методички для заочников / Оптические приборы

21

ный пучок. Электронная микроскопия включает также методики подготовки изучаемых объектов, обработки и анализа результирующей информации. Разли-

чают два главных направления электронной микроскопии: трансмиссионную

(просвечивающую) и растровую (сканирующую), основанных на использовании соответствующих типов. Они дают качественно различную информацию об объ-

екте исследования и часто применяются совместно.

Электронная микроскопия обеспечивает получение электронно-

оптического изображения с помощью потока электронов. Построение изображе-

ния основывается на законах геометрической и волновой оптики, а также теории электромагнитных полей. Электронная микроскопия делает возможным иссле-

дование объектов, размеры которых лежат за пределами разрешающей способ-

ности светового микроскопа (менее 0,2 мкм), и находит применение для изуче-

ния вирусов, бактериофагов, тонкого строения клеток микроорганизмов и других субмикроскопических объектов, а также макромолекулярных структур.

Электронный микроскоп появился в конце 30-х годов. В эти годы к серий-

ному выпуску электронных микроскопов приступила немецкая фирма SIEMENS.

В 1940 г. в ГОИ им. С.И. Вавилова (Ленинград) был создан первый отечествен-

ный электронный микроскоп. Электронные микроскопы в основном использу-

ются в научно-исследовательских лабораториях.

Рентгеновская микроскопия – совокупность методов исследования мик-

роскопического строения вещества с помощью рентгеновского излучения. В

рентгеновской микроскопии используют специальные приборы – рентгеновские микроскопы. Их предел разрешения может быть на 2 3 порядка выше, чем све-

товых, поскольку длина волны рентгеновского излучения на 2 3 порядка мень-

ше длины волны видимого света. Рентгеновские микроскопы получили широкое применение в различных сферах науки, включая медицину, минералогию, ме-

талловедение. С помощью рентгеновского проекционного микроскопа можно оценить качество тонких покрытий; получить микрорентгенографии биологиче-

ских и ботанических срезов толщиной до 200 мкм и пр.

22

Теоретическая разрешающая способность рентгеновского микроскопа дос-

тигает 2 20 нанометров.

Ультрамикроскопия – это метод обнаружения частиц, которые лежат за пределами разрешения микроскопа. Освещение препарата в ультрамикроскопах производится перпендикулярно направлению наблюдения, что даёт возможность при использовании ярких источников света обнаруживать частицы, размеры ко-

торых лежат далеко за пределами разрешения наиболее сильных микроскопов

(до 0,002 мкм). При этом, однако, изображения частиц имеют вид дифракцион-

ных картин, что не позволяет делать вывод об их истинной форме. Этот метод позволяет регистрировать частицы размером до 2 мкм.

Микроскоп биологический рабочий БИОЛАМ

Биологические микроскопы серии «Биолам Р–11» предназначаются для исследования прозрачных препаратов в проходящем свете в светлом поле в учебных и лабораторных работах в области медицины, биологии, зоологии и других наук.

При работе с микроскопом можно фотографировать препараты с помо-

щью микрофотонасадок, применять демонстрационный окуляр и конденсор темного поля, а также использовать другие принадлежности, которые не входят в комплекты микроскопов.

При подготовке микроскопа к работе требуется настроить освещение, сле-

дует учитывать, что качество изображения в микроскопе зависит от правильно-

сти выполнения данного этапа.

Плюсом модели микроскопа БИОЛАМ Р-11 можно назвать независимость от внешних источников питания благодаря источнику света - зеркалу. Зеркало имеет две отражающих поверхности: плоскую и вогнутую. Вогнутая поверх-

ность может быть использована для повышения освещенности объекта при не-

обходимости.

23

Рис. 12. Микроскоп БИОЛАМ Р-11

Измерение размеров микроскопических объектов с

помощью микроскопа

Для измерения размеров микрообъектов применяют окулярно-винтовой микрометр. Микрометры окулярные винтовые МОВ-1-16х являются принадлеж-

ностью микроскопа и служат для измерения размеров изображения, рассматри-

ваемого в микроскоп. Микрометр надевают на тубус микроскопа вместо окуляра

(рис. 13). Он состоит из отсчетного барабана 1 и окуляра 2 с механизмом диоп-

трийной наводки (рис. 14).

В фокальной плоскости окуляра расположена шкала с делениями от 0 до 8

мм, а также подвижные перекрестия и индекс в виде биштриха. Неподвижная шкала нанесена на пластинке, встроенной конструктивно в окулярный винтовой микрометр.

24

1

2

Рис. 13. Окуляно-винтовой микрометр

Рис. 14. Вид поля зрения микрометра окулярного винтового

Рис. 15. Пример отсчета на микрометре окулярном винтовом

При вращении винта 1 перемещается перекрестие и биштрих относительно неподвижной шкалы. Шаг винта равен 1 мм. Барабан 1 разделен на 100 частей,

одно деление соответствует перемещению перекрестия на 0,01 мм. Полный от-

счет по шкалам окулярного микрометра складывается из отсчета по неподвиж-

ной шкале и отсчета по барабану винта.

25

Например, биштрих расположен между делениями 3 и 4 неподвижной шкалы (рис. 15), а индекс находится напротив деления 86 шкалы барабана. Сле-

довательно, отсчет по неподвижной шкале составит 3 мм, а так как цена деления шкалы барабана равна 0,01 мм, то отсчет по барабану будет 0,01 86=0,86 мм.

Полный отсчет составит 3+0,86=3,86 мм.

Для измерения размеров объекта на столике микроскопа расположить объ-

ект, сфокусировать тубус микроскопа на резкость изображения объекта. Затем приступить к измерению размеров объекта, для чего, наблюдая в окуляр и вра-

щая барабан по часовой стрелке, совместить центр перекрестия с краем изобра-

жения объекта и по шкале микрометра снять первый отсчет.

Далее совместить цент перекрестия с другим краем объекта и снять второй отсчет по шкалам микрометра. Затем вычислить разность первого и второго от-

счета, которая определяет величину объекта. Чтобы получить величину самого объекта t, надо полученную разность отсчетов разделить на линейное увеличе-

ние объектива :

.

(9)

Например, первое измерение при совмещении с левым краем объекта со-

ставило I=3, 86 мм (первое измерение показано пунктиром) (рис. 16), а второе измерение при перемещении перекрестия к правому краю объекта II=5,12 мм.

Если линейное увеличение объектива =10, то величина объекта составит:

.

Рис. 16. Измерение размеров объекта

26

Диоптриметр оптический ДО-3.

Устройство и принцип действия

Диоптриметр оптический ДО-3 (рис. 17) служит для измерения задней вершинной рефракции и призматического действия очковых линз. Диоптриметр дает возможность наносить положение оптического центра очковых линз, на-

правление главных сечений у призматических очковых линз. Все узлы диоп-

триметра смонтированы в корпусе, который прикреплен к массивной плите,

обеспечивающей хорошую устойчивость.

Диоптриметр состоит из следующих основных частей: коллиматора, нахо-

дящегося внутри корпуса и частично снаружи; зрительной трубы; отсчетной сис-

темы; приспособления для крепления очковых линз; механизма для маркировки очковых линз; механизма, служащего для измерения расстояния от оптического центра до края очковой линзы и определения расстояния между центрами у би-

фокальных очковых линз; осветителя (внутри диоптриметра).

Принцип действия диоптриметра заключается в следующем. Если в парал-

лельный пучок лучей поместить очковую линзу, то, пройдя ее, параллельный пучок лучей превратится либо в сходящийся, либо в расходящийся пучок. Изме-

няя сходимость или расходимость пучка света, падающего на очковую линзу,

можно добиться такого положения, когда из данной очковой линзы будет выхо-

дить параллельный пучок лучей.

Рассмотрим систему, состоящую из объектива и сетки, расположенной в его фокальной плоскости (коллиматор), изображение которой через объектив будем рассматривать с помощью телескопической зрительной трубы. Резкое изображение сетки коллиматора на сетке зрительной трубы может быть получе-

но только в том случае, когда в объектив зрительной трубы попадает параллель-

ный пучок лучей.

Введение в ход лучей очковой линзы изменит сходимость лучей, и изо-

бражение сетки коллиматора на сетке зрительной трубы станет размытым. Если,

27

поместив очковую линзу в ход лучей между коллиматором и зрительной трубой,

перемещать сетку коллиматора, то можно найти такое ее положение, при кото-

ром получится ее резкое изображение в поле зрения зрительной трубы.

Рис. 17. Диоптриметр оптический ДО-3

Зная оптические данные объектива коллиматора и положение очковой линзы относительно объектива коллиматора, можно математически связать по-

ложение сетки коллиматора, необходимое для получения ее резкого изображе-

ния, со значением заднего фокуса введенной очковой линзы.

Значение заднего фокуса очковой линзы определяет значение ее задней вершинной рефракции. Каждому положению сетки коллиматора соответствует определенное значение задней вершинной рефракции введенной очковой линзы.

Значения последней в диоптриях наносятся на шкалу перемещаемую вме-

сте с сеткой коллиматора, и отсчитываются по этой шкале.

Оптическая схема диоптриметра ДО–3

Лучи света от лампы 1 освещают сетку 2 (рис. 18). Чтобы при отсутствии очковой линзы из объектива 3 выходил параллельный пучок лучей (показан

28

на рис. 18 сплошными линиями), сетка 2 должна быть установлена в задней фокальной плоскости объектива. При этом против отсчетного индекса должно находиться нулевое деление шкалы рефракций.

Пройдя через плоскопараллельную стеклянную пластинку 4 с агатовым стержнем, пучок лучей попадает в объектив 6 зрительной трубы.

Рис. 18. Схема хода лучей в диоптриметре

Далее, лучи света собираются в фокальной плоскости объектива 6, в кото-

рой помещены две пластинки 7, на одной из которых нанесено перекрестие, а на другой – круговая шкала.

Изображение сетки коллиматора, перекрестие и круговая шкала рассмат-

риваются через окуляр 8. Наводя по глазу окуляр на резкость изображения, на-

блюдатель увидит картину, изображенную на рис. 19. После того, как в ход лу-

чей помещена очковая линза 5, изображение сетки коллиматора в фокальной плоскости объектива зрительной трубы может быть получено только при сме-

щении сетки коллиматора 2 из фокальной плоскости объектива 3 (рис. 18).

Если рефракция очковой линзы отрицательна, то для того, чтобы из нее выходил параллельный пучок лучей, необходимо, чтобы падающий пучок был сходящимся (как это показано на рис. 18); если же рефракция очковой линзы по-

ложительна, то для получения после нее параллельного пучка нужно, чтобы па-

дающий пучок был расходящимся.

В первом случае сетка должна быть выведена из фокальной плоскости объектива в направлении от объектива, во втором – к объективу,

29

В случае, когда измеряется задняя вершинная рефракция стигматической очковой линзы, изображение сетки коллиматора имеет вид круга из светлых то-

чек (рис. 19) и располагается либо в центре, либо эксцентрично, в зависимости от призматического действия линзы (рис. 19).

Рис. 19. Круг из светло-зеленых точек в центре поля – изображение сетки коллиматора

Рис. 20. Изображение эллипсообразной фигуры астигматической очковой линзы

Если очковая линза астигматическая, то точечное изображение сетки кол-

лиматора вытягивается в группу параллельных линий (рис. 20), образующих эл-

липсообразную фигуру, оси которой соответствуют положению двух главных сечений астигматической очковой линзы.

30

Резкое изображение линий можно наблюдать при двух положениях сетки коллиматора, соответствующих задним вершинным рефракциям очковой линзы в двух ее главных сечениях.

Измерение задней вершинной рефракции

Очковую линзу или линзу, вмонтированную в оправу, положить на под-

вижную гильзу 1 (рис. 21) той поверхностью, которая обращена к глазу. Опустив рычаг 2, прижать линзу к вершине агатового стержня.

Наблюдая в окуляр зрительной трубы и перемещая с помощью махович-

ков 3 (рис. 21) точечную сетку коллиматора, получить в поле зрения наилучшую одинаковую резкость изображения точек сетки коллиматора.

В поле зрения допускается появление вторичных изображений точечной сетки, что не влияет на точность измерения. Изображение точечной сетки легко привести к центру перекрестия, перемещая измеряемую линзу в соответст-

вующую сторону.

Рис. 21. Диоптриметр ДО –3