Правила работы с микроскопом. Принцип работы микроскопа. Какой принцип действия светового микроскопа


Принцип действия микроскопа

Стремление к знаниям о новых явлениях, происходящих на уровне микромира свойственно не только детям, но и взрослым. Само по себе проявление интереса к микроскопии говорит о том, что человек желает выйти за привычные рамки обыденности. И возникшее намерение показать своему юному ученому или даже самому себе то, что раньше было не доступно взору, вызывает одобрение тех, кто с этим уже знаком. И для того, чтобы начать свои первые занимательные путешествия в мир биологии необходимо освоить принцип действия микроскопа. Он достаточно прост и понять его, не вдаваясь в подробности физических процессов, способен даже первоклашка. Это позволит эффективно пользоваться уникальным оптическим прибором, рассматривать микропрепараты, жизнь в капле воды, твердые предметы и многое другое.

Принцип действия микроскопа основан на следующем: происходит подсвечивание препарата с помощью осветительной системы, в объективе (расположены над предметным столиком) формируется первоначальное увеличенное изображение, затем оно попадает в окуляр (располагается в окулярной трубке), еще раз увеличивается, после чего рассматривается глазами. Таким образом увеличение микроскопа является произведением кратности окуляра и объектива. Запомнив данную формулу, легко научиться управлять ходом эксперимента, подбирая оптимальную кратность для конкретного объекта.

Существует также понятие контрастирования, о котором желательно знать начинающему исследователю. Дело в том, что любой образец, на который возникло желание посмотреть, благодаря своим размерам, плотности и цветовым особенностям может «теряться» на фоне окружающей его среды. Поэтому для повышения четкости и контрастности в тех или иных условиях применяются различные методы исследования. Самые распространенные: в проходящем свете – для прозрачных образцов (клетки растений, части насекомых, одноклеточные организмы), в отраженном – для непрозрачных (камни, ткани, пластик, металлические изделия, например, монеты и т.д.). В зависимости от этого включается нижняя или верхняя подсветка. Принцип работы осветителя обычен – если он встроен в корпус, то надо нажать на кнопку включения. Если используется зеркало, то его аккуратным покачиванием на креплении световые лучи «ловятся» от любых внешних источников. В заключении хотелось бы отметить, что чем больше увеличение микроскопа, тем меньше угол обзора и сильнее затемнение картинки. Смену кратности рекомендуется производить пошагово – от малой до максимальной, периодически подстраивая фокусировку – покрутить колесико фокусировщика на штативе и тем самым добиться резкости.

Чтобы подкрепить теорию на практике проверьте принцип действия на следующих популярных учебных моделях, которые рекомендуем для домашнего (или школьного) использования:

oktanta.ru

Принцип действия светового микроскопа — КиберПедия

Любой микроскоп предназначен для расширения пределов естественного восприятия глазом мелких объектов. Биологические свойства глаза таковы, что на расстоянии ясного зрения, равном 250 мм, он может видеть раздельными 2 точки, отстоящие друг от друга на 0,2 мм. При меньшем расстоянии они будут видны слитыми в одну. Действие микроскопа сводится к увеличению угла зрения, которое воспринимается глазом как увеличение видимых размеров предмета.

Микроскоп (рис. 2.1) представляет собой комбинацию двух увеличивающих оптических систем - объектива 1 и окуляра 2, отстоящих друг от друга на расстоянии оптической длины тубуса Т.

 

Рис.2. 1. Оптическая схема простейшего микроскопа

 

Объект Пр помещают перед объективом 1, который дает увеличенное действительное и перевернутое изображение объекта Пр', расположенное перед окуляром 2. Окуляр создает увеличенное мнимое и прямое изображение Пр'', расположенное от сетчатки глаза наблюдателя на расстоянии ясного зрения Д (примерно 250мм). Таким образом, предмет в микроскопе увеличивается дважды. Поэтому общее увеличение микроскопа равно произведе­нию увеличений объектива и окуляра:

 

где Т - оптическая длина тубуса.

Техническая характеристика любого микроскопа включает в себя:

кратность увеличения;

разрешающую способность;

совершенство изображения.

Кратность увеличения микроскопа определяют комбинацией окуляра и объектива. Кратность увеличения окуляра и объектива обычно указывают наих корпусе, но иногда увеличение объектива заменяют его фокусным расстоянием и также указывают на корпусе.

Под разрешающей способностью микроскопа понимают наименьшее расстояние между двумя точками объекта, когда они видны раздельно. Чем меньше это расстояние, тем выше разрешающая способность микроскопа. Разрешающая способность микроскопа определяется так:

,

где - длина волны света, мкм;

А - числовая апертура объектива.

Числовая апертура является характеристикой разрешающей силы объектива и наряду с характеристикой увеличения указывается на корпусе:

где n - показатель преломления среды между объектом и фронтальной линзой объектива;

- половина отверстного угла объектива (рис. 2.2), образованного крайними лучами, проходящими через точку фокуса.

Таким образом, разрешающая способность микроскопа будет тем выше, чем короче длина волны света и больше апертура объектива.

Практически и . Тогда если между объективом и объектом находится воздух . Принимая длину волны белого света мкм, получим:

 

мкм

Рис. 2.2. Схема отверстного угла объектива

 

Для увеличения апертуры объектива пространство между объектом и объективом заполняют иммерсионной жидкостью (кедровое масло, глицерин, вода и др.) с большим показателем преломления лучей. Например, для кедрового масла n=1,51, тогда разрешаемое расстояние

мкм.

 

Чтобы полнее использовать разрешающую способность объектива, необходимо правильно выбрать увеличение микроскопа. Расчеты показывают, что оно должно быть в пределах 500 - 1000 Å. Такое увеличение называют полезным.

Совершенство изображения, т. е. его резкость и чистота, зависит от степени устранения недостатков оптической системы - сферической и ахроматической аберрации (ошибки).

Сферическая аберрация - это неодинаковое преломление лучей, исходящих из одной точки, краем линзы и центральной ее частью, что приводит к нечеткости изображения. Устраняется применением дополнительной вогнутой (рассеивающей) линзы, имеющей одинаковую, но обратно направленную аберрацию. Хроматическая аберрация - это неодинаковое преломление линзой лучей разного цвета (длины волны), возникающее при разложений луча белого цвета. Устраняется комбинацией линз из различных сортов стекла.

Современные оптические микроскопы имеют увеличение, не превышающее 2000 крат, и разрешающую способность до 0,1 мкм. Для изучения более тонких деталей структуры применяют электронные микроскопы, где вместо световых лучей используют электронный луч с длиной волны 105…106 раз меньше. Достигаемое при этом увеличение составляет от 1 до 4*105 крат, а разрешающая способность 5*10-4 мкм.

 

 

Приготовление образца для изучения микроструктуры с помощью светового микроскопа

 

Свойства металлических изделий зависят не только от химического состава материала, но и от его структуры, под которой понимают внутреннее строение, характеризуемое формой, размером и взаимным расположением кристаллитов разных твёрдых фаз. Для описания структуры, наблюдаемой под микроскопом, используют термин “структурная составляющая”. Это – часть сплава, которая на шлифе имеет характерное и однообразное строение и повторяется во всех частях изучаемого объекта. Структурных составляющих может быть одна и несколько, причём каждая из них может состоять из кристаллитов одной или нескольких фаз. Образование той или иной структурной составляющей зависит от состава, так и от предыстории материала.

При изучении структуры преследуют следующие цели:

а) установить связь между структурой и свойствами изучаемого материала,

б) убедиться в получении структуры, обеспечивающей необходимый уровень свойств,

в) установить предысторию материала для выявления причин, вызвавших формирование той или иной структурной составляющей.

Образец для микроскопического исследования структуры металла называют микрошлифом. Поскольку микроструктуру металла изучают в отраженном свете, поверхность микрошлифа должна удовлетворять двум требованиям:

1) она должна иметь максимальную отражающую способность,

2) разные участки поверхности должны по-разному отражать свет, чтобы различить элементы микроструктуры.

Первое достигается путем получения плоской и гладкой поверхности, второе - либо благодаря неодинаковому отражению света (поляризованного или неполяризованного, моно- или полихроматического) от плоской поверхности, либо вследствие образования рельефа на поверхности путем травления, либо, наконец, из-за создания на поверхности пленок толщина и, следовательно, окраска которых зависят от природы либо ориентировки кристаллитов, на которых они возникли.

Микрошлиф должен иметь микроструктуру, характерную для всего изучаемого изделия или его части. Поэтому имеет значение, во-первых, выбор участка изделия, из которого вырезают образец, и, во-вторых, выбор расположения исследуемой поверхности на образце. Например, микроструктуру прокатанной полосы обычно изучают на ее продольном сечении. Поскольку микроструктура в разных участках полосы может быть неодинаковой, образцы для изготовления микрошлифов вырезают из центра и у кромок полосы, а также в нескольких местах по ее длине. Площадь поверхности микрошлифа обычно составляет около 1 см2, высота образца для удобства обращения с ним должна быть не менее 10 мм.

На практике приходится изготовлять шлифы больших размеров (рис. 2.3, а, б) и малых (рис. 2.3, в, г). При изготовлении микрошлифов из образца малых размеров (проволока, стружка, листы и др.) для их надежного крепления используют специальные струбцины (см. рис. 2.3, г) или заливают образцы легкоплавким сплавом Вуда (50 % Bi, 25 % Pb, 12,5 % Sn и 12,5 % Cd) с температурой плавления 68°С, серой или пластмассой (см. рис. 2.3, в).

 

Рис. 2.3 Виды металлографических образцов для приготовления микрошлифов:

а и б — без приспособлений;

иг — в приспособлениях

(1 — образец; 2 — трубка; 3 — пластмасса, легкоплавкий сплав или сера; 4 — струбцина).

 

Подготовка плоской поверхности микрошлифа включает: 1) вырезку и выравнивание поверхности; 2) шлифование; 3) полирование. Все перечисленные операции должны проводиться таким образом, чтобы они не изменили микроструктуру металла. В этом отношении особенно ответственны первая и вторая операции, которые не должны сопровождаться деформацией поверхностных слоев (толщина деформированного слоя может в 3…10 раз превышать размер зерна абразива) и нагревом образца. Поверхность подготовленного шлифа должна быть зеркально гладкой, плоской по всей его площади, не иметь царапин, ямок и загрязнений.

Шлифование проводят с целью уменьшения неровностей на поверхности образца. При этом используют шлифовальную шкурку различных номеров, которые обозначают размер зерен абразивного порошка, прикрепленного к бумажной основе шкурки. Абразивом могут быть электрокорунд, карбид кремния и другие твердые вещества; размер зерен абразива на различных номерах шкурки может составлять от 250 до 4 мкм. При шлифовании вручную шкурку помещают на стекло, образец прижимают обрабатываемой поверхностью к шкурке и перемещают возвратно-поступательными движениями. Шлифование можно проводить также на станке с горизонтально расположенным вращающимся кругом, на котором закрепляют шкурку. Образец прижимают к кругу вручную или фиксируют в специальном приспособлении. Перед шлифованием обрабатываемую поверхность очищают от частиц металла и абразива.

Движение образца при шлифовании вручную производят под углом 90° к направлению царапин от предшествовавшей обработки. Шлифуют до тех пор, пока полностью не исчезнут все следы царапин от предыдущей операции. Затем образец вновь очищают от налипшей наждачной пыли и переходят к шлифованию шкуркой с более мелким абразивом. Обычно оказывается достаточным использовать шлифовальные шкурки № 4,5. После завершения шлифования образец тщательно промывают под струей воды.

Полирование служит для дальнейшего уменьшения неровностей на плоской поверхности образца. Полирование заканчивают, когда на поверхности исчезнут всякие риски, а сама поверхность станет зеркально гладкой. Полирование проводят механическим, электролитическим либо химическим методами.

Для механического полирования используют станок с вращающимся кругом, который обтянут тканью (фетром, сукном, драпом и др.). В качестве абразива чаще всего применяют тонкоизмельченный оксид хрома, который в виде взвеси в воде наносят на поверхность круга во время его вращения. Образец шлифованной поверхностью слегка прижимают к поверхности круга. Во время полировки образец перемещают от периферии к центру круга (чтобы обеспечить равномерное распределение абразива) и периодически поворачивают (чтобы исключить образование "хвостов" около включений на поверхности образца). Для получения хороших результатов при полировании необходимо, чтобы образец и руки оператора были очищены от шлифовального абразива. Круг во время полирования должен быть влажным. Механическое полирование можно производить также с помощью алмазных паст, в которых размеры зерен абразива могут доходить до 1 мкм. Пасту наносят на ватман тонким слоем, и полирование проводят так же, как и шлифование образца. После полирования шлиф промывают в воде либо, если металл окисляется, - в этиловом спирте и просушивают фильтровальной бумагой.

Изучение полированной поверхности шлифа под микроскопом преследует следующую цель: определение качества его изготовления (отсутствие следов обработки) и установление характера расположения размеров микроскопических трещин, неметаллических включений – графита, сульфидов, оксидов (рис.2.3.) в металлической основе (имеет светлый вид при рассмотрении под микроскопом).

 

 

а б в

 

Рис. 2.3. Неметаллические включения в стали и чугуне:

а – оксиды; б – сульфиды; в – графит

 

Структуру металлической основы шлифа после полирования выявляют травлением его реактивом. Для стали и чугуна чаще всего применяют 2...5%-ный раствор азотной кислоты (HNO3) в этиловом спирте. Полированную поверхность шлифа погружают в реактив на 3...15 с или протирают ватой, смоченной в реактиве, до появления ровного матового оттенка без наличия каких-либо пятен. Затем шлиф промывают спиртом или водой и просушивают фильтровальной бумагой.

Выявление микроструктуры в большинстве случаев сводится к созданию на полированной поверхности неглубокого рельефа, в котором конфигурация неровностей повторяет расположение и очертания отдельных кристаллитов. Иногда такой рельеф создается при полировании образца. Например, на поверхности шлифа, полированного механическим способом, твердые кристаллиты несколько выступают, а мягкие - углублены. Во всех остальных случаях рельеф создают с помощью травления. Обычно используют химическое, электролитическое и термическое травление.

При химическом или электролитическом травлении, во-первых, образуются канавки на границах между зернами и, во-вторых, создается неодинаковая шероховатость поверхности зерен разных фаз или даже одной фазы (последнее имеет место в том случае, если у разных зерен одной и той же фазы с плоскостью шлифа совпадают разные плоскости кристаллической решетки).

На границах зерен (даже чистейших металлов) обычно располагаются различные примеси. Эти примеси и структурные составляющие двухфазного строения (механические смеси) под действием реактива образуют микроскопические гальванические пары, что способствует более быстрому их растворению. Однофазные структуры (чистые металлы, твердые растворы, химические соединения) травятся медленнее. В результате неодинаковой степени травимости структурных составляющих на поверхности шлифа создается микрорельеф (рис. 2.4).

Изучение протравленной поверхности шлифа под оптическим микроскопом позволяет увидеть микроструктуру металлической основы. Она обычно состоит из светлых и темных участков. Это объясняется неодинаковой степенью отражения света от структурных составляющих. Структура, растворившаяся на большую глубину, под микроскопом имеет темный цвет (см. рис. 2.4, а), так как дает больше рассеивающих лучей; структура же, растворившаяся меньше, за счет прямого отражения света имеет светлый цвет (см. рис. 2.4, б). Границы зерен будут видны в виде тонкой темной сетки (см. рис. 2.4, б).

Часто зерна металла одного и того же фазового состава под микроскопом могут иметь различные оттенки. Это объясняется тем, что каждое зерно в плоскости шлифа имеет свое сечение кристаллической решетки с различным количеством в нем атомов, а следовательно, и свойства зерен отличаются одно от другого способностью протравливаться, прочностью и др. Такое явление называется анизотропией.

 

 

Рис. 2.4 Схемы, поясняющие видимость под микроскопом:

а — зерна во впадинах — темного цвета, выступающие — светлого; 6 — границы зерен металлов и твердых растворов.

 

Строение металла, наблюдаемое в металлографическом микроскопе, называется микроструктурой, которая представляет собой изображение весьма малого участка поверхности, составленное из отраженных от него световых лучей.

 

Порядок выполнения работы и содержание отчета

1. Изучить основные теоретические понятия о принципе действия микроскопа, его характеристиках.

2. Научиться самостоятельно настраивать микроскоп для работы в светлом поле, выбирать увеличение.

3. Механически обработать образец для приготовления микрошлифа (шлифование, полирование).

4. Изучить микроструктуру шлифа под микроскопом до травления.

5. Протравить шлиф реактивом, промыть проточной водой и высушить.

6. Изучить микроструктуру шлифа после травления.

7. Написать отчет. Содержание отчета: наименование и цель работы, теоретические сведения об увеличении микроскопа, его разрешающей способности и показателях совершенства изображения, технология приготовления микрошлифа, реактив, применяемый для травления стали и чугуна.

 

Контрольные вопросы и задания

1. Объясните роль травителя для выявления микроструктуры.

2. Какой состав используется для травления сплавов железа с углеродом?

3. Для чего предназначен микроскоп?

4. Расскажите о принципе действия микроскопа.

5. Как определить увеличение микроскопа?

6. Какое предельное полезное увеличение можно получить в оптическом микроскопе?

7. Что такое разрешающая способность микроскопа?

 

Лабораторная работа №3

 

cyberpedia.su

Cветовой микроскоп - часть, строение, изображение

Микроскоп является прибором, позволяющим увеличивать изображение предмета (клетки растения) в сотни и тысячи раз. Микроскоп был изобретен в Голландии А.Левенгуком. Тогда же начали изготавливать микроскопы, увеличивающие предметы до 270 раз. Постепенно развивались технологии в оптике, вследствие чего появились более качественные линзы и более прочные удерживающие конструкции, благодаря чему получается точное изображение. В настоящее время производят оптические микроскопы, дающие тысячекратное увеличение при микроскопии. Уже в ХХ веке был сконструирован электронный цифровой микроскоп, увеличивающий предмет в сотни тысяч раз.

В школе на уроке биологии используют световой микроскоп. Строение светового микроскопа таково: окуляр (два увеличительных стекла, помещеные в оправу) и объектив (также состоит из увеличительных стекол в оправе), вставленные в прикрепленный к штативу тубус. Также к штативу крепится предметный столик с зеркалом под ним.

Главный принцип работы светового микроскопа состоит в том, что через прозрачный или полупрозрачный предмет (объект исследования), размещенный на предметном столике, проходят лучи света и попадают на систему линз объектива, которые увеличивают изображение. Эту же роль играют линзы окуляра, через которые исследователь изучает объект.

При работе с микроскопом следует соблюдать определенные правила. Микроскоп нужно повернуть штативом к себе, а отраженный от зеркала луч света должен попадать в отверстие предметного столика. Подготовленный препарат размещают на предметном столике и закрепляют зажимами. Посредством винта медленно опускают тубус так, чтобы объектив остановился на расстоянии 1-2 мм от предметного стекла. После этого следует плавно поднимать тубус, пока не станет видна четкая картина препарата. Таким образом, достичь четкого изображения предметов возможно с помощью регулирующих винтов, расположенных сбоку на корпусе микроскопа. Они изменяют расстояние от линз до объекта. В конструкции некоторых микроскопов вместо линз перемещают платформу предметного столика вместе с объектом.

В состав микроскопа входят три функциональных элемента: осветительная часть, воспроизводящая и визуализирующая. Осветительный элемент создает световой поток для освещения объекта исследования для того, чтобы возможно его было увеличить и рассмотреть. В осветительную часть входят источник света и оптико-механическая система. Предназначение воспроизводящей части микроскопа – воспроизведение изображения предмета в плоскости с необходимым качеством изображения и кратностью увеличения. Воспроизводящий элемент – это объектив и промежуточная оптическая система. Визуализирующий элемент необходим для получения изображения предмета на сетчатке глаза, фотопленке, экране и дополнительного увеличения. В визуализирующую часть входят монокулярная, бинокулярная и тринокулярная визуальная насадка с наблюдательной системой (окулярами), проекционные насадки, системы дополнительного увеличения, рисовальные аппараты, системы анализа и документирования изображений. Наличие дополнительных систем зависит от типа микроскопа.

beaplanet.ru

Устройство микроскопа и правила работы с ним

Изучение клеток микроорганизмов, невидимых невооруженным глазом, возможно только при помощи микроскопов. Эти приборы позволяют получать изображение исследуемых объектов, увеличенное в сотни раз (световые микроскопы), в десятки и сотни тысяч раз (электронные микроскопы).

Биологический микроскоп называется световым, так как он обеспечивает возможность изучать объект в проходящем свете в светлом и темном поле зрения.

Основными элементами современных световых микроскопов являются механическая и оптическая части (рис. 1).

К механической части относятся штатив, тубус, револьверная насадка, коробка микромеханизма, предметный столик, макрометрический и микрометрический винты.

Штатив состоит из двух частей: основания и тубусодержателя (колонки). Основание микроскопа прямоугольной формы имеет снизу четыре опорные площадки, что обеспечивает устойчивое положение микроскопа на поверхности рабочего стола. Тубусодержатель соединяется с основанием и может перемещаться в вертикальной плоскости при помощи макро- и микрометрического винтов. При вращении винтов по часовой стрелке тубусодержатель опускается, при вращении против часовой стрелки – поднимается от препарата. В верхней части тубусодержателя укреплена головка с гнездом для монокулярной (или бинокулярной) насадки и направляющей для револьверной насадки. Головка крепится винтом.

Тубус – это труба микроскопа, позволяющая поддерживать определенное расстояние между основными оптическими деталями – окуляром и объективом. Вверху в тубус вставляется окуляр. Современные модели микроскопов имеют наклонный тубус.

Револьверная насадкапредставляет собой вогнутый диск с несколькими гнездами, в которые ввинчиваются 3–4 объектива. Вращая револьверную насадку, можно быстро установить любой объектив в рабочее положение под отверстие тубуса.

Рис. 1. Устройство микроскопа:

1 – основание; 2 – тубусодержатель; 3 – тубус; 4 – окуляр; 5 – револьверная насадка; 6 – объектив; 7 – предметный столик; 8 – клеммы, прижимающие препарат; 9 – конденсор; 10 – кронштейн конденсора; 11 – рукоятка перемещения конденсора; 12 – откидная линза; 13 – зеркало; 14 – макровинт; 15 – микровинт; 16 – коробка с механизмом микрометрической фокусировки; 17 – головка для крепления тубуса и револьверной насадки; 18 – винт для крепления головки

Коробка микромеханизма несет с одной стороны направляющую для кронштейна конденсора, а с другой – направляющую для тубусодержателя. Внутри коробки находится механизм фокусировки микроскопа, представляющий собой систему зубчатых колес.

Предметный столик служит для размещения на нем препарата или другого объекта исследования. Столик может быть квадратным или круглым, подвижным или неподвижным. Подвижный столик перемещается в горизонтальной плоскости при помощи двух боковых винтов, что позволяет рассматривать препарат в разных полях зрения. На неподвижном столике для обследования объекта в разных полях зрения препарат перемещают рукой. В центре предметного столика имеется отверстие для освещения снизу лучами света, направляемыми от осветителя. На столике имеются две пружинные клеммы, предназначенные для закрепления препарата.

Некоторые системы микроскопов снабжены препаратоводителем, необходимым при исследовании поверхности препарата или при подсчете клеток. Препаратоводитель позволяет производить передвижение препарата в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. На препаратоводителе имеется система линеек – нониусов, с помощью которых можно присвоить координаты любой точке исследуемого объекта.

Макрометрический винт (макровинт) служит для предварительной ориентировочной установки изображения рассматриваемого объекта. При вращении макровинта по часовой стрелке тубус микроскопа опускается, при вращении против часовой стрелки – поднимается.

Микрометрический винт (микровинт) используют для точной установки изображения объекта. Микрометрический винт является одной из наиболее легко повреждаемых частей микроскопа, поэтому с ним надо обращаться осторожно – не вращать с целью грубой установки изображения во избежание самопроизвольного опускания тубуса. При полном повороте микровинта тубус передвигается на 0,1 мм.

Оптическая часть микроскопа состоит из основных оптических деталей (объектив и окуляр) и вспомогательной осветительной системы (зеркало и конденсор).

Объективы (от лат. objektum – предмет) – наиболее важная, ценная и хрупкая часть микроскопа. Они представляют собой систему линз, заключенных в металлическую оправу, на которой указаны степень увеличения и числовая апертура. Наружная линза, обращенная плоской стороной к препарату, называется фронтальной. Именно она обеспечивает увеличение. Остальные линзы называются коррекционными и служат для устранения недостатков оптического изображения, возникающих при рассмотрении исследуемого объекта.

Объективы бывают сухие и иммерсионные, или погружные. Сухим называется объектив, у которого между фронтальной линзой и рассматриваемым объектом находится воздух. Сухие объективы обычно имеют большое фокусное расстояние и увеличение 8х или 40х. Иммерсионным (погружным) называют объектив, у которого между фронтальной линзой и препаратом находится специальная жидкая среда. Вследствие разницы между показателями преломления стекла (1,52) и воздуха (1,0) часть световых лучей преломляется и не попадает в глаз наблюдателя. В результате этого изображение получается нечетким, более мелкие структуры остаются невидимыми. Избежать рассеивания светового потока можно путем заполнения пространства между препаратом и фронтальной линзой объектива веществом, показатель преломления которого близок к коэффициенту преломления стекла. К таким веществам относятся глицерин (1,47), кедровое (1,51), касторовое (1,49), льняное (1,49), гвоздичное (1,53), анисовое масло (1,55) и другие вещества. Иммерсионные объективы имеют на оправе обозначения: I (immersion) – иммерсия, НI (homogen immersion) – однородная иммерсия, OI (oil immersion) или МИ – масляная иммерсия. В настоящее время в качестве иммерсионной жидкости чаще используют синтетические продукты, соответствующие по оптическим свойствам кедровому маслу.

Объективы различают по их увеличению. Величина увеличения объективов обозначена на их оправе (8х, 40х, 60х, 90х). Кроме того, каждый объектив характеризуется определенной величиной рабочего расстояния. Для иммерсионного объектива это расстояние составляет 0,12 мм, для сухих объективов с увеличением 8х и 40х – 13,8 и 0,6 мм соответственно.

Окуляр (от лат. okularis – глазной) состоит из двух линз – глазной (верхней) и полевой (нижней), заключенных в металлическую оправу. Окуляр служит для увеличения изображения, которое дает объектив. Увеличение окуляра обозначено на его оправе. Существуют окуляры с рабочим увеличением от 4х до 15х.

При длительной работе с микроскопом следует пользоваться бинокулярной насадкой. Корпуса насадки могут раздвигаться в пределах 55–75 мм в зависимости от расстояния между глазами наблюдателя. Бинокулярные насадки часто имеют собственное увеличение (около 1,5х) и коррекционные линзы.

Конденсор (от лат. condenso – уплотняю, сгущаю) состоит из двух-трех короткофокусных линз. Он собирает лучи, идущие от зеркала, и направляет их на объект. При помощи рукоятки, расположенной под предметным столиком, конденсор может перемещаться в вертикальной плоскости, что приводит к увеличению освещенности поля зрения при поднятом конденсоре и уменьшению его при опущенном конденсоре. Для регулировки интенсивности освещения в конденсоре имеется ирисовая (лепестковая) диафрагма, состоящая из стальных серповидных пластинок. При полностью открытой диафрагме рекомендуется рассматривать окрашенные препараты, при уменьшенном отверстии диафрагмы – неокрашенные. Под конденсором расположена откидная линза в оправе, используемая при работе с объективами малого увеличения, например, 8х или 9х.

Зеркало имеет две отражающие поверхности – плоскую и вогнутую. Оно закреплено на шарнирах в основании штатива и его можно легко поворачивать. При искусственном освещении рекомендуется пользоваться вогнутой стороной зеркала, при естественном – плоской.

Осветитель выполняет функцию искусственного источника света. Он состоит из низковольтной лампы накаливания, закрепляющейся на штативе, и понижающего трансформатора. На корпусе трансформатора имеется рукоятка реостата, регулирующего накал лампы и тумблер для включения осветителя.

Во многих современных микроскопах осветитель вмонтирован в основание.

studfiles.net

Правила работы с микроскопом. Принцип работы микроскопа

Микроскоп – один из самых интересных и популярных научных инструментов, с детства погружающий людей в мир мелких деталей, которые невозможно рассмотреть обычным глазом. Процесс использования данного прибора не представляется сложным, однако для извлечения максимальной пользы от сеанса исследования того или иного объекта необходимо знать принцип работы и нюансы его эксплуатации. В правилах работы с микроскопом содержатся указания по подготовке прибора, его настройке, применению и уходу. Их соблюдение не только сделает эффективнее процесс изучения, но и продлит срок службы устройства.

Устройство и принцип работы прибора

Обычный микроскоп формируется несколькими функциональными частями, среди которых механическая, осветительная и оптическая. Для удобства физического обращения с прибором предусмотрена несущая и регулирующая оснастка, в которую входит штатив, основа, держатели и узлы настройки рабочих частей. Это механическая основа устройства. А за направление светового потока отвечает зеркало или специальные лампы. В новейших моделях подключается светодиод, улучшающий качество представления изображения.

Что касается воспроизводящей части, то ее формирует группа линз, обеспечивающих достаточное увеличение. Все описанные компоненты в комплексе определяют и принцип работы микроскопа, который базируется на оптическом увеличении предметов через линзы. Собственно, вся конструкция прибора предназначена для удобной технической организации процесса. От пользователя требуется как минимум расположить на предметном стекле изучаемый объект, после чего настроить механическую часть с окуляром и объективом. Дальнейший процесс будет зависеть от конкретных задач исследования.

Особенности работы электронных моделей

Современные микроскопы оснащаются электронной системой управления и предоставления данных. Также повышается и мощность оптической части, обеспечивающей увеличение до 10 000 раз. Энергетическая поддержка принципиально отличает электронный микроскоп. Принцип работы строится на применении заряженных частиц, энергия которых составляет не менее 200 кэВ. Направляемые потоки электронов формируются обычным катодом, выполненным из латанового сплава или вольфрама.

Функцию своего рода контроллера выполняют магнитные линзы. Они корректируют движение электронов в трубе аппарата. В результате часть из них рассеивается, а другая часть минует образец, представляя визуальную информацию о строении объекта. Важно подчеркнуть, что принцип работы микроскопа такого типа допускает плотное взаимодействие с компьютерной техникой. Уже в процессе исследования оператор может выводить на монитор картинку целевого объекта с детальной графической проработкой. В процесс исследования могут включаться специальные программы для автоматического составления характеристик объекта на основе полученной информации.

Правила работы с микроскопом для школьников

При первом знакомстве с данным прибором следует освоить базовые указания по обращению с ним. В числе таких правил следующие:

  • Положение в процессе работы должно быть сидячим.
  • Перед исследованием вся оптическая оснастка протирается салфеткой.
  • Прибор должен находиться перед пользователем примерно в 3 см от края рабочего стола.
  • Менять положение в ходе исследования нежелательно.
  • После размещения на предметном стекле объекта настраивается малое увеличение.
  • Световой поток при его наличии направляется в зону расположения объекта, а объектив приближается к нему до 1 см.

  • В окуляр можно смотреть только одним глазом, а руками следует настраивать оптимальную резкость посредством винта для грубой регулировки. Здесь важно подчеркнуть, что правила работы с микроскопом запрещают опускать объектив именно в момент наблюдения через окуляр. Это ограничение связано с тем, что фронтальная линза при таких манипуляциях может повредить стекло.
  • После завершения работы вновь устанавливается малое увеличение, объектив поднимается, а рабочее стекло очищается.

Часто допускаемые ошибки при работе с прибором

Существует две категории ошибок, связанных с управлением микроскопом и его функциональными органами. Они связаны с контролем световой аппаратуры и переходом между режимами увеличения. Что касается света, то ошибки касаются двух моментов:

  • В поле зрения попадают сторонние предметы обстановки в помещении. Исправить ситуацию можно путем перестройки конденсатора (понижения) до уровня, пока помехи не устранятся.
  • Неправильная фиксация объектива на оптической оси. В итоге часть обзора может быть затенена. Решается проблема поворотом револьвера конструкции до щелчка.

Также правила работы с микроскопом требуют внимательного отношения к настройке оптики. При переходе от малого увеличения к большому часто встречается недостаток фокусировки. Это может быть вызвано или тем, что объект вышел из поля зрения, или неправильным расположением покровного стекла по направлению вниз.

Обслуживание и уход за микроскопом

После окончания работы с помощью винтов следует поднять тубус, снять препарат с предметного стекла и привести прибор в нерабочее положение. Как уже говорилось, оптические детали следует протирать, что сохранит их целостность. Это наиболее чувствительные элементы конструкции, повреждение которых может негативно сказаться на качестве наблюдений. Как работать с микроскопом, чтобы сохранилась целостность линз? В первую очередь, прибор должен всегда располагаться на ровной поверхности, что минимизирует риск падения. Прямые контакты с поверхностями оптических деталей вовсе минимизируются – исключением может быть лишь мягкая ткань с чистящими растворами. Хранить микроскоп рекомендуется в чехле, причем те же линзы с другими чувствительными элементами лучше содержать в полиэтиленовых пакетах.

Заключение

На сегодняшний день существует немало новых типов данного прибора, которые предлагают новые возможности исследования. В связи с этим меняются и правила работы с микроскопом, в частности вводятся требования к организации электротехнических коммуникаций, программному контролю и т. д.

Это относится к электронным моделям, но и механические устройства не отстают в своем развитии. Они оснащаются более эргономичными и функциональными средствами управления, эффективной оптической фурнитурой нового поколения и широким набором опциональных средств наподобие тех же светодиодов.

fb.ru

Устройство светового микроскопа и правила работы с ним

6

Материалы и оборудование. Микроскопы: МБР-1, БИОЛАМ, МИКМЕД-1, МБС-1; комплект постоянных микропрепаратов

Микроскоп- это оптический прибор, позволяющий получить обратное изображение изучаемого объекта и рассмотреть мелкие детали его строения, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности глаза.

Что такое разрешающая способность?

Представьте себе, что невооруженным глазом человек может различить две очень близко лежащие линии или точки лишь в том случае, если расстояние между ними будет не менее 0,10 мм (100 мкм). Если же это расстояние будет меньше, то две линии или точки сольются в одну. Таким образом, разрешающая способность человеческого глаза равна 100 мкм. Поэтому, чем больше разрешающая способность объектива, тем больше подробностей строения наблюдаемого объекта можно выявить. Для объектива (х8) разрешающая способность равна 1,68 мкм, для объектива (х40) – 0,52 мкм.

Лучший световой микроскоп примерно в 500 раз улучшает возможность человеческого глаза, т. е. его разрешающая способность составляет около 0,2 мкм или 200 нм.

Разрешающая способность и увеличение не одно и тоже. Если с помощью светового микроскопа получить фотографии двух линий, расположенных на расстоянии менее 0,2 мкм, то, как бы не увеличивать изображение, линии будут сливаться в одну. Можно получить большое увеличение, но не улучшить его разрешение.

Различают полезное ибесполезное увеличения. Под полезным понимают такое увеличение наблюдаемого объекта, при котором можно выявить новые детали его строения. Бесполезное - это увеличение, при котором, увеличивая объект в сотни и более раз, нельзя обнаружить новых деталей строения. Например, если изображение, полученное с помощью микроскопа (полезное!), увеличить еще во много раз, спроецировав его на экран, то новые, более тонкие детали строения при этом не выявятся, а лишь соответственно увеличатся размеры имеющихся структур.

В учебных лабораториях обычно используют световые микроскопы, на которых микропрепараты рассматриваются с использованием естественного или искусственного света. Наиболее распространенысветовые биологические микроскопы: БИОЛАМ, МИКМЕД, МБР (микроскоп биологический рабочий), МБИ (микроскоп биологический исследовательский) и МБС (микроскоп биологический стереоскопический). Они дают увеличение в пределах от 56 до 1350 раз.Стереомикроскоп (МБС) обеспечивает подлинно объемное восприятие микрообъекта и увеличивает от 3,5 до 88 раз.

В микроскопе выделяют две системы: оптическую имеханическую (рис.1). Коптической системе относят объективы, окуляры и осветительное устройство (конденсор с диафрагмой и светофильтром, зеркало или электроосветитель).

 

Рисунок 1. Внешний вид микроскопов Биомед 1 и Биомед 2

Объектив - одна из важнейших частей микроскопа, поскольку он определяетполезное увеличение объекта. Объектив состоит из металлического цилиндра с вмонтированными в него линзами, число которых может быть различным. Увеличение объектива обозначено на нем цифрами. В учебных целях используют обычно объективы х8 и х40. Качество объектива определяет его разрешающая способность.

Объектив требует очень бережного обращения, особенно это касается объективов с большим увеличением, т.к. у них рабочее расстояние, т.е. расстояние от покровного стекла до фронтальной линзы, измеряется десятыми долями миллиметра. Например, рабочее расстояние для объектива (х40) составляет 0,6 мм.

Окуляр устроен намного проще объектива. Он состоит из 2-3 линз, вмонтированных в металлический цилиндр. Между линзами расположена постоянная диафрагма, определяющая границы поля зрения. Нижняя линза фокусирует изображение объекта, построенное объективом в плоскости диафрагмы, а верхняя служит непосредственно для наблюдения. Увеличение окуляров обозначено на них цифрами: х7, х10, х15. Окуляры не выявляют новых деталей строения, и в этом отношении их увеличениебесполезно. Таким образом, окуляр, подобно лупе, дает прямое, мнимое, увеличенное изображение наблюдаемого объекта, построенное объективом.

Для определения общего увеличения микроскопа следует умножить увеличение объектива на увеличение окуляра. Например, если окуляр дает 10-кратное увеличение, а объектив — 20-кратное, то общее увеличение 10x20 = 200 раз.

Осветительное устройство состоит из зеркала или электроосветителя, конденсора с ирисовой диафрагмой и светофильтром, расположенных под предметным столиком. Они предназначены для освещения объекта пучком света.

Зеркало служит для направления света через конденсор и отверстие предметного столика на объект. Оно имеет две поверхности: плоскую и вогнутую. В лабораториях с рассеянным светом используют вогнутое зеркало.

Электроосветитель устанавливается под конденсором в гнездо подставки.

Конденсор состоит из 2-3 линз, вставленных в металлический цилиндр. При подъеме или опускании его с помощью специального винта соответственно конденсируется или рассеивается свет, падающий от зеркала на объект.

Ирисовая диафрагма расположена между зеркалом и конденсором. Она служит для изменения диаметра светового потока, направляемого зеркалом через конденсор на объект, в соответствии с диаметром фронтальной линзы объектива и состоит из тонких металлических пластинок. С помощью рычажка их можно то соединить, полностью закрывая нижнюю линзу конденсора, то развести, увеличивая поток света.

Кольцо с матовым стеклом илисветофильтром уменьшает освещенность объекта. Оно расположено под диафрагмой и передвигается в горизонтальной плоскости.

Механическая система микроскопа состоит из подставки, коробки с микрометренным механизмом и микрометренным винтом, тубуса, тубусодержателя, винта грубой наводки, кронштейна конденсора, винта перемещения конденсора, револьвера, предметного столика.

Подставка - это основание микроскопа.

Коробка с микрометренным механизмом, построенном на принципе взаимодействующих шестерен, прикреплена к подставке неподвижно. Микрометренный винт служит для незначительного перемещения тубусодержателя, а, следовательно, и объектива на расстояния, измеряемые микрометрами. Полный оборот микрометренного винта передвигает тубусодержатель на 100 мкм, а поворот на одно деление опускает или поднимает тубусодержатель на 2 мкм. Во избежание порчи микрометренного механизма разрешается крутить микрометренный винт в одну сторонуне более чем на половину оборота.

Тубус илитрубка - цилиндр, в который сверху вставляют окуляры. Тубус подвижно соединен с головкой тубусодержателя, его фиксируют стопорным винтом в определенном положении. Ослабив стопорный винт, тубус можно снять.

Револьвер предназначен для быстрой смены объективов, которые ввинчиваются в его гнезда. Центрированное положение объектива обеспечивает защелка, расположенная внутри револьвера.

Тубусодержатель несет тубус и револьвер.

Винт грубой наводки используют для значительного перемещения тубусодержателя, а, следовательно, и объектива с целью фокусировки объекта при малом увеличении.

Предметный столик предназначен для расположения на нем препарата. В середине столика имеется круглое отверстие, в которое входит фронтальная линза конденсора. На столике имеются две пружинистые клеммы - зажимы, закрепляющие препарат.

Кронштейн конденсора подвижно присоединен к коробке микрометренного механизма. Его можно поднять или опустить при помощи винта, вращающего зубчатое колесо, входящее в пазы рейки с гребенчатой нарезкой.

studfiles.net

Основные принципы работы микроскопа | Всё о микроскопах: параметры выбора и покупки микроскопа

С появлением микроскопа люди намного больше узнали об устройстве всего окружающего мира. Мы можем рассмотреть мельчайшие частички целостных организмов. Более того, современные увеличительные приборы позволяют изучать даже внутреннее строение этих микрочастиц.

Впечатляет, не правда ли? Несмотря на всю полезность этого девайса мало кто задумается о принципе работы микроскопа того или иного типа. Об этом и поговорим.

Первым делом хотелось бы сказать, что в наше время широкое применение обрели пять типов микроскопов. Каждое из этих устройств имеет свой уникальный принцип работы, который нашел применение в науке. Самым простым девайсом, конечно, является оптический микроскоп. Изображение в данном случае мы увидим благодаря световому потоку.

Наблюдая за исследуемым образцом в окуляр с помощью оптической системы объектива, мы получаем желанное увеличение. Контролировать параметры изображения можно с помощью специальных винтов. В целом, это довольно простое устройство, но его открытие стало по истине революционным.

Но с начала 1931 года можно спокойно говорить о возникновении абсолютно нового раздела оптики. Связано это с созданием первого прототипа электронного микроскопа, возможности которого несоизмеримы с различными оптическими системами. Здесь, в отличии от световых микроскопов, используется направленный поток электронов.

Управление этим потоком осуществляется с помощью магнитного поля, создаваемого специальными магнитными линзами. Конечно, увеличение в 106 раз стоит недешево. Но для научно-технического прогресса денежные затраты не всегда важны. В научной сфере больше всего значения придают результату исследований.

Развитие микроскопии обеспечило человечеству массу научных открытий, и в будущем нас ждет только модернизация существующих моделей микроскопов. Улучшения можно наблюдать и на сегодняшний день, ведь уже разработаны сканирующий-зондовый микроскоп и другие специфические виды этого уникального прибора.

Для покупки оптических приборов рекомендуем нашего партнера 4глаза.ру
Поделиться новостью:
Обязательно посмотрите и эти записи:
Запись имеет метки: принципы работы микроскопаПерепечатка любых материалов сайта без активной ссылки запрещена!

www.microscopes-review.ru