Объективы бывают сухие и иммерсионные что это значит кратко

Обновлено: 05.07.2024

Одна из самых главных частей микроскопа, как и телескопа, это объектив. К подбору и покупке объективов к микроскопу нужно подходить очень тщательно. От этого зависит качество изображения, даваемое микроскопом, и насколько мелкие детали вы сможете увидеть в него. На рынке можно встретить большое количество объективов для микроскопов разных производителей. По характеру оптической коррекции аберраций объективы делятся на ахроматы, апохроматы, планахроматы, планапохроматы. Встречаются специализированные объективы, но мы их рассматривать не будем, т.к. они нужны для специальных исследований и для домашнего пользования очень дорогие.

По виду иммерсии они делятся на безыммерсионные (сухие), с водной иммерсией и с масляной иммерсией. Иммерсия это когда между покровным стеклом и объективом находится иммерсионная жидкость и объектив в нее погружен. Это изменяет коэффициент преломления среды между объектом наблюдения и объективом, и все лучи попадают в объектив, т.е. значительно повышается разрешение объектива. Иммерсионные объективы обычно бывают с большими увеличениями от 40 и более крат. При масляной иммерсии используется кедровое или специальное синтетическое масло, использование других масел не допускается. В водной иммерсии используется дистиллированная вода.

Маркируются по иммерсии объективы микроскопом следующим образом.

МИ, Oil и черное кольцо на оправе объектива – масляная иммерсия.

ВИ, W и белое кольцо на объективе – водная иммерсия.

Цветовая идентификация принята в России, на зарубежных объективах может какое угодно быть кольцо по цвету.

Если на объективе микроскопа нет обозначений иммерсии, то это сухой объектив.

Давайте подробно рассмотрим каждый вид объектива.

Ахроматы. Объективы ахроматы имеют цветовую коррекцию по основной и двух дополнительных длин волн видимого диапазона спектра. Хроматическая разность увеличения не исправлена, но ее можно компенсировать т.н. компенсационным окуляром. Кривизна поля не исправлена и в объективы особенно с маленьким увеличением по краям поля зрения изображение размыто. В маркировке на оправе объектива обычно не указан код оптической коррекции.

На объективах фирмы OptiTech встречается маркировка ( S ) - это объектив ахромат с пружинным механизмом, который защищает препаратотраздавливания объективоммикроскопа.

Апохроматы - это объективы, у которых полностью исправлена хроматическая аберрация, но хроматическая разность увеличения и кривизна поля зрения не исправлены. На оправе объектива указана маркировка АПО, APO .

Планахроматы – это объективы у которых исправлена кривизна поля, хроматическая аберрация и хроматическая разность увеличения. Очень полезный объектив, для малых увеличений, дающий резкое изображение по всему полю. Маркируется кодом ПЛАН, PL , Plan.

Планапохромат – это объектив с полной хроматической коррекцией, плоским полем и исправленной хроматической разностью увеличений. Это наиболее совершенный и дорогой объектив для микроскопа. Объектив маркируется кодом ПЛАН-АПО, Plan-apo.

На западе выпускают т.н. семипланаты ( Semi-Plan). У этих объективы находятся между ахроматами и планахроматами, и у них уменьшена (не полностью исправлена) кривизна поля. Эти объективы маркируются кодом SP.

Рассмотрим подробно маркировку объективов к микроскопам.

На оправе объектива указывается увеличение объектива, например 4х, 40х, 100х. Чтобы рассчитать увеличение микроскопа нужно увеличение объектива умножить на увеличение окуляра.

После значения увеличения объектива микроскопа через дробь указывается т.н. числовая апертура (обозначается символом NA при расчетах). Числовая апертура показывает, какое максимально полезное увеличение можно добиться с этим объективом и какое разрешение имеет объектив. Максимально полезное увеличение микроскопа с данным объективом рассчитывается так числовая апертура умножается на 1000. Например, объектив микроскопа с числовой апертурой 0.65 имеет полезное увеличение 650х. Значительно большее увеличение смысла ставить нет, т.к. это не прибавит деталей, а только ухудшит контрастность и яркость изображения. Также можно рассчитать разрешение объектива. Для этого нужно поделить длинно волны в мкм при которой наблюдаем на удвоенную числовую апертуру. Качественные иммерсионные объективы с числовой апертурой 1,40 дают разрешение порядка 0,12мкм.

Под увеличением и числовой апертурой на объективе микроскопа иногда указываются и другие параметры. Например, длина тубуса микроскопа, с которым объектив может работать со штатным увеличением. Например, обычная длина тубуса 160мм. Также указывается толщина покровного стекла, с которым штатно будет работать объектив, обычно это 0,17 мм.

Рассмотрим на примерах маркировку объективов микроскопов.

Объектив производства Биомед

Объектив производства OptiTech

Как же все-таки выбрать объектив для микроскопа. Если вы хотите наблюдать насекомых или другие более-менее крупные объекты, то нужно стремиться купить объектив с небольшим увеличением, например 4х. Но самое главное чтобы объектив был с кодом коррекции ПЛАН, PL или Plan . Эти объективы дадут резкое изображение по всему полю зрения. Если вы хотите делать снимки через микроскоп, то желательно купить объектив не только с коррекцией поля, но и с полной коррекцией хроматической аберрацией и хроматической разностью увеличений. Но эти объективы очень дороги. Для наблюдения бактерий нужно стремится купить иммерсионный объектив с максимально возможной числовой апертурой. Это позволит применять большие увеличения.

Поправочка: не микроскоп, а объектив. Объективы у микроскопа бывают "сухими" и иммерсионными.
Оптика иммерсионного объектива рассчитана на то, что между препаратом и фронтальной линзой помещается жидкость с высоким коэффициентом преломления, обычно и чаще всего используют слега модифицированное кедровое масло. Что позволяет увеличить а) светосилу объектива и б) увеличить его апертуру, что, соответственно, приводит к увеличению яркости картинки и увеличению поля зрения.
Обычно иммерсионными делают объективы большого увеличения (90 крат) , но я встречал иммерсионники под масло 65 крат и под воду (редкость невероятная! ) -40 крат

Микроскоп и микроскопические методы исследования

Световая микроскопия

Для обнаружения и исследования микроорганизмов применяют микроскопы. Световые микроскопы предназначены для изучения микроорганизмов, которые имеют размеры не менее 0,2 мкм (бактерии, простейшие и т. п.) a электронные для изучения более мелких микроорганизмов (вирусы) и мельчайших структур бактерий.
Современные световые микроскопы - это сложные оптические приборы, обращение с которыми требует определенных знаний, навыков и большой аккуратности.
Световые микроскопы подразделяются на студенческие, рабочие, лабораторные и исследовательские, различающиеся по конструкции и комплектации оптикой. Отечественные микроскопы (Биолам", "Бимам", "Микмед") имеют обозначения, указывающие, к какой группе они относятся (С - студенческие, Р - рабочие, Л - лабораторные, И - исследовательские), комплектация обозначается цифрой.

В микроскопе различают механическую и оптическую части.
К механической части относятся: штатив (состоящий из основания и тубусодержателя) и укрепленные на нем тубус с револьвером для крепления и смены объективов, предметный столик для препарата, приспособления для крепления конденсора и светофильтров, а также встроенные в штатив механизмы для грубого (макромеханизм, макровинт) и тонкого
(микромеханизм, микровинт) перемещения предметного столика или тубусодержателя.
Оптическая часть микроскопа представлена объективами, окулярами и осветительной системой, которая в свою очередь состоит из расположенных под предметным столиком конденсора Аббе, зеркала, имеющего плоскую и вогнутую сторону, а также отдельного или встроенного осветителя. Объективы ввинчиваются в револьвер, а соответствующий окуляр, через который наблюдают изображение, устанавливают с противоположной стороны тубуса. Различают монокулярный (имеющий один окуляр) и бинокулярный (имеющий два одинаковых окуляра) тубусы.

Принципиальная схема микроскопа и осветительной системы

1. Источник света;
2. Коллектор;
3. Ирисовая полевая диафрагма;
4. Зеркало;
5. Ирисовая аппертурная диафрагма;
6. Конденбсор;
7. Препарат;
7'. Увеличенное действительное промежуточное изображение препарата, образуемое ; объективом;
7''. Увеличенное мнимое окончательное изображение препарата, наблюдаемое в окуляре;
8. Объектив;
9. выходной значок объектива;
10. Полевая диафрагма окуляра;
11. Окуляр;
12. Глаз.

Основную роль в получении изображения играет объектив. Он строит увеличенное, действительное и перевернутое изображение объекта. Затем это изображение дополнительно увеличивается при рассматривании его через окуляр, который аналогично обычной лупе дает увеличенное мнимое изображение.
Увеличение микроскопа ориентировочно можно определить, умножая увеличение объектива на увеличение окуляра. Однако увеличение не определяет качества изображения. Качество изображения, его четкость, определяется разрешающей способностью микроскопа, т. е. возможностью различать раздельно две близко расположенные точки. Предел разрешения — минимальное расстояние, на котором эти точки еще видны раздельно,— зависит от длины волны света, которым освещается объект, и числовой апертуры объектива. Числовая апертура, в свою очередь, зависит от угловой апертуры объектива и показателя преломления среды, находящейся между фронтальной линзой объектива и препаратом. Угловая апертура—это максимальный угол, под которым могут попадать в объектив лучи, прошедшие через объект. Чем больше апертура и чем ближе показатель преломления среды, находящейся между объективом и препаратом, к показателю преломления стекла, тем выше разрешающая способность объектива. Если считать апертуру конденсора равной апертуре объектива, то формула разрешающей способности имеет следующий вид:

где R - предел разрешения; - длина волны; NA - числовая апертура.

Особенностью иммерсионных объективов является то, что между фронтальной линзой такого объектива и препаратом помещают иммерсионную жидкость, имеющую показатель преломления такой же, как стекло (или близкий к нему), что обеспечивает увеличение числовой апертуры и разрешающей способности объектива. В качестве иммерсионной жидкости для объективов водной иммерсии используют дистиллированную воду, а для объективов масляной иммерсии—кедровое масло или специальное синтетическое иммерсионное масло. Использование синтетического иммерсионного масла предпочтительнее, поскольку его параметры более точно нормируются, и оно в отличие от кедрового, не засыхает на поверхности фронтальной линзы объектива. Для объективов, работающих в ультрафиолетовой области спектра, в качестве иммерсионной жидкости используют глицерин. Ни в коем случае нельзя пользоваться суррогатами иммерсионного масла и, в частности, вазелиновым маслом.
**Изображение, полученное с помощью линз, обладает различными недостатками: сферической и хроматической аберрациями, кривизной поля изображения и др. В объективах, состоящих из нескольких линз, эти недостатки в той или иной мере исправлены. В зависимости от степени исправления этих недостатков различают объективы ахроматы и более сложные апохроматы. Соответственно объективы, в которых исправлена кривизна поля изображения, называются планахроматами и планапохроматами. Использование этих объективов позволяет получить резкое изображение по всему полю, тогда как изображение, полученное с помощью обычных объективов, не имеет одинаковой резкости в центре и на краях поля зрения. Все характеристики объектива обычно выгравированы на его оправе: собственное увеличение, апертура, тип объектива (АПО - апохромат и т. п.); объективы водной иммерсии имеют обозначение ВИ и белое кольцо вокруг оправы в нижней ее части, объективы масляной иммерсии—обозначение МИ и черное кольцо.
Все объективы рассчитаны для работы с покровным стеклом толщиной 0,17мм.
Толщина покровного стекла особенно влияет на качество изображения при работе с сильными сухими системами (40 х). При работе с иммерсионными объективами нельзя пользоваться покровными стеклами толще 0,17 мм потому, что толщина покровного стекла может оказаться больше, чем рабочее расстояние объектива, и в этом случае, при попытке сфокусировать объектив на препарат, может быть повреждена фронтальная линза объектива.
Окуляры состоят из двух линз и тоже бывают нескольких типов, каждый из которых применяется с определенным типом объектива, дополнительно устраняя недостатки изображения. Тип окуляра и его увеличение обозначены на его оправе.
Конденсор предназначен для того, чтобы сфокусировать на препарате свет от осветителя, направляемый зеркалом микроскопа или осветителя (в случае использования накладного или встроенного осветителя). Одной из деталей конденсора является апертурная диафрагма, которая имеет важное значения для правильного освещения препарата.
Осветитель состоит из низковольтной лампы накаливания с толстой нитью, трансформатора, коллекторной линзы и полевой диафрагмы, от раскрытия, которой зависит диаметр освещенного поля на препарате. Зеркало направляет свет от осветителя в конденсор. Для того чтобы сохранить параллельность лучей, идущих от осветителя в конденсор, необходимо использовать только плоскую сторону зеркала.

Настройка освещения н фокусировка микроскопа

Качество изображения в значительной мере зависит также от правильного освещения. Существует несколько различных способов освещения препарата при микроскопии. Наиболее распространенным является способ установки света по Келеру, который заключается в следующем:
1) устанавливают осветитель против зеркала микроскопа;
2) включают лампу осветителя и направляют свет на плоское (!) зеркало микроскопа;
3)помещают препарат на предметный столик микроскопа;
4) закрывают зеркало микроскопа листком белой бумаги и фокусируют на нем изображение нити лампы, передвигая патрон лампы в осветителе;
5) убирают лист бумаги с зеркала;
6) закрывают апертурную диафрагму конденсора. Перемещая зеркало и слегка передвигая патрон лампы, фокусируют изображение нити на апертурной диафрагме. Расстояние осветителя от микроскопа должно быть таким, чтобы изображение нити лампы было равно диаметру апертурной диафрагмы конденсора (наблюдать апертурную диафрагму можно с помощью плоского зеркала, помещенного с правой стороны основания микроскопа).
7)открывают апертурную диафрагму конденсора, уменьшают отверстие полевой диафрагмы осветителя и значительно уменьшают накал лампы;
8) при малом увеличении (10х), глядя в окуляр, получают резкое изображение препарата;
9)слегка поворачивая зеркало, переводят изображение полевой диафрагмы, которое имеет вид светлого пятна, в центр поля зрения. Опуская и поднимая конденсор, добиваются получения резкого изображения краев полевой диафрагмы в плоскости препарата (вокруг них может быть видна цветная каемка);
10) раскрывают полевую диафрагму осветителя до краев поля зрения, увеличивают накал нити лампы и слегка (на 1/3) уменьшают раскрытие апертурной диафрагмы конденсора;
11)при смене объектива необходимо проверить настройку света.
После окончания настройки света по Келеру нельзя изменять положение конденсораf раскрытие полевой и апертурной диафрагмы. Освещенность препарата можно регулировать только нейтральными светофильтрами или изменением накала лампы с помощью реостата. Излишнее открытие апертурной диафрагмы конденсора может привести к значительному снижению контраста изображения, а недостаточное - к значительному ухудшению качества изображения (появлению диффракционных колец). Для проверки правильности раскрытия апертурной диафрагмы необходимо удалить окуляр и, глядя в тубус, открыть ее таким образом, чтобы она закрывала светящееся поле на одну треть. Для правильного освещения препарата при работе с объективами малого увеличения (до 10х) необходимо отвинтить и снять верхнюю линзу конденсора.
Внимание! При работе с объективами, дающими большое увеличение - с сильными сухими (40х) и иммерсионными (90х) системами, чтобы не повредить фронтальную линзу, при фокусировке пользуются следующим приемом: наблюдая сбоку, опускают объектив макровинтом почти до соприкосновения с препаратом, затем, глядя в окуляр, макровинтом очень медленно поднимают объектив до появления изображения и с помощью микровинта производят окончательную фокусировку микроскопа.

Уход за микроскопом

При работе с микроскопом нельзя применять большие усилия. Нельзя касаться пальцами поверхности линз, зеркал и светофильтров.
Чтобы предохранить внутренние поверхности объективов, а также призмы тубуса от попадания пыли, необходимо всегда оставлять окуляр в тубусе. При чистке внешних поверхностей линз нужно удалить с них пыль мягкой кисточкой, промытой в эфире. Если необходимо, осторожно протирают поверхности линз хорошо выстиранной, не содержащей остатков мыла, полотняной или батистовой тряпочкой, слегка смоченной чистым бензином, эфиром или специальной смесью для чистки оптики. Не рекомендуется протирать оптику объективов ксилолом, так как это может привести к их расклеиванию.
С зеркал, имеющих наружное серебрение, можно только удалять пыль, сдувая ее резиновой грушей. Протирать их нельзя. Нельзя также самостоятельно развинчивать и разбирать объективы — это приведет к их порче. По окончании работы на микроскопе необходимо тщательно удалить остатки иммерсионного масла с фронтальной линзы объектива указанным выше способом. Затем опустить предметный столик (или конденсор в микроскопах с неподвижным столиком) и накрыть микроскоп чехлом.
Для сохранения внешнего вида микроскопа необходимо периодически протирать его мягкой тряпкой, слегка пропитанной бескислотным вазелином и затем сухой мягкой чистой тряпкой.

Помимо обычной световой микроскопии существуют методы микроскопии, позволяющие изучать неокрашенные микроорганизмы: фазово-контрастная, темнопольная и люминесцентная микроскопия. Для изучения микроорганизмов и их структур, размер которых меньше разрешающей способности светового микроскопа используют электронную микроскопию.

Иммерсионная микроскопия – это методика микроскопического исследования различных объектов, основанная на введении между объективом и предметным стеклом иммерсионных жидкостей.

Данный иммерсионный метод микроскопии применяется для того, чтобы свет проходил через рассматриваемый предмет, иммерсионную жидкость, при этом луч не преломлялся. Благодаря этому происходит получение изображения более высокого качества и разрешения.

Немаловажным моментом в иммерсионном микроскопе является та самая жидкость, благодаря которой и получается изображение такого качества. При прохождении светового луча через предметное стекло с препаратом, он сталкивается в последующим с иммерсионной средой, которой является иммерсионная жидкость. Именно за счет нее происходит уменьшение преломления данного светового луча, и именно поэтому в объектив попадает гораздо больше света, что дает такую яркую, четкую картинку у исследователя.

На иммерсионном объективе всегда есть соответствующая маркировка, которая говорит о том, какой тип иммерсии имеется в нем:

Oil – объектив с масляной иммерсией;
W – объектив с водной иммерсией;
S – силиконовая иммерсия.

Начало применения иммерсионных микроскопов ознаменовалось такими масляными иммерсионными средами, как кедровое масло, глицерин, масло вазелиновое. Однако, с течением времени ученые выяснили тот факт, что их свойство значительно меняется, масло начинает менять консистенцию, загустевания, вплоть до того, что становиться твердой массой, меняется его цвет, а, следовательно, и коэффициент преломления при микроскопировании. Что уже дает негативный эффект при проведении микроскопического исследования объекта. Именно поэтому было принято решение использовать только лишь синтетические масла в качестве иммерсионных сред, которые не обладают такими негативными моментами как натуральные продукты.

К тому же в современных вариантах иммерсионных микроскопов используются объективы, на которые нанесено специальное покрытие, которое улучшает цветопередачу при иммерсионной микроскопии, а также имеет защитные свойства, которые защищают объектив от мелких царапин в процессе эксплуатации соответствующего оборудования.

Читайте также: