- •Гомельский государственный медицинский университет
- •Лекция 21
- •Время 90 минут
- •Оптические методы исследования и воздействие излучением оптического диапазона на биологические объекты. Элементы физики атомов и молекул.
- •Введение
- •Вопрос 1. 18 минут Микроскоп. Формула для увеличения
- •Вопрос 2. 14 минут
- •Разрешающая способность.
- •Значение апертурного угла.
- •Формула для предела разрешения.
- •Вопрос 3. 2 минуты Ультрафиолетовый микроскоп
- •Вопрос 4. 8 минут Иммерсионные системы
- •Вопрос 5. 5 минут Полезное увеличение
- •Вопрос 6. 9 минут Специальные приемы микроскопии:
- •Вопрос 7. 9 минут Волновые свойства частиц. Дифракция электронов
- •Вопрос 8. 9 минут
- •Электронный микроскоп: понятие об удобстве,
- •Увеличении и пределе разрешения.
- •Применение электронного микроскопа в биологии и медицине
- •Вопрос 9. 5 минут Волоконная оптика и ее использование в медицинских приборах
- •Вопрос 10. 5 минут Эндоскопия и эндоскопы
- •Заключение
- •Ответы на вопросы
Вопрос 3. 2 минуты Ультрафиолетовый микроскоп
Как видно из формулы (1), один из способов уменьшения предела разрешения микроскопа - использование света с меньшей длиной волны. В связи с этим применяют ультрафиолетовый микроскоп, в котором микрообъекты исследуются в ультрафиолетовых лучах. Принципиальная схема оптическая такого микроскопа аналогична схемам обычного микроскопа. Основное отличие заключается, во-первых, в использовании оптических устройств, прозрачных для УФ света, и, во-вторых, в особенности получения изображения. Т.к. глаз непосредственно не воспринимает этого излучения, то употребляются фотопластинки, люминесцентные экраны или электронно-оптические преобразователи.
Вопрос 4. 8 минут Иммерсионные системы
Дальнейшим усовершенствованием микроскопа явилось применение иммерсионного объектива. Так называют объектив, у которого пространство между предметом (покровным стеклом препарата) и входной линзой заполняется жидкой средой - иммерсией - с показателем преломления, близким к стеклу, например, глицерином (n = 1,45) или монобромнафталином (n = 1,65). При иммерсионном объективе, во-первых, значительно увеличивается яркость изображения и, во-вторых, повышается разрешающая способность микроскопа.
Иммерсия
Покровное
стекло
Препарат
При иммерсии свет от предмета до объектива проходит по оптически однородной среде и не дает потерь на отражение. Это значительно повышает яркость изображения, что имеет существенное значение особенно для микроскопа с большим увеличением. Для микроскопа с увеличением в 400 раз площадь изображения по сравнению с площадью предмета увеличивается в 160 000 раз, во столько же раз уменьшается его яркость по сравнению с яркостью предмета.
В иммерсионном объективе, где между предметом и объективом находится среда с показателем преломления n, длина волны света, проходящего в объектив, n= / n , где - длина волны света в воздухе. Подставляя эти данные в формулу для предела разрешения, получим:
Z = n / 2sin( /2) = / 2n sin( /2)
т.е. предел разрешения иммерсионного объектива при наклонном освещении предмета числено равен отношению длины волны света к удвоенному произведению показателя преломления иммерсионной среды на синус апертурного угла объектива.
Величина А = sin( /2) для сухого или Аn = n sin( /2) для иммерсионного объектива называется численной (числовой) апертурой и для сухого объектива обозначается на оправе вместе с увеличением. Поэтому можно сказать, что предел разрешения микроскопа равняется длине волны света, при котором производится наблюдение, деленной на численную апертуру при перпендикулярном падении света на предмет:
Z = / A,
или деленной на удвоенную численную апертуру при наклонном освещении:
Z = / 2A;
при иммерсионном объективе Z = / 2n A.
Числовая апертура объектива, характеризуя предел разрешения, позволяет сравнить между собой разрешающую способность различных микроскопов. Последняя тем выше, чет больше апертура.
Максимальный апертурный угол может быть порядка 700 , тогда для сухого объектива ему соответствует числовая апертура А= sin700 = 0,94; Z 0,30 мкм.
Для иммерсионного объектива при n = 1,5
Аn = 1,5 0,94 = 1,4; Z0,19 мкм.
Данные приведены для наклонного падения света на объект и наиболее чувствительной глазу длины волны 0,555 мкм.