Jak określić rozdzielczość mikroskopu. Lepiej zobaczyć raz lub mikroskopię o ultra wysokiej rozdzielczości

Limit rozdzielczości - jest to najmniejsza odległość między dwoma punktami obiektu, w których te punkty są rozróżnialne, tj. postrzegane w mikroskopie jako dwa punkty.

Rozkład definiuje się jako zdolność mikroskopu do tworzenia oddzielnych obrazów drobnych szczegółów rozpatrywanego obiektu. Wynika to ze wzoru:

gdzie A jest aperturą numeryczną, l jest długością fali światła; , gdzie n jest współczynnikiem załamania światła ośrodka, w którym znajduje się badany obiekt, U jest kątem otwarcia.

Mikroskopy o dużym powiększeniu i dobrej rozdzielczości są potrzebne do badania struktury najmniejszych żywych istot. Mikroskop optyczny jest ograniczony do 2000-krotnego powiększenia i ma rozdzielczość nie lepszą niż 250 nm. Te wartości nie są odpowiednie do badania szczegółów małych komórek.

118. Mikroskop ultrafioletowy.Jeden sposób na zmniejszenie

granicą rozdzielczości mikroskopu jest użycie światła o krótszej długości fali. W związku z tym stosuje się mikroskop ultrafioletowy, w którym mikroobiekty są badane w promieniach ultrafioletowych. Ponieważ oko nie odbiera bezpośrednio tego promieniowania, stosuje się płyty fotograficzne, ekrany luminescencyjne lub przetworniki elektronowo-optyczne. Innym sposobem na zmniejszenie granicy rozdzielczości mikroskopu jest zwiększenie współczynnika załamania światła ośrodka, w którym znajduje się mikroskop. W tym celu jest umieszczony w płyn zanurzeniowytakie jak olej z orzechów cedrowych.

119. Mikroskopia luminescencyjna (fluorescencyjna) opiera się na zdolności niektórych substancji do świecenia, to znaczy świecenia, gdy są oświetlone niewidzialnym światłem ultrafioletowym lub niebieskim.

Kolor luminescencji jest przesunięty do części widma o większej długości fali w porównaniu do światła ją wzbudzającego (reguła Stokesa). Kiedy luminescencja jest wzbudzana przez niebieskie światło, może mieć kolor od zielonego do czerwonego; jeśli luminescencja jest wzbudzana przez promieniowanie ultrafioletowe, to blask może znajdować się w dowolnej części widma widzialnego. Ta cecha luminescencji umożliwia obserwację stosunkowo słabej luminescencyjnej poświaty przy użyciu specjalnych filtrów światła, które pochłaniają ekscytujące światło.

Ponieważ większość mikroorganizmów nie ma własnej luminescencji, uciekają się do barwienia ich roztworami barwników fluorescencyjnych. Metodę tę stosuje się do bakterioskopowego badania czynników wywołujących niektóre infekcje: gruźlicy (auromin), wtrąceń w komórkach tworzonych przez niektóre wirusy itp. Tę samą metodę można zastosować do badań cytochemicznych żywych i utrwalonych mikroorganizmów. W reakcji immunofluorescencji z użyciem przeciwciał znakowanych fluorochromami wykrywa się antygeny drobnoustrojów lub przeciwciała w surowicy pacjentów

120. Mikroskopia z kontrastem fazowym.W przypadku mikroskopii niezabarwionych mikroorganizmów, różniących się od otoczenia tylko współczynnikiem załamania światła, natężenie światła (amplituda) nie zmienia się, a zmienia się tylko faza przepuszczanych fal świetlnych. Dlatego oko nie może dostrzec tych zmian, a obserwowane obiekty wyglądają na mało kontrastowe, przezroczyste. Aby obserwować takie obiekty, użyj mikroskopia z kontrastem fazowym,oparta na przekształceniu niewidocznych zmian fazowych wprowadzanych przez obiekt w amplitudę, rozpoznawalną dla oka.

Dzięki zastosowaniu tej metody mikroskopii kontrast żywych, niezabarwionych mikroorganizmów jest znacznie zwiększony i wydają się one ciemne na jasnym tle lub światło na ciemnym tle.

Mikroskopia z kontrastem fazowym służy również do badania komórek hodowli tkankowej, obserwowania wpływu różnych wirusów na komórki itp.

121. Mikroskopia w ciemnym polu.Mikroskopia ciemnego pola opiera się na zdolności mikroorganizmów do silnego rozpraszania światła. Do mikroskopii w ciemnym polu używane są zwykłe obiektywy i specjalne kondensatory ciemnego pola.

Główną cechą kondensatorów z ciemnym polem jest to, że ich środkowa część jest zaciemniona, a bezpośrednie promienie z oświetlacza nie docierają do obiektywu mikroskopu. Obiekt jest oświetlany ukośnymi belkami bocznymi i tylko promienie rozproszone przez cząsteczki preparatu trafiają do obiektywu mikroskopu. Mikroskopia ciemnego pola opiera się na efekcie Tyndalla, którego dobrze znanym przykładem jest wykrywanie cząstek pyłu w powietrzu, gdy są oświetlane wąską wiązką światła słonecznego.

W mikroskopii w ciemnym polu mikroorganizmy wydają się jasno świecące na czarnym tle. Dzięki tej metodzie mikroskopowej można wykryć najmniejsze mikroorganizmy, których rozmiary wykraczają poza rozdzielczość mikroskopu. Jednak mikroskopia w ciemnym polu pozwala zobaczyć tylko kontury obiektu, ale nie daje możliwości zbadania struktury wewnętrznej.

122. Promieniowanie cieplnejest najbardziej rozpowszechnionym rodzajem promieniowania elektromagnetycznego w przyrodzie. Występuje dzięki energii ruchu termicznego atomów i cząsteczek substancji. Promieniowanie cieplne jest nieodłączne dla wszystkich ciał o temperaturze innej niż zero absolutne.

Emisyjność całego ciałaE (nazywana również jasnością energetyczną) to ilość energii emitowana z jednostkowej powierzchni ciała w ciągu 1 sekundy. Mierzone w J / m 2 s.

Zdolność pochłaniania promieniowania całego ciałaA (współczynnik pochłaniania) jest stosunkiem energii promieniowania pochłanianej przez ciało do całej energii promieniowania padającej na nie; A to wielkość bezwymiarowa.

123. Absolutnie czarne ciało.Wyimaginowane ciało, które pochłania całą energię promienistą padającą na nie w dowolnej temperaturze, nazywane jest absolutnie czarnym.

Prawo Kirchhoffa.Dla wszystkich ciał w danej temperaturze stosunek emisyjności E do absorbancji A jest wartością stałą równą emisyjności ciała absolutnie czarnego miw tej samej temperaturze:

mi.

Prawo Stefana-Boltzmanna.Całkowita emisyjność absolutnie czarnego ciała jest wprost proporcjonalna do czwartej potęgi jego temperatury absolutnej:

e \u003d sT 4 ,

gdzie s jest stałą Stefana-Boltzmanna.

Prawo wina.Długość fali odpowiadająca maksymalnemu promieniowaniu ciała absolutnie czarnego jest odwrotnie proporcjonalna do jego temperatury bezwzględnej:

l t × T = w,

gdzie в jest stałą Wina.

Oparty na prawie wina pirometria optyczna- metoda wyznaczania temperatury rozżarzonych ciał (metal - w piecu do wytapiania, gaz - w chmurze wybuchu atomowego, powierzchnia gwiazd itp.) na podstawie widma ich promieniowania. To właśnie tą metodą najpierw określono temperaturę powierzchni Słońca.

124 . Promieniowanie podczerwone.Promieniowanie elektromagnetyczne zajmujące obszar widmowy między czerwoną granicą światła widzialnego (λ \u003d 0,76 μm) a krótkofalową emisją radiową (λ \u003d 1 - 2 mm) nazywa się podczerwienią (IR). Podgrzane ciała stałe i ciecze emitują ciągłe widmo w podczerwieni.

Terapeutyczne wykorzystanie promieniowania podczerwonego opiera się na jego działaniu termicznym. Do leczenia stosowane są specjalne lampy.

Promieniowanie podczerwone wnika w ciało na głębokość około 20 mm, dzięki czemu warstwy powierzchniowe nagrzewają się w większym stopniu. Efekt terapeutyczny wynika z pojawiającego się gradientu temperatury, który aktywuje działanie układu termoregulacyjnego. Wzmocnienie dopływu krwi do miejsca napromieniania prowadzi do korzystnych efektów terapeutycznych.

125. Promieniowanie ultrafioletowe.Promieniowanie elektromagnetyczne,

zajmowanie obszaru widmowego między fioletową granicą światła widzialnego (λ \u003d 400 nm) a częścią długofalową promieniowania rentgenowskiego (λ \u003d 10 nm) nazywa się ultrafioletem (UV).

W wysokich temperaturach wydzielają się żarzące się ciała stałe

znaczna część promieniowania ultrafioletowego. Jednak maksimum

gęstość widmowa jasności promienistej zgodnie z prawem Wiednia wynosi 7000 K. W praktyce oznacza to, że w normalnych warunkach promieniowanie cieplne ciał szarych nie może służyć jako efektywne źródło promieniowania UV. Najpotężniejszym źródłem promieniowania UV jest Słońce, którego 9% to ultrafiolet na obrzeżach ziemskiej atmosfery.

Promieniowanie UV jest niezbędne do działania mikroskopów UV, mikroskopów fluorescencyjnych, do analizy fluorescencyjnej. Główne zastosowanie promieniowania UV w medycynie wiąże się z jego specyficznymi skutkami biologicznymi, które wywoływane są przez procesy fotochemiczne.

126. TermografiaTo rejestracja promieniowania z różnych obszarów

powierzchni ciała do interpretacji diagnostycznej. Wyznaczanie temperatury odbywa się na dwa sposoby. W jednym przypadku zastosowano wyświetlacze ciekłokrystaliczne, których właściwości optyczne są bardzo wrażliwe na niewielkie zmiany temperatury.

Umieszczając te wskaźniki na ciele pacjenta, można wizualnie określić lokalną różnicę temperatur poprzez zmianę ich koloru.

Inna metoda polega na użyciu kamery termowizyjnektóre wykorzystują czułe odbiorniki promieniowania podczerwonego, na przykład fotorezystory.

127. Fizjologiczne podstawy termografii... Fizjologicznym procesom zachodzącym w organizmie człowieka towarzyszy wydzielanie ciepła, które jest przenoszone przez krążącą krew i limfę. Źródłem ciepła są procesy biochemiczne zachodzące w żywym organizmie. Wytworzone ciepło jest przenoszone przez krew po całym ciele. Dzięki wysokiej pojemności cieplnej i przewodności cieplnej krążąca krew jest zdolna do intensywnej wymiany ciepła między centralną i obwodową częścią ciała. Temperatura krwi przechodzącej przez naczynia skórne spada o 2-3 °.

Termografia opiera się na zjawisku wzrostu natężenia promieniowania podczerwonego nad ogniskami patologicznymi (w wyniku zwiększonego ukrwienia i procesów metabolicznych w nich) lub spadku jego intensywności w obszarach o zmniejszonym regionalnym przepływie krwi i towarzyszących mu zmianach w tkankach i narządach. Zwykle wyraża się to pojawieniem się „gorącej strefy”. Istnieją dwa główne rodzaje termografii: teletermografia i kontaktowa termografia cholesteryczna.

128. Telethermography opiera się na konwersji promieniowania podczerwonego z ciała ludzkiego na sygnał elektryczny, który jest wizualizowany na ekranie kamery termowizyjnej. Wrażliwe fotorezystory są używane jako odbiorniki promieniowania podczerwonego w kamerach termowizyjnych.

Kamera termowizyjna działa w następujący sposób. Promieniowanie podczerwone ogniskowane jest przez układ soczewek, po czym trafia do fotodetektora, który działa przy schłodzeniu do –196 ° C. Sygnał z fotodetektora jest wzmacniany i poddawany obróbce cyfrowej, a następnie przesyłane są otrzymane informacje na ekran kolorowego monitora.

129. Kontaktowa termografia ciekłokrystaliczna opiera się na właściwościach optycznych anizotropowych cholesterycznych ciekłych kryształów, które przejawiają się zmianą koloru na kolory tęczy po nałożeniu na powierzchnie emitujące ciepło. Najzimniejsze obszary są czerwone, a najgorętsze - niebieskie.

Termografia ciekłokrystaliczna z płytkami kontaktowymi jest obecnie szeroko iz powodzeniem stosowana w różnych dziedzinach medycyny, jednak zdalne metody rejestracji promieniowania podczerwonego organizmu ludzkiego znalazły znacznie większe zastosowanie.

130. Kliniczne zastosowania termografii.Diagnostyka termograficzna nie ma wpływu zewnętrznego ani niedogodności dla pacjenta i pozwala „zobaczyć” anomalie obrazu termowizyjnego na powierzchni skóry pacjenta, które są charakterystyczne dla wielu schorzeń i zaburzeń fizycznych.

Termografia jako fizjologiczna, nieszkodliwa, nieinwazyjna metoda diagnostyczna znajduje zastosowanie w medycynie praktycznej do diagnostyki szerokiego zakresu patologii: chorób gruczołów sutkowych, kręgosłupa, stawów, tarczycy, narządów laryngologicznych, naczyń krwionośnych, wątroby, pęcherzyka żółciowego, jelit, żołądka, trzustki , nerki, pęcherz, prostata. Termografia pozwala na rejestrowanie zmian na samym początku rozwoju procesu patologicznego, przed pojawieniem się zmian strukturalnych w tkankach.

131. Rutherford (planetarny) model atomu.Zgodnie z tym modelem cały ładunek dodatni i prawie cała masa (ponad 99,94%) atomu jest skoncentrowana w jądrze atomowym, którego wielkość jest znikoma (około 10-13 cm) w porównaniu z wielkością atomu (10-8 cm). Elektrony poruszają się wokół jądra po zamkniętych (eliptycznych) orbitach, tworząc powłokę elektronową atomu. Wartość bezwzględna ładunku jądra jest równa całkowitemu ładunkowi elektronów.

Wady modelu Rutherforda.

a) w modelu Rutherforda atom jest niestabilny

edukacja, podczas gdy doświadczenie sugeruje inaczej;

b) widmo promieniowania atomu według Rutherforda jest ciągłe, podczas gdy doświadczenie mówi o dyskretnej naturze promieniowania.

132. Kwantowa teoria budowy atomu według Bohra.Wychodząc z koncepcji dyskretności stanów energetycznych atomu, Bohr udoskonalił model atomowy Rutherforda, tworząc kwantową teorię budowy atomu. Opiera się na trzech postulatach.

Elektrony w atomie mogą poruszać się nie po żadnych orbitach, ale tylko po orbitach o dość określonym promieniu. Na tych orbitach, zwanych stacjonarnymi, moment pędu elektronu jest określony przez wyrażenie:

gdzie m to masa elektronu, v to jego prędkość, r to promień orbity elektronu, n to liczba całkowita zwana kwantem (n \u003d 1,2,3, ...).

Ruchowi elektronów na orbitach stacjonarnych nie towarzyszy promieniowanie (pochłanianie) energii.

Przejście elektronu z jednej stacjonarnej orbity na drugą

towarzyszy emisja (lub pochłonięcie) kwantowej energii.

Wartość hn tego kwantu jest równa różnicy między energiami W 1 - W 2 stanów stacjonarnych atomu przed i po napromieniowaniu (absorpcji):

hn \u003d W 1 - W 2.

Ta zależność nazywana jest warunkiem częstotliwości.

133. Typy widm.Istnieją trzy główne typy widm: ciągłe, liniowe i prążkowane.

Line Spectra

atomy. Promieniowanie jest spowodowane przechodzeniem związanych elektronów do niższych poziomów energii.

Strip widmaemitowane przez osobne wzbudzone

cząsteczki. Promieniowanie jest spowodowane zarówno przemianami elektronowymi w atomach, jak i ruchami wibracyjnymi samych atomów w cząsteczce.

Ciągłe widmasą emitowane przez zestawy wielu oddziałujących jonów molekularnych i atomowych.

Główną rolę w promieniowaniu odgrywa chaotyczny ruch tych cząstek spowodowany wysoką temperaturą.

134. Pojęcie analizy spektralnej... Każdy pierwiastek chemiczny

emituje (i pochłania) światło o dość określonych długościach fal właściwych tylko temu elementowi. Widma liniowe pierwiastków uzyskuje się poprzez fotografowanie na spektrografach, w których następuje rozkład światła za pomocą siatki dyfrakcyjnej. Widmo liniowe elementu to rodzaj „odcisku palca”, który pozwala dokładnie zidentyfikować ten pierwiastek na podstawie długości fal emitowanego (lub pochłoniętego) światła. Badania spektrograficzne to jedna z najpotężniejszych metod analizy chemicznej, jaką dysponujemy.

Jakościowa analiza spektralna - jest to porównanie otrzymanych widm z widmami tabelarycznymi w celu określenia składu substancji.

Ilościowa analiza spektralna przeprowadzane za pomocą fotometrii (określania intensywności) linii widmowych: jasność linii jest proporcjonalna do ilości tego pierwiastka.

Kalibracja spektroskopu... Aby spektroskop mógł wyznaczyć długości fal badanego widma, spektroskop musi być skalowany, tj. ustalić zależność między długością fali linii widmowych a podziałką skali spektroskopu, w którym są one widoczne.

135. Główne cechy i obszary zastosowań analizy spektralnej.Analiza widmowa może być wykorzystana do określenia składu atomowego i cząsteczkowego substancji. Analiza widmowa pozwala na jakościowe wykrycie poszczególnych składników analizowanej próbki i ilościowe określenie ich stężenia. Substancje o bardzo podobnych właściwościach chemicznych, które są trudne lub wręcz niemożliwe do analizy metodami chemicznymi, są łatwo oznaczane spektralnie.

Wrażliwość analiza spektralna jest zwykle bardzo wysoka. W analizie bezpośredniej uzyskuje się czułość na poziomie 10-3 - 10-6%. Prędkość analiza spektralna zwykle znacznie przekracza szybkość analizy innymi metodami.

136. Analiza widmowa w biologii. Spektroskopowa metoda pomiaru aktywności optycznej substancji jest szeroko stosowana do określania struktury obiektów biologicznych. Podczas badania molekuł biologicznych mierzy się ich widma absorpcji i fluorescencji. Barwniki fluorescencyjne po wzbudzeniu laserem służą do określania pH i siły jonowej w komórkach, a także do badania określonych regionów białek. Przy pomocy rezonansowego rozpraszania Ramana sonduje się strukturę komórek i określa konformację cząsteczek białka i DNA. Spektroskopia odegrała ważną rolę w badaniu fotosyntezy i biochemii widzenia.

137. Analiza spektralna w medycynie.W ludzkim ciele występuje ponad osiemdziesiąt pierwiastków chemicznych. Ich interakcja i wzajemne oddziaływanie zapewnia procesy wzrostu, rozwoju, trawienia, oddychania, odporności, hematopoezy, zapamiętywania, zapłodnienia itp.

Najbardziej płodnym materiałem do diagnostyki mikro- i makroelementów oraz ich nierównowagi ilościowej są włosy i paznokcie. Każdy włos przechowuje integralną informację o metabolizmie mineralnym całego organizmu przez cały okres jego wzrostu. Analiza widmowa dostarcza pełnych informacji o bilansie mineralnym w dłuższym okresie czasu. Niektóre substancje toksyczne można wykryć tylko w ten sposób. Dla porównania: metody konwencjonalne pozwalają na określenie stosunku mniej niż dziesięciu pierwiastków śladowych na podstawie analizy krwi w czasie badania.

Wyniki analizy spektralnej pomagają lekarzowi w diagnozowaniu i poszukiwaniu przyczyn chorób, identyfikacji ukrytych chorób i predyspozycji do nich; pozwalają dokładniej przepisywać leki i opracowywać indywidualne schematy przywracania równowagi mineralnej.

Trudno przecenić znaczenie metod spektroskopowych w farmakologii i toksykologii. W szczególności umożliwiają analizę próbek preparatów farmakologicznych w trakcie ich walidacji, a także identyfikację podrobionych leków. W toksykologii spektroskopia w ultrafiolecie i podczerwieni umożliwiła identyfikację wielu alkaloidów z ekstraktów Stasia.

138. Luminescencja nazywany jest nadmiarem promieniowania cieplnego ciała w danej temperaturze, o czasie trwania znacznie przekraczającym okres emitowanych fal świetlnych.

Fotoluminescencja.Luminescencja wywoływana przez fotony nazywana jest fotoluminescencją.

Chemiluminescencja.Luminescencja towarzysząca reakcjom chemicznym nazywana jest chemiluminescencją.

139. Analiza luminescencjioparte na obserwacji luminescencji obiektów w celu ich badania; Służy do wykrywania początkowego etapu psucia się żywności, sortowania preparatów farmakologicznych i diagnozowania niektórych chorób.

140. Efekt fotoelektryczny zwane zjawiskiem pull-out

elektrony z substancji pod wpływem padającego na nią światła.

Gdy zewnętrzny efekt fotograficzny elektron opuszcza powierzchnię substancji.

Gdy wewnętrzny efekt fotograficzny elektron jest uwalniany z wiązań z atomem, ale pozostaje wewnątrz substancji.

Równanie Einsteina:

gdzie hn jest energią fotonu, n jest jego częstotliwością, A jest funkcją pracy elektronu, jest energią kinetyczną emitowanego elektronu, v jest jego prędkością.

Przepisy dotyczące efektów fotograficznych:

Liczba fotoelektronów wyrzuconych z powierzchni metalu na jednostkę czasu jest proporcjonalna do strumienia światła padającego na metal.

Maksymalna początkowa energia kinetyczna fotoelektronów

zależy od częstotliwości padającego światła i nie zależy od jego intensywności.

Dla każdego metalu istnieje czerwona obwódka efektu fotoelektrycznego, tj. maksymalna długość fali l 0, przy której efekt fotoelektryczny jest nadal możliwy.

Zewnętrzny efekt fotoelektryczny znajduje zastosowanie w fotopowielaczach (PMT) i przetwornikach elektronowo-optycznych (EOC). PMT służą do pomiaru strumieni światła o małej intensywności. Można je wykorzystać do określenia słabej bioluminescencji. Lampy wzmacniające obraz są używane w medycynie do zwiększania jasności obrazu rentgenowskiego; w termografii - do zamiany promieniowania podczerwonego organizmu na widzialne. Ponadto fotokomórki są stosowane w metrze podczas przejazdu przez bramkę obrotową, w nowoczesnych hotelach, na lotniskach itp. automatyczne otwieranie i zamykanie drzwi, automatyczne włączanie i wyłączanie oświetlenia ulicznego, określanie natężenia oświetlenia (luksomierz) itp.

141. RentgenowskieJest promieniowaniem elektromagnetycznym o długości fali od 0,01 do 0,000001 mikrona. Powoduje świecenie się ekranu pokrytego fosforem i czernienie emulsji fotograficznej, dzięki czemu można ją wykorzystać do fotografii.

Promienie rentgenowskie są generowane, gdy elektrony nagle zatrzymują się, gdy uderzą w anodę w lampie rentgenowskiej. Wstępnie elektrony emitowane przez katodę są przyspieszane przez przyspieszającą różnicę potencjałów do prędkości rzędu 100 000 km / s. To promieniowanie, zwane bremsstrahlung, ma ciągłe widmo.

Intensywność promieniowania rentgenowskiego określa wzór empiryczny:

gdzie I to prąd w lampie, U to napięcie, Z to liczba atomowa substancji antykatodowej, a k to const.

Promieniowanie rentgenowskie wynikające ze spowolnienia elektronów nazywane jest „bremsstrahlung”.

Krótkofalowe promieniowanie rentgenowskie jest zwykle bardziej przenikliwe niż długofalowe i nazywane jest twardyi długofalowe - miękki.

Przy wysokich napięciach w lampie rentgenowskiej, wraz z

promieniowanie rentgenowskie o widmie ciągłym wytwarza promieniowanie rentgenowskie o widmie liniowym; to ostatnie nakłada się na widmo ciągłe. Nazywa się to promieniowaniem charakterystycznym, ponieważ każda substancja ma swoje własne charakterystyczne widmo liniowe promieniowania rentgenowskiego (widmo ciągłe pochodzi od substancji anodowej i jest określane tylko przez napięcie na lampie rentgenowskiej).

142. Właściwości promieniowania rentgenowskiego.Promienie rentgenowskie mają wszystkie właściwości, które charakteryzują promienie świetlne:

1) nie odbijają się w polach elektrycznych i magnetycznych, a zatem nie przenoszą ładunku elektrycznego;

2) wywoływać efekt fotograficzny;

3) spowodować jonizację gazu;

4) mogą powodować luminescencję;

5) może ulegać załamaniu, odbiciu, polaryzacji oraz dawać zjawisko interferencji i dyfrakcji.

143. Prawo Moseleya. Ponieważ atomy różnych substancji mają różne poziomy energii w zależności od ich struktury, widma charakterystycznego promieniowania zależą również od struktury atomów substancji anodowej. Charakterystyczne widma przesuwają się w kierunku wyższych częstotliwości wraz ze wzrostem ładunku jądrowego. Ten wzór jest znany jako prawo Moseleya:

gdzie n jest częstotliwością linii widmowej, Z jest liczbą porządkową elementu emitującego, A i B są stałymi.

144. Oddziaływanie promieniowania rentgenowskiego z materią.W zależności od stosunku energii fotonu e do energii jonizacji A zachodzą trzy główne procesy.

Spójne (klasyczne) rozpraszanie. Rozpraszanie promieni rentgenowskich o dużej długości fali zachodzi głównie bez zmiany długości fali i nazywa się to koherentnymi . Występuje, gdy energia fotonu jest mniejsza niż energia jonizacji: hn<А. Так как в этом случае энергия фотона рентгеновского излучения и атома не изменяются, то когерентное рассеяние само по себе не вызывает биологического действия.

Niespójne rozpraszanie (efekt Comptona)... W 1922 roku A.Kh. Compton, obserwując rozpraszanie twardych promieni rentgenowskich, stwierdził spadek mocy penetracji wiązki rozproszonej w porównaniu do padającej. Oznaczało to, że długość fali rozproszonego promieniowania rentgenowskiego jest większa niż fali padającej. Rozpraszanie promieni rentgenowskich wraz ze zmianą długości fali nazywane jest niespójnym, a samo zjawisko nazywa się efektem Comptona.

Efekt fotograficzny. W efekcie fotoelektrycznym promieniowanie rentgenowskie jest absorbowane przez atom, co powoduje ucieczkę elektronu i jonizację atomu (fotojonizacja). Jeśli energia fotonu jest niewystarczająca do jonizacji, wówczas efekt fotoelektryczny może objawiać się wzbudzeniem atomów bez emisji elektronów.

Działanie jonizujące Promieniowanie rentgenowskie objawia się wzrostem przewodnictwa elektrycznego po wystawieniu na działanie promieni rentgenowskich. Ta właściwość jest wykorzystywana w dozymetrii do ilościowego określania skutków tego typu promieniowania.

145. Luminescencja rentgenowskazwany blaskiem szeregu substancji pod wpływem promieniowania rentgenowskiego. Ta luminescencja baru z cyjankiem platyny umożliwiła Roentgenowi odkrycie promieni. Zjawisko to służy do tworzenia specjalnych świetlistych ekranów do wizualnej obserwacji promieni rentgenowskich, czasem w celu wzmocnienia działania promieni rentgenowskich na kliszę fotograficzną, co umożliwia utrwalenie tych promieni.

146. Absorpcja promieniowania rentgenowskiegoopisane przez prawo Bouguera:

F \u003d F 0 е - m x,

gdzie m jest liniowym współczynnikiem tłumienia,

x to grubość warstwy substancji,

F 0 - intensywność padającego promieniowania,

F to intensywność przekazywanego promieniowania.

147. Wpływ promieni rentgenowskich na organizm. Chociaż ekspozycja na promieniowanie podczas badań rentgenowskich jest niewielka, mogą one prowadzić do zmian w aparacie chromosomowym komórek - mutacje radiacyjne. Dlatego badania rentgenowskie muszą zostać uregulowane.

148. Diagnostyka rentgenowska. Diagnostyka rentgenowska polega na selektywnej absorpcji promieni rentgenowskich przez tkanki i narządy.

149. Fluoroskopia. W przypadku fluoroskopii obraz półprzezroczystego obiektu uzyskuje się na ekranie fluoroskopowym. Technika jest prosta i ekonomiczna, pozwala obserwować ruch narządów i ruch środka kontrastowego w nich. Ma jednak również wady: po nim nie pozostał żaden dokument, który można by omówić lub rozważyć w przyszłości. Małe szczegóły obrazu są trudne do zobaczenia na ekranie. Fluoroskopia wiąże się ze znacznie wyższą dawką promieniowania dla pacjenta i lekarza niż radiografia.

150. Radiografia.W RTG wiązka promieni rentgenowskich kierowana jest na badaną część ciała. Promieniowanie, które przeszło przez ludzkie ciało, uderza w film, na którym po przetworzeniu uzyskuje się obraz.

151. Electroradiography.W nim wiązka promieni rentgenowskich, która przeszła przez pacjenta, pada na płytkę selenową naładowaną elektrycznością statyczną. W tym przypadku płyta zmienia swój potencjał elektryczny, pojawia się na niej utajony obraz ładunków elektrycznych.

Główną zaletą metody jest możliwość szybkiego uzyskania dużej liczby wysokiej jakości zdjęć bez użycia kliszy rentgenowskiej zawierającej drogie związki srebra oraz bez „mokrego” procesu fotograficznego.

152. Fluorografia.Jego zasada polega na fotografowaniu obrazu rentgenowskiego z ekranu na małoformatowej folii rolkowej. Jest używany w masowych badaniach ludności. Zaletami tej metody są szybkość, efektywność kosztowa.

153. Sztuczne kontrastowanie narządów.Metoda opiera się na

wprowadzenie do organizmu nieszkodliwych substancji, które wchłaniają

promieniowanie rentgenowskie jest znacznie silniejsze lub odwrotnie, znacznie słabsze niż badany narząd. Na przykład pacjentowi zaleca się przyjęcie wodnej zawiesiny siarczanu baru. W tym samym czasie na zdjęciu pojawia się cień masy kontrastowej znajdującej się w jamie żołądka. Na podstawie pozycji, kształtu, wielkości i kształtu cienia można ocenić położenie żołądka, kształt i wielkość jego jamy.

Jod służy jako kontrast do tarczycy. W tym celu stosuje się tlen, podtlenek azotu, dwutlenek węgla. Tylko podtlenek azotu i dwutlenek węgla mogą być wstrzykiwane do krwiobiegu, ponieważ w przeciwieństwie do tlenu nie powodują zatorowości gazowej.

154. Wzmacniacze do zdjęć rentgenowskich.Jasność blasku, który przekształca promienie rentgenowskie w widzialne światło ekranu fluorescencyjnego, które jest używane przez radiologa podczas wykonywania fluoroskopii, wynosi setne części kandeli na metr kwadratowy (kandela to świeca). Odpowiada to mniej więcej jasności światła księżyca w bezchmurną noc. Przy takim oświetleniu oko ludzkie pracuje w trybie widzenia o zmierzchu, w którym drobne szczegóły i drobne różnice kontrastu są wyjątkowo słabo rozróżniane.

Niemożliwe jest zwiększenie jasności ekranu ze względu na proporcjonalny wzrost dawki promieniowania pacjenta, co i tak nie jest nieszkodliwe.

Szansę na usunięcie tej przeszkody dają wzmacniacze obrazu rentgenowskiego (URI), które dzięki wielokrotnemu przyspieszaniu elektronów przy użyciu zewnętrznego pola elektrycznego mogą zwiększyć jasność obrazów tysiące razy. URI, oprócz zwiększenia jasności, może znacznie zmniejszyć dawkę promieniowania w trakcie badania.

155. Angiography - metoda badania kontrastu krwi

system, w którym pod wizualną kontrolą RTG za pomocą URI i telewizji radiolog wprowadza do żyły cienką elastyczną rurkę - cewnik i kieruje ją wraz z dopływem krwi do niemal każdego obszaru ciała, nawet do serca. Następnie, we właściwym czasie, przez cewnik wstrzykuje się nieprzepuszczalny dla promieni rentgenowskich płyn i jednocześnie wykonuje się serię zdjęć, które następują po sobie z dużą prędkością.

156. Cyfrowa metoda przetwarzania informacji.Sygnały elektryczne są najwygodniejszą formą obróbki końcowej obrazu. Czasami warto podkreślić linię na obrazie, podkreślić kontur, czasem podkreślić fakturę. Przetwarzanie można przeprowadzić zarówno elektronicznymi metodami analogowymi, jak i cyfrowymi. Na potrzeby przetwarzania cyfrowego sygnały analogowe są konwertowane do postaci dyskretnej za pomocą przetworników analogowo-cyfrowych ADC iw tej postaci są przesyłane do komputera.

Obraz świetlny uzyskany na ekranie fluoroskopowym jest wzmacniany przez konwerter elektronowo-optyczny (EOC) i przechodzi przez układ optyczny do wejścia lampy telewizyjnej TT, zamieniając się w sekwencję sygnałów elektrycznych. Za pomocą ADC wykonywane są próbkowanie i kwantyzacja, a następnie zapis do operacyjnej pamięci cyfrowej - RAM i przetwarzanie sygnałów obrazu zgodnie z określonymi programami. Przekonwertowany obraz jest ponownie konwertowany do postaci analogowej za pomocą przetwornika cyfrowo-analogowego DAC i wyświetlany na ekranie urządzenia sterującego wideo VKU wyświetlacza w skali szarości.

157. Kodowanie kolorami czarno-białych obrazów.Większość obrazów introskopowych jest monochromatycznych, to znaczy pozbawionych koloru. Ale normalne widzenie osoby jest kolorowe. Aby w pełni wykorzystać możliwości oka, sensowne jest w niektórych przypadkach sztuczne pokolorowanie naszych introskopowych obrazów na ostatnim etapie ich transformacji.

Kiedy oko dostrzeże kolorowy obraz,

dodatkowe funkcje obrazu ułatwiające analizę. to

odcień, nasycenie kolorów, kontrast kolorów. W kolorze rozróżnialność szczegółów i wrażliwość na kontrast oka wzrasta wielokrotnie.

158. Terapia rentgenowska.Promienie rentgenowskie są wykorzystywane w radioterapii w leczeniu wielu chorób. Wskazania i taktyka terapii rentgenowskiej są pod wieloma względami zbliżone do metod terapii promieniami gamma.

159. Tomografia.Na obrazie narządu lub patologicznej formacji interesującej lekarza warstwowane są cienie sąsiednich narządów i tkanek zlokalizowane wzdłuż wiązki promieniowania rentgenowskiego.

Istota tomografii polega na tym, że podczas strzelania

lampa RTG porusza się względem pacjenta, dając ostry obraz tylko tych szczegółów, które znajdują się na danej głębokości. Zatem tomografia jest badaniem rentgenowskim warstwa po warstwie.

160. Promieniowanie laseroweJest spójny identycznie skierowany

promieniowanie wielu atomów, tworząc wąską wiązkę światła monochromatycznego.

Aby laser zaczął działać, konieczne jest przeniesienie dużej liczby atomów jego substancji roboczej w stan wzbudzony (metastabilny). W tym celu energia elektromagnetyczna jest przenoszona do substancji roboczej ze specjalnego źródła (metoda pompowania). Następnie w substancji roboczej rozpoczną się prawie równoczesne wymuszone przejścia wszystkich wzbudzonych atomów do stanu normalnego z emisją potężnej wiązki fotonów.

161. Zastosowanie lasera w medycynie.Lasery wysokoenergetyczne

stosowany jako laserowy skalpel w onkologii. W tym przypadku racjonalne wycięcie guza uzyskuje się przy minimalnym uszkodzeniu otaczających tkanek, a operację można wykonać w pobliżu struktur mózgu o dużym znaczeniu funkcjonalnym.

Utrata krwi przy użyciu wiązki lasera jest znacznie mniejsza, rana jest całkowicie wysterylizowana, a obrzęk w okresie pooperacyjnym jest minimalny.

Laser jest szczególnie skuteczny w mikrochirurgii oka. Pozwala leczyć jaskrę poprzez „przekłuwanie” jej wiązką mikroskopijnych otworów odpływu płynu wewnątrzgałkowego. Do niechirurgicznego leczenia odwarstwienia siatkówki używa się lasera.

Niskoenergetyczne promieniowanie laserowe działa przeciwzapalnie, przeciwbólowo, zmienia napięcie naczyń krwionośnych, usprawnia procesy metaboliczne itp .; jest stosowany w terapii specjalnej w różnych dziedzinach medycyny.

162. Wpływ lasera na organizm. Wpływ promieniowania laserowego na organizm jest pod wieloma względami podobny do wpływu promieniowania elektromagnetycznego w zakresie widzialnym i podczerwonym. Na poziomie molekularnym takie oddziaływanie prowadzi do zmiany poziomów energetycznych cząsteczek materii żywej, ich stereochemicznej rearanżacji i koagulacji struktur białkowych. Fizjologiczne skutki ekspozycji na laser są związane z fotodynamicznym efektem fotoreaktywacji, efektem stymulacji lub tłumienia bioprocesów, zmianą stanu funkcjonalnego zarówno poszczególnych układów, jak i organizmu jako całości.

163. Zastosowanie laserów w badaniach medycznych i biologicznych. Jednym z głównych obszarów diagnostyki laserowej jest spektroskopia materii skondensowanej, który umożliwia analizę tkanek biologicznych i ich wizualizację na poziomie komórkowym, subkomórkowym i molekularnym.

gdzie l jest odległością między górnym ogniskiem obiektywu a dolnym ogniskiem okularu; L to najlepsza odległość widzenia; równy 25 cm; F 1 i F 2 to ogniskowe obiektywu i okularu.

Znając ogniskowe F 1, F 2 i odległość między nimi l, można znaleźć powiększenie mikroskopu.

W praktyce mikroskopy o powiększeniu większym niż 1500-2000 nie są używane, ponieważ możliwość rozróżnienia drobnych szczegółów obiektu w mikroskopie jest ograniczona. Ograniczenie to wynika z wpływu dyfrakcji światła w przepuszczanej strukturze danego obiektu. W związku z tym posługują się pojęciami granicy rozdzielczości i rozdzielczości mikroskopu.

Określanie granicy rozdzielczości mikroskopu

Limit rozdzielczości mikroskopu nazywana jest najmniejszą odległością między dwoma punktami obiektu, w których są one widoczne oddzielnie w mikroskopie. Odległość tę określa wzór:

,

gdzie λ jest długością fali światła; n to współczynnik załamania światła ośrodka między soczewką a obiektem; u jest kątem apertury obiektywu, równym kątowi między skrajnymi promieniami stożkowej wiązki światła wpadającej do obiektywu mikroskopu.

W rzeczywistości światło z obiektu rozchodzi się do obiektywu mikroskopu w pewnym stożku (rys. 2 a), który charakteryzuje się aperturą kątową - kątem u między skrajnymi promieniami stożkowej wiązki światła wpadającej do układu optycznego. W ograniczonym przypadku, według Abbego, skrajnymi promieniami stożkowej wiązki światła będą promienie odpowiadające centralnemu (zerowemu) i pierwszemu głównemu maksimowi (rys. 2b).

Wartość 2nsin U nazywana jest aperturą numeryczną mikroskopu. Aperturę numeryczną można zwiększyć za pomocą specjalnego ciekłego medium - zanurzenie - w przestrzeni między obiektywem a szklaną pokrywą mikroskopu.

W systemach zanurzeniowych uzyskuje się większy kąt rozwarcia w porównaniu z identycznymi systemami „suchymi” (rys. 3).

Ryc.3. Schemat systemu zanurzeniowego

Do zanurzenia używa się wody (n \u003d 1,33), oleju cedrowego (n \u003d 1,514) itp. Obiektyw jest specjalnie obliczany dla każdego zanurzenia i można go używać tylko z tym zanurzeniem.

Ze wzoru wynika, że \u200b\u200bgranica rozdzielczości mikroskopu zależy od długości fali światła i apertury numerycznej mikroskopu. Im krótsza długość fali światła i większa wartość apertury, tym mniejsze Z, a co za tym idzie, większa granica rozdzielczości mikroskopu. Dla światła białego (dziennego) można przyjąć średnią wartość długości fali λ \u003d 0,55 µm. Współczynnik załamania światła dla powietrza wynosi n \u003d 1.

Mikroskop MBS-1

MBS-1 to mikroskop stereoskopowy, który daje bezpośredni obraz objętościowy badanego obiektu zarówno w świetle przechodzącym, jak i odbitym.

Mikroskop składa się z 4 głównych części:

- stół;

- statyw;

- głowica optyczna z mechanizmem zgrubnego posuwu;

- mocowanie okularu.

Stolik mikroskopu składa się z okrągłego korpusu, wewnątrz którego zamontowany jest obrotowy odbłyśnik z lusterkiem i matowymi powierzchniami. Aby pracować ze światłem dziennym, korpus ma wycięcie, przez które światło swobodnie przechodzi. W tylnej części korpusu stołu znajduje się gwintowany otwór do pracy z oświetleniem elektrycznym. Głowicę optyczną montuje się na statywie mikroskopu - głównej części urządzenia, w której montowane są najbardziej krytyczne układy optyczne.

W korpusie głowicy optycznej umieszczony jest bęben z zainstalowanymi w nim systemami Galileusza. Obracanie osi bębna za pomocą uchwytów z nadrukowanymi numerami 0.6; 1; 2; 4; 7 osiąga różne powiększenia obiektywu. Każde położenie bębna jest wyraźnie zabezpieczone specjalnym zaciskiem sprężynowym. Używając uchwytu na statywie mikroskopu, poruszając głowicą optyczną, uzyskuje się najostrzejszy obraz rozpatrywanego obiektu.

Całą głowicę optyczną można przesuwać po pręcie statywu i mocować w dowolnej pozycji za pomocą śruby. Okular składa się z prowadnicy, która jest prostokątnym elementem z dwoma otworami na oprawki soczewek.

Obserwując przez okulary, trzeba obrócić tubusami okularów, aby znaleźć takie położenie, w którym oba obrazy zbiegają się w jeden. Następnie skieruj mikroskop na badany obiekt i obróć reflektor, aby uzyskać równomierne oświetlenie pola. Podczas regulacji oświetlenia oprawka lampy przesuwa się w kierunku kolektora, aż do uzyskania najlepszego oświetlenia obserwowanego obiektu.

Zasadniczo MBS-1 jest przeznaczony do prac przygotowawczych, do obserwacji obiektów, a także do wykonywania pomiarów liniowych lub pomiarów obszarów lokalizacji narkotyków. Układ optyczny mikroskopu przedstawiono na rys. 4.

Układ optyczny mikroskopu MBS-1 przedstawiono na rys. 4.

Podczas pracy w świetle przechodzącym źródło światła (1), wykorzystujące odbłyśnik (2) i kolektor (3), oświetla przezroczysty preparat zamontowany na stoliku (4).

Jako soczewkę zastosowano specjalny układ składający się z 4 soczewek (5) o ogniskowej \u003d 80 mm i 2 par układów Galileusza (6) i (7), za którymi znajdują się soczewki (8) o ogniskowej 160 mm, które tworzą obraz obiektu w płaszczyznach ogniskowych okularów.

Całkowite liniowe powiększenie układu optycznego składającego się z soczewki (5), systemu Galileusza (6) i (7) oraz obiektywów (8) wynosi: 0,6; 1; 2; 4; 7. Za soczewkami (8) są zainstalowane 2 pryzmaty Schmidta (9), które umożliwiają obracanie tubusów okularu nad okiem obserwatora bez obracania obrazu soczewki.

	1 - źródło światła; 2 - odbłyśnik; 3 - kolektor; 4 - tabela tematów; 5 - soczewka (F \u003d 80 mm); 6, 7 - systemy Galileusza; 8 - soczewki (F \u003d 160 mm); 9 - pryzmaty Schmidta; 10 - okulary.
Postać: 4. Schemat optyczny mikroskopu MBS-1

Do mikroskopu MBS-1 dołączone są 3 pary okularów (10) o powiększeniu 6; 8; 12,5 i jeden mikrometr okularowy o powiększeniu 8x z siatką. Umożliwiają zmianę ogólnego powiększenia mikroskopu od 3,6 do 88 (Tabela 1). Całkowite powiększenie mikroskopu jest iloczynem powiększenia okularu pomnożonego przez powiększenie obiektywu.

Tabela 1.

Charakterystyka optyczna mikroskopu MBS-1

Powiększenie	Powiększenie obiektywu

Mikroskop jako przyrząd optyczny. Rozdzielczość mikroskopu.

Mikroskop (z mikro ... i greckiego skopeo - patrzę) to przyrząd optyczny do uzyskania bardzo powiększonego obrazu bardzo małego badanego obiektu, niewidocznego gołym okiem. Za pomocą mikroskopu można zobaczyć drobne szczegóły budowy obiektu, którego wymiary wykraczają poza rozdzielczość oka.

Oko ludzkie to naturalny układ optyczny charakteryzujący się określoną rozdzielczością. Rozdzielczość układu optycznego to najmniejsza odległość między elementami obserwowanego obiektu, przy której te elementy można jeszcze odróżnić od siebie (przez elementy obiektu rozumiemy punkty lub linie).

Jeśli obiekt jest odległy na tzw. Najlepszej odległości widzenia, która wynosi 250 mm, to dla normalnego oka ludzkiego minimalna rozdzielczość wynosi około 0,1 mm, a dla wielu osób około 0,2 mm. Odpowiada to z grubsza grubości ludzkiego włosa. Wymiary obiektów, takich jak komórki roślinne i zwierzęce, małe kryształy, szczegóły mikrostruktury metali i stopów itp. Są znacznie mniejsze niż 0,1 mm. Takie obiekty są zwykle nazywane mikro-obiektami. Do obserwacji i badania takich obiektów przeznaczone są różnego typu mikroskopy. Za pomocą mikroskopu określa się kształt, rozmiar, strukturę i wiele innych cech mikroobiektów. Mikroskop optyczny umożliwia rozróżnianie struktur o odległości między elementami do 0,20 μm, tj. rozdzielczość takiego mikroskopu wynosi około 0,20 μm lub 200 nm.

Mówiąc o rozdzielczości mikroskopu, mają na myśli, podobnie jak rozdzielczość ludzkiego oka, oddzielny obraz dwóch blisko siebie rozmieszczonych obiektów. Musisz jednak zrozumieć, że rozdzielczość i powiększenie to nie to samo. Na przykład, jeśli używasz systemy obrazowaniauzyskać z mikroskopu świetlnego zdjęcia dwóch linii znajdujących się w odległości mniejszej niż 0,20 mikrona (czyli mniejszej niż rozdzielczość mikroskopu), bez względu na to, jak powiększymy obraz, linie nadal będą się zlewać w jedną. Te. możemy uzyskać duże powiększenie, ale nie poprawimy jego rozdzielczości. Całkowite powiększenie mikroskopu jest równe iloczynowi powiększenia liniowego obiektywu i powiększenia kątowego okularu. Wartości powiększenia są wygrawerowane na mocowaniach obiektywów i okularów. Rozważmy mikroskop z płaskim polem (nie stereoskopowy). Są to mikroskopy biologiczne, metalograficzne, polaryzacyjne. Zwykle obiektywy takiego mikroskopu mają powiększenia od 4 do 100 razy, a okulary - od 5 do 16. Dlatego też całkowite powiększenie mikroskopu optycznego mieści się w przedziale od 20 do 1600 razy. Oczywiście technicznie możliwe jest opracowanie i zastosowanie w mikroskopie obiektywów i okularów, które dadzą całkowite powiększenie znacznie przekraczające 1600x (na przykład istnieją okulary o powiększeniu 20x, które w połączeniu z obiektywem 100x dadzą powiększenie 2000x). Jednak zwykle nie jest to praktyczne. Wysokie powiększenia nie są celem samym w sobie w mikroskopii optycznej. Celem mikroskopu jest rozróżnienie najmniejszych możliwych elementów strukturalnych preparatu, tj. aby zmaksymalizować rozdzielczość mikroskopu. Ma też swoje ograniczenia wynikające z falowych właściwości światła. W ten sposób rozróżnia się przydatne i niepomocne powiększenie mikroskopu. Przydatnym wzrostem jest to, że możliwe jest ujawnienie nowych szczegółów budowy obiektu, a niekorzystnym jest wzrost, w którym przy zwiększaniu obiektu setki lub więcej razy niemożliwe jest znalezienie nowych szczegółów struktury obiektu.

Zatrzymajmy się raz jeszcze nad pojęciem rozdzielczości. Zdolność rozdzielcza urządzeń optycznych (zwana także zdolnością rozdzielczą) charakteryzuje zdolność tych urządzeń do tworzenia oddzielnych obrazów dwóch punktów obiektu blisko siebie. Najmniejsza liniowa lub kątowa odległość między dwoma punktami, począwszy od których łączą się ich obrazy, nazywana jest liniową lub kątową granicą rozdzielczości. Istnienie granicy rozdzielczości wpływa na dobór powiększeń, jakie uzyskujemy za pomocą mikroskopu. Powiększenia do 1250 razy nazywane są użytecznymi, ponieważ dzięki nim wyróżniamy wszystkie elementy struktury obiektu. W takim przypadku możliwości rozdzielczości mikroskopu są wyczerpane. To powiększenie uzyskuje się przy użyciu 100-krotnego olejku immersyjnego i okularu 12,5x (użyteczne powiększenie okularu wynosi od 7,5x do 12,5x). Przy powiększeniach powyżej 1250x nie ujawnia się żadnych nowych szczegółów struktury próbki. Czasami jednak takie powiększenia są używane - w mikrofotografii, podczas projekcji obrazów na ekran, a także w niektórych innych przypadkach.

Gdy wymagane jest znacznie większe użyteczne powiększenie, stosuje się mikroskop elektronowy. Ten mikroskop ma znacznie wyższą rozdzielczość niż mikroskop optyczny. Mikroskop elektronowy to urządzenie do obserwacji i fotografowania wielokrotnie (do 106 razy) powiększonych obrazów obiektów, w których zamiast wiązek światła w głębokiej próżni wykorzystuje się wiązki elektronów przyspieszonych do wysokich energii (30-100 keV lub więcej).

Klasyfikacja mikroskopów świetlnych i obszary ich zastosowań

Struktura obwodu optycznegorozróżnić mikroskopy bezpośrednie (obiektywy, nasadka i okulary znajdują się nad obiektem) i odwrócone (obiekt znajduje się nad układem optycznym tworzącym obraz) mikroskopy. Rozróżnij także mikroskopy z płaskim polem(dając dwuwymiarowy obraz) i mikroskopy stereoskopowe (wolumetryczny - trójwymiarowy obraz).

Metodami oświetleniaoddzielne mikroskopy światła przechodzącego (obraz tworzy światło przechodzące przez obiekt) i światła odbitego (obraz jest tworzony przez światło odbite od powierzchni przedmiotu).

Mikroskopy również można podzielić metodami badawczymi:

Jasne pole (ciemniejszy obiekt wyróżnia się na jasnym tle);

Ciemne pole (na ciemnym tle wyróżnia się jasny obiekt lub jego struktury brzegowe);

Kontrast fazowy (ciemnoszary reliefowy obiekt na jasnoszarym tle);

Luminescencja (świecące obiekty lub części obiektu wyróżniają się na ciemnym tle);

Światło spolaryzowane (istnieje jasny obraz obiektu w różnych kolorach lub odcieniach).

Można wyróżnić następujące obszary zastosowania mikroskopów świetlnych:

Mikroskopy biologiczne do laboratoryjnych badań biologicznych i medycznych obiektów przezroczystych. Dostępne w trybach jasnego i ciemnego pola, z kontrastem fazowym, światłem spolaryzowanym i fluorescencyjnym.

Mikroskop stereoskopowy w laboratoriach i różnych gałęziach przemysłu do uzyskiwania powiększonych obrazów obiektów podczas operacji roboczych. Możliwa jest praca w świetle odbitym i przechodzącym. Dostępne są tryby jasnego i ciemnego pola.

Mikroskop metalograficzny w laboratoriach naukowych i przemysłowych do badania obiektów nieprzezroczystych. Pracuj w świetle odbitym. Dostępne w trybach jasnego i ciemnego pola, kontrast fazowy, światło spolaryzowane.

Mikroskop polaryzacyjny w laboratoriach naukowo-badawczych do specjalistycznych badań w świetle spolaryzowanym. Możliwa jest praca w świetle odbitym i przechodzącym. Dostępne są tryby jasnego i ciemnego pola.

Obiektywy i okulary do mikroskopów

Soczewka mikroskopu - mikrosoczewka to złożony układ optyczny, który tworzy powiększony obraz obiektu i jest główną i najbardziej krytyczną częścią mikroskopu. Mikrosoczewka tworzy rzeczywisty odwrócony obraz, który jest oglądany przez okular.

Soczewki różnią się parametrami optycznymi i konstrukcją:

Według stopnia korekcji aberracji chromatycznej: achromaty, apochromaty itp.

Z poprawioną krzywizną obrazu: - planachromaty, planapromaty.

Długość tubusu mikroskopu wynosi 160 mm dla światła przechodzącego, 190 mm dla światła odbitego, nieskończoności dla światła przechodzącego i odbitego;

Według właściwości zanurzeniowych: systemy suche (bez zanurzenia) i systemy zanurzeniowe.

Obiektywy apochromatyczne różnią się od achromatów stopniem korekcji aberracji chromatycznej. Dzięki doskonalszej eliminacji defektów obrazu związanych z aberracją chromatyczną, jakość obrazu uzyskiwana podczas obserwacji kolorowych obiektów (kolorowych skrawków, mikroorganizmów itp.), Zwłaszcza przy dużych powiększeniach, jest znacznie wyższa przy zastosowaniu apochromów. Apochromaty i achromaty o dużym powiększeniu są używane w połączeniu z okularami kompensacyjnymi. Apochromaty są zwykle grawerowane za pomocą APO (APO). W achromatach i apochromatach, zwłaszcza o dużym powiększeniu, krzywizna pola obrazu pozostaje nieskorygowana.

Powiększenie mikroskop definiuje się jako iloczyn powiększenia obiektywu pomnożonego przez powiększenie okularu. Typowe mikroskopy badawcze mają powiększenie okularu 10 i obiektywne powiększenie 10, 45 i 100. Odpowiednio, powiększenie takiego mikroskopu wynosi od 100 do 1000. Niektóre mikroskopy mają powiększenia do 2000. Nawet większe powiększenia nie mają sensu, ponieważ to rozdzielczość nie poprawia się. Wręcz przeciwnie, pogarsza się jakość obrazu.

Formuła powiększenia mikroskopu

Jakość obrazu jest określona rozdzielczość mikroskopuczyli minimalna odległość, z której optyka mikroskopu może rozróżnić oddzielnie dwa blisko oddalone punkty. rozdzielczość zależy od apertury numerycznej obiektywu, kondensora i długości fali światła oświetlającego preparat. Apertura numeryczna (otwarcie) zależy od apertury kątowej i współczynnika załamania światła ośrodka znajdującego się między przednią soczewką obiektywu i kondensora a lekiem.

Oprócz rozdzielczości systemu apertura numeryczna charakteryzuje aperturę obiektywu: natężenie światła na jednostkę obszaru obrazu jest w przybliżeniu równe kwadratowi NA. Wartość NA wynosi około 0,95 dla dobrego obiektywu. Rozmiar mikroskopu zwykle zapewnia całkowite powiększenie około 1000 NA.

Limit rozdzielczości - najmniejsza odległość. Pomiędzy dwoma blisko rozmieszczonymi punktami obiektu, które można wygładzić pod mikroskopem (postrzegane jako dwa punkty).

Otwór (Łac. Apertura - dziura) w optyce jest cechą urządzenia optycznego, która opisuje jego zdolność do zbierania światła i przeciwdziałania rozmyciu dyfrakcyjnemu szczegółów obrazu. W zależności od rodzaju układu optycznego charakterystyka ta może być liniowa lub kątowa. Z reguły wśród detali przyrządu optycznego wyróżnia się szczególnie tzw. Przesłona aperturowa, która przede wszystkim ogranicza średnice wiązek światła przechodzących przez przyrząd optyczny. Często rolę takiej przesłony aperturowej pełni oprawa lub po prostu krawędzie jednego z elementów optycznych (soczewki, lustra, pryzmaty).

Otwór kątowy - kąt między skrajnymi wiązkami stożkowej wiązki światła na wejściu (wyjściu) układu optycznego.

Przysłona numeryczna - jest równy iloczynowi współczynnika załamania światła ośrodka między obiektem a soczewką przez sinus kąta otwarcia. To właśnie ta wartość najpełniej determinuje jednocześnie jasność, rozdzielczość obiektywu mikroskopu. Aby zwiększyć aperturę numeryczną obiektywów w mikroskopii, przestrzeń między obiektywem a szkiełkiem nakrywkowym wypełnia się cieczą zanurzeniową.

Kątotwór soczewki to maksymalny kąt (AOB), pod którym promienie przechodzące przez próbkę mogą dostać się do soczewki. Apertura numeryczna obiektyw jest równy iloczynowi sinusa połowy apertury kątowej i współczynnika załamania światła ośrodka między szkiełkiem a przednią soczewką obiektywu. Nie dotyczy \u003d n sinα gdzie, N.A. - apertura numeryczna; n to współczynnik załamania światła ośrodka między preparatem a soczewką; sinα jest sinusem kąta α równym połowie kąta AOB na wykresie.

Zatem apertura układów suchych (między przednią soczewką obiektywu a lekiem-powietrzem) nie może być większa niż 1 (zwykle nie większa niż 0,95). Medium umieszczone między lekiem a soczewką nazywa się płynem immersyjnym lub zanurzeniem, a soczewka zaprojektowana do pracy z płynem immersyjnym nazywa się immersją. Dzięki zanurzeniu o wyższym współczynniku załamania niż powietrze możliwe jest zwiększenie apertury numerycznej obiektywu, a tym samym rozdzielczości.

Apertura numeryczna soczewki są zawsze grawerowane na oprawkach.

Rozdzielczość mikroskopu zależy również od apertury kondensora. Jeśli weźmiemy pod uwagę aperturę kondensora równą aperturze obiektywu, to wzór na rozdzielczość ma postać R \u003d λ / 2NA, gdzie R jest granicą rozdzielczości; λ jest długością fali; N.A to apertura numeryczna. Z tego wzoru wynika, że \u200b\u200bprzy obserwacji w świetle widzialnym (zielona część widma - λ \u003d 550nm) rozdzielczość (granica rozdzielczości) mikroskopu nie może być\u003e 0,2 μm

Zanurzenie (z łac. immersio - immersja) - ciecz wypełniająca przestrzeń pomiędzy obiektem obserwacji a specjalnym obiektywem immersyjnym (kondensator i slajd). Stosowane są głównie trzy rodzaje płynów immersyjnych: olejki immersyjne (MI / Oil), wodne (VI / W) i glicerolowe (GI / Glyc), przy czym ta ostatnia jest stosowana głównie w mikroskopii ultrafioletowej.

Zanurzenie stosuje się w przypadkach, gdy wymagane jest zwiększenie rozdzielczości mikroskopu lub wymaga tego jego zastosowanie proces technologiczny mikroskopia. To się stało:

1. zwiększenie widzialności poprzez zwiększenie różnicy między współczynnikiem załamania światła ośrodka i obiektu;

2. zwiększenie głębokości oglądanej warstwy, która zależy od współczynnika załamania światła ośrodka.

Ponadto ciecz zanurzeniowa może zmniejszyć ilość rozproszonego światła, eliminując odblaski od obiektu. Eliminuje to nieuniknioną utratę światła wpadającego do soczewki.

Załamanie światła - zmiana kierunku promieni świetlnych w ośrodku o zmieniającym się w przestrzeni współczynniku załamania światła n. Zwykle termin „R. od." używać przy opisywaniu dystrybucji optycznej. promieniowanie w ośrodkach niejednorodnych z płynnie zmieniającym się n od punktu do punktu (trajektorie promieni świetlnych w takich ośrodkach to gładko zakrzywione linie). Zwykle nazywa się gwałtowną zmianą kierunku promieni na styku dwóch jednorodnych ośrodków o różnym n. załamanie światła. Bankomat. optyka, optyka okularowa tradycyjnie używa terminu „załamanie”. Ponieważ atmosfera jest niejednorodnym ośrodkiem, to w wyniku R. s. następuje przesunięcie pozornej pozycji ciał niebieskich w stosunku do prawdziwej, którą należy wziąć pod uwagę w astronomii. R. s. w atmosferze należy wziąć pod uwagę podczas badań geodezyjnych. pomiary. R. s. jest przyczyną mirażów. Zjawisko R. z. umożliwia wizualizację optyczną. niejednorodności w mediach stałych, ciekłych i gazowych.

Refraktometri ja (od lat. refractus - załamany i grecki. metreo - miara) to metoda badania substancji polegająca na określeniu współczynnika (współczynnika) załamania (refrakcji) i niektórych jej funkcji. Refraktometria (metoda refraktometryczna) służy do identyfikacji związków chemicznych, analizy ilościowej i strukturalnej, określania parametrów fizyko-chemicznych substancji.

Współczynnik załamania światła n to stosunek prędkości światła w sąsiadujących ośrodkach. W przypadku cieczy i ciał stałych n jest zwykle określane w odniesieniu do powietrza, a dla gazów w odniesieniu do próżni. Wartości n zależą od długości fali l światła i temperatury, które są wskazane odpowiednio w indeksach dolnych i górnych. Metody refraktometryczne podzielony na dwa duże grupy: obiektywne i subiektywne. Pomimo niezaprzeczalnej przewagi metod obiektywnych, każde obiektywne badanie z reguły kończy się subiektywnymi korektami. Istnieją dwie podgrupy obiektywnych metod refraktometrii:

1. Obiektywne w stosunku do pacjenta i subiektywne w stosunku do lekarza. Przykładem jest skiaskopia, której obiektywne dane można uzyskać poprzez subiektywną ocenę odruchu skiaskopowego badanego przez lekarza.2. Cel w stosunku do badacza i badacza, realizowany za pomocą automatu refraktometrycznego.

Polaryzacja światła- fizyczny charakterystyka optyczna promieniowanie, opisujące anizotropię poprzeczną fal świetlnych, czyli nierównowaŜność dec. kierunki w płaszczyźnie prostopadłej do wiązki światła. Stworzenia. wartość dla zrozumienia strony przez P. przejawiało się w skutkach interferencja światłaaw szczególności fakt, że dwie wiązki światła o wzajemnie prostopadłych płaszczyznach polaryzacji nie kolidują bezpośrednio. P. s. znaleziono naturalne. wyjaśnienie w e-magn. teoria światła, opracowana w latach 1865-73 przez J.C. Maxwella, a później w elektrodynamice kwantowej.

Termin polaryzacja fal został wprowadzony przez Malusa w odniesieniu do poprzecznych fal mechanicznych

Dla uzyskanie światła spolaryzowanego i do jego wykrywania istnieją specjalne urządzenia fizyczne, zwane w pierwszym przypadku polaryzatorami, w drugim analizatorami. Zwykle działają w ten sam sposób. Istnieje kilka sposobów uzyskiwania i analizowania światła spolaryzowanego.

1. Polaryzacja za pomocą polaroidów. Polaroidy to folie celuloidowe pokryte najcieńszą warstwą kryształów siarczanu nodchininy. Stosowanie polaroidów jest obecnie najbardziej rozpowszechnioną metodą polaryzacji światła.

2. Polaryzacja przez odbicie. Jeśli naturalny promień światła pada na czarną wypolerowaną powierzchnię, to odbity promień jest częściowo spolaryzowany. Jako polaryzator i analizator można zastosować zwierciadlane lub dość dobrze wypolerowane zwykłe szyby okienne, z jednej strony czernione lakierem asfaltowym Stopień polaryzacji jest tym większy, im bardziej poprawny jest kąt padania. W przypadku szkła kąt padania wynosi 57 °.

3. Polaryzacja poprzez odrzucenie. Wiązka światła jest spolaryzowana nie tylko po odbiciu, ale także po odbiciu

refrakcja. W tym przypadku stos jest używany jako polaryzator i analizator.

ułożone razem 10-15 cienkich szklanych płytek, umieszczonych na padających promieniach światła pod kątem 57 °.

Nicolas pryzmat (skr. nicole) jest urządzeniem polaryzacyjnym opartym na efekcie dwójłomności i całkowitego wewnętrznego odbicia Pryzmat Nicolasa to dwa identyczne trójkątne pryzmaty wykonane z islandzkiego drzewca sklejonego cienką warstwą balsamu kanadyjskiego. Pryzmaty są frezowane tak, że powierzchnia czołowa jest fazowana pod kątem 68 ° względem kierunku przepuszczanego światła, a sklejone boki tworzą z końcami kąt prosty. W tym przypadku oś optyczna kryształu ( AB) znajduje się pod kątem 64 ° do kierunku światła.

Pełny otwór polaryzacyjny pryzmatu wynosi 29 °. Cechą pryzmatu jest zmiana kierunku wychodzącej wiązki, gdy pryzmat się obraca, na skutek załamania fazowanych końców pryzmatu. Pryzmat nie może być użyty do polaryzacji promieniowania ultrafioletowego, gdyż balsam kanadyjski pochłania światło ultrafioletowe.Światło o dowolnej polaryzacji przechodząc przez koniec pryzmatu doświadcza dwójłomności, rozszczepiając się na dwa promienie - zwykły o poziomej płaszczyźnie polaryzacji ( AO) i niezwykłe, z pionową polaryzacją ( AE). Następnie zwykły promień doświadcza całkowitego wewnętrznego odbicia na płaszczyźnie klejenia i wychodzi przez powierzchnię boczną. Niezwykłość wychodzi bez przeszkód przez przeciwległy koniec pryzmatu.

Prawo Brewstera to prawo optyki, które wyraża zależność między współczynnikiem załamania światła a kątem, pod jakim światło odbite od interfejsu będzie całkowicie spolaryzowane w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny padania, a załamana wiązka jest częściowo spolaryzowana w płaszczyźnie padania, a polaryzacja załamanego promienia sięga największą wartość... Łatwo jest ustalić, że w tym przypadku promienie odbite i załamane są wzajemnie prostopadłe. Nazywa się odpowiedni kąt brewster's corner.

To optyczne zjawisko zostało nazwane na cześć szkockiego fizyka Davida Brewstera, który odkrył je w 1815 roku.

Prawo Brewstera :, gdzie n 12 jest współczynnikiem załamania światła drugiego ośrodka względem pierwszego, Br - kąt padania (kąt Brewstera).

Po odbiciu od jednej płytki pod kątem Brewstera, natężenie światła spolaryzowanego liniowo jest bardzo niskie (około 4% natężenia wiązki padającej). Dlatego w celu zwiększenia intensywności odbitego światła (lub polaryzacji światła wpadającego do szkła, w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny padania) stosuje się kilka zespolonych płyt, złożonych w stos - stopę Stoletowa. Łatwo jest prześledzić, co dzieje się na rysunku. Niech promień światła padnie na stopę. Pierwsza płyta będzie odbijać w pełni spolaryzowaną wiązkę (około 4% pierwotnej intensywności), druga płyta będzie również odbijać w pełni spolaryzowaną wiązkę (około 3,75% pierwotnej intensywności) i tak dalej. W tym przypadku wiązka wychodząca z dolnej części stopy będzie coraz bardziej polaryzować się w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny padania w miarę dodawania płytek. pełne załamanie ma zasadnicze znaczenie dla komunikacji radiowej: większość anten biczowych emituje fale spolaryzowane pionowo. Tak więc, jeśli fala uderzy w interfejs (ląd, wodę lub jonosferę) pod kątem Brewstera, nie będzie fali odbitej, a zatem nie będzie kanału.

Prawo malusów to zależność natężenia światła spolaryzowanego liniowo po przejściu przez polaryzator od kąta między płaszczyznami polaryzacji padającego światła i polaryzatora, gdzie ja 0 - natężenie światła padającego na polaryzator, ja - natężenie światła wychodzącego z polaryzatora Światło o innej (nie liniowej) polaryzacji można przedstawić jako sumę dwóch liniowo spolaryzowanych składowych, do których stosuje się prawo Malusa. Zgodnie z prawem Malusa, natężenie przepuszczanego światła jest obliczane we wszystkich urządzeniach polaryzacyjnych, na przykład w polaryzacyjnych fotometrach i spektrofotometrach. Straty odbicia, które zależą od prawa Malus i nie są przez nie uwzględniane, są określane dodatkowo.

Substancje optycznie czynne , środowiska z naturalnymi aktywność optyczna... O.-a. w. są podzielone na 2 typy. Te należące do pierwszej z nich są aktywne optycznie w dowolnym stanie skupienia (cukry, kamfora, kwas winowy), do drugiej są aktywne tylko w fazie krystalicznej (kwarc, cynober). W substancjach I typu aktywność optyczna wynika z asymetrycznej budowy ich cząsteczek, II typu - ze specyficznej orientacji cząsteczek (jonów) w komórkach elementarnych kryształu (asymetria pola sił, które wiążą cząsteczki w sieci krystalicznej). Kryształy O.-a. w. zawsze istnieją w dwóch formach - prawej i lewej; w tym przypadku krata prawego kryształu jest lustrzanie symetryczna do sieci lewego kryształu i nie może być z nią przestrzennie łączona (tak zwane formy enancjomorficzne, patrz ryc. Enancjomorfizm). Aktywność optyczna prawej i lewej formy O. - a. w. Kryształy typu 2 mają różne znaki (i są równe pod względem wartości bezwzględnej w tych samych warunkach zewnętrznych); dlatego nazywane są antypodami optycznymi (czasami jest to również nazwa kryształów typu 1 ).

Rotacja płaszczyzny polaryzacji światło - zjednoczone wspólną fenomenologią. przejaw grupy efektów polegających na skręcaniu płaszczyzna polaryzacjifale poprzeczne w wyniku interakcji z ośrodkiem anizotropowym. Naib. skutki związane z V.p. są dobrze znane. światło, chociaż podobne zjawiska obserwuje się w innych obszarach widma e-magn. fale (w szczególności w zakresie mikrofalowym), a także w akustyce, fizyce cząstek elementarnych itp. p.p. wynika zwykle z różnicy współczynników. załamanie ośrodka dla dwóch fal spolaryzowanych kołowo (w prawym i lewym kółku) (tzw. anizotropia kołowa) i opisywane jest w ogólnym przypadku przez tensor osiowy drugiego rzędu, łączący wektor osiowy kąta obrotu płaszczyzny polaryzacji z wektorem fali biegunowej. W ośrodku z tylko anizotropią kołową falę spolaryzowaną liniowo można rozłożyć na dwie normalne fale spolaryzowane kołowo o równej amplitudzie (patrz. Normalne fluktuacje) różnica faz między nimi wyznacza azymut płaszczyzny polaryzacji fali całkowitej. W ośrodkach jednorodnych z anizotropią kołową kąt VF zależy liniowo od długości drogi w ośrodku. Anizotropia kołowa może być zarówno naturalna (spontaniczna, nieodłączna od ośrodka w stanie niezakłóconym), jak i sztuczna, indukowana zewnętrznie. wpływ. W drugim przypadku asymetria kołowa może wynikać z asymetrii działania zakłócającego lub połączonych właściwości symetrii ośrodka i zaburzenia

Kąt obrotu. Wiązka światła może być naturalna i spolaryzowana. W naturalnym promieniu światła wektor zmienia się w nieuporządkowany sposób.

Z kolei spolaryzowane promienie światła dzielą się na liniowo spolaryzowane, gdy oscylacje zachodzą w linii prostej prostopadłej do promienia; spolaryzowane kołowo, gdy koniec wektora opisuje okrąg w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku wiązki i spolaryzowany eliptycznie, w którym oscylacje są eliptyczne.

Płaszczyzna, w której występują drgania wiązki spolaryzowanej w płaszczyźnie, nazywana jest płaszczyzną oscylacji.

Płaszczyzna przechodząca przez kierunek wiązki spolaryzowanej i prostopadła do płaszczyzny drgań nazywana jest płaszczyzną polaryzacji.

Fale świetlne za pomocą urządzeń polaryzujących (polaroid, płytka turmalinu, nicole itp.) Można spolaryzować.