13. Оптична мікроскопія

13.1. Застосування оптичної мікроскопії

Мікроскопія – загальна назва методів спостереження і дослідження властивостей об'єктів за допомогою мікроскопа.

Мікроскопічний аналіз використовують для прямого або опосередненого дослідження різних процесів. Найбільш його застосовують для дослідження форми і розмірів кристалів сировинних матеріалів, продуктів їх випалу і продуктів гідратації в'яжучих речовин, процесів росту кристалів і їх руйнування, вивчення гірських порід та ідентифікації мінералів встановлення деяких кристалохімічних особливостей будови кристалів, фазових перетворень у речовинах, процесів дифузії. За допомогою оптичного мікроскопа визначають структурні особливості матеріалів - форму і розміри мікровключень, тріщин і пор, розмір зерен, іх взаємне розташування, мікротвердість кристалів. У петрографії технічного каменю вивчають різні види штучних матеріалів: в'яжучі, бетони, шлаки, скло, кам'яні лиття, кераміку. Користуючись оптичною мікроскопією можна встановити причини порушення технологічного процесу виробництва і зміну якості продукції, наприклад, встановити недовипал клінкеру, дисперсність цементу, рівномірність його перемішування з добавками, вивчити структуру бетону – рівномірність розподілу у ньому заповнювачів, пористість та ін.

Розроблено методи, які дозволяють проводити дослідження при низьких і високих температурах, в ультрафіолетовому та інфрачервоному випромінюванні, при впливі ультразвуку та ін.

13.2.Оптична схема і принцип дії мікроскопа та основні його характеристики

Одна із типових схем мікроскопа приведена на рис. 13.1. Об'єкт дослідження 7, розміщений на предметному столику 10, освітлюється штучним світлом від джерела (лампа 1 і лінза-колектор 2) за допомогою дзеркал 4 і конденсора 6. Для збільшення об'єкта використовують об'єктив 8 і окуляр 9. Об'єктив створює дійсне перевернуте і збільшене зображення 7' об'єкта 7. Окуляр створює вторинне збільшене уявне зображення 7 здебільше на відстані найкращого зору Д=250 мм. Якщо окуляр розмістити так, щоб зображення 7' виявилось перед переднім фокусом окуляра F_ок, то зображення, яке створюється окуляром, стає дійсним і його можна одержати на екрані або фотоплівці. Загальне збільшення мікроскопа дорівнює добутку збільшення об'єктива  на збільшення окуляра Г_ок:

Рис. 13.1. Оптична схема мікроскопа

Г=·Г_ок (13.1)

Збільшення об'єктива виражається формулою:

=/f_об (13.2)

де  - відстань між заднім фокусом об'єктива F '_об і переднім фокусом окуляра F_ок (так звана оптична довжина тубуса мікроскопа); f '_об - фокусна відстань об'єктива.

Збільшення окуляра, подібно збільшенню лупи, виражається формулою:

Г_ок=250/f '_ок (13.3)

де f '_ок - фокусна відстань окуляра; Д=250 мм - відстань найкращого зору.

Здебільше об'єктиви мікроскопа мають збільшення від 6,3 до 100, а окуляри від 7 до 15. Тому загальне збільшення мікроскопа знаходиться в межах від 44 до 1500. Ірисова полева діафрагма 3 і апертурна 5 використовуються для обмеження світлового пучка променів і зменшення розсіяного світла.

Окрім вказаних вище вузлів, у мікроскопі є також штатив або корпус, предметний столик для кріплення препарату, механізми для грубого і точного фокусування, пристрій для кріплення об'єктивів і тубус для установки окулярів. Використання того або іншого типу конденсора (світлопольні, темнопольні та ін.) залежить від вибору необхідного методу спостереження.

Об'єктиви розрізняються: а) за спектральною характеристикою для видимої області спектру і для ультрафіолетової та інфрачервоної мікроскопії (лінзові і дзеркально-лінзові); б) в залежності від конструкції мікроскопа, а саме від довжини тубуса, на яку вони розраховані; в) від середовища між об'єктивом і препаратом розрізняють на сухі та імерсійні, при яких простір між покрівельним склом і об'єктивом заповнюється рідиною - водою або маслом з метою збільшення роздільної здатності та світлового потоку, що надходить в об'єктив; г) за методом спостереження поділяють на звичайні, фазово-контрасні та ін.

Тип окуляра при даному методі спостереження визначається вибором об'єктива. Окуляри Гюйгенса розраховані для об'єктів-ахроматорів невеликих і середніх збільшень (найбільш прості за конструкцією), окуляри компенсаційні - для апохроматорів, які дають покращену хроматичну корекцію, фотоокуляри - для проекції та ін.

Пристрої для мікроскопа дозволяють покращити можливості досліджень, здійснити різні види освітлення препаратів, визначити розміри об'єктів, фотографувати зразки через мікроскоп, проводити мікроспектрофотометрування та ін.

Важливою характеристикою мікроскопа є його роздільна здатність - величина обернена тій найменшій відстані, на якій два сусідніх елемента структури ще можуть спостерігатись окремо. Внаслідок явища дифракції світла роздільна здатність мікроскопа має обмеження, а для її збільшення простір між предметом і об'єктивом заповнюють рідиною із великим показникам заломлення світла (імерсійною рідиною).