Определение разрешающей способности микроскопа
Цель работы. Ознакомление с устройством микроскопа и определение его разрешающей способности.
Приборы и принадлежности: Микроскоп, металлическая пластинка с маленьким отверстием, осветительное зеркало, линейка со шкалой.
Введение
Микроскоп состоит из объектива и окуляра, которые представляют собой сложные системы линз. Ход лучей в микроскопе изображён на рис.1, на котором объектив и окуляр представлены одиночными линзами.
Рассматриваемый предмет АВ размещают немного дальше от главного фокуса объектива Fоб. Объектив микроскопа даёт действительное, обратное и увеличенное изображение предмета (AB на рис. 1), которое образуется за двойным фокусным расстоянием объектива. Увеличенное изображение рассматривается окуляром как лупой. Изображение предмета, рассматриваемое в окуляр, мнимое, обратное и увеличенное.
Расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра называется оптическим интервалом системы или оптической длиной тубуса микроскопа.
Увеличение микроскопа можно определить по увеличению объектива и окуляра [1]:
D
N = Nоб Nок = ───── (1)
fоб fок
где Nоб и Nок - увеличение объектива и окуляра соответственно; D - расстояние наилучшего зрения для нормального глаза (~25 см.) [1]; - оптическая длина тубуса микроскопа; fоб и fок - главные фокусные расстояния объектива и окуляра.
При анализе формулы (1) можно сделать заключение, что в микроскопах с большим увеличением можно рассматривать любые мелкие предметы. Однако полезное увеличение, даваемое микроскопом, ограничивается дифракционными явлениями, которые становятся заметными при рассматривании предметов, размеры которых сравнимы с длинной световой волны.
Пределом разрешающей способности микроскопа называется наименьшее расстояние между точками, изображение которых в микроскопе получается раздельно.
Согласно теории Аббе [1] предел разрешающей способности микроскопа определяет выражение:
0,61
d = ───── (2)
n sin
где d - линейный размер рассматриваемого предмета; - длина волны используемого света; n - показатель преломления среды между предметом и объективом; - угол между главной оптической осью микроскопа и граничным лучом (рис. 2).
В
еличина
A = nsin
называется
числовой апертурой объектива,
а величина, обратная d, - разрешающей
способностью микроскопа.
Из выражения (2) следует что разрешающая
способность микроскопа зависит от
числовой апертуры объектива и длины
волны света, которым освещается
рассматриваемый предмет.
Если предмет находится в воздухе (n=1), то в микроскопе можно различить точки предмета, расстояние между которыми:
0,61
d = ─────
sin
Для микроскопических предметов угол близок к 90 градусам, тогда sin 1, откуда следует, что в микроскопе можно рассматривать предметы, находящиеся на расстоянии друг от друга ~ 0,61. В случае визуальных наблюдений (максимум чувствительности глаза приходится на зеленую область видимого спектра 550 нм) в микроскопе можно разглядеть предметы, находящиеся на расстоянии ~300 нм.
Как следует из выражения (2), разрешающую способность микроскопа можно увеличить путём уменьшения длины волны света, которым освещается предмет. Так, при фотографировании объектов в ультрафиолетовом свете (~ 250-300 нм) разрешающую способность микроскопа удаётся увеличить вдвое.