background image

MIKROSKOP – POMIAR MAŁYCH ODLEGŁOŚCI

Cel ćwiczenia: 
Wyznaczenie powiększenia obiektywu mikroskopu
Pomiar małych odległości

Układ pomiarowy:

− mikroskop laboratoryjny
− komputer   z   oprogramowaniem   umożliwiającym   analizę   obrazu   otrzymywanego   w 

mikroskopie

Opracowanie wyników:

mikroskala
p= L

0

 / L

p

śr

= 8,653

błąd ∆p

α  

= stosując metodę Studenta dla założonego poziomu ufności 

α= 0.95
k

α

 = 2,262

∆p

α 

= 0,0107 ∙ 2,262 = 0,0241

p = p

śr 

± ∆p

α

p = 8,653 ± 0,0241
 

miedziany drucik
L = L

0

 / p 

L

śr

 = 24,54 (μm)

d = d

0

 / p 

d

0

 = n ∙ 0,01 mm – długość obrazu przedmiotu 

n   –   długość   obiektu   (liczba   działek)   zmierzona   za 
pomocą programu komputerowego (n = L

0

)

d

śr

 = 0,2452 [mm]

∆d

α

 = stosując metodę Studenta dla założonego poziomu ufności α= 0.95

k

α

 = 2,262

∆d

α

 = 0,000727 ∙ 2,262 = 0,0017

d = 0,2452 ±0,0017 [mm]

L

L

0

p

70

602

8,6

70

606

8,66

70

604

8,63

70

607

8,67

70

606

8,66

70

608

8,69

70

608

8,69

70

608

8,69

70

603

8,61

70

604

8,63

L

L

0

p

śr

d

0

d

24,5

212 8,653 2,12

0,245

25,08 217 8,653 2,17

0,250

24,62 213 8,653 2,13

0,246

24,3

210 8,653 2,1

0,243

24,7

214 8,653 2,14

0,247

24,62 213 8,653 2,13

0,246

24,5

212 8,653 2,12

0,245

24,38 211 8,653 2,11

0,243

24,2

209 8,653 2,09

0,242

24,5

212 8,653 2,12

0,245

L

L

0

p

70

602

8,6

70

606

8,66

70

604

8,63

70

607

8,67

70

606

8,66

70

608

8,69

70

608

8,69

70

608

8,69

70

603

8,61

70

604

8,63

background image

Wnioski:
Możliwość obserwacji małych niewidocznych gołym okiem obiektów, np. komórek, tkanek 
zwierzęcych i roślinnych zapewniają nam mikroskopy.

Współczesny   mikroskop   optyczny   zbudowany   jest   z   dwóch   zasadniczych   układów: 
mechanicznego i optycznego.

Układ mechaniczny: statyw, tubus z urządzeniem rewolwerowym i stolik przedmiotowy. 
Układ   optyczny   składa   się   z  układu   powiększającego   (obiektywy,   okulary)  i   układu 
oświetlającego (lampa elektryczna bądź lusterko i kondensor Abbego).
Obiektywy są najistotniejszą częścią mikroskopu. Zbudowane są z metalowego korpusu, w 
którym   umieszczone   są   soczewki.   Na   korpusie   wyryte   są   liczby,   wskazujące   krotność 
powiększenia i tzw. apreturę numeryczną charakterystyczną dla danego obiektywu. Im silniej 
powiększa   obiektyw   tym   jego   soczewka   przednia   ma   mniejszą   średnicę,   ogniskowa   jest 
krótsza,   a   apretura   numeryczna   ma   większą   wartość.   Aby  uzyskać   obraz   w   mikroskopie 
należy   obiektyw   bądź   preparat   ustawić   w   określonej   odległości.   Obiektywy   silniej 
powiększające muszą być bliżej preparatu. 
Obiektywy tworzą obraz rzeczywisty, odwrócony i powiększony. Obiektywy o powiększeniu 
100-krotnym   i   większym   są   obiektywami   „immersyjnymi”.   Stosując   je   do   oglądania 
preparatów przestrzeń pomiędzy szkiełkiem przykrywkowym a obiektywem należy wypełnić 
olejkiem   cedrowym   (immersyjnym).   Usuwa   to   zjawisko   załamywania   się   promieni 
świetlnych przy przechodzeniu ze środowiska optycznie gęstszego (szkiełko preparatu) do 
środowiska optycznie rzadszego ( powietrze). Załamywanie promieni powoduje zaciemnienie 
pola   widzenia,   co   jest   eliminowane   przy  użyciu   olejku,   którego   współczynnik   załamania 
światła (1,5) jest zbliżony do współczynnika światła szkła soczewki (1,515), ale znacznie 
wyższy od współczynnika załamania światła przez powietrze (1,0).

Okular mikroskopu służy do powiększania obrazu wytworzonego przez obiektyw. Składa 
się z 2 płasko – wypukłych soczewek, których górna jest powiększająca obraz utworzony 
przez obiektyw, a dolna ma na celu zwiększenie pola widzenia. Kolista przesłona znajdująca 
się   wewnątrz   okularu   odcina   brzeg   obrazu,   który   jest   wypukły   i   dla   obserwatora   byłby 
zniekształcony.   Okular   powiększa   liniowo   i   nie   ma   wpływu   na   zdolność   rozdzielczą 
mikroskopu. Daje on obraz powiększony, urojony i prosty. Układ okular – obiektyw daje 
więc obraz odwrócony, jaki powstał w wyniku działania obiektywu. Dla usunięcia uciążliwej 
dla obserwatora  abberacji (sferycznej  i chromatycznej)  obecnie konstruuje  się obiektywy, 
okulary   i   kondensory   z   kilku   soczewek   różnych   krzywiznach   i   z   różnego   rodzaju   szkła 
(achromaty i apochromaty).

Powstawanie obrazu w mikroskopie świetlnym
Konsekwencją budowy falowej promienia światła jest zjawisko dyfrakcji, czyli uginania się 
promieni świetlnych przy przechodzeniu przez wąskie szczeliny i otwory. Wiązka promieni 
przechodząc przez wąską szczelinę ugina się, dając znacznie szerszą wiązkę rozproszoną, 
która   po   ponownym   skupieniu   przy   pomocy   soczewki   zamiast   prawidłowego   obrazu 
szczeliny   utworzy   obraz   otoczony   wieloma   obwódkami,   zwany   obrazem   dyfrakcyjnym. 
Uginanie się promieni jest tym wyraźniejsze, im szerokość szczeliny lub średnica otworka są 
mniejsze ( a zwłaszcza gdy ich wymiary są tego samego rzędu co długość fali świetlnej).
Obraz mikroskopowy powstaje dzięki temu, że przedmiot jest oświetlany silną wiązką światła 
zebraną przez kondensor. Oglądane przedmioty są charakterystycznym przykładem zjawisk 
uginania światła, gdyż szczegóły preparatu mikroskopowego są co do wielkości zbliżone do 
długości fali światłą. 

background image

Obraz rzeczywisty i powiększony oglądanego przedmiotu powstaje jako rezultat interferencji, 
czyli   wzajemnego   oddziaływania   na   siebie   fal.   Natomiast   powstający   w   płaszczyźnie 
ogniskowej obiektywu obraz dyfrakcyjny jest wypadkową struktury przedmiotu i właściwości 
optycznych obiektywu. Jeśli w tym obrazie nie ma odpowiednika pewnej struktury w postaci 
jego obrazu dyfrakcyjnego, to w obrazie rzeczywistym, utworzonym przez obiektyw, także 
nie ma obrazu tej struktury. 
Obserwowane w obrazie dyfrakcyjnym  na przemian jasne i ciemne obwódki są prążkami 
interferencyjnymi. Obraz interferencyjny w mikroskopie nie ma bezpośredniego związku ze 
strukturą oglądanego przedmiotu, lecz jest rezultatem obrazu dyfrakcyjnego.
Obraz mikroskopowy będzie tym wierniejszy, im większa liczba wiązek ugiętych wejdzie do 
obiektywu i utworzy obraz dyfrakcyjny w jego płaszczyźnie ogniskowej.

Każdy   mikroskop   charakteryzuje   się   zakresem   uzyskiwanych   powiększeń,   oraz 
zdolnością rozdzielczą dla danego układu obiektyw – okular. 

Powiększenie mikroskopu
Przyjmuje   się   w   uproszczeniu,   że   powiększenie   mikroskopu   jest   prostym   iloczynem 
powiększenia okularu i obiektywu,  np. dla mikroskopu o okularze powiększającym  10x i 
obiektywie powiększającym 40x, powiększenie wynosić będzie 10 x 40 = 400. Uproszczenie 
to nie uwzględnia jednak czynnika subiektywnego jakim jest akomodacja oka obserwatora. 
Gdy obraz oglądanego przedmiotu znalazłby się zbyt blisko oka, to soczewka oczna nie może 
zmienić   już   swego   kształtu   i   obraz   powstaje   poza   siatkówką   oka.   Uwzględniający   tę 
poprawkę wzór na powiększenie mikroskopu ma postać: 

N= --------

  Gdzie:   N-   powiększenie   mikroskopu,   L   –   długość   tubusa   mikroskopu,   D   –   odległość 
wyraźnego widzenia dla normalnego oka, f

1

 – odległość ogniskowa obiektywu, f

2

 – odległość 

ogniskowa okularu. 

Zdolność rozdzielcza mikroskopu 
Zdolność rozdzielcza mikroskopu wyraża najmniejszą odległość między dwoma punktami 
preparatu,   które   dają   oddzielne,   nie   zlane   ze   sobą   obrazy.   Decyduje   ona   o   przydatności 
mikroskopu do badań. Przy słabej zdolności rozdzielczej dwa punkty preparatu leżące blisko 
siebie widoczne są dla obserwatora jako jeden, a wraz z jej polepszeniem oddalenie obrazu 
tych punktów od siebie rośnie. Zdolność rozdzielczą mikroskopu opisuje wzór

d = --------

gdzie: d – zdolność rozdzielcza, λ – długość fali światła oświetlającego preparat, A – apretura 
numeryczna obiektywu.

Apretura   numeryczna   jest   wielkością   charakteryzującą   obiektyw   i   jest   wyryta   na   jego 
oprawie. Obiektywy o silnym powiększeniu mają wartość apretury numerycznej większą niż 
słabiej powiększające. Apreturę numeryczną opisuje wzór: 
A = n x sinα
Gdzie: n – współczynnik załamania światłą w środowisku między preparatem a obiektywem, 
α – kąt zawarty między skrajnym promieniem wchodzącym do obiektywu a osią optyczną 
jego soczewek.

LxD

f

1

xf

2

λ

2 x A

background image

Zdolność   rozdzielczą   mikroskopu   można   powiększyć   stosując   do   oświetlenia   preparatu 
promieniowanie o długości fali krótszej od światła białego lub przez zwiększenie apretury 
numerycznej.   Zwiększenie   apretury   numerycznej   obiektywu   można   osiągnąć   przez 
wypełnienie przestrzeni między preparatem a obiektywem cieczą o współczynniku załamania 
światłą   większym   id   współczynnika   załamania   światła   w   powietrzu   (1,0),   np.   olejkiem 
immersyjnym (n = 1,515).