Лабораторная работа № 12Ф

«Определение предела разрешения и разрешающей способности объектива микроскопа»

Цель работы: Изучить устройство биологического микроскопа и научиться определять с помощью микроскопа размеры малых объектов, научиться находить разрешающую способность и полезное увеличение микроскопа.

Вопросы:

Оптическая система глаза. Аккомодация глаза. Недостатки оптической системы глаза и их устранение. Чувствительность глаза к свету и цвету. Биофизические основы зрения.

Оптическая микроскопия. Увеличение и предел разрешения оптических микроскопов. Формула Аббе. Основы электронной микроскопии

Содержание занятия:

1.Выполнить работу по указаниям в руководстве к данной работе.

2.Оформить отчет.

3.Защитить работу с оценкой

4. Решить задачи.

Задачи.

1.На каком расстоянии от вогнутого зеркала с фокусным расстоянием 12 см нужно поместить глаз наблюдателя, чтобы он увидел его прямое изображение на расстоянии своего наилучшего зрения 32 см? Чему равно увеличение зеркала?

2.Чем может быть вызвано появление ложных структур при наблюдении мелких объектов в микроскоп?

3.При определении качества обработки поверхности очковых стекол пользуются оптическим микроскопом. Какова должна быть минимальная числовая апертура шириной до 0,006 мм при отсутствии их скоплений? Длину волны света считать равной 555 ммк.

4.В отличие от обычного в иммерсионном микроскопе между покровным стеклом и линзой объектива вводят каплю прозрачного масла с показателем преломления примерно равным показателю преломления стекла. Почему уменьшается при этом предел разрешения микроскопа?

5.Определить числовую апертуру иммерсионного объектива микроскопа, если его апертурный угол равен 70⁰, а иммерсионной средой является кедровое масло (п =1,51).

Лабораторная работа № 12Ф

«Определение предела разрешения и разрешающей способности объектива микроскопа»

Цель: Изучить устройство биологического микроскопа и научиться определять с помощью микроскопа предел разрешения, разрешающую способность и полезное увеличение объектива микроскопа.

Оборудование: микроскоп, измерительные миллиметровые линейки, линейка с двумя подвижными шторками

Предел разрешения микроскопа – наименьшее расстояние между двумя точками предмета, когда эти точки различимы.

Предел разрешения микроскопа можно рассчитать по формуле (1):

Z = 0.5  / (n sin( /2)) (1)

где  - длина волны используемого света, n=1 (n- показатель преломления среды). Эта формула используется в случае бокового освещения (или освещения косыми лучами) исследуемого объекта (без осветительного зеркала). Для точных расчетов необходимо освещать микроскоп монохроматическим светом, однако, мы будем использовать естественный. Естественный свет является суперпозицией волн с различными длинами волн. Для расчетов необходимо взять ту длину волны, к которой глаз человека наиболее чувствителен. Это 555 нм при дневном освещении. Если брать  в нм, то и предел разрешения также получится в нм, поскольку sin( /2)- величина безразмерная.  - апертурный угол.

Поскольку длина волны известна, то для нахождения предела разрешения необходимо знать только синус половины апертурного угла.

Ход работы:

1. На предметный столик микроскопа (без осветительного зеркала) поместить черную светонепроницаемую бумагу с круглым отверстием в центре,

2. вращением микрометрического винта получить четкое изображение отверстия,

3. с тубуса снять окулярная линза (рис.1).

Свет, проходя через отверстие, будет распространяться в виде конического пучка (конуса). Если посмотреть в тубус микроскопа, то будет видно светлое пятно - основание конуса. Пятно видно не резко, т.к. передний фокус глаза не совпадает с плоскостью, в которой сформировано изображения от объектива. sin( /2) определяется из прямоугольного треугольника (рис.1).

(2)

Тогда предел разрешения микроскопа:

(3)

Рис. 1. Схема

для нахождения

предела разрешения объектива

микроскопа.

Для вычисления предела разрешения микроскопа необходимо измерить катеты прямоугольного треугольника.

4. Измерить с помощью измерительной линейки катет a (расстояние от предметного столика до изображения на линейке со шторками).

5. Измерить катет b с помощью линейки с подвижными шторками (рис.2):

   • сдвинуть шторки, расположенные не линейке. На черных шторках пятно (основание конуса) не будет видно;

   • глядя в микроскоп, осторожно раздвигать шторки, пока пятно полностью не появится;

   • по линейке определить расстояние между шторками 2b (диаметр пятна). Разделив его на два, узнаем величину катета b.

6. Определить предел разрешения микроскопа по формуле (3).

Рис. 2. Линейка для определения размеров изображения точечного источника света в объективе

7. Провести эксперимент для двух объективов с увеличением 8 и 20 раз.

8. Найти практическое увеличение микроскопа: Г= Z_глаза /Z_{микроскопа}, где Z_глаза= 0.078мм. Все расчеты проводить в системе единиц СИ.

9. Оформить отчет.

Оптическая система глаза. Аккомодация глаза. Недостатки оптической системы глаза и их устранение. Чувствительность глаза к свету и цвету. Биофизические основы зрения.

Оптическая микроскопия. Увеличение и предел разрешения оптических микроскопов. Формула Аббе. Основы электронной микроскопии

Оптическая система глаза Глаз человека является оптическим прибором.

Глазное яблоко имеет приблизительно шаровидную форму с длиной в осевом направлении в среднем 24-25 мм и содержит светопреломляющий и световоспринимающий аппарат глаза.

Глазное яблоко покрыто снаружи плотной белочной оболочкой, или склерой. В передней части склера переходит в твердую прозрачную, несколько более выпуклую роговую оболочку, или роговицу.

Передняя часть склеры (исключая роговицу) покрыта слизистой оболочкой - конъюнктивой, которая переходит на внутреннюю поверхность век.

Отдельная от склеры роговица имеет форму сферической чашечки диаметром около 12 мм и толщиной 1 мм. Радиус кривизны ее в среднем 7-8 мм. Показатель преломления вещества роговицы 1,38.

Под склерой расположена сосудистая оболочка, в передней части глазного яблока она отделяется от склеры, пигментирована и образует радужную оболочку (у различных людей разной окраски). В центре радужной оболочки имеется отверстие - зрачок. Радужная оболочка - это апертурная диафрагма глаза, в ней имеются мышечные волокна, управляемые центральной нервной системой, которые, сокращаясь, изменяют просвет зрачка (от 2 - 3 мм при ярком до 6 - 8 мм при слабом освещении). Таким образом, регулируется количество света, переходящего внутрь глаза.

Пространство между радужной и роговой оболочками называется передней камерой глаза и заполнено прозрачной жидкостью.

Непосредственно позади зрачка к склере на круговой связке подвешен хрусталик - прозрачное эластичное тело, по форме близкое к двояковыпуклой линзе. Диаметр хрусталика порядка 8-10 мм. Радиус кривизны передней поверхности (в среднем) 10 мм, задней - 6 мм. Показатель преломления около 1,44.

Позади хрусталика полость глазного яблока заполнена прозрачной студенистой массой, которая называется стекловидным телом.

К сосудистой оболочке в задней части, называемой дном глаза, прилегает сетчатая оболочка, или ретина, содержащая световоспринимающий аппарат глаза.

Вся полость глазного яблока между указанными образованиями заполнена прозрачной жидкостью под избыточным над атмосферным давлением порядка 18-26 мм рт.ст. Это давление называется внутриглазным давлением и способствует сохранению глазом шаровидной формы.

Преломляющие среды глаза: роговица, влага передней камеры, хрусталик и стекловидное тело - представляют Ц.О.С., для которой может быть указано шесть кардинальных точек. Главная ось системы ОО проходит через геометрические центры роговицы зрачка и хрусталика. В глазу различается еще зрительная ось О^’О^’, проходящая через центры хрусталика и жесткого пятна и определяющая направление, по которому глаз имеет наивысшую чувствительность.

Преломляющие среды глаза спереди, со стороны роговицы, граничат с воздухом, с противоположной стороны они соприкасаются непосредственно с сетчатой оболочкой, которая служит световоспринимающим экраном.

Основное преломление света происходит на внешней поверхности роговицы на границе с воздухом.

С оответственно роговица имеет наибольшую из всех преломляющих сред глаза оптическую силу порядка 43 дитр. Оптическая сила хрусталика 18-20 дитр, влаги передней камеры и стекловидного тела (вместе) - 3-5 дитр. Общая оптическая сила глазного яблока (в покое аккомодации) - 63-65 дитр.

Для построения изображения предметов на сетчатой оболочке глаза и анализа, связанных с этим явлений пользуются редуцированным, или приведенным, глазом, который рассматривается как однородная сферическая линза. Она окружена воздухом со стороны пространства предметов и жидкостью с n=1,336 со стороны пространства изображений.

Различно удаленные предметы должны давать на сетчатке одинаково резкие изображения. Из формулы следует, что это можно осуществить, либо изменяя расстояние а₂ между главной плоскостью и сетчаткой аналогично тому, как это делают в фотоаппаратах, либо изменяя кривизну хрусталика и, следовательно, фокусные расстояния f₁ и f₂. В глазу человека регулируется второй случай под действием особой (ресничной) мышцы.