Mikroskopun həlledici məsafəsi adlanır. Mikroskop və mikroskopik tədqiqat üsulları

Məqsədləri və göz qapaqları ümumi 1500-2000 və daha çox böyütmə verəcək optik mikroskoplar yaratmaq texniki cəhətdən mümkündür. Bununla belə, bu qeyri-mümkündür, çünki obyektin incə detallarını ayırd etmək qabiliyyəti difraksiya hadisələri ilə məhdudlaşır. Nəticədə, obyektin ən kiçik detallarının təsviri kəskinliyini itirir, təsvirin və obyektin həndəsi oxşarlığının pozulması baş verə bilər, qonşu nöqtələr birinə birləşir və təsvir tamamilə yox ola bilər. Buna görə optikada mikroskopun keyfiyyətini xarakterizə edən aşağıdakı anlayışlar var:

Mikroskopun həlli- mikroskopun baxılan obyektin incə detallarının ayrıca təsvirini vermək xüsusiyyəti.

Çözünürlük həddi mikroskop altında ayrı-ayrılıqda görünən iki nöqtə arasındakı ən kiçik məsafədir.

Rezolyusiya həddi nə qədər aşağı olarsa, mikroskopun ayırdetmə qabiliyyəti bir o qədər yüksək olar!

Çözünürlük həddi mikroskop altında slaydda fərqlənə bilən ən kiçik detalı diktə edir.

Mikroskopun ayırdetmə nəzəriyyəsi Yenadakı zavodun direktoru K.Zeys, professor-optik E.Abbe (1840-1905) tərəfindən hazırlanmışdır. Ən sadə mikropreparat kimi o, difraksiya barmaqlığını götürdü (şək. 2), mikroskopda təsvirin əmələ gəlmə mexanizmini öyrəndi və aşağıdakıları göstərdi.

Konsepsiyanı təqdim edirik diyafram bucağı- bu, obyektin ortasından linzaya daxil olan konusvari işıq şüasının həddindən artıq şüaları arasındakı bucaqdır (şəkil 3, A). Təsvir yaratmaq, yəni obyekti həll etmək üçün lensin ən azı bir tərəfdən yalnız sıfır və birinci dərəcəli maksimumlar təşkil edən şüalar alması kifayətdir (şək. 2 və 3, b). Daha çox sayda maksimumlardan şüaların təsvirinin formalaşmasında iştirak təsvirin keyfiyyətini, onun kontrastını artırır. Buna görə də, bu maksimumları meydana gətirən şüalar obyektivin apertura bucağı daxilində olmalıdır.

a B C D)

1 - obyektiv ön lens, 2 - obyektiv

Beləliklə, əgər obyekt dövr ilə difraksiya ızgarasıdırsa d və işıq normal olaraq üzərinə düşür (şək. 2 və 3, b), onda hər iki tərəfdə sıfır və birinci dərəcələrin maksimumunu təşkil edən şüalar mütləq şəkildə təsvirin formalaşmasında iştirak etməlidirlər və j 1 bucağı birinci dərəcəli maksimumu təşkil edən şüaların əyilmə bucağıdır, müvafiq olaraq, ifrat halda, bucağa bərabər olmalıdır U/2.

Periyodu daha kiçik olan qəfəs götürsək d', onda j' 1 bucağı bucaqdan böyük olacaq U/2 və şəkil görünməyəcək. Beləliklə, şəbəkə dövrü d mikroskopun qətnaməsindən kənarda götürülə bilər Z. Sonra, difraksiya ızgarasının düsturundan istifadə edərək, yazırıq k=1:

Əvəz olunur d haqqında Z, və j 1 açıqdır U/2, alırıq

. (6)

Mikroskopiya zamanı işıq şüaları müxtəlif bucaqlarda obyektə düşür. Şüaların əyri düşməsi ilə (Şəkil 3, G) ayırdetmə həddi azalır, çünki təsvirin formalaşmasında yalnız bir tərəfdən sıfır və birinci dərəcəli maksimumlar təşkil edən şüalar iştirak edəcək və j 1 bucağı apertura bucağına bərabər olacaqdır. U. Hesablamalar göstərir ki, bu halda qətnamə həddi üçün formula aşağıdakı formanı alır:

. (7)

Cisimlə linza arasındakı boşluq sınma əmsalı olan immersion mühitlə doldurularsa n, havanın sınma indeksindən böyükdür, onda işığın dalğa uzunluğu l n= l ¤ n. Bu ifadəni ayırdetmə həddi (7) düsturu ilə əvəz edərək əldə edirik

, və ya . (8)

Beləliklə, düstur (7) quru lensli mikroskop üçün, düstur (8) isə immersion lensli mikroskop üçün ayırdetmə həddini müəyyən edir. Dəyərlər sin 0.5 U Və n× sin0.5 U bu düsturlarda lensin ədədi diyaframı adlanır və hərflə işarələnir A. Bunu nəzərə alaraq, mikroskopun ayırdetmə həddi üçün düstur ümumiyyətlə aşağıdakı kimi yazılır:

(8) və (9) düsturlarından göründüyü kimi, mikroskopun ayırdetmə qabiliyyəti işığın dalğa uzunluğundan, apertura bucağının qiymətindən, linza ilə obyekt arasındakı mühitin sındırma göstəricisindən, düşmə bucağından asılıdır. cismin üzərindəki işıq şüalarının, lakin bu, göz qapağının parametrlərindən asılı deyil. Okayar yoxdur əlavə informasiya obyektin strukturu haqqında məlumat vermir, təsvirin keyfiyyətini yüksəltmir, yalnız aralıq təsviri artırır.

Mikroskopun həlletmə qabiliyyəti immersion istifadə edərək və işığın dalğa uzunluğunu azaltmaqla yaxşılaşdırıla bilər. Daldırmadan istifadə edərkən ayırdetmə qabiliyyətinin artması aşağıdakı kimi izah edilə bilər. Əgər linza ilə obyekt (quru lens) arasında hava varsa, o zaman işıq şüası, qapaq şüşəsindən havaya, daha aşağı sınma indeksinə malik bir mühitə keçərkən, refraksiya nəticəsində istiqamətini əhəmiyyətli dərəcədə dəyişir, buna görə də daha az şüalar linzaya daxil olun. Kırılma əmsalı təxminən şüşənin sınma əmsalına bərabər olan daldırma mühitindən istifadə edərkən mühitdə şüaların gedişində dəyişiklik müşahidə olunmur və linzaya daha çox şüa daxil olur.

Daldırma mayesi kimi su alınır ( n=1,33), sidr yağı ( n\u003d 1.515) və s. Maksimum diyafram bucağı y olarsa müasir linzalar 140 0-a çatır, sonra quru lens üçün A=0,94 və yağa batırılmış obyektiv üçün A=1,43. Hesablamada gözün ən həssas olduğu işıq dalğa uzunluğu l = 555 nm istifadə edilərsə, quru lensin ayırdetmə həddi 0,30 µm, yağa daldırma ilə isə 0,19 µm olacaqdır. Rəqəmsal diyaframın dəyəri lens barelində göstərilir: 0,20; 0,40; 0,65 və s.

İşığın dalğa uzunluğunu azaltmaqla optik mikroskopun ayırdetmə qabiliyyətini artırmaq ultrabənövşəyi radiasiyadan istifadə etməklə əldə edilir. Bunun üçün kvars optikası olan xüsusi ultrabənövşəyi mikroskoplar və obyektləri müşahidə etmək və fotoşəkil çəkmək üçün cihazlar mövcuddur. Bu mikroskoplar görünən işığın təxminən yarısı dalğa uzunluğuna malik işıqdan istifadə etdikləri üçün onlar 0,1 µm kimi kiçik nümunə strukturlarını həll edə bilirlər. Ultrabənövşəyi mikroskopiyanın başqa bir üstünlüyü var - ondan ləkələnməmiş preparatları yoxlamaq üçün istifadə edilə bilər. Əksər bioloji obyektlər görünən işığa qarşı şəffafdır, çünki onu udmurlar. Bununla belə, onlar ultrabənövşəyi bölgədə seçici udma qabiliyyətinə malikdirlər və buna görə də ultrabənövşəyi işıqda asanlıqla görünürlər.

Elektronun hərəkəti zamanı dalğa uzunluğu işığın dalğa uzunluğundan 1000 dəfə kiçik olduğu üçün elektron mikroskop ən yüksək ayırdetmə qabiliyyətinə malikdir.

Faydalı mikroskop böyütmə onun həlli və gözün həlli ilə məhdudlaşır.

Gözün həlledici gücü, insan gözünün hələ də bir obyektin iki nöqtəsini ayrı-ayrılıqda ayırdığı ən kiçik baxış bucağı ilə xarakterizə olunur. O, göz bəbəyindəki difraksiya və retinanın işığa həssas hüceyrələri arasındakı məsafə ilə məhdudlaşır. Normal bir göz üçün ən kiçik baxış bucağı 1 dəqiqədir. Əgər obyekt ən yaxşı görmə məsafəsindədirsə - 25 sm, onda bu bucaq 70 mikron ölçüsünə malik bir obyektə uyğun gəlir. Bu dəyər çılpaq gözün ayırdetmə həddi hesab olunur. Zrən yaxşı baxış məsafəsində. Bununla belə, optimal dəyər olduğu göstərilmişdir Zr 140-280 mikrona bərabərdir. Bu vəziyyətdə göz ən az stress yaşayır.

Mikroskopun faydalı böyüdülməsi Gözün hələ də mikroskopun ayırdetmə həddinə bərabər olan detalları ayırd edə bildiyi maksimum böyüdülməsi adlanır.

Mikroskopun xətti böyüdülməsi ən yaxşı görmə məsafəsində yerləşən obyektin şəklinin ölçüsünün obyektin özünün ölçüsünə nisbətinə bərabərdir (düstur 1-ə baxın). Əgər cismin ölçüsü kimi mikroskopun ayırdetmə həddini götürsək Z, və şəkil ölçüsü üçün - ən yaxşı görmə məsafəsində çılpaq gözün ayırdetmə həddi Zr, onda mikroskopun faydalı böyüdülməsi üçün düstur alırıq:

Bu düsturla əvəz edilməsi Z(9) ifadəsindən əldə edirik

. (11)

Düsturda (11) işığın dalğa uzunluğunu 555 nm (555 × 10 -9 m), gözün ayırdetmə hədlərinin optimal dəyərlərini 140-280 μm (140-280 × 10 -6 m) əvəz edərək, biz mikroskopun faydalı böyütmə intervalını tapın

500 A < TO P< 1000 A .

Məsələn, ədədi diyaframı 1,43 olan ən yaxşı daldırma obyektivlərindən istifadə edərkən faydalı böyütmə 700-1400 olacaq ki, bu da yüksək böyüdücü optik mikroskopların layihələndirilməsinin məqsədəuyğun olmadığını göstərir. Lakin hazırda 600.000-ə qədər böyütməni və 0,1 nm-ə qədər ayırdetmə limitini təmin edən elektron mikroskopun biologiyada və tibbdə geniş tətbiqi səbəbindən bu məsələ aktuallığını itirmişdir.

Mikroskop optik alət kimidir. Mikroskopun ayırdetmə qabiliyyəti.

Mikroskop (mikro... və yunanca skopeo - baxıram) adi gözlə görünməyən, tədqiq olunan çox kiçik obyektin xeyli böyüdülmüş görüntüsünü əldə etmək üçün optik cihazdır. Mikroskopdan istifadə edərək, ölçüləri gözün həlledici gücündən kənarda olan obyektin strukturunun kiçik detallarını görə bilərsiniz.

İnsan gözü müəyyən bir qətnamə ilə xarakterizə olunan təbii bir optik sistemdir. Optik sistemin ayırdetmə qabiliyyəti müşahidə olunan obyektin elementləri arasında ən kiçik məsafədir, bu zaman bu elementləri hələ də bir-birindən ayırmaq olar (obyektin elementləri dedikdə, biz nöqtələri və ya xətləri nəzərdə tuturuq).

Obyekt 250 mm olan ən yaxşı görmə məsafəsindədirsə, normal insan gözü üçün minimum ayırdetmə təqribən 0,1 mm, bir çox insanlar üçün isə təxminən 0,2 mm-dir. Təxminən bu insan saçının qalınlığına uyğundur. Bitki və heyvan hüceyrələri, kiçik kristallar, metalların və ərintilərin mikro strukturunun detalları və s. kimi obyektlərin ölçüləri 0,1 mm-dən çox kiçikdir. Belə obyektlərə mikroobyektlər deyilir. Müxtəlif tipli mikroskoplar belə obyektləri müşahidə etmək və öyrənmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Mikroskopun köməyi ilə mikro obyektlərin forması, ölçüsü, quruluşu və bir çox başqa xüsusiyyətləri müəyyən edilir. Optik mikroskop 0,20 μm-ə qədər elementlər arasında məsafə olan strukturları ayırd etməyə imkan verir, yəni. belə bir mikroskopun ayırdetmə qabiliyyəti təxminən 0,20 µm və ya 200 nm-dir.

Mikroskopun ayırdetmə qabiliyyəti haqqında danışarkən, onlar insan gözünün ayırdetmə qabiliyyəti ilə yanaşı, bir-birinə yaxın olan iki obyektin ayrıca təsvirini nəzərdə tuturlar. Bununla belə, qətnamə və böyütmə eyni şey olmadığını başa düşməlisiniz. Məsələn, istifadə edirsinizsə vizuallaşdırma sistemləri bir işıq mikroskopundan 0,20 mikrondan az məsafədə yerləşən iki xəttin fotoşəkillərini əldə etmək üçün (yəni mikroskopun ayırdetmə qabiliyyətindən az), onda təsviri necə böyütsək də, xətlər yenə də birləşəcək. Bunlar. biz böyük bir böyütmə əldə edə biləcəyik, lakin onun həllini yaxşılaşdırmayacağıq. Mikroskopun ümumi böyüdülməsi obyektivinin xətti böyüdülməsi ilə okulyarın bucaq böyüdülməsinin məhsuluna bərabərdir. Böyütmə dəyərləri obyektivlərin və göz qapaqlarının çərçivələrinə həkk olunub. Düz sahə mikroskopunu nəzərdən keçirək (stereoskopik deyil). Bunlar bioloji mikroskoplar, metalloqrafik, polarizasiyadır. Tipik olaraq, belə bir mikroskopun linzaları 4 ilə 100 dəfə, göz qapaqları isə 5 ilə 16 arasında böyüyür. Buna görə də, optik mikroskopun ümumi böyüdülməsi 20 ilə 1600 dəfə arasında dəyişir. Əlbəttə ki, 1600x-dən çox ümumi böyütmə verəcək bir mikroskopda linzalar və göz qapaqları hazırlamaq və istifadə etmək texniki cəhətdən mümkündür (məsələn, 20x böyüdücü göz qapaqları var ki, onlar 100x obyektivlə birləşdirildikdə nəticə verəcəkdir. 2000x böyütmə). Ancaq bu, adətən praktik deyil. Yüksək böyütmə optik mikroskopiya üçün özlüyündə son deyil. Mikroskopun məqsədi dərmanın strukturunun mümkün olan ən kiçik elementlərinin fərqləndirilməsini təmin etməkdir, yəni. mikroskopun ayırdetmə qabiliyyətini artırmaq üçün. Və işığın dalğa xassələrinə görə bir həddi var. Beləliklə, mikroskopun faydalı və faydasız böyüdülməsi fərqlənir. Faydalı böyütmə obyektin strukturunun yeni təfərrüatlarının aşkar edilməsi, yararsızı isə obyekti yüzlərlə və ya daha çox dəfə artırmaqla obyektin strukturunun yeni detallarının aşkarlana bilməyəcəyi artımdır.

Bir daha rezolyusiya anlayışı üzərində dayanaq. Optik alətlərin həlledici gücü (həmçinin həlledici güc adlanır) bu alətlərin bir-birinə yaxın olan obyektin iki nöqtəsinin ayrı-ayrı təsvirlərini vermək qabiliyyətini xarakterizə edir. Şəkillərin birləşdiyi iki nöqtə arasındakı ən kiçik xətti və ya bucaq məsafəsi xətti və ya açısal ayırdetmə həddi adlanır. Qətnamə limitinin olması mikroskopla əldə etdiyimiz böyütmə seçiminə təsir edir. 1250 dəfəyə qədər böyütmələr faydalı adlanır, çünki onlarla biz obyektin strukturunun bütün elementlərini fərqləndiririk. Bu zaman mikroskopun rezolyasiya baxımından imkanları tükənmiş olur. Bu böyütmə 100x yağa batırma obyektivindən və 12.5x göz qapağından istifadə etməklə əldə edilir (okulyarların faydalı böyüdülməsi 7.5x ilə 12.5x arasında dəyişir). 1250 dəfədən yuxarı böyütmələrdə dərmanın strukturunun yeni təfərrüatları aşkar edilmir. Bununla belə, bəzən belə böyütmələrdən - mikrofotoqrafiyada, şəkilləri ekranda proyeksiya edərkən və bəzi digər hallarda istifadə olunur.

Əhəmiyyətli dərəcədə daha yüksək faydalı böyütmə lazım olduqda, elektron mikroskop istifadə olunur. Bu mikroskop optik mikroskopdan xeyli yüksək ayırdetmə qabiliyyətinə malikdir. Elektron mikroskop- Bu, dərin vakuumda yüksək enerjilərə (30-100 keV və daha çox) sürətlənmiş işıq şüaları əvəzinə elektron şüalarının istifadə edildiyi obyektlərin çoxaldılmış (106 dəfəyə qədər) böyüdülmüş təsvirini müşahidə etmək və fotoşəkil çəkmək üçün cihazdır. şərtlər.

İşıq mikroskoplarının təsnifatı və onların tətbiqi sahələri

Optik sxemin strukturuna görə Birbaşa (obyektiv, burun və göz qapaqları obyektin üstündə yerləşir) və tərs (obyekt təsviri meydana gətirən optik sistemin üstündə yerləşir) mikroskoplar var. Həm də fərqləndirin düz sahə mikroskopları(iki ölçülü təsvirin verilməsi) və stereoskopik mikroskoplar(həcmli - üçölçülü şəkil).

İşıqlandırma yolu ilə mikroskoplar ötürülən işığı (şəkil obyektdən keçən işıq nəticəsində əmələ gəlir) və əks olunan işığı (şəkil cismin səthindən əks olunan işıqdan əmələ gəlir) ayırır.

Mikroskopları da bölmək olar tədqiqat metodları ilə:

Parlaq sahə (açıq fonda daha qaranlıq bir obyekt seçilir);

Qaranlıq sahə (açıq obyekt və ya onun kənar strukturları qaranlıq fonda fərqlənir);

Faza kontrastı (açıq boz fonda tünd boz relyef obyekti müşahidə olunur);

Luminescence (işıqlı obyektlər və ya obyektin hissələri qaranlıq fonda fərqlənir);

Qütbləşmiş işıq (parlaq rəngli müxtəlif rənglər və ya obyektin təsvirinin çalarları).

İşıq mikroskoplarının aşağıdakı tətbiq sahələrini ayırd etmək olar:

Şəffaf obyektlərin laboratoriya bioloji və tibbi tədqiqatları üçün bioloji mikroskoplar. Parlaq sahə, qaranlıq sahə, faza kontrastı, polarizasiya və flüoresan işıq rejimləri mövcuddur.

Laboratoriyalarda və müxtəlif sənaye sahələrində iş əməliyyatları zamanı obyektlərin böyüdülmüş şəkillərini əldə etmək üçün stereoskopik mikroskoplar. O, əks olunan və ötürülən işıqda işləyə bilər. İşıq və qaranlıq sahə rejimləri mövcuddur.

Qeyri-şəffaf obyektlərin tədqiqi üçün elmi və sənaye laboratoriyalarında metaloqrafik mikroskoplar. Yansıtılan işıqda işləyin. Parlaq və qaranlıq sahə rejimləri, faza kontrastı, qütblü işıq mövcuddur.

Elmi və tədqiqat laboratoriyaları üçün polarizasiya mikroskopları ixtisaslaşdırılmış tədqiqat qütbləşmiş işıqda. O, əks olunan və ötürülən işıqda işləyə bilər. İşıq və qaranlıq sahə rejimləri mövcuddur.

Mikroskoplar üçün obyektivlər və göz qapaqları

Mikroskopun linzası - mikrolinza obyektin böyüdülmüş görüntüsünü yaradan mürəkkəb optik sistemdir və mikroskopun əsas və ən vacib hissəsidir. Mikrolens real ters çevrilmiş təsvir yaradır və bu görüntüyə göz qapağı vasitəsilə baxılır.

Linzalar optik xüsusiyyətlərinə və dizaynına görə fərqlənir:

Xromatik aberasiyanın korreksiyası dərəcəsinə görə: akromatlar, apoxromatlar və s.

Təsvirin düzəldilmiş əyriliyi ilə: - planaxromat, planoxromat.

Mikroskop borusunun uzunluğu boyunca - ötürülən işıq üçün 160 mm, əks olunan işıq üçün 190 mm, sonsuzluq - ötürülən və əks olunan işıq üçün;

Daldırma xüsusiyyətlərinə görə: quru sistemlər (immersion olmadan) və daldırma sistemləri.

Apoxromat linzaları akromat linzalardan xromatik aberasiyanın korreksiyası dərəcəsinə görə fərqlənir. Xromatik aberasiya ilə bağlı təsvir qüsurlarının daha yaxşı aradan qaldırılması ilə əlaqədar olaraq, rəngli obyektlərin (ləklənmiş kəsiklər, mikroorqanizmlər və s.) müşahidəsi zamanı əldə edilən təsvirin keyfiyyəti, xüsusilə yüksək böyütmələrdə apoxromatlardan istifadə zamanı xeyli yüksək olur. Apoxromatlar, eləcə də yüksək böyüdücü akromatlar kompensasiyaedici göz qapaqları ilə birlikdə istifadə olunur. Apokromatların çərçivələri adətən APO ilə həkk olunur. Akromatlarda və apoxromatlarda, xüsusilə yüksək böyütmədə, təsvir sahəsinin əyriliyi düzəldilmədən qalır.

Gözün həlledici gücü məhduddur. Görüntü imkanı xarakterizə olunur icazə verilən məsafə, yəni. iki qonşu hissəcik arasında hələ də ayrı-ayrılıqda görünən minimum məsafə. Çılpaq gözlə icazə verilən məsafə təxminən 0,2 mm-dir. Qətnaməni artırmaq üçün mikroskop istifadə olunur. Metalların quruluşunu öyrənmək üçün mikroskopdan ilk dəfə 1831-ci ildə damask poladını tədqiq edən Anosov P.P., daha sonra isə 1863-cü ildə meteor dəmirini tədqiq edən ingilis Q.Sorbi istifadə etmişdir.

İcazə verilən məsafə nisbətlə müəyyən edilir:

Harada l- tədqiqat obyektindən linzaya gələn işığın dalğa uzunluğu; n obyektlə linza arasındakı mühitin sınma əmsalıdır və a- təsviri verən linzaya daxil olan şüaların şüasının açılış bucağının yarısına bərabər olan açısal diyafram. Obyektivin bu mühüm xüsusiyyəti linza barelinə həkk olunub.

At yaxşı linzalar maksimum diyafram bucağı a = 70° və sina » 0.94. Əksər tədqiqatlar havada işləyən quru məqsədlərdən istifadə edir (n = 1). Həll etmə məsafəsini azaltmaq üçün daldırma məqsədləri istifadə olunur. Obyekt və linza arasındakı boşluq yüksək sındırma indeksinə malik şəffaf maye (immersion) ilə doldurulur. Adətən bir damla sidr yağı istifadə olunur (n = 1.51).

Görünən ağ işıq üçün l = 0,55 µm götürsək, işıq mikroskopunun minimum həll məsafəsi:

Beləliklə, işıq mikroskopunun ayırdetmə qabiliyyəti işığın dalğa uzunluğu ilə məhdudlaşır. Obyektiv, lupada olduğu kimi, göz qapağı ilə baxılan obyektin aralıq təsvirində artım verir. Okayar obyektin aralıq görüntüsünü böyüdür və mikroskopun ayırdetmə qabiliyyətini artıra bilməz.

Mikroskopun ümumi böyüdülməsi obyektiv və okulyarın böyütmələrinin hasilinə bərabərdir. Metaloqrafik mikroskoplarda metalların strukturunun tədqiqi 20-2000 dəfə artımla aparılır.

Başlayanlar, quruluşu yüksək böyütmə ilə dərhal görməyə çalışaraq ümumi səhv edirlər. Nəzərə almaq lazımdır ki, obyektin böyüdülməsi nə qədər çox olarsa, mikroskopun baxış sahəsində görünən sahə də bir o qədər kiçik olar. Buna görə də, ilk növbədə böyük bir ərazidə metal konstruksiyasının ümumi xarakterini qiymətləndirmək üçün tədqiqata zəif bir məqsədlə başlamaq tövsiyə olunur. Mikroanaliz güclü bir məqsədlə başlayırsa, o zaman metal konstruksiyanın bir çox mühüm xüsusiyyətləri nəzərə çarpmaya bilər.

Mikroskopun aşağı böyüdülməsində strukturun ümumi görünüşündən sonra strukturun bütün lazımi ən kiçik detallarını görmək üçün belə bir qətnamə ilə bir obyektiv seçilir.

Okuyar elə seçilir ki, obyektivlə böyüdülmüş strukturun detalları aydın görünsün. Okuyar kifayət qədər böyüdülməsə, obyektiv tərəfindən yaradılmış aralıq təsvirin incə detalları mikroskop vasitəsilə görünməyəcək və beləliklə, obyektivin ayırdetmə qabiliyyəti tam istifadə olunmayacaq. Okuyar həddən artıq böyüdülürsə, strukturun yeni detalları aşkarlanmır, eyni zamanda artıq aşkarlanmış detalların konturları bulanıqlaşır, baxış sahəsi daha daralır. Öz böyüdücü göz qapağı onun çərçivəsinə həkk olunub (məsələn, 7 x).

Mikroskopun həlletmə qabiliyyəti xətti ayırdetmə həddinin əksi ilə xarakterizə olunur. Abbenin difraksiya nəzəriyyəsinə görə, mikroskopun xətti ayırdetmə həddi, yəni ayrı-ayrılıqda təsvir edilən obyektin nöqtələri arasındakı minimum məsafə düsturla müəyyən edilir.

xətti ayırdetmə həddi haradadır; müşahidənin aparıldığı işığın dalğa uzunluğu; A mikroskopun ədədi aperturası və ya sadəcə diafraqmasıdır (mikroobyektiv).

(324) düsturundan belə çıxır ki, mikroskopun ayırdetmə qabiliyyətini artırmaq üçün işığın dalğa uzunluğunu azaltmaq və mikroskopun ədədi aperturasını artırmaq lazımdır. Birinci ehtimal, ultrabənövşəyi şüalanmada tədqiq olunan obyektlərin fotoşəkillərinin çəkilməsi ilə həyata keçirilir.

Mikroskopun diafraqması düsturla müəyyən edilir

Aperturanı artırmaq üçün başqa bir imkan, nəzərdən keçirilən obyekt ilə mikroobyektiv arasında yerləşdirilən immersion mayenin istifadəsidir. Belə bir maye kimi su, sidr yağı, monobromonaftalin istifadə olunur.

Müşahidəçinin gözünün (324) düsturu ilə təyin olunan mikroskopun ayırdetmə qabiliyyətindən tam istifadə etməsi üçün müvafiq görünən böyütmənin olması lazımdır. Əgər optik sistemin ön fokus müstəvisinin iki nöqtəsi bir-birindən xətti məsafədə yerləşirsə (şək. 157), onda

düyü. 157. Mikroskopun faydalı böyüdülməsinin təyini sxemi

təsvir məkanında bu nöqtələr arasındakı bucaq məsafəsi

Müşahidəçinin gözü bu nöqtələri ayrı-ayrılıqda qəbul edəcək, əgər aralarındakı bucaq məsafəsi gözün ayırdetmə qabiliyyətinin bucaq limitindən az deyilsə

(325), (324) və (317) düsturlarından belə çıxır ki, mikroskopun görünən böyüdülməsi

Son düstura görə, müşahidəçinin gözünün mikroskopun ayırdetmə qabiliyyətindən tam istifadə edəcəyi minimum görünən böyütməni təyin etmək olar. Bu artım faydalı adlanır. Formuladan (326) istifadə edərkən nəzərə alınmalıdır ki, bir çox hallarda mikroskopun çıxış göz bəbəyinin diametri mikroskopun böyüdülməsini əldə etmək üçün gözün açısal ayırdetmə həddinin artmasına səbəb olur.

Bildiyiniz kimi, insan görmə qabiliyyətinin köməyi ilə ətrafındakı dünya haqqında məlumatın əsas hissəsini alır. İnsan gözü mürəkkəb və mükəmməl bir cihazdır. Təbiətin yaratdığı bu cihaz işıqla işləyir - elektromaqnit şüalanması, dalğa uzunluğu diapazonu 400 ilə 760 nanometr arasında olan. Bir insanın eyni zamanda qəbul etdiyi rəng bənövşəyidən qırmızıya dəyişir.

Görünən işığa uyğun gələn elektromaqnit dalğaları gözün atom və molekullarının elektron qabıqları ilə qarşılıqlı əlaqədə olur. Bu qarşılıqlı təsirin nəticəsi bu qabıqların elektronlarının vəziyyətindən asılıdır. İşıq udulur, əks oluna və ya səpələnə bilər. İşığa tam olaraq nə baş verdiyi, onun qarşılıqlı əlaqədə olduğu atomlar və molekullar haqqında çox şey deyə bilər. Atomların və molekulların ölçü diapazonu 0,1-dən onlarla nanometrə qədərdir. Bu, işığın dalğa uzunluğundan dəfələrlə kiçikdir. Bununla belə, məhz bu ölçüdə olan obyektləri - gəlin onları nano-obyekt adlandıraq - görmək çox vacibdir. Bunun üçün nə etmək lazımdır? Gəlin əvvəlcə insan gözünün nəyi görə biləcəyini müzakirə edək.

Adətən, konkret bir qərardan danışarkən optik alət, iki anlayışla fəaliyyət göstərir. Biri açısal, digəri isə xətti həlledicidir. Bu anlayışlar bir-biri ilə əlaqəlidir. Məsələn, insan gözü üçün bucaq ayırdetmə qabiliyyəti təxminən 1 qövs dəqiqədir. Bu vəziyyətdə göz özündən 25-30 sm məsafədə olan iki nöqtəli obyekti yalnız bu cisimlər arasındakı məsafə 0,075 mm-dən çox olduqda ayırd edə bilər. Bu, adi bir kompüter skanerinin həlli ilə kifayət qədər müqayisə edilə bilər. Həqiqətən, 600 dpi qətnamə o deməkdir ki, skaner bir-birindən 0,042 mm məsafədə olan nöqtələri ayırd edə bilir.

Bir-birindən daha da kiçik məsafələrdə yerləşən obyektləri ayırd edə bilmək üçün optik mikroskop - gözün ayırdetmə qabiliyyətini artıran cihaz ixtira edilmişdir. Bu qurğular fərqli görünür (Şəkil 1-dən göründüyü kimi), lakin eyni iş prinsipinə malikdirlər. Optik mikroskop ayırdetmə həddini mikron fraksiyalarına endirməyə imkan verdi. Artıq 100 il əvvəl optik mikroskopiya mikron ölçülü obyektləri tədqiq etməyə imkan verdi. Bununla belə, eyni zamanda aydın oldu ki, sadəcə olaraq linzaların sayını artırmaq və onların keyfiyyətini yaxşılaşdırmaqla qətnamənin daha da artmasına nail olmaq mümkün deyil. Optik mikroskopun ayırdetmə qabiliyyəti işığın özünün xüsusiyyətləri, yəni dalğa təbiəti ilə məhdudlaşdı.

Ötən əsrin sonunda bir optik mikroskopun ayırdetmə qabiliyyətinin . Bu düsturda λ işığın dalğa uzunluğudur və n günah u- həm mikroskopu, həm də tədqiq obyekti ilə ona ən yaxın olan mikroskopun linzaları arasında olan maddəni xarakterizə edən mikroskop obyektivinin ədədi diafraqması. Həqiqətən, ədədi diyaframın ifadəsi qırılma indeksini ehtiva edir n obyekt və obyektiv arasındakı mühit və bucaq u linzanın optik oxu ilə obyektdən çıxan və bu linzaya daxil ola bilən ən kənar şüalar arasında. Vakuumun sınma göstəricisi birliyə bərabərdir. Hava üçün bu göstərici birliyə çox yaxındır, su üçün 1,33303, mikroskopiyada istifadə olunan xüsusi mayelər üçün isə maksimum ayırdetmə əldə etmək üçün, n 1.78-ə çatır. Bucaq nə olursa olsun u, günah u birdən çox ola bilməz. Beləliklə, optik mikroskopun ayırdetmə qabiliyyəti işığın dalğa uzunluğunun bir hissəsini keçmir.

Qətnamə adətən dalğa uzunluğunun yarısı hesab olunur.

Bir obyektin intensivliyi, həlli və böyüdülməsi iki fərqli şeydir. Siz bunu elə edə bilərsiniz ki, bir-birindən 10 nm məsafədə olan obyektlərin təsvir mərkəzləri arasındakı məsafə 1 mm olsun. Bu, 100.000 dəfə böyütməyə uyğun olacaq. Ancaq bunun bir və ya iki obyekt olduğunu ayırd etmək mümkün olmayacaq. Fakt budur ki, ölçüləri işığın dalğa uzunluğu ilə müqayisədə çox kiçik olan cisimlərin təsvirləri cisimlərin öz formasından asılı olmayaraq eyni forma və ölçüdə olacaqdır. Belə obyektlər nöqtə obyektləri adlanır - onların ölçüləri nəzərə alına bilər. Belə bir nöqtə obyekti parlayırsa, optik mikroskop onu işıqlı və qaranlıq halqalarla əhatə olunmuş işıq dairəsi kimi təsvir edəcəkdir. Gəlin, sadəlik üçün işıq mənbələrini nəzərdən keçirək. Optik mikroskopdan istifadə etməklə əldə edilən nöqtəli işıq mənbəyinin tipik təsviri Şəkil 2-də göstərilmişdir. İşıq halqalarının intensivliyi dairənin intensivliyindən xeyli azdır və təsvirin mərkəzindən uzaqlaşdıqca azalır. Çox vaxt yalnız ilk işıq halqası görünür. Birinci qaranlıq halqanın diametri . Belə intensivlik paylanmasını təsvir edən funksiyaya nöqtə yayılma funksiyası deyilir. Bu funksiya böyütmənin nə olduğundan asılı deyil. Şəkil 3-dən göründüyü kimi, bir neçə nöqtəli obyektin təsviri dəqiq olaraq dairələr və halqalar olacaq. Nəticədə alınan təsviri böyütmək olar, lakin iki qonşu nöqtə obyektinin təsvirləri birləşərsə, onlar daha da birləşəcəklər. Belə bir artım tez-tez faydasız adlanır - böyük şəkillər sadəcə daha bulanıq olacaq. Yararsız böyütmə nümunəsi Şəkil 4-də göstərilmişdir. Düstur tez-tez difraksiya həddi adlanır və o qədər məşhurdur ki, bu düsturun müəllifi, alman optik fiziki Ernst Abbenin abidəsi üzərində həkk edilmişdir.

Təbii ki, zaman keçdikcə optik mikroskoplar təsvirləri saxlamağa imkan verən müxtəlif cihazlarla təchiz olunmağa başladı. İnsan gözü əvvəlcə kinokameralar və kinokameralarla, sonra isə onlara dəyən işığı elektrik siqnallarına çevirən rəqəmsal cihazlara əsaslanan kameralarla tamamlandı. Bu cihazlardan ən çox yayılmışı CCD-lərdir (CCD, şarj ilə əlaqəli cihaz deməkdir). İçindəki piksellərin sayı rəqəmsal kameralar böyüməyə davam edir, lakin bu tək başına optik mikroskopların ayırdetmə qabiliyyətini yaxşılaşdıra bilməz.

İyirmi beş il əvvəl belə görünürdü ki, difraksiya həddi keçilməzdir və ölçüləri işığın dalğa uzunluğundan dəfələrlə kiçik olan obyektləri öyrənmək üçün işıqdan belə imtina etmək lazımdır. Elektron və rentgen mikroskoplarının yaradıcıları belə getdilər. Belə mikroskopların çoxsaylı üstünlüklərinə baxmayaraq, nanoobyektlərə baxmaq üçün işıqdan istifadə problemi qalmaqdadır. Bunun bir çox səbəbi var idi: obyektlərlə işləməyin rahatlığı və asanlığı, təsvirin əldə edilməsi üçün lazım olan qısa vaxt, nümunələrin boyanması üçün məlum üsullar və s. Nəhayət, uzun illər gərgin zəhmətdən sonra nano obyektləri optik mikroskopla görmək mümkün oldu. Bu istiqamətdə ən böyük irəliləyiş luminesans mikroskopiyası sahəsində əldə edilmişdir. Əlbəttə ki, heç kim difraksiya həddini ləğv etmədi, lakin ondan yan keçmək mümkün idi. Hal-hazırda, bu obyektlərin təsvirlərini yaradan işığın dalğa uzunluğundan çox kiçik olan obyektlərə baxmaq imkanı verən müxtəlif optik mikroskoplar mövcuddur. Bütün bu cihazları birləşdirir ümumi prinsip. Hansının olduğunu izah etməyə çalışaq.

Ayrılmanın difraksiya həddi haqqında artıq deyilənlərdən aydın olur ki, nöqtə mənbəyini görmək o qədər də çətin deyil. Bu mənbə kifayət qədər intensivliyə malikdirsə, onun təsviri aydın görünəcək. Bu təsvirin forması və ölçüsü, artıq qeyd edildiyi kimi, optik sistemin xüsusiyyətləri ilə müəyyən ediləcəkdir. Eyni zamanda, optik sistemin xüsusiyyətlərini bilmək və obyektin nöqtə olduğuna əmin olmaq, obyektin harada yerləşdiyini dəqiq müəyyən etmək mümkündür. Belə bir obyektin koordinatlarının təyin edilməsinin dəqiqliyi kifayət qədər yüksəkdir. Şəkil 5 bunun nümunəsi kimi xidmət edə bilər.Nöqtəli obyektin koordinatları nə qədər dəqiq müəyyən edilə bilərsə, o, bir o qədər intensiv işıq saçır. Keçən əsrin 80-ci illərində optik mikroskopdan istifadə edərək, 10-20 nanometr dəqiqliklə ayrı-ayrı işıqlı molekulların mövqeyini təyin edə bildilər. Lazımi şərait nöqtə mənbəyinin koordinatlarının belə dəqiq müəyyən edilməsi onun tənhalığıdır. Ona ən yaxın olan başqa bir nöqtə mənbəyi o qədər uzaq olmalıdır ki, tədqiqatçı emal olunan təsvirin bir mənbəyə uyğun olduğunu dəqiq bilsin. Bu məsafənin olduğu aydındır lşərti təmin etməlidir. Bu halda, görüntü təhlili mənbənin özünün mövqeyi haqqında çox dəqiq məlumat verə bilər.

Ölçüləri optik mikroskopun ayırdetmə qabiliyyətindən çox kiçik olan obyektlərin əksəriyyəti nöqtə mənbələri dəsti kimi təqdim edilə bilər. Belə bir dəstdəki işıq mənbələri bir-birindən -dən çox kiçik olan məsafələrdə yerləşir. Əgər bu mənbələr eyni vaxtda parlayırsa, o zaman onların harada yerləşdiyi barədə heç nə demək mümkün olmayacaq. Ancaq bu mənbələri növbə ilə parlada bilsəniz, onların hər birinin mövqeyini yüksək dəqiqliklə müəyyən etmək olar. Bu dəqiqlik mənbələr arasındakı məsafəni aşarsa, onların hər birinin mövqeyini bilməklə, onların nisbi mövqeyinin nə olduğunu öyrənə bilərsiniz. Və bu o deməkdir ki, obyektin forması və ölçüsü haqqında məlumat əldə edilib və bu, nöqtə mənbələri toplusu kimi təqdim olunur. Başqa sözlə, bu halda ölçüləri difraksiya həddindən kiçik olan optik mikroskopla obyekti nəzərdən keçirmək olar!

Beləliklə, Əsas nöqtə bir-birindən asılı olmayaraq nanoobyektin müxtəlif hissələri haqqında məlumat əldə etməkdir. Bunu etmək üçün üç əsas üsul qrupu var.

Birinci qrup üsullar öyrənilən obyektin bu və ya digər hissəsini məqsədyönlü şəkildə parlaq edir. Bu üsullardan ən məşhuru yaxın sahə skan edən optik mikroskopiyadır. Bunu daha ətraflı nəzərdən keçirək.

Nə vaxt nəzərdə tutulan şərtləri diqqətlə öyrənsəniz danışırıq difraksiya həddi haqqında, cisimlərdən linzalara olan məsafələrin işığın dalğa uzunluğundan çox böyük olduğu aşkar ediləcək. Bu dalğa uzunluğu ilə müqayisə edilə bilən və ya ondan qısa məsafələrdə şəkil fərqlidir. İşıq dalğasının elektromaqnit sahəsinə düşmüş hər hansı bir obyektin yaxınlığında tezliyi işıq dalğasındakı sahənin tezliyi ilə eyni olan alternativ elektromaqnit sahəsi var. İşıq dalğasından fərqli olaraq, bu sahə nanoobyektdən uzaqlaşdıqca sürətlə çürüyür. İntensivliyin azaldığı məsafə, məs. e obyektin ölçüsü ilə müqayisə edilə bilən dəfə. Beləliklə, optik tezliyin elektromaqnit sahəsi ölçüsü işığın dalğa uzunluğundan çox kiçik olan fəza həcmində cəmləşmişdir. Bu sahəyə daxil olan hər hansı nano-obyekt konsentrasiya edilmiş sahə ilə bir növ qarşılıqlı əlaqədə olacaq. Bu sahənin konsentrasiyasının həyata keçirildiyi obyekt ardıcıl olaraq tədqiq olunan nanoobyekt boyunca hansısa trayektoriya üzrə hərəkət edirsə və bu sistemin buraxdığı işıq qeydə alınırsa, o zaman bu trayektoriyada yerləşən ayrı-ayrı nöqtələrdən təsvir qurmaq olar. Əlbəttə ki, hər bir nöqtədə şəkil Şəkil 2-də göstərildiyi kimi görünəcək, lakin qətnamə sahənin nə qədər cəmləşdiyinə görə müəyyən ediləcək. Və bu, öz növbəsində, bu sahənin cəmləşdiyi obyektin ölçüsü ilə müəyyən edilir.

Sahəni bu şəkildə cəmləşdirməyin ən ümumi yolu metal ekranda çox kiçik bir deşik açmaqdır. Tipik olaraq, bu dəlik uclu, metal örtüklü işıq bələdçisinin sonunda yerləşir (işıq bələdçisi tez-tez optik lif adlanır və məlumatların uzun məsafələrə ötürülməsi üçün geniş istifadə olunur). İndi diametri 30-dan 100 nm-ə qədər olan deşiklər istehsal etmək mümkündür. Qətnamə eynidir. Bu prinsiplə işləyən cihazlara yaxın sahədə skan edən optik mikroskoplar deyilir. Onlar 25 il əvvəl ortaya çıxdı.

İkinci qrup üsulların mahiyyəti aşağıdakı kimidir. Qonşu nanoobyektləri növbə ilə parlatmaq əvəzinə, müxtəlif rənglərdə parlayan obyektlərdən istifadə edə bilərsiniz. Bu zaman bu və ya digər rəngli işığı ötürən işıq filtrlərinin köməyi ilə obyektlərin hər birinin mövqeyini müəyyən etmək, sonra isə tək bir şəkil tərtib etmək olar. Bu, Şəkil 5-də göstərilənə çox bənzəyir, yalnız üç təsvirin rəngləri fərqli olacaq.

Difraksiya həddini aşmağa və nanoobyektləri tədqiq etməyə imkan verən son metodlar qrupu işıq saçan obyektlərin öz xüsusiyyətlərindən istifadə edir. Xüsusi seçilmiş işığın köməyi ilə "yandırılan" və "söndürülən" mənbələr var. Belə keçid statistik olaraq baş verir. Başqa sözlə, bir çox dəyişdirilə bilən nano obyektlər varsa, işığın dalğa uzunluğunu və intensivliyini seçməklə, bu obyektlərin yalnız bir hissəsini "söndürmək" mümkündür. Qalan obyektlər parlamağa davam edəcək və onlardan bir görüntü əldə edə bilərsiniz. Bundan sonra, bütün mənbələri "açmaq" və bəzilərini yenidən "söndürmək" lazımdır. "Açıq" olaraq qalan mənbələr dəsti ilk dəfə "açıq" vəziyyətdə qalan dəstdən fərqli olacaq. Bu proseduru dəfələrlə təkrarlamaqla, bir-birindən fərqlənən böyük şəkillər toplusunu əldə edə bilərsiniz. Belə bir dəsti təhlil edərək, yeri müəyyən etmək olar böyük pay bütün mənbələr çox yüksək dəqiqliklə, difraksiya həddindən xeyli yuxarıdır. Bu şəkildə əldə edilən super ayırdetmə nümunəsi Şəkil 6-da göstərilmişdir.

Hazırda super rezolyusiyaya malik optik mikroskopiya sürətlə inkişaf edir. Ehtimal etmək olar ki, növbəti illərdə bu sahə daha çox tədqiqatçıları cəlb edəcək və mən inanmaq istərdim ki, bu məqalənin oxucuları da onların arasında olacaq.