Лабораторная работа№1.
Исследование биологических объектов с помощью
оптического микроскопа.
(Продолжительность - 2 часа)
Цели работы. Ознакомление учащихся с устройством оптического микроскопа и изучение принципа его работы.
Содержание работы. Изучить конструкцию оптического микроскопа, порядок работы и уход за микроскопом
Материальное обеспечение. Оптические микроскопы; препараты растительных клеток (лука, алоэ, картофеля, плесневых грибов)
Методические указания.
Оптический микроскоп. Для наблюдения объектов малых размеров, неразличимых глазом используют микроскоп (от греческих слов: «микрос» — малый, «скопео» — смотрю). Он представляет собой оптический прибор, предназначенный для изучения невидимых невооруженным глазом объектов, величина которых измеряется в большинстве случаев микрометрами (1мкм = 0,001мм = 10 -3 мм. )
Микроскоп состоит из механической и оптической частей.
Механическая часть состоит из штатива, тубуса, предметного столика и винтов.
Механическая часть:
Штатив включает основание (ножку) подковообразной формы, которая служит опорой микроскопа, и тубусодержатель, используемый для крепления подвижного тубуса и в качестве ручки для переноса микроскопа.
Тубус — это зрительная труба микроскопа. В верхнее отверстие тубуса свободно вставляется окуляр, а на нижнем его конце находится вращающийся вокруг своей оси барабан револьвера, в который ввинчиваются объективы. Вращая барабан револьвера, можно быстро центрировать объективы в процессе работы с микроскопом, т. е. ставить объективы в оптическую ось тубуса микроскопа. На револьвере напротив объектива имеется желобок, в который входит ступица (пружинка), закрепляющая объектив в центрированном положении. При попадании ступицы в желобок ощущается щелчок и требуется некоторое усилие для выведения револьвера из этого положения.
Предметный столик предназначен для размещения изучаемого препарата. Препарат закрепляют имеющимися на столике пружинными клеммами. В центре предметного столика имеется отверстие для прохождения лучей света, освещающих препарат. Предметный столик можно передвигать в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью симметрично расположенных на краях столика двух винтов, или в разных направлениях посредством боковых винтов. Вместе со столиком передвигается и препарат, что позволяет рассматривать его в разных местах.
Винты (макрометрический и микрометрический) позволяют передвигать тубус вверх и вниз для установления находящихся на нем объективов на необходимом расстоянии от препарата (так, чтобы препарат находился в фокусе данного объектива). У некоторых микроскопов при вращении винтов по часовой стрелке тубус опускается, а против часовой стрелки — поднимается. Макрометрическим винтом пользуются для предварительной установки объектива, т. е. установки его на такое удаление от препарата, при котором препарат становится видимым. При работе с объективами 40 и 90 для точной их установки используют также микрометрический винт, полный оборот которого передвигает тубус всего на 0,1 мм. Этот винт имеет сложное устройство и может испортиться при неправильном обращении с ним; его можно поворачивать не более чем на 180° в ту или другую сторону.
Оптическая часть:
К оптической части микроскопа относится оптическая система (объектив и окуляр) и осветительная система (конденсор и диафрагма).
Оптическая система микроскопа состоит из объективов и окуляров.
Объектив представляет собой систему линз, заключенных в металлическую оправу. Главная линза, обращенная к объекту, называется фронтальной. Объектив обладает определенной увеличительной (разрешающей) способностью. Чем больше кривизна линз, тем короче фокусное расстояние и больше разрешающая способность (увеличение) объектива.
Объектив дает действительное, увеличенное, обратное изображение объекта и выявляет его детали. Биологические микроскопы имеют три-четыре объектива, дающих разное увеличение. На оправе каждого объектива нанесена цифра, показывающая увеличение, даваемое данным объективом: на одном 4, на другом 10, на третьем 40, на четвертом 100 (на объективах других моделей микроскопов 8, 40, 90).
От увеличения объектива зависит еще одна характеристика микроскопа – его рабочее расстояние, т.е. расстояние от фронтальной линзы до плоскости препарата при сфокусированном объекте. Чем большее увеличение дает объектив, тем ниже следует опускать его над плоскостью препарата.
Таблица 1 –Оптические данные объективов микроскопа МБР -1
Система
|
Собственное увеличение объектива |
Числовая апертура |
Фокусное расстояние, мм |
Свободное рабочее расстояние,мм |
Сухая |
8 |
0,2 |
18,2 |
8,53 |
Сухая |
40 |
0,65 |
4,3 |
0,4 |
Масляная иммерсия |
90 |
1,25 |
1,9 |
0,1 |
Выше фронтальной линзы в объективе расположены коррекционные линзы, предназначенные для получения более четкого изображения. Как известно, изображение получаемое при помощи линз, обладает рядом недостатков - аберрацией. Наиболее существенные - сферическая и хроматическая аберрации. Первая проявляется в невозможности одновременной фокусировки всего поля зрения, вторая связана с тем, что получаемое изображение имеет окраску, которую не имеет объект. Объективы, у которых сферическая и хроматическая аберрации скоррегированы не полностью, называются ахроматами. Они содержат до шести линз и дают изображение наиболее резкое в центре. Края поля зрения при использовании ахроматов бывают окрашенными в разные цвета спектра. Ахроматы широко распространены вследствие их простоты и дешевизны. (Микроскопы МБР). Более совершенные объективы – апохроматы – состоят из 10 и более линз, и обеспечивают более равномерную резкость изображения. На их оправе имеется обозначение - «Апохр.». Планахроматы полностью устраняют искривление поля зрения, вплоть до краев. Эти объективы применяют при микрофотографировании.
Окуляр содержит две линзы, глазную —(верхнюю) и собирательную — (нижнюю), заключенных в металлическую оправу и служит для рассмотрения изображения предмета, даваемого объективом, т.е. выполняет роль лупы. Окуляр увеличивает изображение, данное объективом, т. е. дает мнимое изображение; поэтому чем в большей степени увеличивает окуляр, тем будет менее четким изображение. Биологические микроскопы имеют окуляры с увеличением в 5, 7, 10, 15 и 20 раз, что указано на их оправе, например, 15х. Общее увеличение окуляра повышается с уменьшением фокусного расстояния линз, его составляющих, поэтому более сильные окуляры будут короткими, а более слабые - длинными
Специальные, так называемые - компенсационные окуляры, используются только с апохроматами, так как они устроены так, что компенсируют хроматическую ошибку объектива. На оправе компенсационных окуляров имеется обозначение –«Комп».
Осветительная система микроскопа находится под предметным столиком и состоит из конденсора и диафрагмы.
Некоторые микроскопы снабжены зеркалом, которое отражает лучи света от источника и направляет их в сторону конденсора. Зеркало двустороннее: одна сторона плоская, другая вогнутая. При дневном освещении пользуются плоским, а при искусственном (электрическом) освещении — вогнутым зеркалом. Зеркало имеет две взаимно перпендикулярные оси, позволяющие установить его в разнообразных положениях для наилучшего отражения света от источника.
Конденсор служит для лучшего освещения препарата и состоит из нескольких линз, благодаря которым он собирает световые лучи в сильный световой пучок и направляет их через отверстие предметного столика на препарат, а затем в объектив. Конденсор с помощью винта (кремальеры конденсора) можно передвигать вверх и вниз.
При микроскопировании более крупных объектов и неокрашенных препаратов (с объективами 4, 10 и 40) конденсор опускают ниже, а при микроскопировании окрашенных препаратов и работе с объективами большого увеличения его поднимают вверх до предела, улучшая освещение.
Диафрагма находится под конденсором и служит для регулирования количества света, поступающего в конденсор. Так называемая ирисовая диафрагма состоит из ряда подвижных металлических пластинок, которые сдвигаются и раздвигаются, в результате чего отверстие диафрагмы может изменяться.
Примерные положения осветительной части микроскопа при работе с объектами представлены в таблице 1.
Таблица 1-Положения осветительной части микроскопа в зависимости от рабочего объектива и вида препарата.
Препараты |
Объективы |
Рабочее рас-стояние, мм |
Конденсор |
Диафрагма |
Неокрашенные |
х 4, х10 |
~8 |
Внизу |
Почти закрыта |
Неокр, окраш. |
Х 40 |
~0,6 |
Средн положение |
Средн положение |
Окрашенные |
Х 100 |
~0,1 |
Вверху |
Открыта |