Mikroskoobi eraldusvõime ja suurendus. Parem on näha üks kord või ülikõrge eraldusvõimega mikroskoopia. Mis määrab elektronmikroskoobi eraldusvõime?

Juhised

Väikeste ja palja silmaga eristamatute objektide uurimiseks kasutatakse spetsiaalseid optilisi instrumente - mikroskoope. Sõltuvalt eesmärgist eristatakse neid: lihtsustatud, töö-, uurimis- ja universaalsed. Vastavalt kasutatavale valgusallikale jaotatakse mikroskoobid: valgus-, fluorestsents-, ultraviolett-, elektroon-, neutron-, skaneerivad, tunnelmikroskoobid. Kõigi loetletud mikroskoopide disain sisaldab mehaanilisi ja optilisi osi. Mehaaniline osa on mõeldud vaatlustingimuste loomiseks - objekti asetamine, pildi teravustamine, optiline osa - suurendatud kujutise saamine.

Valgusmikroskoobi seade

Mikroskoopi nimetatakse valgusmikroskoobiks, kuna see annab võimaluse uurida objekti läbiva valguse käes eredas vaateväljas. (Joon. Biomed 2 välisvaade) näitab Biomed-2 mikroskoobi üldist vaadet.

Mikroskoobi mehaaniline osa koosneb mikroskoobi alusest, liigutatavast staadiumist ja pöörlevast seadmest.

Objektile fokusseerimine saavutatakse lava liigutamisega, pöörates jäme- ja peenreguleerimisnuppe.

Mikroskoobi jäme teravustamisulatus on 40 mm.

Kondensaator on paigaldatud kronsteinile ja asub objektilava ja kollektorläätse vahel. Selle liikumine toimub kondensaatori kõrguse reguleerimisnupu pööramisega. Selle üldvaade on näidatud (joonis???) Kahe objektiiviga kondensaator, mille ava on 1,25, valgustab objektil olevaid välju, kui töötate 4-100-kordse suurendusega objektiividega.

Objektilaud on paigaldatud kronsteinile. Objekti tabeli koordinaatide liikumine on võimalik käepidemeid pöörates. Ese kinnitatakse laua külge ravimihoidjate abil. Hoidikud on üksteise suhtes liigutatavad.

Objekti koordinaate ja liikumise suurust mõõdetakse 1 mm jagamisväärtusega skaaladel ja 0,1 mm jaotusväärtusega nooniumitel. Objekti liikumise ulatus pikisuunas on 60 mm, põikisuunas – 40 mm. Kondensaator

Kondensaator

Mikroskoop on varustatud kondensaatori kinnitussõlmega, millel on tsentreerimise ja teravustamise liikumise võimalus.

Põhimikroskoobis kasutatakse universaalset kondensaatorit, mis on paigaldatud hoidikusse; immersioonõli kasutamisel on numbriline ava 1,25.

Valgustuse reguleerimisel muudetakse ravimit valgustava kiirte valgusvihu numbrilist ava sujuv diafragma abil.

Kondensaator paigaldatakse fikseeritud asendisse kondensaatorihoidikusse ja kinnitatakse lukustuskruviga.

Kondensaatori tsentreerimiskruvisid kasutatakse valgustuse reguleerimise protsessis, et liigutada kondensaatorit mikroskoobi optilise teljega risti olevas tasapinnas, tsentreerides samal ajal välja diafragma kujutist vaatevälja servade suhtes.

Kondensaatori üles- ja allakäepidet, mis asub kondensaatori hoidiku kronsteini vasakul küljel, kasutatakse valgustuse reguleerimisel, et keskenduda välja diafragma kujutisele.

Filtrid on paigaldatud pöörlevasse rõngasse, mis asub kondensaatori põhjas.

Mikroskoobi optiline osa

Koosneb valgustus- ja vaatlussüsteemidest. Valgustussüsteem valgustab vaatevälja ühtlaselt. Vaatlussüsteem on loodud vaadeldava objekti kujutise suurendamiseks.

Valgustussüsteem

See asub objektilaua all. See koosneb korpusesse paigaldatud kollektorläätsest, mis kruvitakse mikroskoobi põhjas olevasse auku, ja sellesse paigaldatud lambipesast. Lambipesa on paigaldatud mikroskoobi aluse sisse. Mikroskoobivalgusti saab toite vahelduvvooluvõrgust läbi kolme kontaktiga toitejuhtme, mis on pistiku abil ühendatud toiteallikaga. Illuminaatori lamp lülitatakse sisse mikroskoobi alusel asuva lüliti abil.

Vaatlussüsteem

Koosneb läätsedest, monokulaarsest kinnitusest ja okulaaridest.

Objektiivid

Läätsed moodustavad mikroskoobi kõige olulisema, väärtuslikuma ja haprama osa. Nendest sõltuvad suurendus, eraldusvõime ja pildikvaliteet. Need on vastastikku tsentreeritud läätsede süsteem, mis on ümbritsetud metallraamiga. Raami ülemises otsas on niit, millega objektiiv kinnitatakse revolvri pessa. Objektiivi eesmist (objektile kõige lähemal asuvat) läätse nimetatakse esiläätseks ja see on objektiivis ainus, mis annab suurenduse. Kõiki teisi objektiiviläätsesid nimetatakse korrektsiooniläätsedeks ja nende eesmärk on parandada optilise kujutise puudujääke.

Kui läätsedest läbib erineva lainepikkusega valguskiir, tekib pildil vikerkaareline värvumine – kromaatiline aberratsioon. Kiirte ebaühtlane murdumine läätse kumeral pinnal viib sfäärilise aberratsioonini, mis tekib kesk- ja perifeersete kiirte ebaühtlase murdumise tõttu. Selle tulemusena kuvatakse täpikujutis udune ring.

Mikroskoobikomplekti kuuluvad läätsed on mõeldud optilise toru pikkusele 160 mm, kõrgusele 45 mm ja katteklaasi paksusele mm.

Objektiivid, mille suurendus on suurem kui 10X, on varustatud vedruga koormatud raamidega, mis kaitsevad proovi ja esiläätsesid kahjustuste eest proovi pinnale teravustamisel.

Objektiivi korpusele saab paigaldada värvilise rõnga vastavalt suurendusele, samuti:

• numbriline ava;
• optilise toru pikkus 160;
• katteklaasi paksus 0,17, 0 või –";
• keelekümbluse tüüp - õli OIL (MI) või vesi VI;

Eesmärgid märgistusega 0,17 on mõeldud preparaatide uurimiseks ainult 0,17 mm paksuste katteklaasidega. 0-ga tähistatud eesmärgid on mõeldud preparaatide õppimiseks ainult ilma katteprillideta. Katteklaasiga või ilma preparaatide uurimisel saab kasutada väikese suurendusega objektiive (2,5–10), samuti sukelobjektiive. Need objektiivid on tähistatud ikooniga –.

Okulaarid

Mikroskoobi okulaar koosneb kahest läätsest: silmaläätsest (ülemine) ja koguvast läätsest (alumine). Objektiivide vahel on diafragma. Diafragma blokeerib külgkiired ja edastab need optilise telje lähedal, mis suurendab pildi kontrastsust. Okulaari eesmärk on suurendada objektiivi tekitatavat pilti. Okulaaridel on oma suurendus ×5, ×10, ×12,5, ×16 ja ×20, mis on märgitud raamile.

Okulaaride valik sõltub kasutatavate läätsede komplektist. Akromaat-, akrostigma- ja akrofluaarläätsedega töötamisel on soovitatav kasutada kuni 20 mm lineaarse vaateväljaga okulaare, plankromaat- ja planapokromaatläätsedega - okulaare lineaarse vaateväljaga 20; 22 ja 26,5 mm.

Lisaks saab mikroskoopi varustada skaalaga WF10/22 okulaariga; skaala jaotuse väärtus on 0,1 mm.

Mikroskoopide omadused

Mikroskoobi suurendus

Mikroskoobi peamised omadused hõlmavad suurendust ja eraldusvõimet. Mikroskoobi kogusuurendus on defineeritud kui objektiivi suurenduse ja okulaari suurenduse korrutis. Suurendus ei näita siiski pildi kvaliteeti, see võib olla selge või ebaselge. Saadud kujutise selgust iseloomustab mikroskoobi lahutusvõime, s.o. väikseimad objektid või nende osad, mida selle seadmega näha saab.

Mikroskoobi kogusuurendus Г visuaalse vaatluse ajal määratakse järgmise valemiga: Г = βok × βok, kus:

βrev - objektiivi suurendus (märgitud objektiivile);

βok - okulaari suurendus (märgitud okulaaril).

• Lisa, mm

Lisatellimusel

Mikroskoobi eraldusvõime

Mikroskoobi eraldusvõime määratakse kahe eraldi nähtava punkti (või kahe kõige õhema joone) vahelise minimaalse (lahutus)kaugusega ja arvutatakse valemiga

D=λ/(A1+A2) , kus d on minimaalne (eraldusvõime) kaugus kahe punkti (joone) vahel;

λ on kasutatud valguse lainepikkus;

Mikroskoobid on varustatud nelja eemaldatava objektiiviga, millel on oma suurendused 4×, 10×, 40× ja 100× ning mis on märgitud metallraamile. Objektiivi suurendus sõltub peamise esiläätse kumerusest: mida suurem on kumerus, seda lühem on fookuskaugus ja suurem suurendus. Seda tuleb mikroskoopia tegemisel meeles pidada – mida suurema suurenduse annab lääts, seda väiksem on vaba töökaugus ja seda madalamale tuleks see lasta proovi tasapinnast kõrgemale.

Keelekümblus

Kõik läätsed jagunevad kuivadeks ja sukelläätsedeks ehk sukeldatavateks. Läätse nimetatakse kuivaks, kui esiläätse ja kõnealuse proovi vahel on õhku. Sel juhul on klaasi (1,52) ja õhu (1,0) murdumisnäitaja erinevuse tõttu osa valguskiirtest kõrvale kaldunud ega satu vaatleja silma. Kuivsüsteemi objektiividel on tavaliselt pikk fookuskaugus ja need võimaldavad väikese (10x) või keskmise (40x) suurenduse.

Sukelläätsed ehk sukelläätsed on sellised läätsed, milles klaasi murdumisnäitaja lähedase murdumisnäitajaga vedel keskkond asetatakse esiläätse ja proovi vahele. Seedriõli kasutatakse tavaliselt sukelduskeskkonnana. Võite kasutada ka vett, glütseriini, läbipaistvaid õlisid, monobromonaftaleeni jne. Sel juhul luuakse objektiivi eesmise läätse ja preparaadi (preparaadi klaas - õli - läätseklaas) vahele homogeenne (homogeenne) keskkond. sama murdumisnäitaja. Tänu sellele sisenevad läätsesse kõik kiired ilma murdumise või suuna muutmiseta, luues tingimused ravimi parimaks valgustamiseks. Murdumisnäitaja väärtus (n) on vee puhul 1,33, seedriõli puhul 1,515 ja monobromonaftaleeni puhul 1,6.

Mikroskoopia tehnika

Mikroskoop ühendatakse elektrivõrku kasutades toitekaablit. Revolvri abil paigaldatakse kiirte teele ×10 suurendusega objektiiv. Kerge peatus ja revolvri vedru klõpsatus näitavad, et objektiiv on paigaldatud piki optilist telge. Kasutades jämedat teravustamisnuppu, langetage objektiiv 0,5–1,0 cm kaugusele lavast.

Kuivade läätsedega töötamise reeglid.

Valmistatud preparaat asetatakse lavale ja kinnitatakse klambriga. Kuivläätse × 10 abil vaadatakse mitut vaatevälja. Lava liigutatakse külgkruvide abil. Uurimiseks vajalik ravimiala asetatakse vaatevälja keskele. Tõstke toru üles ja liigutage revolvrit pöörates objektiivi suurendusega × 40, jälgides küljelt, kasutades makromeetrilist kruvi, langetage toru koos läätsega uuesti peaaegu seni, kuni see puutub kokku prooviga. Vaadake okulaari ja tõstke toru väga aeglaselt, kuni ilmuvad kujutise kontuurid. Täpne teravustamine toimub mikromeetri kruvi abil, pöörates seda ühes või teises suunas, kuid mitte rohkem kui üks täispööre. Kui mikromeetri kruvi pööramisel on tunda takistust, tähendab see, et selle käik on lõppenud. Sel juhul keerake kruvi üks või kaks täispööret sisse tagakülg, otsige uuesti makromeetrilise kruvi abil pilt ja jätkake tööd mikromeetrilise kruviga.

Kasulik on harjutada end mikroskoopia tegemisel mõlemad silmad lahti hoidma ja vaheldumisi kasutama, sest nii väsitab nägemist vähem.

Objektiivi vahetades ei tasu unustada, et mikroskoobi lahutusvõime sõltub objektiivi ava ja kondensaatori vahekorrast. Objektiivi numbriline ava suurendusega × 40 on 0,65 ja mittekasutatud kondensaatoril 0,95. Neid saab praktiliselt ühtlustada järgmise tehnikaga: kui proov on objektiiviga fokusseeritud, eemaldage okulaar ja vaadake läbi toru, katke kondensaatori iirisdiafragma, kuni selle servad muutuvad nähtavaks ühtlaselt valgustatud tagaosa piiril. objektiivi objektiiv. Sel hetkel on kondensaatori ja objektiivi arvulised avad ligikaudu võrdsed.

Sukelläätsega töötamise reeglid.

Preparaadile kantakse väike tilk immersiooniõli (soovitavalt fikseeritud ja värviline). Revolver pööratakse ja piki keskmist optilist telge paigaldatakse 100-kordse suurendusega sukellääts. Kondensaatorit tõstetakse üles, kuni see peatub. Kondensaatori iirisdiafragma avatakse täielikult. Küljelt vaadates langetage toru makromeetrilise kruviga, kuni lääts on õlisse sukeldatud, peaaegu seni, kuni lääts puutub kokku proovi slaidiga. Seda tuleb teha väga ettevaatlikult, et eesmine lääts ei liiguks ega saaks kahjustada. Nad vaatavad okulaari, pööravad väga aeglaselt makromeetrilist kruvi enda poole ja tõstavad läätse õlist tõstmata toru, kuni ilmuvad objekti kontuurid. Tuleb meeles pidada, et sukelläätse vaba töökaugus on 0,1–0,15 mm. Seejärel tehakse makromeetrilise kruvi abil täpne teravustamine. Ettevalmistamisel uuritakse mitmeid vaatevälja, liigutades lauda külgkruvidega. Pärast keelekümblusläätsega töötamise lõpetamist tõstke toru üles, eemaldage preparaat ja pühkige ettevaatlikult läätse eesmist läätse, esmalt kuiva pehme puuvillase salvrätikuga, seejärel sama salvrätikuga, kuid puhta bensiiniga kergelt niisutatud. Ärge jätke läätse pinnale õli, kuna see laseb tolmul settida ja võib aja jooksul kahjustada mikroskoobi optikat. Preparaat vabastatakse õlist esmalt filterpaberiga, seejärel töödeldakse klaasi bensiini või ksüleeniga.

Nagu teate, saab inimene suurema osa teavet ümbritseva maailma kohta nägemise kaudu. Inimsilm on keeruline ja täiuslik seade. See looduse loodud seade töötab valgusega – elektromagnetkiirgusega, mille lainepikkuste vahemik jääb 400 ja 760 nanomeetri vahele. Värv, mida inimene tajub, muutub lillast punaseks.

Nähtavale valgusele vastavad elektromagnetlained interakteeruvad silmas olevate aatomite ja molekulide elektrooniliste kestadega. Selle interaktsiooni tulemus sõltub nendes kestades olevate elektronide olekust. Valgus võib neelduda, peegelduda või hajuda. See, mis valgusega täpselt juhtus, võib paljastada palju aatomite ja molekulide kohta, millega see suhtles. Aatomite ja molekulide suuruste vahemik on 0,1 kuni kümneid nanomeetrit. See on mitu korda lühem kui valguse lainepikkus. Täpselt sellise suurusega objekte – nimetagem neid nanoobjektideks – on aga väga oluline näha. Mida tuleb selleks teha? Kõigepealt arutleme selle üle, mida inimsilm näeb.

Tavaliselt, kui räägitakse ühe või teise lahendusest optiline seade, tegutseda kahe kontseptsiooniga. Üks on nurkeraldusvõime ja teine ​​on lineaarne eraldusvõime. Need mõisted on omavahel seotud. Näiteks inimsilma puhul on nurkeraldusvõime ligikaudu 1 kaareminut. Sel juhul suudab silm eristada kahte temast 25–30 cm kaugusel asuvat punktobjekti ainult siis, kui nende objektide vaheline kaugus on üle 0,075 mm. See on üsna võrreldav tavalise arvutiskanneri eraldusvõimega. Tegelikult tähendab 600 dpi eraldusvõime, et skanner suudab eristada üksteisest kuni 0,042 mm kaugusel olevaid punkte.

Et üksteisest veelgi väiksemal kaugusel asuvaid objekte oleks võimalik eristada, leiutati optiline mikroskoop – seade, mis suurendab silma eraldusvõimet. Need seadmed näevad välja erinevad (nagu on näha jooniselt 1), kuid nende tööpõhimõte on sama. Optiline mikroskoop võimaldas lükata eraldusvõime piiri mikroni murdosadele. Juba 100 aastat tagasi võimaldas optiline mikroskoopia uurida mikronisuurusi objekte. Kuid samal ajal sai selgeks, et lihtsalt objektiivide arvu suurendamise ja nende kvaliteedi parandamise teel on võimatu saavutada eraldusvõime edasist kasvu. Optilise mikroskoobi eraldusvõimet piirasid valguse enda omadused, nimelt selle laineline olemus.

Üle-eelmise sajandi lõpus tehti kindlaks, et optilise mikroskoobi eraldusvõime on . Selles valemis on λ valguse lainepikkus ja n patt u- mikroskoobi läätse numbriline ava, mis iseloomustab nii mikroskoopi kui ka ainet, mis asub uuritava objekti ja sellele lähima mikroskoobi läätse vahel. Tõepoolest, numbrilise ava avaldis sisaldab murdumisnäitajat n keskkond objekti ja objektiivi vahel ning nurk u läätse optilise telje ja kõige välimiste kiirte vahel, mis väljuvad objektist ja võivad sellesse objektiivi siseneda. Vaakumi murdumisnäitaja on võrdne ühtsusega. Õhu puhul on see indikaator väga lähedane ühtsusele, vee puhul on see 1,33303 ja mikroskoopias kasutatavate spetsiaalsete vedelike puhul maksimaalse eraldusvõime saavutamiseks, n jõuab 1,78-ni. Ükskõik milline nurk u, väärtus patt u ei saa olla rohkem kui üks. Seega ei ületa optilise mikroskoobi lahutusvõime murdosa valguse lainepikkusest.

Eraldusvõimet peetakse üldiselt pooleks lainepikkusest.

Objekti intensiivsus, eraldusvõime ja suurendus on erinevad asjad. Saate seda teha nii, et üksteisest 10 nm kaugusel asuvate objektide kujutiste keskpunktide vaheline kaugus oleks 1 mm. See vastaks 100 000-kordsele kasvule. Siiski pole võimalik eristada, kas tegemist on ühe või kahe objektiga. Fakt on see, et objektide kujutised, mille mõõtmed on valguse lainepikkusega võrreldes väga väikesed, on sama kuju ja suurusega, sõltumata objektide endi kujust. Selliseid objekte nimetatakse punktobjektideks – nende suurused võib tähelepanuta jätta. Kui selline punktobjekt helendab, siis optiline mikroskoop kujutab seda heleda ringina, mida ümbritsevad heledad ja tumedad rõngad. Lisaks kaalume lihtsuse huvides valgusallikaid. Tüüpiline optilise mikroskoobi abil saadud punktvalgusallika kujutis on näidatud joonisel 2. Valgusrõngaste intensiivsus on palju väiksem kui ringi oma ja väheneb pildi keskpunktist kaugenedes. Enamasti on nähtav ainult esimene valgusrõngas. Esimese tumeda rõnga läbimõõt on . Funktsiooni, mis kirjeldab seda intensiivsuse jaotust, nimetatakse punkti hajutamise funktsiooniks. See funktsioon ei sõltu suurendusest. Mitme punktobjekti kujutis on täpselt ringid ja rõngad, nagu on näha jooniselt 3. Saadud pilti saab suurendada, kuid kui kahe naaberpunktobjekti kujutised ühinevad, jätkavad nende ühendamist. Sageli öeldakse, et selline suurendus on kasutu – suuremad pildid jäävad lihtsalt hägusemaks. Kasutu suurenduse näide on toodud joonisel 4. Valemit nimetatakse sageli difraktsioonipiiriks ja see on nii kuulus, et raiuti selle valemi autori, saksa optikafüüsiku Ernst Abbe monumendile.

Muidugi hakati aja jooksul optilisi mikroskoope varustama mitmesuguste seadmetega, mis võimaldasid pilte salvestada. Inimsilmale lisandusid esmalt filmikaamerad ja -filmid ning seejärel digiseadmetel põhinevad kaamerad, mis muudavad neile langeva valguse elektrilisteks signaalideks. Kõige levinumad neist seadmetest on CCD maatriksid (CCD tähistab laenguga seotud seadet). Pikslite arv digikaamerates kasvab jätkuvalt, kuid see üksi ei suuda parandada optiliste mikroskoopide eraldusvõimet.

Veel kakskümmend viis aastat tagasi tundus, et difraktsioonipiir on ületamatu ja valguse lainepikkusest kordades väiksemate mõõtmetega objektide uurimiseks on vaja valgusest kui sellisest loobuda. Täpselt seda teed läksid elektron- ja röntgenmikroskoobi loojad. Vaatamata selliste mikroskoopide arvukatele eelistele, jäi nanoobjektide vaatamiseks valguse kasutamise probleem alles. Sellel oli palju põhjuseid: objektidega töötamise mugavus ja lihtsus, pildi saamiseks kuluv lühike aeg, tuntud meetodid proovide värvimiseks ja palju muud. Lõpuks, pärast aastatepikkust rasket tööd, sai võimalikuks vaadata nanomõõtmelisi objekte optilise mikroskoobi abil. Suurim edu selles suunas on saavutatud fluorestsentsmikroskoopia valdkonnas. Muidugi pole keegi difraktsioonipiiri tühistanud, kuid sellest suudeti mööda minna. Praegu on mitmesuguseid optilisi mikroskoope, mis võimaldavad uurida objekte, mille mõõtmed on palju väiksemad kui nende objektide kujutisi loova valguse lainepikkus. Kõigil neil seadmetel on üks ühine joon üldpõhimõte. Proovime selgitada, milline see on.

Lahutusvõime difraktsioonipiiri kohta juba öeldu põhjal on selge, et punktallika nägemine polegi nii keeruline. Kui see allikas on piisava intensiivsusega, on selle pilt selgelt nähtav. Nagu juba mainitud, määravad selle kujutise kuju ja suuruse optilise süsteemi omadused. Samas, teades optilise süsteemi omadusi ja olles kindel, et objekt on punktobjekt, saab täpselt määrata, kus objekt asub. Sellise objekti koordinaatide määramise täpsus on üsna kõrge. Seda saab illustreerida joonisel 5. Punktobjekti koordinaate saab täpsemalt määrata, mida intensiivsemalt see helendab. Veel eelmise sajandi 80ndatel suutsid nad optilise mikroskoobi abil määrata üksikute helendavate molekulide asukoha 10–20 nanomeetrise täpsusega. Punktallika koordinaatide sellise täpse määramise vajalik tingimus on selle üksindus. Lähim muu punktallikas peab olema nii kaugel, et uurija teaks kindlalt, et töödeldav pilt vastab ühele allikale. On selge, et see on vahemaa l peab tingimusele vastama. Sel juhul võib pildianalüüs anda väga täpseid andmeid allika enda asukoha kohta.

Enamikku objekte, mille mõõtmed on optilise mikroskoobi eraldusvõimest palju väiksemad, saab esitada punktallikate komplektina. Sellise komplekti valgusallikad asuvad üksteisest palju väiksematel kaugustel kui . Kui need allikad paistavad üheaegselt, siis on võimatu midagi öelda, kus need täpselt asuvad. Kui aga suudad need allikad kordamööda särama panna, siis saab igaühe asukoha suure täpsusega määrata. Kui see täpsus ületab allikate vahelise kauguse, saab nende kõigi asukoha teadmisel teada saada, millised on nende suhtelised asukohad. See tähendab, et on saadud teavet objekti kuju ja suuruse kohta, mis esitatakse punktallikate kogumina. Ehk siis sellisel juhul saab optilise mikroskoobiga uurida objekti, mille mõõtmed on difraktsioonipiirist väiksemad!

Seega on võtmepunkt saada teavet nanoobjekti erinevate osade kohta üksteisest sõltumatult. Selleks on kolm peamist meetodite rühma.

Esimene meetodite rühm paneb sihikindlalt särama uuritava objekti ühe või teise osa. Tuntuim neist meetoditest on lähivälja skaneeriv optiline mikroskoopia. Vaatame seda lähemalt.

Kui uurite hoolikalt difraktsioonipiiriga seotud tingimusi, leiate, et kaugused objektidest läätsedeni on oluliselt suuremad kui valguse lainepikkus. Selle lainepikkusega võrreldavatel ja sellest väiksematel kaugustel on pilt erinev. Iga valguslaine elektromagnetvälja sattunud objekti lähedal on vahelduv elektromagnetväli, mille muutumise sagedus on sama, mis välja muutumise sagedus valguslaines. Erinevalt valguslainest laguneb see väli kiiresti nanoobjektist eemaldudes. Kaugus, mille juures intensiivsus väheneb, nt. e korda, mis on võrreldav objekti suurusega. Seega on optilise sagedusega elektromagnetväli koondunud ruumi ruumalasse, mille suurus on palju väiksem kui valguse lainepikkus. Iga nanoobjekt, mis sellesse piirkonda satub, interakteerub ühel või teisel viisil kontsentreeritud väljaga. Kui objekti, mille abil seda välja kontsentreerimist teostatakse, liigutatakse järjestikku mööda mis tahes trajektoori piki uuritavat nanoobjekti ja salvestatakse selle süsteemi poolt kiiratav valgus, siis saab sellel trajektooril asuvatest üksikutest punktidest konstrueerida kujutise. Muidugi näeb pilt igas punktis välja selline, nagu on näidatud joonisel 2, kuid eraldusvõime määrab see, kui palju välja oli kontsentreeritud. Ja selle omakorda määrab objekti suurus, mille abil see väli kontsentreeritakse.

Kõige tavalisem viis välja sellisel viisil kontsentreerida on teha metallekraani väga väike auk. Tavaliselt asub see auk terava otsaga valgusjuhi otsas, mis on kaetud õhukese metallkilega (valgusjuhti nimetatakse sageli optiliseks kiuks ja seda kasutatakse laialdaselt andmete edastamiseks pikkade vahemaade taha). Nüüd on võimalik toota auke läbimõõduga 30 kuni 100 nm. Resolutsioon on sama suurusega. Sellel põhimõttel töötavaid seadmeid nimetatakse lähivälja skaneerivateks optilisteks mikroskoopideks. Nad ilmusid 25 aastat tagasi.

Teise rühma meetodite olemus taandub järgmisele. Selle asemel, et panna lähedalasuvad nanoobjektid kordamööda särama, võite kasutada objekte, mis helendavad erinevates värvides. Sel juhul saate ühte või teist värvi valgust edastavate valgusfiltrite abil määrata iga objekti asukoha ja seejärel luua ühe pildi. See on väga sarnane joonisel 5 kujutatule, ainult värvid on kolme pildi puhul erinevad.

Viimane meetodite rühm, mis võimaldab difraktsioonipiiri ületada ja nanoobjekte uurida, kasutab helendavate objektide endi omadusi. On allikaid, mida saab spetsiaalselt valitud valgusega "sisse lülitada" ja "välja lülitada". Sellised ümberlülitused toimuvad statistiliselt. Ehk kui lülitatavaid nanoobjekte on palju, siis saab valguse lainepikkuse ja selle intensiivsuse valikuga sundida vaid osa neist objektidest “välja lülituma”. Ülejäänud objektid säravad edasi ja neist saab pildi. Pärast seda peate kõik allikad "sisse lülitama" ja mõned neist uuesti "välja lülitama". Allikate komplekt, mis jääb sisselülitatuks, erineb komplektist, mis jäi esmakordseks sisselülitatuks. Korrates seda protseduuri mitu korda, saate suur komplekt pilte, mis erinevad üksteisest. Sellist komplekti analüüsides on võimalik leida suur osa kõigist allikatest väga suure täpsusega, mis ületab oluliselt difraktsioonipiiri. Sel viisil saadud ülilahutusvõime näide on näidatud joonisel 6.

Ülieraldusvõimega optiline mikroskoopia areneb praegu kiiresti. Võib julgelt eeldada, et see valdkond meelitab lähiaastatel üha rohkem uurijaid ning loodame, et nende hulgas on ka käesoleva artikli lugejaid.

Jelena 3013

Selles artiklis käsitletakse mikroskoobi suurendust, selle suuruse mõõtühikuid ja seadme lahutusvõime visuaalse määramise meetodeid. Räägime ka selle väärtuse standardparameetritest ja meetoditest, mille abil arvutada konkreetset tüüpi tööd.

Kõige sagedamini on mikroskoobi peamised võimsusparameetrid näidatud objektiivi korpusel. Keerake objektiiv lahti ja kontrollige seda. Näete kahte arvu, mis on kirjutatud murdarvuna. Esimene on suurendus, teine ​​numbriline ava.

Ava iseloomustab seadme võimet koguda valgust ja luua selget pilti. Objektiiv võib näidata ka tööks vajaliku toru pikkust ja katteklaasi paksust.

Kõik mikroskoobi suurenduse kohta

Suurendust mõõdetakse kordades (x). Okulaari-läätsesüsteemi suhe määrab täielikult selle olulisuse. Okulaari ja objektiivi suurenduse korrutis räägib meile töösuurendusest, mille antud mikroskoop loob. Kogu suurenduse sõltuvus objektiivi suurendusest on ilmne. Sõltuvalt võimsusest jagatakse objektiivid järgmistesse rühmadesse:

Väike (mitte rohkem kui 10x);

Keskmine (kuni 50x);

suur (üle 50x);

Eriti suur (rohkem kui 100x).

Optilise mikroskoobi maksimaalne objektiivi suurenduse väärtus on 2000x. Okulaari väärtus on tavaliselt 10x ja muutub harva. Kuid objektiivi suurendus on väga erinev (4 kuni 100x ja 2000x).

Mikroskoobi valimisel tuleb arvestada, kes seda kasutama hakkab ja millist maksimaalset suurendust võib vaja minna. Näiteks koolieelikule piisab 200-kordsest kooli- ja ülikoolimikroskoobist 400-1000-kordse suurendusega. Aga uurimisseade peaks andma vähemalt 1500-2000x. See väärtus võimaldab töötada bakterite ja väikeste rakuliste struktuuridega.

		Oksar.ru-Moskva	900 R
	Veel pakkumisi

Seadme eraldusvõime

Mis määrab mikroskoobiga tehtud pildi selguse ja kvaliteedi? Seda mõjutab seadme eraldusvõime. Selle suuruse arvutamiseks tuleb leida valguse lainepikkuse ja kahe numbrilise ava jagatis. Seetõttu määravad selle kondensaator ja mikroskoobi lääts. Tuletame meelde, et objektiivi silindril on näha ava numbriline väärtus. Mida kõrgem see on, seda parem on seadme eraldusvõime.

Optilise mikroskoobi eraldusvõime piirang on 0,2 mikronit. See on minimaalne kaugus pildist, kui objekti kõik punktid on eristatavad.

Kasulik mikroskoobi suurendus

Kasulikust suurendusest räägime siis, kui uurija silm kasutab täielikult ära mikroskoobi lahutusvõime. See saavutatakse objekti vaatlemisega maksimaalse lubatud nurga all. Kasulik suurendus sõltub ainult numbrilisest avast ja objektiivi tüübist. Selle arvutamisel suureneb numbriline ava 500-1000 korda.

Kuiv lääts (objekti ja objektiivi vahel on ainult õhk) loob kasuliku suurenduse 1000x, s.t. NA on 1.

Sukellääts (objekti ja objektiivi vahele jääv keelekümbluskeskkonna kiht) loob kasuliku suurenduse 1250x, s.o. numbriline ava on 1,25.

Hägune või udune pilt näitab, et kasutatav suurendus on ülaltoodud väärtustest suurem või väiksem. Määratud väärtuse suurendamine või vähendamine halvendab oluliselt mikroskoobi jõudlust.

Selles artiklis rääkisime optilise mikroskoobi põhiomadustest ja nende arvutamise meetoditest. Loodame, et see teave on selle keeruka seadmega töötamisel kasulik.

Räägi sõpradele

Silma eraldusvõime on piiratud. Resolutsioon iseloomustatud lahendatud kaugus, st. minimaalne kaugus kahe kõrvuti asetseva osakese vahel, mille juures need on veel eraldi nähtavad. Lahustatud kaugus palja silma jaoks on umbes 0,2 mm. Eraldusvõime suurendamiseks kasutatakse mikroskoopi. Metallide struktuuri uurimiseks kasutas mikroskoopi esmakordselt 1831. aastal damaskiterast uurinud P. P. Anosov ja hiljem, 1863. aastal meteoriidirauda uurinud inglane G. Sorby.

Lubatud kaugus määratakse suhtega:

Kus l- uuritavast objektist läätseni tuleva valguse lainepikkus, n– objekti ja läätse vahel asuva keskkonna murdumisnäitaja ja a- nurkava, mis on võrdne kujutist tekitavasse objektiivi siseneva kiirte kiire avanemisnurga poolega. See objektiivi oluline omadus on graveeritud objektiivi raamile.

U head objektiivid maksimaalne avanurk a = 70° ja sina » 0,94. Enamikus uuringutes kasutatakse õhus töötavaid kuivi objektiive (n = 1). Lahustatud kauguse vähendamiseks kasutatakse keelekümblusläätsi. Objekti ja läätse vaheline ruum täidetakse läbipaistva vedelikuga (immersioon), millel on kõrge murdumisnäitaja. Tavaliselt kasutatakse tilka seedriõli (n = 1,51).

Kui võtta nähtava valge valguse jaoks l = 0,55 µm, siis valgusmikroskoobi minimaalne eralduskaugus on:

Seega on valgusmikroskoobi lahutusvõime piiratud valguse lainepikkusega. Objektiiv suurendab objekti vahepilti, mida vaadatakse läbi okulaari, justkui läbi suurendusklaasi. Okulaar suurendab objekti vahepealset kujutist ja ei saa suurendada mikroskoobi eraldusvõimet.

Mikroskoobi kogusuurendus on võrdne objektiivi ja okulaari suurenduse korrutisega. Metallograafilisi mikroskoope kasutatakse metallide struktuuri uurimiseks 20-2000-kordse suurendusega.

Algajad teevad tavalise vea, üritades struktuuri kohe suure suurendusega vaadata. Tuleb meeles pidada, et mida suurem on objekti suurendus, seda väiksem on mikroskoobi vaateväljas nähtav ala. Seetõttu on esmaseks hindamiseks soovitatav alustada uuringut nõrga läätsega üldine iseloom metallkonstruktsioonid suurel alal. Kui alustada mikroanalüüsi tugeva läätsega, siis ei pruugi paljud metallkonstruktsiooni olulised omadused märkamatuks jääda.

Pärast struktuuri üldist vaadet mikroskoobi väikeste suurendustega valitakse sellise eraldusvõimega lääts, et näha struktuuri kõiki vajalikke väikseimaid detaile.

Okulaar on valitud nii, et objektiivi abil suurendatud struktuuri detailid oleksid selgelt nähtavad. Kui okulaari suurendusest ei piisa, jäävad objektiivi tekitatud vahepildi peened detailid läbi mikroskoobi nägemata ja seega jääb kasutamata objektiivi täislahutusvõime. Kui okulaari suurendus on liiga suur, ei tule esile uusi struktuurseid detaile, samas ähmastuvad juba tuvastatud detailide kontuurid ning vaateväli muutub kitsamaks. Enda kasv okulaar on graveeritud selle raamile (näiteks 7 x).