38. Специальные методы микроскопии. Иммерсионный микроскоп. Микроскоп темного поля. Поляризационный микроскоп.
Разработано множество модификаций микроскопов. Используются различные схемы освещения, различные типы предметных столиков, монокулярные и бинокулярные насадки с окулярами. Препараты можно фотографировать с помощью микрофотонасадок, зарисовывать с помощью рисовально-проекционных аппаратов, демонстрировать с помощью демонстрационного окуляра.
Иммерсионный микроскоп — оптическая система, в которой пространство между первой линзой и предметом заполнено жидкостью. Применяемая так жидкость называется иммерсионной. Принцип действия ИМ.
Из основной формулы разрешающей способности микроскопа: d = 0,61λ/А, следует, что предел разрешения определяется длиной волны λ и числовой апертурой объектива А. Так как не всегда возможно изменить длину волны (особенно если исследование производится в белом свете), то для достижения лучшего разрешения стремятся применять объектив, имеющий бо́льшую числовую апертуру.
Однако для «сухого» объектива, с показателем преломления среды перед его передней линзой n=1, максимальное значение числовой апертуры объектива не может превысить значение около 0,95.
Для решения этой проблемы берут иммерсионную жидкость, показатель преломления которой n2 и показатель преломления фронтальной линзы n3 выбраны определённым образом. Исходящие от одной точки объекта OP лучи проходят без преломления через иммерсионную пленку и могут «приниматься» фронтальной линзой объектива. В этом случае числовая апертура увеличивается, а предел разрешения уменьшается в n2 раз.
Темнопольная микроскопия. Изучение препаратов в темном поле осуществляется с помощью особого темнопольного конденсора. Такой конденсор пропускает от источника света только косые краевые лучи, которые освещают препарат, но не попадают в объектив. Клетки и их компоненты обладают различной оптической плотностью и по-разному рассеивают попадающие на них лучи. Рассеяние лучей вызывает свечение внутриклеточных структур. Чем плотнее структура, тем ярче она видна на темном фоне.
Поляризационная микроскопия. Основана на способности некоторых компонентов клеток к двойному лучепреломлению. К таким анизотропным структурам относятся нити веретена деления, миофибриллы, реснички. При поляризационной микроскопии анизотропные структуры обнаруживают яркое свечение. Для поляризационной микроскопии используется специальный поляризационный микроскоп. Перед конденсором такого микроскопа помещается поляризатор, а за препаратом и объективом помещены компенсатор и анализатор. Поляризационный микроскоп позволяет обнаруживать структуры с двойным лучепреломлением, определять ориентировку протяженных объектов (например, коллагеновых волокон)
39. Свет как поперечная волна. Естественный и поляризованный свет. Способы получения поляризованного света.
Следствием теории Максвелла является поперечность световых волн: в изотропных средах векторы напряженностей электрического Е и магнитного Н полей волны взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости распространения волны v (перпендикулярно лучу). Согласно электромагнитной теории свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Поскольку атомы излучают электромагнитные волны независимо друг от друга, световая волна, излучаемая источником в целом, характеризуется всевозможными равновероятными направлениями колебаний вектора Е. Это - так называемый естественный свет.
Поляризованным называется свет, в котором направления колебаний вектора Е упорядочены каким-либо образом. Электромагнитная волна называется линейно или плоскополяризованной, если в процессе ее распространения вектор Е (и, следовательно, вектор Н) лежит в одной и той же плоскости. Плоскостью поляризации называется плоскость, в которой расположены векторы Е и v. Упорядоченность направлений колебаний вектора Е может заключаться в том, что вектор Е, изменяясь по модулю, поворачивается вокруг вектора v. В результате конец вектора Е описывает в пространстве спираль, проекция которой на плоскость, перпендикулярную лучу представляет собой эллипс. Такой свет называется эллиптически поляризованным. Частным случаем является поляризованный по кругу или циркулярно поляризованный свет (при этом полуоси эллипса равны друг другу). Свет, в котором колебания одного направления преобладают над колебаниями других направлений, называется частично поляризованным.
Существует.несколько способов получения и анализа поляризованного света.
1. Поляризация при помощи поляроидов. Поляроиды представляют собой целлулоидные пленки с нанесенным на них тончайшим слоем кристалликов сернокислого нодхинина. Применение поляроидов является в настоящее время наиболее распространенным способом поляризации света.
2. Поляризация посредством отражения. Если естественный луч света падает на черную полированную поверхность, то отраженный луч оказывается частично поляризованным. В качестве поляризатора и анализатора может быть употреблено зеркальное или достаточно хорошо отполированное обычное оконное стекло, зачерненное с одной стороны асфальтовым лаком. Степень поляризации тем больше, чем правильнее выдержан угол падения. Для стекла угол падения равен 57°.
3. Поляризация посредством преломления. Световой луч поляризуется не только при отражении, но и при преломлении. В этом случае в качестве поляризатора и анализатора используется стопка сложенных вместе 10—15 тонких стеклянных пластинок, расположенных к падающим на них световым лучам под углом в 57°.
40. Оптически активные вещества. Вращение плоскости поляризации. Поляриметры: оптическая схема и медицинское применение.
Некоторые вещества, называемые оптически активными, обладают способностью вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через них плоскополяризованного света.
К их числу относятся кристаллические тела (кварц, киноварь), чистые жидкости (скипидар, никотин) и растворы оптически активных веществ в неактивных растворителях (водные растворы сахара, винной кислоты и т.д.).
Различают правое вращение, когда вещество поворачивает плоскость поляризации по часовой стрелке (для наблюдателя, смотрящего навстречу световому лучу), и левое - при вращении плоскости поляризации в обратном направлении.
В случае химически чистого вещества угол поворота плоскости поляризации пропорционален толщине слоя l:
ϕ = α *l
Коэффициент пропорциональности α называется постоянной вращения или вращательной способностью. Он характеризует природу вещества, зависит от длины волны света и температуры.
Для растворов угол поворота плоскости поляризации пропорционален толщине слоя раствора и молярной концентрации c оптически активного вещества:
ϕ =[α]*l*c ( закон Био )
где [α] - удельная постоянная вращения.
Теория вращения плоскости поляризации была развита Френелем. Он показал,что явление вращения плоскости поляризации сводится к особому виду двойного лучепреломления. Линейно поляризованная волна может рассматриваться как суперпозиция двух циркулярно поляризованных волн Е1 и Е2 с противоположными направлениями вращения электрического вектора. В оптически активном веществе они распространяются с различными скоростями. На выходе из вещества между колебаниями векторов Е1 и Е2 возникает постоянная разность фаз, которая обусловливает поворот плоскости поляризации. Поворот происходит в направлении вращения того луча, который проходит в веществе с большей скоростью.
Особенностью оптически активных веществ является то, что их молекулы не имеют центра и плоскости симметрии. Молекулы таких веществ могут существовать в виде двух зеркально симметричных изомерных форм - оптических изомеров. Один из оптических изомеров вращает плоскость поляризации вправо, другой - влево. Вещество в целом будет вращать плоскость поляризации света, в том случае, если концентрации оптических изомеров различны.
Оптически активные кристаллы также существуют в виде двух модификаций: право- и левовращающей. Обе модификации отличаются друг от друга внешней формой и внутренней кристаллической структурой. Обе модификации не конгруэнтны, т.е. правая не может быть наложена на левую и наоборот.
Поляриметр— прибор, предназначенный для измерения степени поляризации частично поляризованного света или оптической активности прозрачных и однородных сред, растворов (сахарометрия) и жидкостей.
Рассмотрим устройство полутеневого поляриметра.
Световой луч проходит через оранжевый светофильтр “СФ”, объектив “Об”, кварцевую пластинку “КП” и поляризатор ”П”. Из системы поляризатора луч через кювету с исследуемым раствором проходит через анализатор “А” и окуляр “ОК” зрительной трубы, служащий для наблюдения поля зрения. В виду того, что при установке поля зрения на темноту бывает трудно уловить абсолютное исчезновение света, поле зрения разделяют на три части и добиваются одинаковой яркости этих частей. Кварцевая пластинка закрывает среднюю часть поля зрения. В виду этого, плоскость световых колебаний в средней части поля зрения составляет небольшой угол с плоскостью световых колебаний в боковых участках. Анализатор поворачивают так, чтобы плоскость, в которой он пропускает световые колебания, составляла одинаковый угол с плоскостями колебания центрального и боковых участков. Тогда по закону Малюса яркость всех трех участков будет одинакова. Такое положение принимается за нулевое.
Поляриметры широко используются в медицине для определения концентрации сахара в моче. Соответствующие приборы называют сахариметрами.