Microscopio óptico
(1) Lente objetivo
La lente objetivo es el componente más importante que determina el rendimiento del microscopio. Se instala en el convertidor de objetivos y está cerca del objeto que se observa, por eso se le llama lente objetivo o lente objetivo.
1. Clasificación de las lentes objetivas
Las lentes objetivas se pueden dividir en objetivos secos y objetivos de inmersión según las diferentes condiciones de uso. Los objetivos de inmersión se pueden dividir en objetivos de inmersión y objetivos de inmersión en aceite; Lente objetivo (el aumento común es de 90 a 100 veces).
Según los diferentes aumentos, se puede dividir en objetivos de baja potencia (menos de 10 veces), objetivos de media potencia (unas 20 veces) y objetivos de alta potencia (40-65 veces).
Según la corrección de aberración, se puede dividir en objetivos acromáticos (de uso común, que pueden corregir la aberración cromática de dos colores en el espectro) y objetivos apocromáticos (que pueden corregir la aberración cromática de tres colores en el espectro, que son caros y muy difíciles de utilizar). 2. Los principales parámetros del objetivo:
Los principales parámetros del objetivo incluyen aumento, apertura numérica y distancia de trabajo.
① La ampliación se refiere a la relación entre el tamaño de la imagen vista por los ojos y el tamaño de la muestra correspondiente. Se refiere a la proporción de longitudes, no a la proporción de áreas. Ejemplo: el aumento es de 100 ×, lo que se refiere a una muestra con una longitud de 1 μm. La longitud de la imagen ampliada es de 100 μm. Si se calcula en función del área, el aumento es de 10.000 veces.
El aumento total de un microscopio es igual al producto de los aumentos del objetivo y los oculares.
② La apertura numérica, también llamada relación de apertura, abreviada como NA o A, es el parámetro principal de la lente objetivo y el condensador y es proporcional a la resolución del microscopio. La apertura numérica de los objetivos secos es de 0,05 a 0,95 y la apertura numérica de los objetivos de inmersión en aceite (asfalto) es de 1,25.
③La distancia de trabajo se refiere a la distancia desde la parte inferior de la lente frontal del objetivo hasta la parte superior del cubreobjetos de la muestra cuando la muestra se observa con mayor claridad. La distancia de trabajo de la lente objetivo está relacionada con la distancia focal de la lente objetivo. Cuanto mayor sea la distancia focal de la lente del objetivo, menor será el aumento y mayor será la distancia de trabajo. Por ejemplo: 10/0,25 y 160/0,17 están marcados en la lente del objetivo, donde 10 es el aumento de la lente del objetivo; 0,25 es la apertura numérica; 160 es la longitud del cilindro de la lente (mm); del cubreobjetos (unidad: mm). La distancia de trabajo efectiva del objetivo de 10x es de 6,5 mm y la distancia de trabajo efectiva del objetivo de 40x es de 0,48 mm. Se utilizaron por primera vez lentes objetivas para ampliar muestras. El factor más importante que determina el rendimiento del microscopio es la resolución. Resolución también se llama resolución o resolución. La resolución está representada por el valor de la distancia de resolución (la distancia más pequeña que se puede resolver entre dos objetos). A la distancia aparente (25 cm), los ojos humanos normales pueden ver dos objetos a una distancia de 0,073 mm. Este valor de 0,073 mm es la distancia de resolución de los ojos humanos normales. Cuanto menor sea la distancia de resolución del microscopio, mayor será la resolución, lo que significa mejor rendimiento.
La resolución de un microscopio está determinada por la resolución de la lente del objetivo, que está determinada por su apertura numérica y la longitud de onda de la luz que lo ilumina.
Cuando se utiliza el método de iluminación central ordinario (un método de iluminación brillante que permite que la luz pase a través de la muestra de manera uniforme), la distancia de resolución del microscopio es d=0,61λ/NA.
Donde d es la distancia de resolución de la lente del objetivo, en nm.
λ ——La longitud de onda de la luz que ilumina, en nanómetros (nm).
Apertura numérica de la lente del objetivo
Por ejemplo, la apertura numérica de una lente de objetivo de inmersión en aceite es 1,25 y el rango de longitud de onda de la luz visible es de 400 a 700 nm. Si la longitud de onda promedio es de 550 nm, d = 270 nm, que es aproximadamente la mitad de la longitud de onda de la luz iluminadora. Por lo general, el límite de resolución de un microscopio iluminado por luz visible es de 0,2 micrones.
(2) El ocular también se llama ocular porque está cerca de los ojos del observador. Instalado en el extremo superior del cilindro de la lente.
1. Estructura del ocular
Por lo general, el ocular se compone de dos juegos de lentes, la lente superior se llama lente objetivo y la lente inferior se llama lente o campo de convergencia. lente. Hay un diafragma entre las lentes superior e inferior o debajo de la lente de campo (cuyo tamaño determina el tamaño del campo de visión). Debido a que la muestra solo se visualiza en la superficie de la abertura, se puede pegar una pequeña sección de cabello a esta abertura para que sirva como puntero para indicar el objetivo de una determinada característica. También se le puede colocar un micrómetro ocular para medir el tamaño de la muestra que se está observando.
Cuanto más corta sea la longitud del ocular, mayor será el aumento (porque el aumento del ocular es inversamente proporcional a la longitud focal del ocular).
2. La función del ocular
es ampliar aún más la imagen real clara que ha sido ampliada por la lente del objetivo, facilitando que el ojo humano distinga claramente.
El aumento de los oculares normales es de 5 a 16 veces.
3. La relación entre el ocular y la lente del objetivo ha sido claramente resuelta por la lente del objetivo. Si no es ampliada por el ocular y no alcanza el tamaño que el ojo humano puede resolver, lo hará. no se ve claramente; y la lente del objetivo no puede resolverlo. Las estructuras finas no se pueden ver claramente ni siquiera con oculares de alta potencia, por lo que los oculares solo pueden desempeñar un papel de aumento y no mejorarán la resolución del microscopio. A veces, aunque la lente del objetivo puede distinguir dos objetos cercanos, todavía no está claro porque la distancia de la imagen de los dos objetos es menor que la distancia de resolución del ojo. Por lo tanto, el ocular y el objetivo están interconectados y se restringen entre sí.
(3), Condensador
El condensador también se llama condensador. En el soporte del condensador debajo de la muestra. Se compone principalmente de condensador y apertura. El condensador se puede dividir en condensador de campo claro (configuración de microscopio normal) y condensador de campo oscuro.
1. Principales parámetros de los espejos ópticos
La apertura numérica (NA) es el principal parámetro del condensador. La apertura numérica máxima es generalmente 1,2-1,4 y la apertura numérica tiene un cierto rango variable. Normalmente, el número grabado en la montura superior del objetivo representa la apertura numérica máxima. Al ajustar la apertura del diafragma variable, se pueden obtener varias aperturas numéricas inferiores a este número para satisfacer las necesidades de diferentes objetivos. Algunas lentes de condensador se componen de varios grupos de lentes. El grupo superior de lentes se puede quitar o sacar del camino óptico para reducir la apertura numérica de la lente del condensador y adaptarse a la iluminación cuando se observa con una lente de objetivo de bajo aumento. 2. El papel del condensador
El condensador es equivalente a una lente convexa, que recoge la luz para mejorar la iluminación de la muestra. En términos generales, el foco de enfoque del condensador está diseñado para estar aproximadamente 65438 ± 0,25 mm por encima del plano de la lente en su extremo superior. (La atención se centra en la muestra que se va a observar y el grosor del portaobjetos es de aproximadamente 1,1 mm).
3. Apertura variable
La apertura, también llamada apertura, se encuentra debajo del condensador y consta de más de una docena de piezas de metal con un orificio redondo en el medio. Su función es ajustar la intensidad de la luz para que la apertura numérica del condensador coincida con la apertura numérica de la lente del objetivo. Cuanto mayor sea la apertura, mayor será la apertura numérica (una vez completada la observación, la apertura debe ajustarse al máximo).
Debajo del iris, también se encuentra un portafiltro circular.
Nota: En los laboratorios de la escuela secundaria, solo los microscopios para profesores (1600× o 1500×) están equipados con condensadores, y los microscopios para estudiantes (640× o 500×) están equipados con diafragmas giratorios. Cerca del escenario, puedes hacer un disco giratorio circular y una apertura giratoria (también llamada obturador). La apertura tiene agujeros circulares de diferentes tamaños, llamados aperturas. Los diámetros son 2, 3, 6, 12 y 16 mm. Gire el diafragma giratorio y cada apertura del diafragma se puede alinear con la apertura y la intensidad de la luz se puede ajustar a través de aperturas de diferentes tamaños.
(4) Reflector
El reflector es un espejo de doble cara que se puede girar a voluntad, con un diámetro de 50 mm. Un lado es plano y el otro cóncavo. Su función es reflejar desde cualquier dirección la luz que entra a través de la abertura de luz. Los espejos planos tienen capacidades reflectantes débiles, por lo que se usan cuando la luz es fuerte. Los espejos cóncavos tienen capacidades reflectantes fuertes, por lo que se usan cuando la luz es débil.
El reflector suele ser un espejo plano en un lado y un espejo cóncavo en el otro. Se instala debajo del condensador y puede girar libremente tanto en dirección horizontal como vertical.
La función del reflector es dirigir la luz o luz natural emitida por la fuente luminosa hacia el condensador. Cuando se usa un condensador, generalmente se usa un espejo plano, y cuando no está en uso, se usa un espejo cóncavo cuando la luz es fuerte, se usa un espejo plano y cuando la luz es débil, se usa un espejo cóncavo.
Después de la observación, se debe colocar el reflector en posición vertical.
(5) Fuente de iluminación
Los microscopios pueden iluminarse mediante fuentes de luz natural o fuentes de luz artificial.
1. Fuente de luz natural
La luz proviene del cielo, preferentemente reflejada por nubes blancas. No utilizar bajo la luz solar directa.
2. Fuente de luz artificial
①Requisitos básicos para las fuentes de luz artificiales: intensidad luminosa suficiente;
②Fuentes de luz artificial comunes: lámpara de microscopio; fluorescencia
(6) Filtro óptico
Instalado entre la fuente de luz y el condensador. Su función es dejar pasar la luz de la banda de longitud de onda seleccionada y absorber otra luz, es decir, cambiar la composición espectral de la luz o debilitar la intensidad de la luz. Divididos en dos categorías: filtros ópticos y filtros de líquidos.
(7) Cubreobjetos y portaobjetos
Las superficies de los cubreobjetos y portaobjetos deben ser muy lisas y libres de burbujas y rayones. Lo mejor es elegir unos incoloros y transparentes, y lavarlos antes de usarlos.
El grosor estándar del cubreobjetos es de 0,17 ± 0,02 mm. Si no se utiliza un cubreobjetos o el grosor del cubreobjetos es inadecuado, la calidad de la imagen se verá afectada.
El grosor estándar de la corredera es de 1,1,04 mm y el rango utilizable general es de 1 a 1,2 mm. Demasiado grueso afectará la eficiencia del condensador y demasiado delgado se romperá fácilmente. El dispositivo mecánico del microscopio es una parte importante del microscopio. Su función es fijar y ajustar lentes ópticas, fijar y mover probetas, etc. Consiste principalmente en un soporte de lente, un brazo de lente, una platina, un cilindro de lente, un convertidor de lente objetivo y un dispositivo de enfoque.
(1), Base del espejo y brazo del espejo
1. La base del espejo se utiliza para soportar todo el microscopio. Está equipada con un reflector y algunos están equipados con una luz de iluminación. fuente.
2. La función del brazo del espejo es sostener el cilindro de la lente y la platina. Hay dos tipos: fijos e inclinables.
②. Escenario (también llamado banco de trabajo, escenario de espejo)
El escenario se utiliza para colocar diapositivas de vidrio. Tiene dos formas: redonda y cuadrada, de las cuales el área cuadrada es de 120 mm. ×110 mm. Hay un orificio para la luz en el centro y detrás del orificio para la luz hay dos pequeños orificios en los lados izquierdo y derecho para montar las abrazaderas de la tableta. Hay dos tipos: fijos y móviles. Algunas etapas están equipadas con verniers en las coordenadas verticales y horizontales. La lectura general es de 0,1 mm. Los verniers se pueden utilizar para medir el tamaño de la muestra y marcar las piezas a inspeccionar.
(3) Tubo de lente
El extremo superior del tubo de lente se coloca con el ocular y el extremo inferior se conecta al convertidor de objetivo. Hay dos tipos: fijos y ajustables. La longitud del tubo de lente mecánico (la distancia desde el borde superior del tubo del ocular hasta el extremo inferior del puerto de tornillo del convertidor de lente objetivo se llama longitud del tubo de lente o longitud del tubo de lente mecánico) se llama tubo de lente fijo , y el tubo de lente ajustable se puede reemplazar. La mayoría de los microscopios nuevos utilizan tubos fijos y la mayoría de los microscopios domésticos también utilizan tubos fijos. La longitud del tubo mecánico de los microscopios domésticos suele ser de 160 mm.
Existen dos tipos de tubos de lentes para instalar oculares: monotubo y binoculares. Los cilindros simples se pueden dividir en tipos verticales e inclinados, mientras que los cilindros dobles son inclinados. Entre ellos, el microscopio binocular permite observar con ambos ojos al mismo tiempo, reduciendo la fatiga ocular. La distancia entre los dos tubos de lentes se puede ajustar y uno de los oculares tiene un dispositivo de ajuste de dioptrías para facilitar a los observadores con diferentes visiones.
(4) Convertidor de objetivos
El convertidor de objetivos se fija en el extremo inferior del cilindro de la lente y tiene 3-4 puertos en espiral para lentes de objetivo. Las lentes objetivas deben disponerse en orden de aumento. Al girar el revólver, debe sujetar el disco giratorio con los dedos y girarlo. No empuje la lente del objetivo con los dedos, ya que presionarla durante mucho tiempo fácilmente provocará que el eje óptico se tuerza y la calidad de la imagen se deteriore.
(5).Dispositivo de enfoque
El microscopio está equipado con un tornillo de enfoque grueso y un tornillo de enfoque fino. En algunos microscopios, la espiral de enfoque grueso está instalada en el mismo eje, la espiral grande es la espiral de enfoque grueso y la espiral pequeña es la espiral de enfoque fino; otros están dispuestos por separado; El par de tornillos más grande ubicado en el extremo superior del brazo de la lente son tornillos de enfoque aproximado y el cilindro de la lente sube o baja 10 mm por revolución. Un par de tornillos más pequeños ubicados debajo del tornillo de enfoque aproximado son los tornillos de enfoque fino. Cuando gira una vez, el valor de elevación del cilindro de la lente es de 0,65438 ± 0,0 mm y el rango de enfoque del tornillo de enfoque de precisión no es inferior a 65438 ± 0,8 mm. 1. Cuando utilice un microscopio monocular, debe desarrollar el hábito de observar con el ojo izquierdo (porque suelo dibujar con la mano derecha). Al observar, mantenga los ojos abiertos al mismo tiempo y no los cierre, ya que fácilmente le provocará fatiga. Para que los estudiantes se acostumbren a abrir los ojos al mismo tiempo, puede cortar un trozo rectangular de papel duro de unos 14 cm de largo y 6 cm de ancho y cavar un agujero redondo con un diámetro ligeramente menor que su diámetro exterior en el extremo superior. del cilindro de la lente cerca del extremo izquierdo y coloque el orificio redondo en el tubo de la lente. En la sección superior, ambos ojos se abren al mismo tiempo durante la observación y el extremo derecho del papel se usa para bloquear la vista del lado derecho. ojo. Tras un tiempo de entrenamiento, podremos acostumbrarnos a abrir ambos ojos al mismo tiempo y luego retirar el papel.
2. La conexión entre el brazo del espejo y la base del espejo del microscopio de tubo recto es una junta mecánica que se puede utilizar para ajustar la inclinación del cilindro de la lente para facilitar la observación. El brazo de la lente no puede estar demasiado atrás, generalmente no más de 40°. Sin embargo, cuando se utiliza una carga temporal para la observación (cuando el tubo de la lente está inclinado, la platina se inclinará en consecuencia y el líquido del portaobjetos fluirá fácilmente), está prohibido utilizar una junta basculante, especialmente cuando se cargan reactivos ácidos, para Evite contaminar el cuerpo de la lente.
3. Uso de oculares y lentes objetivo
Generalmente, utilice un ocular con un aumento medio (10×) y un objetivo con el aumento más bajo para comenzar a observar, y utilizarlo gradualmente. una lente objetivo con mayor aumento para buscar. Ampliación que cumple con los requisitos experimentales.
Al cambiar la lente del objetivo, primero observe con una lente de bajo aumento y ajústela a la distancia de trabajo correcta (la imagen más clara). Si además utiliza una lente objetivo de gran aumento para la observación, antes de reemplazar la lente objetivo de gran aumento, la parte de la imagen del objeto que necesita ampliarse para la observación debe moverse al centro del campo de visión (cuando la lente baja -La lente del objetivo de aumento se reemplaza por una lente de objetivo de gran aumento para la observación, el rango de la imagen del objeto en el campo de visión se reduce mucho). El objetivo de bajo aumento y el objetivo de alto aumento están básicamente enfocados (enfocados a la misma altura).
En términos generales, cuando se utiliza cualquier lente objetivo, el límite superior del aumento efectivo es 1.000 veces su apertura numérica, y el límite inferior es 250 veces su apertura numérica. Si la apertura numérica de la lente del objetivo de 40× es 0,65, los límites superior e inferior son 1000×0,65=650 veces y 250×0,65≈163 veces respectivamente. Cualquier cosa que exceda el límite superior del aumento efectivo se denomina aumento no válido y no puede mejorar. El efecto de observación. Los aumentos por debajo del límite inferior no pueden ser distinguidos por el ojo humano y no favorecen la observación. Normalmente, el rango de aumento más práctico es un número entre 500 y 700 veces la apertura numérica.
4. Uso de lentes de objetivo de inmersión en aceite
Cuando se utilizan lentes de objetivo de inmersión en aceite, generalmente no se utiliza el enfoque de la misma altura. El enfoque a la misma altura solo se aplica a la lente objetivo original de cada microscopio, lo cual es una condición muy ventajosa y conveniente cuando se usan objetivos de bajo y alto aumento, pero está limitada cuando se usan objetivos de inmersión en aceite. En términos generales, cuando se utiliza una lente de aceite para observar muestras (portaobjetos) sin cubreobjetos, es más seguro enfocar a la misma altura. Sin embargo, se debe tener precaución con las muestras con cubreobjetos porque la distancia de trabajo de la lente del objetivo de inmersión en aceite es muy corta. .
Cuando la lente del objetivo se sumerge en aceite, solo el alquitrán aromático gotea sobre la muestra. Después de la observación, los trabajos de limpieza deben realizarse a tiempo. Si no se hace a tiempo, el aceite de plátano se adherirá al polvo y las partículas de polvo pueden desgastar la lente al limpiarla. Cuando el alquitrán de plátano se expone al aire durante mucho tiempo, se vuelve espeso y seco, lo que hace que sea muy difícil de limpiar y muy dañino para el instrumento. Frote suave y cuidadosamente. Use papel de espejo seco para limpiar el extremo frontal de la lente del objetivo de inmersión en aceite una o dos veces para eliminar la mayoría de las manchas de aceite, luego límpielo dos veces con gotas de xileno sobre el papel de espejo y finalmente límpielo nuevamente con papel de espejo seco. El asfalto fragante de la muestra se puede limpiar con el "método de extracción de papel" (es decir, cubrir el asfalto fragante con un pequeño trozo de papel para limpiar lentes, luego dejar caer un poco de xileno sobre el papel y sacar el papel mientras está húmedo, de modo que pueda limpiarlo tres veces consecutivas. Cuatro veces generalmente no dañarán las muestras de frotis sin cubreobjetos). El papel para limpiar espejos también debe ser resistente al polvo. Generalmente, antes de usar, corte cada página en 8 trozos pequeños y guárdelos en una placa de Petri limpia, lo cual es económico y conveniente de usar.
5. Cómo utilizar un condensador
(1) Razones para utilizar un condensador
Cuando aumenta el aumento, por un lado, mayor es el aumento. , la lente cuanto más, más luz absorbe la lente; por otro lado, el brillo del campo de visión (refiriéndose al rango en el que se puede ver la muestra) es inversamente proporcional al cuadrado del aumento, es decir. , cuanto mayor sea el aumento, más oscuro será el campo de visión. Para obtener suficiente brillo, se debe instalar un condensador para enfocar la luz sobre la muestra a observar.
(2). Observar la altura del condensador.
Al observar, para garantizar el mejor efecto de observación, el foco del condensador debe caer justo en la muestra. Para lograr esta condición, es necesario ajustar la altura del condensador. Cuando se ilumina con luz paralela, el foco del condensador está aproximadamente a 65.438 ± 0,25 mm por encima del centro de su plano superior de lente. Por lo tanto, al observar, a menudo es necesario elevar el condensador a una altura en la que el plano superior de la lente esté sólo ligeramente por debajo del plano del escenario, de modo que el foco pueda caer sobre la muestra en una diapositiva de espesor estándar. Cuando se utiliza un portaobjetos que es más delgado que el grosor estándar para sujetar la muestra, la posición del condensador se debe bajar en consecuencia. Cuando se usa un portaobjetos que es demasiado grueso, el punto de enfoque solo puede caer por debajo de la muestra, lo que no favorece la exposición. observación cuidadosa.
③Cooperación entre el condensador y la lente objetivo
La llamada cooperación aquí es hacer que las aperturas numéricas del condensador y la lente objetivo sean consistentes, para conducir mejor y más observaciones detalladas. Si la apertura numérica del condensador es menor que la apertura numérica del objetivo, parte de la apertura numérica del objetivo se desperdicia y no se puede alcanzar su resolución máxima. Si la apertura numérica del condensador es mayor que la apertura numérica de la lente del objetivo, por un lado, la resolución especificada de la lente del objetivo no se puede mejorar y, por otro lado, la claridad de la imagen del objeto se reducirá porque el haz de iluminación es demasiado amplio.
El método de operación para hacer coincidir el condensador y la lente objetivo es: después de encender y enfocar, retire el ocular y mire directamente al cilindro de la lente, cierre la apertura debajo del condensador al mínimo y luego ábrala lentamente. Abra la apertura hasta una apertura que sea exactamente tan grande como el diámetro del campo de visión*, luego presione el ocular hacia abajo para observar. Cada vez que se reemplaza la lente del objetivo, la operación de adaptación debe realizarse en secuencia. El marco de algunas aberturas del condensador está grabado con una escala que indica la abertura de apertura, que puede coincidir según la escala.
*Nota: Si el profesor utiliza un diafragma de apertura en lugar de una apertura en el microscopio, la apertura numérica del diafragma de apertura (tenga en cuenta que no es el diámetro físico de la lente) debe ajustarse a 80 % de la apertura numérica de la lente del objetivo (ver Lente del objetivo. La marca central en un objetivo de 10× puede ser 0,30, etc.) para lograr el mejor equilibrio entre resolución máxima y contraste máximo.
La invención del microscopio y todas las innovaciones del microscopio en la historia han traído grandes avances a la cognición humana. Ha traído una expansión sin precedentes a la vida humana. Hoy en día, impulsado por la innovación científica y tecnológica, el uso de microscopios se ha convertido en una habilidad básica para los estudiantes de secundaria. Dominar la estructura, utilizarla científicamente y mantenerla bien lo convierten en una ventana para que los adolescentes exploren el mundo futuro.