El microscopio petrográfico

DESCRIPCIÓN GENERAL

El microscopio petrográfico (o polarizador) es una de las técnicas más utilizadas en los trabajos geológicos. Sirve para la determinación de las propiedades ópticas, identificación de los minerales, estudio de texturas y relaciones entre los minerales y clasificación de rocas. 

Es un microscopio compuesto basado en la combinación de dos sistemas de lentes convergentes (ocular y objetivo). El objetivo forma una imagen real del objeto estudiado situada a menor distancia del ocular que la distancia focal de éste, de manera que el ocular forma una imagen virtual, aun más aumentada, en una posición por debajo de la platina del microscopio.


Se diferencia de los microscopios biológicos en que: dispone de un sistema sistema de polarización de luz; la platina portamuestras es giratoria; se utilizan accesorios específicos como los compensadores (lambda y cuña de cuarzo) y la lente de Bertrand.


Además, está dotado de dos filtros polarizadores (o nícoles). El primero, o polarizador, está colocado por debajo de la muestra, en el sistema de iluminación, y el segundo, o analizador, entre la muestra y el ocular. 






LA LÁMINA DELGADA

Los estudios petrográficos se realizan mediante la observación al microscopio de una porción muy fina de roca o mineral preparada sobre un portaobjetos de vidrio. 

La confección de esta preparación, denominada lámina o sección delgada, consiste en el pegado de un corte de la muestra de tamaño aproximado 0.5 x 2.5 x 4 cm, sobre un portaobjetos de vidrio. Posteriormente, la muestra se adelgaza hasta un espesor de 30 micras y se recubre con un cubreobjetos, también de vidrio.

Microscopio petrográfico Olympus BHT y esquema del recorrido de la luz en un microscopio petrográfico (Bloss, 1970).

Elaboración de una lámina delgada para estudios petrográficos. Arriba, corte de la muestra, selección de la zona a estudiar y pegado sobre un portaobjetos de vidrio. Abajo, esquema de una lámina terminada (Hibbard, 1995).

SISTEMA DE ILUMINACIÓN

Es un conjunto de dispositivos cuya función es dirigir la luz hacia la muestra en las mejores condiciones de trabajo posibles. Está situado en la parte inferior del estativo. El sistema es móvil, de forma que se puede acercar o alejar de la platina, para un mejor control de la iluminación. El sistema de iluminación esta compuesto por:


  • Lámpara. En los microscopios modernos se emplean lámparas halógenas, generalmente situadas en la parte posterior trasera del estativo.
  • Diafragma de campo. Es un diafragma que está colocado en la base del estativo. Permite controlar la cantidad de luz que llega al sistema de condensadores.
  • Filtro azul. El filtro de vidrio de color azul corrige la dominante amarilla de la luz de la lámpara.



  • Polarizador. Es un filtro polarizador que en la mayor parte de los modelos está colocado de forma que la dirección privilegiada de vibración de luz, está orientada E-O (izquierda-derecha). Está siempre interpuesto en el camino de la luz y puede girarse para ajustarlo en su posición correcta.
  • Diafragma. Sirve para controlar la cantidad de luz variando el diámetro del haz, de forma que al cerrarlo se da un mayor contraste a la imagen de la muestra.
  • 1er condensador,  lentes condensadoras fijas (inferiores). Están colocadas sobre del polarizador y su función es concentrar la luz de la lámpara sobre la muestra.
  • 2º condensador, lentes condensadoras superiores. Está situado en la parte superior del sistema de iluminación. Se trata de un condensador muy potente que puede quitarse o colocarse a voluntad. Con esta lente insertada, la luz forma un haz de cónico (luz convergente o conoscópica) que se utiliza en los casos donde se necesita un refuerzo de la iluminación (con objetivos de mucho aumento) o bien para determinar los signos ópticos.


La iluminación se debe de controlar de forma que no sea ni excesiva ni muy baja, ya que esto podría modificar los colores observados y causar problemas de cansancio en la vista.

Componentes del sistema de iluminación de un microscopio petrográfico Olympus BHT.

LA LUZ POLARIZADA

La luz normal se diferencia de la luz polarizada en que ésta vibra únicamente en un plano perpendicular a la dirección de transmisión del rayo. En un microscopio petrográfico disponemos de dos polarizadores (o nícoles), colocados de forma que los planos de vibración de la luz que pueden atravesarlos son perpendiculares entre sí. 


La mayor parte de los microscopios petrográficos están construidos de forma que el polarizador inferior está colocado de manera que la luz que atraviesa la muestra vibra este-oeste (de izquierda a derecha) y el analizador norte-sur (adelante-atras). Esto se puede comprobar con un grano de biotita, de forma que con esta configuración, el color más intenso se observa cuando el mineral se coloca orientado con la exfoliación este-oeste. Si no tenemos colocada ninguna lámina delgada en el microscopio, al poner el analizador en el camino de la luz, el microscopio no dejará pasar la luz.























El primer polarizador está colocado por debajo de la muestra en el sistema de iluminación y el segundo, o analizador, entre la muestra y los oculares. Cuando utilizamos únicamente el polarizador decimos que estamos trabajando con luz plana (o con nícoles paralelos), ya que la luz que llega a la muestra vibra en un solo plano, mientras que si lo hacemos con polarizador más analizador decimos que el objeto se ve entre polarizadores cruzados (con nícoles cruzados). Al colocar en el camino de la luz (entre los dos filtros polarizadores) un material birrefringente (como muchos de los minerales), se producen fenómenos de interferencia que dan lugar a que algunos rayos de luz pueden atravesar el analizador, con lo que obtenemos una imagen coloreada (colores de interferencia) en los oculares del microscopio.


Para comprobar la posición correcta de los dos polarizadores: encendemos el microscopio, y sin utilizar ninguna muestra, cruzamos el segundo polarizador. En esta posición debemos observar el campo visual totalmente oscurecido. En el caso contrario, si el campo está parcialmente iluminado (de color gris) debemos corregir la posición de los polarizadores hasta que se encuentren a 90° uno del otro. Lo más frecuente es ajustar el polarizador inferior (polarizador) en su posición correcta.

Izda., obtención de luz polarizada plana mediante un  filtro polarizador. Dcha., dos filtros polarizadores colocados perpendicularmente entre sí no dejan pasar los rayos de luz (Nesse, 2004).

PLATINA GIRATORIA Y OBJETIVOS

Es la superficie circular sobre la cual se van a colocar las láminas delgadas a estudiar. Gira libremente y está calibrada de 0 a 360º con un goniómetro para poder tomar medidas angulares. En el caso, poco frecuente, de necesitar medidas precisas, el ángulo de giro puede ser medido con décimas de grado mediante un nonius.


Para trabajos rutinarios disponemos de un conjunto de tres objetivos (acromáticos) intercambiables por un sistema de revólver:


  • El aumento pequeño (4X) se utiliza para observaciones de conjunto, para seleccionar las zonas de mayor interés etc., 
  • El intermedio (10X) para observaciones rutinarias, 
  • El de mayor aumento (40X) tiene aplicaciones más específicas, como estudio de granos de tamaño muy reducido, observación de la línea de “Becke” o determinación de signos ópticos.



En los objetivos debemos de tener en cuenta una serie de factores que son característicos de cada modelo, como: aumento, distancia libre de trabajo y profundidad de campo. La distancia libre de trabajo es la distancia entre la parte inferior del objetivo y la más alta del cubreobjetos de la muestra. En los objetivos de mayor aumento esta distancia es muy corta por lo que hay que tener precaución al desplazar el objetivo para enfocar la muestra, con objeto de no romper la lámina delgada. La profundidad de campo es la distancia entre los límites superior e inferior de la zona enfocada por el objetivo. Para los objetivos de mayor aumento la profundidad de campo en muy pequeña y el enfoque es más delicado.

Platina giratoria y revólver de objetivos de un microscopio Olympus BHT.

CENTRADO DE LOS OBJETIVOS

Consiste en hacer coincidir el eje del sistema de lentes (eje del microscopio) con el eje de giro de la platina. La intersección de estos dos ejes con el campo visual es fácil de determinar ya que la intersección del eje de las lentes con el campo coincide con el centro del retículo del ocular, mientras que la posición del eje de la platina es el centro de giro de todos los puntos de la muestra, punto CR (ver figura). 


En el caso de que estos dos ejes no coincidan, cuando al girar la platina el punto del centro se desplaza fuera de la cruz del retículo (ver figura, arriba), hay que proceder al centrado del objetivo. En un microscopio centrado los dos ejes de giro coinciden (ver  figura, abajo).


El proceso de centrado de un objetivo es el siguiente:


  • Colocamos un punto cualquiera de la muestra (como referencia) en el centro del retículo y observamos el círculo que dibuja este punto al girar la platina 360 grados.
  • Colocamos el punto de referencia en la posición del círculo más alejada del centro del retículo.
  • Mediante los tornillos de centrado desplazamos el centro del retículo hasta la posición media entre en la posición del círculo de giro más alejada y el retículo.
  • Comprobamos el centrado girando nuevamente la platina y en el caso de que el objetivo siga descentrado se repite la operación hasta que el desplazamiento, al girar la platina, sea despreciable.

Arriba, microscopio descentrado, el eje de giro de los puntos de la muestra no coincide con el centro del retículo. Abajo, microscopio centrado (Nesse, 2004).

LENTE DE BERTRAND

Es un sistema de lentes situado encima del analizador que no está siempre colocado en el camino de la luz (posiciones in y out), en algunos modelos está dotada de un sistema de enfoque (FOCUS). Se utiliza exclusivamente, junto con la iluminación conoscópica, para observar las figuras de interferencia en la determinación de los signos ópticos. Al colocar esta lente la muestra aparece desenfocada.



FILTROS COMPENSADORES

La ranura de accesorios es una hendidura en el tubo del microscopio utilizada para colocar los filtros accesorios en el camino de la luz.


Para determinar algunas propiedades ópticas es necesario, en algunos casos, utilizar láminas accesorias como el compensador λ (también llamado lámina de yeso o lámina de rojo de primer orden) que produce un retardo de 530nm, o la cuña de cuarzo que es un compensador que produce un retardo variable, en función de la zona de la cuña empleada (hasta 6λ). En ambos casos el retardo se produce en el rayo que vibra perpendicularmente a la dirección de introducción del compensador, a 45º de la dirección N-S del microscopio (ver su utilización en el apartado de la elongación).

Arriba, posición de la lente de Bertrand y de la ranura de accesorios (filtros compensadores). Abajo, filtros compensadores utilizados habitualmente (λ o rojo de primer orden y cuña de cuarzo).


SISTEMA BINOCULAR

Es el último juego de lentes del microscopio suele tener normalmente 10 aumentos. Estos oculares se construyen con una retícula en forma de cruz (en algunos casos con escala graduada) que sirve como referencia y que coincide con las direcciones preferentes de los polarizadores (izquierda-derecha y arriba-abajo). El retículo se enfoca girando la parte superior del ocular. En los sistema binoculares, uno de los dos oculares tiene un sistema de enfoque independiente.


Enfoque del sistema binocular: El microscopio debe ajustarse de forma que la imagen que vemos con cada uno de los ojos debe de estar enfocada correctamente. Además, es necesario enfocar el retículo de referencia que existe en uno de los dos oculares.

Una vez ajustada la distancia entre los oculares, el enfoque correcto de un microscopio binocular comienza por el enfoque convencional (ajuste macro y micrométrico) con los tornillos de enfoque situados en el estativo. El siguiente paso es enfocar la retícula de los oculares girando la parte superior de éstos y corrigiendo, posteriormente, el enfoque mediante los tornillos. En el caso de que uno de los dos oculares aparezca desenfocado, se ajusta el enfoque del ocular que no tiene sistema de enfoque individual, abriendo sólo el ojo correspondiente, mediante los tornillos de enfoque del estativo. A continuación, con el otro ojo, enfocar el ocular con sistema de enfoque individual). A partir de este momento las siguientes correcciones de enfoque se hacen utilizando exclusivamente los tornillos de enfoque del estativo.


En el caso de trabajar con el objetivo de 40 aumentos es necesario realizar el enfoque cuidadosamente ya que la distancia de trabajo entre la lámina delgada y la parte inferior del objetivo es muy reducida, de forma que se puede llegar a presionar sobre la lámina delgada rompiéndola.

Arriba, ajuste de distancia intraocular y sistema de enfoque individual del ocular. Tornillos de enfoque del microscopio.