Cienka sekcja

Cienkie skalne odcinki na stoliku mikroskopu polaryzacyjnego

Cienki przekrój jest stały preparat do mikroskopowego badania. Badane materiały to przede wszystkim skały, ceramika i wszelkie materiały, które są cienkie, ale nie dające się cienko lub z trudem ciąć, np. Drewno, kości i zęby.

Skały , gleby i ceramika są prawie zawsze nieprzezroczyste i dlatego nie można ich łatwo zbadać pod mikroskopem ze światłem przechodzącym . Dopiero od grubości 0,03 do 0,02 mm (30 do 20 µm) próbka tych materiałów przepuszcza wystarczającą ilość światła, dzięki czemu nadają się do mikroskopii ze światłem przechodzącym. Badanie przeprowadza się w świetle normalnym i spolaryzowanym oraz przy specjalnych długościach fal (np. UV).

fabuła

Historyczne rysunki cienkich przekrojów Melaphyr pod mikroskopem, z 1876 roku
Mikroskopijny obraz cienkiego przekroju wapienia węglowego z przekrojem muszli.

Metoda została opracowana w pierwszej połowie XIX wieku przez kilku niezależnych od siebie naukowców, przy czym najwcześniejsze próby można prześledzić do angielskiego fizyka Williama Nicola , który przygotowywał takie przygotowania już w 1831 roku, a także opublikował opis procesu. Ale dopiero angielski przyrodnik Henry Clifton Sorby systematycznie zastosował tę metodę do skał i opublikował artykuł w Journal of the Geological Society w Londynie w 1858 roku .

W dziedzinie badań paleontologicznych geologowie Franz Unger i Carl Ferdinand Peters dokonali wczesnych osiągnięć w dziedzinie mikroskopii cienkowarstwowej . W 1842 roku Unger opisał swoją metodę wykorzystania cienkich skrawków do badania skamieniałego drewna. Około 1840 roku wykonał skończone cienkie odcinki takich obiektów na zlecenie Stefana Władysława . Peters przeprowadził (opublikował) cienkie sekcje około 1855 roku w celu uzyskania dalszych informacji do ocen taksonomicznych .

Ferdinand Zirkel , który przedstawił ją 3 lutego 1863 r. Na spotkaniu Imperialnego Instytutu Geologicznego i uczył się wcześniej od Sorby'ego, w decydujący sposób przyczynił się do rozpowszechnienia tej metody badawczej w naukach o Ziemi . Następnie metoda szybko znalazła zastosowanie w praktyce petrografii . Pierwsze podręczniki na ten temat opublikowali w 1873 roku Ferdinand Zirkel i Karl Heinrich Rosenbusch .

W XIX wieku prezentacja obrazów o cienkich przekrojach była problemem, który można było rozwiązać tylko w sposób niezadowalający dla literatury fachowej, ponieważ ówczesne techniki drukarskie nie pozwalały na autentyczne odwzorowanie często wymagających obrazów strukturalnych. Dlatego też czasami było w zwyczaju tworzenie odpowiednich obrazów o cienkich przekrojach poprzez rysowanie z późniejszym ręcznym kolorowaniem i przekształcanie ich w druk za pomocą litografii .

Produkcja

Preparaty geologiczne i techniczne

Przygotowanie cienkich odcinków fyllitu

Aby uzyskać cienki przekrój skalny lub ceramiczny, tarcza o grubości 0,5-1,0 cm jest odcinana z próbki za pomocą ostrza piły z końcówką diamentową. Szyba jest szlifowana ręcznie na jednej z ciętych powierzchni i mocowana tą powierzchnią na cienkiej płycie szklanej za pomocą stosunkowo łatwo rozpuszczalnego kleju. Szklaną płytkę z próbką mocuje się następnie w precyzyjnej szlifierce i próbkę szlifuje się z drugiej strony, aż będzie całkowicie płaska. Po zdjęciu płytki szklanej z próbką ze stołu mielącego, płaska powierzchnia jest przyklejana do szkiełka przy użyciu specjalnej żywicy syntetycznej (we wczesnych latach z balsamem kanadyjskim ) . Niemal gotowy preparat jest usuwany z szyby po stwardnieniu żywicy. Szkiełko jest mocowane w precyzyjnej szlifierce , a próbka jest teraz szlifowana do żądanej grubości (standardowa grubość dla cienkich skrawków mineralogicznych wynosi 25 µm) z drugiej strony, która była wcześniej przymocowana do szyby .

Techniczne preparaty ziarniste lub niestabilne skały osadowe (np. Wiele rodzajów piaskowców kwarcowych ) wlewa się najpierw do żywicy syntetycznej lub impregnuje żywicą syntetyczną, a po utwardzeniu żywicy poddaje dalszej obróbce, podobnie jak wyżej wymienione ciała stałe.

Preparaty glebowe

Do wytworzenia cienkiego odcinka gleby wykorzystuje się nienaruszoną próbkę gleby przy użyciu skrzynek Kubiëna (nazwanych na cześć WL Kubiëny, który dzięki swoim mikromorfologicznym badaniom gleb prowadzonym od lat trzydziestych XX wieku niewątpliwie był pionierem w tej dziedzinie) oraz modyfikacjami tych skrzynek. Jeśli ekstrakcja za pomocą pudeł Kubiëna nie jest możliwa z powodu dużej zawartości kamienia lub większych artefaktów, można zastosować większe ramki lub próbkę pokryć tynkiem. Próbki gleby są ostatecznie suszone w laboratorium (suszenie na powietrzu, liofilizacja lub suszenie nad acetonem ). Następnie wlewa się je do żywicy syntetycznej w komorze próżniowej (tak, aby w próbkach nie pozostały pęcherzyki powietrza), podobnie jak w przypadku granulowanych próbek technicznych lub próbek osadów . Po stwardnieniu żywicy postępować jak opisano powyżej .

W przypadku niektórych bardziej szczegółowych badań (mikropróbki itp.) Konieczne są próbki odkryte. Próbkę można również przykryć szkiełkiem nakrywkowym. Do egzaminów z. Na przykład na mikrosondę wymagane są wypolerowane, odkryte sekcje; wymaga to specjalnych metod, które nie tworzą reliefu.

  • Mikroskopia polaryzacyjna: polaryzatory równoległe vs. skrzyżowane

  • Cienki wycinek granatu - łupku miki pod mikroskopem przy świetle spolaryzowanym liniowo

  • Ta sama sekcja obrazu jak na sąsiednim obrazie ze skrzyżowanymi polaryzatorami

Preparaty medyczne

W patologii kości cienkie skrawki służą do mikroskopowego badania biologicznej tkanki twardej ( kości i zębów ), aw szczególności do oceny gojenia metalowych endoprotez (np. Protez stawu biodrowego lub implantów zębowych ). Badania eksperymentalne z systematycznymi badaniami mikroskopowymi rzędów przekrojów na styku tkanki kostnej z implantem mogą znacząco poprawić powierzchnie endoprotez, tak aby implant był optymalnie akceptowany przez organizm.

W celu wytworzenia cienkich skrawków tkanki kostnej tkankę kostną utrwala się, a następnie zatapia w żywicy PMMA (plexiglas) bez odwapniania . Po stwardnieniu cały blok z tworzywa sztucznego i chusteczki można przyciąć na cienko, a następnie zeszlifować do grubości µm, aż stanie się przezroczysty i w razie potrzeby pokolorowany. Dzięki mikroskopii polaryzacyjnej tych cienkich skrawków tkanki, szczególnie wiązki włókien kolagenowych zorientowane wzdłuż wektorów siły mogą być wyraźnie widoczne bez barwienia histologicznego .

Badania skał za pomocą cienkich przekrojów

Podczas badania próbek skał rozróżnia się cele jakościowe i ilościowe. Ponadto przedmiotem rozważań są ogólne cechy.

Ogólne cele

  • przestrzenna orientacja kryształów i agregatów ziarnistych
  • Charakter dystrybucji minerałów w skale
  • Ziarna lub kryształy
  • Ziarno spoiwa

Cele jakościowe

  • Wyznaczanie minerałów skałotwórczych
  • Skład kryształów mieszanych na podstawie danych optycznych
  • Procesy degradacji i ich stan w strukturach krystalicznych (wietrzenie)

Cele ilościowe

  • Stosunki różnych minerałów w skale
  • Rozkład wielkości ziarna

Wyniki i ich interpretacja w gleboznawstwie

Zanim będzie można zinterpretować cienki odcinek, konieczne jest najpierw szczegółowe opisanie tego cienkiego odcinka i dalszych cienkich odcinków innych próbek, które są z nim bezpośrednio lub pośrednio (jeśli istnieją) szczegółowo.

W gleboznawstwie i archeologii odnotowuje się między innymi:

  • mikrostruktura (kruszywa, ubytki, przejścia),
  • tzw. masa podstawowa (czyli organiczny i mineralny materiał drobnoziarnisty i ultradrobny),
  • materiał organiczny niezintegrowany z masą podstawową oraz
  • indywidualne cechy i osobliwości gleby.

Aby scharakteryzować te komponenty, opisano między innymi rozmiar, kształt, teksturę, zmienność, częstotliwość, kolor, przezierność, relacje i położenie komponentów względem siebie oraz wszelkie wynikające z tego wzory.

Mniej lub bardziej wyraźne cechy i kombinacje cech widocznych w cienkiej części gleby stanowią „migawkę”: odzwierciedlają rozwój gleby i procesy w niej zachodzące do momentu pobrania próbek. Z archeologicznego punktu widzenia szczególnie interesujące są pozostałości węgla drzewnego, fragmenty kości, cząstki wypalonej gliny, pozostałości żużla i rudy, ekskrementy, skorupki jaj, jodełki itp., Ponieważ - w zależności od pozycji w profilu - idealnie można wykorzystać „znaleziska mikroskopowe” w cienkim przekroju ( w połączeniu z innymi cienkimi fragmentami tego samego znaleziska, jak również prawdopodobnie istniejącymi „znaleziskami makroskopowymi”) zrekonstruować historię znaleziska: Od poprzedniego zastosowania lub funkcji samego obiektu (na przykład kopalni), poprzez warunki środowiskowe (np. hodowla zwierząt), do zasypywania obiektu, a także pochodzenie i skład tego materiału wypełniającego, który może dokumentować działalność człowieka w sąsiedztwie znaleziska.

Powiązane metody

Jeśli materiały nieprzezroczyste mają być badane tylko w padającym świetle, wystarczające są jednostronnie oszlifowane i wypolerowane powierzchnie przedmiotu, tzw. Skosy.

Nawet w metalografii od czasu do czasu pracuje się z mikrografami .

Metody stosowane w badaniach medycznych do wytwarzania skrawków tkanek miękkich (tkanki twarde zawierające węglan wapnia muszą być wcześniej odwapnione) do mikroskopii w świetle przechodzącym opisano w dziale Histologia i Mikrotom .

literatura

  • Arnd Peschel: Kamienie naturalne. Niemieckie wydawnictwo dla przemysłu podstawowego, Lipsk 1977.
  • Hans Pichler, Cornelia Schmitt-Riegraf: Minerały skałotwórcze w cienkich odcinkach. Ferd. Enke Verlag, Stuttgart, 1993, ISBN 3-432-95522-7 .
  • DL Rowell: Soil Science. Metody badawcze i ich zastosowania. Springer, Berlin / Nowy Jork, 1997, ISBN 978-3-540-61825-6 .

linki internetowe

Commons : Rock in thin section  - zbiór zdjęć, filmów i plików audio

Indywidualne dowody

  1. ↑ a b H. v. Philipsborn: Historyczny rozwój metod mikroskopowych w mineralogii i ich znaczenie dla mikroskopii ogólnej i dla technologii . W: H. Freund (Hrsg.): Handbuch der Mikoskopie in der Technik . taśma IV / 1 . Umschau, Frankfurt 1955, s. 12-17 .
  2. ↑ Emanuel Bořický: Praca działu geologicznego regionalnej eksploracji Czech, część II, Petrograficzne badania skał bazaltowych w Czechach . Praga (Řivnač) 1873, s. 3–4.
  3. ^ Bernhard Hubmann: Paleontologiczne badania cienkich przekrojów w Austro-Węgrzech przed 1860 r. Przez CF Petersa i F. Ungera . W: Abhandlungen der Geologische Bundesanstalt t. 56/1 (1999), s. 171–176. ISSN  0378-0864 .
  4. ↑ DW Humphries: Metody produkcji cienkich profili . Enke, Stuttgart 1994, ISBN 3-432-26091-1 , s. 20 .
  5. ↑ a b R. K. Schenk, W. Herrmann: Badania histologiczne gojenia implantów bezcementowych. Str. 51–57 w: E. Morscher: Bezcementowe mocowanie endoprotez biodra. Springer, 1983, ISBN 978-3-662-00968-0
  6. ↑ K. Donath: Wartość diagnostyczna nowej metody badania nieodwapnionych kości i zębów z przyczepioną tkanką miękką (technika Säge-Schliffa (piłowanie i szlifowanie)). Patologia - badania i praktyka. Vol. 179, 1985, str. 631-633, doi: 10.1016 / S0344-0338 (85) 80209-0
  7. ↑ NM Meenen, W. Flosdorff, M. Dallek, K. Donath, KH Jungbluth: Ceramika hydroksyapatytowa do wymiany kości podchrzęstnej dużych stawów - eksperymentalne badanie polaryzacyjno-optyczne na zwierzętach. Str. 271–275 w: Hans-Jürgen Pesch, Hartmut Stöß, Benno Kummer (red.): Osteologie aktuell VII (7. doroczne spotkanie Niemieckiego Towarzystwa Osteologicznego eV, 26-28 marca 1992 w Erlangen). Springer-Verlag, ISBN 978-3-540-56630-4