Dispozitive și accesorii:
microscop biologic, un milimetru riglă iluminator micrometri, o lamă de sticlă cu un fir subțire, o lamă de sticlă cu păr, pregătire striat mușchilor histologici, suport pentru imagine schițe.
pentru a studia un microscop, pentru a determina mărirea unui microscop și dimensiunea liniară a unui obiect mic.
Conceptele de optică utilizate în manual:
1. Obiectivul este un corp transparent, delimitat de două suprafețe sferice, una dintre suprafețe poate fi plană.
Subțire subțire - un obiectiv a cărui grosime este mică în comparație cu raza curburii sale.
Sistem optic - sistem de mai multe lentile.
Axa optică principală a lentilei este o linie dreaptă care trece prin centrele tuturor suprafețelor sale sferice.
Axa optică principală a sistemului este o linie dreaptă pe care se află centrul tuturor suprafețelor sale sferice.
Obiectivul de colectare este o lentilă care transformă o rază de raze paralele care intră pe ea într-un fascicul convergent.
Centrul optic al unei lentile subțiri este un punct situat pe axa optică principală prin care trece fasciculul de lumină fără a schimba direcția. De obicei coincide cu centrul geometric al obiectivului.
Centrul optic al ochiului este punctul convențional al ochiului model, atunci când trece prin fascicul nu își schimbă direcția.
Focalizarea principală a obiectivului este punctul în care razele se intersectează după refracție, incluzând lentila paralelă cu axa sa optică principală. În funcție de direcția de propagare a fasciculului, se disting focarele principale față și spate
Planurile plane sunt planurile care trec prin focarele principale ale lentilei perpendiculare pe axa sa optică principală. Razele paralele care intră pe obiectiv în orice unghi față de axa optică principală se intersectează în planul focal.
Distanța focală este distanța de la centrul optic al obiectivului subțire la focalizarea sa principală.
Distanța dintre cea mai bună vedere este cea mai mică distanță de subiectul ochiului, la care ochiul oferă o imagine clară la tensiunea minimă de cazare. Pentru un ochi normal, este de 25 cm.
Unghiul de vizualizare este unghiul format de razele care vin de la punctele extreme ale obiectului prin centrul optic al ochiului.
Sistemul de imersiune este un obiectiv microscopic în care spațiul dintre prima lentilă și obiectul examinat este umplut cu un lichid cu un indice de refracție mare numit imersiune.
Sistemul optic și principiul acțiunii microscopului
Un microscop este o combinație a două sisteme optice cu focalizare scurtă - un obiectiv și un ocular.
lentilă - câțiva milimetri,
ocularul - câțiva centimetri.
Schema sistemului optic al microscopului și calea razei din acesta sunt prezentate în Fig. Raportul dintre lungimile focale și lungimea optică a tubului este ales condiționat.
Obiectivul și ocularul sunt reprezentate sub forma a două lentile de colectare Oh și Ok. Un obiect mic AB este plasat pe faza obiectului în fața obiectivului, la o distanță puțin mai mare decât lungimea sa focală.
Imaginea din figura 1 a fost construită în conformitate cu regulile pentru construirea unei imagini în lentile subțiri pentru cel mai simplu caz. Când obiectul se află pe axa optică principală. Fasciculul 1 merge de la punctul B paralel cu axa optică principală OO1 și după ce refracția în lentilă trece prin focarul său principal de focalizare Fob. Beam 2 merge de la punctul B, fără refracție prin centrul optic al lentilei A. Intersecția acestor raze se află punctul B1 - imaginea punctului B. Am picătură o perpendiculara din acel punct de pe axa optică principală și a obține punctul A1 A1 B1 imagine intermediară.
Astfel, cu ajutorul unui obiectiv obiectiv, obținem o imagine intermediară reală, lărgită, inversă, în plan, situată în mod necesar în spatele focusului principal al ocularului Fock.
În mod similar, folosind razele 1 'și 2', construim imaginea finală creată de ocular. După refracție în ocular, aceste raze formează un fascicul divergent și, prin urmare, nu se intersectează. Continuați-le în direcția opusă, punctul de intersecție B2 este o imagine imaginară a punctului B1. și B2 segmentul A2 - imaginea finală a obiectului AB, lărgită, imaginar și invers în raport cu obiectul, situată în regiunea cea mai S. Aceasta imagine si examineaza ochi: un fascicul divergent de raze 1 „și 2“ de ocular pătrunde în ochi, este refractată de sistemul optic și formează o imagine reală asupra retinei. Când lucrați cu un microscop, ochiul este poziționat astfel încât centrul său optic să coincidă cu focalizarea principală din spate a ocularului Fock. Prin urmare, distanța dintre cea mai bună viziune este măsurată condiționat din acest punct.
Mărirea dată de microscop arată de câte ori valoarea imaginii obiectului este mai mare decât valoarea obiectului însuși (figura 1)
Din similitudinea triunghiurilor OCF'ob și A1 B1 F'ob și egalitățile AB = OS, F'ob A1 obținem
unde - lungimea optică a tubului - distanța dintre obiectivul din spate al obiectivului și focalizarea frontală a ocularului; S este distanța dintre cea mai bună vedere; FOB. foc - lungimi focale ale obiectivului și ocular. După înlocuirea formulelor (3) și (4) în expresia (2), obținem
Mărirea lentilei și a ocularului este indicată pe jantă, de exemplu, la lentilă: 8,20,40,60; la ocular: 7x, 10x, 15x.
REZOLUȚIA MICROSCOPULUI
Puterea de rezolvare a unui microscop este proprietatea unui microscop pentru a da o imagine separată a detaliilor mici ale obiectului examinat.
Limita de rezolutie este cea mai mica distanta dintre doua puncte care poate fi vazuta separat intr-un microscop.
Cu cât limita de rezoluție este mai mică, cu atât este mai mare puterea de rezolvare a unui microscop. Limita de rezoluție determină cea mai mică dimensiune a pieselor, care pot fi diferite în preparat cu ajutorul unui microscop.
Teoria rezoluției microscopului a fost dezvoltată de către directorul fabricii K. Tseis din Jena, profesorul-optician E. Abbe (1840-1905). Ca o micropreparatie simpla, a facut o grila de difractie, a studiat mecanismul de formare a imaginii intr-un microscop si a aratat urmatoarele.
Introducem noțiunea de unghi de deschidere - acesta este unghiul dintre razele extreme ale unui fascicul de lumină conică care trece de la mijlocul obiectului la obiectiv (figura 3a).
Pentru a crea o imagine, adică pentru a rezolva un obiect, este suficient ca razele să atingă lentila obiectivului, formând doar cel puțin zeroth și maxima de ordinul cel puțin pe o parte (figurile 2 și 3b). Participarea la formarea imaginilor de raze de la mai mari creste calitatea imaginii, contrastul acesteia. Prin urmare, razele care formează aceste maxime trebuie să se afle în unghiul de deschidere al obiectivului.
Astfel, dacă obiectul este o rețea de difracție cu o perioadă d și incidentul lumină este normal (figura 2 și 3b), formarea imaginii trebuie să participe raze care formează un maxim de la zero și prima comandă din ambele părți, iar unghiul 1 - Unghi deviațiile razei care formează maximul primei ordini ar trebui, în cazuri extreme, să fie egale cu unghiul U / 2. Dacă luăm o latură cu o perioadă mai mică d ', atunci unghiul '1 va fi mai mare decât unghiul U / 2 și imaginea nu va apărea. Prin urmare, perioada răzuirea d poate fi luată ca limită rezoluția Z. microscop Apoi, folosind formula răzuirea, vom scrie k = 1 :. Înlocuind d cu Z și 1 cu U / 2, obținem (6)
În timpul microscopiei, razele luminoase cad pe obiect în unghiuri diferite. In razele de incidență oblică (Ris.3g) Limita rezoluție descrește în formarea imaginii va implica doar razele care formează maximele de ordinul zero și primul ordin pe de o parte, iar unghiul 1 va fi egal cu unghiul diafragmei U. Calculele arată că formula pentru În acest caz, limita de rezoluție are următoarea formă
1 - lentila frontală a obiectivului, 2 - lentila.
Dacă spațiul dintre obiect și obiectiv este umplut cu un mediu de imersie cu un indice de refracție n care este mai mare decât indicele de refracție al aerului, atunci lungimea de undă a luminii va fi n = n. Înlocuind această expresie în formula pentru limita de rezoluție (7), obținem
Astfel, formula (7) determină limita de rezoluție pentru un microscop cu un obiectiv uscat și formula (8) pentru un microscop cu un obiectiv de imersie. Valorile sin0.5U și nδsin0.5U în aceste formule sunt numite diafragma numerică a obiectivului obiectiv și sunt notate cu litera A. Luând în considerare acest lucru, formula pentru limita de rezoluție a unui microscop în formă generală este scrisă după cum urmează. (9).
După cum se vede din formulele (8) și (9), rezoluția unui microscop depinde de lungimea de undă a luminii, magnitudinea unui unghi de deschidere, indicele de refracție al mediului dintre lentile și obiect, unghiul de incidență al razelor de lumină la obiect, dar este independentă de parametrul ocular. Ocularul nu oferă informații suplimentare despre structura obiectului, nu îmbunătățește calitatea imaginii, crește doar imaginea intermediară.
Rezoluția microscopului poate fi îmbunătățită prin utilizarea unei imersiuni și prin reducerea lungimii de undă a luminii.
Creșterea rezoluției la utilizarea imersiei poate fi explicată după cum urmează. Dacă între lentilă și obiectul este aer (o lentilă uscată), fasciculul de lumină în timpul tranziției a sticlei de acoperire în mediul de aer, cu un indice de refracție mai mic, își schimbă în mod semnificativ direcția ca rezultat al refracției, prin urmare, mai puțin fascicul intră în obiectiv. Când se utilizează mediul de imersie al cărui indice de refracție este aproximativ egal cu indicele de refracție al sticlei, schimbarea calea razelor în mediul nu sunt observate și un număr mare de raze intră în lentilă.
Deoarece lichidul de imersie ia apă (n = 1,33), ulei de cedru (n = 1515) și alții. Dacă unghiul maxim de deschidere în lentilele moderne 140 ajunge la 0, lentila uscată A = 0,94, iar lentila cu ulei scufundarea A = 1,43. În cazul în care calculul lungimii de undă a luminii folosite = 555 nm, la care ochiul este mai sensibil, atunci limita rezoluția lentilei să fie uscată de 0,30 microni și imersie în ulei - 0,19 microni. Valoarea diafragmei numerice este indicată pe suportul obiectivului: 0,20; 0,40; 0,65 și altele.
Creșterea rezoluției unui microscop optic prin reducerea lungimii de undă a luminii se realizează atunci când se utilizează radiații ultraviolete. Pentru aceasta, există microscoape speciale cu optică de cuart și dispozitive pentru observarea și fotografia obiectelor. Deoarece aceste microscoape folosit o lumină având o lungime de undă aproximativ de două ori mai mică decât cea a luminii vizibile, ei sunt capabili să rezolve dimensiunea structurii în jurul valorii de pregătire 0,1mkm. Microscopul ultraviolet are un alt avantaj - poate fi folosit pentru a examina preparatele nevopsite. Cele mai multe obiecte biologice sunt transparente în lumina vizibilă, deoarece nu o absoarbă. Cu toate acestea, ele au o absorbție selectivă în regiunea ultravioletă și, prin urmare, se disting ușor în razele ultraviolete.
Rezoluția cea mai mare într-un microscop electronic. Deoarece lungimea de undă în timpul mișcării unui electron este de 1000 de ori mai mică decât lungimea unui val de lumină.
Trimiteți-le prietenilor: