Upplösning och förstoring av mikroskopet. Det är bättre att se en gång, eller superhögupplöst mikroskopi. Vad bestämmer upplösningen för ett elektronmikroskop?

Riktlinjer

För att studera föremål som är små i storlek och omöjliga att urskilja för blotta ögat, används speciella optiska instrument - mikroskop. Beroende på syftet särskiljs de: förenklade, fungerande, forskning och universella. Beroende på vilken belysningskälla som används är mikroskop indelade i: ljus, fluorescerande, ultraviolett, elektronisk, neutron, skanning, tunnel. Utformningen av något av de listade mikroskopen inkluderar mekaniska och optiska delar. Den mekaniska delen tjänar till att skapa observationsförhållanden - placera objektet, fokusera bilden, den optiska delen - erhålla en förstorad bild.

Ljusmikroskopanordning

Ett mikroskop kallas ljusmikroskop eftersom det ger möjlighet att studera ett föremål i genomsläppt ljus i ett ljust synfält. (Fig. Extern vy av Biomed 2) visar en allmän vy av Biomed-2-mikroskopet.

Den mekaniska delen av mikroskopet består av en mikroskopbas, ett rörligt bord och en roterande anordning.

Fokusering på ett föremål uppnås genom att flytta scenen genom att vrida på grov- och finjusteringsrattarna.

Mikroskopets grovfokuseringsområde är 40 mm.

Kondensorn är monterad på ett fäste och placerad mellan objektbordet och kollektorlinsen. Dess rörelse görs genom att vrida på kondensorns höjdjusteringsratt. Dess allmänna vy visas i (Fig.???) En tvålinskondensor med en bländare på 1,25 ger belysning av fälten på objektet när man arbetar med linser med förstoring från 4 till 100 gånger.

Objektbordet är monterat på ett fäste. Koordinatrörelse av objektbordet är möjlig genom att vrida handtagen. Föremålet fästs vid bordet med hjälp av läkemedelshållare. Hållarna kan flyttas relativt varandra.

Objektets koordinater och rörelsemängden mäts på skalor med delningsvärde 1 mm och nocken med delningsvärde 0,1 mm. Räckvidden för objektrörelse i längdriktningen är 60 mm, i tvärriktningen - 40 mm. Kondensor

Kondensor

Mikroskopet är utrustat med en kondensormonteringsenhet med möjlighet till centrering och fokuseringsrörelse.

Grundmikroskopet använder en universell kondensor installerad i en hållare; vid användning av immersionsolja är den numeriska bländaren 1,25.

Vid justering av belysningen utförs en jämn förändring av den numeriska öppningen av strålen av strålar som lyser upp läkemedlet med hjälp av öppningsbländaren.

Kondensorn installeras i kondensorhållaren i ett fast läge och säkras med en låsskruv.

Kondensatorcentreringsskruvar används under belysningsjusteringsprocessen för att flytta kondensorn i ett plan vinkelrätt mot mikroskopets optiska axel samtidigt som fältbländarbilden centreras i förhållande till synfältets kanter.

Kondensorns upp- och nedhandtag, placerat på vänster sida av kondensorhållarens fäste, används när man justerar belysningen för att fokusera på bilden av fältbländaren.

Filtren är installerade i en roterande ring placerad i botten av kondensorn.

Optisk del av mikroskopet

Består av belysning och observationssystem. Belysningssystemet belyser synfältet jämnt. Observationssystemet är utformat för att förstora bilden av det observerade objektet.

Ljussystem

Den är placerad under objektbordet. Den består av en kollektorlins installerad i kroppen, som skruvas in i hålet i mikroskopets bas och ett uttag med en lampa installerad i den. Lampsockeln är installerad inuti mikroskopets bas. Mikroskopbelysningen strömförsörjs från ett växelströmsnätverk genom en trepolig nätsladd ansluten till strömförsörjningen med hjälp av en kontakt. Belysningslampan tänds med en strömbrytare placerad på mikroskopets bas.

Observationssystem

Består av linser, monokulärt fäste och okular.

Linser

Linserna utgör den viktigaste, mest värdefulla och ömtåliga delen av mikroskopet. Förstoring, upplösning och bildkvalitet beror på dem. De är ett system av ömsesidigt centrerade linser inneslutna i en metallram. I den övre änden av ramen finns en gänga med vilken linsen monteras i uttaget på revolvern. Den främre (närmast objektet) linsen i linsen kallas frontlinsen och är den enda i linsen som producerar förstoring. Alla andra objektiv kallas korrigeringslinser och tjänar till att korrigera brister i den optiska bilden.

När en stråle av ljusstrålar med olika våglängder passerar genom linserna uppstår en regnbågsfärgning av bilden - kromatisk aberration. Ojämn brytning av strålar på linsens krökta yta leder till sfärisk aberration, som uppstår på grund av ojämn brytning av de centrala och perifera strålarna. Som ett resultat av detta visas prickbilden som en suddig cirkel.

Linserna som ingår i mikroskopsatsen är designade för en optisk rörlängd på 160 mm, en höjd på 45 mm och en täckglastjocklek på mm.

Objekt med förstoringar större än 10X är utrustade med fjäderbelastade ramar som skyddar preparatet och frontlinserna från skador när de fokuserar på preparatets yta.

En färgad ring kan appliceras på linskroppen i enlighet med förstoringen, samt:

• numerisk bländare;
• optisk rörlängd 160;
• täckglasets tjocklek 0,17, 0 eller －";
• typ av nedsänkning - olja OLJA (MI) eller vatten VI;

Mål märkta 0,17 är utformade för att studera förberedelser endast med täckglas 0,17 mm tjocka. Mål markerade 0 är utformade för att studera förberedelser endast utan täckglasögon. Lågförstoringsobjektiv (2,5 - 10), såväl som nedsänkningsobjektiv, kan användas vid undersökning av preparat med eller utan täckglas. Dessa linser är markerade med en -ikon.

Okular

Mikroskopokularet består av två linser: en ögonlins (övre) och en uppsamlingslins (nedre). Mellan linserna finns diafragman. Bländaren blockerar sidostrålar och överför de som ligger nära den optiska axeln, vilket förstärker bildens kontrast. Syftet med okularet är att förstora bilden som produceras av linsen. Okularen har sin egen förstoring på ×5, ×10, ×12,5, ×16 och ×20, vilket anges på ramen.

Valet av okular beror på vilken uppsättning linser som används. När du arbetar med achromat, achrostigmata och achrofluar linser är det lämpligt att använda okular med ett linjärt synfält på högst 20 mm, med planchromat och planapochromat linser - okular med ett linjärt synfält på 20; 22 och 26,5 mm.

Dessutom kan mikroskopet utrustas med ett WF10/22 okular med en skala; skaldelningsvärdet är 0,1 mm.

Mikroskops egenskaper

Mikroskopförstoring

De viktigaste egenskaperna hos ett mikroskop inkluderar förstoring och upplösning. Den totala förstoringen som tillhandahålls av ett mikroskop definieras som produkten av objektivförstoringen och okularförstoringen. Förstoring indikerar dock inte kvaliteten på bilden, den kan vara tydlig eller otydlig. Klarheten hos den resulterande bilden kännetecknas av mikroskopets upplösning, dvs. den minsta storleken på föremål eller deras delar som kan ses med denna enhet.

Den totala förstoringen Г av mikroskopet under visuell observation bestäms av formeln: Г = βok × βok, där:

βrev - linsförstoring (markerad på linsen); βok - okularförstoring (markerad på okularet).

Diametern på fältet som observeras i objektet, Add mm, bestäms av formeln: Add = Add × βob. Doc – diameter på det okulära synfältet (markerat på okularet) mm. De beräknade värdena för mikroskopförstoring och diametern på det observerade fältet vid objektet anges i tabell 3.

• Efter tilläggsbeställning

Mikroskopupplösning

Upplösningen för ett mikroskop bestäms av det minsta (upplösande) avståndet mellan två punkter (eller två tunnaste linjer) som är synliga separat, och beräknas med formeln

D=λ/(A1+A2), där d är det minsta (upplösande) avståndet mellan två punkter (linjer); λ är våglängden för det använda ljuset; A1 och A2 är den numeriska bländaren för objektivet (markerat på dess ram) och kondensorn.

Du kan öka upplösningen (d.v.s. minska det absoluta värdet av d, eftersom dessa är ömsesidiga värden) på följande sätt: belys objektet med ljus med kortare våglängd λ (till exempel ultravioletta eller kortvågiga strålar), använd linser med en större öppning A1, eller öka öppningskondensorn A2.

Linsens arbetsavstånd

Mikroskop är utrustade med fyra avtagbara objektiv med egna förstoringar på 4×, 10×, 40× och 100×, markerade på en metallram. Objektivets förstoring beror på krökningen av den främre huvudlinsen: ju större krökning, desto kortare brännvidd och desto större förstoring. Detta måste komma ihåg vid mikroskopering - ju större förstoring linsen ger, desto mindre är det fria arbetsavståndet och desto lägre bör det sänkas ovanför provets plan.

Nedsänkning

Alla linser är uppdelade i torra och nedsänkbara, eller nedsänkbara. En lins kallas torr om det finns luft mellan den främre linsen och det aktuella preparatet. I det här fallet, på grund av skillnaden i brytningsindex för glas (1,52) och luft (1,0), avleds en del av ljusstrålarna och kommer inte in i observatörens öga. Torra systemlinser har vanligtvis en lång brännvidd och ger låg (10x) eller medium (40x) förstoring.

Nedsänkbara eller nedsänkbara linser är de linser i vilka ett flytande medium med ett brytningsindex nära glasets brytningsindex placeras mellan den främre linsen och provet. Cederolja används vanligtvis som nedsänkningsmedium. Du kan också använda vatten, glycerin, genomskinliga oljor, monobromonaftalen etc. I det här fallet etableras ett homogent (homogent) medium mellan objektivlinsens främre lins och preparatet (preparatets glas - olja - linsglas) med samma brytningsindex. Tack vare detta kommer alla strålar, utan brytning eller ändra riktning, in i linsen, vilket skapar förutsättningar för bästa belysning av läkemedlet. Värdet (n) för brytningsindex är 1,33 för vatten, 1,515 för cederträolja och 1,6 för monobromonaftalen.

Mikroskopiteknik

Mikroskopet ansluts till det elektriska nätverket med hjälp av en strömkabel. Med hjälp av en revolver installeras en lins med en förstoring på ×10 i strålbanan. Ett lätt stopp och det klickande ljudet från revolverfjädern indikerar att linsen är monterad längs den optiska axeln. Använd grovfokuseringsknappen och sänk linsen till ett avstånd på 0,5 - 1,0 cm från scenen.

Regler för att arbeta med torra linser.

Det förberedda preparatet placeras på scenen och fästs med en klämma. Flera synfält ses med en ×10 torr lins. Scenen flyttas med hjälp av sidoskruvar. Området av läkemedlet som krävs för undersökning placeras i mitten av synfältet. Lyft upp röret och, genom att rotera revolvern, flytta linsen med en förstoring på ×40, observera från sidan, med hjälp av en makrometrisk skruv, sänk ner röret med linsen igen nästan tills det kommer i kontakt med provet. Titta in i okularet och lyft mycket långsamt röret tills konturerna av bilden visas. Exakt fokusering utförs med hjälp av en mikrometerskruv, roterande den i en eller annan riktning, men inte mer än ett helt varv. Om motstånd känns vid vridning av mikrometerskruven betyder det att dess slag har avslutats. Vrid i så fall in skruven ett eller två hela varv baksidan, återigen hitta bilden med hjälp av den makrometriska skruven och fortsätt att arbeta med den mikrometriska skruven.

Det är bra att vänja sig vid att hålla båda ögonen öppna vid mikroskopering och att använda dem växelvis, eftersom det kommer att trötta mindre ut din syn.

När man byter linser bör man inte glömma att mikroskopets upplösning beror på förhållandet mellan objektivets bländare och kondensorn. Den numeriska bländaren för objektivet med ×40 förstoring är 0,65 och den för den icke nedsänkta kondensorn är 0,95. Det är praktiskt möjligt att föra dem överens med följande teknik: efter att ha fokuserat provet med linsen, ta bort okularet och, titta genom röret, täck irisbländaren på kondensorn tills dess kanter blir synliga vid kanten av den jämnt. belyst bakre lins på objektivet. Vid denna tidpunkt kommer kondensorns och objektivets numeriska öppningar att vara ungefär lika.

Regler för att arbeta med en immersionslins.

En liten droppe immersionsolja appliceras på beredningen (helst fixerad och färgad). Revolvern roteras och en immersionslins med en förstoring på 100× installeras längs den centrala optiska axeln. Kondensorn lyfts upp tills den stannar. Kondensorns irismembran öppnas helt. Titta från sidan, använd en makrometrisk skruv för att sänka röret tills linsen är nedsänkt i olja, nästan tills linsen kommer i kontakt med objektglaset på provet. Detta måste göras mycket noggrant så att frontlinsen inte rör sig och skadas. De tittar in i okularet, vrider mycket långsamt den makrometriska skruven mot sig själva och lyfter, utan att lyfta linsen från oljan, röret tills objektets konturer visas. Man bör komma ihåg att det fria arbetsavståndet i nedsänkningslinsen är 0,1 - 0,15 mm. Därefter görs exakt fokusering med hjälp av en makrometrisk skruv. Flera synfält undersöks i förberedelsen, flytta bordet med sidoskruvar. Efter avslutat arbete med nedsänkningslinsen, lyft röret, ta bort preparatet och torka försiktigt av linsens främre lins, först med en torr mjuk bomullsservett, sedan med samma servett, men lätt fuktad med ren bensin. Du bör inte lämna olja på linsens yta, eftersom det tillåter damm att lägga sig och kan leda till skador på mikroskopoptiken över tid. Preparatet befrias från olja först med en bit filterpapper, sedan behandlas glaset med bensin eller xylen.

Som du vet får en person huvuddelen av information om världen runt honom genom syn. Det mänskliga ögat är en komplex och perfekt enhet. Denna enhet skapad av naturen arbetar med ljus - elektromagnetisk strålning, vars våglängdsområde är mellan 400 och 760 nanometer. Färgen som en person uppfattar ändras från lila till röd.

Elektromagnetiska vågor som motsvarar synligt ljus interagerar med de elektroniska skalen av atomer och molekyler i ögat. Resultatet av denna interaktion beror på tillståndet hos elektronerna i dessa skal. Ljus kan absorberas, reflekteras eller sprids. Exakt vad som hände med ljuset kan avslöja mycket om de atomer och molekyler som det interagerade med. Storleksintervallet för atomer och molekyler är från 0,1 till tiotals nanometer. Detta är många gånger kortare än ljusets våglängd. Objekt av just denna storlek - låt oss kalla dem nanoobjekt - är dock mycket viktiga att se. Vad behöver göras för detta? Låt oss först diskutera vad det mänskliga ögat kan se.

Vanligtvis när man talar om upplösningen av en eller annan optisk anordning, arbeta med två koncept. Den ena är vinkelupplösning och den andra är linjär upplösning. Dessa begrepp hänger ihop. Till exempel, för det mänskliga ögat, är vinkelupplösningen ungefär 1 bågminut. I det här fallet kan ögat urskilja två punktobjekt som ligger 25–30 cm från det endast när avståndet mellan dessa objekt är mer än 0,075 mm. Detta är ganska jämförbart med upplösningen hos en konventionell datorskanner. Faktum är att 600 dpi upplösning innebär att skannern kan urskilja punkter så nära som 0,042 mm från varandra.

För att kunna särskilja föremål som ligger på ännu mindre avstånd från varandra uppfanns ett optiskt mikroskop – en anordning som ökar ögats upplösning. Dessa enheter ser olika ut (som framgår av figur 1), men deras funktionsprincip är densamma. Det optiska mikroskopet gjorde det möjligt att pressa upplösningsgränsen till bråkdelar av en mikron. Redan för 100 år sedan gjorde optisk mikroskopi det möjligt att studera mikronstora föremål. Men samtidigt blev det klart att det var omöjligt att uppnå en ytterligare ökning av upplösningen genom att helt enkelt öka antalet linser och förbättra deras kvalitet. Upplösningen hos ett optiskt mikroskop visade sig vara begränsad av ljusets egenskaper, nämligen dess vågnatur.

I slutet av seklet före förra, slogs det fast att upplösningen för ett optiskt mikroskop är . I denna formel är λ ljusets våglängd, och n synd u- mikroskoplinsens numeriska bländare, som kännetecknar både mikroskopet och substansen som är placerad mellan studieobjektet och mikroskoplinsen närmast den. I själva verket inkluderar uttrycket för den numeriska aperturen brytningsindex n miljön mellan objektet och linsen, och vinkeln u mellan linsens optiska axel och de yttersta strålarna som lämnar objektet och kan komma in i den linsen. Vakuumets brytningsindex är lika med enhet. För luft är denna indikator mycket nära enhet, för vatten är den 1,33303, och för speciella vätskor som används i mikroskopi för att få maximal upplösning, n når 1,78. Oavsett vinkel u, värdet synd u kan inte vara mer än en. Således överstiger inte ett optiskt mikroskops upplösning en bråkdel av ljusets våglängd.

Upplösningen anses generellt vara halva våglängden.

Intensitet, upplösning och förstoring av ett objekt är olika saker. Du kan göra det så att avståndet mellan mitten av bilder av objekt som är belägna 10 nm från varandra blir 1 mm. Det skulle motsvara en ökning med 100 000 gånger. Det kommer dock inte att vara möjligt att särskilja om det är ett objekt eller två. Faktum är att bilder av föremål vars dimensioner är mycket små jämfört med ljusets våglängd kommer att ha samma form och storlek, oberoende av formen på själva föremålen. Sådana objekt kallas punktobjekt - deras storlekar kan försummas. Om ett sådant punktobjekt lyser, kommer ett optiskt mikroskop att avbilda det som en ljus cirkel omgiven av ljusa och mörka ringar. Vi kommer vidare, för enkelhetens skull, överväga ljuskällor. En typisk bild av en punktljuskälla erhållen med ett optiskt mikroskop visas i figur 2. Ljusringarnas intensitet är mycket mindre än cirkelns och minskar med avståndet från bildens mitt. Oftast är det bara den första ljusringen som syns. Diametern på den första mörka ringen är . Funktionen som beskriver denna intensitetsfördelning kallas punktspridningsfunktionen. Denna funktion beror inte på förstoringen. Bilden av flera punktobjekt kommer att vara exakt cirklar och ringar, som framgår av figur 3. Den resulterande bilden kan förstoras, men om bilderna av två angränsande punktobjekt går samman kommer de att fortsätta att smälta samman. Denna typ av förstoring sägs ofta vara värdelös – större bilder blir helt enkelt suddigare. Ett exempel på värdelös förstoring visas i figur 4. Formeln kallas ofta diffraktionsgränsen, och den är så känd att den ristades på monumentet till författaren till denna formel, den tyske optiska fysikern Ernst Abbe.

Naturligtvis började optiska mikroskop med tiden att utrustas med en mängd olika enheter som gjorde det möjligt att lagra bilder. Det mänskliga ögat kompletterades först med filmkameror och filmer, och sedan av kameror baserade på digitala enheter som omvandlar ljuset som faller på dem till elektriska signaler. De vanligaste av dessa enheter är CCD-matriser (CCD står för charge-coupled device). Antalet pixlar i digitalkameror fortsätter att öka, men detta ensamt kan inte förbättra upplösningen hos optiska mikroskop.

Redan för tjugofem år sedan verkade det som att diffraktionsgränsen var oöverstiglig och att för att studera föremål vars dimensioner är många gånger mindre än ljusets våglängd var det nödvändigt att överge ljuset som sådant. Detta är precis den väg som skaparna av elektron- och röntgenmikroskop tog. Trots de många fördelarna med sådana mikroskop kvarstod problemet med att använda ljus för att se nanoobjekt. Det fanns många anledningar till detta: bekvämlighet och lätthet att arbeta med objekt, den korta tiden som krävs för att få en bild, kända metoder för att färga prover och mycket mer. Slutligen, efter år av hårt arbete, blev det möjligt att se objekt i nanoskala med hjälp av ett optiskt mikroskop. De största framstegen i denna riktning har uppnåtts inom området fluorescensmikroskopi. Naturligtvis har ingen ställt in diffraktionsgränsen, men de lyckades komma runt den. För närvarande finns det olika optiska mikroskop som gör det möjligt att undersöka föremål vars dimensioner är mycket mindre än våglängden på just det ljus som skapar bilder av dessa föremål. Alla dessa enheter har en sak gemensamt allmän princip. Låt oss försöka förklara vilken det är.

Av det som redan har sagts om diffraktionsgränsen för upplösning är det tydligt att det inte är så svårt att se en punktkälla. Om denna källa är av tillräcklig intensitet, kommer dess bild att vara tydligt synlig. Formen och storleken på denna bild, som redan nämnts, kommer att bestämmas av det optiska systemets egenskaper. Samtidigt kan du, genom att känna till det optiska systemets egenskaper och vara säker på att objektet är ett punktobjekt, bestämma exakt var objektet befinner sig. Noggrannheten för att bestämma koordinaterna för ett sådant objekt är ganska hög. Detta kan illustreras av figur 5. Koordinaterna för ett punktobjekt kan bestämmas mer exakt, ju mer intensivt det lyser. Tillbaka på 80-talet av förra seklet, med hjälp av ett optiskt mikroskop, kunde de bestämma positionen för enskilda lysande molekyler med en noggrannhet på 10–20 nanometer. En nödvändig förutsättning för en sådan noggrann bestämning av koordinaterna för en punktkälla är dess ensamhet. Den närmaste andra punktkällan måste vara så långt borta att forskaren med säkerhet vet att bilden som bearbetas motsvarar en källa. Det är klart att det är en distans l måste uppfylla villkoret. I det här fallet kan bildanalys ge mycket exakta uppgifter om själva källans position.

De flesta objekt vars dimensioner är mycket mindre än upplösningen av ett optiskt mikroskop kan representeras som en uppsättning punktkällor. Ljuskällorna i en sådan uppsättning är placerade från varandra på avstånd som är mycket mindre än . Om dessa källor lyser samtidigt, kommer det att vara omöjligt att säga något om exakt var de finns. Men om du kan få dessa källor att lysa i sin tur kan positionen för var och en av dem bestämmas med hög noggrannhet. Om denna noggrannhet överstiger avståndet mellan källorna kan man, med kunskap om var och en av dems position, ta reda på vad deras relativa positioner är. Detta innebär att information har erhållits om föremålets form och storlek, som presenteras som en uppsättning punktkällor. Med andra ord, i det här fallet kan du undersöka ett objekt med ett optiskt mikroskop vars dimensioner är mindre än diffraktionsgränsen!

Det viktiga är alltså att få information om olika delar av ett nanoobjekt oberoende av varandra. Det finns tre huvudgrupper av metoder för att göra detta.

Den första gruppen av metoder får målmedvetet en eller annan del av föremålet som studeras att lysa. Den mest kända av dessa metoder är närfältsskanning optisk mikroskopi. Låt oss ta en närmare titt på det.

Om man noggrant studerar de villkor som antyds när man talar om diffraktionsgränsen, kommer man att upptäcka att avstånden från objekt till linser är mycket större än ljusets våglängd. På avstånd som är jämförbara med och mindre än denna våglängd är bilden annorlunda. Nära alla föremål som fångas i det elektromagnetiska fältet i en ljusvåg finns ett växlande elektromagnetiskt fält, vars förändringsfrekvens är densamma som förändringsfrekvensen för fältet i ljusvågen. Till skillnad från en ljusvåg sönderfaller detta fält snabbt när det rör sig bort från nanoobjektet. Det avstånd från vilket intensiteten minskar, t.ex. e gånger, jämförbart med föremålets storlek. Således visar sig det elektromagnetiska fältet av optisk frekvens vara koncentrerat i en volym av rymden, vars storlek är mycket mindre än ljusets våglängd. Alla nanoobjekt som faller in i detta område kommer att interagera på ett eller annat sätt med det koncentrerade fältet. Om objektet med hjälp av vilket denna fältkoncentration utförs sekventiellt flyttas längs vilken bana som helst längs nanoobjektet som studeras och ljuset som emitteras av detta system registreras, då kan en bild konstrueras från individuella punkter som ligger på denna bana. Naturligtvis, vid varje punkt kommer bilden att se ut som i figur 2, men upplösningen kommer att bestämmas av hur mycket fältet var koncentrerat. Och detta bestäms i sin tur av storleken på föremålet med hjälp av vilket detta fält koncentreras.

Det vanligaste sättet att koncentrera fältet på detta sätt är att göra ett mycket litet hål i en metallskärm. Vanligtvis är detta hål placerat i änden av en spetsig ljusledare belagd med en tunn film av metall (ljusledare kallas ofta optisk fiber och används ofta för att överföra data över långa avstånd). Nu är det möjligt att tillverka hål med diametrar från 30 till 100 nm. Upplösningen är densamma i storlek. Enheter som fungerar enligt denna princip kallas optiska mikroskop för närfältsscanning. De dök upp för 25 år sedan.

Kärnan i den andra gruppen av metoder kommer ner till följande. Istället för att få närliggande nanoobjekt att lysa i sin tur kan du använda objekt som lyser i olika färger. I det här fallet, med hjälp av ljusfilter som överför ljus av en eller annan färg, kan du bestämma positionen för varje objekt och sedan skapa en enda bild. Detta är väldigt likt det som visas i figur 5, bara färgerna kommer att vara olika för de tre bilderna.

Den sista gruppen av metoder som gör det möjligt att övervinna diffraktionsgränsen och undersöka nanoobjekt använder egenskaperna hos själva de lysande objekten. Det finns källor som kan "slå på" och "stänga av" med speciellt utvalt ljus. Sådana byten sker statistiskt. Med andra ord, om det finns många omkopplingsbara nanoobjekt, kan du genom att välja ljusets våglängd och dess intensitet tvinga endast en del av dessa objekt att "stänga av". De återstående objekten kommer att fortsätta att lysa, och en bild kan erhållas från dem. Efter detta måste du "slå på" alla källor och "stänga av" några av dem igen. Uppsättningen av källor som förblir "på" kommer att skilja sig från den uppsättning som förblev "på" första gången. Genom att upprepa denna procedur många gånger kan du få stort set bilder som skiljer sig från varandra. Genom att analysera en sådan uppsättning är det möjligt att lokalisera en stor andel av alla källor med mycket hög noggrannhet, långt över diffraktionsgränsen. Ett exempel på superupplösning erhållen på detta sätt visas i figur 6.

Superupplösning optisk mikroskopi utvecklas för närvarande snabbt. Det är säkert att anta att detta område kommer att locka ett ökande antal forskare under de kommande åren, och vi hoppas att läsarna av denna artikel kommer att finnas bland dem.

Elena 3013

Den här artikeln kommer att diskutera förstoringen av ett mikroskop, måttenheterna för denna kvantitet och metoder för att visuellt bestämma enhetens upplösningsförmåga. Vi kommer också att prata om standardparametrarna för detta värde och metoder för att beräkna ökningen för en specifik typ av arbete.

Oftast anges huvudeffektparametrarna för ett mikroskop på linskroppen. Skruva loss linsen och inspektera den. Du kan se två tal skrivna som bråk. Den första är förstoring, den andra är numerisk bländare.

Bländaren kännetecknar enhetens förmåga att samla ljus och producera en tydlig bild. Linsen kan också indikera längden på röret och tjockleken på täckglaset som krävs för jobbet.

Allt om mikroskopförstoring

Förstoringen mäts i multipler (x). Relationen mellan okular-linssystemet avgör helt dess betydelse. Produkten av förstoringen av okularet och objektivet berättar om den arbetsförstoring som ett givet mikroskop skapar. Den totala förstoringens beroende av linsförstoringen är uppenbar. Baserat på styrka delas linser in i följande grupper:

Liten (högst 10x);

Medium (upp till 50x);

Stor (över 50x);

Extra stor (mer än 100x).

Det maximala objektivförstoringsvärdet för ett optiskt mikroskop är 2000x. Okularvärdet är vanligtvis 10x och ändras sällan. Men linsens förstoring varierar kraftigt (från 4 till 100x och 2000x).

När du väljer ett mikroskop måste du överväga vem som ska använda det och vilken maximal förstoring som kan behövas. Till exempel räcker 200x för en förskolebarn, skol- och universitetsmikroskop har en förstoring på 400-1000x. Men forskningsapparaten bör ge minst 1500-2000x. Detta värde gör att du kan arbeta med bakterier och små cellulära strukturer.

		Oksar.ru-Moskva	900 R
	Fler erbjudanden

Enhetsupplösning

Vad bestämmer klarheten och kvaliteten på bilden som produceras av ett mikroskop? Detta påverkas av enhetens upplösning. För att beräkna denna kvantitet måste du hitta kvoten för ljusvåglängden och två numeriska öppningar. Därför bestäms det av kondensorn och mikroskoplinsen. Vi påminner dig om att det numeriska bländarvärdet kan ses på linshylsan. Ju högre den är, desto bättre upplösning har enheten.

Det optiska mikroskopet har en upplösningsgräns på 0,2 mikron. Detta är det minsta avståndet till bilden när alla punkter på objektet är urskiljbara.

Användbar mikroskopförstoring

Vi pratar om användbar förstoring när forskarens öga fullt ut utnyttjar mikroskopets upplösningsförmåga. Detta uppnås genom att observera föremålet i den maximalt tillåtna vinkeln. Den användbara förstoringen beror bara på den numeriska bländaren och typen av objektiv. Vid beräkningen ökar den numeriska bländaren med 500-1000 gånger.

En torr lins (endast luft mellan objektet och linsen) skapar en användbar förstoring på 1000x, d.v.s. NA är 1.

En immersionslins (ett lager av immersionsmedium mellan objektet och linsen) skapar en användbar förstoring på 1250x, d.v.s. den numeriska bländaren är 1,25.

En suddig eller suddig bild indikerar att den användbara förstoringen är större eller mindre än ovanstående värden. Att öka eller minska det angivna värdet försämrar avsevärt mikroskopets prestanda.

I den här artikeln pratade vi om de viktigaste egenskaperna hos ett optiskt mikroskop och metoder för att beräkna dem. Vi hoppas att denna information kommer att vara användbar när du arbetar med denna komplexa enhet.

berätta för vänner

Ögats upplösning är begränsad. Upplösning karaktäriseras löst avstånd, dvs. det minsta avståndet mellan två angränsande partiklar där de fortfarande är synliga separat. Det upplösta avståndet för blotta ögat är cirka 0,2 mm. Ett mikroskop används för att öka upplösningen. För att studera strukturen hos metaller användes mikroskopet först 1831 av P.P. Anosov, som studerade damaskstål, och senare, 1863, av engelsmannen G. Sorby, som studerade meteoritjärn.

Det tillåtna avståndet bestäms av förhållandet:

Var l- våglängden av ljus som kommer från studieobjektet till linsen, n– brytningsindex för mediet som ligger mellan objektet och linsen, och a- vinkelöppning lika med halva öppningsvinkeln för strålen som kommer in i linsen som producerar bilden. Denna viktiga egenskap hos linsen är ingraverad på linsramen.

U bra linser maximal bländarvinkel a = 70° och sina » 0,94. De flesta studier använder torra mål som arbetar i luft (n = 1). För att minska det upplösta avståndet används immersionslinser. Utrymmet mellan objektet och linsen är fyllt med en transparent vätska (immersion) med ett högt brytningsindex. Vanligtvis används en droppe cederolja (n = 1,51).

Om vi ​​tar l = 0,55 µm för synligt vitt ljus, är det minsta upplösningsavståndet för ett ljusmikroskop:

Således är upplösningsförmågan hos ett ljusmikroskop begränsad av ljusets våglängd. Linsen förstorar den mellanliggande bilden av föremålet, som ses genom okularet, som genom ett förstoringsglas. Okularet förstorar objektets mellanbild och kan inte öka mikroskopets upplösning.

Mikroskopets totala förstoring är lika med produkten av förstoringen av objektivet och okularet. Metallografiska mikroskop används för att studera strukturen av metaller med förstoring från 20 till 2000 gånger.

Nybörjare gör ett vanligt misstag genom att försöka se strukturen omedelbart med hög förstoring. Man bör komma ihåg att ju större förstoring ett föremål har, desto mindre är området synligt i mikroskopets synfält. Därför rekommenderas det att börja studien med en svag lins för att först utvärdera allmän karaktär metallkonstruktioner över ett stort område. Om du börjar mikroanalys med en stark lins, kanske många viktiga egenskaper hos metallstrukturen inte märks.

Efter en allmän bild av strukturen vid låga förstoringar av mikroskopet väljs en lins med en sådan upplösning för att se alla nödvändiga minsta detaljer i strukturen.

Okularet är valt så att detaljerna i strukturen, förstorade av linsen, är tydligt synliga. Om okularförstoringen inte är tillräcklig kommer de fina detaljerna i den mellanliggande bilden som skapas av linsen inte att ses genom mikroskopet, och därmed kommer inte linsens fulla upplösning att användas. Om okularförstoringen är för hög kommer inte nya strukturella detaljer att avslöjas, samtidigt kommer konturerna av redan identifierade detaljer att suddas ut och synfältet blir smalare. Egen ökning okularet är graverat på dess ram (till exempel 7 x).