Оптична мікроскопіяПерейдемо до розгляду оптичної системи мікроскопу і його основних характеристик. Мікроскоп являє собою ЦОС, яка у найпростішому випадку складається з двох лінз: об’єктива і окуляра. Хід променів у мікроскопі зображений на мал. 8.18. Мал. 8.18.Схематичний хід променів у мікроскопі. У мікроскопі предмет АВ розміщується безпосередньо за переднім фокусом об’єктива (Об). В такому випадку його зображення А1В1 буде дійсним, оберненим, збільшеним і знаходитиметься за подвійним фокусом об’єктива. Бажано, щоб окуляр (Ок) розміщувався так, щоб площина, в якій лежить зображення А1В1, знаходилася у фокальній площині окуляра або між його переднім фокусом і самим окуляром, але в безпосередній близькості від фокуса F2. В першому випадку око не напружується, оскільки до нього йдуть паралельні промені. В другому випадку потрібна акомодація (див. параграф 8.7, де викладаються біофізичні основи зорової рецепції), щоб зібрати промені, що розходяться після заломлення в окулярі, на сітківку ока. Розглянемо перший випадок. Як видно з мал. 8.18, зображення А1В1 предмета АВ знаходиться у фокальній площині окуляра, і тому всі промені після заломлення в окулярі йдуть від цього зображення паралельно до побічної вісі, яка з’єднує точку А1 і оптичний центр лінзи окуляра О1. Заломлююча система ока, яка має в середньому оптичну силу 63 дптр, фокусує ці паралельні промені на сітківку, де виникає зображення А2В2 реального предмета АВ. Збільшення мікроскопу Гм, як і збільшення будь-якої ЦОС, визначається добутком збільшення лінз, які входять до її складу: де L – оптична довжина тубуса – відстань між заднім головним фокусом об’єктива і переднім головним фокусом окуляра, D – відстань найкращого зору (D » 25 см). Таким чином, теоретичне збільшення мікроскопа дорівнює відношенню добутку оптичної довжини тубуса на відстань найкращого зору до добутку фокусних відстаней об’єктива і окуляра. Основні характеристики мікроскопа – роздільна здатність, межа розрізнення і корисне збільшення. Роздільна здатність – властивість мікроскопа давати окремо зображення двох, поряд розміщених, світлих точок предмету. Теорія роздільної здатності мікроскопа була розроблена Е. Аббе, а потім Л.І. Мандельштамом і Д.С. Рождественським. Роздільна здатність мікроскопу обумовлена хвильовими властивостями світла і перед усім дифракційними явищами. Вона визначається роздільною здатністю об’єктива, в який входять промені світла, що дифрагують на структурних деталях предмету, і залежить, таким чином, від апертурного кута q і довжини хвилі. Роздільна здатність є характеристикою, яка обернена до межі розрізненняZmin – найменшої відстані між двома світлими точками предмету, які сприймаються в мікроскопі окремо. Чим менша межа розрізнення, тим вища роздільна здатність оптичного приладу. В теорії Аббе формула для межі розрізнення Zmin має вигляд для “сухого” мікроскопа: При використанні імерсійного об’єктива (тобто у випадку, коли між предметом і об’єктивом розміщена рідина з показником заломлення n) значно збільшується яскравість зображення і роздільна здатність мікроскопу. У цьому випадку формула для межі розрізнення набуває вигляду: Величина Не має сенсу нескінченно зменшувати Zmin, оскільки деталі предмету повинні розрізнятися і оком. Реальне збільшення мікроскопа визначається так званим корисним збільшеннямГкорис, яке визначається співвідношенням:
де Z¢ – межа розрізнення ока, тобто розмір зображення на сітківці ока предмета, який має величину, що співпадає з межою розрізнення мікроскопа Zmin на віддалі найкращого зору D = 25 см. Нормальне око розрізняє дві точки, кутові віддалі між якими мають порядок 2¢–4¢, тобто декілька кутових хвилин. Тоді для такої кутової віддалі межа розрізнення ока дорівнює
Таким чином, корисне збільшення мікроскопа Гкорис = (140 ¸ 280) 2 А / l0 . Тоді для сухого мікроскопа при l0 = 0.555 мкм і числовій апертурі А = 0.94 маємо: Гкорис = 500 ¸ 1000, а для імерсійного мікроскопа з числовою апертурою Гкорис = 700 ¸ 1400. Отже, у звичайному оптичному мікроскопі корисне збільшення не може перевищувати значення Гкорис » 1500. Ці збільшення називають корисними, тому що при них око розрізняє всі елементи структури об’єкта, які розрізнені мікроскопом. Для вирішення різноманітних задач у біологічних дослідженнях використовують різні методи спостереження об’єктів за допомогою мікроскопа, основними з яких є наступні: - методи світлого і темного полів у відбитих променях або променях, що проходять крізь об’єкт; - методи спостереження в поляризованому і люмінесцентному світлі; - метод фазового контрасту; - метод ультрамікроскопії та інші.
Рекомендуемые страницы: |