光学显微镜基础知识
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光学显微镜基础知识光学显微镜基础知识利用光学原理把人眼所不能分辨的微小物体放大成像,以供人们提取微细结构信息的光学仪器。
简史早在公元前 1世纪,人们就已发现通过球形透明物体去观察微小物体时可以使其放大成像。
后来逐渐对球形玻璃表面能使物体放大成像的规律有了认识。
1590年,荷兰和意大利的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。
1610年前后,意大利的伽利略和德国的J. 开普勒在研究望远镜的同时,改变物镜和目镜之间的距离,得出合理的显微镜光路结构,当时的光学工匠遂纷纷从事显微镜的制造、推广和改进。
17世纪中叶,英国的R. 胡克和荷兰的 A.van 列文胡克都对显微镜的发展作出了卓越的贡献。
1665年前后,胡克在显微镜中加入粗动和微动调焦机构、照明系统和承载标本片的工作台。
这些部件经过不断改进,成为现代显微镜的基本组成部分。
1673~1677年期间,列文胡克制成单组元放大镜式的高倍显微镜, 其中9台保存至今。
胡克和列文胡克利用自制的显微镜在动、植物机体微观结构的研究方面取得了杰出的成就。
19世纪,高质量消色差浸液物镜的出现使显微镜观察微细结构的能力大为提高。
1827 年G.B. 阿米奇第一个采用浸液物镜。
19世纪70年代,德国人E. 阿贝奠定了显微镜成像的古典理论基础。
这些都促进了显微镜制造和显微观察技术的迅速发展,并为19世纪后半叶包括R. 科赫、L. 巴斯德等在内的生物学家和医学家发现细菌和微生物提供了有力的工具。
在显微镜本身结构发展的同时,显微观察技术也在不断创新:1850年出现了偏光显微术,1893年出现了干涉显微术,1935年荷兰物理学家F . 泽尔尼克创造了相衬显微术,他为此在1953年被授予诺贝尔物理学奖金。
古典的光学显微镜只是光学元件和精密机械元件的组合,它以人眼作为接收器来观察放大的像。
后来在显微镜中加入了摄影装置,以感光胶片作为可以记录和存储的接收器。
现代又普遍采用光电元件、电视摄象管和电荷耦合器等作为显微镜的接收器,配以微型电子计算机后构成完整的图象信息采集和处理系统。
第一章:显微镜的几个重要光学技术参数在镜检时,人们总是希望能清晰而明亮的理想图象,这就需要显微镜的各项光学技术参数达到一定的标准,并且要求在使用时,必须根据镜检的目的和实际情况来协调各参数的关系。
只有这样,才能充分发挥显微镜应有的性能,得到满意的镜检效果。
显微镜的光学技术参数包括:数值孔径、分辨率、放大率、焦深、视场宽度、工作距离、覆盖差等。
这些参数并不都是越高越好,它们之间是相互联系又相互制约的,在使用时,应根据镜检的目的和实际情况来协调参数间的关系,但应以保证分辨率为准。
1.数值孔径:(Numerical aperture)简写NA数值孔径是判断物镜性能(分辨率,焦深和亮度)的关键要素,计算公式如下:N.A.=n×Sin(u/2)n = 试样与物镜之间介质的折射率(空气:n=1、油:n=1.515)u:孔径角又称“镜口角”,是物镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度,也是光轴与离物镜中心最远折射光形成的角度。
孔径角越大,进入物镜的光通亮就越大,它与物镜的有效直径成正比,与焦点的距离成反比。
空气的折射率为n=1,孔径角最大不能超过180度,否则会因为物镜工作距离等于零而无法工作。
Sin(180/2)=1,所以空气介质的NA值小于1。
显微镜观察时,若想增大NA值,孔径角是无法增大的,唯一的办法是增大介质的折射率n值。
基于这一原理,就产生了水浸系物镜和油浸物镜,因介质的折射率n值大于1,NA 值就能大于1。
数值孔径最大值为1.4,这个数值在理论上和技术上都达到了极限。
目前,有用折射率高的溴萘作介质,溴萘的折射率为1.66,所以NA值可大于1.4。
这里必须指出,为了充分发挥物镜数值孔径的作用,在观察时,聚光镜的NA值应等于或略大于物镜的NA值,数值孔径与其他技术参数有着密切的关系,它几乎决定和影响着其他各项技术参数。
它与分辨率成正比,与放大率成正比,与焦深成反比,NA值增大,视场宽度与工作距离都会相应地变小。
显微镜的结构和使用一、显微镜的结构1.镜座:是显微镜的底座,用以支持整个镜体。
2.镜柱:是镜座上面直立的部分,用以连接镜座和镜臂。
3.镜臂:取放显微镜时手握部位。
4.镜筒:连在镜臂的前上方,镜筒上端装有目镜,下端装有物镜转换器。
5.载物台:在镜筒下方,形状有方、圆两种,用以放置玻片标本,中央有一通光孔,两侧有压片夹,用以固定玻片标本。
6.遮光器:上有大小不等的圆孔,叫光圈.可调节光线强弱7.调节器:是装在镜柱上的大小两种螺旋,调节时使镜台作上下方向的移动。
①粗准焦螺旋:可使镜台作快速和较大幅度的升降,能迅速调节物镜和标本之间的距离使物象呈现于视野中,通常在使用低倍镜时,先用粗调节器迅速找到物象。
②细准焦螺旋:可使镜台缓慢地升降,多在运用高倍镜时使用,从而得到更清晰的物象。
8.反光镜:装在镜座上面,可向任意方向转动,它有平、凹两面,凹面镜聚光作用强,适于光线较弱的时候使用,平面镜聚光作用弱,适于光线较强时使用。
9.目镜与物镜比较镜头透镜大小镜头长短视野亮度物像大小细胞数目镜低倍大长亮小多高倍小短暗大少物镜低倍大短亮小多高倍小长暗大少二、显微镜的使用(一)取镜和安放1.打开显微镜箱,一手握镜臂,一手托镜座,将显微镜取出。
2.把显微镜放在实验台的前方稍偏左,便于用左眼观察物像,用右眼看着画图。
3.让镜筒向前,镜臂向自己,然后安放好目镜和物镜。
(二)对光1.转动转换器,使低倍镜对准通光孔。
2.转动载物台下的遮光器,选一较大的光圈对准光孔。
3.左眼注视目镜, (右眼也要睁开),转动反光镜,使光线通过通光孔反射到镜筒内,通过目镜,可看到白亮的视野。
当光线强时,让平面镜对着光源,光线弱的时候,用凹面镜对着光源。
(三)低倍镜观察1.把所要观察的玻片标本放在载物台上,用压片夹压住,标本要正对通光孔的中心。
2.眼睛从侧边看着物镜头和标本之间,转动粗准焦螺旋,使镜筒缓缓下降,直到物镜接近玻片标本为止。
3.左眼看目镜内,同时反向缓缓转动粗准焦螺旋,使镜筒上升,直到看到物象为止,再稍稍转动细准焦螺旋,使看到的物象更加清晰。