La polarizzazione al nostro microscopio

[Enotria]

L’aggiunta del dispositivo polarizzante ad un microscopio è quanto mai semplice, attuabile da chiunque con minima spesa e con una minima manualità.

Il risultato che se ne ottiene è invece del massimo interesse in qualsiasi campo, in quanto la polarizzazione è in grado di mettere in evidenza particolari prima indistinguibili o invisibili, con una sensibilità estrema.

La polarizzazione la si ottiene inserendo, lungo il percorso della luce, una lastrina polarizzante prima del campione in esame (polarizzatore) ed una seconda lastrina subito dopo (analizzatore): dalla reciproca posizione delle due lastrine fra di loro otteniamo un vario grado di polarizzazione, con due posizioni estreme.
Quando i polarizzatori sono orientati fra loro a 90°, quindi disposti a croce, si ha la massima estinzione della luce, il fondo è quasi nero mentre, al contrario, il soggetto può assumere colori molto brillanti.
Invece, quando i filtri sono fra loro paralleli non si ha alcuna estinzione della luce e, apparentemente, non si ha alcun effetto sul campione in esame. In realtà un effetto c’è sempre ed è la capacità di eliminare i riflessi, per cui la polarizzazione viene molto usata anche nell’esame degli oggetti metallici, che altrimenti darebbero origine a forti riflessi di luce.

   

Come possiamo inserire la polarizzazione nel nostro microscopio ?

La prima lamina polarizzante viene in genere semplicemente appoggiata sulla lente di campo, alla base del microscopio, in modo da essere facilmente ruotabile per ottenere i vari effetti cromatici ed anche per poter essere facilmente tolta, quando vogliamo ritornare alla normale illuminazione, non polarizzata.

   

Questo primo componente può essere acquistato apposta o, più spesso, è un normale filtro polarizzatore per fotografia del costo di pochi Euro e che noi appoggeremo sulla base del microscopio, ad intercettare l’uscita del raggio di luce.

Il secondo filtro, l’analizzatore, andrà messo nella cavità vuota che sta fra il corpo del microscopio e la testata di osservazione: si toglie la testata allentando la vite di bloccaggio e si mette il filtro ad intercettare la luce.

   

L’analizzatore può quindi essere costituito da un secondo filtro fotografico, purché di piccolo diametro, oppure da un ritaglio di una vecchia lente Polaroid, oppure ancora appositamente acquistato, dato che entrambi i due filtri polarizzanti nuovi non costano più di una ventina di Euro, ad esempio http://www.otticaturi.it/frame-C%20micro...azione.htm
In caso il filtro analizzatore sia troppo piccolo e corra il rischio di cadere “dentro” al microscopio, lo si può bloccare fra due ritagli di cartoncino, in modo da bloccarlo meglio nella giusta posizione.

   

Naturalmente l’analizzatore verrà mantenuto sempre in sede, anche quando non intendiamo usare la polarizzazione, del resto non ci crea danni alla visione, solo una leggera diminuzione della luminosità, comunque compensata da una efficace abbattimento dei riflessi parassiti.

Finito il nostro lavoro, possiamo subito vedere se funziona: accendiamo l’illuminazione del microscopio e, senza montare alcun soggetto, guardiamo dentro gli oculari.
Probabilmente vedremo solo della luce e nulla più, ma se ruotiamo il filtro alla base del microscopio vedremo ad un certo punto che la luminosità cala molto rapidamente fino a lasciarci con un campo molto scuro, quasi nero.
Anzi, più nero è, migliore è la qualità delle lamine polarizzatici che abbiamo utilizzato: una leggera dominante blu o viola è comunque frequente nei filtri plastici tipo Polaroid ma, per il nostro utilizzo non professionale, sarà più che accettabile.

Per ora ci fermiamo qui, nella prossima puntata vedremo cosa è possibile ottenere e come migliorare le prestazioni del nostro polarizzatore casalingo.

[Enotria]

Iniziamo ora ad esaminare qualche soggetto interessante, il più facile ed a portata di mano è il comune zucchero che abbiamo in cucina: una tazzina con un po’ d’acqua ed un cucchiaino di zucchero disciolto. Con un contagocce lasciamo cadere un paio di gocce su di un vetrino, poi lasciamolo tranquillo ad evaporare.

Molto probabilmente, una volta asciutto ed osservato in luce polarizzata otterremo qualche cosa che assomiglia a questo:

   

Certamente molto bella, ma l’immagine reale è molto più interessante, perché i colori variano in continuazione, a seconda della rotazione che noi diamo al polarizzatore.

Se poi lo zucchero lo facciamo cristallizzare molto adagio, ad esempio coprendo la goccia con un vetrino copri oggetto che rallenta l’evaporazione dell’acqua, otterremo dopo alcuni giorni delle forme colorate assolutamente fantastiche, ai limiti dell’arte figurativa astratta.

   

Naturalmente non tutte, ma molte sostanze chimiche, una volta cristallizzate, presentano delle caratteristiche molto particolari, una volta esaminate in luce polarizzata, ad esempio il comune salnitro o tanti altri comuni composti chimici:


   
   

Spero con questo di aver suscitato il vostro interesse, se avete bisogno di chiarimenti non avete che da chiedere.

Cordiali saluti

[Giovanni68]

Mi sono chiesto se il secondo filtro sta nel microsopio perche' altrimenti si abbassa troppo l'intensita' luminosa o se possiamo giocare con filtri polarizzatori appaiati sull'illuminatore cosa possibile secondo me (previa mia ignoranza) se la luce e' abbastanza intensa.
giovanni68

[Enotria]

se possiamo giocare con filtri polarizzatori appaiati sull'illuminatore cosa possibile secondo me (previa mia ignoranza) se la luce e' abbastanza intensa.

Se ho capito bene il senso della tua domanda, tu vorresti mettere non uno, ma due filtri polarizzatori sull'illuminatore e ti chiedi cosa può succedere.

Se lo fai, succede che hai costruito un ottimo filtro di attenuazione della luce, ad intensità variabile.

Cerco di spiegarmi meglio.
Alle volte, in microscopia, si ha a disposizione anche troppa luce per le nostre osservazioni e, per attenuarla, si usano dei filtri più o meno grigi che la riducono senza alterare i colori dell'immagine.
Tu puoi fare esattamente la stessa cosa montando, appunto, due polarizzatori e, ruotandoli fra di loro, non fai altro che bloccare di più o di meno la luce in transito.

Solo per cronaca, ma con i polarizzatori si possono fare tanti altri begli esperimenti ed ottenere risultati impensabili.
Tieni presente che lo stesso Contrasto Interferenziale (DIC) è ottenuto proprio manipolando la luce polarizzata.
Altri divertenti giochini si possono fare con l'Illuminazione Obliqua, con i filtri di Rheinberg, con il Contrasto di fase, ecc. ecc.

Se vuoi giocare con i filtri polarizzatori, comincia e prova sfruttando la tua fantasia, vedrai che non smetti più !

Cordiali saluti

[Giovanni68]

intanto mi sono comprato 3 filtri polarizzati per macchina fotografica, il kit per il microscopio non e' piu' vendibile ne ho uno datato... ho trovato forse chi mi puo' tagliare le lenti vedremo...... i risultati.
Giovanni68

[Enotria]

intanto mi sono comprato 3 filtri polarizzati per macchina fotografica, il kit per il microscopio non e' piu' vendibile ne ho uno datato... ho trovato forse chi mi puo' tagliare le lenti vedremo...... i risultati.
Giovanni68

Rispondo a te, ma vale per chiunque abbia lo stesso problema: avete già i polarizzatori che sono i più ingombranti, vi manca solo l'analizzatore da montare dentro al microscopio, quindi un pezzetto di plastica delle dimensioni di un paio di centimetri di diametro ma che, data la posizione, DEVE essere di ottima qualità.
Se non riuscite a trovarlo mandatemi il vostro indirizzo e vi spedirò un ritaglio di lamina Polaroid che potrete tagliare con normali forbici in misura per il vostro microscopio.
Io vi preparo dei quadrati di 3x3 cm. pronti per voi, il vostro lavoro sarà poi quello di ritagliarli in tondo del diametro giusto ed inserirli al loro posto.
Attenti solo che la lamina è nuova e quindi è protetta su entrambe le facce da una pellicola protettiva, ricordatevi di toglierla prima di montarla in posizione, altrimenti succedono cose turche !

Cordiali saluti

[Enotria]

Riprendiamo il discorso polarizzazione e diciamo due parole su di un componente di cui non abbiamo ancora parlato: il compensatore, chiamato anche lamina ritardante.

Se guardate i vari manuali di microscopia, molti accennano solo alla polarizzazione, nessuno invece vi parla dei compensatori o ritardatori, troppo complesso !

Resta però il fatto che se provate e fate qualche esperimento di polarizzazione, otterrete si dei risultati entusiasmanti, ma le vostre immagini non saranno mai belle e colorate come quelle delle illustrazioni.
Cosa vi manca ancora ?

Guardiamo assieme questa foto composita che può aiutarci a capire: rappresenta dello zucchero cristallizzato e le quattro immagini sono state riprese con modalità diverse.

   

A sinistra, nella prima immagine, lo zucchero è come lo si vede in luce normale, senza alcuna polarizzazione: quello che si nota sono solo i contorni della figura, all'interno dell'immagine non si distingue nulla.

La seconda immagine è quella ottenuta polarizzando la luce: notate il fondo completamente nero che denuncia l'ortogonalità fra polarizzatore ed analizzatore, questa posizione in genere si dice a "Nicol incrociati" e si ha la comparsa dei particolari dell'immagine, prevalentemente in toni di grigio e/o con pochi punti di colore.

Inseriamo ora, dopo il polarizzatore, un ritardatore pari ad un quarto d'onda, chiamato anche "mica", perché in origine era fatto con quel minerale e che noi invece costruiremo stendendo su di un vetrino uno strato di nastro trasparente (Scotch) ed appoggiandolo sopra al polarizzatore. Vedremo l'immagine riempirsi di colori, in genere piuttosto tenui, ed il fondo dell'immagine passare dal nero al giallo. Ora, le differenze fra le varie zone dell'immagine sono molto più evidenti ed i grigi sono sostituiti da vari colori.

   
Lamina di ritardo a 1/4 onda con un velo di Scotch su un vetrino


Il compensatore ad onda intera è molto più difficile da costruire artigianalmente, potrete anche provare applicando almeno quattro strati di Scotch sul vetrino, ma occhio alle bolle d'aria.
Ad ogni modo, o perché costruito, o perché acquistato, inseriamo dopo il polarizzatore il nostro compensatore ad onda intera, chiamato anche "gesso" o Rosso di Primo Ordine o Rosso 1.
Ancora il nero del fondo cambia di colore, questa volta prendendo un bel rossastro, per la precisione quella tonalità che si chiama Magenta, ed anche tutti i particolari della immagine prendono ora dei colori vivacissimi, rendendo massima la separazione fra le varie zone del nostro campione.

Ricapitoliamo: per capire cosa abbiamo fatto ad una immagine, dobbiamo guardare non l'immagine in se, ma il fondo, quello che non ha potuto modificare la luce.
Se il fondo è bianco luminoso vuol dire che non c'è polarizzazione o che è molto leggera (detto anche a Nicol paralleli).
Se il fondo è grigiastro significa che il polarizzatore è quasi ortogonale all'analizzatore.
Se il fondo è diventato completamente nero, siamo ortogonali, è la condizione di massima polarizzazione (Nicol incrociati), ed è chiamata anche "estinzione".
Se il fondo è giallo significa che abbiamo aggiunto un ritardatore pari ad un quarto d'onda e se invece il fondo è magenta, significa che abbiamo aggiunto il compensatore Rosso di Primo Ordine, il Gesso.


Questi che vi ho fatto sono solo esempi schematici, voi vi potete poi divertire a creare migliaia di combinazioni diverse: ruotando il compensatore, ruotando assieme sia il polarizzatore sia il compensatore, ecc. ecc.
E' come un caleidoscopio: ad ogni leggera rotazione delle lamine, i colori cambiano continuamente in un modo fantastico.


Solo perché non vi facciate delle idee sbagliate, ma quello che vi può sembrare solo una fantasmagoria di colori, magnifica ma senza senso, in realtà è governata dalle leggi rigorose dell'Ottica, tanto che permettono il sensibilissimo riconoscimento delle diverse sostanze, proprio come si fa in petrografia ed in mineralogia.

Infine, data la difficoltà nel reperire delle valide lamine di ritardo ad onda intera, se pubblicherete qui sul Forum i vostri capolavori in luce polarizzata, vi invierò io stesso un compensatore Rosso 1 come omaggio per il vostro impegno.

Cordiali saluti

[Max Fritz]

Ho provato a osservare dell'acetanilide lasciata cristallizzare su un vetrino da una soluzione in acetone (cristallizza velocemente, senza dare i soliti aghetti filamentosi, e l'effetto alla luce polarizzata è garantito). Ringrazio Enotria non solo per l'analizzatore, ma anche per le spiegazioni qui fornite. Ho infatti tentato con successo la preparazione del compensatore a 1/4 d'onda e anche di quello ad onda intera. Tuttavia, almeno nel caso da me osservato, non ho notato un vistosissimo aumento della varietà cromatica del campione, che risultava già molto variopinto alla semplice luce polarizzata (in estinzione).
Metto di seguito le foto di scarsa qualità che sono riuscito a fare, e mi riprometto di farne di migliori appena avrò affinato la tecnica:

       

Come potete notare, non si vede il fondo, ma posso dirvi che sono state fatte entrambe con il compensatore ad 1/4 d'onda e con i polarizzatori in estinzione. C'è da dire che girando semplicemente il compensatore lo sfondo può diventare da giallo ad azzurro (o forse è successo solo a me...): penso che questo sia dovuto a qualche effetto misto tra diffrazione ai bordi del vetrino (che non copre tutto l'illuminatore) e polarizzazione stessa, ma non mi pronuncio troppo, essendo io tutt'altro che esperto in ottica.

[Enotria]

Ho provato a osservare dell'acetanilide lasciata cristallizzare su un vetrino da una soluzione in acetone (cristallizza velocemente, senza dare i soliti aghetti filamentosi, e l'effetto alla luce polarizzata è garantito).

Molto bravo, non so cosa sia il tuo acetononsocosa, ma vedo che ha una cristallizzazione tipica e molto interessante.

Quando avrai sistemato meglio il tuo sistema fotografico, dovresti ottenere delle immagini non solo belle, ma forse anche utili per il rapido riconoscimento di alcune sostanze.

Come potete notare, non si vede il fondo, ma posso dirvi che sono state fatte entrambe con il compensatore ad 1/4 d'onda e con i polarizzatori in estinzione. C'è da dire che girando semplicemente il compensatore lo sfondo può diventare da giallo ad azzurro (o forse è successo solo a me...): penso che questo sia dovuto a qualche effetto misto tra diffrazione ai bordi del vetrino (che non copre tutto l'illuminatore) e polarizzazione stessa, ma non mi pronuncio troppo, essendo io tutt'altro che esperto in ottica.

Sei un ottimo osservatore ed a quello che hai notato c'è una spiegazione abbastanza semplice.

Come il polarizzatore ha un suo orientamento, parallelo o incrociato, in relazione alla posizione dell'analizzatore, così anche il compensatore ha il SUO orientamento normale ed in questo caso, se ben orientato, il 1/4 da il fondo giallo ed il 1/1 da il fondo Magenta.
Ma se ruotiamo in modo diverso il compensatore, che colori otteniamo per il fondo ?
Vari, ma riconducibili ad un verdino/azzurro per il quarto ed al posto del Magenta avremo un blu/violetto.

E' un campo in cui vi è tanto da scoprire e da divertirci anche in settori in cui l'interesse sembrerebbe minimo.
Ad esempio in Botanica possiamo ottenere delle immagini molto efficaci dando solo una leggera polarizzazione alla sezione

   
foglia di Mais in sezione trasversa

o in medicina dove possiamo vedere particolari altrimenti invisibili, ma questo lo vedremo nelle prossime puntate . . . . .

[Enotria]

Ho trovato un elenco di sostanze chimiche in grado di dare delle polarizzazioni molto interessanti, chissà se qualcuno di voi chimici vorrà cimentarsi.

Vanillin, Benzoic acid, Salicylic acid, Urea, Stearic acid, Succinic anhydride, Resorcinol, Thymol, Sulphur, Menthol, 2-nitrophenol, Hippuric acid, Ammonium oxalate, Oxalic acid, Citric acid, Acetanilide & Phenyl-2-Hydroxybenzoate.

Dimenticavo di dirvi un particolare interessante:
i vetrini contenenti una sostanza chimica adatta ad essere polarizzata, sono molto ricercati dai microscopisti e pagati piuttosto bene su eBay.
Se qualcuno di voi ne ha voglia, potrebbe benissimo preparare dei vetrini e venderli, c'è gente che ci fa un buon guadagno preparando i vetrini per microscopia !

Buon lavoro