Optická (světelná) mikroskopie jako analytická metoda slouží vědeckému poznání už téměř 200 let. Využívá se v nejrůznějších oborech lidské činnosti, od biologie a medicíny přes kriminalistiku až po materiálové vědy. Nejinak je tomu v oblasti výzkumu stavby a složení minerálů, hornin a stavebních látek. Obory mineralogie a petrografie mají historický metodologický základ právě ve studiu optických vlastností minerálů a hornin.
I přes současný vývoj konkurenčních mikroskopických technik, jako jsou elektronová mikroskopie, konfokální mikroskopie nebo mikroskopie atomárních sil, představuje optická mikroskopie v geomateriálovém výzkumu stále základní a nezastupitelnou analytickou metodu. Studium si nelze představit bez pestré škály světelných technik založených na průchodu světelných paprsků vybroušenými destičkami hornin nebo jednotlivých minerálních zrn (o tloušťce setin milimetru) nebo odrazu světla od lesklého povrchu naleštěných ploch hornin, uhlí či uhlíkatých látek či jiných netransparentních materiálů. V posledních zhruba 15 letech se optická mikroskopie stává velmi efektivním analytickým nástrojem především díky spojení s metodami počítačového zpracování a analýzy obrazu. Bouřlivý vývoj digitální zobrazovací a výpočetní techniky umožnil intenzivní rozšíření těchto analytických metod do mnoha vědeckých i průmyslových odvětví, a to i na běžné uživatelské úrovni. V České republice patří k významným výrobcům v tomto oboru např. česká firma Laboratory Imaging, s. r. o., která vyvíjí a nabízí systém pro zpracování a analýzu obrazu NIS Elements.A jaké možnosti přináší optická mikroskopie se zpracováním a analýzou obrazu výzkumu geomateriálů a stavebních látek?
Především možnost identifikovat látky podle jejich optických vlastností, zobrazovat a kvantifikovat strukturní parametry materiálu, podíly jednotlivých komponent, tvar, rozměry a morfologickou či optickou orientaci částic, intenzitu a charakter mikrotrhlin v materiálu, podíl a distribuci pórů atd. Pomocí vhodně orientovaných řezů analyzovaným objektem je možné rekonstruovat i prostorový obraz materiálu nejen z hlediska jeho stavby, ale také např. jeho porušení různými způsoby namáhání.
Co je však nejdůležitější, dříve pracné a časově náročné manuální postupy mohou být dnes částečně nebo i zcela automatizovány.
V Ústavu geoniky AV ČR, v. v. i. v Ostravě představuje aplikace zpracování a analýzy obrazu z optické mikroskopie významnou součást systematického výzkumu struktur a textur geomateriálů a stavebních hmot. Studují se horniny a zeminy, uhlí a koks, silikátové stavební hmoty, keramika a biokeramika, sypké materiály ad. Pomocí optické mikroskopie a analýzy obrazu se zkoumají vlastnosti částic vznikajících desintegračními procesy (prachy, písky, kamenivo) nebo naopak vlastnosti částic, které se používají jako abrazivo v technologii abrazivního vodního paprsku, po interakci s desintegrovanými materiály. Zkoumají se procesy porušování hornin vlivem tlakového a tepelného namáhání, v oblasti stavebních hmot se např. analyzuje pórovitost betonů a malt a významné jsou také poznatky z dlouhodobého výzkumu tzv. geokompozitů, materiálů vznikajících injektáží chemických pojiv do zemin, porušených hornin nebo stavebních konstrukcí.
Ústav geoniky AV ČR, v. v. i. ve spolupráci s Institutem geologického inženýrství HGF VŠB-TU a společností Laboratory Imaging, s. r. o., pořádají fotografickou výstavu Světlo v kamenech v prostorách Nové auly Vysoké školy báňské–Technické univerzity v Ostravě-Porubě 9.–30. 10. 2007. Poté se přestěhuje do Prahy, kde budou fotografie vystaveny u příležitosti Týdne vědy a techniky 2007 v budově Akademie věd ČR na Národní třídě ve dnech 5.–16. 11. 2007. Budou zde představeny unikátní rekonstruované mikroskopické obrazy hornin vytvořené pomocí nejmodernějších technik optické mikroskopie, digitálního zobrazování a zpracování obrazu. Výstava je určena nejen odborníkům, ale i široké veřejnosti. Prezentované mikroskopické obrazy horninových struktur byly pořízeny na horninových výbrusech v polarizovaném světle optického mikroskopu metodou automatického mozaikovitého skládání mikroskopických polí. Společně je vytvořili kolegové a přátelé Jiří Ščučka (Ústav geoniky AV ČR, v. v. i. Ostrava) a Jiří Mališ (Institut geologického inženýrství HGF VŠB-TU Ostrava). Velkoformátové fotografie, připomínající abstraktní malířská díla nebo pestrobarevné vitráže gotických oken, jsou zajímavé nejen kvalitou a množstvím vědeckých informací, které obsahují, ale také neobvyklou estetikou, krásou a rozmanitostí ukrytou v nenápadných a na pohled obyčejných kamenech.
JIŘÍ ŠČUČKA, PETR MARTINEC,
Ústav geoniky AV ČR, v. v. i.,
JIŘÍ MALIŠ,
Hornicko-geologická fakulta VŠB-TU
English
