АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Глава 1. Теория микроскопа

Микроскоп оптический (от греч. mikros - малый и skopeo - смотрю) - оптический прибор для получения сильно увеличенных изображений объектов (или деталей их структуры), не видимых невооружённым глазом. Различные типы микроскопа предназначаются для рассматривания, изучения и измерения микроструктуры органических клеток, бактерий, срезов тканей, микрокристаллов, волокон, минералов, микросхем и других объектов, размеры которых меньше минимального разрешения глаза, равного 0,1 мм. Микроскоп даёт возможность различать структуры с расстоянием между элементами до 0,2 мкм. Обычно микроскоп имеет двухступенчатую систему увеличения, образованную объективом и окуляром и обеспечивающую увеличение до 1500 крат. В оптическую схему микроскопа входят также элементы, необходимые для освещения объекта.

Простой однолинзовый микроскоп (лупа с сильным увеличением) был известен уже в середине 15 века. А. Левенгук довёл увеличение простого микроскоп до 300 крат и впервые обнаружил и описал мир микроскопических организмов, в том числе бактерий. Изобретение сложного микроскопа, состоящего из двух положительных (собирающих) линз, относят к периоду между 1590 и 1610 и связывают с именем Г. Янсена. В 1610 Г. Галилей на основании изобретённой им зрительной трубы построил другой тип микроскопа, состоящий из собирательного объектива и рассеивающего окуляра. Сложные микроскопы позволили удалить препарат от глаза и устанавливать его в удобном положении. Долгое время сложные микроскопы из-за присущего им хроматизма уступали по качеству изображения простым.

Первые расчёты ахроматических объективов для микроскопа были выполнены Л. Эйлером в 1750-1770; по расчётам Ф. У. T. Эпинуса в 1805-1808 был построен микроскоп, обеспечивающий увеличение до 180 крат. Э.Аббе (E. Abbe) разработал (1872-1873) дифракционную теорию образования изображений несамосветящихся объектов в микроскопе, определил предел разрешения микроскопа и показал при этом роль апертуры, рассчитал высококачественные ахроматические и апохроматические объективы. Его теория лежит в основе современного микроскопостроения. Л. И. Мандельштам распространил теорию Аббе на самосветящиеся объекты.

Принцип действия микроскопа поясняет рис. 1, на котором представлена оптическая схема наиболее типичного микроскопа проходящего света. Препарат 7 (стрелочка) находится на предметном столике перед микрообъективом 8 на расстоянии, несколько большем его фокусного расстояния F _0б. Объектив образует действительное, увеличенное и перевёрнутое изображение T в плоскости полевой диафрагмы 10, лежащей за передним фокусам F_OK окуляра 11. Это промежуточное изображение рассматривается через окуляр, который даёт дополнительное увеличение и образует мнимое изображение на расстоянии наилучшего видения D = 250 мм. При этом на сетчатке глаза образуется действительное изображение предмета.

Если окуляр сдвинуть так, чтобы изображение T оказалось перед передним фокусом окуляра, то изображение, даваемое окуляром, становится действительным и его можно получить на экране или фотоплёнке. Общее увеличение микроскопа равно произведению увеличений объектива и окуляра: Г_м = = , причем, где - расстояние от заднего фокуса объектива до переднего фокуса окуляра (так называемая оптическая длина тубуса), - фокусные расстояния объектива и окуляра. Обычно объективы микроскопа имеют увеличения от 6,3 до 100, а окуляры от 7 до 15; поэтому общее увеличение микроскопа лежит в пределах от 44 до 1500.

Рис. 1. Принципиальная оптическая схема микроскопа

Осветительная система микроскопа состоит из лампы 7, коллектора 2, плоского зеркала 4 и конденсора 6. С плоскостью препарата 7 сопряжены полевая диафрагма окуляра 10 и полевая осветительная диафрагма 3, обычно регулируемая. Конус лучей, который может быть воспринят объективом, ограничивает апертурная диафрагма 5, с которой сопряжены ирисовая диафрагма 5 и нить лампы накаливания 1. При таком расположении источника света и диафрагм обеспечивается равномерное освещение поля зрения даже при крайне неоднородной яркости источника. Кроме того, регулировкой полевой и апертурной осветительных диафрагм устраняется излишний свет, который, не участвуя в формировании изображения, снижает контраст за счёт рассеяния на элементах конструкции микроскопа.

Разрешающая способность микроскопа, т. е. его способность давать раздельные изображения двух соседних точек объекта, ограничена дифракцией света, в результате которой изображение бесконечно малой светящейся точки имеет вид яркого пятна (диск Эри) с концентрическими тёмными и светлыми кольцами постепенно убывающей яркости. Диаметр диска Эри, в котором сосредоточено 84% всей энергии точки, имеет величину

, где - длина волны света, - числовая апертура, - показатель преломления среды, находящейся между предметом и объективом, и - угол между оптической осью и крайним лучом, попадающим в объектив из препарата, т. н. апертурный угол.

Рис. 2. Слияние изображения двух точек по мере их сближения: a - безусловное разрешение ; б - предельное разрешение

Предел разрешения микроскопа определяется при сближении точек до такого расстояния, когда падение освещённости в промежутке между ними становится незаметным для глаза и точки сливаются в одну (рис. 2). Установить однозначно этот предел трудно. Чаще всего для его определения используется критерий Рэлея, в соответствии с которым точки считаются разрешёнными, когда расстояние между ними равно радиусу диска Эри: . При этом в случае самосветящихся некогерентных излучателей освещённость в промежутке между точками составляет ~80% от освещённости в максимуме. Человеческий глаз может замечать контраст в освещённости до 4%; этому соответствует наименьшее расстояние, разрешаемое в микроскопе,

Существование предела разрешающей способности влияет на выбор увеличения микроскопа. Увеличение микроскопа в пределах 500-1000 А будет полезным, т. к. при нём глаз различает все элементы структуры объекта, разрешаемые микроскопом. Более слабые увеличения не позволяют выявить все детали, а большие увеличения бесполезны, т. к. никаких новых подробностей структуры не выявляют. Однако иногда такие увеличения применяют в микрофотографии, при микропроецировании.

Типы микроскопов определяются либо областью применения, либо методом исследования. В зависимости от круга решаемых задач микроскопы могут быть учебными, рабочими, лабораторными, исследовательскими, универсальными. В наиболее простых моделях имеется, как правило, ограниченный набор окуляров и объективов; в сложных моделях микроскопов применяют широкий набор наиболее совершенной оптики (планахроматы), имеются штатив жёсткой конструкции, встроенный осветитель, предметный стол с двухкоординатным перемещением препарата, приспособления для различных взаимодополняющих методов исследования, устройства для микрофотографии, микрофотометрин и др.

Рис. 3. Разрез биологического микроскопа и ход лучей:

1 - микрометр;

2 - тубусодержатель;

3 - тубус;

4 - окуляр;

5 - объектив;

6 - предметный столик;

7 - конденсор;

8 - зеркало.

Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 1431 | Нарушение авторских прав