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Brewster-Winkel-Mikroskopie

Gerätebeschreibung und Messprinzip

Fällt ein p-polarisierter Lichtstrahl unter dem Brewsterwinkel auf eine Grenzfläche zweier isotroper Medien so wird der Strahl in das Medium vollständig gebrochen. Unter diesen Bedingungen gelangt kein reflektiertes Licht in den Analysator und die beobachtete Oberfläche erscheint dunkel. Verändert man anschließend die optischen Eigenschaften an der Grenzfläche, z.B. durch Spreiten einer organischen Substanz, so ist die Brewster-Bedingung nicht mehr erfüllt, und ein Teil des eingestrahlten Lichtes wird reflektiert. Da die unbelegte Wasseroberfläche kein Signal liefert, hat das reflektierte Licht einen hohen Kontrast zum Hintergrund. Durch einen geeigneten Aufbau ist es möglich, die reflektierten Strahlen über eine CCD-Kamera auf einen Monitor zu übertragen und Domänen sowie Änderungen der Textur innerhalb des Filmes sichtbar zu machen.

Der Brewsterwinkel Q kann aus den Brechungsindizes n der beiden Medien berechnet werden. Die entsprechende Beziehung wurde von Sir David Brewster ermittelt.

mit n0 für den Brechungsindex des Mediums aus dem der Lichtstrahl kommt und n1 für den Brechungsindex des Mediums in das es gebrochen wird.

Der Brewsterwinkel ist ebenso wie die Brechungsindizes abhängig von der Temperatur und der Wellenlänge des verwendeten Lichts. Bei 20 °C und einer Wellenlänge von 690 nm ergibt sich für eine Luft-Wasser Grenzfläche ein Brewsterwinkel von 53,1°.

Eine wertvolle Ergänzung zur Brewster-Winkel-Mikroskopie stellt die Langmuir-Pockels Filmwaage da. Mit Ihr können amphiphile Moleküle an der Oberfläche komprimiert werden. Dabei kommt es in der Regel zu einer Aggregatbildung und dies kann mit der Brewster-Winkel-Mikroskopie online beobachtet und analysiert werden.

 

Brewster_anima

 

Gerät des Instituts:

Brewster-Winkel-Mikroskop BAM2 der Firma Nanofilm Technologie GmbH