Тема: Микроскопия. Специальные приемы микроскопии.

Лабораторная работа 8. Микроскоп как средство лабораторного анализа

Цель работы: 1.Изучить устройство микроскопа.

2. Освоить методы специальной микроскопии.

3. Закрепить навыки работы с оптической аппаратурой.

Оборудование: 1. Микроскоп.

2. Объектный микрометр.

3. Препараты.

4. Иммерсионное масло.

 

Контрольные вопросы

1. Линзы. Основные характеристики линз.

2. Оптическая сила линзы.

3. Линейное и угловое увеличение линзы.

4. Построение изображения в рассеивающих и собирающих линзах.

5. Недостатки линз (сферическая и хроматическая аберрации, астигматизм).

6. Оптическая система глаза. Построение изображения в глазе.

7. Аккомодация, адаптация глаза.

8. Недостатки оптической системы глаза и способы их устранения.

9. Микроскоп и его устройство. Назначение микроскопа. Ход лучей в микроскопе.

10. Увеличение микроскопа.

11. Разрешающая способность. Предел разрешения микроскопа.

12. Числовая апертура микроскопа. Связь с пределом разрешения.

13. Специальные методы микроскопии:

а) определение размеров микрообъектов;

б) иммерсионный метод;

в) метод тёмного поля;

г) фазово-контрастный метод.

Литература

1. Медицинская и биологическая физика [Электронный ресурс]: учебник / Ремизов А.Н. - 4-е изд., испр. и перераб. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2013.

2.  Ливенцев Н.М. Курс физики: учебник. – 7-е изд., стер. – СПб.: Лань, 2014,

3. Физика и биофизика. Руководство к практическим занятиям [Электронный ресурс]: учебное пособие / Антонов В.Ф., Черныш А.М., Козлова Е.К., Коржуев А.В. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2013.

Теоретические сведения

Микроскоп является одним из важнейших лабораторных приборов, применяемых для наблюдения, исследования, фотографирования микрообъектов.

Биологический микроскоп (рис. 33) состоит из механической и оптической систем.

Рисунок 33. Внешний вид биологического микроскопа

 

Механическая система микроскопа состоит из массивного основания 1, тубусодержателя 2, тубуса 3, механизма его перемещения 4, предметного столика 5 с прижимами 6.

Оптическая система микроскопа делится на две части: осветительную и наблюдательную.

Осветительная часть состоит из подвижного зеркала 7, конденсора 8, образующего на объекте сходящийся пучок света, съёмного светофильтра 9 и укрепленной на конденсоре апертурной диафрагмы 10.

Наблюдательная часть состоит из объектива 11, окуляра 12 и призмы, служащей для направления вертикальных лучей, прошедших объектив, в наклонный тубус.

Объектив представляет собой систему собирающих линз. Передняя линза служит для увеличения, остальные для исправления сферической и хроматической аберраций, создаваемых передней линзой.

Окуляр микроскопа обычно состоит из двух собирающих линз: верхней – для наблюдения изображения, нижней - направляющей все лучи, прошедшие через объектив, в верхнюю линзу.

Биологический микроскоп имеет объективы, дающие различные увеличения (указаны на объективах), и три сменных окуляра с увеличением . Объективы закреплены в револьвере 13.

Изображение, создаваемое собирающей линзой, зависит от расположения предмета относительно оптического центра линзы. Построение изображения предмета в микроскопе показано на рис. 34.

 

Рисунок 34. Ход лучей в микроскопе.

Об – объектив (короткофокусная линза); Ок – окуляр (длиннофокусная линза); О_Об, О_Ок – Оптический центр объектива и окуляра;  передний и задний фокусы объектива; передний и задний фокусы окуляра

Объектив создает увеличенное, действительное изображение  предмета. Если изображение  находится между передним фокусом  и оптическим центром окуляра, то лучи, исходящие из точек наблюдаемого в окуляр предмета, выходят из него расходящимся пучком, создавая мнимое изображение  (рис. 34).

Попадая в глаз, лучи преломляются в его средах и пересекаются на сетчатой оболочке, совпадающей с фокальной плоскостью оптической системы глаза, образуя действительное изображение предмета.

Ход лучей через окуляр микроскопа и глаз показан на рис. 35, где введены обозначения О_гл – оптический центр глаза; ФП – фокальная плоскость оптической системы глаза.

Возможны различные случаи взаимного расположения изображения  и окуляра.

 

 

Рис. 35. Ход лучей через окуляр микроскопа.

 

При наблюдении микрообъектов необходимо знать увеличение микроскопа, которое вычисляется по формуле:

,                                             (1)

где  линейное увеличение микроскопа;  оптическая длина тубуса (расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра);  фокусное расстояние объектива;  фокусное расстояние окуляра;  расстояние наилучшего зрения (25 см); - увеличение объектива (указано на объективе); увеличение окуляра (указано на окуляре). Следовательно,

 

                                       (2)

 

Увеличение микроскопа можно изменить, подбирая объективы и окуляры или изменяя длину тубуса. Однако, на практике не используют биологический микроскоп с увеличением свыше 1350 (90∙15^х), т.к. возможность различения мелких деталей объекта ограничена явлением дифракции.

Свойство оптической системы давать раздельное изображение двух близко расположенных светящихся точек называют разрешающей способностью системы.

Наименьшее возможное расстояние между двумя различимыми точками называют пределом разрешения. Предел разрешения микроскопа в случае освещения предмета сходящимся пучком лучей определяется по формуле

,                                               (3)

где  длина волны света, освещающего предмет;  относительный показатель преломления среды между объективом и предметом;  апертурный угол объектива, равный половине угла между крайними лучами конического светового пучка, входящего в объектив.

Величину  называют числовой апертурой (отмечена на объективе микроскопа). Тогда

.                                                 (4)

Предел разрешения микроскопа можно уменьшить, уменьшая длину волны света.

При иммерсионном методе микроскопии между предметом и объективом помещается жидкость, показатель преломления которой близок к показателю преломления стекла, что увеличивает яркость изображения, так как свет от предмета до объектива проходит в оптически однородной среде и нет потерь на отражение. Также при этом методе микроскопии уменьшается предел разрешения микроскопа. При иммерсионном методе используется объектив с увеличением 90.

В медицинских и биологических исследованиях микроскопы часто используют для измерения размеров микрообъектов. Для этого необходимо знать цену деления окулярной шкалы. Для определения цены деления окулярной шкалы применяют объектный микрометр – шкалу с известной ценой деления.

Объектный микрометр рассматривают в микроскоп как предмет и, совмещая в поле зрения объектную и окулярную шкалы, определяют цену деления окулярной шкалы по формуле:

,                   (5)

где  цена деления окулярной шкалы;  цена деления объектной шкалы;  число делений объектной шкалы;  число делений окулярной шкалы, совмещенных с делениями объектной шкалы.

Зная цену деления окулярной шкалы, можно вычислить размер микрообъекта по формуле

,                                               (6)

где  линейный размер микрообъекта;  число делений окулярной шкалы, закрывающих микрообъект.