou, takže jsou prakticky dichroické (např. biotit). Řezy kolmé k libovolné optické ose pleochroismus nejeví.
PPL – tvar minerálů
Omezení a tvar minerálu mohou být důležitým diagnostickým znakem. Podle tvaru průřezu rozlišujeme omezení:
automorfní (dokonalé omezení krystalovými plochami)
hypautomorfní (částečné omezení krystalovými plochami)
xenomorfní (nepravidelné omezení)
Tvar zrna může vypovídat i o krystalové soustavě látky – kubické látky mají zpravidla izometrické omezení čtvercové nebo trojúhelníkovité, látky jednoosé mají často sloupcovitý vývin a řezy kolmo k optické ose mají průřezy typické pro danou soustavu.
PPL – stavba minerálních zrn
Některé výviny a stavby krystalových zrn jsou velmi nápadné a pro řadu látek charakteristické např.:
kostrovitý vývin, vznikající v důsledku rychlého růstu
vláknitá stavba charakteristická pro některé amfiboly nebo chrysotil
sférolitická stavba zrna s radiálně paprsčitým uspořádáním vláknitých krystalků
kolomorfní stavba zrna, apod.
PPL – velikost zrna
Velikost zrna nebývá zpravidla významným diagnostickým znakem, ale u sedimentárních hornin je tato informace nezbytná pro klasifikaci horniny. K měření se používá mikrometrický okulár, který má vyrytou škálu po 100 dílcích. Pro určení velikosti musíme stanovit, jakému zlomku milimetru odpovídá jeden dílek (pro objektivy s různým zvětšením je to různé). K tomu se používá mikrometr, což je vlastně podložní sklíčko s vyrytou škálou o délce dva milimetry s dělením na setiny milimetru. Poměřením ocejchované škály se škálou okuláru zjistíme potřebný přepočet pro absolutní stanovení velikosti zrn.
PPL - uzavřeniny
Uzavřeniny jsou běžným jevem, ale na významu nabývají jen u některých minerálů. Příkladem mohou být izometricky uspořádané uzavřeniny v leucitu, zirkony s pleochroickými dvůrky ve slídách nebo shlukování pigmentu v krystalograficky odlišných místech (chiastolit, přesýpátková struktura augitu). Některé typy uzavřenin lze velmi dobře sledovat i při zkřížených nikolech.
PPL – štěpnost
Štěpnost je jedním z nejdůležitějších diagnostických znaků. Jedná se o poruchy, které vznikají podél definovaných krystalografických rovin. Štěpnost minerálů definujeme jejím směrem (zpravidla vyznačujeme Millerovými indexy) a kvalitou:
velmi dokonalá štěpnost
dokonalá štěpnost
dobrá štěpnost
nedokonalá štěpnost
špatná štěpnost
zcela chybějící štěpnost
Důležitým vodítkem při určování minerálů je i počet štěpných systémů a jejich vzájemný vztah.
PPL – reliéf a povrch
Reliéf je projevem rozdílných indexů lomu dvou sousedících zrn různých látek. Pokud má látka vyšší, resp. nižší index lomu než okolní látky, je její reliéf vůči okolí pozitivní (vystupující), resp. negativní (propadající). Má-li látka a její okolí velmi blízké indexy lomu, reliéf nepozorujeme.
Určitý význam při optickém určování látek může mít kvalita jejich povrchu, která je vidět v polarizovaném světle. Drsnost a „svraštění“ povrchu je lépe vidět v případě, že jsou velké rozdíly v indexech lomu zrna a jeho okolí.
PPL – Beckeho linka
Beckeho linka je jev, který se používá pro určení optického prostředí s vyšším resp. nižším indexem lomu na hranici zrn dvou látek. Pozorování se provádí se sníženým kondenzorem bez kondenzorové čočky a za použití clonky. Na rozhraní dvou různě lomivých látek (minerálů) se při jemném rozostření objeví tzv. Beckeho linka. Platí pravidlo, že při zvedání tubu (snižování stolku) vstupuje Beckeho linka do prostředí opticky hustšího (s větším indexem lomu). Tohoto jevu se využívá při měření indexu lomu imersní metodou
XPL – zhášení
Stanovením způsobu zhášení lze určovanou látku blíže definovat z hlediska krystalové soustavy.
pokud je v zorném poli mikroskopu izotropní látka, polarizované světlo prochází libovolným řezem beze změny a na analyzátoru je zrušeno, takže při otáčení stolkem je zrno této látky stále tmavé (černé) – nejeví zhášení
u anizotropních látek jsou v ploše obecného řezu dva směry, kterými paprsek prochází beze změn, takže při otáčení stolkem o 360° se každý tento směr ocitne v uvedené orientaci dvakrát. Tyto čtyři polohy se vyznačují tím, že jeden z optických směrů (u jednoosých minerálů ( nebo (, u dvojosých minerálů (, ( nebo () je rovnoběžný s rovinou kmitu polarisátoru a v této speciální poloze dojde k vyhasnutí zrna, tj. průřez ztmavne (jinými slovy předozadně polarizované světlo projde zrnem beze změn a na pravolevě orientovaném analyzátoru je zrušeno a k oku pozorovatele se již nedostane – je vidět tmavé pole).
Zhášení rovnoběžné (přímé)
Nastává, když minerál zháší tehdy, jsou-li jeho štěpné trhliny nebo omezení orientovány rovnoběžně s rovinou kmitu polarizátoru nebo analyzátoru.
Zhášení šikmé
Je případ, kdy poloha zhášení je vzhledem ke krystalovému omezení nebo štěpným trhlinám orientována šikmo. V tomto případě je důležitou veličinou tzv. úhel zhášení (, tj. odchylka polohy zhášení od roviny polarizátoru. Maximální úhel zhášení měříme vždy vzhledem k určité krystalografické ose (např. (/c) a je pro řadu minerálů důležitou určovací veličinou (úhel zhášení je vždy menší než 45°, jinak měříme úhel doplňkový).
Zhášení symetrické (souměrné)
Se objevuje v případě, že směr kmitu paprsku půlí úhel mezi dvěma morfologickými fenomény (např. štěpnost) a řez preparátu je na ně kolmý.
Rovnoběžné zhášení vykazují všechny látky, u kterých jednotlivé optické směry souhlasí se směry krystalografickými tzn. patří do soustavy hexagonální, trigonální, tetragonální nebo rombické. U soustavy monoklinické zhášejí rovnoběžně pouze řezy v pásmu (100) : (001), všechny ostatní řezy monoklinických minerálů a látky triklinické zhášejí šikmo.
XPL – interferenční barvy
Vychýlíme-li minerál ve zkřížených nikolech z polohy zhášení, můžeme pozorovat interferenční (polarizační) barvy. Nejcharakterističtější jsou při otočení minerálu z polohy zhášení o 45°, nejjasnější jsou interferenční barvy u látek bezbarvých. U barevných látek mohou být interferenční barvy částečně ovlivněny jejich vlastní barvou.
Rychlost světelného svazku, který prochází izotropní látkou, je ve všech směrech stejná, pouze rychlost průchodu se mění v závislosti na indexu lomu látky. V anizotropních látkách prochází světelný svazek v různých směrech různou rychlostí (kromě směru rovnoběžného s optickou osou). Světelný