1
Úloha 11. Optická mikroskopie - měření indexu lomu
krystalických látek
Doc. RNDr. Zdeněk Losos, CSc.
Ústav věd o Zemi, Přírodovědecká fakulta, MU Brno
11.1 Úvod
U minerálů, stejně tak jako u jednotlivých modifikací krystalických látek je index
lomu charakteristickým parametrem, přesným pro diagnostiku fází. Např. index lomu, měřený
v monochromatickém světle sodíkové výbojky o vlnové délce 589 nm, je pro fluorit 1.434,
kamenec 1.454, sylvín 1.490, halit 1.544 a diamant 2.417.
V běžné praxi krystalové optiky má smysl měřit a uvádět index lomu s přesností
nejvýše na tři desetinná čísla. Proto není třeba dělat korekce na index lomu vzduchu ani na
kolísající laboratorní teplotu.
K reálnému měření indexu lomu krystalů používáme nejčastěji kombinaci
následujících metod (Slavík et al. 1974):
- mikroskopie v polarizačním mikroskopu (metoda Beckeho linky)
- metody imerzní (mísení kapalin o různém indexu lomu v mikroskopickém preparátu) a
- metody měření indexu lomu namícháné imerze refraktometrem
11.2 Metoda Beckeho ( = Beckeho linky)
Při svislém rozhraní dvou opticky různých prostředí se světlo koncentruje na straně
opticky hustšího prostředí (prostředí s vyšším indexem lomu).
Pozorujeme-li mikroskopem takové rozhraní dvou různě lomných krystalů, nebo krystalu
hraničícího s imerzí, projeví se koncentrace světla jako světelný úzký lem kolem hranice obou
fází či prostředí. Jde o Beckeho linku (obr. 1). Zvedáme-li následně opatrně tubus, postupuje
Beckeho linka do opticky hustšího prostředí.
Nastavení polarizačního mikroskopu:
- objektiv nejlépe 10x
- kondenzor mikroskopu snížit do dolní polohy
- zaclonit kondenzorovou clonu
Vhodnější je pozorování malých zrn či krystalků při středním až větším zvětšení. Beckeho
linka je zvláště výrazná na okrajích velmi tenkých úlomků krystalu. Proto větší krystalky
poněkud rozdrtíme na drobné úlomky řádově 0.X mm velké a ty umístíme do kapky imerzní
kapaliny /viz níže/ na podložní sklíčko polarizačního mikroskopu.
2
Obr.1 Pohyb Beckeho linky (čárovaně) u fluoritu (trojúhelník) a granátu (nepravidelné zrno)
při zvedání tubusu /vlevo/ a spouštění tubusu mikroskopu /vpravo/. Fluorit má nižší index
lomu vzhledem k použité imerzi, granát vyšší.
11.3 Metoda imerzní
Beckeho světelná linka je tím zřetelnější, čím větší je rozdíl lomů obou pozorovaných
prostředí. Zmenšuje-li se rozdíl v indexech lomu, snižuje se intenzita světelné linky, stejně tak
i reliéfu úlomku krystalu. Obojí docela zmizí, vyrovnáme-li rozdíl v optické hustotě obou
prostředí.
Při imerzní metodě používáme sady imerzních kapalin o různých (známých) indexech
lomu, pokud možno navzájem dobře mísitelných. Na podložní mikroskopické sklíčko s
jamkou umístíme drobný krystalek či úlomek, který zkoumáme. Nejprve srovnáme relativní
světelný lom krystalické fáze s několika kapalinami a vybereme 2 z nich s nejbližším vyšším
a nižším indexem lomu.
Pozn. Takto máme již vymezen interval ve kterém se bude index lomu dané fáze pohybovat,
což v některých případech stačí pro určení fáze.
Následně mícháme vybrané imerzní kapaliny mezi sebou (přikapováním na sklíčko pomocí
skleněné tyčinky) a vždy znovu pozorujeme postupně mizející reliéf a Beckeho linky. V
momentě vyrovnání indexu lomu kapaliny a měřené krystalické fáze zaniká reliéf, zmizí
Beckeho linka a místo ní se objeví na hranici prostředí jemně duhově zbarvený širší lem.
Index takto namíchané imerzní kapaliny změříme na refraktometru.
3
11.4 Měření indexu lomu imerzní kapaliny refraktometrem
Optický přístroj refraktometr" pracuje na principu tzv. totální reflexe (úplného
odrazu). Jeho podstatnou součástí je skleněná polokoule ze silně lomného skla s indexem
lomu kolem 1.8. Do této výše můžeme měřit indexy lomu látek.
Na skleněný segment (polokouli) refraktometru umístíme kapku imerzní kapaliny,
jejíž index lomu chceme změřit a mírně rozetřeme. Přiklopíme protilehlý skleněný segment a
měřící prostor uzavřeme.
Zrcátkem nasměrujeme světlo do měřícího prostoru a kukátkem za současného
natáčení optického rozhraní vůči dopadajícímu světlu hledáme hranici světla a tma. Tuto
zaostříme a uvedeme do středu nitkového kříže. Druhým kukátkem pak současně na stupnici
odečteme index lomu s přesností na 4 desetinná místa.
!!! Celý popsaný postup měření indexu lomu je bezezbytku platný pro izotropní hmoty
(krystaly ze soustavy krychlové, amorfní hmoty). !!!
11.5 Krystalické látky anizotropní
Ostatní krystalové soustavy mimo kubické mají 2 nebo 3 významné optické směry ve
kterých měříme dílčí (krajní) indexy lomu světla (ε, ω u opticky jednoosých krystalů, resp. α,
β, γ u dvojosých krystalů).
Zkoumaný optický směr u anizotropních krystalů nastavíme v preparátu pod
mikroskopem do polohy rovnoběžně s kmitosměrem polarizovaného světla a pak
postupujeme stejným způsobem.
Bližší údaje k optice anizotropních krystalických látek nalezneme např. v učebnici
Slavíka et al. (1974) a v dalších příručkách krystalové optiky
Literatura:
Bouška V., Kašpar P. (1983): Speciální optické metody. Academia Praha.
Slavík F., Novák J., Kokta J. (1974): Mineralogie. 5. přepracované vydání. Academia Praha.
Němec F. (1965): Petrografický klíč. SPN Praha.
4
11.6 Úloha
Změřte popsaným způsobem index lomu těchto zeolitů: analcim a natrolit
Pomůcky: polarizační mikroskop, sada imerzních kapalin, podložní mikroskopická sklíčka
s jamkou, skleněné tyčinky, refraktometr, vzorky krystalických fází
Z imerzních kapalin můžeme použít (viz též Bouška, Kašpar 1983):
levandulový olej 1.462
cedrový olej 1.510
monochlorbenzen 1.527
hřebíčkový olej 1.538
Analcim je kubický a proto nezáleží při měření na orientaci krystalu v preparátu. Jeho index
lomu n se pohybuje v rozmezí 1.479-1.489.
Natrolit vytváří dlouze sloupcovité až jehlicovité krystalky rombické symetrie.
Rovnoběžně s vertikálou krystalu je orientován maximální index lomu γ (1.485-1.493),
v předozadní ose x leží střední index β (1.476-1.482) a v pravolevém směru y naměříme
minimální index lomu α (1.473-1.480). Celková optická orientace natrolitu je znázorněna na
obr. 2.
Obr. 2 Optická orientace krystalu natrolitu (podle Němce 1965).