Mikroskobun çözünürlüğü ve büyütülmesi. Mikroskobun çözünürlüğü ve büyütülmesi Mikroskobun çözünürlüğü nasıl belirlenir?

Mikroskop, küçük nesneleri büyütecin sağladığından daha büyük büyütme ve daha yüksek çözünürlükle gözlemlemek için tasarlanmıştır. Mikroskobun optik sistemi iki parçadan oluşur: mercek ve mercek. Mikroskop merceği, göz merceğinin ön odak düzlemindeki nesnenin gerçek büyütülmüş ters görüntüsünü oluşturur. Mercek bir büyüteç görevi görür ve en iyi görüş mesafesinde sanal bir görüntü oluşturur. Mikroskopun tamamına göre söz konusu nesne ön odak düzleminde yer alır.

Mikroskop Büyütme

Bir mikro merceğin hareketi doğrusal büyütme ile karakterize edilir: V ob = -Δ/F\" ob * F\" ob - mikro merceğin odak uzaklığı * Δ - merceğin arka odağı ile merceğin ön odağı arasındaki mesafe mercek, tüpün optik aralığı veya optik uzunluğu olarak adlandırılır.

Göz merceğinin ön odak düzleminde mikroskop objektifi tarafından oluşturulan görüntü, görünür büyütmeye sahip bir büyüteç görevi gören göz merceği aracılığıyla izlenir:

Tamam =¼ F tamam

Bir mikroskobun genel büyütmesi, objektif büyütme ile göz merceği büyütmesinin çarpımı olarak belirlenir: G=V yaklaşık *G yaklaşık

Mikroskobun tamamının odak uzaklığı biliniyorsa, görünen büyütme oranı, büyüteçle aynı şekilde belirlenebilir:

Kural olarak, modern mikroskop merceklerinin büyütülmesi standartlaştırılmıştır ve bir dizi sayıya karşılık gelir: 10, 20, 40, 60, 90, 100 katı. Göz merceği büyütmelerinin de çok spesifik değerleri vardır; örneğin 10, 20, 30 kat. Tüm modern mikroskoplar, farklı büyütme oranları elde etmek üzere birleştirilebilecek şekilde özel olarak tasarlanmış ve birbirine uyacak şekilde üretilmiş bir dizi objektife ve göz merceğine sahiptir.

Mikroskobun görüş alanı

Mikroskopun görüş alanı göz merceğinin açısal alanına bağlıdır ω oldukça iyi kalitede bir görüntü elde edilir: 2y=500*tg(ω)/G * G - mikroskop büyütmesi

Göz merceğinin belirli bir açısal alanı için, mikroskobun nesne uzayındaki doğrusal alanı, görünür büyütmesi ne kadar büyükse o kadar küçüktür.

Mikroskop çıkış gözbebeği çapı

Bir mikroskobun çıkış gözbebeği çapı şu şekilde hesaplanır:
burada A mikroskobun ön açıklığıdır.

Mikroskobun çıkış gözbebeğinin çapı genellikle gözbebeğinin çapından (0,5 - 1 mm) biraz daha küçüktür.

Mikroskopla gözlem yaparken, gözün gözbebeği mikroskobun çıkış gözbebeğiyle aynı hizada olmalıdır.

Mikroskop çözünürlüğü

Mikroskobun en önemli özelliklerinden biri çözünürlüğüdür. Abbe'nin kırınım teorisine göre, bir mikroskobun doğrusal çözünürlük sınırı, yani bir nesne üzerinde ayrı olarak görüntülenen noktalar arasındaki minimum mesafe, mikroskobun dalga boyuna ve sayısal açıklığına bağlıdır:
Bir optik mikroskobun elde edilebilecek maksimum çözünürlüğü, mikroskop açıklığı ifadesine dayanarak hesaplanabilir. Açının sinüsünün mümkün olan maksimum değerinin birlik olduğunu hesaba katarsak, ortalama dalga boyu için mikroskobun çözünürlüğünü hesaplayabiliriz:

Mikroskobun çözünürlüğünü arttırmanın iki yolu vardır: * Objektif açıklığını artırarak, * Işığın dalga boyunu azaltarak.

Daldırma

Merceğin açıklığını arttırmak için, söz konusu nesne ile mercek arasındaki boşluk, daldırma indisi birden büyük olan şeffaf bir madde olan daldırma sıvısı adı verilen bir maddeyle doldurulur. Sıvı olarak su, sedir yağı, gliserin çözeltisi ve diğer maddeler kullanılır. Yüksek büyütmeli daldırma hedeflerinin açıklıkları değerine ulaştığında, bir daldırma optik mikroskobunun elde edilebilecek maksimum çözünürlüğü olacaktır.

Ultraviyole ışınlarının uygulanması

Mikroskobun çözünürlüğünü arttırmak için ikinci yöntemde, dalga boyu görünür ışınlarınkinden daha kısa olan ultraviyole ışınları kullanılır. Bu durumda ultraviyole ışığa karşı şeffaf olan özel optiklerin kullanılması gerekir. İnsan gözü ultraviyole radyasyonu algılamadığından, ya görünmez ultraviyole görüntüyü görünür hale dönüştürecek araçlara başvurmak ya da görüntüyü ultraviyole ışınlarda fotoğraflamak gerekir. Dalga boyunda mikroskobun çözünürlüğü olacaktır.

Ultraviyole ışık gözlem yönteminin artan çözünürlüğün yanı sıra başka avantajları da vardır. Tipik olarak canlı nesneler spektrumun görünür bölgesinde şeffaftır ve bu nedenle gözlemden önce önceden boyanır. Ancak bazı nesneler (nükleik asitler, proteinler), spektrumun ultraviyole bölgesinde seçici absorpsiyona sahiptir, bu nedenle ultraviyole ışıkta lekelenmeden "görünür" olabilirler.

Bir mikroskobun çözünürlüğü, doğrusal çözünürlük sınırının tersi ile karakterize edilir. Abbe'nin kırınım teorisine göre, bir mikroskobun doğrusal çözünürlük sınırı, yani bir nesnenin ayrı olarak görüntülenen noktaları arasındaki minimum mesafe, aşağıdaki formülle belirlenir:

doğrusal çözünürlük sınırı nerede; gözlemin yapıldığı ışığın dalga boyu; A, bir mikroskobun (mikrolenler) sayısal açıklığı veya basitçe açıklığıdır.

Formül (324)'ten mikroskobun çözünürlüğünü arttırmak için ışığın dalga boyunu azaltmak ve mikroskobun sayısal açıklığını arttırmak gerektiği sonucu çıkar. İlk olasılık, incelenen nesnelerin ultraviyole radyasyon altında fotoğraflanmasıyla gerçekleştirilir.

Bir mikroskobun açıklığı aşağıdaki formülle belirlenir: Modern yüksek kaliteli mikro merceklerin açıklık açısının değeri neredeyse sınıra getirilmiştir.

Açıklığı arttırmanın bir başka olasılığı, söz konusu nesne ile mikromercek arasına yerleştirilen bir daldırma sıvısının kullanılmasıdır. Sıvı olarak su, sedir yağı, monobromonaftalin kullanılır.

Gözlemcinin gözünün formül (324) ile belirlenen mikroskobun çözünürlüğünü tam olarak kullanabilmesi için uygun bir görünür büyütmeye sahip olmak gerekir. Optik sistemin ön odak düzleminin iki noktası birbirinden doğrusal bir mesafede bulunuyorsa (Şekil 157), o zaman

Pirinç. 157. Mikroskopun faydalı büyütme oranını belirleyen diyagram

görüntü uzayındaki bu noktalar arasındaki açısal mesafe

Gözlemcinin gözü bu noktaları, aralarındaki açısal mesafe gözün açısal çözünürlük sınırından az olmadığı sürece ayrı olarak algılayacaktır.

Formül (325), (324) ve (317)'den mikroskobun görünen büyütülmesi sonucu çıkar.

Son formülü kullanarak, gözlemcinin gözünün mikroskobun çözme gücünü tam olarak kullanacağı minimum görünür büyütmeyi belirleyebilirsiniz. Bu artışa faydalı denir. Formül (326) kullanılırken, birçok durumda mikroskobun çıkış gözbebeğinin çapının şu şekilde olduğu akılda tutulmalıdır: Bu, gözün açısal çözünürlük sınırında bir artışa yol açar. Spektrumun görünür bölgesini, daha sonra (326)'ya göre gözün açısal çözünürlüğünde mikroskobun büyütülmesini elde ederiz.

Helena 3013

Bu makalede mikroskobun büyütülmesi, bu miktarın ölçü birimleri ve cihazın çözme gücünün görsel olarak belirlenmesine yönelik yöntemler tartışılacaktır. Ayrıca bu değerin standart parametrelerinden ve belirli bir iş türü için artışı hesaplama yöntemlerinden de bahsedeceğiz.

Çoğu zaman, bir mikroskobun ana güç parametreleri mercek gövdesinde gösterilir. Lensi sökün ve inceleyin. İki sayının kesir olarak yazıldığını görebilirsiniz. Birincisi büyütme, ikincisi ise sayısal açıklıktır.

Açıklık, cihazın ışık toplama ve net bir görüntü üretme yeteneğini karakterize eder. Mercek ayrıca tüpün uzunluğunu ve iş için gerekli olan kapak camının kalınlığını da gösterebilir.

Mikroskop büyütme hakkında her şey

Büyütme katları (x) cinsinden ölçülür. Göz merceği-lens sisteminin ilişkisi tamamen önemini belirler. Göz merceğinin ve objektifin büyütülmesinin çarpımı bize belirli bir mikroskobun yarattığı çalışma büyütmesi hakkında bilgi verir. Toplam büyütmenin mercek büyütmesine bağımlılığı açıktır. Güçlerine göre lensler aşağıdaki gruplara ayrılır:

Küçük (en fazla 10x);

Orta (50x'e kadar);

Büyük (50x'in üzerinde);

Ekstra büyük (100x'ten fazla).

Bir optik mikroskop için maksimum objektif büyütme değeri 2000x'tir. Mercek değeri genellikle 10x'tir ve nadiren değişir. Ancak mercek büyütme oranı büyük ölçüde değişir (4'ten 100x'e ve 2000x'e kadar).

Mikroskop seçerken onu kimin kullanacağını ve maksimum büyütmenin gerekli olabileceğini göz önünde bulundurmanız gerekir. Örneğin okul öncesi bir çocuk için 200x yeterlidir; okul ve üniversite mikroskopları 400-1000x büyütmeye sahiptir. Ancak araştırma cihazının en az 1500-2000x vermesi gerekir. Bu değer bakterilerle ve küçük hücresel yapılarla çalışmanıza olanak sağlar.

		Oksar.ru-Moskova	900 TL
	Daha fazla teklif

Cihaz çözünürlüğü

Mikroskobun ürettiği görüntünün netliğini ve kalitesini ne belirler? Bu, cihazın çözünürlüğünden etkilenir. Bu miktarı hesaplamak için ışık dalga boyu ile iki sayısal açıklığın oranını bulmanız gerekir. Bu nedenle yoğunlaştırıcı ve mikroskop merceği tarafından belirlenir. Sayısal açıklık değerinin lens çerçevesi üzerinde görülebildiğini hatırlatırız. Ne kadar yüksek olursa, cihazın çözünürlüğü o kadar iyi olur.

Optik mikroskobun çözünürlük sınırı 0,2 mikrondur. Bu, nesnenin tüm noktalarının ayırt edilebildiği durumda görüntüye olan minimum mesafedir.

Yararlı mikroskop büyütme

Araştırmacının gözü mikroskobun çözme gücünü tam olarak kullandığında yararlı büyütmeden bahsediyoruz. Bu, nesneyi izin verilen maksimum açıda gözlemleyerek elde edilir. Yararlı büyütme yalnızca sayısal açıklığa ve mercek tipine bağlıdır. Hesaplarken sayısal açıklık 500-1000 kat artar.

Kuru bir mercek (yalnızca nesne ile mercek arasında hava) 1000x'lik kullanışlı bir büyütme sağlar; NA 1'dir.

Bir daldırma lensi (nesne ile lens arasında bir daldırma ortamı tabakası), 1250x'lik kullanışlı bir büyütme sağlar; sayısal açıklık 1,25'tir.

Bulanık veya bulanık bir görüntü, kullanılabilir büyütme oranının yukarıdaki değerlerden daha fazla veya daha az olduğunu gösterir. Belirtilen değerin arttırılması veya azaltılması mikroskobun performansını önemli ölçüde azaltır.

Bu yazıda optik mikroskobun temel özelliklerinden ve bunları hesaplama yöntemlerinden bahsettik. Bu bilgilerin, bu karmaşık cihazla çalışırken faydalı olacağını umuyoruz.

Arkadaşlarına söyle

Işık mikroskobu

Işık mikroskobu, 2-3 bin kata kadar büyütme, canlı bir nesnenin renkli ve hareketli görüntüsünü, aynı nesnenin mikro filme alınması ve uzun süreli gözlemlenmesi olanağını, dinamiklerinin ve kimyasının değerlendirilmesini sağlar.

Herhangi bir mikroskobun temel özellikleri çözünürlük ve kontrasttır. Çözünürlük, mikroskopla ayrı ayrı gösterilen, iki noktanın bulunduğu minimum mesafedir. En iyi görüş modunda insan gözünün çözünürlüğü 0,2 mm'dir.

Görüntü kontrastı, görüntü ile arka plan arasındaki parlaklık farkıdır. Bu fark %3-4'ün altındaysa ne gözle ne de fotoğraf plakasıyla yakalanabilir; o zaman mikroskop ayrıntılarını çözse bile görüntü görünmez kalacaktır. Kontrast, hem arka plana kıyasla ışık akısını değiştiren nesnenin özelliklerinden hem de optiğin ışının özelliklerinde ortaya çıkan farklılıkları yakalama yeteneğinden etkilenir.

Işık mikroskobunun yetenekleri ışığın dalga doğasıyla sınırlıdır. Işığın fiziksel özellikleri - rengi (dalga boyu), parlaklığı (dalga genliği), fazı, yoğunluğu ve dalganın yayılma yönü cismin özelliklerine bağlı olarak değişir. Bu farklılıklar modern mikroskoplarda kontrast oluşturmak için kullanılır.

Bir mikroskobun büyütülmesi, objektif büyütme ile göz merceğinin büyütülmesinin ürünü olarak tanımlanır. Tipik araştırma mikroskoplarının mercek büyütmesi 10'dur ve objektif büyütmesi 10, 45 ve 100'dür. Buna göre böyle bir mikroskobun büyütmesi 100 ile 1000 arasında değişir. Bazı mikroskopların büyütmesi 2000'e kadar çıkar. Daha yüksek büyütmeler bile geçerli değildir. çözünürlük artmadığı için mantıklıdır. Tam tersi görüntü kalitesi bozulur.

Sayısal açıklık, bir optik sistemin çözme gücünü veya bir merceğin açıklık oranını ifade etmek için kullanılır. Lens açıklığı, görüntünün birim alanı başına yaklaşık olarak NA'nın karesine eşit olan ışık yoğunluğudur. İyi bir lens için NA değeri yaklaşık 0,95'tir. Mikroskop genellikle toplam büyütme oranı yaklaşık 1000 NA olacak şekilde boyutlandırılır. Objektif ve numune arasına bir sıvı (yağ veya daha nadiren damıtılmış su) eklenirse, 1,4 kadar yüksek bir NA değeri ve buna karşılık gelen çözünürlükte bir iyileşme ile bir "daldırma" hedefi elde edilir.

Işık mikroskobu yöntemleri

Işık mikroskobu yöntemleri (aydınlatma ve gözlem). Mikroskopi yöntemleri, incelenen nesnelerin doğasına ve özelliklerine bağlı olarak seçilir (ve yapıcı bir şekilde sağlanır), çünkü ikincisi yukarıda belirtildiği gibi görüntü kontrastını etkiler.

Parlak alan yöntemi ve çeşitleri

İletilen ışıktaki parlak alan yöntemi, emici (ışığı emen) parçacıklar ve bunların içerdiği parçalar içeren şeffaf preparatlar incelenirken kullanılır. Bunlar örneğin hayvan ve bitki dokularının ince renkli kesitleri, minerallerin ince kesitleri vb. olabilir. Bir preparatın yokluğunda, yoğunlaştırıcıdan gelen bir ışık huzmesi mercekten geçerek merceğin yakınında eşit şekilde aydınlatılmış bir alan oluşturur. göz merceğinin odak düzlemi. Preparatta emici bir eleman varsa üzerine gelen ışığın kısmen soğurulması ve kısmen saçılması meydana gelir ve bu da görüntünün ortaya çıkmasına neden olur. Emici olmayan nesneleri gözlemlerken de yöntemi kullanmak mümkündür, ancak yalnızca aydınlatıcı ışınını önemli bir kısmı merceğe düşmeyecek kadar güçlü bir şekilde dağıtmaları durumunda mümkündür.

Eğik aydınlatma yöntemi önceki yöntemin bir varyasyonudur. Aralarındaki fark, ışığın nesneye gözlem yönüne geniş bir açıyla yöneltilmesidir. Bazen bu, gölgelerin oluşması nedeniyle nesnenin "rahatlamasını" ortaya çıkarmaya yardımcı olur.

Yansıyan ışıkta parlak alan yöntemi, metallerin veya cevherlerin cilalı bölümleri gibi ışığı yansıtan opak nesneleri incelerken kullanılır. Preparat, aynı anda yoğunlaştırıcı görevi gören bir mercek aracılığıyla yukarıdan aydınlatılır (bir aydınlatıcı ve yarı saydam bir aynadan). Lensin tüp lensle birlikte bir düzlemde oluşturduğu görüntüde, elemanlarının yansıtıcılığındaki farklılıktan dolayı preparatın yapısı görülebilir; Aydınlık alanda, üzerine gelen ışığı dağıtan homojensizlikler de göze çarpıyor.

Karanlık alan yöntemi ve çeşitleri

Karanlık alan mikroskobu yöntemi, parlak alan yöntemi kullanılarak görülemeyen şeffaf, emici olmayan nesnelerin görüntülerini elde etmek için kullanılır. Genellikle bunlar biyolojik nesnelerdir. Aydınlatıcıdan ve aynadan gelen ışık, özel olarak tasarlanmış bir yoğunlaştırıcı (buna adı verilen) tarafından preparatın üzerine yönlendirilir. karanlık alan yoğunlaştırıcısı Kondansatörden çıktıktan sonra şeffaf preparattan geçerken yönünü değiştirmeyen ışık ışınlarının ana kısmı içi boş koni şeklinde bir ışın oluşturur ve (bu koninin içinde bulunan) merceğe girmez. . Mikroskopta görüntü, slayt üzerinde yer alan ilacın mikropartiküllerinin koni içerisine saçtığı ve mercekten geçen ışınların sadece küçük bir kısmı kullanılarak oluşturulur. Karanlık alan mikroskobu, dar bir güneş ışığı ışınıyla aydınlatıldığında havadaki toz parçacıklarının tespit edilmesinin ünlü bir örneği olan Tyndall etkisine dayanmaktadır. Karanlık bir arka plana karşı görüş alanında, ilacın yapısal elemanlarının kırılma indeksleri açısından çevredeki ortamdan farklı olan parlak görüntüleri görülebilir. Büyük parçacıkların yalnızca ışık ışınlarını dağıtan parlak kenarları vardır. Bu yöntemi kullanarak, görüntünün görünümünden parçacıkların şeffaf mı yoksa opak mı olduğunu veya çevredeki ortama kıyasla daha yüksek veya daha düşük bir kırılma indisine sahip olup olmadıklarını belirlemek imkansızdır.

Karanlık alan çalışması yürütmek

Slaytlar 1,1-1,2 mm'den kalın olmamalı, lamelleri 0,17 mm, çizik veya kir olmamalıdır. İlacı hazırlarken kabarcıkların ve büyük parçacıkların varlığından kaçınmalısınız (bu kusurlar parlak bir parıltıyla görülecektir ve ilacı gözlemlemenize izin vermeyecektir). Karanlık alan için daha güçlü aydınlatıcılar ve maksimum lamba yoğunluğu kullanılır.

Karanlık alan aydınlatmasını ayarlamak temel olarak aşağıdaki gibidir:

Işığı Koehler'e göre takın;

Aydınlık alan yoğunlaştırıcısını karanlık alan yoğunlaştırıcısıyla değiştirin;

Üst yoğunlaştırıcı merceğine daldırma yağı veya damıtılmış su uygulanır;

Yoğuşturucuyu sürgünün alt yüzeyine değene kadar kaldırın;

Düşük büyütmeli bir mercek numuneye odaklanır;

Merkezleme vidaları kullanılarak, (bazen karartılmış bir merkezi alana sahip olan) bir ışık noktası görüş alanının merkezine aktarılır;

Kondansatörün yükseltilmesi ve indirilmesiyle, karartılmış merkezi alan ortadan kalkar ve eşit şekilde aydınlatılmış bir ışık noktası elde edilir.

Bu yapılamıyorsa, cam slaytın kalınlığını kontrol etmeniz gerekir (bu fenomen genellikle çok kalın cam slaytlar kullanıldığında görülür - ışık konisi camın kalınlığına odaklanır).

Işığı doğru şekilde ayarladıktan sonra gerekli büyütme oranına sahip bir mercek takın ve numuneyi inceleyin.

Ultramikroskopi yöntemi aynı prensibe dayanmaktadır - ultramikroskoplardaki preparatlar gözlem yönüne dik olarak aydınlatılmaktadır. Bu yöntemle, boyutları en güçlü mikroskopların çözünürlüğünün çok ötesinde olan son derece küçük parçacıkları tespit etmek (ancak kelimenin tam anlamıyla "gözlemlemek" değil) mümkündür. Daldırma ultramikroskoplarının yardımıyla, boyutları 2 × 10 ila -9 m dereceye kadar olan parçacıkların x parçacıkların bir preparasyonunda varlığını kaydetmek mümkündür, ancak bu tür parçacıkların şekli ve kesin boyutları bu yöntem kullanılarak belirlenemez. . Görüntüleri gözlemciye, boyutları parçacıkların boyutuna ve şekline değil, merceğin açıklığına ve mikroskobun büyütülmesine bağlı olan kırınım noktaları şeklinde görünür. Bu tür parçacıklar çok az ışık saçtığı için, onları aydınlatmak için karbon elektrik arkı gibi son derece güçlü ışık kaynaklarına ihtiyaç vardır. Ultramikroskoplar esas olarak kolloid kimyasında kullanılır.

Faz kontrast yöntemi

Faz kontrast yöntemi ve çeşitliliği - sözde. “Anoptral” kontrast yöntemi, parlak alan yöntemi kullanılarak gözlemlendiğinde görünmeyen şeffaf ve renksiz nesnelerin görüntülerini elde etmek için tasarlanmıştır. Bunlar arasında örneğin canlı, boyanmamış hayvan dokuları yer alır. Yöntemin özü, müstahzarın farklı elemanlarının kırılma indislerinde çok küçük farklılıklar olsa bile, içlerinden geçen ışık dalgasının farklı faz değişikliklerine uğramasıdır (sözde faz rahatlamasını elde eder). Doğrudan göz veya fotoğraf plakası tarafından algılanmayan bu faz değişiklikleri, özel bir optik cihazın yardımıyla ışık dalgasının genliğinde değişikliklere, yani parlaklıktaki değişikliklere (“genlik rahatlaması”) dönüştürülür. zaten gözle görülebilir veya ışığa duyarlı katmana kaydedilmiştir. Başka bir deyişle, ortaya çıkan görünür görüntüde parlaklık (genlik) dağılımı, faz rahatlamasını yeniden üretir. Bu şekilde elde edilen görüntüye faz kontrastı denir.

Faz kontrast cihazı herhangi bir ışık mikroskobuna monte edilebilir ve aşağıdakilerden oluşur:

Özel faz plakalı bir dizi lens;

Döner diskli kondenser. Merceklerin her birindeki faz plakalarına karşılık gelen halka şeklinde diyaframlar içerir;

Faz kontrastını ayarlamak için yardımcı bir teleskop.

Faz kontrast ayarı aşağıdaki gibidir:

Mikroskobun lenslerini ve yoğunlaştırıcısını fazlı olanlarla (Ph harfleriyle gösterilir) değiştirin;

Düşük büyütmeli bir mercek takın. Kondansatör diskindeki delik halka şeklinde bir diyaframa sahip olmamalıdır ("0" sayısıyla gösterilir);

Işığı Koehler'e göre ayarlayın;

Uygun büyütme oranına sahip bir faz merceği seçin ve onu numuneye odaklayın;

Kondansatör diskini çevirin ve merceğe karşılık gelen halka şeklindeki diyaframı takın;

2. Mikroskobun optik sistemi.

3. Mikroskop büyütme.

4. Çözünürlük sınırı. Mikroskobun çözünürlük gücü.

5. Yararlı mikroskop büyütme.

6. Özel mikroskopi teknikleri.

7. Temel kavramlar ve formüller.

8. Görevler.

Gözün bir nesnenin küçük ayrıntılarını ayırt edebilme yeteneği, retinadaki görüntünün boyutuna veya görüş açısına bağlıdır. Görüş açısını arttırmak için özel optik cihazlar kullanılır.

25.1. Büyüteç

Görüş açısını arttırmak için en basit optik cihaz, kısa odaklı yakınsak bir mercek olan (f = 1-10 cm) bir büyüteçtir.

Söz konusu nesne büyüteç ile ön kısmı arasına yerleştirilir odak sanal görüntüsü belirli bir göz için uyum sınırları dahilinde olacak şekilde. Genellikle uzak veya yakın konaklama uçakları kullanılır. İkinci durum tercih edilir, çünkü göz yorulmaz (halka şeklindeki kas gergin değildir).

Bir nesnenin "çıplak" bakıldığında görülebildiği görüş açılarını karşılaştıralım normal gözle ve büyüteçle. Bir nesnenin sanal görüntüsünün sonsuzda (uzaklaştırma sınırı) elde edildiği duruma yönelik hesaplamaları yapacağız.

Bir nesneyi çıplak gözle görüntülerken (Şekil 25.1, a), maksimum görüş açısını elde etmek için nesnenin en iyi görüş mesafesine a 0 yerleştirilmesi gerekir. Nesnenin görüldüğü görüş açısı β = B/a 0'a eşittir (B, nesnenin boyutudur).

Bir nesneyi büyüteçle görüntülerken (Şekil 25.1, b), büyütecin ön odak düzlemine yerleştirilir. Bu durumda göz, sonsuz uzaklıktaki bir düzlemde yer alan B" nesnesinin hayali bir görüntüsünü görür. Görüntünün görülebildiği görüş açısı β" ≈ B/f'ye eşittir.

Pirinç. 25.1. Bakış açıları: A- çıplak gözle; B- bir büyüteç kullanarak: f - büyütecin odak uzaklığı; N - gözün düğüm noktası

Büyüteç- görüş açısı oranıβ", altında bir nesnenin görüntüsünü büyüteçte, görüş açısına göre görebileceğinizβ, altında bir nesnenin en iyi görüş mesafesinden "çıplak" normal gözle görülebildiği yer:

En iyi görme mesafeleri farklı olduğundan, yakın görüşlü ve uzak görüşlü gözler için büyütme büyütmeleri farklıdır.

Uzak görüşlü veya uzak görüşlü bir gözün uzak uyum düzleminde bir görüntü oluştururken kullandığı büyütücünün verdiği büyütmenin formülünü türetmeden sunalım:

Burada mesafe, konaklamanın uzak sınırıdır.

Formül (25.1), büyütecin odak uzaklığını azaltarak isteğe bağlı olarak büyük bir büyütme elde edebileceğinizi önerir. Prensip olarak bu doğrudur. Bununla birlikte, bir büyütecin odak uzaklığı azaltıldığında ve boyutu aynı kaldığında, büyütmenin tüm etkisini ortadan kaldıran sapmalar ortaya çıkar. Bu nedenle tek lensli büyüteçler genellikle 5-7x büyütmeye sahiptir.

Sapmaları azaltmak için iki veya üç mercekten oluşan karmaşık büyüteçler yapılır. Bu durumda 50 kat artış elde etmek mümkün.

25.2. Mikroskop optik sistemi

Bir nesnenin başka bir mercek veya mercek sistemi tarafından oluşturulan gerçek görüntüsü bir büyüteçle görüntülenerek daha fazla büyütme elde edilebilir. Böyle bir optik cihaz mikroskopta uygulanır. Bu durumda büyüteç denir mercek, ve diğer mercek - lens. Işınların mikroskopta izlediği yol Şekil 2'de gösterilmektedir. 25.2.

Nesne B, merceğin ön odağının yakınına (F yaklaşık), gerçek, büyütülmüş görüntüsü B", göz merceği ile ön odağı arasında yer alacak şekilde yerleştirilir.

Pirinç. 25.2. Mikroskopta ışınların yolu.

Bu durumda göz merceği, gözle görülen hayali büyütülmüş bir B" görüntüsünü verir.

Nesne ile mercek arasındaki mesafeyi değiştirerek B" görüntüsünün gözün uzak konaklama düzleminde olmasını sağlıyoruz (bu durumda göz yorulmaz). Normal görüşe sahip bir kişi için B", göz merceğinin odak düzleminde bulunur ve B" sonsuzda elde edilir.

25.3. Mikroskop Büyütme

Mikroskobun temel özelliği açısal olmasıdır. arttırmak. Bu kavram bir büyütecin açısal büyütmesine benzer.

Mikroskop Büyütme- görüş açısı oranıβ", altında nesnenin görüntüsünü görebileceğiniz mercek, görüş açısınaβ, altında nesnenin en iyi görüş mesafesinden “çıplak” gözle görülebildiği (a 0):

25.4. Çözünürlük sınırı. Mikroskop çözünürlüğü

Tüpün optik uzunluğunu artırarak keyfi olarak büyük bir büyütme elde edebileceğiniz ve dolayısıyla bir nesnenin en küçük ayrıntılarını inceleyebileceğiniz izlenimini edinebilirsiniz.

Bununla birlikte, ışığın dalga özellikleri dikkate alındığında, mikroskop kullanılarak fark edilebilen küçük ayrıntıların boyutunun, aşağıdaki özelliklerle ilgili kısıtlamalara tabi olduğu görülmektedir: kırınım mercek açıklığından geçen ışık. Kırınım nedeniyle aydınlatılan bir noktanın görüntüsü bir nokta değil, küçük ışık çemberi. Söz konusu nesnenin parçaları (noktaları) yeterince uzağa yerleştirilmişse mercek, görüntülerini iki ayrı daire şeklinde verecek ve ayırt edilebilecektir (Şekil 25.3, a). Ayırt edilebilir noktalar arasındaki en küçük mesafe, dairelerin "dokunmasına" karşılık gelir (Şekil 25.3, b). Noktalar çok yakınsa, karşılık gelen "daireler" üst üste gelir ve tek bir nesne olarak algılanır (Şekil 25.3, c).

Pirinç. 25.3.Çözünürlük

Mikroskobun bu konudaki yeteneklerini gösteren temel özellik; çözünürlük sınırı.

Çözünürlük sınırı mikroskop (Z) - bir nesnenin iki noktası arasındaki, bunların ayrı nesneler olarak ayırt edilebildiği en küçük mesafe (yani mikroskopta iki nokta olarak algılanır).

Çözünürlük sınırının tersi denir çözünürlük.Çözünürlük sınırı ne kadar düşük olursa çözünürlük o kadar yüksek olur.

Bir mikroskobun teorik çözünürlük sınırı, aydınlatma için kullanılan ışığın dalga boyuna ve açısal açıklık lens.

Açısal açıklık(sen) - bir nesneden objektif merceğe giren bir ışık ışınının aşırı ışınları arasındaki açı.

Mikroskopun havadaki çözünürlük sınırı formülünü türetmeden belirtelim:

Nerede λ - nesneyi aydınlatan ışığın dalga boyu.

Modern mikroskoplar 140°'ye kadar açısal açıklığa sahiptir. Eğer kabul edersek λ = 0,555 µm ise çözünürlük sınırı için Z = 0,3 µm değerini elde ederiz.

25.5. Yararlı mikroskop büyütme

Merceğinin belirli bir çözünürlük sınırı için mikroskobun büyütme oranının ne kadar büyük olması gerektiğini bulalım. Gözün, retinanın yapısına göre belirlenen bir çözünürlük sınırı olduğunu dikkate alalım. Ders 24'te aşağıdaki tahmini elde ettik: göz çözünürlüğü sınırı: Z GL = 145-290 µm. Gözün mikroskopla ayrılan aynı noktaları ayırt edebilmesi için büyütme yapılması gerekir.

Bu artışa denir faydalı artış.

Formül (25.4)'teki bir nesnenin fotoğrafını çekmek için mikroskop kullanıldığında, Z GL yerine film çözünürlük sınırı Z PL'nin kullanılması gerektiğine dikkat edin.

Yararlı mikroskop büyütme- mikroskobun çözünürlük sınırına eşit bir boyuta sahip bir nesnenin, boyutu gözün çözünürlük sınırına eşit bir görüntüye sahip olduğu büyütme.

Yukarıda mikroskobun çözünürlük sınırı için elde edilen tahmini kullanarak Zm ≈0,3 μm) şunu buluruz: G p ~500-1000.

Zaten hiçbir ek ayrıntı görünmeyeceği için mikroskop için daha yüksek bir büyütme değeri elde etmenin bir anlamı yoktur.

Yararlı mikroskop büyütme - hem mikroskobun hem de gözün çözme güçlerinin makul bir birleşimidir.

25.6. Özel Mikroskopi Teknikleri

Mikroskobun çözme gücünü arttırmak (çözünürlük sınırını düşürmek) için özel mikroskopi teknikleri kullanılır.

1. Daldırma. Bazı mikroskoplarda azaltmak için çözünürlük sınırı mercek ile nesne arasındaki boşluk özel bir sıvıyla doldurulur - daldırma. Bu mikroskobun adı daldırma Daldırma etkisi dalga boyunu azaltmaktır: λ = λ 0 /n, nerede λ 0 - ışığın boşluktaki dalga boyu ve n, suya dalmanın kırılma indisidir. Bu durumda mikroskobun çözünürlük limiti aşağıdaki formülle belirlenir (formül (25.3)'ün bir genellemesi):

Daldırma mikroskopları için özel merceklerin oluşturulduğunu unutmayın, çünkü merceğin odak uzaklığı sıvı ortamda değişir.

2. UV mikroskobu. Azaltmak için çözünürlük sınırı Gözle görülemeyen kısa dalga ultraviyole ışınımı kullanırlar. Ultraviyole mikroskoplarda, bir mikro nesne UV ışınlarında incelenir (bu durumda lensler kuvars camdan yapılır ve kayıt fotoğraf filmi veya özel bir floresan ekran üzerinde gerçekleştirilir).

3. Mikroskobik nesnelerin boyutunun ölçülmesi. Bir mikroskop kullanarak gözlemlenen nesnenin boyutunu belirleyebilirsiniz. Bunun için bir göz merceği mikrometresi kullanılır. En basit mercek mikrometresi, üzerine dereceli bir ölçeğin uygulandığı yuvarlak bir cam plakadır. Mikrometre, mercekten elde edilen görüntünün düzlemine yerleştirilir. Mercek üzerinden bakıldığında nesnenin ve ölçeğin görüntüleri birleşir ve ölçekte hangi mesafenin ölçülen değere karşılık geldiğini hesaplayabilirsiniz. Oküler mikrometrenin bölme fiyatı, önceden bilinen bir nesneye göre belirlenir.

4. Mikroprojeksiyon ve mikrofotografi. Mikroskopla, bir nesneyi yalnızca mercek aracılığıyla gözlemlemekle kalmaz, aynı zamanda fotoğrafını çekebilir veya bir ekrana yansıtabilirsiniz. Bu durumda, A"B" ara görüntüsünü filme veya ekrana yansıtan özel göz mercekleri kullanılır.

5. Ultramikroskopi. Mikroskop, boyutları çözünürlüğünün ötesinde olan parçacıkları tespit edebilir. Bu yöntem, mikropartiküllerin karanlık bir arka plan üzerinde açık noktalar olarak görülebilmesi nedeniyle eğik aydınlatmayı kullanır, ancak partiküllerin yapısı görülemez, onların varlığı yalnızca tespit edilebilir.

Teori, mikroskop ne kadar güçlü olursa olsun, 3 mikrondan küçük herhangi bir nesnenin, herhangi bir ayrıntı olmadan, yalnızca bir nokta olarak temsil edileceğini göstermektedir. Ancak bu, bu parçacıkların görülemeyeceği, hareketlerinin izlenebileceği veya sayılamayacağı anlamına gelmez.

Boyutları mikroskobun çözünürlük sınırından daha küçük olan parçacıkları gözlemlemek için, adı verilen bir cihaz ultramikroskop. Ultramikroskopun ana kısmı güçlü bir aydınlatma cihazıdır; Bu şekilde aydınlatılan parçacıklar sıradan bir mikroskopta gözlemlenir. Ultramikroskopi, bir sıvı veya gaz içinde asılı duran küçük parçacıkların güçlü yanal aydınlatma altında görünür hale getirilmesi gerçeğine dayanmaktadır (güneş ışınında görülebilen toz parçacıklarını düşünün).

25.8. Temel kavramlar ve formüller

Tablonun sonu

25.8. Görevler

1. Odak uzaklığı 0,8 cm olan mercek odak uzaklığı 2 cm olan bir mercek kullanılıyor. Tüpün optik uzunluğu 18 cm'dir.

2. Açısal açıklığı u = 140 o olan kuru ve daldırma (n = 1,55) lenslerin çözünürlük sınırını belirleyin. Dalga boyunu 0,555 µm olarak alın.

3. Dalga boyunda çözünürlük sınırı nedir? λ = 0,555 µm, eğer sayısal açıklık: A 1 = 0,25, A 2 = 0,65?

4. Turuncu bir filtre (dalga boyu 600 nm) aracılığıyla gözlemlendiğinde 0,25 μm çapındaki bir hücre altı elementi mikroskopta görüntülemek için bir daldırma sıvısı hangi kırılma indeksi kullanılmalıdır? Mikroskopun açıklık açısı 70°'dir.

5. Büyütecin kenarında “x10” yazısı bulunmaktadır. Bu büyütecin odak uzaklığını belirleyiniz.

6. Mikroskop merceği odak uzaklığı f 1 = 0,3 cm, tüp uzunluğu Δ = 15 cm, büyütme Г = 2500. Merceğin odak uzaklığını F 2 bulun. En iyi görüş mesafesi 0 = 25 cm'dir.