Фазово контрастная микроскопия реферат
Обновлено: 03.07.2024
Метод фазово-контрастной микроскопии разработан для наблюдения за прозрачными объектами, он основан на преобразовании фазовых изменений, претерпеваемых световой волной при прохождении через объект, в видимые аплитудные с помощью определенного оптического устройства. Если в объектив обычного микроскопа вмонтировать специальный диск - фазовую пластинку с кольцом (получается путем напыления диска солями редких металлов толщиной в несколько десятых микрометра), а в конденсор - кольцевую диафрагму (непроницаемую для лучей света пластинку с прозрачной щелью в виде кольца), так чтобы через конденсор и объектив проходило лишь кольцо света, которое затем совмещается с кольцом фазовой пластинки объектива, то фазы проходящего светового луча сдвигаются (обычно на 1/4длины волны), фазовые изменения переходят в амплитудные, и препарат становится контрастным.
Метод применяют для исследования живых клеток микроорганизмов, контрастность которых достигается оптическим путем без вмешательства в физиологические процессы изучаемых объектов.
1. В каких случаях применяется фазово-контрастная микроскопия?
2. На чём основан метод фазово-контрастной микроскопии?
3. Чем отличается конструкция фазово-контрастного микроскопа от обычного светового?
4. Как устроена фазово-контрастная модель КФ-4?
Люминесцентная, или флуоресцентная, микроскопия
Некоторые биологические объекты способны при освещении коротковолновыми лучами (сине-фиолетовыми, ультрафиолетовыми) поглощать их и испускать лучи с более длинной волной. При этом клетки будут как бы светиться желто-зеленым или оранжевым светом. Это так называемая собственная, или первичная, люминесценция.
Нелюминесцирующие объекты можно обработать специальными флуорохромами (акридином желтым, акридином оранжевым, аурамином, примулином, тиофлавином, конго красным, тетрациклином, хинином) и также наблюдать люминесценцию.
Это уже будет наведенная, или вторичная, люминесценция.
Препараты, окрашенные флуорохромами, изучают в средах, не люминесцирующих под действием коротковолновых лучей: в воде, глицерине, вазелиновом масле или физиологическом растворе.
Оптическая схема люминесцентного микроскопа отличается от обычной источником света (можно использовать ртутную лампу, а если возможно возбуждение люминесценции объекта сине-фиолетовыми лучами, то и низковольтные лампы) и наличием на пути лучей двух светофильтров: синий светофильтр перед конденсором, пропускающий сине-фиолетовые лучи видимого спектра, и жёлтый светофильтр - в окуляре микроскопа, убирающий синие лучи, мешающие выявлению люминесценции.
Люминесцентная микроскопия по сравнению с обычной позволяет сочетать цветное изображение и контрастность объектов; изучать морфологию живых и мёртвых клеток микроорганизмов в питательных средах и тканях животных и растений; исследовать клеточные микроструктуры, избирательно поглощающие различные флуорохромы, которые являются при этом как бы специфическими цитохимическими индикаторами; определить функционально-морфологические изменения клеток; использовать флуорохромы при иммунологических реакциях и подсчёте бактерий в образцах с невысоким их содержанием.
Электронная микроскопия
По схеме строения электронный микроскоп аналогичен световому, но освещение объекта обеспечивает не луч света, а поток электронов от вольфрамовой нити, нагреваемой электрическим током.
Разрешающая способность современных электронных микроскопов – 0,2-0,4 нм, рабочее увеличение в среднем – 100 000 раз.
Трансмиссионный электронный микроскоп.
Трансмиссионный (просвечивающий, пропускающий электроны сквозь объект) микроскоп широко применяют в биологических исследованиях.
Каждый электронный микроскоп состоит из электронной пушки (источник электронов); электромагнитных катушек, выполняющих роль конденсорной, объективной и проекционной линз предметного столика; экрана для изображения и окуляра. Для работы микроскопа необходим вакуумный насос, т.к. движение электронов возможно только в вакууме. Электроны в трансмиссионном микроскопе движутся по такому же пути, как и лучи света в световом микроскопе.
Изображение объекта можно сфотографировать, если заменить флуоресцирующий экран (металлическую пластину, покрытую тонким слоем сульфида цинкаили сульфида цинка с селенидом кадмия) фотопластинкой.
Препараты для электронно-микроскопических исследований помещают на специальные сетки, на которые нанесена тончайшая плёнка (подложка). Общая толщина препарата и подложки не должна превышать 0,25 мкм.
Контрастность объекта обеспечивается напылением объекта тяжёлыми металлами (хромом, золотом, палладием) или обработкой контрастирующими веществами типа фосфорно-вольфрамовой кислоты и уранилацетата.
Сканирующий или растровый электронный микроскоп. Даёт объёмное почти трёхмерное изображение исследуемого объекта. В сканирующих микроскопах подвижный тонкий электронный луч очень быстро и последовательно обегает поверхность исследуемого образца по квадратному растру и передаёт полученную информацию на электронно-лучевую трубку, покрытую люминофором, светящимся под действием электронов.
Глубина фокуса сканирующего микроскопа достигает нескольких миллиметров; пределы полезного увеличения 10-50 тыс. раз, разрешающая способность меньше, чем у трансмиссионных.
Препараты для сканирующего микроскопа подвергают специальной обработке, основная цель которой - обезвоживание объекта без нарушения, (сморщивания) поверхности структур. Затем препарат покрывают тонким слоем сплава золота или платины, что делает поверхность образца электропроводной и позволяет избежать накопления электрического заряда, который может снизить разрешающую способность микроскопа.
При работе с электронным микроскопом следует строго соблюдать правила техники безопасности.
Задание:
Зарисовать схему устройства электронного микроскопа, пользуясь рис. 2 из цветного буклета.
Контрольные вопросы:
1. В чём преимущества люминесцентной микроскопии, на чём она основана?
2. Что означает первичная люминесценция?
3. Как можно получить наведенную или вторичную люминесценцию?
4. Какова разрешающая способность и рабочее увеличение современных электронных микроскопов?
5. На каком физическом явлении основана электронная микроскопия?
6. Назовите два типа электронных микроскопов.
7. Из каких узлов состоит электронный микроскоп?
8. В чём особенности пробоподготовки в трансмиссионном микроскопе?
9. В чём преимущества сканирующего или растрового микроскопирования?
10. Как готовят препараты для сканирующего микроскопа?
© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.005)
Обыкновенные окрашенные препараты поглощают часть проходящего через них света, в результате чего амплитуда световых волн снижается, и частицы препарата выглядят темнее фона. При прохождении света через неокрашенный препарат амплитуда световых волн не меняется, происходит лишь изменение фазы световых волн, прошедших через частицы препарата. Однако человеческий глаз улавливать это изменение фазы света не способен, поэтому неокрашенный препарат при правильной установке освещения в микроскопе будет невидим.
Фазово-контрастное устройство позволяет превратить изменение фазы лучей, прошедших через частицы неокрашенного препарата, в изменения амплитуды, воспринимаемые человеческим глазом, и, таким образом, позволяет сделать неокрашенные препараты отчетливо видимыми.
Приспособление для фазово-контрастной микроскопии включает в себя конденсор с набором кольцевых диафрагм, обеспечивающих освещение препарата полным конусом света, и фазово-контрастные объективы, которые отличаются от обычных тем, что в их главном фокусе располагается полупрозрачная фазовая пластинка в виде кольца, вызывающая сдвиг фазы проходящего через нее света. Установку освещения проводят так, чтобы весь свет, прошедший через кольцевидную диафрагму конденсора, в дальнейшем прошел через расположенное в объективе фазовое кольцо.
При рассмотрении препарата весь свет, прошедший через участки препарата, в которых нет каких-либо объектов, пройдет через фазовое кольцо и даст светлое изображение фона. Свет, прошедший через имеющиеся в препарате частицы, например бактериальные клетки, получит некоторое изменение фазы и, кроме того, разделится на два луча – недифрагированный и дифрагированный. Недифрагированные лучи, пройдя в дальнейшем через кольцевидную фазовую пластинку в объективе, получат дополнительный сдвиг фазы. Дифрагированные лучи пройдут мимо фазовой пластинки, и их фаза не изменится. В плоскости полевой диафрагмы окуляра произойдет интерференция (наложение) дифрагированного и недифрагированного лучей, а так как эти лучи идут в разных фазах, произойдет их взаимное частичное гашение и уменьшение амплитуды. Благодаря этому микробные клетки будут выглядеть темными на светлом фоне.
Существенными недостатками фазово-контрастной микроскопии являются слабая контрастность получаемых изображений и наличие светящихся ореолов вокруг объектов. Фазово-контрастная микроскопия не увеличивает разрешающей способности микроскопа, но помогает выявить детали структуры живых бактерий, стадии их развития, изменения в них под действием различных агентов (антибиотики, химические вещества и т. д.).
Световая микроскопия обеспечивает увеличение до 2-3 тысяч раз, цветное и подвижное изображение живого объекта, возможность микрокиносъемки и длительного наблюдения одного и того же объекта, оценку его динамики и химизма.
Основными характеристиками любого микроскопа являются разрешающая способность и контраст. Разрешающая способность - это минимальное расстояние, на котором находятся две точки, демонстрируемые микроскопом раздельно. Разрешение человеческого глаза в режиме наилучшего видения равно 0.2 мм.
Контраст изображения - это различие яркостей изображения и фона. Если это различие составляет менее 3 - 4 %, то его невозможно уловить ни глазом, ни фотопластинкой; тогда изображение останется невидимым, даже если микроскоп разрешает его детали. На контраст влияют как свойства объекта, которые изменяют световой поток по сравнению с фоном, так и способности оптики уловить возникающие различия в свойствах луча.
Возможности светового микроскопа ограничены волновой природой света. Физические свойства света - цвет (длина волны), яркость (амплитуда волны), фаза, плотность и направление распространения волны изменяются в зависимости от свойств объекта. Эти различия и используются в современных микроскопах для создания контраста.
Увеличение микроскопа определяется как произведение увеличения объектива на увеличение окуляра. У типичных исследовательских микроскопов увеличение окуляра равно 10, а увеличение объективов – 10, 45 и 100. Соответственно, увеличение такого микроскопа составляет от 100 до 1000. Некоторые из микроскопов имеют увеличение до 2000. Еще более высокое увеличение не имеет смысла, так как при этом разрешающая способность не улучшается. Напротив, качество изображения ухудшается.
Методы световой микроскопии
Методы световой микроскопии (освещения и наблюдения). Методы микроскопии выбираются (и обеспечиваются конструктивно) в зависимости от характера и свойств изучаемых объектов, так как последние, как отмечалось выше, влияют на контрастность изображения.
Метод светлого поля и его разновидности
Метод светлого поля в проходящем свете применяется при изучении прозрачных препаратов с включенными в них абсорбирующими (поглощающими свет) частицами и деталями. Это могут быть, например, тонкие окрашенные срезы животных и растительных тканей, тонкие шлифы минералов и т. д. В отсутствие препарата пучок света из конденсора, проходя через объектив, даёт вблизи фокальной плоскости окуляра равномерно освещенное поле. При наличии в препарате абсорбирующего элемента происходит частичное поглощение и частичное рассеивание падающего на него света, что и обусловливает появление изображения. Возможно применение метода и при наблюдении неабсорбирующих объектов, но лишь в том случае, если они рассеивают освещающий пучок настолько сильно, что значительная часть его не попадает в объектив.
Метод светлого поля в отражённом свете применяется при исследовании непрозрачных отражающих свет объектов, например шлифов металлов или руд. Освещение препарата (от осветителя и полупрозрачного зеркала) производится сверху, через объектив, который одновременно играет и роль конденсора. В изображении, создаваемом в плоскости объективом совместно с тубусной линзой, структура препарата видна из-за различия в отражающей способности её элементов; на светлом поле выделяются также неоднородности, рассеивающие падающий на них свет.
Метод темного поля и его разновидности
Метод тёмного поля в проходящем свете ( Dark-field microscopy) используется для получения изображений прозрачных неабсорбирующих объектов, которые не могут быть видны, если применить метод светлого поля. Зачастую это биологические объекты. Свет от осветителя и зеркала направляется на препарат конденсором специальной конструкции — т. н. конденсором тёмного поля. По выходе из конденсора основная часть лучей света, не изменившая своего направления при прохождении через прозрачный препарат, образует пучок в виде полого конуса и не попадает в объектив (который находится внутри этого конуса). Изображение в микроскопе формируется при помощи лишь небольшой части лучей, рассеянных микрочастицами находящегося на предметном стекле препарата внутрь конуса и прошедшими через объектив. Темнопольная микроскопия основана на эффекте Тиндаля (Tyndall effect) , известным примером которого служит обнаружение пылинок в воздухе при освещении их узким лучом солнечного света. В поле зрения на тёмном фоне видны светлые изображения элементов структуры препарата, отличающихся от окружающей среды показателем преломления. У крупных частиц видны только светлые края, рассеивающие лучи света. Используя этот метод, нельзя определить по виду изображения, прозрачны частицы или непрозрачны, больший или меньший показатель преломления они имеют по сравнению с окружающей средой.
Проведение темнопольного исследования
Предметные стекла должны быть не толще 1,1-1,2 мм, покровные 0,17 мм, без царапин и загрязнений. При приготовлении препарата следует избегать наличия пузырьков и крупных частиц (эти дефекты будут видны ярко святящимися и не позволят наблюдать препарат). Для темнопольной применяют более мощные осветители и максимальный накал лампы.
Настройка темнопольного освещения в основном заключается в следующем:
Устанавливают свет по Келеру;
Заменяют светлопольный конденсор темнопольным;
На верхнюю линзу конденсора наносят иммерсионное масло или дистиллированную воду;
Поднимают конденсор до соприкосновения с нижней поверхностью предметного стекла;
Объектив малого увеличения фокусируют на препарат;
С помощью центрировочных винтов переводят в центр поля зрения светлое пятно (иногда имеющее затемненный центральный участок);
Поднимая и опуская конденсор, добиваются исчезновения затемненного центрального участка и получения равномерно освещенного светлого пятна.
Если этого сделать не удается, то надо проверить толщину предметного стекла (обычно такое явление наблюдается при использовании слишком толстых предметных стекол - конус света фокусируется в толще стекла).
После правильной настройки света устанавливают объектив нужного увеличения и исследуют препарат.
Метод фазового контраста
Фазово-контрастное устройство может быть установлено на любом световом микроскопе и состоит из:
Набора объективов со специальными фазовым пластинками;
Конденсора с поворачивающимся диском. В нем установлены кольцевые диафрагмы, соответствующие фазовым пластинкам в каждом из объективов;
Вспомогательного телескопа для настройки фазового контраста.
Настройка фазового контраста заключается в следующем:
Заменяют объективы и конденсор микроскопа на фазовые (обозначенные буквами Ph) ;
Устанавливают объектив малого увеличения. Отверстие в диске конденсора должно быть без кольцевой диафрагмы (обозначенной цифрой "0");
Настраивают свет по Келеру;
Выбирают фазовый объектив соответствующего увеличения и фокусируют его на препарат;
Поворачивают диск конденсора и устанавливают соответствующую объективу кольцевую диафрагму;
Вынимают из тубуса окуляр и вставляют на его место вспомогательный телескоп. Настраивают его так, чтобы были резко видны фазовая пластинка (в виде темного кольца) и кольцевая диафрагма (в виде светлого кольца того же диаметра). С помощью регулировочных винтов на конденсоре совмещают эти кольца. Вынимают вспомогательный телескоп и вновь устанавливают окуляр.
Благодаря применению этого способа микроскопии контраст живых неокрашенных микроорганизмов резко увеличивается и они выглядят темными на светлом фоне (позитивный фазовый контраст) или светлыми на темном фоне (негативный фазовый контраст).
Фазово-контрастная микроскопия применяется также для изучения клеток культуры ткани, наблюдения действия различных вирусов на клетки и т. п. В этих случаях часто применяют биологические микроскопы с обратным расположением оптики - инвертированные микроскопы. У таких микроскопов объективы расположены снизу, а конденсор - сверху.
Поляризационная микроскопия – это метод наблюдения в поляризованном свете для микроскопического исследования препаратов, включающих оптически анизотропные элементы (или целиком состоящих из таких элементов). Таковыми являются многие минералы, зёрна в шлифах сплавов, некоторые животные и растительные ткани и пр. Оптические свойства анизотропных микрообъектов различны в различных направлениях и проявляются по-разному в зависимости от ориентации этих объектов относительно направления наблюдения и плоскости поляризации света, падающего на них. Наблюдение можно проводить как в проходящем, так и в отражённом свете. Свет, излучаемый осветителем, пропускают через поляризатор. Сообщенная ему при этом поляризация меняется при последующем прохождении света через препарат (или отражении от него). Эти изменения изучаются с помощью анализатора и различных оптических компенсаторов. Анализируя такие изменения, можно судить об основных оптических характеристиках анизотропных микрообъектов: силе двойного лучепреломления, количестве оптических осей и их ориентации, вращении плоскости поляризации, дихроизме.
Метод интерференционного контраста
Метод интерференционного контраста (интерференционная микроскопия) состоит в том, что каждый луч раздваивается, входя в микроскоп. Один из полученных лучей направляется сквозь наблюдаемую частицу, другой — мимо неё по той же или дополнительной оптической ветви микроскопа. В окулярной части микроскопа оба луча вновь соединяются и интерферируют между собой. Один из лучей, проходя через объект, запаздывает по фазе (приобретает разность хода по сравнению со вторым лучом). Величина этого запаздывания измеряется компенсатором. Можно сказать, что метод интерференционного контраста сходен с методом фазового контраста — они оба основаны на интерференции лучей, прошедших через микрочастицу и миновавших её. Как и фазово-контрастная микроскопия, этот метод дает возможность наблюдать прозрачные и бесцветные объекты, но их изображения могут быть и разноцветными (интерференционные цвета). Оба метода пригодны для изучения живых тканей и клеток и применяются во многих случаях именно с этой целью. Главное отличие интерференционной микроскопии от метода фазового контраста – это возможность измерять разности хода, вносимые микрообъектами. Метод интерференционного контраста часто применяют совместно с другими методами микроскопии, в частности с наблюдением в поляризованном свете. Его применение в сочетании с микроскопией в ультрафиолетовых лучах позволяет, к примеру, определить содержание нуклеиновых кислот в общей сухой массе объекта. К интерференционной микроскопии относятся также методы использования микроинтерферометров.
Метод исследования в свете люминесценции
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.
Аннотация к презентации
"Фазово-контрастная микроскопия" состоит из 8 слайдов: лучшая powerpoint презентация на эту тему находится здесь! Вам понравилось? Оцените материал! Загружена в 2019 году.
Содержание
Фазово-контрастная микроскопия
Слайд 2
История открытия
Голландский физик, математик и химик Фриц Цернике в 1930 году начал работать в области оптики. В этом же году он открыл фазово-контрастный метод. В течение 1930—1940-х годов Цернике внёс свой вклад и в других вопросах оптики, в то время как фазово-контрастный метод не был замечен широкими кругами учёных. Новый метод оставался вне поля зрения научного сообщества вплоть до Второй мировой войны, когда во время немецкой оккупации Голландии открытие Цернике было использовано для создания первых фазово-контрастных микроскопов. В течение войны многие производители стали выпускать фазово-контрастные микроскопы, и они стали широко применяться в биологических и медицинских исследованиях.
Слайд 3
Фазово-контрастная микроскопия
Фазово-контрастная микроскопия является видом оптической микроскопии, которая преобразует фазовые сдвиги в свет, проходящий через прозрачный образец для изменения яркости в изображении. Фазовые сдвиги сами невидимы, но становятся видимыми, как изменения яркости. Фазово-контрастная микроскопия особенно важна в биологии, так как он раскрывает многие клеточные структуры, которые не видны с простыми световых микроскопов . Эти структуры были видны ранее биологам при окрашивании препаратов. Это требовало дополнительной подготовки, в результате которой погибали клетки. Фазово-контрастная микроскопия позволила биологам изучать живых клеток и видеть как они размножаются путем деления.
Слайд 4
Когда световые волны проходит через среду отличную от вакуума, взаимодействие со средой приводит к тому, что волны изменяют амплитуду и фазу, по характеру, зависящему от свойств среды. Изменения амплитуды (яркости) возникают в результате рассеяния и поглощения света, которые, зачастую, зависят от длины волны и может привести к возникновению цветов. Фототехника и человеческого глаза чувствительны только к вариации амплитуды. Без специальной договоренности, фазовые изменения невидимы. Тем не менее, часто эти изменения фаз несут важную информацию. Фазово-контрастной микроскопии сделала такой прогресс в микроскопии, что его изобретатель Фриц Цернике был удостоен Нобелевской премии (физика) в 1953 году.
Слайд 5
Принцип работы
Для получения фазовоконтрастного изображения свет от источника разбивается на два когерентных световых луча, один из них называют опорным, другой предметным, которые проходят разные оптические пути. Микроскоп юстируют таким образом, чтобы в фокальной плоскости, где формируется изображение, интерференция между этими двумя лучами гасила бы их. Длину оптического пути изменяют с помощью, так называемой, фазовой пластинки, расположенной на фазовом кольце. Когда на пути одного из лучей находится образец, преломление света в нём изменяет оптический путь, а, следовательно, и фазу, что изменяет условия интерференции.
Слайд 6
Примеры изображений
Слайд 7
Слайд 8
Читайте также: