Resolusi dan perbesaran mikroskop. Resolusi dan perbesaran mikroskop Apa yang menentukan resolusi mikroskop

Mikroskop dirancang untuk mengamati benda-benda kecil dengan perbesaran tinggi dan dengan resolusi lebih tinggi daripada yang diberikan kaca pembesar. Sistem optik mikroskop terdiri dari dua bagian: lensa objektif dan lensa okuler. Objektif mikroskop membentuk bayangan terbalik yang benar-benar diperbesar dari objek di bidang fokus depan lensa mata. Lensa mata bertindak seperti kaca pembesar dan membentuk gambar virtual pada jarak pandang terbaik. Sehubungan dengan keseluruhan mikroskop, objek yang ditinjau terletak di bidang fokus depan.

Pembesaran mikroskop

Tindakan lensa mikro ditandai dengan peningkatan liniernya: V sekitar \u003d -Δ / F \ "tentang * F \" sekitar - panjang fokus lensa mikro * - jarak antara fokus belakang lensa dan depan fokus lensa mata, yang disebut interval optik atau panjang optik tabung.

Gambar yang dibuat oleh mikroskop objektif pada bidang fokus depan lensa mata dilihat melalui lensa mata, yang bertindak seperti kaca pembesar:

G oke =¼ F oke

Perbesaran total mikroskop didefinisikan sebagai produk dari perbesaran objektif dan perbesaran lensa okuler: G=V rev *G ok

Jika panjang fokus seluruh mikroskop diketahui, maka perbesaran semu dapat ditentukan dengan cara yang sama seperti untuk kaca pembesar:

Sebagai aturan, perbesaran objektif mikroskop modern distandarisasi dan merupakan serangkaian angka: 10, 20, 40, 60, 90, 100 kali. Perbesaran okuler juga mempunyai nilai yang cukup pasti, misalnya 10, 20, 30 kali. Semua mikroskop modern memiliki seperangkat objektif dan lensa okuler yang dirancang dan dibuat khusus agar sesuai sehingga dapat digabungkan untuk mendapatkan perbesaran yang berbeda.

Bidang pandang mikroskop

Bidang pandang mikroskop tergantung pada bidang sudut lensa mata ω , di mana gambar dengan kualitas yang cukup baik diperoleh: 2y=500*tg(ω)/G * G - perbesaran mikroskop

Untuk bidang sudut tertentu lensa mata, bidang linier mikroskop dalam ruang benda adalah semakin kecil, semakin besar perbesaran yang tampak.

Mikroskop Keluar Diameter Murid

Diameter pupil keluar mikroskop dihitung sebagai berikut:
di mana A adalah bukaan depan mikroskop.

Pupil keluar mikroskop biasanya sedikit lebih kecil dari pupil mata (0,5-1 mm).

Saat mengamati melalui mikroskop, pupil mata harus sejajar dengan pupil keluar mikroskop.

Resolusi mikroskop

Salah satu karakteristik mikroskop yang paling penting adalah resolusinya. Menurut teori difraksi Abbe, batas resolusi linier mikroskop, yaitu jarak minimum antara titik-titik suatu objek yang digambarkan terpisah, tergantung pada panjang gelombang dan bukaan numerik mikroskop:
Resolusi maksimum yang dapat dicapai dari mikroskop optik dapat dihitung berdasarkan ekspresi untuk bukaan mikroskop. Jika kita memperhitungkan bahwa nilai maksimum yang mungkin dari sinus sudut adalah satu, maka untuk panjang gelombang rata-rata kita dapat menghitung resolusi mikroskop:

Ada dua cara untuk meningkatkan resolusi mikroskop: * Dengan meningkatkan bukaan lensa objektif, * Dengan mengurangi panjang gelombang cahaya.

Pencelupan

Untuk meningkatkan bukaan lensa, ruang antara objek yang ditinjau dan lensa diisi dengan apa yang disebut cairan imersi - zat transparan dengan indeks bias lebih besar dari satu. Air, minyak cedar, larutan gliserin dan zat lain digunakan sebagai cairan semacam itu. Apertur tujuan perendaman perbesaran tinggi mencapai nilai , maka resolusi maksimum yang dapat dicapai dari mikroskop optik perendaman adalah.

Penggunaan sinar ultraviolet

Untuk meningkatkan resolusi mikroskop dengan cara kedua, sinar ultraviolet digunakan, yang panjang gelombangnya lebih pendek daripada sinar tampak. Dalam hal ini, optik khusus yang transparan terhadap sinar ultraviolet harus digunakan. Karena mata manusia tidak merasakan radiasi ultraviolet, maka perlu menggunakan cara yang mengubah gambar ultraviolet yang tidak terlihat menjadi gambar yang terlihat, atau memotret gambar dalam sinar ultraviolet. Pada panjang gelombang, resolusi mikroskop akan.

Selain meningkatkan resolusi, metode pengamatan di bawah sinar ultraviolet memiliki keunggulan lain. Biasanya, benda hidup transparan di wilayah spektrum yang terlihat, dan oleh karena itu mereka diwarnai terlebih dahulu sebelum diamati. Tetapi beberapa objek (asam nukleat, protein) memiliki penyerapan selektif di wilayah spektrum ultraviolet, sehingga mereka dapat "terlihat" dalam sinar ultraviolet tanpa pewarnaan.

Daya pisah mikroskop dicirikan oleh kebalikan dari batas resolusi linier. Menurut teori difraksi Abbe, batas linier resolusi mikroskop, yaitu jarak minimum antara titik-titik suatu objek yang digambarkan terpisah, ditentukan oleh rumus

di mana batas resolusi linier; panjang gelombang cahaya di mana pengamatan dilakukan; A adalah aperture numerik, atau hanya aperture, mikroskop (microobjective).

Dari rumus (324) berikut bahwa untuk meningkatkan resolusi mikroskop, perlu untuk mengurangi panjang gelombang cahaya dan meningkatkan aperture numerik mikroskop. Kemungkinan pertama diwujudkan dengan memotret objek yang dipelajari dalam radiasi ultraviolet.

Bukaan mikroskop ditentukan oleh rumus:

Kemungkinan lain untuk meningkatkan bukaan adalah penggunaan cairan pencelupan yang ditempatkan di antara objek yang ditinjau dan objek mikro. Karena itu, cairan, air, minyak cedar, monobromonaphthalene digunakan.

Agar mata pengamat dapat sepenuhnya menggunakan resolusi mikroskop, yang ditentukan oleh rumus (324), perlu memiliki perbesaran semu yang sesuai. Jika dua titik dari bidang fokus depan sistem optik terletak pada jarak linier satu sama lain (Gbr. 157), maka

Beras. 157. Skema untuk menentukan perbesaran mikroskop yang berguna

jarak sudut antara titik-titik ini dalam ruang gambar

Mata pengamat akan melihat titik-titik ini sebagai terpisah jika jarak sudut antara mereka tidak kurang dari batas sudut resolusi mata.

Dari rumus (325), (324) dan (317) diperoleh perbesaran semu dari mikroskop

Menurut rumus terakhir, seseorang dapat menentukan perbesaran semu minimum di mana mata pengamat akan sepenuhnya menggunakan resolusi mikroskop. Peningkatan ini disebut bermanfaat. Saat menggunakan rumus (326), harus diingat bahwa dalam banyak kasus diameter pupil keluar mikroskop adalah Hal ini menyebabkan peningkatan batas resolusi sudut mata untuk mendapatkan perbesaran mikroskop.

Elena 3013

Artikel ini akan membahas perbesaran mikroskop, satuan pengukuran nilai tertentu, metode untuk menentukan daya pisah suatu instrumen secara visual. Kami juga akan berbicara tentang parameter standar nilai ini dan bagaimana menghitung kenaikan untuk jenis pekerjaan tertentu.

Paling sering, parameter daya utama mikroskop ditunjukkan pada laras lensa. Buka tutup lensa dan periksa. Anda dapat melihat dua angka yang ditulis sebagai pecahan. Yang pertama adalah perbesaran, yang kedua adalah aperture numerik.

Aperture mencirikan kemampuan perangkat untuk mengumpulkan cahaya dan mendapatkan gambar yang jelas. Juga pada lensa dapat ditunjukkan panjang tabung dan ketebalan kaca penutup yang diperlukan untuk bekerja.

Semua tentang pembesaran mikroskop

Perbesaran diukur dalam kelipatan (x). Hubungan sistem lensa-obyektif sepenuhnya menentukan signifikansinya. Hasil kali perbesaran lensa okuler dan lensa objektif menyatakan perbesaran kerja yang dihasilkan mikroskop ini. Ketergantungan perbesaran total pada perbesaran lensa jelas. Lensa daya dibagi menjadi beberapa kelompok berikut:

Kecil (tidak lebih dari 10x);

Sedang (hingga 50x);

Besar (lebih dari 50x);

Ekstra besar (lebih dari 100x).

Perbesaran objektif maksimum untuk mikroskop optik adalah 2000x. Nilai lensa mata biasanya 10x dan jarang berubah. Tetapi perbesaran lensa sangat bervariasi (dari 4 hingga 100x dan 2000x).

Saat memilih mikroskop, perlu dipertimbangkan siapa yang akan mengerjakannya, dan perbesaran maksimum apa yang mungkin diperlukan. Misalnya, 200x cukup untuk mikroskop anak prasekolah, sekolah dan universitas memiliki perbesaran 400-1000x. Tetapi perangkat penelitian harus memberikan setidaknya 1500-2000x. Nilai ini memungkinkan Anda untuk bekerja dengan bakteri dan struktur sel kecil.

		Oksar.ru-Moskow	900 R
	Penawaran lainnya

Resolusi instrumen

Apa yang menentukan kejernihan dan kualitas gambar yang diberikan mikroskop? Ini dipengaruhi oleh resolusi perangkat. Untuk menghitung nilai ini, Anda perlu menemukan hasil bagi panjang gelombang cahaya dan dua lubang numerik. Oleh karena itu, ditentukan oleh kondensor dan tujuan mikroskop. Sebagai pengingat, nilai aperture numerik dapat dilihat pada laras lensa. Semakin tinggi, semakin baik resolusi perangkat.

Mikroskop optik memiliki batas resolusi 0,2 mikron. Ini adalah jarak minimum ke gambar ketika semua titik objek dapat dibedakan.

Pembesaran mikroskop yang berguna

Kita berbicara tentang perbesaran yang berguna ketika mata peneliti sepenuhnya menggunakan kekuatan resolusi mikroskop. Ini dicapai dengan mengamati objek pada sudut maksimum yang diizinkan. Pembesaran yang berguna hanya bergantung pada bukaan numerik dan jenis lensa. Saat dihitung, bukaan numerik meningkat 500-1000 kali.

Lensa kering (hanya udara di antara objek dan lensa) menghasilkan perbesaran 1000x yang berguna, mis. bukaan numerik adalah 1.

Lensa imersi (lapisan media pencelupan antara objek dan lensa) menghasilkan perbesaran 1250x yang berguna, yaitu. bukaan numerik adalah 1,25.

Gambar buram atau kabur menunjukkan bahwa perbesaran yang berguna lebih besar atau lebih kecil dari nilai di atas. Menambah atau mengurangi nilai yang ditetapkan secara signifikan merusak kinerja mikroskop.

Pada artikel ini, kami berbicara tentang karakteristik utama mikroskop optik dan metode untuk menghitungnya. Kami berharap informasi ini akan berguna saat bekerja dengan perangkat yang kompleks ini.

beritahu teman

mikroskop cahaya

Mikroskop cahaya memberikan peningkatan hingga 2-3 ribu kali, warna dan gambar bergerak dari objek hidup, kemungkinan microcinema dan pengamatan jangka panjang dari objek yang sama, penilaian dinamika dan kimianya.

Karakteristik utama dari mikroskop apapun adalah resolusi dan kontras. Resolusi adalah jarak minimum di mana dua titik dapat dilihat secara terpisah oleh mikroskop. Resolusi mata manusia dalam mode penglihatan terbaik adalah 0,2 mm.

Kontras gambar adalah perbedaan antara kecerahan gambar dan latar belakang. Jika perbedaan ini kurang dari 3 - 4%, maka tidak mungkin untuk menangkapnya baik dengan mata atau dengan pelat fotografi; maka gambar akan tetap tidak terlihat bahkan jika mikroskop menyelesaikan detailnya. Kontras dipengaruhi baik oleh properti objek, yang mengubah keluaran cahaya dibandingkan dengan latar belakang, dan oleh kemampuan optik untuk menangkap perbedaan yang dihasilkan dalam properti berkas.

Kemungkinan mikroskop cahaya dibatasi oleh sifat gelombang cahaya. Sifat fisik cahaya - warna (panjang gelombang), kecerahan (amplitudo gelombang), fase, kerapatan dan arah perambatan gelombang berubah tergantung pada sifat objek. Perbedaan ini digunakan dalam mikroskop modern untuk menciptakan kontras.

Perbesaran mikroskop didefinisikan sebagai produk dari perbesaran objektif dan perbesaran lensa okuler. Mikroskop penelitian tipikal memiliki perbesaran lensa okuler 10, dan perbesaran objektif 10, 45, dan 100. Dengan demikian, perbesaran mikroskop semacam itu adalah dari 100 hingga 1000. Beberapa mikroskop memiliki perbesaran hingga 2000. Bahkan lebih tinggi lagi. perbesaran tidak masuk akal, karena resolusi ini tidak membaik. Sebaliknya, kualitas gambar memburuk.

Bukaan numerik digunakan untuk menyatakan resolusi sistem optik atau bukaan lensa. Bukaan lensa - intensitas cahaya per satuan luas gambar kira-kira sama dengan kuadrat NA. Nilai NA adalah sekitar 0,95 untuk lensa yang bagus. Mikroskop biasanya dirancang sedemikian rupa sehingga perbesaran totalnya sekitar 1000 NA. Jika cairan (minyak atau, lebih jarang, air suling) dimasukkan antara tujuan dan sampel, hasilnya adalah tujuan "perendaman" dengan nilai NA setinggi 1,4, dengan peningkatan yang sesuai dalam resolusi.

Metode mikroskop cahaya

Metode mikroskop cahaya (iluminasi dan observasi). Metode mikroskop dipilih (dan disediakan secara konstruktif) tergantung pada sifat dan sifat objek yang dipelajari, karena yang terakhir, seperti disebutkan di atas, mempengaruhi kontras gambar.

Metode lapangan cerah dan varietasnya

Metode medan terang dalam cahaya yang ditransmisikan digunakan dalam studi preparat transparan dengan partikel penyerap (penyerap cahaya) dan detail yang disertakan di dalamnya. Ini dapat berupa, misalnya, bagian berwarna tipis dari jaringan hewan dan tumbuhan, bagian tipis dari mineral, dll. Dengan tidak adanya persiapan, berkas cahaya dari kondensor, melewati objektif, memberikan bidang yang diterangi secara seragam di dekat bidang fokus lensa okuler. Dengan adanya elemen penyerap dalam preparasi, terjadi penyerapan parsial dan hamburan parsial dari insiden cahaya di atasnya, yang menyebabkan munculnya gambar. Dimungkinkan juga untuk menggunakan metode ini ketika mengamati benda-benda yang tidak menyerap, tetapi hanya jika benda-benda itu menghamburkan sinar penerangan dengan sangat kuat sehingga sebagian besar benda itu tidak masuk ke lensa.

Metode iluminasi miring merupakan variasi dari metode sebelumnya. Perbedaan di antara keduanya adalah bahwa cahaya diarahkan pada objek dengan sudut besar ke arah pengamatan. Terkadang ini membantu memunculkan "relief" objek karena pembentukan bayangan.

Metode medan terang dalam cahaya yang dipantulkan digunakan dalam studi objek pemantulan cahaya buram, seperti bagian tipis logam atau bijih. Penerangan persiapan (dari iluminator dan cermin tembus pandang) dilakukan dari atas, melalui lensa, yang secara bersamaan memainkan peran kondensor. Pada gambar yang dibuat pada bidang oleh lensa bersama-sama dengan lensa tabung, struktur preparasi terlihat karena perbedaan reflektifitas elemen-elemennya; di bidang yang terang, ketidakhomogenan juga dibedakan, menyebarkan insiden cahaya pada mereka.

Metode medan gelap dan varietasnya

Mikroskop medan gelap digunakan untuk mendapatkan gambar transparan, objek non-penyerap yang tidak dapat dilihat menggunakan metode medan terang. Seringkali ini adalah objek biologis. Cahaya dari iluminator dan cermin diarahkan ke persiapan oleh kondensor dengan desain khusus - yang disebut. kondensor medan gelap. Saat keluar dari kondensor, bagian utama sinar cahaya yang tidak berubah arah ketika melewati preparat transparan membentuk berkas berupa kerucut berongga dan tidak masuk ke objektif (yang terletak di dalam kerucut ini). Bayangan di mikroskop dibentuk dengan bantuan hanya sebagian kecil dari sinar yang dihamburkan oleh mikropartikel dari sediaan yang terletak pada kaca objek di dalam kerucut dan melewati lensa. Mikroskop medan gelap didasarkan pada efek Tyndall, contoh yang terkenal adalah pendeteksian partikel debu di udara ketika diterangi oleh sinar matahari yang sempit. Di bidang pandang pada latar belakang gelap, gambar terang dari elemen struktur preparasi terlihat, yang berbeda dari lingkungan dalam indeks bias. Untuk partikel besar, hanya tepi terang yang terlihat, menyebarkan sinar cahaya. Dengan menggunakan metode ini, tidak mungkin untuk menentukan dengan penampilan gambar apakah partikel itu transparan atau buram, apakah mereka memiliki indeks bias yang lebih tinggi atau lebih rendah dibandingkan dengan lingkungan.

Melakukan studi lapangan gelap

Slide tidak boleh lebih tebal dari 1,1-1,2 mm, penutup kaca 0,17 mm, tanpa goresan dan kotoran. Saat menyiapkan sediaan, keberadaan gelembung dan partikel besar harus dihindari (cacat ini akan terlihat bercahaya terang dan tidak memungkinkan pengamatan sediaan). Untuk medan gelap, iluminator yang lebih kuat dan lampu pijar maksimum digunakan.

Pengaturan pencahayaan darkfield pada dasarnya adalah sebagai berikut:

Atur cahaya menurut Koehler;

Ganti kondensor medan terang dengan kondensor medan gelap;

Minyak imersi atau air suling dioleskan ke lensa atas kondensor;

Angkat kondensor hingga menyentuh permukaan bawah kaca geser;

Lensa perbesaran rendah difokuskan pada preparasi;

Dengan bantuan sekrup tengah, titik terang dipindahkan ke tengah bidang pandang (terkadang memiliki area tengah yang gelap);

Dengan menaikkan dan menurunkan kondensor, area tengah yang gelap menghilang dan titik terang yang diterangi seragam diperoleh.

Jika ini gagal, maka perlu untuk memeriksa ketebalan slide (biasanya fenomena ini diamati saat menggunakan slide yang terlalu tebal - kerucut cahaya difokuskan pada ketebalan kaca).

Setelah pengaturan cahaya yang benar, lensa dengan perbesaran yang diinginkan dipasang dan preparasi diperiksa.

Metode ultramikroskopi didasarkan pada prinsip yang sama - preparat dalam ultramikroskop diterangi tegak lurus terhadap arah pengamatan. Dengan metode ini dimungkinkan untuk mendeteksi (tetapi tidak secara harfiah "mengamati") partikel yang sangat kecil, yang ukurannya jauh melampaui resolusi mikroskop yang paling kuat. Dengan bantuan ultramikroskop perendaman, dimungkinkan untuk mendaftarkan keberadaan dalam persiapan partikel dengan partikel berukuran hingga 2 × 10 hingga -9 m. Tetapi bentuk dan dimensi yang tepat dari partikel tersebut tidak dapat ditentukan dengan menggunakan metode ini. Gambar mereka disajikan kepada pengamat dalam bentuk bintik-bintik difraksi, yang ukurannya tidak tergantung pada ukuran dan bentuk partikel itu sendiri, tetapi pada bukaan lensa objektif dan perbesaran mikroskop. Karena partikel tersebut menyebarkan cahaya yang sangat sedikit, sumber cahaya yang sangat kuat, seperti busur listrik karbon, diperlukan untuk penerangannya. Ultramikroskop terutama digunakan dalam kimia koloid.

Metode kontras fase

Metode kontras fase dan variasinya - yang disebut. metode kontras "anoptral" dirancang untuk mendapatkan gambar objek transparan dan tidak berwarna yang tidak terlihat saat diamati menggunakan metode bidang terang. Ini termasuk, misalnya, jaringan hewan hidup yang tidak diwarnai. Inti dari metode ini adalah bahwa bahkan dengan perbedaan yang sangat kecil dalam indeks bias berbagai elemen obat, gelombang cahaya yang melewatinya mengalami perubahan fase yang berbeda (memperoleh apa yang disebut pelepasan fase). Tidak dirasakan langsung oleh mata atau pelat fotografi, perubahan fase ini diubah oleh perangkat optik khusus menjadi perubahan amplitudo gelombang cahaya, yaitu menjadi perubahan kecerahan ("relief amplitudo"), yang sudah terlihat oleh mata atau tetap pada lapisan fotosensitif. Dengan kata lain, pada gambar tampak yang dihasilkan, distribusi kecerahan (amplitudo) mereproduksi relief fase. Gambar yang dihasilkan disebut kontras fase.

Perangkat kontras fase dapat dipasang pada mikroskop cahaya apa pun dan terdiri dari:

Satu set lensa dengan pelat fase khusus;

Kondensor disk berputar. Ini memiliki diafragma annular yang sesuai dengan pelat fase di masing-masing lensa;

Teleskop bantu untuk mengatur kontras fase.

Pengaturan kontras fase adalah sebagai berikut:

Ganti lensa dan kondensor mikroskop dengan lensa fase (ditunjukkan dengan huruf Ph);

Pasang lensa perbesaran rendah. Lubang di piringan kondensor harus tanpa diafragma annular (ditandai dengan angka "0");

Sesuaikan cahaya menurut Koehler;

Pilih lensa fase dengan perbesaran yang sesuai dan fokuskan pada preparasi;

Putar piringan kondensor dan atur diafragma annular yang sesuai dengan lensa;

2. Sistem optik mikroskop.

3. Perbesaran mikroskop.

4. Batas izin. Resolusi mikroskop.

5. Pembesaran mikroskop yang berguna.

6. Teknik khusus mikroskop.

7. Konsep dan rumus dasar.

8. Tugas.

Kemampuan mata untuk membedakan detail halus dari suatu objek tergantung pada ukuran bayangan di retina atau sudut pandang. Untuk meningkatkan sudut pandang, perangkat optik khusus digunakan.

25.1. kaca pembesar

Perangkat optik paling sederhana untuk meningkatkan sudut pandang adalah kaca pembesar, yang merupakan lensa konvergen fokus pendek (f = 1-10 cm).

Benda yang dimaksud diletakkan di antara kaca pembesar dan bagian depannya fokus sedemikian rupa sehingga bayangan imajinernya berada dalam akomodasi mata tertentu. Biasanya, pesawat dengan akomodasi jauh atau dekat digunakan. Kasus terakhir lebih disukai, karena mata tidak lelah (otot annular tidak tegang).

Mari kita bandingkan sudut pandang di mana objek terlihat, dianggap oleh "telanjang" normal mata dan dengan kaca pembesar. Perhitungan dilakukan untuk kasus ketika bayangan imajiner objek diperoleh pada tak terhingga (batas jauh akomodasi).

Saat memeriksa objek dengan mata telanjang (Gbr. 25.1, a), untuk mendapatkan sudut pandang maksimum, objek harus ditempatkan pada jarak penglihatan terbaik a 0. Sudut pandang, di mana objek terlihat dalam kasus ini, sama dengan \u003d B / a 0 (B adalah ukuran objek).

Saat memeriksa sebuah objek dengan kaca pembesar (Gbr. 25.1, b), objek tersebut ditempatkan di bidang fokus depan kaca pembesar. Dalam hal ini, mata melihat bayangan imajiner dari benda B "yang terletak pada bidang yang jauh tak terhingga. Sudut pandang di mana bayangan dilihat sama dengan " ≈ V / f.

Beras. 25.1. Sudut pandang: tetapi- dengan mata telanjang; B- menggunakan kaca pembesar: f - panjang fokus kaca pembesar; N - titik nodal mata

Kaca pembesar- rasio sudut pandangβ", di mana Anda dapat melihat gambar objek dalam kaca pembesar, dengan sudut pandangβ, di mana objek terlihat oleh mata normal "telanjang" dari jarak pandang terbaik:

Perbesaran kaca pembesar untuk mata rabun dekat dan rabun jauh berbeda, karena mereka memiliki jarak penglihatan terbaik yang berbeda.

Kami memberikan tanpa penurunan rumus untuk perbesaran yang diberikan oleh kaca pembesar yang digunakan oleh mata rabun dekat atau rabun jauh ketika membentuk bayangan pada bidang akomodasi jauh:

dimana a adalah batas jauh akomodasi.

Rumus (25.1) menunjukkan bahwa dengan mengurangi panjang fokus kaca pembesar, peningkatan besar yang sewenang-wenang dapat dicapai. Pada dasarnya itu. Namun, ketika mengurangi panjang fokus kaca pembesar dan mempertahankan ukurannya, penyimpangan seperti itu muncul yang meniadakan seluruh efek pembesaran. Oleh karena itu, kaca pembesar lensa tunggal biasanya memiliki perbesaran 5-7x.

Untuk mengurangi aberasi, dibuatlah pembesar kompleks yang terdiri dari dua atau tiga lensa. Dalam hal ini, adalah mungkin untuk mencapai peningkatan 50 kali lipat.

25.2. Sistem optik mikroskop

Pembesaran yang lebih besar dapat dicapai dengan memeriksa dengan kaca pembesar gambar sebenarnya dari suatu objek yang dibuat oleh lensa atau sistem lensa lain. Perangkat optik semacam itu diimplementasikan dalam mikroskop. Kaca pembesar dalam hal ini disebut lensa mata, dan lensa lainnya lensa. Lintasan sinar di mikroskop ditunjukkan pada Gambar. 25.2.

Benda B diletakkan di dekat fokus depan lensa (F rev) sehingga bayangan B sebenarnya yang diperbesar berada di antara lensa okuler dan fokus depannya.

Beras. 25.2. Lintasan sinar pada mikroskop.

Dalam hal ini, lensa mata memberikan gambar yang diperbesar secara virtual B", yang diperiksa oleh mata.

Dengan mengubah jarak antara benda dan lensa, bayangan B “berada pada bidang akomodasi jauh mata (dalam hal ini mata tidak menjadi lelah). Untuk orang dengan penglihatan normal, B” terletak di bidang fokus lensa okuler, dan B "diperoleh pada tak terhingga.

25.3. Pembesaran mikroskop

Ciri utama mikroskop adalah sudutnya meningkatkan. Konsep ini analog dengan perbesaran sudut kaca pembesar.

Pembesaran mikroskop- rasio sudut pandangβ", di mana Anda dapat melihat gambar objek di lensa mata, ke sudut pandangβ, di mana objek terlihat dengan mata "telanjang" dari jarak penglihatan terbaik (a 0):

25.4. Batas izin. Resolusi mikroskop

Seseorang mungkin mendapat kesan bahwa, dengan meningkatkan panjang optik tabung, seseorang dapat mencapai perbesaran besar yang sewenang-wenang dan, oleh karena itu, pertimbangkan detail terkecil dari objek.

Namun, dengan mempertimbangkan sifat gelombang cahaya menunjukkan bahwa ukuran detail kecil yang dapat dilihat dengan mikroskop tunduk pada batasan yang terkait dengan difraksi cahaya yang melewati bukaan lensa. Karena difraksi, bayangan dari titik yang disinari bukanlah sebuah titik, tetapi lingkaran cahaya kecil. Jika detail (titik) objek yang diperhatikan cukup jauh, maka lensa akan memberikan bayangannya dalam bentuk dua lingkaran terpisah dan dapat dibedakan (Gbr. 25.3, a). Jarak terkecil antara titik-titik yang dapat dibedakan sesuai dengan "sentuhan" lingkaran (Gbr. 25.3, b). Jika titik-titiknya sangat dekat, maka "lingkaran" yang sesuai dengannya tumpang tindih dan dianggap sebagai satu objek (Gbr. 25.3, c).

Beras. 25.3. Resolusi

Ciri utama yang menunjukkan kemampuan mikroskop dalam hal ini adalah batas resolusi.

Batas resolusi mikroskop (Z) - jarak terkecil antara dua titik dari suatu objek di mana mereka dapat dibedakan sebagai objek yang terpisah (yaitu dianggap dalam mikroskop sebagai dua titik).

Kebalikan dari batas resolusi disebut daya penyelesaian. Semakin kecil batas resolusi, semakin besar resolusinya.

Batas teoritis resolusi mikroskop tergantung pada panjang gelombang cahaya yang digunakan untuk penerangan dan bukaan sudut lensa.

Bukaan sudut(u) - sudut antara sinar ekstrem dari berkas cahaya yang memasuki lensa objektif dari objek.

Mari kita tunjukkan tanpa penurunan rumus untuk batas resolusi mikroskop di udara:

di mana λ adalah panjang gelombang cahaya yang menyinari benda tersebut.

Mikroskop modern memiliki bukaan sudut hingga 140 °. Jika menerima λ = 0,555 m, maka didapatkan nilai Z = 0,3 m untuk batas resolusi.

25.5. Pembesaran mikroskop yang berguna

Mari kita cari tahu seberapa besar perbesaran mikroskop untuk batas tertentu resolusi tujuannya. Mari kita perhatikan bahwa mata memiliki batas resolusinya sendiri karena struktur retina. Dalam Kuliah 24 kami memperoleh perkiraan berikut untuk batas resolusi mata: Z GL = 145-290 m. Agar mata dapat membedakan titik-titik yang sama yang dipisahkan mikroskop, perbesaran diperlukan.

Peningkatan ini disebut peningkatan yang bermanfaat.

Perhatikan bahwa saat menggunakan mikroskop untuk memotret objek dalam rumus (25.4), sebagai ganti Z GL, seseorang harus menggunakan batas resolusi film Z PL.

Pembesaran mikroskop yang berguna- perbesaran di mana suatu benda yang berukuran sama dengan batas resolusi mikroskop memiliki bayangan yang ukurannya sama dengan batas resolusi mata.

Menggunakan perkiraan yang diperoleh di atas untuk batas resolusi mikroskop Z m 0.3 m), kami menemukan: G p ~ 500-1000.

Tidak masuk akal untuk mencapai nilai yang lebih besar untuk memperbesar mikroskop, karena bagaimanapun juga tidak mungkin untuk melihat detail tambahan.

Pembesaran mikroskop yang berguna - ini adalah kombinasi yang masuk akal dari kekuatan penyelesaian mikroskop dan mata.

25.6. Teknik Mikroskop Khusus

Teknik mikroskop khusus digunakan untuk meningkatkan resolusi (mengurangi batas resolusi) mikroskop.

1. Pencelupan. Dalam beberapa mikroskop, untuk mengurangi batas resolusi ruang antara lensa dan objek diisi dengan cairan khusus - pencelupan. Mikroskop semacam itu disebut pencelupan. Efek perendaman adalah untuk mengurangi panjang gelombang: λ = λ 0 /n, dimana λ 0 - panjang gelombang cahaya dalam ruang hampa, dan n adalah indeks bias pencelupan. Dalam hal ini, batas resolusi mikroskop ditentukan oleh rumus berikut (generalisasi rumus (25.3)):

Perhatikan bahwa lensa khusus dibuat untuk mikroskop imersi, karena panjang fokus lensa berubah dalam media cair.

2. mikroskop UV. Untuk penurunan batas resolusi menggunakan radiasi ultraviolet gelombang pendek, tidak terlihat oleh mata. Dalam mikroskop ultraviolet, objek mikro diperiksa dalam sinar UV (dalam hal ini, lensa terbuat dari kaca kuarsa, dan pendaftaran dilakukan pada film fotografi atau pada layar luminescent khusus).

3. Pengukuran ukuran benda mikroskopis. Dengan menggunakan mikroskop, Anda dapat menentukan ukuran objek yang diamati. Untuk melakukan ini, gunakan mikrometer okuler. Mikrometer okular paling sederhana adalah pelat kaca bundar di mana skala dengan pembagian diterapkan. Mikrometer diatur dalam bidang bayangan yang diterima dari lensa. Ketika dilihat melalui lensa mata, gambar objek dan skala bergabung, dimungkinkan untuk menghitung berapa jarak di sepanjang skala yang sesuai dengan nilai yang diukur. Sebelumnya tentukan nilai pembagian mikrometer okuler menurut objek yang diketahui.

4. Proyeksi mikro dan mikrofotografi. Dengan menggunakan mikroskop, Anda tidak hanya dapat mengamati suatu objek melalui lensa okuler, tetapi juga memotretnya atau memproyeksikannya ke layar. Dalam hal ini, lensa okuler khusus digunakan, yang memproyeksikan gambar perantara A "B" ke film atau ke layar.

5. Ultramikroskopi. Mikroskop memungkinkan Anda mendeteksi partikel yang ukurannya berada di luar resolusinya. Metode ini menggunakan iluminasi miring, karena mikropartikel terlihat sebagai titik terang pada latar belakang gelap, sedangkan struktur partikel tidak dapat dilihat, hanya fakta keberadaannya yang dapat ditentukan.

Teori menunjukkan bahwa tidak peduli seberapa kuat mikroskop itu, objek apa pun yang berukuran lebih kecil dari 3 mikron akan direpresentasikan di dalamnya hanya sebagai satu titik, tanpa detail apa pun. Tetapi ini tidak berarti bahwa partikel tersebut tidak dapat dilihat, dipantau, atau dihitung.

Untuk mengamati partikel yang dimensinya lebih kecil dari batas resolusi mikroskop, alat yang disebut ultramikroskop. Bagian utama dari ultramikroskop adalah perangkat penerangan yang kuat; partikel diterangi dengan cara ini diamati dalam mikroskop biasa. Ultramikroskopi didasarkan pada fakta bahwa partikel kecil yang tersuspensi dalam cairan atau gas dibuat terlihat di bawah iluminasi sisi yang kuat (ingat partikel debu yang terlihat di bawah sinar matahari).

25.8. Konsep dan rumus dasar

Akhir meja

25.8. tugas

1. Sebuah lensa dengan jarak fokus 0,8 cm digunakan sebagai mikroskop objektif dengan jarak fokus lensa okuler 2 cm. Panjang optis tabung adalah 18 cm. Berapakah perbesaran mikroskop?

2. Tentukan batas resolusi lensa kering dan lensa imersi (n = 1,55) dengan bukaan sudut u = 140 o. Ambil panjang gelombang yang sama dengan 0,555 m.

3. Berapa batas resolusi pada panjang gelombang? λ \u003d 0,555 mikron, jika bukaan numerik adalah: A 1 \u003d 0,25, A 2 \u003d 0,65?

4. Dengan indeks bias berapakah cairan perendaman harus diambil untuk mengamati suatu unsur subselular yang berdiameter 0,25 m di mikroskop jika dilihat melalui filter cahaya jingga (panjang gelombang 600 nm)? Sudut bukaan mikroskop adalah 70°.

5. Pada tepi kaca pembesar terdapat tulisan “x10” Tentukan jarak fokus kaca pembesar ini.

6. Panjang fokus lensa mikroskop f 1 = 0,3 cm, panjang tabung Δ \u003d 15 cm, perbesaran G \u003d 2500. Temukan panjang fokus F 2 lensa okuler. Jarak pandang terbaik a 0 = 25 cm.