La microscopía de polarización se aplica rutinariamente en las ciencias de los materiales y la geología para identificar los minerales sobre la base de propiedades y colores característicos de la refracción. En biología, los microscopios polarizados se usan comúnmente para la identificación o formación de imágenes de estructuras birrefringentes como cristales, o para la obtención de imágenes de celulosa en las paredes celulares de plantas y granos de almidón.
La birrefringencia es la clave para la microscopía de polarización
Los objetos birrefringentes tienen la propiedad de dividir los rayos de luz individuales en dos rayos hermanos por refracción. Los materiales birrefringentes consisten en material con una estructura molecular altamente ordenada como cristales de calcita o nitruro de boro. Los especímenes biológicos, como la celulosa o el almidón, también son birrefringentes. En combinación con luz polarizada linealmente, la birrefringencia se puede utilizar en microscopía para lograr la interferencia de los dos rayos hermanos, lo que puede dar lugar a efectos de color como anillos e iluminación de estructuras. Lea más sobre objetos birrefringentes y DIC.
Alineación y trayectoria del haz de un microscopio polarizador
Un microscopio óptico normal necesita al menos dos componentes adicionales para realizar la microscopía de luz polarizada. Para la detección de birrefringencia es necesario utilizar luz polarizada linealmente para iluminación. Por lo tanto, se deben insertar dos filtros polarizadores en la trayectoria del haz del microscopio. El primer filtro polarizador produce la luz polarizada para iluminar la muestra y el segundo filtro polarizador, llamado analizador, restringe la luz detectada a la luz refractada. Los filtros polarizadores tienen que estar en un ángulo de 90 ° entre sí para conseguir la denominada «posición oscura». Cuando los filtros polarizadores están ajustados en esta posición, no pasará luz a la cámara ni a los oculares y la imagen estará oscura. Establecer la posición de oscuridad es un paso importante para la microscopía de luz polarizada ya que asegura que sólo la luz que experimentó un cambio en el plano de polarización debido a la muestra será visible.
Fig.1: Principios de un microscopio polarizador: La luz no polarizada es polarizada por el polarizador 1. Después del paso a través del polarizador 1, la luz es enfocada en la muestra por el condensador. Si la muestra es birrefringente o contiene estructuras birrefringentes, el plano de polarización de una porción de la luz será retorcido en 90 ° (simbolizado por las líneas rojas en el croquis). La imagen de la muestra es ampliada por el objetivo y golpea el polarizador 2. Si el polarizador 2 se retuerce en 90º en comparación con el polarizador 1 (denominada «posición oscura»), sólo se permite que pase la luz que pasa el material birrefringente y se puede ver Por el observador. Por lo tanto, sólo las estructuras polarizantes son visibles.
Polarizador y analizador
Cuando la luz pasa a través del primer filtro de polarización, se produce luz polarizada linealmente. Si la luz polarizada linealmente pasa a través de un material birrefringente en el plano de polarización correcto, se refracta y se divide en dos rayos hermanos, y el plano de polarización de una parte de los rayos se gira 90 °. Los rayos de luz refractados pasan a continuación a través del segundo polarizador (analizador), si está alineado correctamente (es decir, 90º con relación al primer filtro de polarización). Por lo tanto, sólo los materiales birrefringentes producen una imagen en un microscopio de luz polarizada.
Fig.2: La luz solar o la luz producida por una bombilla no está polarizada. Esto significa que las ondas electromagnéticas oscilan en todas las orientaciones. Si la luz no polarizada pasa un polarizador 1, se produce luz con una polarización bien definida, en este caso luz polarizada verticalmente. Si esta luz polarizada llega al polarizador 2, que es girado 90 °, ninguna luz pasará al polarizador 2. Por lo tanto, si dos polarizadores están girados 90º uno con respecto al otro están en la denominada «posición oscura», ya que no más Se puede ver la luz detrás del segundo polarizador.
Es importante que el eje de polarización del material birrefringente que se inspecciona esté en el mismo eje de polarización que la luz producida por el primer polarizador. Por lo tanto, muchos microscopios polarizadores están equipados con una etapa de rotación para asegurar una fácil alineación del plano de polarización del objeto con el plano de polarización del primer filtro polarizador. Varios accesorios están disponibles para aplicaciones especiales en microscopía de polarización. Una lente Bertrand se utiliza para la observación conoscópica de los patrones de cristales enfocados en la abertura trasera objetiva. Adicionalmente, una placa o compensador de retardo es útil para el análisis cuantitativo de especímenes birrefringentes.
Aplicaciones para microscopios polarizantes.
Fig. 3: Inclusión de una mosca en ámbar báltico. Aunque el ámbar es una sustancia amorfa y, en teoría, ópticamente isotrópico, las estructuras de flujo de la resina debido a la deformación interna, así como la deformación causada por las inclusiones, se pueden visualizar en luz polarizada. El uso de luz polarizada y el compensador rojo de primer orden llevan a colores intensivos en el ámbar de otra manera dorado. Combinación de luz oscura e incidente (fibra de vidrio), polarizadores cruzados, compensador rojo-1, mapeo de tono HDRI. Cortesía de Michael Hügi, Swiss Gemmological Society, Berna, Suiza.
Fig.4 :Cobalto, laminado en frío, Beraha etch, polarización. El examen de la morfología de la microestructura desempeña un papel decisivo en la ciencia de los materiales y en el análisis del fracaso. El contraste del color y las formaciones específicas de la microestructura se pueden aumentar frecuentemente mediante la polarización óptica de las muestras grabadas bajo el microscopio polarizador. Cortesía de Ursula Christian, Universidad de Pforzheim, Alemania.
