Rezoluția și mărirea microscopului. Este mai bine să vezi o singură dată sau microscopie de super-înaltă rezoluție Ce determină rezoluția unui microscop electronic?

Orientări

Pentru a studia obiecte de dimensiuni mici și care nu se pot distinge cu ochiul liber, se folosesc instrumente optice speciale - microscoape. În funcție de scop, acestea se disting: simplificate, de lucru, de cercetare și universale. În funcție de sursa de iluminare utilizată, microscoapele se împart în: lumină, fluorescent, ultraviolete, electronice, neutroni, scanare, tunel. Designul oricăruia dintre microscoapele enumerate include părți mecanice și optice. Partea mecanică servește la crearea condițiilor de observație - plasarea obiectului, focalizarea imaginii, partea optică - obținerea unei imagini mărite.

Dispozitiv de microscop cu lumină

Un microscop se numește microscop cu lumină deoarece oferă capacitatea de a studia un obiect în lumină transmisă într-un câmp vizual luminos. (Fig. Vedere externă a Biomed 2) prezintă o vedere generală a microscopului Biomed-2.

Partea mecanică a microscopului constă dintr-o bază de microscop, o treaptă mobilă și un dispozitiv rotativ.

Concentrarea asupra unui obiect se realizează prin deplasarea scenei prin rotirea butoanelor de reglare grosieră și fină.

Intervalul de focalizare grosier al microscopului este de 40 mm.

Condensatorul este montat pe un suport și este situat între treapta obiect și lentila colectorului. Mișcarea acestuia se face prin rotirea butonului de reglare a înălțimii condensatorului. Vederea sa generală este prezentată în (Fig.???) Un condensator cu două lentile cu o deschidere de 1,25 asigură iluminarea câmpurilor de pe obiect atunci când se lucrează cu lentile cu mărire de la 4 la 100 de ori.

Masa cu obiecte este montată pe un suport. Mișcarea coordonată a mesei cu obiecte este posibilă prin rotirea mânerelor. Obiectul este fixat de masă folosind suporturi pentru medicamente. Suporturile pot fi mutate unul față de celălalt.

Coordonatele obiectului și cantitatea de mișcare sunt măsurate pe scale cu o valoare a diviziunii de 1 mm și vernieri cu o valoare a diviziunii de 0,1 mm. Intervalul de mișcare a obiectului în direcția longitudinală este de 60 mm, în direcția transversală – 40 mm. Condensator

Condensator

Microscopul este echipat cu o unitate de montare a condensatorului cu posibilitatea de centrare si focalizare a miscarii.

Microscopul de bază folosește un condensator universal instalat într-un suport; la utilizarea uleiului de imersie, deschiderea numerică este de 1,25.

La ajustarea luminii, se efectuează o schimbare lină a deschiderii numerice a fasciculului de raze care iluminează medicamentul folosind diafragma de deschidere.

Condensatorul este instalat în suportul condensatorului într-o poziție fixă ​​și fixat cu un șurub de blocare.

Șuruburile de centrare a condensatorului sunt utilizate în timpul procesului de ajustare a iluminării pentru a muta condensatorul într-un plan perpendicular pe axa optică a microscopului în timp ce se centrează imaginea diafragmei de câmp în raport cu marginile câmpului vizual.

Mânerul în sus și în jos al condensatorului, situat în partea stângă a suportului de suport al condensatorului, este utilizat la reglarea luminii pentru a focaliza imaginea diafragmei de câmp.

Filtrele sunt instalate într-un inel rotativ situat în partea de jos a condensatorului.

Partea optică a microscopului

Constă din sisteme de iluminare și observare. Sistemul de iluminare luminează uniform câmpul vizual. Sistemul de observare este conceput pentru a mări imaginea obiectului observat.

Sistem de iluminat

Este situat sub masa cu obiecte. Este alcătuit dintr-o lentilă colectoare instalată în corp, care este înșurubat în orificiul de la baza microscopului și o priză cu o lampă instalată în ea. Soclul lămpii este instalat în interiorul bazei microscopului. Iluminatorul microscopului este alimentat de la o rețea de curent alternativ printr-un cablu de alimentare cu trei pini conectat la sursa de alimentare folosind o mufă. Lampa de iluminare este aprinsă de un comutator situat pe baza microscopului.

Sistem de observare

Constă din lentile, atașament monocular și oculare.

Lentile

Lentilele alcătuiesc cea mai importantă, mai valoroasă și fragilă parte a microscopului. Mărirea, rezoluția și calitatea imaginii depind de ele. Sunt un sistem de lentile centrate reciproc, închise într-un cadru metalic. La capatul superior al cadrului se afla un filet cu care obiectivul este montat in soclul revolverului. Lentila frontală (cel mai apropiată de obiect) din lentilă se numește lentilă frontală și este singura din lentilă care produce mărire. Toate celelalte lentile obiective se numesc lentile de corecție și servesc la corectarea deficiențelor imaginii optice.

Când un fascicul de raze de lumină cu lungimi de undă diferite trece prin lentile, apare o colorare curcubeu a imaginii - aberație cromatică. Refracția neuniformă a razelor pe suprafața curbată a lentilei duce la aberația sferică, care apare din cauza refracției neuniforme a razelor centrale și periferice. Ca rezultat, imaginea cu puncte apare ca un cerc neclar.

Lentilele incluse în kit-ul de microscop sunt proiectate pentru o lungime a tubului optic de 160 mm, o înălțime de 45 mm și o grosime a sticlei de acoperire de mm.

Obiectivele cu măriri mai mari de 10X sunt echipate cu rame cu arc care protejează specimenul și lentilele frontale de deteriorare la focalizarea pe suprafața specimenului.

Un inel colorat poate fi aplicat pe corpul lentilei în conformitate cu mărirea, precum și:

• deschidere numerică;
• lungime tub optic 160;
• grosimea sticlei de acoperire 0,17, 0 sau -";
• tip de imersie - ulei ULEI (MI) sau apa VI;

Obiectivele marcate cu 0,17 sunt destinate studierii preparatelor numai cu pahare de acoperire de 0,17 mm grosime. Obiectivele marcate cu 0 sunt concepute pentru studierea preparatelor numai fără ochelari de protecție. Obiectivele cu mărire redusă (2,5 - 10), precum și obiectivele de imersie, pot fi utilizate la examinarea preparatelor cu sau fără un geam de acoperire. Aceste lentile sunt marcate cu o pictogramă －.

Oculare

Ocularul microscopului este format din două lentile: o lentilă oculară (superioară) și o lentilă colectoare (inferioară). Între lentile se află diafragma. Diafragma blochează razele laterale și le transmite pe cele apropiate de axa optică, ceea ce sporește contrastul imaginii. Scopul ocularului este de a mări imaginea produsă de obiectiv. Ocularele au propria lor mărire de ×5, ×10, ×12,5, ×16 și ×20, care este indicată pe cadru.

Alegerea ocularelor depinde de setul de lentile utilizate. Atunci când lucrați cu lentile acromate, acrostigmate și acrofluare, este recomandabil să folosiți oculare cu un câmp vizual liniar de cel mult 20 mm, cu lentile planchromat și planapocromate - oculare cu un câmp vizual liniar de 20; 22 și 26,5 mm.

În plus, microscopul poate fi echipat cu un ocular WF10/22 cu o scală; valoarea diviziunii scalei este de 0,1 mm.

Caracteristicile microscoapelor

Mărirea microscopului

Principalele caracteristici ale unui microscop includ mărirea și rezoluția. Mărirea totală furnizată de un microscop este definită ca produsul dintre mărirea obiectivului și mărirea ocularului. Cu toate acestea, mărirea nu indică calitatea imaginii, aceasta poate fi clară sau neclară. Claritatea imaginii rezultate este caracterizată de rezoluția microscopului, adică. cea mai mică dimensiune a obiectelor sau părților acestora care pot fi văzute folosind acest dispozitiv.

Mărirea totală Г a microscopului în timpul observației vizuale este determinată de formula: Г = βok × βok, unde:

βrev - mărirea lentilei (marcată pe lentilă);

βok - mărire a ocularului (marcat pe ocular).

• Adăugați, mm

Prin comandă suplimentară

Rezoluția microscopului

Rezoluția unui microscop este determinată de distanța minimă (de rezoluție) dintre două puncte (sau două linii mai subțiri) vizibile separat și este calculată prin formula

D=λ/(A1+A2), unde d este distanța minimă (rezoluție) dintre două puncte (linii);

λ este lungimea de undă a luminii utilizate;

Microscoapele sunt echipate cu patru obiective detașabile cu propriile măriri de 4×, 10×, 40× și 100×, marcate pe un cadru metalic. Mărirea lentilei depinde de curbura lentilei frontale principale: cu cât curbura este mai mare, cu atât distanța focală este mai mică și mărirea este mai mare. Acest lucru trebuie reținut la microscopie - cu cât mărirea oferită de lentilă este mai mare, cu atât distanța de lucru liberă este mai mică și cu atât trebuie coborâtă mai jos deasupra planului specimenului.

Imersiune

Toate lentilele sunt împărțite în uscate și imersibile sau submersibile. O lentilă se numește uscată dacă există aer între lentila frontală și specimenul în cauză. În acest caz, din cauza diferenței dintre indicele de refracție al sticlei (1,52) și al aerului (1,0), unele dintre razele de lumină sunt deviate și nu intră în ochiul observatorului. Lentilele cu sistem uscat au de obicei o distanță focală mare și oferă o mărire scăzută (10x) sau medie (40x).

Lentilele de imersiune sau submersibile sunt acele lentile în care între lentila frontală și specimen este plasat un mediu lichid cu un indice de refracție apropiat de indicele de refracție al sticlei. Uleiul de cedru este de obicei folosit ca mediu de imersie. Se mai poate folosi apa, glicerina, uleiuri transparente, monobromonaftalina etc. In acest caz se stabileste un mediu omogen (omogen) intre lentila frontala a lentilei obiectiv si preparatul (paharul preparatului - ulei - sticla lentila) cu același indice de refracție. Datorită acestui fapt, toate razele, fără refracție sau schimbare de direcție, intră în lentilă, creând condiții pentru cea mai bună iluminare a medicamentului. Valoarea (n) a indicelui de refracție este 1,33 pentru apă, 1,515 pentru uleiul de cedru și 1,6 pentru monobromonaftalină.

Tehnica microscopiei

Microscopul este conectat la rețeaua electrică folosind un cablu de alimentare. Folosind un revolver, pe calea fasciculului este instalată o lentilă cu o mărire de ×10. O ușoară oprire și sunetul de clic al arcului revolverului indică faptul că obiectivul este instalat de-a lungul axei optice. Folosind butonul de focalizare grosieră, coborâți obiectivul la o distanță de 0,5 - 1,0 cm de scenă.

Reguli pentru lucrul cu lentile uscate.

Preparatul pregătit se așează pe scenă și se fixează cu o clemă. Câmpurile vizuale multiple sunt vizualizate folosind o lentilă uscată ×10. Scena este mutată folosind șuruburi laterale. Zona medicamentului necesară examinării este plasată în centrul câmpului vizual. Ridicați tubul și, prin rotirea revolverului, mutați lentila cu o mărire de ×40, observând din lateral, cu ajutorul unui șurub macrometric, coborâți din nou tubul cu lentila aproape până când intră în contact cu specimenul. Priviți în ocular și ridicați foarte încet tubul până când apare conturul imaginii. Focalizarea precisă se realizează folosind un șurub micrometru, rotindu-l într-o direcție sau alta, dar nu mai mult de o tură completă. Dacă se simte rezistență la rotirea șurubului micrometru, înseamnă că cursa acestuia a fost finalizată. În acest caz, rotiți șurubul cu una sau două ture complete reversul, găsiți din nou imaginea folosind șurubul macrometric și continuați să lucrați cu șurubul micrometric.

Este util să vă obișnuiți să țineți ambii ochi deschiși atunci când microscopați și să-i folosiți alternativ, deoarece acest lucru vă va obosi mai puțin vederea.

Când schimbați lentilele, nu trebuie uitat că rezoluția microscopului depinde de raportul dintre deschiderea lentilei și condensatorul. Diafragma numerică a obiectivului cu mărire ×40 este de 0,65, iar cea a condensatorului neimersat este de 0,95. Practic, este posibil să le aduceți în corespondență folosind următoarea tehnică: după focalizarea specimenului cu lentila, îndepărtați ocularul și, privind prin tub, acoperiți diafragma irisului condensatorului până când marginile acestuia devin vizibile la marginea uniformă. lentila din spate iluminată a lentilei. În acest moment, deschiderile numerice ale condensatorului și ale obiectivului vor fi aproximativ egale.

Reguli pentru lucrul cu o lentilă de imersie.

Pe preparat se aplică o picătură mică de ulei de imersie (de preferință fixată și colorată). Revolverul este rotit și o lentilă de imersie cu o mărire de 100× este instalată de-a lungul axei optice centrale. Condensatorul este ridicat până când se oprește. Diafragma irisului condensatorului este deschisă complet. Privind din lateral, utilizați un șurub macrometric pentru a coborî tubul până când lentila este scufundată în ulei, aproape până când lentila intră în contact cu lama specimenului. Acest lucru trebuie făcut cu mare atenție pentru ca lentila frontală să nu se miște și să nu se deterioreze. Ei privesc în ocular, rotesc foarte încet șurubul macrometric spre ei înșiși și, fără a ridica lentila din ulei, ridică tubul până când apar contururile obiectului. Trebuie reținut că distanța liberă de lucru în lentila de imersie este de 0,1 - 0,15 mm. Apoi focalizarea precisă se face folosind un șurub macrometric. În pregătire sunt examinate mai multe câmpuri vizuale, deplasând masa cu șuruburi laterale. După terminarea lucrului cu lentila de imersie, ridicați tubul, îndepărtați preparatul și ștergeți cu grijă lentila frontală a lentilei, mai întâi cu un șervețel uscat din bumbac moale, apoi cu același șervețel, dar ușor umezit cu benzină pură. Uleiul nu trebuie lăsat pe suprafața lentilei, deoarece permite praful să se depună și poate duce la deteriorarea opticii microscopului în timp. Preparatul este eliberat de ulei mai întâi cu o bucată de hârtie de filtru, apoi sticla este tratată cu benzină sau xilen.

După cum știți, o persoană primește cea mai mare parte a informațiilor despre lumea din jurul său prin viziune. Ochiul uman este un dispozitiv complex și perfect. Acest dispozitiv creat de natură funcționează cu lumină - radiație electromagnetică, al cărei interval de lungimi de undă este între 400 și 760 de nanometri. Culoarea pe care o percepe o persoană se schimbă de la violet la roșu.

Undele electromagnetice corespunzătoare luminii vizibile interacționează cu învelișurile electronice ale atomilor și moleculelor din ochi. Rezultatul acestei interacțiuni depinde de starea electronilor din aceste învelișuri. Lumina poate fi absorbită, reflectată sau împrăștiată. Ce s-a întâmplat exact cu lumina poate dezvălui multe despre atomii și moleculele cu care a interacționat. Gama de dimensiuni ale atomilor și moleculelor este de la 0,1 la zeci de nanometri. Aceasta este de multe ori mai scurtă decât lungimea de undă a luminii. Cu toate acestea, obiectele exact de această dimensiune - să le numim nanoobiecte - sunt foarte importante de văzut. Ce trebuie făcut pentru asta? Să discutăm mai întâi ce poate vedea ochiul uman.

De obicei, când se vorbește despre rezoluția unuia sau altuia dispozitiv optic, operează cu două concepte. Unul este rezoluția unghiulară, iar celălalt este rezoluția liniară. Aceste concepte sunt interconectate. De exemplu, pentru ochiul uman, rezoluția unghiulară este de aproximativ 1 minut de arc. În acest caz, ochiul poate distinge două obiecte punctuale situate la 25–30 cm distanță de el numai atunci când distanța dintre aceste obiecte este mai mare de 0,075 mm. Aceasta este destul de comparabilă cu rezoluția unui scaner de computer convențional. De fapt, rezoluția de 600 dpi înseamnă că scanerul poate distinge puncte la distanță de până la 0,042 mm.

Pentru a putea distinge obiectele aflate la distanțe și mai mici unele de altele, a fost inventat un microscop optic - un dispozitiv care mărește rezoluția ochiului. Aceste dispozitive arată diferit (după cum se poate vedea din Figura 1), dar principiul lor de funcționare este același. Microscopul optic a făcut posibilă împingerea limitei de rezoluție la fracții de micron. Deja cu 100 de ani în urmă, microscopia optică a făcut posibilă studierea obiectelor de dimensiuni micron. Cu toate acestea, în același timp, a devenit clar că este imposibil să se obțină o creștere suplimentară a rezoluției prin simpla creștere a numărului de lentile și îmbunătățirea calității acestora. Rezoluția unui microscop optic s-a dovedit a fi limitată de proprietățile luminii în sine, și anume natura ondulatorie.

La sfârșitul secolului înainte de trecut, sa stabilit că rezoluția unui microscop optic este de . În această formulă, λ este lungimea de undă a luminii și n păcat u- deschiderea numerică a lentilei microscopului, care caracterizează atât microscopul cât și substanța care se află între obiectul de studiu și lentila microscopului cea mai apropiată de acesta. Într-adevăr, expresia pentru deschiderea numerică include indicele de refracție n mediul dintre obiect și lentilă și unghiul uîntre axa optică a lentilei și razele cele mai exterioare care ies din obiect și pot intra în acea lentilă. Indicele de refracție al vidului este egal cu unitatea. Pentru aer acest indicator este foarte aproape de unitate, pentru apă este 1,33303, iar pentru lichidele speciale utilizate în microscopie pentru a obține rezoluția maximă, n ajunge la 1,78. Oricare ar fi unghiul u, valoarea sin u nu poate fi mai mult de unul. Astfel, rezoluția unui microscop optic nu depășește o fracțiune din lungimea de undă a luminii.

Rezoluția este în general considerată a fi jumătate din lungimea de undă.

Intensitatea, rezoluția și mărirea unui obiect sunt lucruri diferite. Puteți face astfel încât distanța dintre centrele imaginilor obiectelor care sunt situate la 10 nm unul de celălalt să fie de 1 mm. Aceasta ar corespunde unei creșteri de 100.000 de ori. Cu toate acestea, nu va fi posibil să distingem dacă este un obiect sau două. Cert este că imaginile obiectelor ale căror dimensiuni sunt foarte mici în comparație cu lungimea de undă a luminii vor avea aceeași formă și dimensiune, independent de forma obiectelor în sine. Astfel de obiecte sunt numite obiecte punctuale - dimensiunile lor pot fi neglijate. Dacă un astfel de obiect punctual strălucește, atunci un microscop optic îl va reprezenta ca un cerc de lumină înconjurat de inele deschise și întunecate. În continuare, pentru simplitate, vom lua în considerare sursele de lumină. O imagine tipică a unei surse de lumină punctiforme obținută cu ajutorul unui microscop optic este prezentată în Figura 2. Intensitatea inelelor de lumină este mult mai mică decât cea a cercului și scade odată cu distanța de la centrul imaginii. Cel mai adesea, doar primul inel luminos este vizibil. Diametrul primului inel întunecat este de . Funcția care descrie această distribuție a intensității se numește funcție de împrăștiere punct. Această funcție nu depinde de mărirea. Imaginea mai multor obiecte punctuale va fi exact cercuri și inele, așa cum se poate vedea din Figura 3. Imaginea rezultată poate fi mărită, totuși, dacă imaginile a două obiecte punctiforme învecinate se îmbină, acestea vor continua să se îmbine. Se spune adesea că acest tip de mărire este inutil - imaginile mai mari vor fi pur și simplu mai neclare. Un exemplu de mărire inutilă este prezentat în Figura 4. Formula este adesea numită limită de difracție și este atât de faimoasă încât a fost sculptată pe monumentul autorului acestei formule, fizicianul optic german Ernst Abbe.

Desigur, de-a lungul timpului, microscoapele optice au început să fie echipate cu o varietate de dispozitive care au făcut posibilă stocarea imaginilor. Ochiul uman a fost completat mai întâi de camere cu film și filme, iar apoi de camere bazate pe dispozitive digitale care convertesc lumina care cădea asupra lor în semnale electrice. Cele mai comune dintre aceste dispozitive sunt matricele CCD (CCD înseamnă dispozitiv cuplat cu încărcare). Numărul de pixeli din camerele digitale continuă să crească, dar numai acest lucru nu poate îmbunătăți rezoluția microscoapelor optice.

Chiar și acum douăzeci și cinci de ani părea că limita de difracție era de netrecut și că pentru a studia obiectele ale căror dimensiuni sunt de multe ori mai mici decât lungimea de undă a luminii, era necesar să se abandoneze lumina ca atare. Exact aceasta este calea pe care au luat-o creatorii microscoapelor electronice și cu raze X. În ciuda numeroaselor avantaje ale unor astfel de microscoape, problema utilizării luminii pentru vizualizarea nanoobiectelor a rămas. Au existat multe motive pentru aceasta: comoditatea și ușurința de a lucra cu obiecte, timpul scurt necesar pentru a obține o imagine, metode cunoscute de colorare a mostrelor și multe altele. În cele din urmă, după ani de muncă grea, a devenit posibilă vizualizarea obiectelor la scară nanometrică folosind un microscop optic. Cel mai mare progres în această direcție a fost realizat în domeniul microscopiei cu fluorescență. Desigur, nimeni nu a anulat limita de difracție, dar au reușit să o ocolească. În prezent, există diverse microscoape optice care fac posibilă examinarea obiectelor ale căror dimensiuni sunt mult mai mici decât lungimea de undă a însăși luminii care creează imagini ale acestor obiecte. Toate aceste dispozitive au un lucru în comun principiu general. Să încercăm să explicăm care este.

Din ceea ce sa spus deja despre limita de difracție a rezoluției, este clar că a vedea o sursă punctuală nu este atât de dificilă. Dacă această sursă este de o intensitate suficientă, imaginea ei va fi clar vizibilă. Forma și dimensiunea acestei imagini, așa cum sa menționat deja, vor fi determinate de proprietățile sistemului optic. În același timp, cunoscând proprietățile sistemului optic și fiind sigur că obiectul este un obiect punctual, puteți determina exact unde se află obiectul. Precizia determinării coordonatelor unui astfel de obiect este destul de mare. Acest lucru poate fi ilustrat în Figura 5. Coordonatele unui obiect punctual pot fi determinate cu mai multă precizie, cu atât strălucește mai intens. În anii 80 ai secolului trecut, folosind un microscop optic, ei au putut determina poziția moleculelor luminoase individuale cu o precizie de 10-20 nanometri. O condiție necesară pentru o determinare atât de precisă a coordonatelor unei surse punctuale este singurătatea acesteia. Cea mai apropiată altă sursă punctuală trebuie să fie atât de departe încât cercetătorul să știe cu siguranță că imaginea procesată corespunde unei singure surse. Este clar că aceasta este o distanță l trebuie să îndeplinească condiția. În acest caz, analiza imaginii poate oferi date foarte precise despre poziția sursei în sine.

Majoritatea obiectelor ale căror dimensiuni sunt mult mai mici decât rezoluția unui microscop optic pot fi reprezentate ca un set de surse punctuale. Sursele de lumină dintr-un astfel de set sunt situate una față de alta la distanțe mult mai mici decât . Dacă aceste surse strălucesc simultan, atunci va fi imposibil să spunem ceva despre locul exact în care se află. Cu toate acestea, dacă puteți face aceste surse să strălucească pe rând, atunci poziția fiecăreia dintre ele poate fi determinată cu mare precizie. Dacă această precizie depășește distanța dintre surse, atunci, cunoscând poziția fiecăreia dintre ele, se poate afla care sunt pozițiile lor relative. Aceasta înseamnă că au fost obținute informații despre forma și dimensiunea obiectului, care sunt prezentate ca un set de surse punctuale. Cu alte cuvinte, în acest caz, puteți examina un obiect cu un microscop optic ale cărui dimensiuni sunt mai mici decât limita de difracție!

Astfel, punctul cheie este obținerea de informații despre diferite părți ale unui nanoobiect independent unele de altele. Există trei grupuri principale de metode pentru a face acest lucru.

Primul grup de metode face ca una sau alta parte a obiectului studiat să strălucească. Cea mai cunoscută dintre aceste metode este microscopia optică cu scanare în câmp apropiat. Să aruncăm o privire mai atentă.

Dacă studiați cu atenție condițiile care sunt implicate atunci când vorbiți despre limita de difracție, veți constata că distanțele de la obiecte la lentile sunt mult mai mari decât lungimea de undă a luminii. La distanțe comparabile și mai mici decât această lungime de undă, imaginea este diferită. În apropierea oricărui obiect prins în câmpul electromagnetic al unei unde luminoase, există un câmp electromagnetic alternativ, a cărui frecvență de schimbare este aceeași cu frecvența de schimbare a câmpului în unda luminoasă. Spre deosebire de unda luminoasă, acest câmp se degradează rapid pe măsură ce se îndepărtează de nanoobiect. Distanța la care scade intensitatea, de ex. e ori, comparabil cu dimensiunea obiectului. Astfel, câmpul electromagnetic de frecvență optică se dovedește a fi concentrat într-un volum de spațiu, a cărui dimensiune este mult mai mică decât lungimea de undă a luminii. Orice nanoobiect care cade în această zonă va interacționa într-un fel sau altul cu câmpul concentrat. Dacă obiectul cu ajutorul căruia se realizează această concentrare a câmpului este deplasat secvenţial de-a lungul oricărei traiectorii de-a lungul nanoobiectului studiat și este înregistrată lumina emisă de acest sistem, atunci o imagine poate fi construită din puncte individuale situate pe această traiectorie. Desigur, în fiecare punct imaginea va arăta așa cum se arată în Figura 2, dar rezoluția va fi determinată de cât de mult a fost concentrat câmpul. Și aceasta, la rândul său, este determinată de dimensiunea obiectului cu ajutorul căruia este concentrat acest câmp.

Cel mai obișnuit mod de a concentra câmpul în acest fel este de a face o gaură foarte mică într-un ecran metalic. De obicei, această gaură este situată la capătul unui ghidaj de lumină ascuțit acoperit cu o peliculă subțire de metal (ghidul de lumină este adesea numit fibră optică și este utilizat pe scară largă pentru transmiterea datelor pe distanțe lungi). Acum este posibil să se producă găuri cu diametre de la 30 la 100 nm. Rezoluția este aceeași ca dimensiune. Dispozitivele care funcționează pe acest principiu se numesc microscoape optice cu scanare în câmp apropiat. Au apărut acum 25 de ani.

Esența celui de-al doilea grup de metode se rezumă la următoarele. În loc să faceți nanoobiectele învecinate să strălucească la rândul lor, puteți utiliza obiecte care strălucesc în culori diferite. În acest caz, cu ajutorul filtrelor de lumină care transmit lumină de o culoare sau alta, puteți determina poziția fiecărui obiect și apoi creați o singură imagine. Acest lucru este foarte asemănător cu ceea ce este arătat în Figura 5, doar culorile vor fi diferite pentru cele trei imagini.

Ultimul grup de metode care fac posibilă depășirea limitei de difracție și examinarea nanoobiectelor utilizează proprietățile obiectelor luminoase în sine. Există surse care pot fi „pornite” și „oprite” folosind o lumină special selectată. Astfel de comutări apar statistic. Cu alte cuvinte, dacă există multe nanoobiecte comutabile, atunci selectând lungimea de undă a luminii și intensitatea acesteia, puteți forța doar unele dintre aceste obiecte să se „oprească”. Obiectele rămase vor continua să strălucească și de la ele se poate obține o imagine. După aceasta, trebuie să „porniți” toate sursele și să „dezactivați” din nou unele dintre ele. Setul de surse care rămân „pornit” va fi diferit de setul care a rămas „pornit” prima dată. Repetând această procedură de mai multe ori, puteți obține set mare imagini care sunt diferite unele de altele. Analizând o astfel de mulțime, este posibilă localizarea unei proporții mari din toate sursele cu o precizie foarte mare, cu mult peste limita de difracție. Un exemplu de super-rezoluție obținută în acest mod este prezentat în Figura 6.

Microscopia optică de super-rezoluție se dezvoltă în prezent rapid. Este sigur să presupunem că acest domeniu va atrage un număr tot mai mare de cercetători în următorii ani și sperăm că printre ei se vor număra și cititorii acestui articol.

Elena 3013

Acest articol va discuta despre mărirea unui microscop, unitățile de măsură ale acestei cantități și metodele de determinare vizuală a puterii de rezoluție a dispozitivului. De asemenea, vom vorbi despre parametrii standard ai acestei valori și despre metodele de calcul a creșterii pentru un anumit tip de muncă.

Cel mai adesea, principalii parametri de putere ai unui microscop sunt indicați pe corpul lentilei. Deșurubați lentila și inspectați-o. Puteți vedea două numere scrise ca o fracție. Primul este mărirea, al doilea este deschiderea numerică.

Diafragma caracterizează capacitatea dispozitivului de a colecta lumina și de a produce o imagine clară. Lentila poate indica, de asemenea, lungimea tubului și grosimea sticlei de acoperire necesare pentru lucrare.

Totul despre mărirea microscopului

Mărirea se măsoară în multipli (x). Relația dintre sistemul ocular-lentila determină complet semnificația acestuia. Produsul măririi ocularului și obiectivului ne spune despre mărirea de lucru pe care o creează un anumit microscop. Dependența măririi totale de mărirea lentilei este evidentă. În funcție de putere, lentilele sunt împărțite în următoarele grupuri:

Mic (nu mai mult de 10x);

Mediu (până la 50x);

Mare (peste 50x);

Foarte mare (mai mult de 100x).

Valoarea maximă de mărire a obiectivului pentru un microscop optic este de 2000x. Valoarea ocularului este de obicei de 10x și se modifică rar. Dar mărirea obiectivului variază foarte mult (de la 4 la 100x și 2000x).

Atunci când alegeți un microscop, trebuie să luați în considerare cine îl va folosi și ce mărire maximă poate fi necesară. De exemplu, 200x este suficient pentru un preșcolar, microscoapele școlare și universitare au o mărire de 400-1000x. Dar dispozitivul de cercetare ar trebui să dea cel puțin 1500-2000x. Această valoare vă permite să lucrați cu bacterii și structuri celulare mici.

		Oksar.ru-Moscova	900 R
	Mai multe oferte

Rezoluția dispozitivului

Ce determină claritatea și calitatea imaginii produse de un microscop? Acest lucru este afectat de rezoluția dispozitivului. Pentru a calcula această cantitate, trebuie să găsiți câtul dintre lungimea de undă a luminii și două deschideri numerice. Prin urmare, este determinat de condensator și lentila microscopului. Vă reamintim că valoarea numerică a diafragmei poate fi văzută pe butoiul obiectivului. Cu cât este mai mare, cu atât rezoluția dispozitivului este mai bună.

Microscopul optic are o limită de rezoluție de 0,2 microni. Aceasta este distanța minimă până la imagine atunci când toate punctele obiectului sunt distinse.

Mărire utilă la microscop

Vorbim despre mărire utilă atunci când ochiul cercetătorului folosește pe deplin puterea de rezoluție a microscopului. Acest lucru se realizează prin observarea obiectului la unghiul maxim admis. Mărirea utilă depinde doar de deschiderea numerică și de tipul obiectivului. Când se calculează, deschiderea numerică crește de 500-1000 de ori.

O lentilă uscată (doar aer între obiect și lentilă) creează o mărire utilă de 1000x, adică. NA este 1.

O lentilă de imersie (un strat de mediu de imersie între obiect și lentilă) creează o mărire utilă de 1250x, adică. deschiderea numerică este de 1,25.

O imagine neclară sau neclară indică faptul că mărirea utilizabilă este mai mare sau mai mică decât valorile de mai sus. Creșterea sau scăderea valorii specificate degradează semnificativ performanța microscopului.

În acest articol am vorbit despre principalele caracteristici ale unui microscop optic și despre metodele de calcul ale acestora. Sperăm că aceste informații vor fi utile atunci când lucrați cu acest dispozitiv complex.

Spune-le prietenilor

Rezoluția ochiului este limitată. Rezoluţie caracterizat distanta rezolvata, adică distanța minimă dintre două particule adiacente la care sunt încă vizibile separat. Distanța rezolvată pentru ochiul liber este de aproximativ 0,2 mm. Un microscop este folosit pentru a crește rezoluția. Pentru a studia structura metalelor, microscopul a fost folosit pentru prima dată în 1831 de P.P Anosov, care a studiat oțelul de damasc, iar mai târziu, în 1863, de englezul G. Sorby, care a studiat fierul meteorit.

Distanța permisă este determinată de relația:

Unde l- lungimea de undă a luminii care vine de la obiectul de studiu către lentilă, n– indicele de refracție al mediului situat între obiect și lentilă, și o- deschidere unghiulară egală cu jumătate din unghiul de deschidere al fasciculului de raze care intră în lentila care produce imaginea. Această caracteristică importantă a lentilei este gravată pe rama obiectivului.

U lentile bune unghi maxim de deschidere a = 70° și sina » 0,94. Majoritatea studiilor folosesc obiective uscate care funcționează în aer (n = 1). Pentru a reduce distanța rezolvată, se folosesc lentile de imersiune. Spațiul dintre obiect și lentilă este umplut cu un lichid transparent (imersie) cu un indice de refracție ridicat. De obicei, se folosește o picătură de ulei de cedru (n = 1,51).

Dacă luăm l = 0,55 µm pentru lumina albă vizibilă, atunci distanța minimă de rezoluție a unui microscop cu lumină este:

Astfel, puterea de rezoluție a unui microscop luminos este limitată de lungimea de undă a luminii. Lentila mărește imaginea intermediară a obiectului, care este privită prin ocular, ca printr-o lupă. Ocularul mărește imaginea intermediară a obiectului și nu poate crește rezoluția microscopului.

Mărirea totală a microscopului este egală cu produsul dintre mărirea obiectivului și a ocularului. Microscoapele metalografice sunt folosite pentru a studia structura metalelor cu măriri de la 20 la 2000 de ori.

Începătorii fac o greșeală comună încercând să vadă structura imediat la mărire mare. Trebuie reținut că, cu cât mărirea unui obiect este mai mare, cu atât zona vizibilă în câmpul vizual al microscopului este mai mică. Prin urmare, se recomandă începerea studiului folosind o lentilă slabă pentru a evalua mai întâi caracter general structuri metalice pe o suprafață mare. Dacă începeți microanaliza folosind o lentilă puternică, atunci multe caracteristici importante ale structurii metalice ar putea să nu fie observate.

După o vedere generală a structurii la măriri mici ale microscopului, este selectată o lentilă cu o astfel de rezoluție pentru a vedea toate cele mai mici detalii necesare ale structurii.

Ocularul este ales astfel încât detaliile structurii, mărite de lentilă, să fie clar vizibile. Dacă mărirea ocularului nu este suficientă, detaliile fine ale imaginii intermediare create de lentilă nu vor fi văzute prin microscop și astfel nu va fi folosită rezoluția completă a lentilei. Dacă mărirea ocularului este prea mare, noi detalii ale structurii nu vor fi dezvăluite, în același timp, contururile detaliilor deja identificate vor fi neclare, iar câmpul vizual va deveni mai îngust. Creștere proprie ocularul este gravat pe rama sa (de exemplu, 7x).