Как определить увеличение которое дает световой микроскоп?

6 ответов на вопрос “Как определить увеличение которое дает световой микроскоп?”

  1. Vudosida Ответить

    Увеличение классических микроскопов ограничено волновой природой света (именно волновой, а не квантовой). Минимальный размер объекта, который можно зарегистрировать таким микроскопом, был определён Гельмгольцем: Lmin = 0.61?/(n*sin?), где ? – апертурный угол. Если по-простому, то это угол, под которым видна половина объектива (его радиус) из точки, на которую объектив смотрит.
    И для обычных микроскопов таки да, минимальный размер объекта – это примерно 0,7 длины волны (синус всё ж несколько меньше 1, хотя для хороших объективов апертурный угол довольно близок к 90 градусам – вот почему объектив микроскопов с большим увеличением расположен так близко к столику).
    Величина n*sin? называется числовой апертурой микроскопа, и считается, что оптимальное увеличение должно лежать в диапазоне от 500 до 1000 числовых апертур, то есть порядка 1000х. Максимальное увеличение, с которым лично мне приходилось сталкиваться, – 1500х (50х объектив и 30х окуляр), правда, что-то разобрать на этом максимальномм увеличении было уже затруднительно…
    Но тут есть одна тонкость: в формулу Гельмгольца входит ещё и показатель преломления среды, находящейся между объектом и объективом. И эта среда вовсе не обязательно должна быть воздухом. Поэтому для расширения пределов увеличения микроскопов иногда используются иммерсионные объективы, рассчитанные на работу с оптической жидкостью. Капля такой жидкости (вода, глицерин или кедровое масло) помещается между объективом и объектом и удерживается на месте силами капиллярного натяжения. Этот трюк позволяет на 30-50% (в зависимости от показателя преломления иммерсионной жидкости) поднять увеличение микроскопа, поэтому иммерсионные микроскопы могут дать увеличение до 2000х.
    Но и это ещё не предел! В последние годы – ну, собсно, уже даже не годы, а десятилетия, – получила развитие микроскопия ближнего поля. И хотя там работают законы волновой оптики, разрешение, которое дют микроскопы ближнего поля, достигает порядка ?/20 (!).
    Трюк вот на чём. Известно, что отверстие в экране как бы само становится источником света, и на краях его в полный рост начинают проявляться дифракционные эффекты. А что будет, если размер отверстия меньше длины волны, причём сильно меньше? Из отверстия столь малого размера, как учит нас классическая волоновая физика, свет выйти не может. Но “не может выйти” не значит “не проникает”. Он проникает, но на расстояние, сопоставимое с диаметром такой апертуры (некоторая аналогия: мелкое отверстие в днище сосуда; вода из него не выливается из-за сил поверхностного натяжения, но чуть-чуть ниже уровня дна она опускается – формируется мениск). Это и есть “ближнее поле” – расстояние, на котором ещё не происходит “гашения” проходящего через отверстие света из-за его волновой природы, хоть и мало, но не равно нулю. А значит, этот свет может осветить – именно осветить! – участок поверхности, по размеру близкий к размеру отверстия. Которое, повторю, может быть много меньше длины волны!
    Двумерная картинка исследуемого объекта получается сканированием таким вот “световым зондом” по поверхности.
    И вот такие микроскопы, довольно сложные по устройству и подчас даже не имеющие привычных линз, обеспечивают в оптическом диапазоне увеличение в десятки тысяч раз. Не нарушая волновых законов света, но – пользуясь ими.

  2. spell_of me Ответить

    Вернуться к списку Задать свой вопрос
    Чтобы правильно подобрать наблюдательную технику, соответствующую целям и задачам, необходимо понимать принцип работы, функционал и что значат технические характеристики. Грамотно определить увеличение микроскопа – первое, с чего целесообразно начать. Ведь для разного рода занятий степень приближения объекта различна: к примеру, в стереомикроскопах нужен максимальный угол обзора предметов, а в биологических надо рассматривать микрообъект на клеточном уровне.
    Как определить увеличение микроскопа: надо перемножить кратность объектива и окуляра, полученное значение покажет во сколько крат увеличится исследуемый препарат: Хмикрос.= Хобъект.*Хокул. Это применимо для всех моделей – детских, школьных, лабораторных. Данная зависимость логична: при формировании изображения лучи света, исходящие от осветителя, проходят абсолютно сквозь все линзы оптической системы. Следовательно, должны учитываться все многократные преобразования, прежде чем лучики долетают до глаз исследователя (благодаря этому он видит увеличенный микропрепарат).
    Например, имеем окуляр 16х и объективы 4х, 10х, 40х. Определить увеличение микроскопа (в теории) можно, воспользовавшись указанной выше формулой. Всего их будет доступно три: 64х, 160х, 640х. А если добавить Линзу Барлоу 2х, то конечное количество сочетаний станет 6 – к имеющимся трем добавятся 128х, 320х, 1280х.
    А как на практике? Есть такой термин – «полезное увеличение». Оно означает, что качество визуализации высокое, присутствует контрастность, четкость, отсутствуют аберрации (искажения). На рынке увеличительных приборов китайские производители стали использовать в так называемых микроскопах-игрушках «теоретическое увеличение» (расчет по формуле), пренебрегая «полезным». Оптоволокно (пластик), используемый вместо стекла попросту не может обеспечить приемлемую картинку – может наблюдаться муть, размытость. Поэтому, при выборе обращайте внимание на то, к какому классу относится микроскоп – игрушка, или настоящий – которым оснащаются школы и даже небольшие лаборатории.

    Теперь вы знаете, как определить увеличение. Никогда не ориентируйтесь на самое большое – не факт, что на нем удастся что-то рассмотреть. Пусть глазкам будет комфортно, а высококачественная картина микромира впечатлит вас и ребенка. Вы можете еще прочитать о микроскопах на нашем блоге – в нем собрана полезная информация для начинающих биологов по микроскопии и способам исследования. Желаем непрерывного саморазвития и новых ярких открытий!

  3. Кавказ Ответить

    Разрешение микроскопа зависит от длины волны – чем она меньше, тем меньшего размера деталь мы можем увидеть, и от нумерической апертуры объектива (n sin ?) – чем она выше, тем выше разрешение. Обычно в световых микроскопах используются источники освещения в видимой области спектра (400-700 нм) , поэтому максимальное разрешение микроскопа в этом случае может быть не выше 200-350 нм (0,2-0,35 мкм) .
    Таким образом, все, что может дать световой микроскоп как вспомогательный прибор к нашему глазу, – это повысить разрешающую способность его примерно в 1000 раз (невооруженный глаз человека имеет разрешающую
    способность около 0,1 мм, что равно 100 мкм) .
    Это и есть «полезное» увеличение микроскопа, выше которого мы будем только увеличивать контуры изображения, не открывая в нем новых деталей. Следовательно, при использовании видимой области света 0,2-0,3 мкм является конечным пределом разрешения светового микроскопа
    Но все же в световом микроскопе можно видеть частицы меньшей величины, чем 0,2 мкм. Это метод «темного поля» , или, как его называли раньше, метод «ультрамикроскопии» . Суть его в том, что подобно пылинкам в луче света (эффект Тиндаля) в клетке при боковом освещении светятся мельчайшие частицы (меньше 0,2 мкм) , отраженный свет от которых попадает в объектив микроскопа. Этот метод успешно применяется при изучении живых клеток.

  4. Perilore Ответить

    В данной статье мы постараемся разобраться с таким понятием, как увеличение микроскопа. Выбирая, какой микроскоп купить, многие первым делом обращают внимание на то, каким максимальным увеличением обладает микроскоп, ошибочно считая, что именно увеличение определяет качество получаемого изображения. К сожалению, это очень распространенное заблуждение, что чем больше максимальное увеличение, тем лучше. На практике все же гораздо сложнее.
    Действительно, в теории оптический световой микроскоп может давать увеличение до 2000х, и многие производители оптики пользуются незнанием потребителей и предлагают купить биологические микроскопы с максимальным увеличением 1500х, 1600х. С теоретической точки зрения, добиться такого увеличения микроскопа, конечно же, можно, но, что же мы получаем с практической точки зрения при использовании такого увеличения? Так, чтобы не разочароваться в покупке, следует различать такие два понятия, как полезное и бесполезное увеличение микроскопа, тесно связанные с его разрешающей способностью.
    Итак, увеличение микроскопа зависит от комбинации используемых объективов и окуляров, и, как известно, рассчитывается по очень простой формуле:
    Увеличение микроскопа = Увеличение окуляра x Увеличение объектива
    Таким образом, установив 10х окуляр и выбрав 40х объектив, Вы получите увеличение 10*40=400х; 10х окуляр в комбинации с 100х объективом даст увеличение 10*100=1000х; 15х окуляр в комбинации с 100х объективом даст увеличение 15*100=1500х и т.п. И хотя, казалось бы, таким образом можно добиться совершенно произвольного увеличения, с другой же стороны, разумно ожидать, что световой микроскоп как оптический прибор должен иметь предел своих возможностей.
    Возможность различать раздельно две точки, находящиеся очень близко друг к другу, и есть разрешающая способность микроскопа. Пределом разрешения называют минимальное расстояние, на котором такие точки все еще видны раздельно. Как известно, максимальная разрешающая способность светового оптического микроскопа равна 0,2мкм. Отметим, что именно разрешающая способность микроскопа определяет качество изображения и его четкость. Разрешающая способность микроскопа зависит от конденсора и объектива, а именно: длины волны освещающего образец света и числовой апертуры объектива. Таким образом, разрешающая способность выше у объективов с большей апертурой. Чтобы вычислить разрешающую способность микроскопа, воспользуйтесь формулой:
    D = ? / 2NA
    где D – предел разрешения, ? – длина световой волны, NA – числовая апертура.
    В качестве примера:
    пусть увеличение объектива 40х, а его числовая апертура равна 0.65, тогда D=0.55 мкм / (2*0.65)=0,42 мкм.
    пусть увеличение объектива 100х, а его числовая апертура равна 1.25, тогда D=0.55 мкм / (2*1.25)=0,22 мкм.
    Что такое полезное увеличение микроскопа?
    Полезным увеличением микроскопа называют такое увеличение, при котором исследуемый объект рассматривается под предельным углом зрения. Как Вы можете заметить, на корпусе всех объективов для микроскопа нанесена определенная маркировка. И одним из указываемых в маркировке параметров является числовая апертура объектива (часто обозначается N.A.). Так вот, полезное увеличение микроскопа, как правило, равно числовой апертуре объектива, увеличенной в 500-1000 раз.
    Как известно, числовая апертура сухих объективов не превышает значения 1,0. Поэтому максимальное полезное увеличение микроскопа, на револьверной головке которого расположены лишь сухие объективы, не может быть выше 1000х. Что же касается иммерсионных объективов, то наиболее часто встречающееся значение числовой апертуры для таких объективов 1.25, но иногда числовая апертура может достигать значения 1,40. Таким образом, для большинства биологических лабораторных микроскопов предельное полезное увеличение равно 1250х, в некоторых моделях может достигать 1400х.
    И так как числовая апертура для большинства 100х иммерсионных объективов равна 1.25, то максимальное полезное увеличение для этого объектива равно 1250х, а, следовательно, докупать окуляры 15х либо 16х, при которых увеличение микроскопа будет равно 1500х или 1600х соответственно, просто лишено смысла. А если производитель предлагает такие окуляры в базовой комплектации микроскопа, то это не что иное, как хитрая уловка и маркетинговый ход. На практике использование этих окуляров с 100х объективом будет бесполезным. Какой бы мощный и качественный окуляр Вы не купили, при использовании бесполезного увеличения, Вам не удастся обнаружить новых деталей в структуре исследуемого объекта. И даже более того, повышение увеличения окуляра приведет к уменьшению количества света, попадающего в глаз человека, проводящего наблюдения, а также сделает более интенсивными искажения.
    Вывод:
    Полезное увеличение обычно равно числовой апертуре объектива, увеличенной в 500—1000 раз. Меньшие увеличения не позволят Вам выявить всех элементов структуры, а более высокое увеличение, ни при каких обстоятельствах, не позволит Вам обнаружить новых деталей в строении объекта и является бесполезным. Хотя иногда подобное большое увеличение может использоваться в микрофотографии и при микропроецировании.
    Таким образом, мы получаем, что полезное увеличение для большинства лабораторных биологических микроскопов не превосходит 1250х.
    Бесполезное увеличение лишь дополнительно увеличит масштаб, что может оказаться полезным при подсчете мелких частиц в поле зрения, но, как уже говорилось выше, не позволит Вам рассмотреть непосредственно саму структуру наблюдаемых частиц. Помните, что при выходе за пределы полезного увеличения возникают дифракция и другие явления, обусловленные волновой природой света, которые незаметны при наблюдении в пределах полезного увеличения, но приводят к оптическим ошибкам при использовании бесполезных увеличений.
    Автор статьи: Галина Цехмистро

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *