Microscopio como dispositivo óptico. Poder de resolución del microscopio. Clasificación de microscopios ópticos. Es mejor ver una vez, o microscopía de resolución súper alta Cómo aumentar la resolución de un microscopio
Calidad de la imagen determinado resolución del microscopio, es decir. La distancia mínima a la que la óptica de un microscopio puede distinguir por separado dos puntos muy próximos entre sí. La resolución depende de la apertura numérica del objetivo, del condensador y de la longitud de onda de la luz con la que se ilumina la muestra. La apertura numérica (apertura) depende de la apertura angular y el índice de refracción del medio ubicado entre la lente frontal del objetivo y el condensador y la muestra.
Apertura angular de la lente- este es el ángulo máximo (AOB) en el que los rayos que atraviesan la preparación pueden entrar en la lente. Apertura numérica de la lente igual al producto del seno de la mitad de la apertura angular y el índice de refracción del medio ubicado entre el portaobjetos de vidrio y la lente frontal del objetivo. N / A. = n senα donde, N.A. - apertura numérica; n es el índice de refracción del medio entre la muestra y la lente; sinα es el seno del ángulo α igual a la mitad del ángulo AOB en el diagrama.
Por tanto, la apertura de los sistemas secos (entre la lente del objetivo frontal y la preparación de aire) no puede ser superior a 1 (normalmente no superior a 0,95). El medio colocado entre la muestra y el objetivo se llama líquido de inmersión o inmersión, y un objetivo diseñado para trabajar con líquido de inmersión se llama inmersión. Gracias a la inmersión con un índice de refracción mayor que el aire, es posible aumentar la apertura numérica de la lente y, por tanto, la resolución.
La apertura numérica de las lentes siempre está grabada en sus monturas.
La resolución del microscopio también depende de la apertura del condensador. Si consideramos que la apertura del condensador es igual a la apertura de la lente, entonces la fórmula de resolución tiene la forma R=λ/2NA, donde R es el límite de resolución; λ - longitud de onda; N.A - apertura numérica. De esta fórmula queda claro que cuando se observa en luz visible (parte verde del espectro - λ = 550 nm), la resolución (límite de resolución) no puede ser > 0,2 µm.
La influencia de la apertura numérica del objetivo del microscopio en la calidad de la imagen.
Formas de aumentar la resolución óptica.
Seleccionar un ángulo de cono de luz grande, tanto desde el lado de la lente como desde el lado de la fuente de luz. Gracias a esto, es posible recoger más rayos de luz refractados desde estructuras muy delgadas en la lente. Por tanto, la primera forma de aumentar la resolución es utilizar un condensador cuya apertura numérica coincida con la apertura numérica del objetivo.
El segundo método consiste en utilizar líquido de inmersión entre el objetivo frontal y el cubreobjetos. Así influyemos en el índice de refracción del medio n, descrito en la primera fórmula. Su valor óptimo recomendado para líquidos de inmersión es 1,51.
Líquidos de inmersión
Líquidos de inmersión Son necesarios aumentar la apertura numérica y, en consecuencia, aumentar la resolución de los objetivos de inmersión, especialmente diseñados para trabajar con estos líquidos y, en consecuencia, marcados. Los líquidos de inmersión colocados entre el objetivo y la muestra tienen un índice de refracción más alto que el aire. Por lo tanto, los rayos de luz desviados por los detalles más pequeños del objeto no se dispersan al salir de la preparación y entrar en la lente, lo que conduce a un aumento de la resolución.
Hay lentes de inmersión en agua (marcadas con un anillo blanco), lentes de inmersión en aceite (anillo negro), lentes de inmersión de glicerina (anillo amarillo) y lentes de inmersión de monobromonaftaleno (anillo rojo). En microscopía óptica de preparaciones biológicas se utilizan objetivos de inmersión en agua y aceite. Las lentes de inmersión especiales de cuarzo y glicerol transmiten radiación ultravioleta de onda corta y están diseñadas para microscopía ultravioleta (que no debe confundirse con fluorescente) (es decir, para estudiar objetos biológicos que absorben selectivamente los rayos ultravioleta). Los objetivos de inmersión de naftaleno monobromado no se utilizan en la microscopía de objetos biológicos.
El agua destilada se utiliza como líquido de inmersión para lentes de inmersión en agua, y el aceite natural (cedro) o sintético con un cierto índice de refracción se utiliza como líquido de inmersión para lentes de inmersión en aceite.
A diferencia de otros líquidos de inmersión inmersión en aceite Es homogéneo porque tiene un índice de refracción igual o muy cercano al índice de refracción del vidrio. Normalmente, este índice de refracción (n) se calcula para una línea espectral específica y una temperatura específica y se indica en la botella de aceite. Por ejemplo, el índice de refracción del aceite de inmersión para trabajar con cubreobjetos para la línea espectral D en el espectro de sodio a una temperatura = 20°C es 1,515 (nD 20 = 1,515), para trabajar sin cubreobjetos (nD 20 = 1,520 ).
Para trabajar con lentes apocromáticas también se normaliza la dispersión, es decir, la diferencia en los índices de refracción para diferentes líneas del espectro.
Es preferible utilizar aceite de inmersión sintético porque sus parámetros están estandarizados con mayor precisión y, a diferencia del aceite de cedro, no se seca en la superficie de la lente frontal de la lente.
Teniendo en cuenta lo anterior, en ningún caso se deben utilizar sustitutos del aceite de inmersión y, en particular, aceite de vaselina. En algunos métodos de microscopía, para aumentar la apertura del condensador, se coloca un líquido de inmersión (normalmente agua destilada) entre el condensador y la muestra.
Límite de resolución- esta es la distancia más pequeña entre dos puntos de un objeto en la que estos puntos son distinguibles, es decir se perciben en un microscopio como dos puntos.
Resolución Se define como la capacidad de un microscopio para producir imágenes separadas de pequeños detalles del objeto que se examina. Viene dada por la fórmula:
donde A es la apertura numérica, l es la longitud de onda de la luz; , donde n es el índice de refracción del medio en el que se encuentra el objeto en cuestión, U es el ángulo de apertura.
Para estudiar la estructura de los seres vivos más pequeños se necesitan microscopios con gran aumento y buena resolución. Un microscopio óptico está limitado a un aumento de 2000 veces y tiene una resolución no mejor que 250 nm. Estos valores no son adecuados para estudiar detalles finos de las células.
118. Microscopio ultravioleta. Una forma de reducir
El límite de la resolución del microscopio es el uso de luz con una longitud de onda más corta. En este sentido, se utiliza un microscopio ultravioleta, en el que se examinan microobjetos con rayos ultravioleta. Dado que el ojo no percibe directamente esta radiación, se utilizan placas fotográficas, pantallas fluorescentes o convertidores electroópticos. Otra forma de reducir el límite de resolución de un microscopio es aumentar el índice de refracción del medio en el que se encuentra el microscopio. Para ello se coloca en líquido de inmersión, por ejemplo, aceite de cedro.
119. Microscopía luminiscente (fluorescente) se basa en la capacidad de algunas sustancias de luminiscerse, es decir, brillar cuando se iluminan con luz ultravioleta o azul invisible.
El color de la luminiscencia se desplaza a una parte del espectro de longitud de onda más larga en comparación con la luz que lo excita (regla de Stokes). Cuando la luminiscencia se excita con luz azul, su color puede variar de verde a rojo; si la luminiscencia se excita con radiación ultravioleta, entonces la luminiscencia puede estar en cualquier parte del espectro visible. Esta característica de la luminiscencia permite, utilizando filtros especiales que absorben la luz excitante, observar un brillo luminiscente relativamente débil.
Dado que la mayoría de los microorganismos no tienen luminiscencia propia, se tiñen con soluciones de tintes fluorescentes. Este método se utiliza para el examen bacterioscópico de los agentes causantes de determinadas infecciones: tuberculosis (auromina), inclusiones en células formadas por determinados virus, etc. El mismo método se puede utilizar para el estudio citoquímico de microorganismos vivos y fijos. En la reacción de inmunofluorescencia que utiliza anticuerpos marcados con fluorocromos, se detectan antígenos de microorganismos o anticuerpos en el suero de los pacientes.
120. Microscopía de contraste de fases. Cuando se microscopían microorganismos no teñidos distintos de ambiente Sólo según el índice de refracción no hay cambios en la intensidad de la luz (amplitud), sino que solo cambia la fase de las ondas de luz transmitidas. Por lo tanto, el ojo no puede notar estos cambios y los objetos observados parecen transparentes y con poco contraste. Para observar tales objetos utilice contraste microscopico, basado en la transformación de cambios de fase invisibles introducidos por un objeto en cambios de amplitud visibles al ojo.
Gracias al uso de este método de microscopía, el contraste de los microorganismos vivos no teñidos aumenta dramáticamente y aparecen oscuros sobre un fondo claro o claros sobre un fondo oscuro.
La microscopía de contraste de fases también se utiliza para estudiar células de cultivos de tejidos, observar los efectos de varios virus en las células, etc.
121. Microscopía de campo oscuro. La microscopía de campo oscuro se basa en la capacidad de los microorganismos para dispersar fuertemente la luz. Para la microscopía de campo oscuro se utilizan objetivos convencionales y condensadores especiales de campo oscuro.
La característica principal de los condensadores de campo oscuro es que su parte central está oscurecida y los rayos directos del iluminador no entran en la lente del microscopio. El objeto es iluminado por rayos laterales oblicuos y en la lente del microscopio sólo entran los rayos dispersados por las partículas de la preparación. La microscopía de campo oscuro se basa en el efecto Tyndall, ejemplo famoso que sirve para detectar partículas de polvo en el aire cuando se ilumina con un haz estrecho de luz solar.
Con la microscopía de campo oscuro, los microorganismos aparecen brillantemente sobre un fondo negro. Con este método de microscopía se pueden detectar los microorganismos más pequeños, cuyo tamaño supera la resolución del microscopio. Sin embargo, la microscopía de campo oscuro le permite ver solo los contornos de un objeto, pero no le permite estudiar la estructura interna.
122. Radiación térmica Es el tipo más común de radiación electromagnética en la naturaleza. Ocurre debido a la energía del movimiento térmico de los átomos y moléculas de una sustancia. La radiación térmica es inherente a todos los cuerpos a cualquier temperatura distinta del cero absoluto.
Emisividad corporal total E (también llamada luminosidad energética) es la cantidad de energía emitida por una unidad de superficie de un cuerpo en 1 s. Medido en J/m 2 s.
Capacidad total de absorción de radiación del cuerpo. A (coeficiente de absorción) es la relación entre la energía radiante absorbida por un cuerpo y toda la energía radiante que incide sobre él; A es una cantidad adimensional.
123. Cuerpo absolutamente negro. Un cuerpo imaginario que absorbe toda la energía radiante que incide sobre él a cualquier temperatura se llama absolutamente negro.
La ley de Kirchhoff. Para todos los cuerpos a una temperatura determinada, la relación entre la emisividad E y la capacidad de absorción de radiación A es un valor constante igual a la emisividad de un cuerpo absolutamente negro. mi a la misma temperatura:
mi.
Ley de Stefan-Boltzmann. La emisividad total de un cuerpo negro es directamente proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta:
e=st4 ,
donde s es la constante de Stefan-Boltzmann.
La ley del vino. La longitud de onda correspondiente a la radiación máxima de un cuerpo negro es inversamente proporcional a su temperatura absoluta:
l t × T = V,
donde v es la constante de Wien.
Basado en la Ley del Vino pirometría óptica– un método para determinar la temperatura de cuerpos calientes (metal en un horno de fundición, gas en una nube de explosión atómica, la superficie de las estrellas, etc.) a partir de su espectro de radiación. Fue este método el que determinó por primera vez la temperatura de la superficie del Sol.
124 . Radiación infrarroja. La radiación electromagnética que ocupa la región espectral entre el límite rojo de la luz visible (λ = 0,76 μm) y la radiación de radio de onda corta (λ = 1 - 2 mm) se denomina infrarroja (IR). Los sólidos y líquidos calentados emiten un espectro infrarrojo continuo.
El uso terapéutico de la radiación infrarroja se basa en su efecto térmico. Para el tratamiento se utilizan lámparas especiales.
La radiación infrarroja penetra en el cuerpo hasta una profundidad de unos 20 mm, por lo que las capas superficiales se calientan en mayor medida. El efecto terapéutico se debe al gradiente de temperatura resultante, que activa la actividad del sistema termorregulador. El aumento del suministro de sangre a la zona irradiada tiene consecuencias terapéuticas favorables.
125. Radiación ultravioleta. Radiación electromagnética,
Ocupa la región espectral entre el borde violeta de la luz visible (λ = 400 nm) y la parte de longitud de onda larga de la radiación de rayos X (λ = 10 nm) se llama ultravioleta (UV).
Los sólidos calentados a altas temperaturas emiten
una cantidad significativa de radiación ultravioleta. Sin embargo, el máximo
La densidad espectral de la luminosidad energética, según la ley de Wien, es de 7000 K. En la práctica, esto significa que, en condiciones normales, la radiación térmica de los cuerpos grises no puede servir como una fuente eficaz de radiación UV. La fuente más poderosa de radiación ultravioleta es el Sol, el 9% de cuya radiación en el límite de la atmósfera terrestre es ultravioleta.
La radiación UV es necesaria para el funcionamiento de microscopios UV, microscopios fluorescentes y para análisis fluorescentes. El principal uso de la radiación ultravioleta en medicina está asociado a sus efectos biológicos específicos, que son provocados por procesos fotoquímicos.
126. Termografía– este es el registro de radiación de varias áreas
superficie corporal para fines de interpretación diagnóstica. La temperatura se determina de dos maneras. En un caso se utilizan pantallas de cristal líquido, cuyas propiedades ópticas son muy sensibles a pequeños cambios de temperatura.
Al colocar estos indicadores en el cuerpo del paciente, es posible determinar visualmente la diferencia de temperatura local cambiando su color.
Otro método se basa en el uso cámaras termográficas, que utilizan detectores sensibles de radiación infrarroja, como fotorresistores.
127. Bases fisiológicas de la termografía.. Los procesos fisiológicos que ocurren en el cuerpo humano van acompañados de la liberación de calor, que se transfiere a través de la sangre y la linfa circulantes. La fuente de calor son los procesos bioquímicos que ocurren en un organismo vivo. El calor generado es transportado por la sangre por todo el cuerpo. Al poseer una alta capacidad calorífica y conductividad térmica, la sangre circulante es capaz de realizar un intenso intercambio de calor entre las regiones central y periférica del cuerpo. La temperatura de la sangre que pasa a través de los vasos de la piel disminuye entre 2 y 3°.
La termografía se basa en el fenómeno de aumentar la intensidad de la radiación infrarroja sobre focos patológicos (debido al aumento del suministro de sangre y procesos metabólicos en ellos) o una disminución de su intensidad en áreas con flujo sanguíneo regional reducido y cambios concomitantes en tejidos y órganos. . Esto suele expresarse por la aparición de una "zona caliente". Hay dos tipos principales de termografía: teletermografía y termografía colestérica de contacto.
128. Teletermografía se basa en la conversión de la radiación infrarroja del cuerpo humano en una señal eléctrica, que se visualiza en la pantalla de una cámara termográfica. Los fotorresistores sensibles se utilizan como dispositivos receptores de radiación infrarroja en cámaras termográficas.
La cámara termográfica funciona de la siguiente manera. La radiación infrarroja se enfoca mediante un sistema de lentes y luego incide en un fotodetector, que funciona cuando se enfría a –196°C. La señal del fotodetector se amplifica y se procesa digitalmente, seguido de la transmisión de la información recibida a la pantalla de un monitor en color.
129. Termografía de cristal líquido de contacto Se basa en las propiedades ópticas de los cristales líquidos colestéricos anisotrópicos, que se manifiestan como un cambio de color a los colores del arco iris cuando se aplican a superficies emisoras de calor. Las zonas más frías son rojas, las zonas más calientes son azules.
La termografía con placas de contacto de cristal líquido se utiliza actualmente de forma amplia y exitosa en diversos campos de la medicina, pero los métodos remotos para registrar la radiación infrarroja del cuerpo humano han encontrado un uso mucho mayor.
130. Aplicaciones clínicas de la termografía. El diagnóstico termográfico no tiene ningún impacto externo ni inconveniente para el paciente y permite "ver" las anomalías en el patrón térmico en la superficie de la piel del paciente, que son características de muchas enfermedades y trastornos físicos.
La termografía, al ser un método de diagnóstico fisiológico, inofensivo y no invasivo, encuentra su aplicación en la medicina práctica para diagnosticar una amplia gama de patologías: enfermedades de las glándulas mamarias, columna vertebral, articulaciones, glándula tiroides, órganos otorrinolaringológicos, vasos sanguíneos, hígado, vesícula biliar. vejiga, intestinos, estómago, páncreas, riñones, vejiga, próstata. La termografía le permite registrar cambios al comienzo del desarrollo del proceso patológico, antes de la aparición de cambios estructurales en los tejidos.
131. Modelo de Rutherford (planetario) del átomo. Según este modelo, toda la carga positiva y casi toda la masa (más del 99,94%) del átomo se concentran en el núcleo atómico, cuyo tamaño es insignificante (unos 10-13 cm) en comparación con el tamaño del átomo. (10 -8 cm). Los electrones se mueven alrededor del núcleo en órbitas cerradas (elípticas), formando la capa electrónica del átomo. La carga del núcleo es igual en valor absoluto a la carga total de los electrones.
Desventajas del modelo Rutherford.
a) en el modelo de Rutherford el átomo es inestable
educación, mientras que la experiencia indica lo contrario;
b) según Rutherford, el espectro de radiación de un átomo es continuo, mientras que la experiencia habla de la naturaleza discreta de la radiación.
132. Teoría cuántica de la estructura del átomo según Bohr. Basándose en la idea de la discreción de los estados energéticos del átomo, Bohr mejoró el modelo atómico de Rutherford, creando una teoría cuántica de la estructura del átomo. Se basa en tres postulados.
Los electrones de un átomo no pueden moverse en ninguna órbita, sino sólo en órbitas de un radio muy determinado. En estas órbitas, llamadas estacionarias, el momento angular del electrón viene determinado por la expresión:
donde m es la masa del electrón, v es su velocidad, r es el radio de la órbita del electrón, n es un número entero llamado cuántico (n=1,2,3, ...).
El movimiento de electrones en órbitas estacionarias no va acompañado de radiación (absorción) de energía.
Transferencia de un electrón de una órbita estacionaria a otra.
acompañado de la emisión (o absorción) de un cuanto de energía.
El valor hn de este cuanto es igual a la diferencia de energía W 1 – W 2 de los estados estacionarios del átomo antes y después de la radiación (absorción):
hn=W 1 – W 2.
Esta relación se llama condición de frecuencia.
133. Tipos de espectros. Hay tres tipos principales de espectros: sólido, lineal y rayado.
Espectros de líneas
átomos. La emisión es causada por transiciones de electrones ligados a niveles de energía más bajos.
Espectros rayados son emitidos por individuos excitados
moléculas. La radiación es causada tanto por transiciones electrónicas en los átomos como por los movimientos vibratorios de los propios átomos en la molécula.
Espectros continuos son emitidos por colecciones de muchos iones moleculares y atómicos que interactúan entre sí.
El papel principal en la radiación lo desempeña el movimiento caótico de estas partículas, provocado por las altas temperaturas.
134. Concepto de análisis espectral.. Cada elemento químico
Emite (y absorbe) luz con longitudes de onda muy específicas y exclusivas de este elemento. Los espectros lineales de elementos se obtienen fotografiando en espectrógrafos en los que la luz se descompone mediante una rejilla de difracción. El espectro lineal de un elemento es una especie de “huella digital” que permite identificar con precisión este elemento en función de las longitudes de onda de la luz emitida (o absorbida). Los estudios espectrográficos son una de las técnicas de análisis químico más poderosas que tenemos a nuestra disposición.
Análisis espectral cualitativo.– se trata de una comparación de los espectros obtenidos con los tabulados para determinar la composición de la sustancia.
Análisis espectral cuantitativo. Realizado por fotometría (determinación de la intensidad) de líneas espectrales: el brillo de las líneas es proporcional a la cantidad de un elemento determinado.
Calibración del espectroscopio. Para utilizar un espectroscopio para determinar las longitudes de onda del espectro en estudio, el espectroscopio debe estar calibrado, es decir. Establecer la relación entre las longitudes de onda de las líneas espectrales y las divisiones de la escala del espectroscopio en las que son visibles.
135. Principales características y aplicaciones análisis espectral. Mediante el análisis espectral, es posible determinar la composición atómica y molecular de una sustancia. El análisis espectral permite el descubrimiento cualitativo de componentes individuales de la muestra analizada y la determinación cuantitativa de su concentración. Las sustancias con propiedades químicas muy similares, que son difíciles o incluso imposibles de analizar mediante métodos químicos, se determinan fácilmente espectralmente.
Sensibilidad El análisis espectral suele ser muy alto. El análisis directo alcanza una sensibilidad del 10 -3 - 10 -6%. Velocidad El análisis espectral suele superar significativamente la velocidad del análisis realizado por otros métodos.
136. Análisis espectral en biología. El método espectroscópico para medir la actividad óptica de sustancias se utiliza ampliamente para determinar la estructura de objetos biológicos. Al estudiar moléculas biológicas, se miden sus espectros de absorción y fluorescencia. Los tintes que emiten fluorescencia bajo excitación láser se utilizan para determinar el índice de hidrógeno y la fuerza iónica en las células, así como para estudiar áreas específicas en las proteínas. Utilizando dispersión Raman resonante, se investiga la estructura de las células y se determina la conformación de las moléculas de proteínas y ADN. La espectroscopia jugó un papel importante en el estudio de la fotosíntesis y la bioquímica de la visión.
137. Análisis espectral en medicina. Hay más de ochenta elementos químicos en el cuerpo humano. Su interacción e influencia mutua asegura los procesos de crecimiento, desarrollo, digestión, respiración, inmunidad, hematopoyesis, memoria, fertilización, etc.
Para el diagnóstico de micro y macroelementos, así como de su desequilibrio cuantitativo, el cabello y las uñas son el material más fértil. Cada cabello almacena información integral sobre el metabolismo mineral de todo el organismo durante todo el período de su crecimiento. El análisis espectral proporciona información completa sobre el equilibrio mineral durante un largo período de tiempo. Algunas sustancias tóxicas sólo pueden detectarse con este método. A modo de comparación: los métodos convencionales le permiten determinar la proporción de menos de diez microelementos en el momento de la prueba mediante un análisis de sangre.
Los resultados del análisis espectral ayudan al médico a diagnosticar y buscar la causa de las enfermedades, identificar enfermedades ocultas y la predisposición a padecerlas; le permitirá asignar con mayor precisión medicamentos y desarrollar esquemas individuales para restaurar el equilibrio mineral.
Es difícil sobreestimar la importancia de los métodos espectroscópicos en farmacología y toxicología. En particular, permiten el análisis de muestras. drogas farmacologicas durante su validación, así como la identificación de medicamentos falsificados. En toxicología, la espectroscopia ultravioleta e infrarroja permitió la identificación de muchos alcaloides a partir de extractos de Stas.
138. Luminiscencia Se denomina radiación excesiva de un cuerpo a una temperatura determinada, que tiene una duración que excede significativamente el período de las ondas de luz emitidas.
Fotoluminiscencia. La luminiscencia causada por fotones se llama fotoluminiscencia.
Quimioluminiscencia. La luminiscencia que acompaña a las reacciones químicas se llama quimioluminiscencia.
139. Análisis luminiscente. basado en la observación de la luminiscencia de los objetos con el fin de estudiarlos; utilizado para la detección etapa inicial deterioro de alimentos, clasificación de fármacos y diagnóstico de determinadas enfermedades.
140. Efecto fotoeléctrico llamado fenómeno de retirada
electrones de una sustancia bajo la influencia de la luz que incide sobre ella.
En efecto fotoeléctrico externo un electrón abandona la superficie de una sustancia.
En efecto fotoeléctrico interno el electrón se libera de sus enlaces con el átomo, pero permanece dentro de la sustancia.
La ecuación de Einstein:
donde hn es la energía del fotón, n es su frecuencia, A es la función de trabajo del electrón, es la energía cinética del electrón emitido, v es su velocidad.
Leyes del efecto fotoeléctrico:
El número de fotoelectrones emitidos por la superficie del metal por unidad de tiempo es proporcional a flujo luminoso cayendo sobre metal.
Energía cinética inicial máxima de los fotoelectrones.
determinado por la frecuencia de la luz incidente y no depende de su intensidad.
Para cada metal existe un límite rojo del efecto fotoeléctrico, es decir la longitud de onda máxima l 0 en la que el efecto fotoeléctrico todavía es posible.
El efecto fotoeléctrico externo se utiliza en tubos fotomultiplicadores (PMT) y convertidores electrón-ópticos (EOC). Los PMT se utilizan para medir flujos de luz de baja intensidad. Con su ayuda se puede detectar una bioluminiscencia débil. Los tubos intensificadores de imágenes se utilizan en medicina para mejorar el brillo de las imágenes de rayos X; en termografía: para convertir la radiación infrarroja del cuerpo en radiación visible. Además, las fotocélulas se utilizan en el metro al pasar por torniquetes, en hoteles modernos, aeropuertos, etc. para abrir y cerrar puertas automáticamente, para encender y apagar automáticamente el alumbrado público, para determinar la iluminación (luxómetro), etc.
141. Radiación de rayos X Es radiación electromagnética con una longitud de onda de 0,01 a 0,000001 micras. Hace que la pantalla recubierta de fósforo brille y la emulsión se ennegrezca, lo que la hace adecuada para la fotografía.
Los rayos X se producen cuando los electrones se detienen repentinamente al golpear el ánodo en un tubo de rayos X. Primero, los electrones emitidos por el cátodo son acelerados por una diferencia de potencial de aceleración a velocidades del orden de 100.000 km/s. Esta radiación, llamada bremsstrahlung, tiene un espectro continuo.
La intensidad de la radiación de rayos X está determinada por la fórmula empírica:
donde I es la intensidad de la corriente en el tubo, U es el voltaje, Z es el número de serie del átomo de la sustancia anticátodo, k es constante.
La radiación de rayos X resultante de la desaceleración de los electrones se denomina "bremsstrahlung".
Los rayos X de onda corta son generalmente más penetrantes que los rayos X de onda larga y se denominan difícil, y onda larga – suave.
A altos voltajes en el tubo de rayos X, junto con
los rayos X que tienen un espectro continuo producen rayos X que tienen un espectro lineal; este último se superpone al espectro continuo. Esta radiación se llama característica, ya que cada sustancia tiene su propia línea característica de espectro de rayos X (un espectro continuo de la sustancia anódica y está determinado únicamente por el voltaje en el tubo de rayos X).
142. Propiedades de la radiación de rayos X. Los rayos X tienen todas las propiedades que caracterizan a los rayos de luz:
1) no se desvían de los campos eléctricos y magnéticos y, por tanto, no llevan carga eléctrica;
2) tener un efecto fotográfico;
3) provocar la ionización del gas;
4) capaz de provocar luminiscencia;
5) puede refractarse, reflejarse, tener polarización y dar el fenómeno de interferencia y difracción.
143. Ley de Moseley. Dado que los átomos de diferentes sustancias tienen diferentes niveles de energía según su estructura, los espectros de radiación característica dependen de la estructura de los átomos de la sustancia anódica. Los espectros característicos se desplazan hacia frecuencias más altas a medida que aumenta la carga nuclear. Este patrón se conoce como ley de Moseley:
donde n es la frecuencia de la línea espectral, Z es el número de serie del elemento emisor, A y B son constantes.
144. Interacción de los rayos X con la materia. Dependiendo de la relación entre la energía del fotón e y la energía de ionización A, tienen lugar tres procesos principales.
Dispersión coherente (clásica). La dispersión de los rayos X de onda larga se produce principalmente sin cambiar la longitud de onda y se denomina coherente. . Ocurre si la energía del fotón es menor que la energía de ionización: hn<А. Так как в этом случае энергия фотона рентгеновского излучения и атома не изменяются, то когерентное рассеяние само по себе не вызывает биологического действия.
Dispersión incoherente (efecto Compton). En 1922 A.Kh. Compton, al observar la dispersión de los rayos X duros, descubrió una disminución en el poder de penetración del haz disperso en comparación con el haz incidente. Esto significaba que la longitud de onda de los rayos X dispersos era más larga que la de los rayos X incidentes. La dispersión de los rayos X con un cambio en la longitud de onda se denomina incoherente y el fenómeno en sí se denomina efecto Compton.
efecto foto. En el efecto fotoeléctrico, los rayos X son absorbidos por un átomo, lo que provoca la expulsión de un electrón y la ionización del átomo (fotoionización). Si la energía del fotón es insuficiente para la ionización, entonces el efecto fotoeléctrico puede manifestarse en la excitación de átomos sin emisión de electrones.
efecto ionizante La radiación de rayos X se manifiesta en un aumento de la conductividad eléctrica bajo la influencia de los rayos X. Esta propiedad se utiliza en dosimetría para cuantificar el efecto de este tipo de radiación.
145. Luminiscencia de rayos X llamado el brillo de una serie de sustancias bajo irradiación de rayos X. Este brillo de bario y sinóxido de platino permitió a Roentgen descubrir los rayos. Este fenómeno se utiliza para crear pantallas luminosas especiales con el fin de observar visualmente los rayos X, a veces para mejorar el efecto de los rayos X en una placa fotográfica, lo que permite registrar estos rayos.
146. Absorción de rayos X. descrito por la ley de Bouguer:
F = F 0 mi - m x,
donde m es el coeficiente de atenuación lineal,
x es el espesor de la capa de sustancia,
F 0 – intensidad de la radiación incidente,
F es la intensidad de la radiación transmitida.
147. Impacto de la radiación de rayos X en el cuerpo.. Aunque la exposición a la radiación durante los exámenes de rayos X es pequeña, puede provocar cambios en el aparato cromosómico de las células: mutaciones por radiación. Por tanto, es necesario regular los exámenes radiológicos.
148. Diagnóstico por rayos X. El diagnóstico por rayos X se basa en la absorción selectiva de la radiación de rayos X por parte de tejidos y órganos.
149. Radiografía. Durante la fluoroscopia, se obtiene una imagen del objeto transiluminado en una pantalla fluoroscópica. La técnica es sencilla y económica; permite observar el movimiento de los órganos y el movimiento del material de contraste en ellos. Sin embargo, también tiene desventajas: después no queda ningún documento que pueda ser discutido o considerado en el futuro. Los pequeños detalles de la imagen son difíciles de ver en la pantalla. La fluoroscopia se asocia con una exposición a la radiación mucho mayor para el paciente y el médico que la radiografía.
150. Radiografía. En radiografía, se dirige un haz de rayos X a la parte del cuerpo que se examina. La radiación que atraviesa el cuerpo humano incide en una película sobre la que, tras su procesamiento, se obtiene una imagen.
151. Electrorradiografía. En él, un haz de rayos X que atraviesa al paciente incide en una placa de selenio cargada de electricidad estática. En este caso, la placa cambia su potencial eléctrico y aparece en ella una imagen latente de cargas eléctricas.
La principal ventaja del método es la capacidad de obtener rápidamente una gran cantidad de imágenes de alta calidad sin consumir películas de rayos X que contienen costosos compuestos de plata y sin el proceso fotográfico "húmedo".
152. Fluorografía. Su principio es fotografiar una imagen de rayos X desde una pantalla sobre una película enrollable de pequeño formato. Se utiliza para encuestas masivas de la población. Las ventajas del método son la velocidad y la eficiencia.
153. Contraste artificial de órganos. El método se basa en
introducción en el cuerpo de sustancias inofensivas que absorben
La radiación de rayos X es mucho más fuerte o, por el contrario, mucho más débil que el órgano que se examina. Por ejemplo, se recomienda al paciente que tome una suspensión acuosa de sulfato de bario. En este caso, aparece en la imagen la sombra de una masa de contraste ubicada en la cavidad del estómago. Por la posición, forma, tamaño y contorno de la sombra, se puede juzgar la posición del estómago, la forma y el tamaño de su cavidad.
El yodo se utiliza para contrastar la glándula tiroides. Los gases utilizados para este fin son oxígeno, óxido nitroso y dióxido de carbono. Solo se pueden inyectar en el torrente sanguíneo óxido nitroso y dióxido de carbono, ya que, a diferencia del oxígeno, no provocan embolia gaseosa.
154. Intensificadores de imágenes de rayos X. El brillo del resplandor que convierte la radiación de rayos X en luz visible de la pantalla fluorescente que utiliza el radiólogo al realizar la fluoroscopia es de centésimas de candelas por metro cuadrado (candelas - vela). Esto corresponde aproximadamente al brillo de la luz de la luna en una noche sin nubes. Con tal iluminación, el ojo humano funciona en modo de visión crepuscular, en el que los pequeños detalles y las débiles diferencias de contraste se distinguen extremadamente mal.
Es imposible aumentar el brillo de la pantalla debido a un aumento proporcional de la dosis de radiación del paciente, lo que de todos modos no es inofensivo.
La capacidad de eliminar este obstáculo la proporcionan los intensificadores de imágenes de rayos X (XI), que son capaces de mejorar el brillo de las imágenes miles de veces acelerando repetidamente electrones utilizando un campo eléctrico externo. Además de aumentar el brillo, los URI pueden reducir significativamente la dosis de radiación durante la investigación.
155. Angiografía– método de estudio de contraste de los vasos sanguíneos
un sistema en el que, bajo control visual de rayos X mediante URI y televisión, un radiólogo inserta un tubo elástico delgado (un catéter) en una vena y lo dirige junto con el flujo sanguíneo a casi cualquier área del cuerpo, incluso a el corazón. Luego, en el momento adecuado, se inyecta un líquido radiopaco a través del catéter y al mismo tiempo se toman una serie de imágenes sucesivas a gran velocidad.
156. Método digital de procesamiento de información. Las señales eléctricas son la forma más conveniente para el procesamiento posterior de imágenes. A veces resulta ventajoso enfatizar una línea en una imagen, resaltar un contorno o, a veces, resaltar una textura. El procesamiento se puede realizar mediante métodos electrónicos analógicos y digitales. Para fines de procesamiento digital, las señales analógicas se convierten a forma discreta mediante convertidores de analógico a digital (ADC) y se envían a la computadora en esta forma.
La imagen de luz obtenida en la pantalla fluoroscópica es amplificada por un convertidor electrón-óptico (EOC) y ingresa a través del sistema óptico en la entrada del tubo de televisión TT, convirtiéndose en una secuencia de señales eléctricas. Con la ayuda del ADC, se realizan muestreos y cuantificaciones, y luego se graban en una memoria de acceso aleatorio digital (RAM) y se procesan señales de imágenes de acuerdo con programas específicos. La imagen convertida se convierte nuevamente a formato analógico utilizando un convertidor DAC de digital a analógico y se muestra en la pantalla del dispositivo de control de video VKU en escala de grises.
157. Codificación de colores de imágenes en blanco y negro. La mayoría de las imágenes introscópicas son monocromáticas, es decir, desprovistas de color. Pero la visión humana normal es el color. Para aprovechar plenamente las capacidades del ojo, en algunos casos tiene sentido colorear artificialmente nuestras imágenes introscópicas en la última etapa de su transformación.
Cuando el ojo percibe imágenes en color,
Características adicionales de la imagen que facilitan el análisis. Este
matiz, saturación de color, contraste de color. En color, la visibilidad de los detalles y la sensibilidad al contraste del ojo aumentan muchas veces.
158. Terapia con rayos X. La radiación de rayos X se utiliza como radioterapia en el tratamiento de diversas enfermedades. Las indicaciones y tácticas de la radioterapia son en muchos aspectos similares a los métodos de la gammaterapia.
159. Tomografía. La imagen de un órgano o formación patológica de interés para el médico se superpone con sombras de órganos y tejidos vecinos ubicados a lo largo del haz de rayos X.
La esencia de la tomografía es que durante el proceso de filmación.
El tubo de rayos X se mueve con respecto al paciente, proporcionando imágenes nítidas sólo de aquellos detalles que se encuentran a una profundidad determinada. Por tanto, la tomografía es un estudio de rayos X capa por capa.
160. Radiación láser– es un coherente idénticamente dirigido
Radiación de muchos átomos que crean un haz estrecho de luz monocromática.
Para que un láser comience a funcionar, es necesario convertir una gran cantidad de átomos de su sustancia de trabajo en un estado excitado (metaestable). Para ello, se transfiere energía electromagnética a la sustancia de trabajo desde una fuente especial (método de bombeo). Después de esto, en la sustancia de trabajo comenzarán transiciones forzadas casi simultáneas de todos los átomos excitados al estado normal con la emisión de un potente haz de fotones.
161. Aplicación del láser en medicina.Láseres de alta energía
utilizado como bisturí láser en oncología. En este caso, la extirpación racional del tumor se logra con un daño mínimo a los tejidos circundantes y la operación puede realizarse cerca de estructuras cerebrales de gran importancia funcional.
La pérdida de sangre cuando se utiliza un rayo láser es mucho menor, la herida queda completamente esterilizada y la hinchazón en el postoperatorio es mínima.
Los láseres son especialmente eficaces en microcirugía ocular. Permite el tratamiento del glaucoma “perforando” con su haz orificios microscópicos para la salida del líquido intraocular. El láser se utiliza para el tratamiento no quirúrgico del desprendimiento de retina.
Radiación láser de baja energía tiene efecto antiinflamatorio, analgésico, cambia el tono vascular, mejora los procesos metabólicos, etc.; se utiliza en terapias especiales en diversos campos de la medicina.
162. Efecto del láser sobre el cuerpo. El efecto de la radiación láser en el cuerpo es en muchos aspectos similar al efecto de la radiación electromagnética en los rangos visible e infrarrojo. A nivel molecular, tal efecto conduce a un cambio en los niveles de energía de las moléculas de materia viva, su reordenamiento estereoquímico y la coagulación de las estructuras proteicas. Los efectos fisiológicos de la exposición al láser están asociados con el efecto fotodinámico de la fotorreactivación, el efecto de estimulación o inhibición de procesos biológicos, cambios en el estado funcional tanto de los sistemas individuales como del cuerpo en su conjunto.
163. Uso de láseres en investigación biomédica. Una de las principales áreas del diagnóstico por láser es espectroscopia de materia condensada, que permite el análisis de tejidos biológicos y su visualización a nivel celular, subcelular y molecular.
Aumentar El microscopio se define como el producto del aumento del objetivo y el aumento del ocular. Los microscopios de investigación típicos tienen un aumento del ocular de 10 y un aumento del objetivo de 10, 45 y 100. En consecuencia, el aumento de un microscopio de este tipo oscila entre 100 y 1000. Algunos microscopios tienen un aumento de hasta 2000. Un aumento aún mayor no tiene sentido, ya que la resolución no mejora. Al contrario, la calidad de la imagen se deteriora.
Fórmula para la ampliación del microscopio.
La calidad de la imagen está determinada. resolución del microscopio, es decir. La distancia mínima a la que la óptica de un microscopio puede distinguir por separado dos puntos muy próximos entre sí. La resolución depende de la apertura numérica del objetivo, del condensador y de la longitud de onda de la luz con la que se ilumina la muestra. La apertura numérica (apertura) depende de la apertura angular y el índice de refracción del medio ubicado entre la lente frontal del objetivo y el condensador y la muestra.
Además de la resolución del sistema, la apertura numérica caracteriza la apertura de la lente: la intensidad de la luz por unidad de área de imagen es aproximadamente igual al cuadrado de NA. El valor NA es aproximadamente 0,95 para una buena lente. El microscopio suele tener un tamaño tal que su aumento total es de aproximadamente 1000 NA.
Límite de resolución– distancia más pequeña. Entre dos puntos muy cercanos de un objeto, visibles a través de un microscopio (percibidos como dos puntos).
Abertura (Apertura latina - agujero) en óptica - una característica de un dispositivo óptico que describe su capacidad para recolectar luz y resistir la difracción y el desenfoque de los detalles de la imagen. Dependiendo del tipo de sistema óptico, esta característica puede ser una dimensión lineal o angular. Como regla general, entre las partes de un dispositivo óptico se distingue especialmente el llamado diafragma de apertura, que limita en gran medida los diámetros de los haces de luz que atraviesan el instrumento óptico. A menudo, el papel de dicho diafragma de apertura lo desempeña el marco o, simplemente, los bordes de uno de los elementos ópticos (lentes, espejos, prismas).
Apertura angular - el ángulo entre los rayos exteriores de un haz de luz cónico en la entrada (salida) del sistema óptico.
Apertura numérica - es igual al producto del índice de refracción del medio entre el objeto y la lente y el seno del ángulo de apertura. Es este valor el que determina de forma más completa al mismo tiempo la relación de apertura y la resolución de la lente del microscopio. Para aumentar la apertura numérica de los objetivos en microscopía, el espacio entre el objetivo y el cubreobjetos se llena con líquido de inmersión.
Esquina La apertura del objetivo es el ángulo máximo (AOB) en el que los rayos que atraviesan la muestra pueden entrar en la lente. Apertura numérica La lente es igual al producto del seno de la mitad de la apertura angular y el índice de refracción del medio ubicado entre el portaobjetos de vidrio y la lente frontal de la lente. N / A. = n senα donde, N.A. - apertura numérica; n es el índice de refracción del medio entre la muestra y la lente; sinα es el seno del ángulo α igual a la mitad del ángulo AOB en el diagrama.
Por tanto, la apertura de los sistemas secos (entre la lente del objetivo frontal y la preparación de aire) no puede ser superior a 1 (normalmente no superior a 0,95). El medio colocado entre la muestra y el objetivo se llama líquido de inmersión o inmersión, y un objetivo diseñado para trabajar con líquido de inmersión se llama inmersión. Gracias a la inmersión con un índice de refracción mayor que el aire, es posible aumentar la apertura numérica de la lente y, por tanto, la resolución.
Apertura numérica Las lentes siempre están grabadas en sus monturas.
La resolución del microscopio también depende de la apertura del condensador. Si consideramos que la apertura del condensador es igual a la apertura de la lente, entonces la fórmula de resolución tiene la forma R=λ/2NA, donde R es el límite de resolución; λ - longitud de onda; N.A - apertura numérica. De esta fórmula queda claro que cuando se observa en luz visible (parte verde del espectro - λ = 550 nm), la resolución (límite de resolución) del microscopio no puede ser > 0,2 µm.
Inmersión (del latín immersio - inmersión): un líquido que llena el espacio entre el objeto de observación y una lente de inmersión especial (condensador y portaobjetos de vidrio). Se utilizan tres tipos principales de líquidos de inmersión: inmersión en aceite (Oil), inmersión en agua (WI/W) e inmersión en glicerol (GI/Glyc), utilizándose este último principalmente en microscopía ultravioleta.
La inmersión se utiliza en los casos en los que es necesario aumentar la resolución del microscopio o su uso requiere proceso tecnológico microscopía. Esto pasa:
1. aumentar la visibilidad aumentando la diferencia entre el índice de refracción del medio y el objeto;
2. aumentar la profundidad de la capa vista, que depende del índice de refracción del medio.
Además, el líquido de inmersión puede reducir la cantidad de luz parásita al eliminar el deslumbramiento del sujeto. Esto elimina la inevitable pérdida de luz cuando ingresa a la lente.
Refracción de la luz - un cambio en la dirección de los rayos de luz en un medio con un índice de refracción n que varía en el espacio. Generalmente el término "R". Con." Se utiliza para describir la propagación de la fibra óptica. radiación en medios no homogéneos con n que varía suavemente de un punto a otro (las trayectorias de los rayos de luz en dichos medios son líneas suavemente curvadas). Se suele denominar cambio brusco en la dirección de los rayos en la interfaz entre dos medios homogéneos con n diferente. refracción de la luz. Cajero automático. En óptica y óptica de gafas se utiliza tradicionalmente el término "refracción". Dado que la atmósfera es un medio heterogéneo, gracias a R. s. hay un cambio en la posición aparente de los cuerpos celestes con respecto a la verdadera, que debe tenerse en cuenta en astronomía. R.s. en la atmósfera también debe tenerse en cuenta cuando sea geodésico. mediciones. R.s. es la causa de los espejismos. El fenómeno de R. s. le permite visualizar ópticamente Inhomogeneidades en medios sólidos, líquidos y gaseosos.
Refractómetro y yo ( de lat. refractus - refractado y griego. metreo - medida) es un método para estudiar sustancias basado en la determinación del índice (coeficiente) de refracción (refracción) y algunas de sus funciones. La refractometría (método refractométrico) se utiliza para identificar compuestos químicos, análisis cuantitativos y estructurales y determinar los parámetros físicos y químicos de sustancias.
El índice de refracción n es la relación entre la velocidad de la luz en el medio circundante. Para líquidos y sólidos, n generalmente se determina en relación con el aire y, para gases, en relación con el vacío. Los valores de n dependen de la longitud de onda l de la luz y de la temperatura, los cuales se indican en subíndice y superíndice, respectivamente. Métodos de refractometría Se dividen en dos grandes grupos: objetivos y subjetivos. A pesar de la innegable ventaja de los métodos objetivos, cada estudio objetivo, por regla general, finaliza con la corrección mediante métodos objetivos. Hay dos subgrupos de métodos de refractometría objetiva:
1. Objetivo en relación con el paciente y subjetivo en relación con el médico. Un ejemplo es la skiascopia, cuyos datos objetivos se pueden obtener mediante una evaluación subjetiva por parte de un médico del reflejo skiascopia del sujeto.2. Objetivo en relación tanto con el sujeto como con el investigador, implementado mediante una máquina refractométrica.
Polarización de la luz- físico características ópticas radiación, que describe la anisotropía transversal de las ondas de luz, es decir, no equivalencia de descomposición. direcciones en un plano perpendicular al haz de luz. Criaturas importancia para la comprensión de P. s. tuvo su manifestación en los efectos interferencia de luz y, en particular, el hecho de que dos haces de luz con planos de polarización perpendiculares entre sí no interfieren directamente. PD encontrado natural explicación en el.-magn. Teoría de la luz, desarrollada en 1865-73 por J. C. Maxwell, más tarde en electrodinámica cuántica.
El término polarización de ondas fue introducido por Malus en relación con las ondas mecánicas transversales.
Para recibir luz polarizada y su detección, existen dispositivos físicos especiales llamados polarizadores en el primer caso y analizadores en el segundo. Suelen construirse de la misma forma. Existen varias formas de obtener y analizar la luz polarizada.
1. Polarización mediante Polaroids. Las Polaroid son películas de celuloide recubiertas con una fina capa de cristales de sulfato de nodquinina. El uso de polaroides es actualmente el método más común para polarizar la luz.
2. Polarización por reflexión. Si un haz de luz natural incide sobre una superficie negra pulida, el haz reflejado está parcialmente polarizado. Como polarizador y analizador se puede utilizar un espejo o un vidrio de ventana ordinario bastante bien pulido, ennegrecido por un lado con barniz asfáltico. El grado de polarización es mayor cuanto más correctamente se mantiene el ángulo de incidencia. Para el vidrio, el ángulo de incidencia es de 57°.
3. Polarización por refracción. El haz de luz se polariza no sólo por reflexión, sino también por
refracción. En este caso, se utiliza una pila como polarizador y analizador.
10-15 placas de vidrio delgadas plegadas, ubicadas en un ángulo de 57° con respecto a los rayos de luz que inciden sobre ellas.
Prisma Nicolás (abreviado nicole) es un dispositivo polarizador cuyo principio de funcionamiento se basa en los efectos de la birrefringencia y la reflexión interna total. El prisma Nicolas consta de dos prismas triangulares idénticos hechos de espato de Islandia, pegados entre sí con una fina capa de bálsamo de Canadá. Los prismas están mecanizados de modo que el extremo esté biselado en un ángulo de 68° con respecto a la dirección de la luz transmitida y los lados pegados formen un ángulo recto con los extremos. En este caso, el eje óptico del cristal ( AB) forma un ángulo de 64° con la dirección de la luz.
La apertura de polarización total del prisma es de 29°. Una característica del prisma es el cambio en la dirección del haz que emerge cuando el prisma gira, debido a la refracción de los extremos biselados del prisma. El prisma no se puede utilizar para la polarización ultravioleta, ya que el bálsamo de Canadá absorbe la luz ultravioleta con polarización arbitraria, al pasar por el extremo del prisma, experimenta birrefringencia y se divide en dos rayos: uno ordinario, que tiene un plano de polarización horizontal (. A.O.) y extraordinario, con un plano vertical de polarización ( AE). Después de lo cual el haz ordinario experimenta una reflexión interna total en el plano de unión y sale por la superficie lateral. Lo Extraordinario sale sin obstáculos por el extremo opuesto del prisma.
Ley de Brewster - una ley de la óptica que expresa la relación del índice de refracción con el ángulo en el que la luz reflejada desde la interfaz estará completamente polarizada en un plano perpendicular al plano de incidencia, y el haz refractado estará parcialmente polarizado en el plano de incidencia, y la polarización del haz refractado alcanza su mayor valor. Es fácil comprobar que en este caso los rayos reflejados y refractados son mutuamente perpendiculares. El ángulo correspondiente se llama El ángulo de Brewster.
Este fenómeno óptico lleva el nombre del físico escocés David Brewster, quien lo descubrió en 1815.
Ley de Brewster : , Dónde norte 12 - índice de refracción del segundo medio con respecto al primero, θ hermano- ángulo de incidencia (ángulo de Brewster).
Cuando se refleja desde una placa en el ángulo de Brewster, la intensidad de la luz polarizada linealmente es muy baja (aproximadamente el 4% de la intensidad del haz incidente). Por lo tanto, para aumentar la intensidad de la luz reflejada (o polarizar la luz transmitida al vidrio en un plano paralelo al plano de incidencia), se utilizan varias placas unidas, dobladas en una pila: el pie de Stoletov. Es fácil rastrear lo que sucede en el dibujo. Deja que un rayo de luz caiga sobre la parte superior de tu pie. Un haz completamente polarizado se reflejará desde la primera placa (aproximadamente el 4% de la intensidad original), un haz completamente polarizado también se reflejará desde la segunda placa (aproximadamente el 3,75% de la intensidad original), y así sucesivamente. En este caso, el haz que emerge desde la parte inferior de la pila se polarizará cada vez más en un plano paralelo al plano de incidencia a medida que se agreguen placas. refracción completa es importante para las comunicaciones por radio: la mayoría de las antenas de látigo irradian ondas polarizadas verticalmente. Por lo tanto, si una onda golpea la interfaz (tierra, agua o ionosfera) en el ángulo de Brewster, no habrá onda reflejada y, en consecuencia, no habrá canal.
ley de malus - dependencia de la intensidad de la luz polarizada linealmente después de su paso a través del polarizador del ángulo entre los planos de polarización de la luz incidente y el polarizador, donde I 0 - intensidad de la luz que incide sobre el polarizador, I- intensidad de la luz que emerge del polarizador. La luz con una polarización diferente (no lineal) se puede representar como la suma de dos componentes polarizados linealmente, a cada uno de los cuales se aplica la ley de Malus. Según la ley de Malus, las intensidades de la luz transmitida se calculan en todos los dispositivos de polarización, por ejemplo en los fotómetros de polarización y los espectrofotómetros. Además se determinan las pérdidas por reflexión que dependen de la ley Malus y no las tiene en cuenta.
Sustancias ópticamente activas. , ambientes con naturaleza actividad óptica. O.-a. v. se dividen en 2 tipos. Los pertenecientes al 1º de ellos son ópticamente activos en cualquier estado de agregación (azúcares, alcanfor, ácido tartárico), los pertenecientes al 2º son activos sólo en fase cristalina (cuarzo, cinabrio). En las sustancias del primer tipo, la actividad óptica se debe a la estructura asimétrica de sus moléculas, del segundo tipo, a la orientación específica de las moléculas (iones) en las células elementales del cristal (asimetría del campo de fuerzas que conectan las partículas en la red cristalina). Cristales de O.-a. v. siempre existen en dos formas: derecha e izquierda; en este caso, la red del cristal derecho es simétrica especularmente con respecto a la red del cristal izquierdo y no puede combinarse espacialmente con ella (las llamadas formas enantiomórficas, ver Enantiomorfismo). Actividad óptica de las formas derecha e izquierda de O.-a. v. El tipo 2 tiene signos diferentes (y son iguales en valor absoluto en las mismas condiciones externas), por eso se les llama antípodas ópticas (a veces los cristales O.-a.v. de tipo 1 también se llaman así ).
Rotación del plano de polarización. luz - unida por una fenomenológica común manifestación de un grupo de efectos consistentes en rotación. plano de polarización Onda transversal como resultado de la interacción con un medio anisotrópico. Naib. Los efectos asociados con V.p.p. luz, aunque se observan fenómenos similares en otras regiones del espectro electromagnético. ondas (en particular, en el rango de microondas), así como en acústica, física de partículas, etc.V. p.p. suele deberse a la diferencia de coeficientes. refracción del medio para dos ondas polarizadas circularmente (en el círculo derecho e izquierdo) (la llamada anisotropía circular) y se describe en el caso general mediante un tensor axial de segundo rango, que conecta el vector axial del ángulo de rotación de el plano de polarización con el vector de onda polar. En un medio que sólo tiene anisotropía circular, una onda polarizada linealmente se puede descomponer en dos ondas normales polarizadas circularmente de igual amplitud (ver. Fluctuaciones normales), la diferencia de fase entre ellos determina el acimut del plano de polarización de la onda total. En medios homogéneos con anisotropía circular, el ángulo de polarización depende linealmente de la longitud del camino en el medio. La anisotropía circular puede ser natural (espontánea, inherente al medio ambiente en estado inalterado) o artificial, inducida por factores externos. influencia. En el segundo caso, la asimetría circular puede ser causada por la asimetría de la influencia perturbadora o las propiedades de simetría combinadas del medio y la perturbación.
Ángulo de rotación. El haz de luz puede ser natural y polarizado. En un haz de luz natural, las oscilaciones vectoriales se producen de forma desordenada.
Los rayos de luz polarizados, a su vez, se dividen en polarizados linealmente, cuando las vibraciones se producen en línea recta perpendicular al haz; polarizado circularmente, cuando el extremo del vector describe un círculo en un plano perpendicular a la dirección del haz, y polarizado elípticamente, en el que las oscilaciones se producen a lo largo de una elipse.
El plano en el que ocurren las oscilaciones en un haz plano polarizado se llama plano de oscilación.
El plano que pasa por la dirección del haz polarizado y es perpendicular al plano de oscilación se llama plano de polarización.
Las ondas de luz se pueden polarizar mediante dispositivos polarizadores (Polaroid, placa de turmalina, Nicole, etc.).
Elena 3013
Este artículo discutirá el aumento de un microscopio, las unidades de medida de esta cantidad y los métodos para determinar visualmente el poder de resolución del dispositivo. También hablaremos de los parámetros estándar de este valor y los métodos para calcular el aumento para un tipo específico de trabajo.
Muy a menudo, los principales parámetros de potencia de un microscopio se indican en el cuerpo de la lente. Desenrosque la lente e inspeccione. Puedes ver dos números escritos como fracción. El primero es la ampliación, el segundo es la apertura numérica.
La apertura caracteriza la capacidad del dispositivo para captar luz y producir una imagen clara. La lente también puede indicar la longitud del tubo y el grosor del cubreobjetos requerido para el trabajo.
Todo sobre la ampliación del microscopio.
La ampliación se mide en múltiplos (x). La relación del sistema ocular-lente determina completamente su importancia. El producto del aumento del ocular y el objetivo nos informa sobre el aumento de trabajo que crea un microscopio determinado. La dependencia del aumento total del aumento de la lente es obvia. Según la potencia, las lentes se dividen en los siguientes grupos:
Pequeño (no más de 10x);
Medio (hasta 50x);
Grande (más de 50x);
Extra grande (más de 100x).
El valor máximo de aumento del objetivo de un microscopio óptico es 2000x. El valor del ocular suele ser de 10x y rara vez cambia. Pero el aumento de la lente varía mucho (de 4 a 100x y 2000x).
Al elegir un microscopio, es necesario considerar quién lo utilizará y qué aumento máximo puede ser necesario. Por ejemplo, 200x es suficiente para un niño en edad preescolar; los microscopios escolares y universitarios tienen un aumento de 400-1000x. Pero el dispositivo de investigación debería dar al menos 1500-2000x. Este valor le permite trabajar con bacterias y pequeñas estructuras celulares.
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Oksar.ru-Moscú | 900 rublos | |
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Resolución del dispositivo
¿Qué determina la claridad y calidad de la imagen producida por un microscopio? Esto se ve afectado por la resolución del dispositivo. Para calcular esta cantidad, es necesario encontrar el cociente de la longitud de onda de la luz y dos aperturas numéricas. Por tanto, está determinado por el condensador y la lente del microscopio. Te recordamos que el valor numérico de apertura se puede ver en el cilindro del objetivo. Cuanto más alto sea, mejor será la resolución del dispositivo.
El microscopio óptico tiene un límite de resolución de 0,2 micras. Ésta es la distancia mínima a la imagen cuando todos los puntos del objeto son distinguibles.
Útil aumento de microscopio
Hablamos de aumento útil cuando el ojo del investigador utiliza plenamente el poder de resolución del microscopio. Esto se logra observando el objeto en el ángulo máximo permitido. El aumento útil depende únicamente de la apertura numérica y del tipo de lente. Al calcularlo, la apertura numérica aumenta entre 500 y 1000 veces.
Una lente seca (solo aire entre el objeto y la lente) crea un aumento útil de 1000x, es decir, NA es 1.
Una lente de inmersión (una capa de medio de inmersión entre el objeto y la lente) crea un aumento útil de 1250x, es decir. la apertura numérica es 1,25.
Una imagen borrosa o borrosa indica que la ampliación utilizable es mayor o menor que los valores anteriores. Aumentar o disminuir el valor especificado degrada significativamente el rendimiento del microscopio.
En este artículo hablamos de las principales características de un microscopio óptico y de los métodos para calcularlas. Esperamos esta informacion Será útil cuando trabaje con este complejo dispositivo.
decirles a los amigos
Los microscopios se utilizan para detectar y estudiar microorganismos. Los microscopios ópticos están diseñados para estudiar microorganismos de al menos 0,2 micrones de tamaño (bacterias, protozoos, etc.) y los microscopios electrónicos están diseñados para estudiar microorganismos más pequeños (virus) y las estructuras más pequeñas de las bacterias.
Moderno microscopios de luz- Se trata de instrumentos ópticos complejos, cuyo manejo requiere ciertos conocimientos, habilidades y mucho cuidado.
Los microscopios ópticos se dividen en estudiantes, trabajo, laboratorio e investigación, diferenciándose en diseño y óptica. Los microscopios domésticos (Biolam, Bimam, Mikmed) tienen designaciones que indican a qué grupo pertenecen (S - estudiante, R - trabajadores, L - laboratorio, I - investigación), el equipo se indica con un número.
Un microscopio tiene partes mecánicas y ópticas.
A parte mecánica incluyen: un trípode (que consta de una base y un soporte para tubos) y un tubo montado en él con un revólver para colocar y cambiar lentes, un escenario para la preparación, dispositivos para colocar un condensador y filtros de luz, así como mecanismos integrados en el trípode para grueso (macromecanismo, macrotornillo) y fino
(micromecanismo, microtornillo) que mueve la platina del objeto o el soporte del tubo.
parte óptica El microscopio está representado por objetivos, oculares y un sistema de iluminación, que a su vez consta de un condensador Abbe ubicado debajo de la platina, un espejo de lado plano y cóncavo, así como un iluminador independiente o incorporado. Las lentes se atornillan al revólver y en el lado opuesto del tubo se instala el ocular correspondiente a través del cual se observa la imagen. Hay tubos monoculares (que tienen un ocular) y binoculares (que tienen dos oculares idénticos).
Diagrama esquemático de un microscopio y un sistema de iluminación.
1. Fuente de luz;
2. Coleccionista;
3. Diafragma de campo del iris;
4. Espejo;
5. Diafragma de apertura del iris;
6. Condensador;
7. Droga;
7". Imagen intermedia real ampliada de la preparación, formada por: lente;
7"". Imagen final virtual ampliada de la muestra vista a través del ocular;
8. Lente;
9. Icono de salida de lente;
10. Diafragma de campo del ocular;
11. Ocular;
12. Ojo.
El papel principal en la obtención de una imagen lo desempeña lente. Construye una imagen ampliada, real e invertida de un objeto. Luego, esta imagen se amplía aún más cuando se ve a través de un ocular que, similar a una lupa normal, produce una imagen virtual ampliada.
Aumentar El aumento aproximado de un microscopio se puede determinar multiplicando el aumento del objetivo por el aumento del ocular. Sin embargo, la ampliación no determina la calidad de la imagen. La calidad de la imagen, su claridad, está determinada. resolución del microscopio, es decir, la capacidad de distinguir por separado dos puntos cercanos. Límite de resolución- la distancia mínima a la que estos puntos siguen siendo visibles por separado - depende de la longitud de onda de la luz con la que se ilumina el objeto y de la apertura numérica de la lente. La apertura numérica, a su vez, depende de la apertura angular del objetivo y del índice de refracción del medio situado entre la lente frontal del objetivo y la muestra. La apertura angular es el ángulo máximo en el que los rayos que atraviesan un objeto pueden entrar en la lente. Cuanto mayor sea la apertura y más cercano sea el índice de refracción del medio ubicado entre la lente y la muestra al índice de refracción del vidrio, mayor será el poder de resolución de la lente. Si asumimos que la apertura del condensador es igual a la apertura de la lente, entonces la fórmula de resolución tiene la siguiente forma:
donde R es el límite de resolución; - longitud de onda; NA - apertura numérica.
Distinguir útil Y inútil aumentar. El aumento útil suele ser igual a la apertura numérica de la lente ampliada entre 500 y 1000 veces. Un aumento ocular mayor no revela nuevos detalles y no sirve de nada.
Dependiendo del entorno que se encuentre entre la lente y la muestra, existen lentes “secas” de pequeño y mediano aumento (hasta 40 x) y lentes de inmersión con máxima apertura y aumento (90-100 x). Una lente “seca” es una lente con aire entre la lente frontal y la muestra.
Una característica de las lentes de inmersión es que entre la lente frontal de dichas lentes y la preparación, se coloca un líquido de inmersión, que tiene un índice de refracción igual al del vidrio (o cercano a él), lo que aumenta la apertura numérica y la resolución de la lente. lente. El agua destilada se utiliza como líquido de inmersión para lentes de inmersión en agua, y aceite de cedro o aceite de inmersión sintético especial para lentes de inmersión en aceite. Es preferible utilizar aceite de inmersión sintético porque sus parámetros están estandarizados con mayor precisión y, a diferencia del aceite de cedro, no se seca en la superficie de la lente frontal de la lente. Para lentes que operan en la región ultravioleta del espectro, se utiliza glicerina como líquido de inmersión. En ningún caso se deben utilizar sustitutos del aceite de inmersión y, en particular, del aceite de vaselina.
**La imagen obtenida con lentes tiene varias desventajas: aberraciones esféricas y cromáticas, curvatura del campo de la imagen, etc. En lentes que constan de varias lentes, estas deficiencias se corrigen en un grado u otro. Dependiendo del grado de corrección de estas deficiencias, las lentes acromáticas se distinguen de las lentes apocromáticas más complejas. En consecuencia, las lentes en las que se corrige la curvatura del campo de la imagen se denominan plancromáticas y planapocromáticas. El uso de estas lentes produce una imagen nítida en todo el campo de visión, mientras que la imagen obtenida con lentes convencionales no es igualmente nítida en el centro y en los bordes del campo de visión. Todas las características de la lente suelen estar grabadas en su montura: su propio aumento, apertura, tipo de lente (APO - apocromática, etc.); Las lentes de inmersión en agua tienen la designación VI y un anillo blanco alrededor de la montura en la parte inferior, las lentes de inmersión en aceite tienen la designación MI y un anillo negro.
Todos los objetivos están diseñados para funcionar con cubreobjetos de 0,17 mm de espesor.
El grosor del cubreobjetos afecta especialmente a la calidad de la imagen cuando se trabaja con sistemas secos fuertes (40 x). Cuando se trabaja con objetivos de inmersión, no se pueden utilizar cubreobjetos de más de 0,17 mm de espesor porque el grosor del cubreobjetos puede ser mayor que la distancia de trabajo del objetivo y, en este caso, al intentar enfocar el objetivo en la muestra, la parte frontal La lente del objetivo podría dañarse.
Los oculares constan de dos lentes y también vienen en varios tipos, cada uno de los cuales se utiliza con un cierto tipo lente, eliminando aún más las imperfecciones de la imagen. El tipo de ocular y el aumento están marcados en el marco.
El condensador está diseñado para enfocar la luz del iluminador sobre la muestra, dirigida por el espejo del microscopio o iluminador (en el caso de utilizar un iluminador de techo o incorporado). Una de las partes del condensador es el diafragma de apertura, que es importante para la iluminación adecuada del fármaco.
El iluminador consta de una lámpara incandescente de bajo voltaje con un filamento grueso, un transformador, una lente colectora y un diafragma de campo, cuya apertura determina el diámetro del campo iluminado en la preparación. El espejo dirige la luz desde el iluminador al condensador. Para mantener el paralelismo de los rayos provenientes del iluminador al condensador, es necesario utilizar sólo el lado plano del espejo.
Configurar la iluminación y enfocar el microscopio.
La calidad de la imagen también depende en gran medida de una iluminación adecuada. Hay varias formas diferentes de iluminar una muestra para microscopía. La forma más común es Instalaciones de iluminación Köhler que es el siguiente:
1) instale el iluminador contra el espejo del microscopio;
2) encienda la lámpara iluminadora y dirija la luz hacia el espejo plano (!) del microscopio;
3) colocar la preparación en la platina del microscopio;
4) cubrir el espejo del microscopio con un trozo de papel blanco y enfocar en él la imagen del filamento de la lámpara, moviendo el portalámparas en el iluminador;
5) retirar la hoja de papel del espejo;
6) cerrar el diafragma de apertura del condensador. Moviendo el espejo y moviendo ligeramente el portalámparas, la imagen del filamento se enfoca en el diafragma de apertura. La distancia entre el iluminador y el microscopio debe ser tal que la imagen del filamento de la lámpara sea igual al diámetro del diafragma de apertura del condensador (el diafragma de apertura se puede observar utilizando un espejo plano colocado en el lado derecho de la base del microscopio). el microscopio).
7) abra el diafragma de apertura del condensador, reduzca la apertura del diafragma de campo del iluminador y reduzca significativamente la intensidad de la lámpara;
8) con un aumento reducido (10x), mirando a través del ocular, se obtiene una imagen nítida de la preparación;
9) girando ligeramente el espejo, la imagen del diafragma de campo, que parece un punto brillante, se transfiere al centro del campo de visión. Bajando y subiendo el condensador se consigue una imagen nítida de los bordes del diafragma de campo en el plano de la preparación (puede verse un borde de color alrededor de ellos);
10) abra el diafragma de campo del iluminador hasta los bordes del campo de visión, aumente la intensidad del filamento de la lámpara y reduzca ligeramente (en 1/3) la apertura del diafragma de apertura del condensador;
11) Al cambiar las lentes, es necesario comprobar la configuración de la luz.
Después de completar el ajuste de la luz Köhler, no se puede cambiar la posición del condensador ni la apertura del campo y del diafragma de apertura. La iluminación del medicamento se puede ajustar solo con filtros neutros o cambiando la intensidad de la lámpara con un reóstato. Una apertura excesiva del diafragma de apertura del condensador puede provocar una disminución significativa del contraste de la imagen, y una apertura insuficiente puede provocar un deterioro significativo de la calidad de la imagen (aparición de anillos de difracción). Para comprobar la correcta apertura del diafragma de apertura es necesario retirar el ocular y, mirando dentro del tubo, abrirlo para que cubra un tercio del campo luminoso. Para iluminar adecuadamente la muestra cuando se trabaja con lentes de bajo aumento (hasta 10x), es necesario desenroscar y quitar la lente del condensador superior.
¡Atención! Cuando trabaje con lentes que proporcionen un gran aumento, con fuertes sistemas secos (40x) e inmersión (90x), para no dañar la lente frontal, al enfocar, use la siguiente técnica: mirando de lado, baje la lente con un macrotornillo casi hasta que entra en contacto con la muestra, luego, mirando por el ocular, mediante un macrotornillo, se levanta muy lentamente la lente hasta que aparece una imagen, y mediante un microtornillo se realiza el enfoque final del microscopio.
Cuidado del microscopio
Cuando trabaje con un microscopio, no utilice mucha fuerza. No toque las superficies de lentes, espejos y filtros con los dedos.
Para proteger del polvo las superficies internas de las lentes, así como los prismas del tubo, se debe dejar siempre el ocular en el tubo. Al limpiar las superficies externas de las lentes, es necesario quitarles el polvo con un cepillo suave lavado con éter. Si es necesario, limpie cuidadosamente las superficies de las lentes con un paño de lino o batista bien lavado y sin jabón, ligeramente humedecido con gasolina pura, éter o una mezcla especial para limpiar ópticas. No se recomienda limpiar la óptica de la lente con xileno, ya que esto puede hacer que se rompa.
De los espejos con plateado externo, solo se puede quitar el polvo soplándolo con una pera de goma. No se pueden borrar. Tampoco puede desenroscar ni desmontar las lentes usted mismo, ya que esto provocará daños. Al finalizar el trabajo en el microscopio, es necesario eliminar con cuidado el aceite de inmersión restante de la lente del objetivo frontal utilizando el método indicado anteriormente. Luego baje la platina (o condensador en microscopios con platina fija) y cubra el microscopio con una tapa.
Ahorrar apariencia El microscopio debe limpiarse periódicamente con un paño suave ligeramente empapado en vaselina sin ácido y luego con un paño limpio, suave y seco.
Además de la microscopía óptica convencional, existen métodos de microscopía que permiten el estudio de microorganismos no teñidos: contraste de fase , campo oscuro Y luminiscente microscopía. Para estudiar microorganismos y sus estructuras, cuyo tamaño es menor que la resolución de un microscopio óptico, utilice
