Resolución y aumento del microscopio. Es mejor verlo una vez o mediante microscopía de muy alta resolución. ¿Qué determina la resolución de un microscopio electrónico?

Pautas

Para estudiar objetos de tamaño pequeño e indistinguibles a simple vista, se utilizan instrumentos ópticos especiales: microscopios. Según la finalidad, se distinguen: simplificados, de trabajo, de investigación y universales. Según la fuente de iluminación utilizada, los microscopios se dividen en: luminoso, fluorescente, ultravioleta, electrónico, de neutrones, de barrido y de túnel. El diseño de cualquiera de los microscopios enumerados incluye piezas mecánicas y ópticas. La parte mecánica sirve para crear condiciones de observación: colocar el objeto, enfocar la imagen, la parte óptica, obtener una imagen ampliada.

Dispositivo de microscopio óptico

Un microscopio se llama microscopio óptico porque brinda la capacidad de estudiar un objeto con luz transmitida en un campo de visión brillante. (Fig. Vista externa de Biomed 2) muestra una vista general del microscopio Biomed-2.

La parte mecánica del microscopio consta de una base de microscopio, una platina móvil y un dispositivo giratorio.

El enfoque en un objeto se logra moviendo el escenario girando las perillas de ajuste grueso y fino.

El rango de enfoque aproximado del microscopio es de 40 mm.

El condensador está montado sobre un soporte y ubicado entre la etapa del objeto y la lente colectora. Su movimiento se realiza girando la perilla de ajuste de altura del condensador. Su vista general se muestra en (Fig.???). Un condensador de dos lentes con una apertura de 1,25 proporciona iluminación de los campos del objeto cuando se trabaja con lentes con aumentos de 4 a 100 veces.

La mesa de objetos está montada sobre un soporte. El movimiento coordinado de la mesa de objetos es posible girando las manijas. El objeto se fija a la mesa mediante portadrogas. Los soportes se pueden mover entre sí.

Las coordenadas del objeto y la cantidad de movimiento se miden en escalas con un valor de división de 1 mm y nonios con un valor de división de 0,1 mm. El rango de movimiento del objeto en dirección longitudinal es de 60 mm, en dirección transversal – 40 mm. Condensador

Condensador

El microscopio está equipado con una unidad de montaje de condensador con posibilidad de movimiento de centrado y enfoque.

El microscopio básico utiliza un condensador universal instalado en un soporte; cuando se utiliza aceite de inmersión, la apertura numérica es 1,25.

Al ajustar la iluminación, se realiza un cambio suave en la apertura numérica del haz de rayos que ilumina el fármaco mediante el diafragma de apertura.

El condensador se instala en el soporte del condensador en una posición fija y se fija con un tornillo de bloqueo.

Los tornillos de centrado del condensador se utilizan durante el proceso de ajuste de la iluminación para mover el condensador en un plano perpendicular al eje óptico del microscopio mientras se centra la imagen del diafragma de campo con respecto a los bordes del campo de visión.

La manija para subir y bajar el condensador, ubicada en el lado izquierdo del soporte del soporte del condensador, se usa al ajustar la iluminación para enfocar la imagen del diafragma de campo.

Los filtros están instalados en un anillo giratorio ubicado en la parte inferior del condensador.

Parte óptica del microscopio.

Consta de sistemas de iluminación y observación. El sistema de iluminación ilumina uniformemente el campo de visión. El sistema de observación está diseñado para ampliar la imagen del objeto observado.

Sistema de iluminación

Se encuentra debajo de la mesa de objetos. Consiste en una lente colectora instalada en el cuerpo, que se atornilla en el orificio de la base del microscopio y un casquillo con una lámpara instalada en él. El portalámparas está instalado dentro de la base del microscopio. El iluminador del microscopio se alimenta desde una red de corriente alterna a través de un cable de alimentación de tres pines conectado a la fuente de alimentación mediante un enchufe. La lámpara iluminadora se enciende mediante un interruptor ubicado en la base del microscopio.

Sistema de observación

Consta de lentes, accesorio monocular y oculares.

Lentes

Las lentes constituyen la parte más importante, valiosa y frágil del microscopio. De ellos dependen la ampliación, la resolución y la calidad de la imagen. Son un sistema de lentes mutuamente centradas encerradas en un marco de metal. En el extremo superior del marco hay una rosca con la que se monta la lente en el casquillo del revólver. La lente frontal (más cercana al objeto) de la lente se llama lente frontal y es la única en la lente que produce aumento. Todas las demás lentes objetivas se denominan lentes correctoras y sirven para corregir deficiencias en la imagen óptica.

Cuando un haz de rayos de luz con diferentes longitudes de onda pasa a través de las lentes, se produce una coloración de arco iris en la imagen: aberración cromática. La refracción desigual de los rayos en la superficie curva de la lente conduce a una aberración esférica, que se produce debido a la refracción desigual de los rayos centrales y periféricos. Como resultado, la imagen de puntos aparece como un círculo borroso.

Las lentes incluidas en el kit del microscopio están diseñadas para una longitud de tubo óptico de 160 mm, una altura de 45 mm y un espesor de cubreobjetos de mm.

Los objetivos con aumentos superiores a 10X están equipados con marcos con resorte que protegen la muestra y las lentes frontales contra daños al enfocar la superficie de la muestra.

Se puede aplicar un anillo de color al cuerpo de la lente de acuerdo con el aumento, así como:

• apertura numérica;
• longitud del tubo óptico 160;
• espesor del cubreobjetos 0,17, 0 o －";
• tipo de inmersión: aceite ACEITE (MI) o agua VI;

Los objetivos marcados con 0,17 están diseñados para estudiar preparaciones únicamente con cubreobjetos de 0,17 mm de espesor. Los objetivos marcados con 0 están diseñados para estudiar preparaciones únicamente sin cubreobjetos. Se pueden utilizar objetivos de bajo aumento (2,5 - 10), así como objetivos de inmersión, al examinar preparaciones con o sin cubreobjetos. Estas lentes están marcadas con un icono －.

Oculares

El ocular del microscopio consta de dos lentes: la lente ocular (superior) y la lente colectora (inferior). Entre las lentes está el diafragma. El diafragma bloquea los rayos laterales y transmite los cercanos al eje óptico, lo que mejora el contraste de la imagen. El objetivo del ocular es ampliar la imagen producida por la lente. Los oculares tienen su propio aumento de ×5, ×10, ×12,5, ×16 y ×20, que está indicado en el marco.

La elección de los oculares depende del conjunto de lentes utilizados. Cuando se trabaja con lentes acromáticas, acrostigmas y acrofluares, es recomendable utilizar oculares con un campo de visión lineal de no más de 20 mm, con lentes plancromáticas y planapocromáticas: oculares con un campo de visión lineal de 20; 22 y 26,5 mm.

Además, el microscopio puede equiparse con un ocular WF10/22 con escala; El valor de división de escala es de 0,1 mm.

Características de los microscopios.

Ampliación del microscopio

Las principales características de un microscopio incluyen el aumento y la resolución. El aumento total proporcionado por un microscopio se define como el producto del aumento del objetivo y el aumento del ocular. Sin embargo, la ampliación no indica la calidad de la imagen; puede ser clara o poco clara. La claridad de la imagen resultante se caracteriza por la resolución del microscopio, es decir. el tamaño más pequeño de los objetos o sus partes que se pueden ver con este dispositivo.

El aumento total Г del microscopio durante la observación visual está determinado por la fórmula: Г = βok × βok, donde:

βrev - aumento de la lente (marcado en la lente); βok: aumento del ocular (marcado en el ocular).

El diámetro del campo observado en el objeto, Add mm, está determinado por la fórmula: Add = Add × βob. Doc – diámetro del campo de visión ocular (marcado en el ocular) mm. Los valores calculados de aumento del microscopio y el diámetro del campo observado en el objeto se dan en la Tabla 3.

• Por orden adicional

Resolución del microscopio

La resolución de un microscopio está determinada por la distancia mínima (de resolución) entre dos puntos (o dos líneas más delgadas) visibles por separado y se calcula mediante la fórmula

D=λ/(A1+A2) , donde d es la distancia mínima (de resolución) entre dos puntos (líneas); λ es la longitud de onda de la luz utilizada; A1 y A2 son la apertura numérica de la lente (marcada en su marco) y el condensador.

Puede aumentar la resolución (es decir, reducir el valor absoluto de d, ya que son valores recíprocos) de las siguientes maneras: iluminar el objeto con luz con una longitud de onda más corta λ (por ejemplo, rayos ultravioleta o de onda corta), usar lentes con una apertura mayor A1, o aumentar la apertura del condensador A2.

Distancia de trabajo de la lente

Los microscopios están equipados con cuatro objetivos extraíbles con sus propios aumentos de 4×, 10×, 40× y 100×, marcados en un marco de metal. El aumento de la lente depende de la curvatura de la lente frontal principal: cuanto mayor es la curvatura, más corta es la distancia focal y mayor es el aumento. Esto debe recordarse al realizar microscopía: cuanto mayor sea el aumento proporcionado por la lente, menor será la distancia libre de trabajo y más bajará por encima del plano de la muestra.

Inmersión

Todas las lentes se dividen en secas y de inmersión o sumergibles. Una lente se llama seca si hay aire entre la lente frontal y la muestra en cuestión. En este caso, debido a la diferencia en el índice de refracción del vidrio (1,52) y el aire (1,0), algunos de los rayos de luz se desvían y no entran en el ojo del observador. Las lentes de sistema seco suelen tener una distancia focal larga y proporcionan un aumento bajo (10x) o medio (40x).

Las lentes de inmersión o sumergibles son aquellas lentes en las que se coloca un medio líquido con un índice de refracción cercano al índice de refracción del vidrio entre la lente frontal y la muestra. El aceite de cedro se suele utilizar como medio de inmersión. También se puede utilizar agua, glicerina, aceites transparentes, monobromonaftaleno, etc. En este caso se establece un medio homogéneo (homogéneo) entre la lente frontal del objetivo y la preparación (vaso de la preparación - aceite - cristal de la lente) con el mismo índice de refracción. Gracias a esto, todos los rayos, sin refracción ni cambio de dirección, entran en la lente, creando las condiciones para la mejor iluminación del fármaco. El valor (n) del índice de refracción es 1,33 para el agua, 1,515 para el aceite de cedro y 1,6 para el monobromonaftaleno.

Técnica de microscopía

El microscopio se conecta a la red eléctrica mediante un cable de alimentación. Con un revólver, se instala una lente con un aumento de ×10 en la trayectoria del haz. Una ligera parada y el sonido de clic del resorte del revólver indican que la lente está montada a lo largo del eje óptico. Usando la perilla de enfoque aproximado, baje la lente a una distancia de 0,5 a 1,0 cm del escenario.

Reglas para trabajar con lentes secas.

La preparación preparada se coloca en el escenario y se fija con una abrazadera. Se visualizan múltiples campos de visión utilizando una lente seca ×10. El escenario se mueve mediante tornillos laterales. El área del medicamento necesaria para el examen se coloca en el centro del campo de visión. Levantar el tubo y, girando el revólver, mover la lente con un aumento de ×40, observando de costado, mediante un tornillo macrométrico, bajar nuevamente el tubo con la lente casi hasta entrar en contacto con la muestra. Mire por el ocular y levante muy lentamente el tubo hasta que aparezca el contorno de la imagen. El enfoque preciso se realiza mediante un tornillo micrométrico, girándolo en una dirección u otra, pero no más de una vuelta completa. Si se siente resistencia al girar el tornillo micrométrico, significa que se ha completado su carrera. En este caso, gire el tornillo una o dos vueltas completas hacia reverso, busque nuevamente la imagen utilizando el tornillo macrométrico y proceda a trabajar con el tornillo micrométrico.

Es útil acostumbrarse a mantener ambos ojos abiertos al realizar la microscopía y a utilizarlos alternativamente, ya que esto fatigará menos la vista.

Al cambiar de lente, no se debe olvidar que la resolución del microscopio depende de la relación entre la apertura de la lente y el condensador. La apertura numérica del objetivo con un aumento de ×40 es de 0,65 y la del condensador no sumergido es de 0,95. Es prácticamente posible ponerlos en correspondencia utilizando la siguiente técnica: después de enfocar la muestra con la lente, quitar el ocular y, mirando a través del tubo, cubrir el diafragma iris del condensador hasta que sus bordes se vuelvan visibles en el borde de la superficie uniforme. Lente trasera iluminada de la lente. En este punto, las aperturas numéricas del condensador y del objetivo serán aproximadamente iguales.

Reglas para trabajar con lentes de inmersión.

Sobre la preparación (preferiblemente fija y coloreada) se aplica una pequeña gota de aceite de inmersión. Se gira el revólver y se instala una lente de inmersión con un aumento de 100 × a lo largo del eje óptico central. El condensador se levanta hasta el tope. La membrana iris del condensador está completamente abierta. Mirando desde un lado, use un tornillo macrométrico para bajar el tubo hasta que la lente quede sumergida en aceite, casi hasta que la lente entre en contacto con el portaobjetos de la muestra. Esto debe hacerse con mucho cuidado para que la lente frontal no se mueva y se dañe. Miran por el ocular, giran muy lentamente el tornillo macrométrico hacia ellos y, sin levantar la lente del aceite, levantan el tubo hasta que aparecen los contornos del objeto. Cabe recordar que la distancia libre de trabajo en la lente de inmersión es de 0,1 - 0,15 mm. Luego se realiza un enfoque preciso mediante un tornillo macrométrico. En la preparación se examinan varios campos de visión, moviendo la mesa con tornillos laterales. Al finalizar el trabajo con la lente de inmersión, levante el tubo, retire la preparación y limpie con cuidado la parte frontal de la lente, primero con una servilleta de algodón suave y seca, luego con la misma servilleta, pero ligeramente humedecida con gasolina pura. No debe dejar aceite en la superficie de la lente, ya que permite que el polvo se deposite y puede provocar daños en la óptica del microscopio con el tiempo. La preparación se libera del aceite primero con un trozo de papel de filtro y luego el vidrio se trata con gasolina o xileno.

Como saben, una persona recibe la mayor parte de información sobre el mundo que la rodea a través de la visión. El ojo humano es un dispositivo complejo y perfecto. Este dispositivo creado por la naturaleza funciona con luz: radiación electromagnética, cuyo rango de longitud de onda está entre 400 y 760 nanómetros. El color que percibe una persona cambia del morado al rojo.

Las ondas electromagnéticas correspondientes a la luz visible interactúan con las capas electrónicas de los átomos y moléculas del ojo. El resultado de esta interacción depende del estado de los electrones en estas capas. La luz puede ser absorbida, reflejada o dispersada. Lo que sucedió exactamente con la luz puede revelar mucho sobre los átomos y moléculas con los que interactuó. El rango de tamaños de átomos y moléculas es de 0,1 a decenas de nanómetros. Esta es muchas veces más corta que la longitud de onda de la luz. Sin embargo, es muy importante ver objetos de precisamente este tamaño (llamémoslos nanoobjetos). ¿Qué hay que hacer para esto? Primero analicemos lo que el ojo humano puede ver.

Generalmente, cuando se habla de la resolución de uno u otro dispositivo óptico, opera con dos conceptos. Una es resolución angular y la otra es resolución lineal. Estos conceptos están interrelacionados. Por ejemplo, para el ojo humano, la resolución angular es de aproximadamente 1 minuto de arco. En este caso, el ojo puede distinguir dos objetos puntuales ubicados a una distancia de 25 a 30 cm de él solo cuando la distancia entre estos objetos es superior a 0,075 mm. Esto es bastante comparable a la resolución de un escáner de ordenador convencional. De hecho, la resolución de 600 ppp significa que el escáner puede distinguir puntos a una distancia de hasta 0,042 mm.

Para poder distinguir objetos situados a distancias aún más pequeñas entre sí, se inventó un microscopio óptico, un dispositivo que aumenta la resolución del ojo. Estos dispositivos tienen un aspecto diferente (como se puede ver en la Figura 1), pero su principio de funcionamiento es el mismo. El microscopio óptico permitió llevar el límite de resolución a fracciones de micrón. Hace ya 100 años, la microscopía óptica permitió estudiar objetos del tamaño de una micra. Sin embargo, al mismo tiempo quedó claro que era imposible lograr un mayor aumento de la resolución simplemente aumentando el número de lentes y mejorando su calidad. La resolución de un microscopio óptico resultó estar limitada por las propiedades de la propia luz, es decir, su naturaleza ondulatoria.

A finales del siglo pasado se estableció que la resolución de un microscopio óptico es . En esta fórmula, λ es la longitud de onda de la luz y norte pecado tu- la apertura numérica de la lente del microscopio, que caracteriza tanto al microscopio como a la sustancia que se encuentra entre el objeto de estudio y la lente del microscopio más cercana a él. De hecho, la expresión de la apertura numérica incluye el índice de refracción. norte entorno entre el objeto y la lente, y el ángulo tu entre el eje óptico de la lente y los rayos más externos que salen del objeto y pueden entrar en esa lente. El índice de refracción del vacío es igual a la unidad. Para el aire, este indicador está muy cerca de la unidad, para el agua es 1,33303 y para líquidos especiales utilizados en microscopía para obtener la máxima resolución, norte alcanza 1,78. Cualquiera que sea el ángulo tu, el valor pecado tu no puede ser más de uno. Por tanto, la resolución de un microscopio óptico no supera una fracción de la longitud de onda de la luz.

Generalmente se considera que la resolución es la mitad de la longitud de onda.

La intensidad, la resolución y la ampliación de un objeto son cosas diferentes. Puede hacerlo de modo que la distancia entre los centros de las imágenes de objetos ubicados a 10 nm entre sí sea de 1 mm. Esto correspondería a un aumento de 100.000 veces. Sin embargo, no será posible distinguir si se trata de un objeto o dos. El hecho es que las imágenes de objetos cuyas dimensiones son muy pequeñas en comparación con la longitud de onda de la luz tendrán la misma forma y tamaño, independientemente de la forma de los propios objetos. Estos objetos se denominan objetos puntuales y sus tamaños pueden despreciarse. Si un objeto puntual de este tipo brilla, el microscopio óptico lo representará como un círculo luminoso rodeado de anillos claros y oscuros. Además, por simplicidad, consideraremos fuentes de luz. En la Figura 2 se muestra una imagen típica de una fuente de luz puntual obtenida utilizando un microscopio óptico. La intensidad de los anillos de luz es mucho menor que la del círculo y disminuye con la distancia desde el centro de la imagen. En la mayoría de los casos, sólo se ve el primer anillo de luz. El diámetro del primer anillo oscuro es . La función que describe esta distribución de intensidad se llama función de dispersión puntual. Esta función no depende de cuál sea el aumento. La imagen de varios objetos puntuales serán precisamente círculos y anillos, como se puede ver en la Figura 3. La imagen resultante se puede ampliar, sin embargo, si las imágenes de dos objetos puntuales vecinos se fusionan, continuarán fusionándose. A menudo se dice que este tipo de ampliación es inútil: las imágenes más grandes simplemente aparecerán más borrosas. En la Figura 4 se muestra un ejemplo de aumento inútil. La fórmula a menudo se llama límite de difracción y es tan famosa que fue tallada en el monumento al autor de esta fórmula, el físico óptico alemán Ernst Abbe.

Por supuesto, con el tiempo, los microscopios ópticos comenzaron a estar equipados con una variedad de dispositivos que permitían almacenar imágenes. El ojo humano se complementó primero con cámaras de película y películas, y luego con cámaras basadas en dispositivos digitales que convierten la luz que incide sobre ellas en señales eléctricas. Los más comunes de estos dispositivos son las matrices CCD (CCD significa dispositivo de carga acoplada). El número de píxeles de las cámaras digitales sigue aumentando, pero esto por sí solo no puede mejorar la resolución de los microscopios ópticos.

Incluso hace veinticinco años parecía que el límite de la difracción era insuperable y que para estudiar objetos cuyas dimensiones son muchas veces menores que la longitud de onda de la luz, era necesario abandonar la luz como tal. Este es exactamente el camino que tomaron los creadores de los microscopios electrónicos y de rayos X. A pesar de las numerosas ventajas de estos microscopios, persistía el problema de utilizar la luz para observar nanoobjetos. Las razones para esto fueron muchas: conveniencia y facilidad para trabajar con objetos, el corto tiempo necesario para obtener una imagen, métodos conocidos para colorear muestras y mucho más. Finalmente, después de años de arduo trabajo, fue posible observar objetos a nanoescala utilizando un microscopio óptico. Los mayores avances en esta dirección se han logrado en el campo de la microscopía de fluorescencia. Por supuesto, nadie canceló el límite de difracción, pero lograron sortearlo. Actualmente, existen varios microscopios ópticos que permiten examinar objetos cuyas dimensiones son mucho más pequeñas que la longitud de onda de la propia luz que crea imágenes de estos objetos. Todos estos dispositivos tienen una cosa en común principio general. Intentemos explicar cuál es.

De lo que ya se ha dicho sobre el límite de resolución de difracción, está claro que ver una fuente puntual no es tan difícil. Si esta fuente tiene suficiente intensidad, su imagen será claramente visible. La forma y tamaño de esta imagen, como ya se ha comentado, vendrán determinados por las propiedades del sistema óptico. Al mismo tiempo, conociendo las propiedades del sistema óptico y estando seguro de que el objeto es un objeto puntual, puede determinar exactamente dónde se encuentra el objeto. La precisión para determinar las coordenadas de dicho objeto es bastante alta. Esto puede ilustrarse en la Figura 5. Las coordenadas de un objeto puntual se pueden determinar con mayor precisión cuanto más intensamente brilla. En los años 80 del siglo pasado, utilizando un microscopio óptico, pudieron determinar la posición de moléculas luminosas individuales con una precisión de 10 a 20 nanómetros. Una condición necesaria para una determinación tan precisa de las coordenadas de una fuente puntual es su soledad. La otra fuente puntual más cercana debe estar tan alejada que el investigador sepa con seguridad que la imagen que se está procesando corresponde a una fuente. Está claro que esta es una distancia yo debe satisfacer la condición. En este caso, el análisis de imágenes puede proporcionar datos muy precisos sobre la posición de la propia fuente.

La mayoría de los objetos cuyas dimensiones son mucho más pequeñas que la resolución de un microscopio óptico pueden representarse como una colección de fuentes puntuales. Las fuentes de luz en dicho conjunto están ubicadas entre sí a distancias mucho menores que . Si estas fuentes brillan simultáneamente, será imposible decir nada sobre dónde se encuentran exactamente. Sin embargo, si puedes hacer que estas fuentes brillen una por una, entonces la posición de cada una de ellas podrá determinarse con gran precisión. Si esta precisión excede la distancia entre las fuentes, entonces, conociendo la posición de cada una de ellas, se puede averiguar cuáles son sus posiciones relativas. Esto significa que se ha obtenido información sobre la forma y el tamaño del objeto, que se presenta como un conjunto de fuentes puntuales. En otras palabras, en este caso, se puede examinar un objeto con un microscopio óptico cuyas dimensiones son menores que el límite de difracción.

Por tanto, el punto clave es obtener información sobre las diferentes partes de un nanoobjeto de forma independiente entre sí. Hay tres grupos principales de métodos para hacer esto.

El primer grupo de métodos hace brillar intencionadamente una u otra parte del objeto en estudio. El más conocido de estos métodos es la microscopía óptica de barrido de campo cercano. Echemos un vistazo más de cerca.

Si estudias detenidamente las condiciones implicadas en lo que respecta al límite de difracción, encontrarás que las distancias entre los objetos y las lentes son significativamente mayores que la longitud de onda de la luz. A distancias comparables y menores que esta longitud de onda, el panorama es diferente. Cerca de cualquier objeto atrapado en el campo electromagnético de una onda de luz, existe un campo electromagnético alterno, cuya frecuencia de cambio es la misma que la frecuencia de cambio del campo en la onda de luz. A diferencia de una onda de luz, este campo decae rápidamente a medida que se aleja del nanoobjeto. La distancia a la que disminuye la intensidad, p.e. mi veces, comparable al tamaño del objeto. Así, el campo electromagnético de frecuencia óptica se concentra en un volumen de espacio cuyo tamaño es mucho menor que la longitud de onda de la luz. Cualquier nanoobjeto que caiga en esta zona interactuará de una forma u otra con el campo concentrado. Si el objeto con el que se lleva a cabo esta concentración de campo se mueve secuencialmente a lo largo de cualquier trayectoria a lo largo del nanoobjeto en estudio y se registra la luz emitida por este sistema, entonces se puede construir una imagen a partir de puntos individuales que se encuentran en esta trayectoria. Por supuesto, en cada punto la imagen se verá como se muestra en la Figura 2, pero la resolución estará determinada por la concentración del campo. Y esto, a su vez, está determinado por el tamaño del objeto con cuya ayuda se concentra este campo.

La forma más común de concentrar el campo de esta manera es hacer un agujero muy pequeño en una pantalla de metal. Normalmente, este orificio se encuentra en el extremo de una guía de luz puntiaguda recubierta con una fina película de metal (la guía de luz a menudo se llama fibra óptica y se usa ampliamente para transmitir datos a largas distancias). Ahora es posible producir agujeros con diámetros de 30 a 100 nm. La resolución es la misma en tamaño. Los dispositivos que funcionan según este principio se denominan microscopios ópticos de barrido de campo cercano. Aparecieron hace 25 años.

La esencia del segundo grupo de métodos se reduce a lo siguiente. En lugar de hacer que los nanoobjetos cercanos brillen uno por uno, puedes utilizar objetos que brillen en diferentes colores. En este caso, con la ayuda de filtros de luz que transmiten luz de un color u otro, se puede determinar la posición de cada objeto y luego crear una única imagen. Esto es muy similar a lo que se muestra en la Figura 5, solo que los colores serán diferentes para las tres imágenes.

El último grupo de métodos que permiten superar el límite de difracción y examinar nanoobjetos utiliza las propiedades de los propios objetos luminosos. Hay fuentes que se pueden "encender" y "apagar" utilizando una luz especialmente seleccionada. Estos cambios ocurren estadísticamente. En otras palabras, si hay muchos nanoobjetos conmutables, al seleccionar la longitud de onda de la luz y su intensidad, se puede forzar sólo una parte de estos objetos a "apagarse". Los objetos restantes seguirán brillando y se podrá obtener una imagen de ellos. Después de esto, debe "encender" todas las fuentes y "apagar" algunas de ellas nuevamente. El conjunto de fuentes que permanecen "encendidos" será diferente del conjunto que permaneció "encendido" la primera vez. Repitiendo este procedimiento muchas veces, podrás conseguir conjunto grande imágenes que son diferentes entre sí. Al analizar dicho conjunto, es posible localizar una gran proporción de todas las fuentes con una precisión muy alta, muy por encima del límite de difracción. En la Figura 6 se muestra un ejemplo de superresolución obtenida de esta manera.

La microscopía óptica de superresolución se está desarrollando rápidamente. Es seguro asumir que esta área atraerá a un número cada vez mayor de investigadores en los próximos años y esperamos que los lectores de este artículo se encuentren entre ellos.

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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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.

Ampliación útil del 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 que esta información sea útil al trabajar con este complejo dispositivo.

decirles a los amigos

La resolución del ojo es limitada. Resolución caracterizada distancia resuelta, es decir. la distancia mínima entre dos partículas vecinas a la que todavía son visibles por separado. La distancia resuelta a simple vista es de aproximadamente 0,2 mm. Se utiliza un microscopio para aumentar la resolución. Para estudiar la estructura de los metales, el microscopio fue utilizado por primera vez en 1831 por P.P Anosov, que estudió el acero de damasco, y más tarde, en 1863, por el inglés G. Sorby, que estudió el hierro de los meteoritos.

La distancia permitida está determinada por la relación:

Dónde yo- longitud de onda de la luz procedente del objeto de estudio hasta la lente, norte– índice de refracción del medio situado entre el objeto y la lente, y a- apertura angular igual a la mitad del ángulo de apertura del haz de rayos que entra en la lente que produce la imagen. Esta importante característica de la lente está grabada en el marco de la lente.

Ud. buenos lentesángulo máximo de apertura a = 70° y sina » 0,94. La mayoría de los estudios utilizan objetivos secos que operan en el aire (n = 1). Para reducir la distancia resuelta se utilizan lentes de inmersión. El espacio entre el objeto y la lente se llena con un líquido transparente (inmersión) con un alto índice de refracción. Normalmente se utiliza una gota de aceite de cedro (n = 1,51).

Si tomamos l = 0,55 µm para luz blanca visible, entonces la distancia de resolución mínima de un microscopio óptico es:

Por tanto, el poder de resolución de un microscopio óptico está limitado por la longitud de onda de la luz. La lente amplía la imagen intermedia del objeto, que se ve a través del ocular, como a través de una lupa. El ocular magnifica la imagen intermedia del objeto y no puede aumentar la resolución del microscopio.

El aumento total del microscopio es igual al producto del aumento del objetivo y del ocular. Los microscopios metalográficos se utilizan para estudiar la estructura de los metales con un aumento de 20 a 2000 veces.

Los principiantes cometen un error común al intentar ver la estructura inmediatamente con un gran aumento. Hay que tener en cuenta que cuanto mayor sea el aumento de un objeto, menor será el área visible en el campo de visión del microscopio. Por lo tanto, se recomienda comenzar el estudio utilizando una lente débil para evaluar primero carácter general estructuras metálicas en una gran superficie. Si inicia el microanálisis con una lente potente, es posible que no se noten muchas características importantes de la estructura metálica.

Después de una vista general de la estructura con bajos aumentos del microscopio, se selecciona una lente con tal resolución para ver todos los detalles más pequeños necesarios de la estructura.

El ocular se elige de modo que los detalles de la estructura, ampliados por la lente, sean claramente visibles. Si el aumento del ocular no es suficiente, los detalles finos de la imagen intermedia creada por la lente no se verán a través del microscopio y, por lo tanto, no se utilizará la resolución completa de la lente. Si el aumento del ocular es demasiado alto, no se revelarán nuevos detalles estructurales, al mismo tiempo, los contornos de los detalles ya identificados se verán borrosos y el campo de visión se estrechará. Aumento propio el ocular está grabado en su marco (por ejemplo, 7 x).