Лабораторный практикум

Лабораторная работа № 16.
Измерение размеров малых
объектов с помощью микроскопа

Цель работы: изучение биологического микроскопа и определение с его помощью размеров малых объектов.

Литература: §§ 165-167, 183.

Приборы и материалы: микроскоп биологический, объект-микрометр, гистологический препарат.

Микроскоп, один из важнейших лабораторных приборов в биологических исследованиях.

Микроскопы широко применяют для наблюдения и исследования таких объектов, которые невозможно различить невооруженным глазом.

Построение изображения предмета в микроскопе показано на рисунке. Оптическая система микроскопа состоит из двух систем линз - объектива и окуляра. Для простоты построения изображения на рисунке система линз объектива заменена одной собирающей линзой Л(1), а система линз окуляра - линзой Л(2). Предмет АВ помещается перед объективом немного дальше его фокуса. Объектив создает увеличенное действительное изображение А'В' предмета вблизи переднего фокуса окуляра, которое рассматривается глазом через окуляр. Изображение А'В' находится немного ближе переднего фокуса окуляра F₂. В этом случае окуляр создает увеличенное мнимое изображение А"В", которое проектируется на расстояние наилучшего зрения.

Увеличение Г микроскопа численно равно произведению линейного увеличения Г_об объектива на угловое увеличение Г_ок окуляра. Линейное увеличения объектива равно

Так как предмет помещен вблизи фокальной плоскости объектива, то где f₁ - фокусное расстояние объектива; Отрезок (Δ - оптическая длина тубуса - расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра).

Таким образом, так как в качестве объектива используется короткофокусная линза, и f₁ << Δ., то Г_об = Δ/f₁.

Угловое увеличение окуляра равно Г_ок = β₂/β₁, где β₂ - угол зрения, под которым видно через окуляр промежуточное изображение А'В', даваемое объективом; β₁ - угол зрения, под которым изображение А'В' видно невооруженным глазом, если оно находится на расстоянии А"F₂'. Так как углы β₂ и β₁ малы, то их отношение можно заменить отношением их тангенсов:
где |А"F'₂|- расстояние от изображения до глаза. В условиях привычной аккомодации глаза оно равно расстоянию наилучшего зрения S = 25 см. Тогда
где f₂ - фокусное расстояние окуляра.

Следовательно,

Итак, увеличение микроскопа равно

(1.1)

Можно предположить, что, подбирая соответствующим образом значения величин f₁, f₂ и Δ, можно получить микроскоп со сколь угодно большим увеличением. Однако на практике не используют микроскопы с увеличением свыше 1500 - 2000, так как возможность различения мелких деталей объекта в микроскопе ограничена. Это ограничение обуславливается влиянием дифракции света, происходящей в структуре рассматриваемого объекта. В связи с этим вводят понятия предела разрешения и разрешающей способности микроскопа.

Пределом разрешения микроскопа называется наименьшее расстояние между двумя точками объекта, когда эти точки различимы, т.е. воспринимаются в микроскопе не сливающимися друг с другом δ=0,51·λ/A, величина А = n·sin u называется числовой апертурой микроскопа; λ - длина волны света, освещающего предмет; n - показатель преломления среды между объективом и предметом; u - апертурный угол объектива, равный половине угла между крайними лучами конического светового пучка, входящего в объектив микроскопа. Повысить разрешающую способность микроскопа можно, заполнив пространство между предметом и объективом иммерсионной жидкостью с большим показателем преломления.

Разрешающей способностью микроскопа называется способность микроскопа давать раздельное изображение мелких деталей предмета. Разрешающая способность - это величина, обратная пределу разрешения ξ = 1/δ.

Для определения цены деления микроскопа применяют объект-микрометр - шкалу с известной ценой деления. Объект-микрометр рассматривают в микроскоп как предмет и, совмещая в поле зрения две шкалы - объектную и окулярную, определяют цену деления окулярного микрометра.

Порядок проведения измерений

1. Постройте график зависимости разрешающей способности микроскопа от длины волны в диапазоне длин волн видимого света от 200 до 800 нм через 50 нм. Результаты расчета представьте в табл. 1.
2. С помощью окулярного микрометра и объект-микрометра с ценой деления 0,1 мм определите увеличение микроскопа: поместите на предметный столик объект-микрометр и совместите его шкалу с изображением окулярной шкалы, найдите ближайшие совпадающие (образующие сплошную черту) деления шкал. Увеличение объектива: Г_об = n_ок/n._об, где n_ок - целое число делений шкалы окуляра между начальными и конечными совпадающими штрихами обеих шкал; n._об - соответствующее число делений шкалы объект-микрометра.
3. Определение размеров объекта гистологического препарата. Поместите на предметный столик микроскопа гистологический препарат. Получите четкое изображение в окуляре микроскопа. Определите линейные размеры объекта по формуле: l = n/Г_об, где n - размер объекта в делениях шкалы окуляра, Г_об - увеличение объектива. Произведите измерение размеров для пяти различных объектов, результаты измерений и вычислений занесите в табл. 2.

Контрольные вопросы

1. Опишите устройство биологического микроскопа и укажите назначение его основных частей.
2. Изобразите ход лучей в микроскопе.
3. Выведите формулу увеличения микроскопа.
4. Что называется пределом разрешения и разрешающей способностью микроскопа? Апертурным углом объектива?
5. В чем заключается дифракционная теория разрешающей способности микроскопа?
6. Укажите способы увеличения разрешающей способности микроскопа.