микроскоп 2. Исследование разрешающей способности микроскопа методом аббе. Основные характеристики микроскопа. Измерение линейных размеров объектов при помощи микроскопа
 Скачать 1.59 Mb.
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА№11 ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ МИКРОСКОПА МЕТОДОМ АББЕ. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МИКРОСКОПА. ИЗМЕРЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ОБЪЕКТОВ ПРИ ПОМОЩИ МИКРОСКОПА.Выполнил: студент 119 группы Валиков Кирилл МИКРОСКОП – это прибор ближнего действия, предназначенный для наблюдения исследуемого объекта при различных увеличениях, при применении специальных методов микроскопического исследования, а также для фотографирования изучаемого объекта. Цель работы: Ознакомление с основными элементами оптической схемы микроскопа. Определение основных характеристик микроскопа Исследование разрешающей способности микроскопа методом Аббе. Измерение размеров объекта с использованием окулярного микрометра. Приборы и принадлежности : Микроскоп «Биолам», осветитель, объект-микрометр (камера Горяева), окуляр-микрометр, препарат. Оптическая схема микроскопа: Микроскоп состоит из осветительной и наблюдательной частей. Осветительная часть микроскопа включает в себя осветитель и конденсор. При наблюдении исследуемого объекта лучи света от осветителя попадают в конденсорные линзы, которые формируют падающий на объект пучок лучей. От объекта лучи, рассеиваясь, попадают в объектив, который создает изображение объекта в передней фокальной плоскости окуляра, установленного в визуальной насадке.  Рис. 1. Оптическая схема микроскопа. Задание 1 Определение основных характеристик микроскопа: На каждом объективе выгравированы увеличение ( Гоб) и числовая апертура (А):  , где U – апертурный угол,n – показатель преломления иммерсионной жидкости. Зная числовую апертуру, можно рассчитать предел разрешения микроскопа:  , где  - длина волны света осветителя.Буквы на объективе указывают тип объектива: ВИ – водная иммерсия; МИ – масляная иммерсия; Ф – фазоконтрастный; отсутствие букв означает отсутствие иммерсии (т.н. сухой объектив). На окуляре указано его увеличение:  .Полное увеличение микроскопа:  .Важной характеристикой микроскопа является полезное увеличение: Гпол – минимальное увеличение, при котором детали, разрешаемые микроскопом, разрешены и глазом.  Где Z  - предел разрешения глаза, Z  0,2 мм; Z- предел разрешения микроскопа.Зная   и  можно найти увеличение окуляра, необходимое для обеспечения рассчитанного полезного увеличения микроскопа (максимально возможное для данного объектива): .Рассмотрите окуляр и объективы, ввинченные в револьвер микроскопа. Найдите на них маркировку, заполните таблицу 1 и рассчитайте основные характеристики микроскопа на основании указанных формул. Таблица 1
Объективы 3,5 * 0,10; 8*0,20; 9*0,20; 10*0,30 имеют наибольшее поле зрения, применяются они при предварительном осмотре объекта для выбора участка исследования. После того, как выбран участок объекта, для более подробного изучения, перемещением столика с помощью рукояток, приведите его в центр поля зрения. Если это будет выполнено недостаточно аккуратно, участок может не попасть в поле зрения более сильного объектива. Поверните револьверное устройство и включите в ход лучей объектив 20*0,40, подфокусируйте микроскоп на резкость изображения ( достаточно немного повернуть рукоятку фокусировочного механизма тонкого движения).   Задание 2 Измерение с помощью микроскопа размеров микрообъектов. При помощи микроскопа, снабженного окулярным микрометром и объект-микрометром, можно выполнять точные измерения размеров микрообъектов (например, клеток животных и растений, а также бактерий). В лабораторной работе используется винтовой окулярный микрометр типа МОВ-1-15. Он представляет собой специальную окулярную насадку к микроскопу, надевающуюся на верхний конец его тубуса вместо окуляра. Микрометр состоит из следующих частей: корпуса с зажимным винтом, закрепляющим микрометр на тубусе микроскопа, окуляра с его стеклянной шкалой, расположенной непосредственно за первой, с нанесенным на ней косым перекрестием и двумя штрихами, параллельными штрихам стеклянной шкалы. Перемещение стеклянной пластинки с перекрестием на одно деление шкалы соответствует одному полному обороту микрометрического винта. Барабан микрометрического винта разделен на 100 равных частей. Следовательно, перемещение перекрестия можно отсчитывать с точностью до 0,01 деления стеклянной шкалы микрометра Цена деления шкалы  винтового окулярного микрометра зависит от увеличения объектива микроскопа. Для определения цены деления используется объект-микрометр, представляющий собой эталонную шкалу, цена деления которой известна . В качестве объект-микрометра в данной лабораторной работе используется камера Горяева. Внешне камера Горяева представляет собой прозрачный параллелепипед (предметное стекло), с бороздами и нанесённой микроскопической сеткой (см. рис. 2). Площади малых и больших клеток сетки написаны на предметном стекле (мм.кв.).   Рис. 2. Порядок определения цены деления винтового окулярного микрометра :На предметный столик микроскопа помещают камеру Горяева, добиваются отчетливого изображения штрихов эталонной сетки. Пользуясь окулярной наводкой микроскопа, одновременно добиваются отчетливого изображения шкалы окулярного микрометра. Вращением отсчетного барабана винтового окулярного микрометра устанавливают перекрестие на сторону одного из квадратов (малого или большого) эталонной сетки. Отмечают соответствующее этому положению число делений по барабану и шкале микрометра ( n1). Перемещают перекрестие на противоположную сторону эталонного квадрата (одного или N соседних) сетки и снова отмечают число делений по отсчетному барабану и шкале микрометра (n2). Разность отсчетов ( n2 – n1) равна количеству делений шкалы микрометра, которое соответствует длине стороны эталонного квадрата сетки D, умноженной на N - количество квадратов, пройденных перекрестьем. Цена деления винтового окулярного микрометра определяется по формуле  Результаты занесите в таблицу 2. Таблица 2
 Порядок определения размеров объекта с помощью винтового окулярного микрометра: В лабораторной работе используется два препарата (на выбор): 1) артерия эластического типа (аорта) кошки; 2) многослойный плоский эпителий роговицы коровы. Закрепить на предметном столике микроскопа биологический препарат. Получить сфокусированное изображение препарата, пользуясь рукояткой точной окулярной наводки. При помощи окулярного микрометра, измерить в 5-6 местах толщину образца (эпителиального слоя роговицы, аорты, волоса и др.). Для этого сделать отсчеты по шкале барабана при положении перекрестья на противоположных краях изображения в каждом сечении (m1 и m2). Результаты измерений занести в таблицу 2. Таблица 3.
Обработка результатов измерения: Рассчитать цену деления шкалы винтового окулярного микрометра при выбранном объективе (мм).Толщину образца в каждом сечении рассчитать по формуле : h =  m2-m1) (мм)Рассчитать среднее значение толщины образца и абсолютную погрешность  h при РD= 0,95 по формуле : h = , где  , где n – число измерений.  Записать результаты лабораторной работы. Представить результаты в правильном виде. Вывод: 1. В процессе выполнения данной лабораторной работы мы ознакомились с основными элементами оптической схемы микроскопа, определили его основные характеристики, определили цену деления винтового окулярного микрометра и измерили с его помощью толщину биологического объекта, чем достигли поставленных целей. 2. В процессе выполнения работы мы наблюдали преломление световых лучей в объективе и окуляре микроскопа с формированием изображения объекта. 3. Согласно результатам расчётов, представленным в таблице 1, окуляр увеличением 7х может быть использован в работе со всеми имеющимися объективами. 4. Окончательные результаты измерений толщины образца биологического материала с учётом погрешностей представлены ниже. = (0,000083 ± 0,000006) мм 5. Полученный результат согласуется с известными теоретическими данными. 6. Полученная абсолютная погрешность прямого измерения толщины имеет нормальное значение (<10%). Теоретическое обоснование Роль дифракции в формировании изображения . Опыты Аббе. Изображение, даваемое любой оптической системой, есть результат интерференции и дифракции Дифракция световой волны, связанная с ограничением конуса лучей краями линзы, зеркал, диафрагм приводит к тому, что точка всегда изображается дифракционным кружком, что ограничивает возможность различия тончайших деталей изображения. Вопрос о разрешающей способности оптических приборов (лупа, микроскоп) решается только с учетом дифракционных явлений. Опыт Аббе:  Дифракция параллельного пучка на решетке дает в фокальной плоскости линзы ряд главных максимумов, угловое расстояние между которыми определяется периодом решетки: с sinα = ± mλ На оси лежит нулевой максимум А0 (m = 0), по направлениям, определяемым sinα =±λ/с - максимумы А1, А2 , другие максимумы располагаются ±2λ/с, ±3λ/с и т.д. пока mλ/с <1 Т.к. эти дифракционные максимумы соответствуют когерентным лучам, то за фокальной плоскостью объектива эти лучи, встречаясь, интерферируют между собой, давая в плоскости экрана, сопряженной с плоскостью предмета, относительно объектива изображение самого предмета. Аббе назвал картину в фокальной плоскости объектива первичным изображением (спектром), а картину в плоскости экрана – вторичным изображением предмета (изображением). Результаты опытов Аббе: 1. Для получения изображения предмета необходимо, чтобы изображение в плоскости экрана образовывалось в результате взаимодействия лучей, идущих от максимумов А1,А2,и т.д. 2.Центральный максимум А0 не несет информации об особенностях предмета 3.Совокупность максимумов, расположенных по одну сторону от центра, достаточна для передачи всех деталей 4.Максимумы низших порядков (1,2,3,…) расположены под малыми углами и обусловлены более крупными деталями, которые, в основном, определяют вид реального объекта 5.Максимумы высших порядков, лежащие под большими углами, определяются более мелкими деталями, которые однако, могут быть и достаточно характерными 6.Очень мелкие детали (с < λ) вообще не могут быть наблюдаемы, т.к. волны, дифрагировавшие на таких деталях, не доходят до экрана даже при максимально возможной апертуре объектива. Разрешающая способность и предел разрешения микроскопа. Способы увеличения разрешающей способности. Предел разрешения микроскопа – это наименьшее расстояние между двумя точками предмета, при котором эти точки различимы в микроскоп как две отдельные точки. Разрешающая способность микроскопа – свойство оптической системы давать раздельное изображение двух близко расположенных точек. Способы увеличения разрешающей способности: Уменьшение длины волны (ультрафиолетовая микроскопия, электронный микроскоп) Увеличение числовой апертуры объектива: а) увеличение апертурного угла б) увеличение показателя преломления среды между объектом и объективом – использование иммерсии, т.е. иммерсионной жидкости с высоким показателем преломления (вода, n= 1,33, масло n=1,5). Задачи: Ремизов А.Н., Максина А.Г. Сборник задач по медицинской и биологической физике. 3-е изд., –Москва, Дрофа, 2010. №№ 5.62, 5.63, 5.64, 5.65.   | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
