Оптическая микроскопия (стр. 4 )

конденсоры. Отдельную группу составляют эпиконденсоры — необходимые при наблюдении по методу тёмного поля в отражённом свете системы кольцеобразных линз и зеркал, устанавливаемых вокруг объектива. В УФ микроскопии применяются специальные зеркально-линзовые и линзовые конденсоры, прозрачные для ультрафиолетовых лучей.

Объективы микроскопов отличает расположение в непосредственной близости от объекта. Их фокусные расстояния невелики — от 30—40 мм до 2 мм.

К основным оптическим характеристикам О. микроскопов относятся: числовая апертура А, равная n1sinu1, где n1 — преломления показатель среды, в которой находится объект, u1 -половина угла раствора светового пучка, попадающего в О. из точки объекта, лежащей на оптической оси О.; линейное увеличение b; линейные размеры 2/ поля зрения, резко изображаемого О.; расстояние от плоскости объекта до плоскости изображения.

Величина А определяет как освещённость изображения, прямо пропорциональную А2, так и линейный предел разрешения микроскопа, т. е. наименьшее различаемое расстояние на объекте, равное для самосветящихся объектов (в предположении, что аберрации отсутствуют) e = 0,51 g/А, где g — длина волны света. Если объект находится в воздухе (п = 1, «сухой» О.), то А не может превышать 1 (фактически не более 0,9). Помещая объект в сильно преломляющую (п > 1) жидкость, т. н. иммерсию, примыкающую к поверхности первой линзы О., добиваются того, что А достигает 1,4—1,6 (см. Иммерсионная система). (3 современных микроскопов доходит до 90—100 х; полное увеличение микроскопа Г = bГ ', где Г ' — угловое увеличение окуляра. Линейное поле 2/ связано с диаметром D диафрагмы поля зрения окуляра соотношением 2/ = D/b. По мере увеличения А и b растет сложность конструкции О., поскольку требования к качеству изображения очень велики - разрешающая способность О. практически не должна отличаться от приведённой выше для идеального (безаберрационного) О. Этому условию удовлетворяют конструкции наиболее совершенных О. микроскопов —т. н. планахроматов и планапохроматов. На рис. 2 приведена схема одного из лучших планапохроматов советского производства.

Объективы в большинстве современных М. сменные и выбираются в зависимости от конкретных условий наблюдения. Часто несколько объективов закрепляются в одной вращающейся (т. н. револьверной) головке; смена объектива в этом случае осуществляется простым поворотом головки.

По степени исправления хроматической аберрации различают микрообъективы ахроматы и апохроматы. Первые наиболее просты по устройству; хроматическая аберрация в них исправлена только для двух длин волн, и изображение при освещении объекта белым светом остаётся слегка окрашенным. В апохроматах эта аберрация исправлена для трёх длин волн, и они дают бесцветные изображения. Плоскость изображения у ахроматов и апохроматов несколько искривлена (см. Кривизна поля). Аккомодация глаза и возможность просмотра всего поля зрения с помощью перефокусировки М. отчасти компенсируют этот недостаток при визуальном наблюдении, однако он сильно сказывается при микрофотографировании - крайние участки изображения получаются нерезкими. Поэтому широко используют микрообъективы с дополнительным исправлением кривизны поля - - планахроматы и планапохроматы. В сочетании с обычными объективами применяют специальные проекционные системы — гомали, вставляемые вместо окуляров и исправляющие кривизну поверхности изображения (для визуального наблюдения они непригодны).

Рис.. Типичная оптическая схема объектива микроскопа.

Кроме того, микрообъективы различаются: а) по спектральным характеристикам -на объективы для видимой области спектра и для УФ и ИК микроскопии (линзовые или зеркально-линзовые);

б) по длине тубуса, на которую они рассчитаны (в зависимости от конструкции М.), -
на объективы для тубуса 160 мм, для тубуса 190 мм и для т. н. «длины тубуса
бесконечность» (последние создают изображение «на бесконечности» и применяются
совместно с дополнительной - - т. н. тубусной — линзой, переводящей изображение в
фокальную плоскость окуляра);

в) по среде между объективом и препаратом — на сухие и иммерсионные;

г) по методу наблюдения - - на обычные, фазово-контрастные, интерференционные и

др.;

д) по типу препаратов -- для препаратов с покровным стеклом и без него. Отдельный
тип представляют собой эпиобъективы (сочетание обычного объектива с эпиконденсором).

Многообразие объективов обусловлено разнообразием методов микроскопических наблюдений и конструкций М., а также различиями в требованиях к исправлению аберраций в разных условиях работы. Поэтому каждый объектив можно применять только в тех условиях, для которых он рассчитан. Например, объективом, рассчитанным для тубуса 160 мм, нельзя пользоваться в М. с длиной тубуса 190 мм; с объективом для препаратов с покровным стеклом нельзя наблюдать препараты без покровного стекла. Особенно важно соблюдать расчётные условия при работе с сухими объективами больших апертур (А > 0,6), которые очень чувствительны ко всяким отклонениям от нормы. Толщина покровных стекол при работе с этими объективами должна быть равна 0,17 мм. Иммерсионный объектив можно использовать только с той иммерсией, для которой он рассчитан.

Рис. ?. Оптические схемы иммерсионных зеркально-линзовых объективов микроскопов: а конструкции ; б — конструкции .

Тип применяемого окуляра при данном методе наблюдения определяется выбором объектива М. С ахроматами малых и средних увеличении используют окуляры Гюйгенса, с апохроматами и ахроматами больших увеличений — т. н. компенсационные окуляры, рассчитываемые так, чтобы их остаточная хроматическая аберрация была другого знака, чем у объективов, что улучшает качество изображения. Кроме того, существуют специальные фотоокуляры и проекционные окуляры, которые проектируют изображение на экран или фотопластинку (сюда же можно отнести упомянутые выше гомали). Отдельную группу составляют кварцевые окуляры, прозрачные для УФ лучей.

Разнообразные принадлежности к М. позволяют улучшить условия наблюдения и расширить возможности исследований. Осветители различных типов предназначены для создания наилучших условий освещения; окулярные микрометры служат для измерения размеров объектов; бинокулярные тубусы дают возможность наблюдать препарат одновременно двумя глазами; микрофотонасадки и микрофотоустановки применяются при микрофотографии. Для количественных исследований применяются специальные устройства (например, микроспектрофотометрические насадки).

Средства измерения

С помощью микроскопа можно измерить реальные линейные размеры микроскопических объектов, которые выражают в микрометрах (1 мкм = 0,001 мм). Для их измерения используют окуляр-микрометры, цену деления которых определяют с помощью объект-микрометра

Измерение линейных размеров микроскопических объектов с помощью окуляр-микрометра Объект-микрометр для проходящего света (ОМП) представляет собой металлическую пластинку с отверстием в центре, в котором помещена стеклянная пластинка с измерительной шкалой длиной 1 мм, разделенной на 100 частей

Окуляр-микрометры бывают нескольких типов. Простейшие представляют собой стеклянную пластинку, на которую нанесена шкала, разделенная на 50 частей, или сетка. Стеклянная пластинка со шкалой или сеткой помещается на диафрагму окуляра, глазная линза которого может перемещаться по вертикали для точной фокусировки на шкалу. Кроме того существуют винтовые окуляр-микрометры, в которых помимо шкалы имеется перекрестие и биштрих, перемещающийся вдоль шкалы с помощью градуированного барабана. Винтовой окуляр-микрометр позволяет производить более точные прецизионные измерения

Для измерения размеров объекта необходимо предварительно определить цену деления окуляр-микрометра при данной комбинации объектива и окуляра. С этой целью на предметный столик микроскопа помещают объект-микрометр и определяют скольким делениям объект-микрометра соответствует определенное количество делений окуляр-микрометра. После этого определяют цену деления окуляр-микрометра по следующей формуле

lok - цена деления окуляр-микрометра,

nоб - количество делений объект-микрометра,

L0б - цена деления объект-микрометра,

nок-количество делений окуляр-микрометра, соответствующее n делений объект-микрометра

(n0б).

Для проведения измерений препарат помещают на предметный столик. Изображение объекта совмещают со шкалой окуляр-микрометра и определяют скольким делениям соответствует его длина. Зная цену деления окуляр-микрометра (при данной комбинации объектива и окуляра!!), определяют длину объекта, умножая количество делений на цену деления При использовании винтового окуляр-микрометра результаты измерений отсчитывают на барабане.

Типы микроскопов. его оснащение и характеристики основных узлов определяются либо областью применения, кругом проблем и характером объектов, для исследования которых он предназначен, либо методом (методами) наблюдения, на которые он рассчитан, либо же и тем и другим вместе. Всё это привело к созданию различных типов специализированных М., позволяющих с высокой точностью изучать строго определённые классы объектов (или даже только некоторые определённые их свойства). С другой стороны, существуют т. н. универсальные М., с помощью которых можно различными методами наблюдать различные объекты.