Лабораторный практ по КСЕ часть 2

-11-

Основная характеристика любого микроскопа (см. рис. 8) – это его увеличение, а основные части любого оптического микроскопа – объектив (см. рис. 9) и окуляр (см. рис. 10). Объектив служит для создания увеличенного изображения изучаемого объекта, а окуляр – для рассматривания этого изображения.

Рис. 8. Общий вид типичного микроскопа. 1 - окуляр, 2 - револьверное устройство, на котором установлены 3 сменных объектива, 3 – один (из трех имеющихся) объективов, 4 – предметный столик, 5 – осветительное устройство

В простейшем случае и объектив, и окуляр – это просто собирающие линзы. Но это - только в простейшем случае. На самом деле «бес сидит в деталях» - если взять просто две линзы, то качество изображения будет «никаким» - вместо увеличенного изображения объекта мы увидим темное (низкая светосила), искаженное (сферические аберрации), расплывчатое (сферические аберрации) и притом «украшенное» цветным туманом

«провели» на уровне 0,25 мкм, условно считая, что детали меньшего размера не видны, а большего – видны.

-12-

(хроматические аберрации) «нечто», очень мало похожее на реальный объект. Поэтому в нормально работающем микроскопе и объектив, и окуляр

– это сбалансированные друг с другом сложные оптические системы, качество которых соответствует друг другу8 и заявленному увеличению микроскопа.

Увеличение микроскопа – это величина, показывающая, во сколько раз объект кажется больше, чем он есть на самом деле. Увеличение микроскопа равно произведению увеличений объектива и окуляра. Если, например, увеличение объектива равно 40 (на нем написано 40Х), а окуляра – 20 (на нем написано 20Х), то суммарное увеличение микроскопа равно 800 (40х20).

Рис. 9. Объективы. Видна маркировка на объективе с увеличением 40 (синее кольцо, 40Х). В данный момент используется объектив с увеличением

10 (с желтым кольцом)

Рис. 10. Окуляр с увеличением 20 (20Х)

8 Где тонко – там и рвется. Гадкий объектив может «свести на нет» прекрасный окуляр и наоборот.

-13-

Именно под это увеличение должно быть обеспечено качество и объектива, и окуляра9 – в противном случае мы увидим описанный выше «туман крупным планом». Хороший микроскоп на увеличение 800 позволял бы рассмотреть детали структуры размером 0,1 мм/800=0,12 мкм, если бы это было возможно теоретически. На самом деле теоретический предел разрешения для оптического микроскопа – это расстояния порядка длины световой волны (в районе 0,5 мкм) – с помощью световой волны нельзя рассмотреть объекты, меньшие световой волны. Иммерсионные микроскопы обеспечивают и меньшее разрешение (до 0,2 мкм) за счет того, что объект наблюдения помещается в жидкость (иммерсионную жидкость) с высоким показателем преломления – в такой жидкости длина волны света может быть раза в 2 меньше, чем в вакууме и разрешение – раза в 2 лучше, чем у обычного (неиммерсионного) микроскопа. Но это – предел. Лучшее увеличение (с соответствующим разрешением) дает электронный микроскоп, в котором вместо света используется пучок электронов.

На самом деле понятие «увеличение микроскопа» не следует понимать буквально. Оно сложилось исторически в те времена, когда способов увеличения изображения без использования микроскопа в общем-то, и не было. Сейчас «тупо» увеличить изображение очень легко – выделить любой фрагмент изображения на компьютере, «потянуть» мышкой за уголок – и готово, картинка стала больше. Но лучше она от этого обычно не становится, потому что дело на самом-то деле дело вовсе не в размере картинки, а именно в разрешающей способности («не в силе правота, а в правоте – сила»).

В качестве примера на рисунке приведена фотография одного и того же объекта (дифракционной решетки с расстоянием между штрихами 0,01 мм) на одном и том же микроскопе с увеличением 80 (рис. 11), 200 (рис. 12) и 800 (рис. 13).

Рис. 11. Фрагмент дифракционной решетки при увеличении 80

9 Ясно, что чем выше увеличение, тем более качественной должна быть оптика – объектив 20Х, «хороший» для суммарного увеличения микроскопа 100, может быть «очень средним» для увеличения 200 и «абсолютно непригодным» для увеличения 800.

-16-

способна заменить теоретическое разрешение 5 мкм на практическое 20 мкм. Если же разрешающая способность окажется лучше 0,5 мкм, то стоит поинтересоваться, не иммерсионный ли это микроскоп – если не иммерсионный, то следует морально подготовиться к неизбежной туманности картинки.

Описание установки

Микроскоп Микромед-С11

Рис. 16. Общий вид микроскопа Микромед С-11. 1 - окуляр (20Х), 2 – тубус окуляра, 3 – револьверный механизм с тремя объективами, 4 - один из трех объективов (4Х – с красным кольцом, 10Х – с желтым кольцом и 40Х –

с синим кольцом), 5 – препарат на предметном стекле, 6 - предметный столик, 7 - ручка для перемещения предметного столика вверх-вниз (для фокусировки), 8 – осветительное устройство (светодиод и конденсор), 9 – основание микроскопа

-17-

Внашей лабораторной работе используется микроскоп Микромед С-

11.Его общий вид показан на рисунке.

Микроскоп оснащен окуляром (20Х) и набором из трех объективов (4Х

– короткий, с красным кольцом, 10Х – средний, с желтым кольцом и 40Х – длинный, с синим кольцом), размещенных на одном общем револьверном устройстве. Это позволяет рассматривать один и тот же объект при различном увеличении (4*20=80Х, 10*20=200Х или 40*20=800Х). Для изменения увеличения не следует трогать сам объект - достаточно просто повернуть револьверное кольцо. Следует, впрочем, иметь в виду, что при смене увеличения немного сбивается наводка на резкость и меняется величина поля зрения – чем выше увеличение, тем уже поле зрения. Поэтому для того, чтобы не «потерять» объект при переходе от меньшего увеличения к большему, следует позаботиться о том, чтобы при меньшем увеличении он был в самом центре поля зрения. Кроме того, при замене объектива на более длинный иногда он начинает цеплять за объект наблюдения. Поэтому при замене объектива на более мощный следует чуть-чуть отодвигать предметный столик от объектива. Так, на всякий случай. Во избежание.

Предметный столик микроскопа предназначен для размещения объекта наблюдения – приготовленной тем или иным способом тонкой пленки или среза чего-нибудь, что рассматривается на просвет. Для размещения объекта наблюдения используется предметное стекло (см. рис. 17), на поверхности которого размещен изучаемый объект. При необходимости10 предметное стекло прижимается к поверхности предметного столика двумя пружинными лапками так, чтобы объект изучения находился напротив отверстия в предметном столике. Напротив того же отверстия ниже предметного столика расположен конденсор – линза, предназначенная для фокусирования пучка света от осветительного устройства на объект изучения. Система освещения играет важную роль в микроскопе – без нее мы видели бы только темноту.

В результате объект наблюдения (тонкая пленка) оказывается как бы самосветящимся, причем – очень сильно самосветящимся. Разумеется, на самом деле светится светодиод, а не наблюдаемая нами в микроскоп пленка, но важен результат.

Для обеспечения точной фокусировки объектива на объект наблюдения (то есть для «наводки на резкость») необходимо уметь изменять расстояние между объективом и предметным столиком. Для этого служит ручка перемещения предметного столика относительно объектива. Пользоваться этой ручкой следует осторожно – ведь «наезд» объективом на объект приведет к порче того и другого. Поэтому не следует приближать предметный столик к объективу «вслепую», то есть глядя в окуляр. Гораздо лучше проделать следующее:

10 Перемещать предметное стекло по поверхности столика, конечно, надо не в прижатом состоянии. Прижимают для фиксации, если интересный объект уже «стоит» по центру поля зрения или если все равно, на что смотреть.