WIMiR, rok IV, gr. 30

Sprawozdanie

Temat: Optyczne metody badania materiałów

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z budową mikroskopu optycznego do światła przechodzącego czyli mikroskopu biologicznego, opanowanie sposobu przygotowywania tego mikroskopu do pracy oraz jego obsługi, a także zastosowanie mikroskopu do badań jakościowych różnych materiałów.

1. Wstęp teoretyczny

Po lewej stronie schemat mikroskopu MB-30 z założonym lusterkiem do pracy z dowolnym źródłem światła, schemat po prawej stronie przedstawia mikroskop MB-30 z podłączonym oświetleniem elektrycznym (wykorzystywany przez nas na zajęciach).

Objaśnienia do schematów:

1 – okular, 2 – pierścień regulacji dioptryjnej nasadki dwuocznej, 3 – nasadka dwuoczna, 4 – wkręt zaciskowy nasadki, 5 – pokrętka przesuwu wzdłużnego stolika, 6 – pokrętka przesuwu poprzecznego stolika, 7 – pokrętka przesuwu zgrubnego, 8 – pokrętka przesuwu drobnego, 9 – pokrętka przesuwu kondensora, 10 – wkręt regulacyjny przesuwu kondensora, 11 – stolik krzyżowy, 12 – wkręt zaciskowy kondensora, 13 – wkręt centrujący kondensora, 14 – lusterko płasko-wklęsłe, 15 – rewolwer obiektywowy, 16 – obiektyw, 17 – dźwignia otwarcia diafragmy aperturowej, 18 – pokrętka zaciskowa stolika, 19 – gniazdo filtru lub matówki, 20 – oprawa lustra oświetlacza, 21 – podstawa, 22 – łapka uchwytu preparatu, 23 – wkręt zaciskowy łapki, 24 – wkręt zaciskowy uchwytu preparatu, 25 – uchwyt preparatu, 26 – statyw, 27 – wkręt zderzakowy przesuwu zgrubnego, 28 – pierścień otwarcia diafragmy pola, 29 – oprawa żarówki oświetlacza.

­­­­­Mikroskopia optyczna jest szeroko stosowaną metodą badań materiałów. Umożliwia rozpoznanie oraz pomiar wielkości faz, co pozwala na określenie udziału objętościowego poszczególnych faz.Próbkami wyjściowymi do badania mogą być: szlify,zgłady oraz repliki.

Przy pomocy mikroskopii optycznej jesteśmy w stanie zbadać mikrostrukturę próbki , tj.określić budowę materiału w skali wielkości ziaren.

Najprostszym przyrządem optycznym jest lupa, która pozwala uzyskać powiększenie: 10x(dla pojednyczej soczewki dwuwypukłej) oraz 40x(dla układu kilku soczewek). Jeżeli interesuje nas uzyskanie znacznie większego powiększenia należy wówczas zastosować mikroskop.

Mikroskop jest przyrządem umożliwiającym uzyskanie dużych powiększeń kątowych. Składa się on z dwóch układów optycznych: obiektywu oraz okularu. Obiektyw i okular są umieszczone w ruchomej cylindrycznej oprawie mikroskopu zwanej tubusem, która umożliwia dokładne nastawienie żądanej odległości obiektywu w stosunku do obserwowanego przedmiotu.

Powiększenie uzyskane przez mikroskop jest ograniczone przez zdolność rozdzielczą mikroskopu, która ściśle zależy od zjawiska dyfrakcji oraz apertury numerycznej obiektywu. Możemy ją zwiększyć przez : zwiększenie kąta aperturowego, współczynnika załamania światła, oraz przez zmniejszenie długości światła.

W naszym przypadku użyto mikroskop MB-30, który przeznaczony jest do badań preparatów biologicznych w oświetleniu światłem przechodzącym. Znajduje szerokie zastosowanie w naukach biologicznych i medycznych, zwłaszcza w cytologii, morfologii, biochemii i mikrobiologii

1. Wykonanie ćwiczenia

Wykonanie ćwiczenia odbywało się zgodnie z treścią instrukcji. Opis prawidłowo ustawionego mikroskopu opierał się na zasadach Koehlera.

Mikroskop podłączono do transformatora przy ustawionym natężeniu prądu na 4/5 całkowitej mocy. Następnie ustawiono preparat na stoliku przedmiotowym mikroskopu i otworzono przesłony : aperturową oraz polową. Po wykonaniu tych czynności należało zbliżyć preparat do obiektywu ruchem zgrubnym(jednocześnie należało uważać aby preparat nie zetknął się z obiektywem), a następnie ustalić odpowiednią ostrość mniejszym pokrętłem. Po czym usunięto preparat ze stolika. Kolejnym etapem było przymknięcie diafragmy pola oświetlacza z jednoczesnym zbliżaniem kondensora do stolika przedmiotowego w celu ustawienia ostrego obrazu diafragmy w polu widzenia mikroskopu. Po przymknięciu przesłony polowej w obiektywie pojawił się obraz sześciokąta (rys.1), który należało ustawić tak aby pokrywał się z wielkością pola widzenia mikroskopu(rys.2)

Rys.1 Rys.2

Następnie odkręcono soczewkę czołową kondensora i ustawiono ostry obraz źródła światła w płaszczyźnie przesłony aperturowej. W tym celu posłużyliśmy się kartką papieru przyłożoną pod przesłonę aperturową na której uzyskaliśmy obraz (rys.3) oraz nieznacznym obrotem oprawki z żarówką z tyłu mikroskopu.

Rys.3

Ostatnią rzeczą było wyjęcie obiektywu i ustawienie przesłony aperturowej kondensora na 2/3 apertury obiektywu. Po czym z powrotem włożono obiektyw oraz ustawiono próbkę na stoliku i odpowiednio ustawiono ostrość obrazu próbki ruchem obrotowym pokrętła.

Rys.4 Replika grafitu

Na zdjęciu widoczny grafit i jego pory (ciemne miejsca). Światło ulega rozproszeniu na porach, więc nie dociera ono do oka obserwatora i dlatego pory widzimy jako ciemne miejsca.

1. Wyniki

1. Obliczenie powiększenia mikroskopu(G_m) na podstawie znajomości powiększeń : okularu, obiektywu oraz nasadki okularowej.

Powiększenie okularu	12x
Powiększenie obiektywu	10x
Powiększenie nasadki okularowej	1,25x

Tab.1 zestawienie powiększeń

G_m= 12*10*1,25=150

Określenie wielkości powiększenia mikroskopu za pomocą :płyty mikrometrycznej(1mm podzielony na 100 części),okularu pomiarowego(10mm podzielonych na 100 części),repliki iłołupku.

Należało zamontować okular z podziałką do nasadki okularowej, natomiast w miejsce preparatu umieszczono płytkę mikrometryczną. Następnie ustawiono ostrość podziałki na płytce okularowej oraz płytce mikrometrycznej. Po czym należało znaleźć pkt. w którym podziałki płytki mikrometrycznej oraz okularu pokrywały się.

Płytka a	100 działek	10mm
Płytka b	74 działek	0,74mm

1. Nasadka okularu

2. Płytka mikrometryczna

Tab.2 zestawienie ilości działek

$$\frac{\mathbf{a}}{\mathbf{b}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{10}}{\mathbf{0,74}}\mathbf{= 13,51}$$

Jak widać obliczone powiększenia zasadniczo różnią się od siebie. Jest to bezpośrednio związane z położeniem podziałki w okularze mikrometrycznym , która znajduje się w miejscu tworzenia obrazu z obiektywu mikroskopu. Obserwator widzi podziałkę okularową w powiększeniu równym powiększeniu okularu co należy uwzględnić w obliczeniach.

$$\mathbf{P =}\frac{\mathbf{a}}{\mathbf{b}}\mathbf{\bullet}\mathbf{G}_{\mathbf{\text{ok}}}\mathbf{= 13,51}\mathbf{\bullet}\mathbf{12 =}\mathbf{162,12}^{}$$

1. Badanie mikrostruktury iłołupku.

Rys.5 Iłołupek

Łupek ilasty (dawniej Iłołupek) – skała osadowa bardzo drobnoziarnista, o wyraźnej kierunkowości, często laminowana lub warstwowana. Składa się z bardzo drobnych ziaren kwarcu i minerałów ilastych, głównie kaolinitu. Barwa: szara, niebieskoszara, zielonkawoszara, białoszara, żółtawa, żółtobrązowa, czerwona do czarnej, w zależności od różnych domieszek. Charakteryzuje się oddzielnością międzywarstwową lub złupkowaniem. Łupki ilaste mają zastosowanie w produkcji lekkich bloków budowlanych, papy bitumicznej, środków izolacyjnych i do budowy ulepszonych nawierzchni drogowych.

Zmierzono wielkości największego i najmniejszego elementu obserwowanej struktury iłołupku.

Element1
wymiar
Szerokość
wysokość
Element 2
Szerokość
wysokość

Tab.3 obliczone wielkości badanych elementów

Obliczenie rozmiaru rzeczywistego z uwzględnieniem powiększenia na plytce mikrometrycznej.

$$\mathbf{R =}\frac{\mathbf{c}}{\frac{\mathbf{a}}{\mathbf{b}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{0,5}}{\mathbf{13,51}}\mathbf{= 0,037mm}$$

1. Wnioski

Odpowiednie ustawienie mikroskopu do przeprowadzenia badań dotyczących światła przechodzącego, pomimo załączonej instrukcji, okazało się pracochłonne i trudne. Trudności nastręczyło określenie odnalezienie obrazu włókna żarówki, które zlokalizowano dzięki wykonaniu obrotu oprawki z żarówką. Brak wprawy przy ustawianiu optymalnych parametrów był zauważalny, co przełożyło się na szybkość przebiegu ćwiczenia. Jednakże pozwoliło nam na zapoznanie się z dokładną budową i działaniem mikroskopu. W pierwszej części ćwiczenia celem było otrzymanie ostrego obrazu w takiej jakości, która pozwalałaby na swobodne obserwowanie próbki.

W następnej kolejności uwagę skupiono na obliczeniu wielkości powiększenia mikroskopu przy użyciu płytki mikrometrycznej, a także na zmierzeniu wielkości największego i najmniejszego elementu w otrzymanym przez nas preparacie. Powiększenie mikroskopu wyliczone, przy użyciu płytki mikrometrycznej, różni się od powiększenia wyliczonego z iloczynu powiększenia obiektywu, okularu i nasadki okularowej. Różnica wynika ze sposobu liczenia. Podziałka mikrometryczna znajduje się za soczewką okularu, która nie bierze udziału w pomiarze wielkości obiektów, dlatego powiększenie obliczone przy użyciu płytki mikrometrycznej i okularu pomiarowego nie uwzględnia powiększenia samego okularu.

Trudnościami podczas wykonywania ćwiczenia okazało się znalezienie poszczególnych elementów układu optycznego, a także prawidłowe ich ustawienie. Pierwszym problemem jaki się pojawił było odnalezienie i otworzenie przesłony aperturowej i polowej. Dodatkowym mankamentem okazało się nieprawidłowe działanie chwytaka, czyli elementu mocującego próbkę na stoliku pomiarowym. Chwytak niewystarczająco przytrzymywał próbkę na stoliku co spowodowało, że próbką się przemieszczała po stoliku podczas jej ustawiania. Kłopotliwe okazało się zlokalizowanie kondensora i odkręcenie jego soczewki czołowej. Problem sprawiło również ustawienie obrazu włókna żarówki, ponieważ oglądano go na przesłonie, którą była kartka papieru.