Akademia Górniczo-Hutnicza
im. Stanisława Staszica w Krakowie

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Laboratorium

Metody Badań Ciała Stałego

Temat: Mikroskopia optyczna – Mikroskop MB-30.

Wykonali:

Tomasz Kasprzyk

Kinga Opic

Daniel Wierzchoń

Gr.5

Data wykonania ćwiczenia: 05.05.2014r.

Data oddania sprawozdania: .05.2014r.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z budową mikroskopu optycznego do światła przechodzącego - MB-30 (mikroskop biologiczny), zapoznanie się ze sposobem ustawiania
i obsługi tego mikroskopu oraz zdobycie umiejętności wykorzystania mikroskopu do badań jakościowych zgładów, szlifów i replik.

1. Wstęp teoretyczny

Mikroskop biologiczny MB-30 przeznaczony jest do badań próbek biologicznych
w oświetleniu światłem przechodzącym. Znajduje zastosowanie w naukach biologicznych
i medycznych, głównie w cytologii, morfologii, biochemii i mikrobiologii.

Do podstawowych elementów mikroskopu zalicza się:

• statyw,

• podstawę z oświetlaczem elektrycznym,

• zespół ruchu zgrubnego i drobnego,

• kondensor,

• wspornik kondensora,

• stolik krzyżowy,

• rewolwer obiektywowy,

• nasadkę dwuoczną,

• obiektywy i okulary.

Mikroskop optyczny posiada 2 zespoły optyczne:

• układ soczewek obiektywowych tworzących obiektyw ogniskowej f_ob

• układ soczewek okularowych tworzących okular o ogniskowej f_ok

Okular i obiektyw muszą znajdować się w ściśle określonej odległości, która określona jest przez tubus optyczny (△). Z kolei tubus mechaniczny odpowiada za odległości pomiędzy płaszczyznami oporowymi obiektywu i okularu w tubusie. Oba te parametry muszą być przestrzegane aby powiększenie mikroskopu było poprawne.

Powiększenie mikroskopu wyznacza się ze wzoru:

$$\mathbf{G}_{\mathbf{m}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{250}}{\mathbf{f}_{\mathbf{m}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{250}}{\mathbf{f}_{\mathbf{\text{ok}}}}\mathbf{\bullet}\frac{\mathbf{}}{\mathbf{f}_{\mathbf{\text{ok}}}}\mathbf{=}\mathbf{G}_{\mathbf{\text{ok}}}\mathbf{\bullet}\mathbf{\beta}_{\mathbf{\text{ob}}}$$

gdzie,

• fm- ogniskowa mikroskopu

• fob- ogniskowa obiektywu

• fok- ogniskowa okularu

• △- tubus optyczny

• Gok –powiększenie okularu

• βob- powiększenie obiektywu

Każdy mikroskop jest charakteryzowany przez następujące parametry:

• Apertura numeryczna (A) – parametr określający zdolność układu optycznego do przyjmowania strumienia świetlnego:

A = n sin(u)

gdzie:

A – apertura numeryczna,

n – współczynnik załamania światła [-],

u – kąt aperturowy [-]

Przyjmuje wartości od 0,1-1,6. Jest odpowiedzialna za jasność obrazów mikroskopowych, zdolność rozdzielczą mikroskopu, głębię ostrości i powiększenie użyteczne mikroskopu.

• Zdolność rozdzielcza (d) – minimalna odległość dwóch punktów przedmiotu, poniżej której ich obrazy nie dają się obserwować oddzielnie

gdzie:

λ – długość fali światła.

• Powiększenie użyteczne mikroskopu – umożliwia widzenie wszystkich szczegółów przedmiotu, jakie w ogóle mikroskop jest w stanie uczynić widocznym:

529A≤G_m≤1058A

gdzie:

G_m – powiększenie mikroskopu

A – apertura numeryczna

• Głębia ostrości – odległość, na jaką mogą być przesunięte elementy przedmiotu przed lub za płaszczyznę przedmiotową, przy której nie zmienia się jeszcze jakość obrazu optycznego;

• Znakowanie obiektywów i okularów – parametry charakteryzujące mikroskop wypisane na obiektywie i okularze.

1. Wykonanie ćwiczenia:

   1. Ustawienie mikroskopu wg zasady Koehlera

1. Położono preparat na stoliku przedmiotowym mikroskopu.

2. Oświetlono preparat – oświetlacz mikroskopu włączono do sieci poprzez transformator (natężenie prądu ustawiono na 4,5 wartości maksymalnej).

3. Pootwierano przesłony: polową i aperturową

4. Odsunięto układ kondensora od stolika przedmiotowego.

5. Ustawiono ostry obraz preparatu za pomocą ruchu zgrubnego i drobnego.

6. Usunięto preparat.

7. Przymknięto diafragmę pola oświetlacza i zbliżając kondensor do stolika przedmiotowego, równocześnie centrując kondensor ustawiono jej ostry obraz w polu widzenia mikroskopu.

8. Wycentrowano przesłonę polową, a wielkość jej otwarcia tak ustawiono, aby obraz jej pokrywał się z wielkością pola widzenia mikroskopu.

9. Obraz źródła światła (obraz włókna żarówki) ustawiono w płaszczyźnie przesłony aperturowej kondensatora, wycentrowano poprzez przesuw i nieznaczny obrót oprawki żarówki, aż do zaobserwowania wyraźnego wężyka - włókna żarówki.

10. Ustawiono wielkość przesłony aperturowej kondensatora na 2/3 apertury obiektywu. W tym celu patrząc w źrenicę obiektywu poprzez nasadkę okularową po wyjęciu okularu nastawiono diafragmę aperturową na 2/3 źrenic wyjściowej obiektywu. Wycentrowano i założono okular.

11. Założono preparat na stolik przedmiotowy i skorygowano ostrość obrazu preparatu ruchem drobnym.

    1. Obserwacja próbki

Próbka: GRAFIT

1. Wyznaczanie powiększenia mikroskopu:

Powiększenie mikroskopu wynosi 150x i jest iloczynem powiększenia nasadki okularowej, powiększenia okularu oraz powiększenia obiektywu.

powiększenie nasadki okularowej: Gnok = 1,5 [-]

powiększenie okularu: Gok = 10 [-]

powiększenie obiektywu: βob = 10 [-]

G_m = G_nok • G_ok • β_ob = 1, 5 • 10 • 10 = 150 [−]

1. Montaż mikroskopu.

Ta część ćwiczenia polegała na zmontowaniu ze sobą poszczególnych elementów mikroskopu: statywu, stolika przedmiotowego, kondensora, oświetlacza, rewolweru obiektywowego, nasadki okularowej, obiektywów, okularów.

Po zamontowaniu całego układu ponownie ustawiono oświetlenie wg zasady Koehlera.

1. Wyznaczenie powiększenia przy użyciu płytki mikrometrycznej i okularu z podziałką mikrometryczną.

W miejsce umieszczonego wcześniej preparatu, na stoliku przedmiotowym położona została płytka z podziałką, w której jeden milimetr został podzielony na sto części (1/100), z kolei do nasadki okularowej założony został okular z podziałką, w której na sto części zostało podzielone dziesięć milimetrów (10/100). Po uzyskaniu ostrości podziałek oraz ułożeniu ich równolegle względem siebie z zachowaniem ich wspólnego początku, wyznaczono maksymalną długość odcinka płytki mikrometrycznej b = 0,55 [mm] mierząc przy pomocy okularu a = 9,1 mm.

wyznaczenie wartości a:

10 mm - 100 części

a mm - 91 części

a = 91 ∙ 10 / 100 = 9,1 mm

wyznaczenie wartości b:

1 mm - 100 części
b mm - 55 części

b = 55 ∙ 1 / 100 = 0,55 mm

Zatem powiększenie mikroskopu wynosi:

$$\mathbf{P =}\frac{\mathbf{a}}{\mathbf{b}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{9,1}}{\mathbf{0,55}}\mathbf{= 16,55\ \lbrack - \rbrack}$$

Uzyskane wartości znacznie różnią się od siebie. Wynika to z tego, że powiększenie wyliczone z danych znajdujących się na mikroskopie jest jego całkowitym powiększeniem. Powiększenie obliczone na podstawie płytki i obiektywu mikrometrycznego jest jedynie powiększeniem obiektywu i nasadki dwudzielnej. Skala, którą obserwujemy na płytce jest powiększona o wszystkie elementy optyczne mikroskopu. Wynika to z faktu, że znajduje się ona w miejscu preparatu, natomiast podziałka obserwowana w okularze jest powiększona jedynie przez okular. Aby uzyskać całkowite powiększenie mikroskopu (P­_m) należy uzyskaną wartość P pomnożyć przez powiększenie okularu.

$$\mathbf{P}_{\mathbf{m}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{a}}{\mathbf{b}}\mathbf{\bullet}\mathbf{G}_{\mathbf{\text{ok}}}\mathbf{= 16,55 \bullet 12 = 198,6\lbrack - \rbrack}$$

1. Schemat przebiegu promieni w mikroskopie

F_ob F_ob F_ok F_ok

1. Obliczenie rzeczywistych wymiarów dwóch wybranych elementów na płytce z próbką.

W tej części ćwiczenia zmierzono wielkości dwóch wybranych elementów próbki (krzemionka). Na podstawie obliczonej wcześniej wartości powiększenia wyznaczono rzeczywiste wymiary próbki.

Niestety nie udało się nam wykonać zdjęcia próbki.

Schemat poglądowy dwóch elementów większego i mniejszego przedstawiają poniższe rysunki.

Element mniejszy:

Element większy

Korzystając z wcześniej wyznaczonej wartości powiększenia, wyznaczono rzeczywiste wymiary elementów:

Element mniejszy:

a=0,5 mm /16,55=0,030 mm

b=0,33 mm /16,55 = 0,020 mm

Element większy:

c=0,71mm/16,55=0,043 mm

d=0,45mm/16,55=0,027 mm

1. Wnioski:

Wykonując ćwiczenie zapoznaliśmy się z budową oraz dowiedzieliśmy się jak odpowiednio wykorzystywać mikroskop MB-30 do badań w świetle przechodzącym. Nauczyliśmy się ustawiać aparaturę, tak aby uzyskany obraz badanej próbki był najwyższej jakości, a nasz wzrok nie męczył się nawet podczas długotrwałych obserwacji.

Kolejnym etapem była obserwacja próbki grafitu, w której mogliśmy zindentyfikować pory wtrącenia i przypadkowo powstałe pęcherzyki powietrza. Następnie obliczyliśmy przybliżenie wykorzystując dwie metody. Pierwsza polegała na przemnożeniu odczytanych wartości przybliżenia obiektywu, okularu i nasadki okularowej.Obliczone przyblienie wynosiło 150[-]. Druga metoda opierała się na wykorzystaniu płytki mikrometrycznej oraz okularu z podziałką. Płytka posiadała podziałkę na której milimetr został podzielony na 100 części, z kolei na podziałce okularu na 100 części podzielono 10 milimetrów. Po znalezieniu miejsca, w którym obydwie skale pokrywały się i dokonaniu odpowiednich obliczeń uzyskaliśmy powiększenie o wartości 16,55[-]. Duża rozbieżność obliczonych przybliżeń wynika z tego, że w drugiej metodzie pominięte zostało przybliżenie okularu. Pomimo uwzglednienia przybliżenia okularu wyniki dalej się różniły. Mogło to wynikać z niedokładnego odczytu miejsca, w którym skale się pokrywały oraz z użycia okularu niekompatybilnego z mikroskopem

Ostanim zadaniem była obserwacja próbki i wyznaczenie wielkości dwóch wybranych ziaren znając powiększenia podziałki i okularu.