Polarisationsmikroskop Exaktes physikalisches Meßinstrument Wichtigstes Handwerkszeug für Phasenanalyse Ergebnisse konkurrenzlos schnell und billig: Phasenanalyse, Mineralidentifikation Korngrößenanalyse, Korngrößenverteilung Gefüge Gesteinsansprache "chemische Zusammensetzung" des Gesteins Entstehungsgeschichte des Gesteins aus Mineralreaktionen und Gefüge technische Brauchbarkeit eines Gesteins (z.B. Baustoff) Schadensdiagnose

Was ist Sehen? Sehen wird bestimmt durch das "Auflösungsvermögen", d.h. den kleinsten Abstand zweier benachbarter Bildpunkte, die noch getrennt wahrgenommen werden können. Die Rezeptoren der Netzhaut sind punktförmig, diese bestimmen das Auflösungsvermögen. Rein geometrisch ist das Auflösungsvermögen also begrenzt durch den Winkel, den zwei Strahlen im Auge bilden, die auf benachbarte Rezeptoren treffen. Das Auflösungsvermögen kann man also steigern, indem man den Winkel, unter dem ein Objekt erscheint, vergrößert. Das geschieht zum einen durch Annähern ans Auge, zum anderen durch optische Hilfsmittel.

Instrumente zur Vergrößerung des Bildwinkels: Fernrohr Lupe Mikroskop Funktion: Divergenz bzw. Konvergenz des Strahlenbündels wird durch Brechung an Glas-Luft-Flächen verändert. Link zur "optischen Bank zur Funktion einer Linse: http://www.schulphysik.de/java/physlet/applets/optik1.html

gebräuchliche Mikroskoptypen in den Geowissenschaften: Durchlichtmikroskope Auflichtmikroskope Interferenzmikroskope Phasenkontrastmikroskope Stereomikroskope bzw. "Binokulare" oft in einem Instrument vereint oft als Zusatzeinrichtung für Forschungsmikroskope Keine Mikroskope im eigentlichen Sinne, sondern Lupen (seitenrichtige, vergrößerte Abbildung)

Zweistufige Vergrößerung am Mikroskop: Objektiv: Objekt im Abstand zwischen der doppelten und der einfachen Brennweite: reelles, umgekehrtes, vergrößertes Bild seitenverkehrtes, virtuelles, doppelt vergrößertes Bild Okular: Objekt im Abstand innerhalb der einfachen Brennweite (Lupe): virtuelles, seitenrichtiges, vergrößertes Bild

Baueinheiten eines Mikroskops Okular Tubus beleuchtende Optik abbildende Optik Objektiv Tisch Stativ Kondensor Lampe

konjungierte Ebenen im Mikroskop Netzhaut Austrittspupille des Okulars Ebene des reellen Zwischenbilds hintere Brennebene des Objektivs Objektebene Aperturblende Leuchtfeldblende Lampenwendel

numerische Apertur a n.A. = n sina Die numerische Apertur steuert das Auflösungsvermögen und den Kontrast! hohe Apertur niedriger Kontrast, hohes Auflösungsvermögen niedrige Apertur hoher Kontrast, niedriges Auflösungsvermögen a

Elektromagnetisches Spektrum Quelle: Wikipedia

Absorptionsspektrum Fraunhofersche Linien in Sonnenspektrum Emissionsspektrum Spektrum einer Leuchtstoffröhre Quelle: Wikipedia

n = , n > 1, dimensionslos Brechungsindex Der Brechungsindex n ist das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeiten im Vakuum (c0) und Stoff (cStoff). Der Wert ist größer als 1 und dimensionslos. n = , n > 1, dimensionslos c0 cStoff Der Brechungsindex ist eine physikalische Stoffkonstante und abhängig von den physikalisch-chemischen Bedingungen. Daher erlaubt seine Messung in vielen Fällen: Diagnose Bestimmung der chemischen Zusammensetzung Bestimmung der Bildungsparameter (Druck, Temperatur etc.) Die Messung kann prinzipiell erfolgen über: Geschwindigkeitsdifferenz von Wellen Streckendifferenz von Wellenzügen (Interferenzmikroskopie). Lichtbrechung (Snelliussches Brechungsgesetz) Bei anisotropen Medien muss die Messung der Brechungsindizes richtungsabhängig erfolgen!

Wichtige Brechungsindizes Vakuum: 1 Luft: 1,0003 Wasser: 1,33 Fluorit: 1,43 Quarz: 1,544 - 1,553 Diamant: 2,4 Rutil: 2,6 - 2,9 Glas: 1,4 - 1,8 Objektträger 1,515 Immersionen: Immersionsöl: 1,515 Canadabalsam: ~1,52 Epoxydharz: ~1,56

Snelliussches Brechungsgesetz 1618 a b c1, n1 c2, n2 c1 c2 = n2 n1 sin a sin b Willebrord Snell Astronom und Mathematiker (1580-1626) http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph09/lesestoff/11snellius/snellius.htm

Mathematiker und Astronom (1551-1630) Brechungsindex-Bestimmung aus dem Schattenwurf Kepler, Dioptrik, 1611 Johannes Kepler Mathematiker und Astronom (1551-1630)

Zerlegung des Lichts im Prisma Minimalablenkung dmin.: Beim symmetrischen Strahlenverlauf im Prisma ist der Betrag der Ablenkung (d) ein Minimum. Dies kann man zur genauen Bestimmung des Brechungsindex benutzen. Für die Messung anisotroper Kristalle muss ein Hauptschnitt oder mindestens ein Hauptbrechungsindex in der Symmetrieebene des Prismas liegen. w d Dispersion Minimalablenkung dmin.: a w + d 2 n = sin w http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph09/simulationen/11prisma/prisma.htm

Apparaturen zur Messung der Minimalablenkung Goniometer nach Malus-Babinet, Fa. Fuess, Berlin, ca. 1875 Spektralapparat nach Kirchhoff-Bunsen mit Glasprisma, Fa. Becker, London, ca. 1900 Hohlprisma mit planparallelen Fenstern zur Messung von Flüssigkeiten Kleiner Kristall auf Goniometerkopf Goniometer nach Malus-Babinet, Fa. Fuess, Berlin, ca. 1875

Variation des Hohlprismas am Jelley-Refraktometer scheinbares Bild der Lichtquelle

Grenzwinkel der Totalreflektion n1< n2 n1 n1= n2 • sin bkrit bkrit n2 http://www.zum.de/dwu/depotan/apop101.htm http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph09/simulationen/11totalreflexion/index.html

Halbkugelrefraktometer nach Abbe Ernst Abbe, 1840 - 1905 Konstruktion nach Abbe, Fa. Fuess, Berlin, ca. 1900. Durch Aufrichten des Beobachtungsfernrohrs kann das Gerät in ein Mikroskop zur Auswahl der Kristalle umgewandelt werden.

modernes Totalreflektometer nach Abbe

modernes Totalreflektometer Bezeichnung Einheit 1 Brechungsindex  nD 2 Brix  % mas 3 Glukose 4 Fruktose 5 Invertzucker % mas 6 HFCS 7 Honig Wassergehalt 8 °Oechsle  °Oe 9 °Klosterneuburg °KMW 10 ZEISS (Wasser=14.45) Z 14.45 11 ZEISS (Wasser=15.00) Z 15.00 12 Butter Fettgehalt 13 Butter Iodzahl IZ 14 Milch Fettgehalt 15 Salzgehalt 16 Frostschutz Glykol °C, °F 17 FSII - ASTM D 5006 % vol 18 Serum Protein 19 Serum Trockensubstanz 20 Urin Spezifisches Gewicht  g/ml 21 Urin Trockensubstanz 22 Urin Osm. Druck mosm/l ab Werk erhältliche Skaleneichung „Abbemat“, Fa. Kernchen, Seelze

Einfluß der Apertur auf die Abbildung Immersionsmethode: Einfluß der Apertur auf die Abbildung hohe Apertur niedrige Apertur niedrige Apertur, defokussiert: zweigeteilte farbige Becke Linie Blende nach Schröder van der Kolk Heller Rand zur Blende Korn niedriger lichtbrechend

Immersionsmethode, monochromatische Betrachtung Brechungsindex der Immersion höher als der des Kristalls. Brechungsindex der Immersion gleich dem des Kristalls. Kristall unsichtbar. Brechungsindex der Immersion niedriger als der des Kristalls.

l-t-Variationsmethode nach Emmons (1926) tn

Berechnung aus dem Brewster-Winkel Detektor 90° a Polarisator Intensität a Gebrochener und reflektierter Strahl sind linear polarisiert, der gebrochene mit seiner Schwingungsebene parallel zur Einfallsebene, der reflektierte senkrecht dazu. Brewster-Winkel (56,3° bei n = 1,5)

Berechnung aus dem Reflektionsvermögen: (n1- n2)2 + (n1 • k)2 (n1+ n2)2 + (n1 • k)2 R = Bei senkrechtem Lichteinfall gilt: R = Reflektionsvermögen n1 = Brechungsindex der Immersion n2 = Brechungsindex der Probe k = Absorptionskoeffizient Berechnung aus der Gladstone-Dale Beziehung: Kp = n – 1 d kn • pn 100 k1 • p1 k2 • p2 • • • • + Kc = Kp Kc Kp = physikalische Refraktionsenergie Kc = chemische Refraktionsenergie k1-n = spezifische Refraktionsenergien der Oxide in der keramischen Formel (empirische Werte) = Kompatibilitätsindex