MIKROSKOP – POMIAR MAŁYCH ODLEGŁOŚCI

Cel ćwiczenia:
Wyznaczenie powiększenia obiektywu mikroskopu
Pomiar małych odległości

Układ pomiarowy:

− mikroskop laboratoryjny
− komputer z oprogramowaniem umożliwiającym analizę obrazu otrzymywanego w

mikroskopie

Opracowanie wyników:

mikroskala
p= L

0

/ L

p

śr

= 8,653

błąd ∆p

α

= stosując metodę Studenta dla założonego poziomu ufności

α= 0.95
k

α

= 2,262

∆p

α

= 0,0107 ∙ 2,262 = 0,0241

p = p

śr

± ∆p

α

p = 8,653 ± 0,0241

miedziany drucik
L = L

0

/ p

L

śr

= 24,54 (μm)

d = d

0

/ p

d

0

= n ∙ 0,01 mm – długość obrazu przedmiotu

n – długość obiektu (liczba działek) zmierzona za
pomocą programu komputerowego (n = L

0

)

d

śr

= 0,2452 [mm]

∆d

α

= stosując metodę Studenta dla założonego poziomu ufności α= 0.95

k

α

= 2,262

∆d

α

= 0,000727 ∙ 2,262 = 0,0017

d = 0,2452 ±0,0017 [mm]

L

L

0

p

70

602

8,6

70

606

8,66

70

604

8,63

70

607

8,67

70

606

8,66

70

608

8,69

70

608

8,69

70

608

8,69

70

603

8,61

70

604

8,63

L

L

0

p

śr

d

0

d

24,5

212 8,653 2,12

0,245

25,08 217 8,653 2,17

0,250

24,62 213 8,653 2,13

0,246

24,3

210 8,653 2,1

0,243

24,7

214 8,653 2,14

0,247

24,62 213 8,653 2,13

0,246

24,5

212 8,653 2,12

0,245

24,38 211 8,653 2,11

0,243

24,2

209 8,653 2,09

0,242

24,5

212 8,653 2,12

0,245

L

L

0

p

70

602

8,6

70

606

8,66

70

604

8,63

70

607

8,67

70

606

8,66

70

608

8,69

70

608

8,69

70

608

8,69

70

603

8,61

70

604

8,63

Wnioski:
Możliwość obserwacji małych niewidocznych gołym okiem obiektów, np. komórek, tkanek
zwierzęcych i roślinnych zapewniają nam mikroskopy.

Współczesny mikroskop optyczny zbudowany jest z dwóch zasadniczych układów:
mechanicznego i optycznego.

Układ mechaniczny: statyw, tubus z urządzeniem rewolwerowym i stolik przedmiotowy.
Układ optyczny składa się z układu powiększającego (obiektywy, okulary) i układu
oświetlającego (lampa elektryczna bądź lusterko i kondensor Abbego).
Obiektywy są najistotniejszą częścią mikroskopu. Zbudowane są z metalowego korpusu, w
którym umieszczone są soczewki. Na korpusie wyryte są liczby, wskazujące krotność
powiększenia i tzw. apreturę numeryczną charakterystyczną dla danego obiektywu. Im silniej
powiększa obiektyw tym jego soczewka przednia ma mniejszą średnicę, ogniskowa jest
krótsza, a apretura numeryczna ma większą wartość. Aby uzyskać obraz w mikroskopie
należy obiektyw bądź preparat ustawić w określonej odległości. Obiektywy silniej
powiększające muszą być bliżej preparatu.
Obiektywy tworzą obraz rzeczywisty, odwrócony i powiększony. Obiektywy o powiększeniu
100-krotnym i większym są obiektywami „immersyjnymi”. Stosując je do oglądania
preparatów przestrzeń pomiędzy szkiełkiem przykrywkowym a obiektywem należy wypełnić
olejkiem cedrowym (immersyjnym). Usuwa to zjawisko załamywania się promieni
świetlnych przy przechodzeniu ze środowiska optycznie gęstszego (szkiełko preparatu) do
środowiska optycznie rzadszego ( powietrze). Załamywanie promieni powoduje zaciemnienie
pola widzenia, co jest eliminowane przy użyciu olejku, którego współczynnik załamania
światła (1,5) jest zbliżony do współczynnika światła szkła soczewki (1,515), ale znacznie
wyższy od współczynnika załamania światła przez powietrze (1,0).

Okular mikroskopu służy do powiększania obrazu wytworzonego przez obiektyw. Składa
się z 2 płasko – wypukłych soczewek, których górna jest powiększająca obraz utworzony
przez obiektyw, a dolna ma na celu zwiększenie pola widzenia. Kolista przesłona znajdująca
się wewnątrz okularu odcina brzeg obrazu, który jest wypukły i dla obserwatora byłby
zniekształcony. Okular powiększa liniowo i nie ma wpływu na zdolność rozdzielczą
mikroskopu. Daje on obraz powiększony, urojony i prosty. Układ okular – obiektyw daje
więc obraz odwrócony, jaki powstał w wyniku działania obiektywu. Dla usunięcia uciążliwej
dla obserwatora abberacji (sferycznej i chromatycznej) obecnie konstruuje się obiektywy,
okulary i kondensory z kilku soczewek różnych krzywiznach i z różnego rodzaju szkła
(achromaty i apochromaty).

Powstawanie obrazu w mikroskopie świetlnym
Konsekwencją budowy falowej promienia światła jest zjawisko dyfrakcji, czyli uginania się
promieni świetlnych przy przechodzeniu przez wąskie szczeliny i otwory. Wiązka promieni
przechodząc przez wąską szczelinę ugina się, dając znacznie szerszą wiązkę rozproszoną,
która po ponownym skupieniu przy pomocy soczewki zamiast prawidłowego obrazu
szczeliny utworzy obraz otoczony wieloma obwódkami, zwany obrazem dyfrakcyjnym.
Uginanie się promieni jest tym wyraźniejsze, im szerokość szczeliny lub średnica otworka są
mniejsze ( a zwłaszcza gdy ich wymiary są tego samego rzędu co długość fali świetlnej).
Obraz mikroskopowy powstaje dzięki temu, że przedmiot jest oświetlany silną wiązką światła
zebraną przez kondensor. Oglądane przedmioty są charakterystycznym przykładem zjawisk
uginania światła, gdyż szczegóły preparatu mikroskopowego są co do wielkości zbliżone do
długości fali światłą.

Obraz rzeczywisty i powiększony oglądanego przedmiotu powstaje jako rezultat interferencji,
czyli wzajemnego oddziaływania na siebie fal. Natomiast powstający w płaszczyźnie
ogniskowej obiektywu obraz dyfrakcyjny jest wypadkową struktury przedmiotu i właściwości
optycznych obiektywu. Jeśli w tym obrazie nie ma odpowiednika pewnej struktury w postaci
jego obrazu dyfrakcyjnego, to w obrazie rzeczywistym, utworzonym przez obiektyw, także
nie ma obrazu tej struktury.
Obserwowane w obrazie dyfrakcyjnym na przemian jasne i ciemne obwódki są prążkami
interferencyjnymi. Obraz interferencyjny w mikroskopie nie ma bezpośredniego związku ze
strukturą oglądanego przedmiotu, lecz jest rezultatem obrazu dyfrakcyjnego.
Obraz mikroskopowy będzie tym wierniejszy, im większa liczba wiązek ugiętych wejdzie do
obiektywu i utworzy obraz dyfrakcyjny w jego płaszczyźnie ogniskowej.

Każdy mikroskop charakteryzuje się zakresem uzyskiwanych powiększeń, oraz
zdolnością rozdzielczą dla danego układu obiektyw – okular.

Powiększenie mikroskopu
Przyjmuje się w uproszczeniu, że powiększenie mikroskopu jest prostym iloczynem
powiększenia okularu i obiektywu, np. dla mikroskopu o okularze powiększającym 10x i
obiektywie powiększającym 40x, powiększenie wynosić będzie 10 x 40 = 400. Uproszczenie
to nie uwzględnia jednak czynnika subiektywnego jakim jest akomodacja oka obserwatora.
Gdy obraz oglądanego przedmiotu znalazłby się zbyt blisko oka, to soczewka oczna nie może
zmienić już swego kształtu i obraz powstaje poza siatkówką oka. Uwzględniający tę
poprawkę wzór na powiększenie mikroskopu ma postać:

N= --------

Gdzie: N- powiększenie mikroskopu, L – długość tubusa mikroskopu, D – odległość
wyraźnego widzenia dla normalnego oka, f

1

– odległość ogniskowa obiektywu, f

2

– odległość

ogniskowa okularu.

Zdolność rozdzielcza mikroskopu
Zdolność rozdzielcza mikroskopu wyraża najmniejszą odległość między dwoma punktami
preparatu, które dają oddzielne, nie zlane ze sobą obrazy. Decyduje ona o przydatności
mikroskopu do badań. Przy słabej zdolności rozdzielczej dwa punkty preparatu leżące blisko
siebie widoczne są dla obserwatora jako jeden, a wraz z jej polepszeniem oddalenie obrazu
tych punktów od siebie rośnie. Zdolność rozdzielczą mikroskopu opisuje wzór

d = --------

gdzie: d – zdolność rozdzielcza, λ – długość fali światła oświetlającego preparat, A – apretura
numeryczna obiektywu.

Apretura numeryczna jest wielkością charakteryzującą obiektyw i jest wyryta na jego
oprawie. Obiektywy o silnym powiększeniu mają wartość apretury numerycznej większą niż
słabiej powiększające. Apreturę numeryczną opisuje wzór:
A = n x sinα
Gdzie: n – współczynnik załamania światłą w środowisku między preparatem a obiektywem,
α – kąt zawarty między skrajnym promieniem wchodzącym do obiektywu a osią optyczną
jego soczewek.

LxD

f

1

xf

2

λ

2 x A

Zdolność rozdzielczą mikroskopu można powiększyć stosując do oświetlenia preparatu
promieniowanie o długości fali krótszej od światła białego lub przez zwiększenie apretury
numerycznej. Zwiększenie apretury numerycznej obiektywu można osiągnąć przez
wypełnienie przestrzeni między preparatem a obiektywem cieczą o współczynniku załamania
światłą większym id współczynnika załamania światła w powietrzu (1,0), np. olejkiem
immersyjnym (n = 1,515).