Микроскоптың ажыратымдылық формуласы. Микроскопты үлкейту. Микроскоптың ажыратымдылығы

Микроскоп ұлғайтқыш шыныға қарағанда үлкенірек және үлкен ажыратымдылығы бар кішкентай объектілерді бақылауға арналған. Микроскоптың оптикалық жүйесі екі бөліктен тұрады: линза және окуляр. Микроскоп линзасы окулярдың алдыңғы фокустық жазықтығында объектінің шынайы үлкейтілген кері бейнесін құрайды. Окуляр үлкейткіш әйнек сияқты әрекет етеді және ең жақсы көру қашықтығында виртуалды кескінді құрайды. Бүкіл микроскопқа қатысты қарастырылып отырған объект алдыңғы фокустық жазықтықта орналасқан.

Микроскопты үлкейту

Микролинзаның әрекеті оның сызықтық үлкейтуімен сипатталады: V ob = -Δ/F\" ob * F\" ob - микролинзаның фокустық ара қашықтығы * Δ - линзаның артқы фокусы мен алдыңғы фокусы арасындағы қашықтық оптикалық интервал немесе түтіктің оптикалық ұзындығы деп аталатын окуляр.

Микроскоп объективімен окулярдың алдыңғы фокустық жазықтығында жасалған кескін көзге көрінетін үлкейтетін ұлғайтқыш әйнек қызметін атқаратын окуляр арқылы қаралады:

G ok =¼ F жарайды

Микроскоптың жалпы үлкейтуі объективті үлкейту мен окуляр үлкейтуінің көбейтіндісі ретінде анықталады: G=V шамамен *G шамамен.

Егер бүкіл микроскоптың фокустық арақашықтығы белгілі болса, онда оның көрінетін үлкейтуін үлкейткіш әйнек сияқты анықтауға болады:

Әдетте, қазіргі заманғы микроскоп линзаларын үлкейту стандартталған және сандар қатарын құрайды: 10, 20, 40, 60, 90, 100 есе. Окулярды үлкейту де өте ерекше мәндерге ие, мысалы, 10, 20, 30 есе. Барлық заманауи микроскоптарда әртүрлі үлкейтуге қол жеткізу үшін біріктіруге болатындай етіп арнайы әзірленген және жасалған окулярлар жиынтығы бар.

Микроскоптың көру аймағы

Микроскоптың көру өрісі окулярдың бұрыштық өрісіне байланысты ω , оның ішінде жеткілікті сапалы сурет алынады: 2y=500*tg(ω)/G * G - микроскопты үлкейту

Окулярдың берілген бұрыштық өрісі үшін объект кеңістігіндегі микроскоптың сызықтық өрісі кішірек болса, оның көрінетін үлкейтуі соғұрлым үлкен болады.

Микроскоптың шығу қарашығының диаметрі

Микроскоптың шығу көзінің диаметрі келесідей есептеледі:
мұндағы А – микроскоптың алдыңғы саңылауы.

Микроскоптың шығатын қарашығының диаметрі әдетте көз қарашығының диаметрінен сәл кіші (0,5 - 1 мм).

Микроскоп арқылы бақылау кезінде көздің қарашығы микроскоптың шығатын қарашығымен сәйкес келуі керек.

Микроскоптың ажыратымдылығы

Микроскоптың маңызды сипаттамаларының бірі - оның ажыратымдылығы. Эббенің дифракциялық теориясына сәйкес микроскоптың сызықтық ажыратымдылық шегі, яғни бөлек бейнеленген нысан нүктелерінің арасындағы ең аз қашықтық микроскоптың толқын ұзындығы мен сандық саңылауына байланысты:
Оптикалық микроскоптың максималды қол жеткізуге болатын ажыратымдылығын микроскоп апертурасының өрнек негізінде есептеуге болады. Егер бұрыштың синусының максималды мүмкін мәні бірлік екенін ескерсек, онда орташа толқын ұзындығы үшін микроскоптың ажыратымдылығын есептеуге болады:

Микроскоптың ажырату қабілетін арттырудың екі жолы бар: * Объективті саңылауларды ұлғайту арқылы, * Жарықтың толқын ұзындығын азайту арқылы.

Батыру

Линзаның апертурасын ұлғайту үшін қарастырылып отырған объект пен линза арасындағы кеңістік иммерсиялық сұйықтық деп аталатын – сыну көрсеткіші бірден жоғары мөлдір затпен толтырылады. Мұндай сұйықтық ретінде су, балқарағай майы, глицерин ерітіндісі және басқа заттар қолданылады. Жоғары үлкейтетін батыру объектілерінің саңылаулары мәнге жетеді, содан кейін иммерсиялық оптикалық микроскоптың максималды қол жеткізуге болатын рұқсаты болады.

Ультракүлгін сәулелерді қолдану

Микроскоптың ажыратымдылығын арттыру үшін екінші әдісте толқын ұзындығы көрінетін сәулелерден қысқа болатын ультракүлгін сәулелер қолданылады. Бұл жағдайда ультракүлгін сәулелерге мөлдір болатын арнайы оптика қолданылуы керек. Адамның көзі ультракүлгін сәулеленуді қабылдамайтындықтан, не көрінбейтін ультракүлгін кескінді көрінетінге айналдыратын құралдарға жүгіну керек, не суретті ультракүлгін сәулелермен суретке түсіру керек. Толқын ұзындығында микроскоптың ажыратымдылығы болады.

Жоғары ажыратымдылықтан басқа, ультракүлгін сәулелерді бақылау әдісі басқа артықшылықтарға ие. Әдетте тірі объектілер спектрдің көрінетін аймағында мөлдір болады, сондықтан бақылау алдында алдын ала боялады. Бірақ кейбір объектілер (нуклеин қышқылдары, белоктар) спектрдің ультракүлгін аймағында таңдамалы сіңуіне ие, соның арқасында олар ультракүлгін сәуледе боялмай «көрінуі» мүмкін.

2. Микроскоптың оптикалық жүйесі.

3. Микроскопты үлкейту.

4. Ажыратымдылық шегі. Микроскоптың ажырату қабілеті.

5. Пайдалы микроскопты үлкейту.

6. Микроскопияның арнайы әдістері.

7. Негізгі ұғымдар мен формулалар.

8. Тапсырмалар.

Көздің заттың ұсақ бөлшектерін ажырату қабілеті торлы қабықтағы кескіннің өлшеміне немесе көру бұрышына байланысты. Көру бұрышын арттыру үшін арнайы оптикалық құрылғылар қолданылады.

25.1. Үлкейткіш

Көру бұрышын үлкейтуге арналған ең қарапайым оптикалық құрылғы қысқа фокусты жинақтаушы линза (f = 1-10 см) болып табылатын ұлғайтқыш шыны болып табылады.

Қарастырылып отырған нысан үлкейткіш әйнек пен оның алдыңғы арасына қойылады назар аударуоның виртуалды бейнесі берілген көз үшін аккомодация шегінде болатындай етіп. Әдетте алыс немесе жақын орналасу ұшақтары қолданылады. Соңғысы жақсырақ, өйткені көз шаршамайды (сақиналы бұлшықет кернеулі емес).

Нысанды «жалаңаш» қараған кезде көрінетін көру бұрыштарын салыстырайық қалыптыкөзбен және үлкейткіш әйнекпен. Біз объектінің виртуалды бейнесі шексіздікте алынған жағдай үшін есептеулерді орындаймыз (аккомодацияның алыс шегі).

Объектіні жалаң көзбен қараған кезде (25.1, а-сурет) максималды көру бұрышын алу үшін объектіні ең жақсы көру a 0 қашықтықта орналастыру керек. Нысан көрінетін көру бұрышы β = B/a 0 тең (B - нысанның өлшемі).

Объектіні үлкейткіш әйнекпен қараған кезде (25.1, б-сурет) ол үлкейткіш әйнектің алдыңғы фокустық жазықтығына орналастырылады. Бұл жағдайда көз шексіз алыс жазықтықта орналасқан В нысанының елестетілген бейнесін көреді. Кескін көрінетін көру бұрышы β" ≈ B/f тең болады.

Күріш. 25.1.Көру бұрыштары: А- жалаң көзбен; б- үлкейткіш әйнек көмегімен: f - үлкейткіш әйнектің фокус аралығы; N – көздің түйіндік нүктесі

Үлкейткіш әйнек- көру бұрышының қатынасыβ", оның астынан ұлғайтқыш әйнектегі заттың бейнесін көру бұрышына қарай көруге боладыβ, оның астында объект «жалаңаш» қалыпты көзге жақсы көру қашықтықтан көрінеді:

Ұлғайту ұлғайту жақыннан көрмейтін және алысты көретін көздер үшін әртүрлі, өйткені олардың жақсы көру қашықтығы әртүрлі.

Алыс орналасу жазықтығында кескінді қалыптастыру кезінде жақыннан көретін немесе алысты көретін көз пайдаланатын ұлғайтқыш әйнекпен берілген ұлғайту формуласын туындысыз келтірейік:

мұндағы қашықтық – тұрудың алыс шегі.

Формула (25.1) үлкейткіш әйнектің фокус аралығын азайту арқылы ерікті түрде үлкен үлкейтуге қол жеткізуге болатынын көрсетеді. Негізінде бұл шындық. Дегенмен, үлкейткіш әйнектің фокус аралығы азайған кезде және оның өлшемі өзгеріссіз қалғанда, үлкейтудің барлық әсерін жоққа шығаратын аберрациялар пайда болады. Сондықтан, бір линзалы ұлғайтқыштар әдетте 5-7 есе үлкейтеді.

Аберрацияларды азайту үшін екі немесе үш линзадан тұратын күрделі үлкейткіш көзілдіріктер жасалады. Бұл жағдайда 50 есе өсімге қол жеткізуге болады.

25.2. Микроскоптың оптикалық жүйесі

Үлкен үлкейтуге басқа линзалар немесе линзалар жүйесі жасаған объектінің нақты бейнесін үлкейткіш әйнекпен қарау арқылы қол жеткізуге болады. Мұндай оптикалық құрылғы микроскопта жүзеге асырылады. Бұл жағдайда үлкейткіш әйнек деп аталады окуляр,және басқа линза - линза.Микроскоптағы сәулелердің жолы суретте көрсетілген. 25.2.

В нысаны объективтің алдыңғы фокусының жанында (F шамамен) оның нақты, үлкейтілген кескіні B" окуляр мен алдыңғы фокусының арасында орналасатындай етіп орналастырылған.

Күріш. 25.2.Микроскоптағы сәулелердің жүру жолы.

Бұл жағдайда окуляр көзбен көретін В» елестетілген үлкейтілген кескінді береді.

Объект пен линза арасындағы қашықтықты өзгерту арқылы біз В" кескінінің көздің алыс аккомодация жазықтығында болуын қамтамасыз етеміз (бұл жағдайда көз шаршамайды). Қалыпты көру қабілеті бар адам үшін B" - бұл. окулярдың фокус жазықтығында орналасқан, ал В» шексіздікте алынады.

25.3. Микроскопты үлкейту

Микроскоптың негізгі сипаттамасы оның бұрыштық болуы арттыру.Бұл тұжырымдама ұлғайтқыш әйнектің бұрыштық үлкейтуіне ұқсас.

Микроскопты үлкейту- көру бұрышының қатынасыβ", оның астында объектінің бейнесін көруге болады окуляр,көру бұрышынаβ, оның астында объект «жалаңаш» көзге жақсы көру қашықтығынан көрінеді (a 0):

25.4. Ажыратымдылық шегі. Микроскоптың ажыратымдылығы

Түтіктің оптикалық ұзындығын ұлғайту арқылы сіз ерікті түрде үлкен үлкейтуге қол жеткізе аласыз, сондықтан объектінің ең кішкентай бөлшектерін зерттей аласыз.

Дегенмен, жарықтың толқындық қасиеттерін ескере отырып, микроскоптың көмегімен көрінетін ұсақ бөлшектердің өлшеміне байланысты шектеулер бар екенін көрсетеді. дифракциялинзаның саңылауы арқылы өтетін жарық. Дифракцияның арқасында жарықтандырылған нүктенің бейнесі нүкте емес, бірақ шағын жарық шеңбері.Егер қарастырылып отырған объектінің бөліктері (нүктелері) жеткілікті қашықтықта орналасса, онда линза олардың кескіндерін екі бөлек шеңбер түрінде береді және оларды ажыратуға болады (25.3, а-сурет). Айырықша нүктелер арасындағы ең аз қашықтық шеңберлердің «тиісуіне» сәйкес келеді (25.3, б-сурет). Егер нүктелер өте жақын орналасса, онда сәйкес «шеңберлер» қабаттасып, бір объект ретінде қабылданады (25.3, в-сурет).

Күріш. 25.3.Ажыратымдылық

Осыған байланысты микроскоптың мүмкіндіктерін көрсететін негізгі сипаттама болып табылады ажыратымдылық шегі.

Ажыратымдылық шегімикроскоп (Z) - объектінің екі нүктесі арасындағы ең аз қашықтық, оларда олар бөлек объектілер ретінде ерекшеленеді (яғни микроскопта екі нүкте ретінде қабылданады).

Ажыратымдылық шегінің кері шамасы деп аталады рұқсат.Ажыратымдылық шегі неғұрлым төмен болса, ажыратымдылық соғұрлым жоғары болады.

Микроскоптың теориялық ажыратымдылық шегі жарықтандыру үшін қолданылатын жарықтың толқын ұзындығына және бұрыштық апертуралинза.

Бұрыштық апертура(u) - объективтен объективке түсетін жарық шоғының экстремалды сәулелерінің арасындағы бұрыш.

Микроскоптың ауадағы рұқсат ету шегінің формуласын туындысыз көрсетейік:

Қайда λ - объектіні жарықтандыратын жарық толқынының ұзындығы.

Қазіргі микроскоптардың бұрыштық саңылауы 140°-қа дейін жетеді. Қабылдасақ λ = 0,555 мкм, онда ажыратымдылық шегі үшін Z = 0,3 мкм мәнін аламыз.

25.5. Пайдалы микроскопты үлкейту

Линзаның берілген ажыратымдылық шегі үшін микроскоптың үлкейтуі қаншалықты үлкен болуы керек екенін анықтайық. Көздің торлы қабықтың құрылымымен анықталатын өзінің ажырату шегі бар екенін ескерейік. 24-дәрісте біз келесі бағаны алдық көздің ажыратымдылық шегі: ZGL = 145-290 мкм. Көзге микроскоппен бөлінген нүктелерді ажырату үшін ұлғайту қажет.

Бұл өсу деп аталады пайдалы арттыру.

(25.4) формуладағы нысанды суретке түсіру үшін микроскопты пайдаланған кезде Z GL орнына фильмнің ажыратымдылық шегі Z PL қолданылуы керек екенін ескеріңіз.

Пайдалы микроскопты үлкейту- микроскоптың рұқсат ету шегіне тең өлшемі бар объектінің өлшемі көздің рұқсат ету шегіне тең кескіні бар үлкейту.

Микроскоптың Z m ≈0,3 мкм ажыратымдылық шегі үшін жоғарыда алынған бағалауды пайдалана отырып, мынаны табамыз: G p ~500-1000.

Микроскоп үшін жоғары ұлғайту мәніне қол жеткізудің мағынасы жоқ, өйткені бәрібір қосымша мәліметтер көрінбейді.

Пайдалы микроскопты үлкейту - бұл микроскоптың да, көздің де шешуші күштерінің ақылға қонымды үйлесімі.

25.6. Арнайы микроскопиялық әдістер

Микроскоптың ажырату қабілетін арттыру (ажырату шегін азайту) үшін арнайы микроскопиялық әдістер қолданылады.

1. Батыру.Кейбір микроскоптарда азайту үшін ажыратымдылық шегіобъектив пен объект арасындағы кеңістік арнайы сұйықтықпен толтырылады - батыру.Бұл микроскоп деп аталады батыруБатырудың әсері толқын ұзындығын азайту болып табылады: λ = λ 0 /n, мұнда λ 0 - вакуумдегі жарықтың толқын ұзындығы, ал n - батырудың сыну көрсеткіші. Бұл жағдайда микроскоптың ажыратымдылық шегі келесі формула бойынша анықталады ((25.3) формуласының қорытуы):

Батыру микроскоптары үшін арнайы линзалар жасалғанын ескеріңіз, өйткені сұйық ортада линзаның фокустық қашықтығы өзгереді.

2. УК микроскопиясы.Азайту үшін ажыратымдылық шегіОлар көзге көрінбейтін қысқа толқынды ультракүлгін сәулелерді пайдаланады. Ультракүлгін микроскоптарда микрообъект УК сәулелерінде зерттеледі (бұл жағдайда линзалар кварц шынысынан жасалған, ал тіркеу фотопленкада немесе арнайы флуоресцентті экранда жүзеге асырылады).

3. Микроскопиялық заттардың көлемін өлшеу.Микроскоптың көмегімен бақыланатын объектінің өлшемін анықтауға болады. Ол үшін окуляр микрометрі қолданылады. Окулярдың ең қарапайым микрометрі дөңгелек шыны пластина болып табылады, оған градуирленген шкала қолданылады. Микрометр линзадан алынған кескіннің жазықтығына орнатылады. Окуляр арқылы қараған кезде объект пен шкаланың кескіндері біріктіріліп, шкаладағы қай қашықтық өлшенген мәнге сәйкес келетінін есептей аласыз. Көз микрометрінің бөлу бағасы алдын ала белгілі нысан бойынша анықталады.

4. Микропроекция және микрофотография.Микроскоптың көмегімен объектіні окуляр арқылы бақылап қана қоймай, оны суретке түсіруге немесе экранға проекциялауға болады. Бұл жағдайда пленкаға немесе экранға А"В" аралық кескінді проекциялайтын арнайы окулярлар қолданылады.

5. Ультрамикроскопия.Микроскоп өлшемдері оның рұқсат ету қабілетінен тыс болатын бөлшектерді анықтай алады. Бұл әдіс қиғаш жарықтандыруды пайдаланады, соның арқасында микробөлшектер күңгірт фонда ашық нүктелер түрінде көрінеді, ал бөлшектердің құрылымы көрінбейді, олардың қатысу фактісін ғана анықтауға болады.

Теория көрсеткендей, микроскоп қаншалықты күшті болса да, оның ішінде 3 микроннан кіші кез келген нысан ешбір бөлшектерсіз бір нүкте ретінде бейнеленеді. Бірақ бұл мұндай бөлшектерді көруге болмайды, олардың қозғалысын бақылауға болады немесе оларды санауға болмайды дегенді білдірмейді.

Өлшемдері микроскоптың рұқсат ету шегінен кіші бөлшектерді бақылау үшін құрылғы деп аталады. ультрамикроскоп.Ультрамикроскоптың негізгі бөлігі - күшті жарықтандыру құрылғысы; Осылай жарықтандырылған бөлшектер кәдімгі микроскопта байқалады. Ультрамикроскопия сұйықта немесе газда ілінген ұсақ бөлшектердің қатты бүйірлік жарықтандыру кезінде көрінетіндігіне негізделген (күн сәулесінде көрінетін шаң бөлшектерін ойлаңыз).

25.8. Негізгі ұғымдар мен формулалар

Үстел соңы

25.8. Тапсырмалар

1. Микроскоптың объективі ретінде окулярдың фокусының арақашықтығы 2 см болатын 0,8 см линза қолданылады.Түтіктің оптикалық ұзындығы 18 см.Микроскоптың үлкейтуі неге тең?

2. Бұрыштық апертурасы u = 140 o болатын құрғақ және батыру (n = 1,55) линзалардың ажыратымдылық шегін анықтаңыз. Толқын ұзындығын 0,555 мкм деп алыңыз.

3. Толқын ұзындығында рұқсат ету шегі қандай? λ = 0,555 мкм, егер сандық апертура болса: A 1 = 0,25, A 2 = 0,65?

4. Қызғылт сары сүзгі (толқын ұзындығы 600 нм) арқылы бақылағанда, диаметрі 0,25 мкм жасуша асты элементін микроскоппен көру үшін иммерсиялық сұйықтықты қандай сыну көрсеткішін қолдану керек? Микроскоптың саңылау бұрышы 70°.

5. Үлкейткіш әйнектің жиегінде «х10» деген жазу бар.Осы ұлғайтқыш шынының фокустық аралығын анықтаңыз.

6. Микроскоп линзасының фокустық ара қашықтығы f 1 = 0,3 см, түтік ұзындығы Δ = 15 см, ұлғайту Г = 2500. Окулярдың F 2 фокустық аралығын табыңыз. Ең жақсы көру қашықтығы 0 = 25 см.

Жүйені кеңейту– қажетті есептерді шешуге байланысты сол немесе басқа микроскопты таңдауға негізделген маңызды фактор. Біз жартылай өткізгіш элементтерді 1000x немесе одан да көп үлкейту арқылы тексеру микроскопында тексеру қажет екеніне үйреніп қалдық, біз 50x стереомикроскоппен жұмыс істеу арқылы жәндіктерді зерттей аламыз, ал йодпен немесе бриллиантпен боялған пияз қабыршақтарын зерттедік. жасыл, мектепте монокулярлы микроскопта, үлкейту түсінігі бізге әлі таныс болмаған кезде.

Бірақ алдымызда сандық немесе конфокальды микроскоп болған кезде және линзалар 2000x, 5000x мәндері болғанда үлкейту тұжырымдамасын қалай түсіндіруге болады? Бұл нені білдіреді, оптикалық микроскоптағы 1000 есе үлкейту 1000x цифрлық микроскопқа ұқсас кескінді береді ме? Бұл туралы сіз осы мақалада білесіз.

Оптикалық масштабтау жүйесі

Зертханалық немесе стереоскопиялық микроскоппен жұмыс істегенде, жүйенің ағымдағы үлкейтуін есептеу қиын емес. Жүйенің барлық оптикалық компоненттерін үлкейтуді көбейту қажет. Әдетте, стереомикроскоп жағдайында бұл объективті линзаны, масштабтау линзасын немесе үлкейтетін барабанды және окулярларды қамтиды.
Кәдімгі зертханалық микроскоп жағдайында жағдай әлдеқайда қарапайым - жүйенің жалпы ұлғаюы = жұмыс жағдайында орнатылған линзаның ұлғаюына көбейтілген окулярлардың ұлғаюы. Кейде үлкейту немесе азайту коэффициенті бар микроскоп түтіктерінің арнайы үлгілері бар екенін есте ұстаған жөн (әсіресе Лейц микроскоптарының ескі үлгілерінде жиі кездеседі). Сондай-ақ, стереомикроскоптағы коаксиалды жарықтандыру көзі немесе түтіктің астында орналасқан аралық камера адаптері болсын, қосымша оптикалық компоненттерде қосымша үлкейту коэффициенті болуы мүмкін.

Қосымша оптикалық компоненттердің кейде 1-ден басқа жеке үлкейту коэффициенті болады. Бұл жағдайда Olympus SZX16 стереомикроскопының коаксиалды сәулелендіргішінде (2-тармақ) 1,5x қосымша үлкейту коэффициенті болады.

Мысалы, 10x окуляры бар стереомикроскоптың, 2x объективінің, 8x масштабындағы линзаның және 1,5x коэффициенті бар коаксиалды жарықтандыру блогының жалпы оптикалық үлкейтуі 10x2x8x1,5 = 240x болады.

Жарық микроскопының көмегімен кескінді алудың схемалық схемасы. Окуляр линза арқылы жасалған кескінді үлкейтіп, виртуалды кескінді құрайды.

Бұл жағдайда оптикалық үлкейту (G) деп оптикалық жүйеден кескін кеңістігіне шығатын сәуленің көлбеу бұрышының тангенсінің оған сәулелік конъюгат бұрышының тангенсіне қатынасы ретінде түсіну керек. нысандар. Немесе оптикалық жүйенің осіне перпендикуляр оптикалық жүйемен құрылған кесінді кескінінің ұзындығының сегменттің өзінің ұзындығына қатынасы

Геометриялық жүйені үлкейту

Жүйеде окулярлар болмаған және үлкейтілген кескін монитор экранында камера арқылы жасалған жағдайда, мысалы, микроскоптағы сияқты, оптикалық жүйенің геометриялық үлкейту терминіне көшу керек.
Микроскоптың геометриялық үлкейтуі деп монитордағы объектінің кескінінің сызықтық өлшемін зерттелетін объектінің нақты өлшеміне қатынасын айтады.
Геометриялық үлкейту мәнін келесі мәндерді көбейту арқылы алуға болады: объективтің оптикалық үлкейтуі, камера адаптерінің оптикалық үлкейтуі, монитор диагоналының камера матрицасының диагональіне қатынасы.
Мысалы, 50x объективті, 0,5x камера адаптері, 1/2,5 дюймдік камерасы бар зертханалық микроскоппен жұмыс істегенде және кескінді 14 дюймдік ноутбук мониторында көрсеткенде, біз геометриялық жүйенің үлкейтуін = 50x0,5x(14) аламыз. /0,4) = 875x.
10x окуляр жағдайында оптикалық үлкейту 500x тең болады.

Монитор экранында объектінің цифрлық бейнесін құрайтын цифрлық микроскоптар, конфокальды профилометрлер, электронды микроскоптар және басқа жүйелер геометриялық үлкейту ұғымымен жұмыс істейді. Бұл тұжырымдаманы оптикалық масштабтаумен шатастырмау керек.

Микроскоптың ажыратымдылығы

Микроскоптың ажыратымдылығы мен оның үлкейтуі бір-бірімен тығыз байланысты деген қате пікір кең тараған – үлкейту неғұрлым жоғары болса, біз ол арқылы соғұрлым кішірек объектілерді көре аламыз. Бұл дұрыс емес болып табылады. Ең маңызды фактор әрқашан рұқсатоптикалық жүйе. Өйткені, шешілмеген суретті үлкейту бізге ол туралы жаңа ақпарат бермейді.

Микроскоптың ажыратымдылығы объективті апертураның сандық мәніне, сондай-ақ жарықтандыру көзінің толқын ұзындығына байланысты. Көріп отырғаныңыздай, бұл формулада жүйені арттыру параметрі жоқ.

мұндағы λ – жарық көзінің орташа толқын ұзындығы, NA – линзаның сандық апертурасы, R – оптикалық жүйенің ажыратымдылығы.

Галоген көзі бар зертханалық микроскопта NA 0,95 объективін қолданғанда (орташа толқын ұзындығы шамамен 500 нм), біз шамамен 300 нм рұқсат аламыз.

Жарық микроскопының схемасынан көрініп тұрғандай, окулярлар объектінің нақты бейнесін үлкейтеді. Егер, мысалы, окулярлардың үлкейту коэффициентін 2 есе арттырсаңыз (микроскопқа 20 есе окулярды енгізіңіз), онда жүйенің жалпы үлкейтуі екі есе артады, бірақ ажыратымдылық өзгеріссіз қалады.

Маңызды ескерту

Қарапайым зертханалық микроскопты құрудың екі нұсқасы бар деп есептейік. Біз біріншісін 40x NA 0,65 объективті және 10x окуляр арқылы жасаймыз. Екіншісі 20x NA 0,4 объективті және 20x окулярды пайдаланады.

Екі нұсқадағы микроскоптардың үлкейтуі бірдей болады= 400x (объектив пен окулярды үлкейтуді қарапайым көбейту). Ал міне бірінші нұсқадағы рұқсат жоғарырақ болады,екіншісіне қарағанда, 40x линзаның сандық апертурасы үлкенірек. Сонымен қатар, окулярлардың көру өрісі туралы ұмытпаңыз, 20x үшін бұл параметр 20-25% төмен.

Микроскоптар микроорганизмдерді анықтау және зерттеу үшін қолданылады. Жарық микроскоптары көлемі кемінде 0,2 мкм болатын микроорганизмдерді (бактериялар, қарапайымдылар және т.б.) зерттеуге арналған, ал электронды микроскоптар кішірек микроорганизмдерді (вирустар) және бактериялардың ең кішкентай құрылымдарын зерттеуге арналған.
Қазіргі заманғы жарық микроскоптары- бұл күрделі оптикалық аспаптар, олармен жұмыс істеу белгілі бір білімді, дағдыларды және үлкен ұқыптылықты қажет етеді.
Жарық микроскоптары конструкциясы мен оптикасымен ерекшеленетін студенттік, жұмыстық, зертханалық және ғылыми-зерттеу болып бөлінеді. Тұрмыстық микроскоптардың (Биолам, Бимам, Микмед) қай топқа жататынын көрсететін белгілеулері бар (S - студент, Р - жұмысшылар, L - зертхана, I - зерттеу), жабдық цифрмен көрсетіледі.

Микроскоптың механикалық және оптикалық бөліктері бар.
TO механикалық бөлікмыналарды қамтиды: штатив (негіз мен түтік ұстағыштан тұрады) және оған линзаларды бекітуге және ауыстыруға арналған револьвері бар түтік, дайындауға арналған саты, конденсаторды және жарық сүзгілерін бекітуге арналған құрылғылар, сондай-ақ ішіне орнатылған механизмдер штатив дөрекі (макромеханизм, макробұранда) және жұқа
(микромеханизм, микробұранда) объект сатысын немесе түтік ұстағышын жылжыту.
Оптикалық бөлікМикроскоп объективтермен, окулярлармен және жарықтандыру жүйесімен бейнеленген, ол өз кезегінде сахнаның астында орналасқан Abbe конденсаторынан, жалпақ және ойыс жағы бар айнадан, сонымен қатар бөлек немесе кіріктірілген сәулелендіргіштен тұрады. Линзалар револьверге бұралып, түтіктің қарама-қарсы жағына кескін бақыланатын сәйкес окуляр орнатылады. Монокулярлы (бір окуляры бар) және бинокулярлы (екі бірдей окуляры бар) түтіктер бар.

Микроскоптың және жарықтандыру жүйесінің схемалық схемасы

1. Жарық көзі;
2. Коллектор;
3. Ирис өрісінің диафрагмасы;
4. Айна;
5. Ирис диафрагмасы;
6. Конденсатор;
7. Дәрі;
7". Препараттың үлкейтілген нақты аралық кескіні, құрастырған: линза;
7"". Үлгінің окуляр арқылы көрінетін үлкейтілген виртуалды соңғы кескіні;
8. Объектив;
9. Объектив шығыс белгішесі;
10. Окулярдың далалық диафрагмасы;
11. Окуляр;
12. Көз.

Кескінді алуда басты рөл атқарады линза. Ол объектінің үлкейтілген, нақты және төңкерілген бейнесін жасайды. Одан кейін бұл кескін қарапайым үлкейткіш әйнек сияқты үлкейтілген виртуалды кескінді жасайтын окуляр арқылы қараған кезде одан әрі үлкейтіледі.
АрттыруМикроскоптың шамамен үлкейтуін объективті үлкейтуді окулярдың үлкейтуіне көбейту арқылы анықтауға болады. Дегенмен, үлкейту кескін сапасын анықтамайды. Суреттің сапасы, оның анықтығы анықталады микроскоптың ажыратымдылығы, яғни бір-біріне жақын орналасқан екі нүктені бөлек ажырату мүмкіндігі. Ажыратымдылық шегі- бұл нүктелер әлі де бөлек көрінетін ең аз қашықтық - объект жарықтандырылған жарықтың толқын ұзындығына және линзаның сандық апертурасына байланысты. Сандық апертура, өз кезегінде, объективтің бұрыштық апертурасына және объективтің алдыңғы линзасы мен үлгінің арасында орналасқан ортаның сыну көрсеткішіне байланысты. Бұрыштық апертура - объект арқылы өтетін сәулелер объективке түсе алатын максималды бұрыш. Апертура неғұрлым үлкен болса және линза мен үлгі арасында орналасқан ортаның сыну көрсеткіші шынының сыну көрсеткішіне неғұрлым жақын болса, линзаның ажырату қабілеті соғұрлым жоғары болады. Егер конденсатор апертурасы линзаның апертурасына тең деп есептесек, онда ажыратымдылық формуласы келесі формада болады:

мұндағы R – ажыратымдылық шегі; - толқын ұзындығы; NA - сандық апертура.

Айыру пайдалыЖәне пайдасызарттыру. Пайдалы үлкейту әдетте 500-ден 1000 есеге дейін үлкейтілген линзаның сандық апертурасына тең. Жоғары көзді үлкейту жаңа мәліметтерді ашпайды және пайдасыз.
Объектив пен үлгі арасындағы ортаға байланысты шағын және орташа үлкейтетін (40 х дейін) «құрғақ» линзалар және максималды апертурасы мен үлкейтуі (90-100 x) бар батыру линзалары бар. «Құрғақ» линза – алдыңғы линза мен үлгі арасында ауасы бар линза.

Иммерсионды линзалардың ерекшелігі - мұндай линзаның алдыңғы линзасы мен препараттың арасына иммерсиялық сұйықтық орналастырылады, оның сыну көрсеткіші шыны сияқты (немесе оған жақын), ол сандық апертура мен ұлғаюды қамтамасыз етеді. линзаның рұқсаты. Суға батыру линзалары үшін суға батыру сұйықтығы ретінде тазартылған су, ал майлы линзалар үшін балқарағай майы немесе арнайы синтетикалық батыру майы қолданылады. Синтетикалық иммерсиялық майды қолданған дұрыс, өйткені оның параметрлері дәлірек стандартталған және балқарағай майынан айырмашылығы ол линзаның алдыңғы линзасының бетінде кеуіп кетпейді. Спектрдің ультракүлгін аймағында жұмыс істейтін линзалар үшін глицерин батыру сұйықтығы ретінде қолданылады. Ешбір жағдайда батыру майын және, атап айтқанда, вазелин майын алмастырғыштарды қолдануға болмайды.
**Линзалардың көмегімен алынған кескіннің әртүрлі кемшіліктері бар: сфералық және хроматикалық аберрациялар, кескін өрісінің қисаюы және т.б. Бірнеше линзалардан тұратын линзаларда бұл кемшіліктер бір дәрежеде түзетіледі. Осы кемшіліктерді түзету дәрежесіне қарай ахромат линзалары күрделі апохромат линзаларынан ажыратылады. Осыған сәйкес кескін өрісінің қисықтығы түзетілетін линзалар планхроматтар және планапохроматтар деп аталады. Бұл линзаларды пайдалану бүкіл көру өрісі бойынша анық кескінді береді, ал кәдімгі линзалар арқылы алынған кескін көру өрісінің ортасында және шеттерінде бірдей анық емес. Линзаның барлық сипаттамалары әдетте оның жақтауына ойылып жазылған: өзіндік үлкейту, диафрагма, линзаның түрі (APO - апохромат және т.б.); суға батыру линзаларының VI белгісі және төменгі бөлігінде жақтаудың айналасындағы ақ сақина, майлы линзалардың MI белгісі және қара сақинасы бар.
Барлық мақсаттар қалыңдығы 0,17 мм жабын шынысымен жұмыс істеуге арналған.
Қатты құрғақ жүйелермен (40 x) жұмыс істегенде жабынның қалыңдығы әсіресе кескін сапасына әсер етеді. Суға батыру объектілерімен жұмыс істегенде қалыңдығы 0,17 мм-ден асатын сырғытпаларды пайдалана алмайсыз, себебі жабын сырғытпасының қалыңдығы объективтің жұмыс қашықтығынан үлкен болуы мүмкін, бұл жағдайда объективті үлгіге бағыттауға тырысқанда, алдыңғы объективтің линзасы зақымдалуы мүмкін.
Окулярлар екі линзадан тұрады, сонымен қатар бірнеше түрі бар, олардың әрқайсысы объективтің белгілі бір түрімен қолданылады, бұл кескін кемшіліктерін одан әрі жояды. Окуляр түрі мен үлкейтуі жақтауда белгіленген.
Конденсатор микроскоптың немесе сəулелендіру құралының айнасы арқылы бағытталатын сəулелендіру құралының жарығын үлгіге фокустауға арналған (үстемедегі немесе кіріктірілген сəулелендіру құралын пайдаланған жағдайда). Конденсатордың бөліктерінің бірі препаратты дұрыс жарықтандыру үшін маңызды апертуралық диафрагма болып табылады.
Сәулелендіру құралы қалың жіпі бар төмен вольтты қыздыру шамынан, трансформатордан, коллекторлық линзадан және өріс диафрагмасынан тұрады, оның ашылуы препараттағы жарықтандырылған өрістің диаметрін анықтайды. Айна жарықты сəулелендіру құралынан конденсаторға бағыттайды. Сәулелендіру құралынан конденсаторға түсетін сәулелердің параллельділігін сақтау үшін айнаның тек тегіс жағын пайдалану қажет.

Жарықтандыруды орнату және микроскопты фокустау

Кескіннің сапасы көбінесе дұрыс жарықтандыруға байланысты. Микроскопия үшін үлгіні жарықтандырудың бірнеше түрлі жолдары бар. Ең көп таралған тәсілі Көлер жарықтандыру қондырғыларыол келесідей:
1) сəулелендіру құралын микроскоп айнасына қарсы орнату;
2) сəулелендіруші шамды қосып, жарықты микроскоптың жалпақ (!) айнасына бағыттау;
3) препаратты микроскоптың сатысына қою;
4) микроскоптың айнасын ақ қағазбен жауып, оған шамның жіпшесінің бейнесін фокустау, сəулелендіру құралындағы шам ұясын жылжыту;
5) айнадан қағаз парағын алыңыз;
6) конденсатордың саңылау диафрагмасын жабыңыз. Айнаны жылжыту және шам ұясын сәл жылжыту арқылы жіптің кескіні диафрагма диафрагмасына бағытталған. Сәулелендіру құралының микроскоптан қашықтығы шамның жіпшесінің кескіні конденсатордың саңылау диафрагмасының диаметріне тең болатындай болуы керек (диафрагманың диафрагма негізінің оң жағында орналасқан жалпақ айна арқылы байқауға болады). микроскоп).
7) конденсатордың саңылау диафрагмасын ашу, сəулелендіру құралының өріс диафрагмасының ашылуын азайту жəне лампаның қарқындылығын айтарлықтай азайту;
8) төмен үлкейтуде (10х), окуляр арқылы қарап, препараттың анық кескіні алынады;
9) айнаны сәл бұру арқылы жарық нүктеге ұқсайтын өріс диафрагмасының кескіні көру өрісінің ортасына беріледі. Конденсаторды түсіру және көтеру арқылы препарат жазықтығында далалық диафрагманың шеттерінің анық кескініне қол жеткізуге болады (олардың айналасында түрлі-түсті жиек көрінуі мүмкін);
10) сəулелендіру құралының өріс диафрагмасын көру өрісінің шетіне дейін ашу, шамның жіптің қарқындылығын арттыру жəне конденсатор саңылауының диафрагмасының ашылуын аздап (1/3-ке) азайту;
11) Линзаларды ауыстырған кезде жарық параметрлерін тексеру керек.
Köhler жарығын реттеуді аяқтағаннан кейін конденсатордың орнын және өріс пен диафрагманың ашылуын өзгерте алмайсыз. Препараттың жарықтандыруын тек бейтарап сүзгілермен немесе реостат көмегімен шамның қарқындылығын өзгерту арқылы реттеуге болады. Конденсатор апертурасының диафрагмасының шамадан тыс ашылуы кескін контрастының айтарлықтай төмендеуіне, ал жеткіліксіз ашылуы кескін сапасының айтарлықтай нашарлауына (дифракциялық сақиналардың пайда болуына) әкелуі мүмкін. Апертуралық диафрагманың дұрыс ашылуын тексеру үшін окулярды алып, түтікке қарап, оны жарық өрісін үштен бір бөлігін жауып тұратындай етіп ашу керек. Үлгіні төмен үлкейтетін линзалармен (10 есеге дейін) жұмыс істегенде дұрыс жарықтандыру үшін жоғарғы конденсатор линзасын бұрап алу керек.
Назар аударыңыз! Жоғары үлкейтуді қамтамасыз ететін линзалармен жұмыс істегенде - күшті құрғақ (40x) және батыру (90x) жүйелерімен, алдыңғы линзаға зақым келтірмеу үшін фокустау кезінде келесі әдісті қолданыңыз: бүйірден қарап, линзаны макроспен түсіріңіз. бұранданы үлгіге тигенше дерлік бұраңыз, содан кейін окулярға қарап, макробұранданы пайдаланып, кескін пайда болғанша линзаны өте баяу көтеріңіз және микробұранданы пайдаланып, микроскоптың соңғы фокусы орындалады.

Микроскопқа күтім жасау

Микроскоппен жұмыс істегенде үлкен күш қолданбаңыз. Линзалардың, айналардың және сүзгілердің беттерін саусақтарыңызбен ұстамаңыз.
Линзаның ішкі беттерін, сондай-ақ түтіктің призмаларын шаңнан қорғау үшін окулярды түтікте әрқашан қалдыру керек. Линзаның сыртқы беттерін тазалау кезінде эфирде жуылған жұмсақ щеткамен шаңды кетіру керек. Қажет болса, линзаның беттерін жақсы жуылған, сабынсыз зығыр матамен немесе таза бензинмен, эфирмен немесе оптиканы тазалауға арналған арнайы қоспамен аздап ылғалданған камбрикалық шүберекпен мұқият сүртіңіз. Линзаның оптикасын ксилолмен сүрту ұсынылмайды, себебі бұл олардың бөлініп кетуіне әкелуі мүмкін.
Сыртқы күмістелген айналардағы шаңды резеңке шаммен үрлеу арқылы ғана кетіруге болады. Оларды сүрту мүмкін емес. Сондай-ақ линзаларды өзіңіз бұрап немесе бөлшектеуге болмайды - бұл олардың зақымдалуына әкеледі. Микроскоптағы жұмыс аяқталғаннан кейін жоғарыда көрсетілген әдіспен алдыңғы объективті линзадан қалған батыру майды мұқият алып тастау керек. Содан кейін сатыны (немесе стационарлы микроскоптардағы конденсаторды) түсіріп, микроскопты қақпақпен жабыңыз.
Микроскоптың сыртқы түрін сақтау үшін оны мезгіл-мезгіл қышқылсыз вазелинге аздап малынған жұмсақ шүберекпен, содан кейін құрғақ, жұмсақ, таза шүберекпен сүрту керек.

Кәдімгі жарық микроскопиясынан басқа, боялмаған микроорганизмдерді зерттеуге мүмкіндік беретін микроскопиялық әдістер бар: фазалық контраст , қараңғы өрісЖәне люминесценттімикроскопия. Мөлшері жарық микроскопының рұқсатынан аз микроорганизмдер мен олардың құрылымдарын зерттеу үшін

Кескін сапасыанықталды микроскоптың ажыратымдылығы, яғни. микроскоптың оптикасы бір-біріне жақын орналасқан екі нүктені бөлек ажырата алатын ең аз қашықтық. ажыратымдылық объективтің, конденсатордың сандық саңылауына және үлгі жарықтандырылатын жарықтың толқын ұзындығына байланысты. Сандық апертура (ашу) объектив пен конденсатор мен үлгінің алдыңғы линзасы арасында орналасқан ортаның бұрыштық апертурасы мен сыну көрсеткішіне байланысты.

Объективтің бұрыштық апертурасы- бұл препарат арқылы өтетін сәулелер линзаға түсуі мүмкін максималды бұрыш (AOB). Объективтің сандық апертурасыәйнек сырғымасы мен объективті линзаның алдыңғы линзасы арасында орналасқан ортаның бұрыштық апертураның жартысының синусы мен сыну көрсеткішінің көбейтіндісіне тең. Н.А. = n sinα мұндағы, Н.А. - сандық апертура; n – үлгі мен линза арасындағы ортаның сыну көрсеткіші; sinα – диаграммадағы AOB бұрышының жартысына тең α бұрышының синусы.

Осылайша, құрғақ жүйелердің апертурасы (алдыңғы объективті линза мен ауаны дайындау арасындағы) 1-ден көп болуы мүмкін емес (әдетте 0,95 артық емес). Үлгі мен объектив арасына қойылған орта батыру сұйықтығы немесе батыру деп аталады, ал батыру сұйықтығымен жұмыс істеуге арналған объект батыру деп аталады. Ауадан жоғары сыну көрсеткіші бар батырудың арқасында линзаның сандық апертурасын және, демек, ажыратымдылықты арттыруға болады.

Линзаның сандық апертурасы әрқашан олардың жақтауларында ойып жазылған.
Микроскоптың ажыратымдылығы конденсатордың саңылауына да байланысты. Егер конденсатор апертурасын линзаның апертурасына тең деп есептесек, онда ажырату формуласы R=λ/2NA түрінде болады, мұндағы R – ажырату шегі; λ - толқын ұзындығы; N.A - сандық апертура. Бұл формуладан көрінетін жарықта (спектрдің жасыл бөлігі – λ = 550 нм) бақылағанда ажыратымдылық (разряд шегі) > 0,2 мкм бола алмайтыны анық.

Микроскоп объективінің сандық апертурасының кескін сапасына әсері

Оптикалық ажыратымдылықты арттыру жолдары

Объектив жағынан да, жарық көзі жағынан да үлкен жарық конусының бұрышын таңдау. Осының арқасында линзадағы өте жұқа құрылымдардан көбірек сынған жарық сәулелерін жинауға болады. Осылайша, ажыратымдылықты арттырудың бірінші жолы - сандық апертурасы объективтің сандық саңылауына сәйкес келетін конденсаторды пайдалану.

Екінші әдіс - алдыңғы объективті линза мен жабын сырғымасы арасында батыру сұйықтығын қолдану. Бірінші формулада сипатталған n ортаның сыну көрсеткішіне осылай әсер етеміз. Оның батыру сұйықтықтары үшін ұсынылатын оңтайлы мәні 1,51 болып табылады.

Батырғыш сұйықтықтар

Батырғыш сұйықтықтарсандық апертураны ұлғайту және сәйкесінше, осы сұйықтықтармен жұмыс істеу үшін арнайы әзірленген және сәйкесінше белгіленген батыру мақсаттарының рұқсатын арттыру үшін қажет. Объектив пен үлгі арасына қойылған батыру сұйықтарының сыну көрсеткіші ауаға қарағанда жоғары болады. Сондықтан заттың ең ұсақ бөлшектерімен ауытқыған жарық сәулелері препараттан шыққанда шашырамайды және линзаға түседі, бұл ажыратымдылықтың жоғарылауына әкеледі.

Суға батырылатын линзалар (ақ сақинамен белгіленген), майлы иммерсиялық линзалар (қара сақина), глицеринді иммерсиялық линзалар (сары сақина) және монобромонафталинді иммерсиялық линзалар (қызыл сақина) бар. Биологиялық препараттардың жарық микроскопиясында суға және майға батыру объективтері қолданылады. Арнайы кварцты глицеринді батыру объектілері қысқа толқынды ультракүлгін сәулеленуді өткізеді және ультракүлгін (флуоресцентті деп шатастырмау керек) микроскопияға (яғни ультракүлгін сәулелерді таңдап алатын биологиялық объектілерді зерттеуге) арналған. Монобромидті нафталинді батыру объектілері биологиялық объектілердің микроскопиясында қолданылмайды.

Суға батыру линзасы үшін суға батыру сұйықтығы ретінде тазартылған су, ал майға батыру линзасы үшін батыру сұйықтығы ретінде белгілі бір сыну көрсеткіші бар табиғи (кедр) немесе синтетикалық май қолданылады.

Басқа батыру сұйықтықтарынан айырмашылығы майға батырубіртекті, өйткені оның сыну көрсеткіші шынының сыну көрсеткішіне тең немесе оған өте жақын. Әдетте бұл сыну көрсеткіші (n) белгілі бір спектрлік сызық пен белгілі бір температура үшін есептеледі және май бөтелкесінде көрсетіледі. Мысалы, натрий спектріндегі D спектрлік сызығы үшін = 20°С температурада жабын шынысымен жұмыс істеуге арналған батыру майының сыну көрсеткіші 1,515 (nD 20 = 1,515), жабынсыз жұмыс үшін (nD 20 = 1,520) ).

Апохроматикалық линзалармен жұмыс істеу үшін дисперсия да қалыпқа келтіріледі, яғни спектрдің әртүрлі сызықтары үшін сыну көрсеткіштерінің айырмашылығы.

Синтетикалық иммерсиялық майды қолданған дұрыс, өйткені оның параметрлері дәлірек стандартталған және балқарағай майынан айырмашылығы ол линзаның алдыңғы линзасының бетінде кеуіп кетпейді.

Жоғарыда айтылғандарды ескере отырып, ешқандай жағдайда суға батыру майы үшін суррогаттарды және, атап айтқанда, вазелин майын қолдануға болмайды. Кейбір микроскопиялық әдістерде конденсатордың саңылауын ұлғайту үшін конденсатор мен үлгі арасына батыру сұйықтығы (әдетте тазартылған су) салынады.