Как найти полезное увеличение микроскопа формула

Полезное увеличение микроскопа

Полезное увеличение
микроскопа ограничено его разрешающей
способностью и разрешающей способностью
глаза.

Разрешающая
способность глаза характеризуется
наименьшим углом зрения, при котором
человеческий глаз еще различает раздельно
две точки предмета. Она лимитируется
дифракцией на зрачке и расстоянием
между светочувствительными клетками
сетчатки. Для нормального глаза наименьший
угол зрения равен 1 минуте. Если предмет
находится на расстоянии наилучшего
зрения 25 см, то этот угол соответствует
предмету размером 70 мкм. Данную величину
считают пределом разрешения невооруженного
глаза Z_r
на расстоянии наилучшего зрения. Однако
показано, что оптимальная величина Z_r
равна 140-280 мкм. При этом глаз испытывает
наименьшее напряжение.

Полезным увеличением
микроскопа называют его максимальное
увеличение, при котором глаз еще в
состоянии различать детали, равные по
величине пределу разрешения микроскопа.

Линейное увеличение
микроскопа равно отношению величины
изображения предмета, расположенного
на расстоянии наилучшего зрения к
величине самого предмета ( см. формулу
1). Если за размер предмета примем предел
разрешения микроскопа Z,
а за размер изображения предел разрешения
невооруженного глаза на расстоянии
наилучшего зрения Z_r,
то получим формулу полезного увеличения
микроскопа

(10)

Подставляя в эту
формулу Z
из выражения (9). Получим

(11)

Подставив в формулу
(11) длину волны света 555 нм (55510^-9
м), оптимальные величины пределов
разрешения глаза 140-280 мкм (140-28010^-6
м) и найдем интервал значений полезного
увеличения микроскопа

500
А 
К_п

1000 А .

Например, при
использовании лучших иммерсионных
объективов с числовой апертурой 1,43
полезное увеличение будет составлять
700-1400, отсюда видно, что конструировать
оптические микроскопы с большим
увеличением нецелесообразно. Однако в
настоящее время этот вопрос потерял
свою остроту в связи с широким
использованием в биологии и медицине
электронного микроскопа, обеспечивающего
увеличение до 600000, а предел разрешения
до 0,1 нм.

НЕКОТОРЫЕ
РАСПРОСТРАНЕННЫЕ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ
ОПТИЧЕСКОЙ
МИКРОСКОПИИ

1. Метод светлого
   поля в проходящем свете.

Наиболее
распространенный метод для исследования
прозрачных окрашенных и неокрашенных
объектов. Объект освещается снизу и
выглядит цветным на светлом поле.
Контраст изображения тем больше, чем
большим поглощением в видимой области
спектра обладают различные участки
объекта.

1. Метод темного
   поля в проходящем свете.

Применяется для
наблюдения прозрачных окрашенных и
неокрашенных объектов. В объектив
попадает только свет, рассеянный
элементами структуры препарата. На
темном поле получают светлое изображение;
благодаря большой контрастности
отдельные детали видны лучше, чем при
методе светлого поля.

1. Методы светлого
   и темного поля в отраженном свете.

Используются
для изучения непрозрачных объектов.

1. Интерференционная
   микроскопия.

Служит для получения
изображения прозрачных и бесцветных
объектов, живых и фиксированных, не
видимых при наблюдении по методу светлого
поля. При этой методике наблюдается
интерференционная картина, получаемая
в результате соединения двух когерентных
лучей, один из которых проходит через
объект, а другой — мимо него.

1. Поляризационная
   микроскопия.

Используется для
наблюдения в поляризованном свете
объектов, обладающих оптической
анизотропией.

1. Люминесцентная
   микроскопия.

Позволяет выявить
люминесцирующие структуры.

1. Ультрафиолетовая
   микроскопия.

См. раздел
«Разрешающая способность микроскопа».

1. Стереоскопическая
   микроскопия.
   Позволяет получить объемное изображение.
   Специальные стереомикроскопы используются
   при проведении микрохирургических
   операций.

1. Микрофотография.

Методика
фотографирования изображения, полученного
с помощью микроскопа.

Увеличение микроскопа оптического формула расчета, как вычислить, определить коэффициент, посчитать сколько крат

При выборе микроскопа для исследований в различных отраслях науки, первой задачей стоит определиться, какой диапазон увеличений микроскопа необходим.

Определить увеличение оптического микроскопа не сложно, необходимо перемножить между собой увеличения всех оптических компонентов (объективы, окуляры, промежуточные адаптеры).

Промежуточные адаптеры располагаются между корпусом микроскопа (трансфокатором) и тубусом микроскопа.

На примере стереоскопического микроскопа Olympus SZX7 разберем, как посчитать диапазон увеличений микроскопа.

При использовании окуляров с увеличением 10х, объектива 1х и трансфокатора с переменным увеличением 0.8х – 5.6х получим:

·         10 * 1 * 0.8 = 8 крат (минимальное увеличение)

·         10 * 1 * 5.6 = 56 крат (максимальное увеличение)

Так же существует понятие, как полезное увеличение.

Полезное увеличение – это видимое увеличение, при котором глаз наблюдателя будет полностью использовать разрешающую способность микроскопа (то есть разрешающая способность микроскопа будет такая же, как и разрешающая способность глаза).

Диапазон полезного увеличения микроскопа можно посчитать, подставив в следующее неравенство значение числовой апертуры используемого объектива:

500 А < Г < 1000 A

где А – апертура объектива, Г – полезное увеличение микроскопа.

Ознакомиться с ценами и купить  микроскопы можно в нашем каталоге товаров.

Полезное и бесполезное увеличение микроскопа один из принципиальных вопросов для любого микроскописта. Тем более сегодня на рынке представлено великое множество оптических биологических микроскопов, порой с большими увеличениями от 1.000 крат и выше. Насколько эффективно может быть такое увеличение, например, у школьных моделей? Стоит ли гнаться за большими и максимальными увеличениями? В каких случаях это целесообразно. И где больше производители использую маркетинговых уловок?

Разрешающая способность оптического микроскопа (D) зависит от длины волны света (λ), числовой апертуры объектива (a) и здесь работает следующая формула D = λ ÷ a. Исходя из данной формулы можно заметить следующее — чем больше апертура объектива и короче длинна волны используемого для освещения препарат света, тем большая разрешающая способность всей оптической системы, а это значит, можно будет выявить более тонкие структуры у исследуемого образца.

На практике большинство школьных, учебных и лабораторных микроскопов рассчитаны на работу в видимой, средней длиной волны λ = 0.5 мкм, что соответствует разрешению 0.4 мкм для самого «сильного» объектива 100Х (апертура 1.25), например, у микроскопа Микромед Р-1 (лабораторный микроскоп начального уровня) или разрешению 0.8 мкм для школьного микроскопа — объектив 40Х, апертура 0.65 (например, модель Микромед C 12).

Минимальное и максимальное полезное увеличение микроскопа

При стандартной длине тубуса (160 мм) увеличение микроскопа определяется по формуле = (кратность объектива) × (кратность окуляра). Т.е. если Вы в данный момент времени поставили объектив с кратностью 10Х и окуляр с кратностью 16Х, общее увеличение микроскопа составит 160Х.

Рис 1. Обозначения стандартного объектива микроскопа.

Для максимального использования разрешающей способности конкретного объектива Вы должны подобрать такое увеличение, которое будет находится в пределах 500-1000 кратного значения числовой апертуры. Т.е., чтобы определить минимальное полезное увеличение микроскопа при работе с конкретным объективом, Вам нужно 500 умножить на числовую апертуру, указанную на объективе или для определения максимального допустимого увеличения, просто умножьте числовую апертуру на 1000.

Рис 2. Минимальные и максимальные значения увеличений микроскопов при использовании наиболее распространенных объективов.

Работа на увеличениях, меньше указанных значений не позволит реализовать разрешающую способность объектива в полной мере, а использование увеличений больше допустимых нецелесообразно, т.к. не выявит новых деталей объекта (при этом изображение может быть более темных и менее четким и контрастным).

Именно по этой причине будьте внимательны при выборе микроскопа и дополнительных окуляров к ним. Не нужно гнаться за максимальными увеличениями, т.к. положительного эффекта это не приносит — Вы не сможете различить больше новых деталей, а качество изображения при этом снижается. Практически все школьные микроскопы имеют в комплекте 40Х объектив с числовой апертурой 0.65, что соответствуем максимальному полезному увеличению в 650Х, а линза Барлоу, если она идет в комплекте (заявленное увеличение такого микроскопа достигает 1.280Х или 800Х) — бесполезна. Линза Барлоу в школьных микроскопах реально вносит свои аберрации, ухудшающие качество изображения. Мы проводили много раз эксперимент на разных школьных микроскопах с линзой Барлоу — без нее тот же микроскоп показывает четкую картинку со своими родными окулярами, с ней же изображение становиться не таким детализованным, скорее размытым. Т.е. во многих школьных микроскопах производители используют маркетинговых ход — покупатель видит большие цифры и покупает.

В некоторых случаях, при профессиональном применении микроскопа, разумно использовать увеличения, больше предельно допустимого, например, при измерениях и подсчетах.

Используемая литература:

Ромейс Б. — Микроскопическая техника — 1953

Каким же именно образом формируется увеличение в микроскопе? Суммарное увеличение микроскопа определяется довольно просто, а именно, как произведение увеличений окуляры и объектива:

Увеличение микроскопа = (Увелич. окуляра)*(Увелич. объектива)

Казалось бы, что по этой формуле мы можем получить увеличения, гораздо превышающие 1000 крат, почему же современные учебные микроскопы не обладают такими увеличениями? Все очень просто, дело в разрешающей способности (апертуре объектива), о которой мы говорили ранее. Чтобы узнать максимальное полезное увеличение микроскопа нужно числовую апертуру умножить на 1000. Например, с объективом с числовой апертурой 0,25 максимальное полезное увеличение 250 крат. По этой причине, выбирая микроскоп, не следует гнаться за высоким увеличением, т.к. оно может иметь большое значение, но давать плохое изображения, ввиду того, что микроскоп будет работать за пределами разрешающей способности объектива.

Полезное увеличение — микроскоп

Cтраница 2

Значения увеличений Г микр, которые удовлетворяют этому неравенству, носят название полезного увеличения микроскопа. Обычно радиус зрачка выхода микроскопа не должен быть меньшим 0 25 мм и не большим 0 5 мм. Если радиус зрачка выхода микроскопа будет меньше 0 25 мм, то произойдет снижение резкости изображения; при радиусе, большем 0 5 мм, зрачок глаза вследствие большой яркости изображения уменьшается до размера 2 мм и станет примерно равным диаметру выходного зрачка микроскопа. При повороте головы наблюдателя произойдет диафрагмирование световых пучков.
 [16]

Учитывая наличие предела разрешения микроскопа и предела разрешения глаза, вводят понятие полезного увеличения микроскопа.
 [17]

Чтобы полностью использовать разрешающую способность микроскопа, определяемую формулой (2.56), необходимо иметь соответствующее полезное увеличение микроскопа.
 [18]

Однако Гельмгольц установил, что еще больше на качество изображения в микроскопе влияет дифракция, устанавливающая предел полезному увеличению микроскопа.
 [19]

При освещении объекта белым светом длину волны К считают равной 0 555 мкм, так как глаз к ней наиболее чувствителен. Таким образом, полезное увеличение микроскопа обычно находится в интервале 500 ДГ1000 А.
 [20]

Хотя при наилучших условиях освещения и нормальной остроте зрения глаз человека способен различить частицу, видимые размеры которой составляют около 0 1 мм ( при этом угол зрения равен всего Г), чтобы измерить частицу, размер ее должен быть не менее 0 5 мм. Поэтому задача выбора полезного увеличения микроскопа заключается в том, чтобы подбором соответствующих объектива и окуляра получить в поле зрения микроскопа изображение частицы с поперечным размером, превышающим 0 5 мм. Из приведенного выше выражения для определения полезного увеличения микроскопа следует, что основную роль играет апертура применяемого объектива.
 [21]

Для полного использования разрешающей способности микроскопа его увеличение рассчитывается так, чтобы расстояние между изображениями двух еще разрешаемых точек отчетливо воспринималось глазом. Соответствующее увеличение микроскопа равно 500 — 7 — 1000) А и называется полезным увеличением микроскопа. Повышение увеличения больше 1000А путем применения более сильных окуляров нецелесообразно, так как не выявляет никаких новых подробностей структуры препарата, приводит к уменьшению освещенности и несколько ухудшает качество изображения. Одной из причин этого является следующее.
 [22]

Таким образом, оптимальное полезное увеличение микроскопа должно прежде всего обеспечивать разрешение исследуемого препарата при необходимых величинах поля зрения и глубины резкости и не допускать снижения качества изображения, вызываемого пустым увеличением. Выбирая комбинацию объектив — окуляр, следует ориентироваться на получение желаемого разрешения с помощью объективов с большей апертурой и окуляров с меньшим увеличением, которые в паре дадут общее увеличение, не выходящее за границы верхнего и нижнего полезного увеличения микроскопа. Сильные окуляры используют, как правило, со слабыми объективами, в сочетании со средними и сильными объективами они дают изображение более плохого качества.
 [23]

Оптимальным является увеличение, позволяющее рассмотреть у изображения все необходимые детали. Полезное увеличение микроскопа достигает 200000х, однако таким увеличением редко приходится пользоваться, так как оно не позволяет получить четкого и контрастного изображения. При исследовании вяжущих веществ и вообще строительных материалов обычно пользуются увеличениями до 15000х, причем реплики изучают при меньших увеличениях, чем суспензии.
 [25]

Это свойство крайне ценно для люминесцентной микроскопии, особенно при больших увеличениях, когда важно полное использование света. Следовательно, в пределах полезного увеличения микроскопа, яркость люминесценции препарата заметно возрастает при микроскопи-ровании с большими объективами, особенно иммерсионными.
 [27]

Хотя при наилучших условиях освещения и нормальной остроте зрения глаз человека способен различить частицу, видимые размеры которой составляют около 0 1 мм ( при этом угол зрения равен всего Г), чтобы измерить частицу, размер ее должен быть не менее 0 5 мм. Поэтому задача выбора полезного увеличения микроскопа заключается в том, чтобы подбором соответствующих объектива и окуляра получить в поле зрения микроскопа изображение частицы с поперечным размером, превышающим 0 5 мм. Из приведенного выше выражения для определения полезного увеличения микроскопа следует, что основную роль играет апертура применяемого объектива.
 [28]

При работе с микроскопом необходимо знать полезное увеличение данного прибора. Человеческий глаз также является оптическим прибором и имеет разрешаемое расстояние, в среднем равное 0 2 мм. Очевидно, разделив это значение на разрешаемое расстояние микроскопа, можно получить полезное увеличение микроскопа.
 [29]

Полезное увеличение микроскопов связано с разрешающей способностью глаза и прибора. Для глаза это расстояние k равно 0 1 — 0 3 мм. Разрешающая способность микроскопа ( расстояние d) и разрешающая способность глаза ( расстояние k) связаны соотношением dMk, где М — полезное увеличение микроскопа.
 [30]

Страницы:  

   1

   2

   3