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Bei der Auflichtmikroskopie (engl: reflected light microscopy) wird das betrachtete Objekt von oben beleuchtet. In den Geowissenschaften wird die Auflichtmikroskopie häufig mit polarisiertem Licht betrieben, um opake Phasen/Erzminerale petrographisch zu untersuchen. Relevante Parameter für die Bestimmung der Minerale sind: Reflexionsvermögen, Härte, Eigenfarbe, Pleochroismus, Doppelbrechung und interne Reflexionen. Unter Einsatz bestimmter Hilfsmittel können auch magnetische Eigenschaften untersucht werden. | |||
Dieser Artikel bezieht sich nur auf die Auflichtmikroskopie mit polarisiertem Licht, wie sie in der Petrologie und Lagerstättenkunde zur Betrachtung von opaken Phasen/Erzmineralen angewendet wird. | |||
Die Betrachtung von opaken Phasen/Erzen findet auch über die Mineralogie und Lagerstättenkunde hinaus Anwendung. Die Bestimmung der Mineralvergesellschaftung ist so auch für die Erzaufbereitung wichtig. Auch verarbeitete Metalle und Legierungen werden oft mittels Auflichtmikroskopie z.B hinsichtlich ihrer Qualität überprüft. Die Analyse des Inkohlungsgrades durch die Bestimmung der Vitrinitreflexion trägt z.B. dazu bei, diagenetische Prozesse zu rekonstruieren<br /> | |||
=== '''Grundprinzip''' === | |||
In der Auflichtmikroskopie werden Effekte beobachtet, die auftreten, wenn polarisiertes Licht an der Oberfläche eines Materials reflektiert wird. Es gibt viele Analogien zur Durchlichtmikroskopie, allerdings basieren die Beobachtungen überwiegend auf Unterschieden im Reflexionsvermögen eines Minerals und nicht auf der Lichtbrechung. Opake Phasen und Erzminerale bleiben bei Betrachtung im Durchlicht dunkel. Weil sie jedoch Licht gut reflektieren, können sie mittels Auflichtmikroskopie genauer beschrieben werden. | |||
Wie bei der Durchlichtmikroskopie gibt es zwei Betrachtungsweisen: Hellfeld (parallel polarisiertes Licht) und Dunkelfeld (gekreuzt polarisiertes Licht). Zudem werden Blenden und Filter zur Erhöhung des Kontrastes eingesetzt. | |||
=== '''Welches Material kann untersucht werden?''' === | |||
Die Auflichtmikroskopie eignet sich besonders zur Untersuchung der opaken Phasen/Erzmineralen eines Gesteins oder Erzes. Dazu werden Anschliffe mit einer gut polierten Oberfläche benötigt. Die Größe und das Format der Proben sind nicht vorgegeben. Die Probe muss lediglich unter das Mikroskop passen (Dicke max. ca. 2 cm). Relevant für die Betrachtung der Schliffe ist eine planparallele Oberfläche. Sollte der Anschliff auf der Unterseite schräg sein, kann den Anschliff z.B. mit einem Stempel auf ein Stück Knete gedrückt werden, sodass die Oberfläche parallel zum Lichtstrahl ausgerichtet wird. | |||
Auch nicht abgedeckte polierte Dünnschliffe, wie sie für die Durchlichtmikroskopie und Elektronenstrahlmikroskope genutzt werden, kann man mittels Auflichtmikroskopie untersuchen. Somit können Proben sowohl im Durchlicht und auch im Auflicht bearbeitet werden. | |||
=== '''Welche Information erhält man durch die Auflichtmikroskopie?''' === | |||
Die zur Mineralbestimmung geeigneten Charakteristika sind hier kurz erklärt: | |||
'''Reflexionsvermögen''' | |||
Das Reflexionsvermögen (engl: reflectance) beschreibt den Anteil von Licht, der vom Mineral reflektiert wird und zurück ins Auge des Betrachters fällt. Es wird im Hellfeld beobachtet. Der Wert des Reflexionsvermögens berechnet sich anhand der Fresnel-Formel und liegt zwischen 0% (keine Reflexion) und 100% (vollständige Reflexion). Vereinfacht kann man das Reflexionsvermögen auch als Verhältnis des reflektierten Lichts zum einfallenden Licht darstellen. | |||
≈ | |||
R – Reflexionsvermögen, n – Brechungsindex des beobachteten Minerals, N – Brechungsindex des umgebenden Mediums, k1 und k2- Absorptionskoeffizienten (0 für transparente Materialien) | |||
Das Reflexionsvermögen äußert sich in der Helligkeit oder Graustufe eines Minerals. Weist das beobachtete Mineral zusätzlich eine Eigenfarbe auf, kann das den Eindruck des Reflexionsvermögens verändern. | |||
Das menschliche Auge ist mit etwas Übung in der Lage, das Reflexionsvermögen auf eine Genauigkeit von ca. ± 5% abzuschätzen. Das Reflexionsvermögen kann aber auch quantitativ gemessen werden und wird mit unterschiedlicher Wellenlängen in der Literatur (z.B. Criddle, A.J. & Stanley, C.J. 1986) angeben. | |||
<u>Beispiele:</u> | |||
Pyrit – 55%; Galenit: 43%, Sphalerit – 18%, Scheelit – 10% | |||
'''Eigenfarbe''' | |||
Die Eigenfarbe wird im Hellfeld beobachtet und spiegelt, wie bei der Durchlichtmikroskopie die Tendenz eines Materials wider, bestimmte Wellenlängen des sichtbaren Lichts zu absorbieren. | |||
Für einige Minerale ist die Eigenfarbe ein stark hervortretendes Merkmal, das die Einschätzung des Reflexionsvermögens erschweren kann. Andere Minerale sind nur sehr leicht gefärbt, sodass der Farbton schwer beschrieben werden kann. Wenn Minerale mit unterschiedlicher Eigenfarbe nebeneinander liegen, kann das den Farbeindruck der einzelnen Minerale beeinflussen. So ist die Eigenfarbe zwar häufig ein sehr aufschlussreiches Charakteristikum eines Minerals, kann aber andererseits auch bei der Beschreibung anderer Merkmale stören. | |||
<u>Beispiele:</u> | |||
Bläulich – Covellit | |||
Gelblich – Gold, Pyrit, Chalcopyrit | |||
Rötlich-Bräunlich - Kupfer, Bornit | |||
'''Pleochroismus''' | |||
Wechselt ein Mineral beim Drehen des Mikroskoptisches die Farbe, ist es pleochroisch. Diese Eigenschaft kann nur bei anisotropen Mineralen mit richtungsabhängiger Absorption auftreten. Ähnlich wie der Lichtbrechung bei der Durchlichtmikroskopie ist das bei der Auflichtmikroskopie beobachtete Reflexionsvermögen von der Orientierung des Kristalls abhängig. Beim Drehen verändert man die Orientierung und damit das wirksame Reflexionsvermögen des Minerals. | |||
Der Pleochroismus tritt, im Gegensatz zur Polarisationsmikroskopie mit Durchlicht, oft nur sehr schwach hervor. Seine Erkennung erfordert viel Übung. | |||
<u>Beispiele:</u> | |||
Graphit: bräunlich grau – dunkelgrau | |||
Molybdenit: weißgrau – weiß | |||
'''Doppelbrechung''' | |||
Die Doppelbrechung des Reflexionsvermögens hilft bei der Unterscheidung zwischen isotropen und anisotropen Mineralen. Sie wird im Dunkelfeld beobachtet. Analog zur Durchlichtmikroskopie ändert sich bei isotropen Mineralen der Sinn der Polarisierung nicht. Schaltet man den Analysator im Winkel von 90° hinzu, werden alle eintreffenden Lichtstrahlen abgefangen und das Mineral erscheint immer dunkel. In anisotropen Kristallen wechselt das Bild zwischen Auslöschungsstellung (parallel zur optischen Achse) und Diagonalstellung. | |||
Die Doppelbrechung wird meist qualitativ beschrieben (schwache bis starke Anisotropie). | |||
'''Interne Reflexionen''' | |||
In nicht vollständig opaken Mineralen, z.B. Kassiterit, wird der Lichtstrahl in den obersten Lagen eines Kristalls mehrmals diffus gebrochen. Dabei entstehen sogenannte interne Reflexionen. Sie haben meist leuchtende Farben und können (auch bei isotropen Mineralen) am besten unter gekreuzten Polarisatoren beobachtet werden. Besonders stark treten interne Reflexionen entlang von Rissen oder Kratzern auf. Unter Ölimmersion treten interne Reflexionen besonders gut hervor. | |||
<u>Beispiele:</u> | |||
Sphalerit – gelb/braun | |||
Zinnober: blutrot | |||
Malachit: grün | |||
'''Härte''' | |||
Die Härte eines Minerals lässt sich oft gut an der Qualität der Politur ablesen. Besonders harte Oberflächen spiegeln dabei mehr und haben weniger Kratzer. Kratzer, die über Korngrenzen hinausgehen, sind für die Einschätzung der Härte besonders geeignet. In weichem Material sind Kratzer stärker ausgeprägt und tiefer als in härteren Mineralen. | |||
Zudem kann man einen Vergleich des Härtegrades zweier nebeneinander liegender Minerale anhand der Kalb-Linie beobachten. Bei der Politur entsteht ein kleiner Höhenunterschied zwischen härterem und weicherem Mineral. Letzteres ist leicht vertieft. Entlang dieser Schwelle trifft das Licht nicht parallel auf die Probenoberfläche auf und die sogenannte Kalb-Linie tritt hervor. Bei Absenken des Mikroskoptisches bewegt sich die Kalblinie in das weichere Korn hinein. | |||
'''Magnetische Eigenschaften''' | |||
Trägt man eine magnetische Suspension auf den Anschliff auf, werden magnetische Materialien von ihr bedeckt und erscheinen dann dunkel. So kann man z.B. hexagonalen von magnetischem, monoklinen Pyrrhotin unterscheiden. | |||
'''Weitere Merkmale''' | |||
Ähnlich wie bei der Durchlichtmikroskopie gibt es bei der Auflichtmikroskopie zusätzlich zu den physikalischen Eigenschaften eine Reihe weiterer mineralspezifischer Merkmale, die die Bestimmung erleichtern. Dazu gehören Spaltbarkeit, Zwillingsbildung, Habitus, Entmischungen etc. | |||
=== Hinweise zur Anwendung === | |||
An den Polarisationsmikroskopen der LMU und der TU gibt es Einsätze, die auf die Durchlicht-Polarisationsmikroskope montiert werden können. Dann kann der Lichtstrahl so umgelenkt werden, dass er von oben auf die Probe scheint. | |||
Es ist dabei möglich, zwischen Durchlicht und Auflicht hin- und herzuschalten. Dadurch ist eine umfassende petrographische Analyse möglich. | |||
Da die Kontraste in der Auflichtmikroskopie häufig sehr fein sind, können mittels Ölimmersion Kontraste und Farben verstärkt werden. | |||
=== Das könnte dich auch noch interessieren === | |||
Lichtmikroskopie | |||
Polarisationsmikroskopie | |||
Analysemethoden nach Fragestellung | |||
Petrographie | |||
Mineralseparation | |||
=== '''Referenzen''' === | |||
Craig, J. R. (2001). Ore-mineral textures and the tales they tell. ''The Canadian Mineralogist'', ''39''(4), 937-956. | |||
Craig, J. R., Vaughan, D. J., & Hagni, R. D. (1981). ''Ore microscopy and ore petrography'' (Vol. 406). New York: Wiley. | |||
Criddle, A.J. & Stanley, C.J. (1986). ''The quantitative data file for ore minerals. British Museum'' | |||
Sanderson, J. (2019). ''Understanding light microscopy''. John Wiley & Sons. | |||
=== '''Weitere Informationen und Literatur''' === | |||
Pracejus, B. (2015). ''The ore minerals under the microscope: an optical guide''. Elsevier. | |||
=== '''Lehrveranstaltungen''' === | |||
Reflected Light Microscopy (Master) | |||
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