АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Поляризационный микроскоп

Приборы и принадлежности:

микроскоп поляризационный, окулярно-винтовой микрометр, стеклянная пластинка, препарат цветочной пыльцы, набор образцов (кристаллы кварца, поваренной соли, слюда, полиэтилен и др.).

Цель работы: исследование структуры твердых тел с помощью поляризационного микроскопа; определение разме­ров малых объектов (кристаллов кварца или цветочной пыльцы); определение показателя преломления стекла.

Микроскоп является одним из важнейших лабораторных при­боров в медицинских и биологических исследованиях. Микро­скопы широко применяют для наблюдения и исследования таких объектов, которые невозможно различить невооружен­ным глазом.

В световой (электромагнитной) волне колебания вектора напряженности электрического поля Е и магнитного поля Н происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях. Векторы Е и Н составляют с направлением распространения волны правовинтовую тройку. Световые волны поперечны. В естественном свете колебания векторов Е и Н совершаются в самых различных направлениях, перпендикулярных лучу. Свет, у которого колебания Е совершаются только в одной плоскости - плоскости колебаний, - называется плоскополяризованным. При этом колебания Н совершаются в перпендикулярной плоскости.

При прохождении света через некоторые кристаллы наблюдается явление двойного лучепреломления, то есть световой луч разделяется на два луча, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Один из лучей называется обыкновенным лучом (обозначается буквой “о”), другой называется необыкновенным (обозначается “е”). Показатель преломления необыкновенного луча не является постоянным, а зависит от направления луча внутри кристалла.

Явление двойного лучепреломления наблюдается у прозрачных кристаллов, за исключением кристаллов с кубической кристаллической решеткой. У одноосных двулучепреломляющих кристаллов имеется направление, вдоль которого оба луча, обыкновенный и необыкновенный, распространяются с одинаковой скоростью и не разделяются (отсутствует двойное лучепреломление, n_o=n_e). Это направление называется оптической осью кристалла. Любая прямая, параллельная ей, также является оптической осью, а плоскость, которая проходит через световой луч и оптическую ось, называется главной плоскостью.

Двойное лучепреломление кристаллов объясняется их анизотропией. Под действием электрического поля световой волны электронные оболочки молекул смещаются, образуя электрические диполи. Индуцированный дипольный электрический момент молекулы Р =e_oa Е, где a - поляризуемость молекулы (атома), зависящая только от объема молекулы (атома). В анизотропных кристаллах величина смещения зависит от направления вектора Е световой волны, а значит, и поляризуемость молекулы в направлении оптической оси и в направлениях, перпендикулярных ей, имеет различные значения a_|| и a_^. Поскольку a однозначно связана с диэлектрической проницаемостью среды e, а показатель преломления n определяется диэлектрической проницаемостью (n²=e) то и e, и n будут иметь различные значения e_||, e_^ и n_||, n_^ соответственно.

В обыкновенном луче вектор Е колеблется перпендикулярно главной плоскости, а значит, перпендикулярно оптической оси. Волна будет распространяться со скоростью v_o=c/n_o=c/n_^=c/ . В необыкновенном луче Е колеблется параллельно главной плоскости, а значит, угол между Е и главной осью меняется в зависимости от направления луча, а его скорость меняется от v_o=c/ до v_e=c/ . Кристаллы, у которых v_e<v_o, называются оптически отрицательными.

Поляризованный свет можно получить из естественного с помощью приборов, называемых поляризаторами. В качестве поляризаторов могут быть использованы плоские поверхности диэлектрика, установленные под углом Брюстера к падающему лучу. Угол Брюстера определяется соотношением: tg i_бр = n₂₁, где n_{21 -} относительный показатель преломления второй среды относительно первой.

Если луч падает на границу раздела двух диэлектриков под углом Брюстера, то отраженный луч будет полностью поляризован, а преломленный луч поляризован не полностью, но максимально (закон Брюстера).

Более совершенными поляризаторами являются кристаллы, в которых благодаря двойному лучепреломлению можно отделить обыкновенный и необыкновенный лучи. Поляризатор, предложенный французским ученым Николем, состоит из двух призм из исландского шпата (анизотропен), склеенных канадским бальзамом (изотропен). Показатель преломления канадского бальзама n_б =1,550 лежит между n_о=1,658 и n_е =1,486 исландского шпата. Обыкновенный луч претерпевает полное внутреннее отражение на прослойке бальзама, поскольку идет из оптически более плотной среды в менее плотную, необыкновенный же луч проходит сквозь призму.

Существуют кристаллы, которые по-разному поглощают обыкновенный и необыкновенный лучи. Это явление называется дихроизмом. Весьма сильным дихроизмом в видимых лучах обладает кристалл турмалина. В нем обыкновенный луч поглощается на длине 1 мм. Таким же свойством обладает поляроид - целлулоидная пленка, в которую введены кристаллы сульфата йодистого хинина.

Если естественный свет проходит через два поляризующих прибора (поляризатор и анализатор), главные плоскости которых образуют между собой угол j, то интенсивность света, пропущенного поляризатором, будет пропорциональна сos²j, то есть I=I_oсos²j (закон Малюса). Здесь I_o - интенсивность света, прошедшего через поляризатор, I_o = 0.5^.I_ест..

Кристаллы анизотропны, потому что их физические свойства различны в разных направлениях. Некоторые кристаллы, будучи анизотропны в отношении одних свойств, оказываются изотропными в отношении других. Так, например, кристаллы с кубической решеткой оптически изотропны, они обладают одинаковыми значениями показателя преломления по всем направлениям. В то же время ряд других физических свойств этих кристаллов зависит от направления.

С помощью поляризационного микроскопа, наблюдая препараты при скрещенных поляризаторе и анализаторе, можно установить, являются ли исследуемые образцы оптически изотропными или анизотропными. Оптически изотропные кристаллы при скрещенных поляроидах будут темными (невидимыми) при вращении столика микроскопа с препаратом. Оптически анизотропные кристаллы просветляют поле зрения, часто с той или иной интерференционной окраской. Однако в так называемых положениях погасания, соответствующих совпадениям направлений световых колебаний в кристалле с направлением колебаний, пропускаемых анализатором и поляризатором, анизотропный кристалл также представляется темным. Поэтому чтобы увидеть все имеющиеся в поле зрения оптически анизотропные кристаллы, нужно поворачивать столик микроскопа. При повороте столика на 360 каждый кристалл 4 раза светлеет и 4 раза гаснет.

Поляризационный микроскоп позволяет измерять размеры малых объектов. Изображение шкалы при рассматривании в окуляр совмещается с изображением предмета. С помощью микровинта можно совместить перекрестье сначала с одним краем рассматриваемого предмета, а затем с другим. При этом можно определить, какому числу делений шкалы микрометра соответствует данное изображение. Для определения размеров предмета необходимо знать цену деления окулярно-винтового микрометра. Под ценой деления окулярно-винтового микрометра понимают выраженную в миллиметрах длину отрезка, рассматриваемого в микроскоп, изображение которого занимает одно деление шкалы микрометра. Для определения цены деления окулярно-винтового микрометра применяют объектный микрометр - шкалу с известной ценой деления. Объектный микрометр рассматривают в микроскоп как предмет и, совмещая в поле зрения объектную и окулярную шкалы, определяют цену деления окулярного микрометра.

При наблюдении предмета сквозь слой воды или стеклянную пластинку предмет кажется расположенным ближе к наблюдателю, чем в действительности. Это кажущееся приближение связано с преломлением света на границе пластинки и зависит как от толщины пластинки, так и от ее показателя преломления. Измеряя кажущееся смещение предмета при помощи микроскопа, можно определить показатель преломления. Пусть микроскоп сфокусирован на какой-либо штрих, нанесенный на предметном стекле. Если положить на предметное стекло прозрачную пластинку толщиной d, то для фокусировки микроскопа на тот же штрих предметного стекла его тубус необходимо переместить вверх на некоторое расстояние Dd. Показатель преломления вычисляется по формуле

n=d/(d-Dd) (1)

Описание установки.

Оптическая схема поляризационного микроскопа показана на рис.1. От источника света 1 лучи, пройдя линзы 2 и 3, падают на призму 4, в которой они преломляются и направляются в поляризатор 5, откуда выходят поляризованным пучком. Далее, пройдя через апертурную диафрагму 6, поляризованные лучи падают на конденсор 7 и освещают исследуемый объект. От объекта лучи направляются в объектив 8, затем в анализатор 9 и монохроматический светофильтр 10, и дальше в окуляр 11.

Поляризационный микроскоп состоит из основания 19 (рис.2), фонаря 20, тубусодержателя 21, тубуса 22, наклонной насадки 23 и предметного столика 24.

Тубусодержатель 21 жестко укреплен на выступе основания 19. В кожухе фонаря 20 расположен патрон с лампой, светящаяся нить которой центрируется двумя винтами 25. Лампа фонаря питается от сети переменного тока через понижающий трансформатор 26. В трансформатор вмонтировавн реостат для изменения накала лампы, ручка 27 реостата выведена наружу.

С помощью барашков 31 осуществляется грубая подача столика, с помощью барабанчиков 32 – микрометрическая фокусировка на объект.

В паз типа “ласточкин хвост” вставлены салазки 38 с анализатором, снабженным устройством для поворота на 90^о. Разворот анализатора производится рукояткой 39.

Над салазками анализатора установлен поворотный диск 40 с тремя монохроматическими фильтрами и одним свободным отверстием. Монохроматические фильтры вводятся в ход лучей для пропускания света с длиной волны 486, 589 и 620 нм.

Рис.3

Под круглым предметным столиком 24 укреплен поляризатор (рис.3). На наружной части оправы поляризатора 52 награвирована шкала. Поляризатор можно разворачивать на требуемый угол по отношеию к анализатору.

Порядок выполнения работы

1. Наблюдение кристаллов в скрещенных поляризаторах.

а) Включите осветительное устройство микроскопа.

б) Установите на предметном столике один из образцов.

в) Сфокусируйте микроскоп.

г) Установите поляризатор и анализатор в скрещенное положение (поле зрения при этом должно быть темным).

д) Определите из предложенных образцов изотропные и анизотропные кристаллы. Полученные данные занесите в таблицу 1.

Таблица 1.

2. Определение цены деления окулярно-винтового микрометра.

а) Выведите анализатор;

б) положите на предметный столик прозрачное стекло с нанесенной миллиметровой сеткой. Полу­чите четкое изображение линий сетки в окуляре микроскопа;

в) добейтесь того, чтобы вертикальные стороны квадратов сетки были параллельны делениям шкалы оку­лярно-винтового микрометра;

г) вращая барабан микровинта, установите перекрестье окулярно-винтового микрометра на вертикальную сторону какого-либо квадрата сетки;

д) снимите показание n₁ окулярного микрометра;

е) переместив перекрестье на N (N=1) квадратов сетки, совместите его с вертикальной стороной N-го квадрата; снимите показание n₂ окулярно-винтового микрометра;

ж) определите цену деления d окулярно-винтового микрометра (а =1 мм - размер стороны квадрата);

з) определите цену деления d окулярно-винтового микро­метра еще несколько раз;

и) найдите среднее значение d_ср цены деления окулярно-вин­тового микрометра;

к) результаты измерений и вычислений занесите в табли­цу 2.

л) определите погрешность Dd измерения цены деления окулярно-винтового микрометра с доверительной вероят­ностью р= 0.95.

Таблица 2

Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 1255 | Нарушение авторских прав