МИКРОСКОПИ́Я ОПТИ́ЧЕСКАЯ

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 20. Москва, 2012, стр. 274-276

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: А. А. Шехонин

МИКРОСКОПИ́Я ОПТИ́ЧЕСКАЯ, об­щее на­зва­ние ме­то­дов на­блю­де­ния объ­ек­тов, не раз­ли­чи­мых че­ло­ве­че­ским гла­зом, с ис­поль­зо­ва­ни­ем оп­тич. мик­ро­ско­па. Струк­ту­ру объ­ек­та мож­но раз­ли­чить, ес­ли раз­ные его час­ти­цы по-раз­но­му по­гло­ща­ют и от­ра­жа­ют свет ли­бо от­ли­ча­ют­ся од­на от дру­гой (или от сре­ды) по­ка­за­те­ля­ми пре­лом­ле­ния. Эти свой­ст­ва обус­лов­ли­ва­ют раз­ли­чие ам­пли­туд и фаз све­то­вых волн, про­шед­ших че­рез раз­ные уча­ст­ки объ­ек­та, и от это­го за­ви­сит кон­тра­ст­ность изо­бра­же­ния. Раз­ные ме­то­ды на­блю­де­ния, при­ме­няе­мые в М. о., вы­би­ра­ют­ся в за­ви­си­мо­сти от свойств изу­чае­мо­го объ­ек­та (пре­па­ра­та).

Метод светлого поля в проходящем свете

при­ме­ня­ет­ся при ис­сле­до­ва­нии про­зрач­ных пре­па­ра­тов с вклю­чён­ны­ми в них аб­сор­би­рую­щи­ми (по­гло­щаю­щи­ми свет) час­ти­ца­ми. Та­ко­вы, напр., тон­кие ок­ра­шен­ные сре­зы жи­вот­ных и рас­тит. тка­ней, тон­кие шли­фы ми­не­ра­лов. В от­сут­ст­вие пре­па­ра­та лу­чи от ис­точ­ни­ка све­та 1 (см. рис. к ст. Мик­ро­скоп) че­рез кол­лек­тор 2 и кон­ден­сор 5 про­хо­дят че­рез объ­ек­тив 7 и да­ют рав­но­мер­но ос­ве­щён­ное по­ле в плос­ко­сти по­ле­вой диа­фраг­мы 9 оку­ля­ра 10. Ес­ли в пре­па­ра­те, рас­по­ло­жен­ном на пред­мет­ном сто­ли­ке 6, име­ет­ся аб­сор­би­рую­щий эле­мент (ча­сти­ца), то он час­тич­но по­гло­ща­ет и рас­сеи­ва­ет па­даю­щий на не­го свет, вслед­ст­вие че­го ам­пли­ту­да све­та, про­шед­ше­го че­рез эту час­ти­цу, бу­дет мень­ше, и час­ти­ца вы­гля­дит тём­ным пят­ном на свет­лом фо­не, что и обу­слов­ли­ва­ет, со­глас­но ди­фрак­ци­он­ной тео­рии, воз­ник­но­ве­ние изо­бра­же­ния. Ме­тод мож­но ис­поль­зо­вать и в слу­чае не­аб­сор­би­рую­щих частиц, ес­ли они рас­сеи­ва­ют ос­ве­щаю­щий пу­чок так силь­но, что б. ч. пуч­ка не по­па­да­ет в объ­ек­тив.

Метод светлого поля в отражённом свете

Рис. 1. Наблюдение объектов методом светлого поля в отражённом свете: 1 – осветитель; 2 – полупрозрачное зеркало; 3 – объектив; 4 – препарат; 5 – тубусная линза; 6 – плоскость промежуточного изображен...

при­ме­ня­ет­ся для на­блю­де­ния не­про­зрач­ных объ­ек­тов, напр. шли­фов ме­тал­лов. Ос­ве­ще­ние пре­па­ра­та 4 (рис. 1) про­из­во­дит­ся от ос­ве­ти­те­ля 1 и по­лу­про­зрач­но­го зер­ка­ла 2 свер­ху че­рез объ­ек­тив 3, ко­то­рый вы­пол­ня­ет од­но­вре­мен­но и роль кон­ден­со­ра. Про­ме­жу­точ­ное изо­бра­же­ние соз­да­ёт­ся в плос­ко­сти 6 объ­ек­ти­вом со­вме­ст­но с ту­бус­ной лин­зой 5. Струк­ту­ра пре­па­ра­та вид­на вслед­ст­вие раз­ли­чия от­ра­жаю­щей спо­соб­но­сти его эле­мен­тов. На свет­лом фо­не наблюда­ют­ся тём­ные изо­бра­же­ния не­од­но­род­но­стей струк­ту­ры по­верх­но­сти.

Метод тёмного поля в проходящем свете

Рис. 2. Наблюдение объектов методом тёмного поля в проходящем свете: 1 – источник света; 2 – коллектор; 3 – кольцевая диафрагма; 4 – конденсор тёмного поля; 5 – препарат;...

при­ме­ня­ет­ся для по­лу­че­ния изо­бра­же­ний про­зрач­ных, не­аб­сор­би­рую­щих объ­ек­тов. Свет от ис­точ­ни­ка 1 (рис. 2) че­рез кол­лек­тор 2 про­хо­дит спец. кон­ден­сор тём­но­го по­ля 4, со­дер­жа­щий коль­це­вую диа­фраг­му 3. Ка­ж­дая точ­ка пре­па­ра­та 5 ос­ве­ща­ет­ся све­то­вым пуч­ком в ви­де по­ло­го ко­ну­са. В от­сут­ст­вие рас­сеи­ваю­щих эле­мен­тов свет не­по­сред­ст­вен­но в объ­ек­тив 6 не по­па­да­ет. Объ­ек­тив соз­да­ёт в плос­ко­сти по­ле­вой диа­фраг­мы 7 оку­ля­ра 8 изо­бра­же­ние толь­ко тех эле­мен­тов пре­па­ра­та, на ко­то­рых про­изош­ло рас­сея­ние све­та. На тём­ном фо­не вид­ны свет­лые изо­бра­же­ния час­тиц, от­ли­чаю­щих­ся от ок­ру­жаю­щей сре­ды по­ка­за­те­лем пре­лом­ле­ния.

Этот ме­тод, ис­поль­зуе­мый так­же в ульт­ра­мик­ро­ско­пах (в них пре­па­рат ос­ве­ща­ют пер­пен­ди­ку­ляр­но на­прав­ле­нию на­блю­де­ния), да­ёт воз­мож­ность об­на­ру­жи­вать сверх­мел­кие де­та­ли, раз­ме­ры ко­то­рых (по­ряд­ка 2 нм) зна­чи­тель­но мень­ше пре­де­лов раз­ре­ше­ния наи­бо­лее силь­ных мик­ро­ско­пов. Од­на­ко при этом изо­бра­же­ния час­тиц име­ют вид ди­фрак­ци­он­ных то­чек и их ис­тин­ную фор­му нель­зя оп­ре­де­лить.

Метод тёмного поля в отражённом свете

Рис. 3. Наблюдение объектов методом тёмного поля в отражённом свете: 1 – источник света; 2 – коллектор; 3 – кольцевая диафрагма; 4 – дополнительная линза; 5 – полупрозрач...

ис­поль­зу­ет­ся для ис­сле­до­ва­ния не­про­зрач­ных пре­па­ра­тов (напр., шли­фов ме­тал­лов) с вы­со­ким ко­эф. от­ра­же­ния. Ос­ве­ти­тель­ный ка­нал со­сто­ит из ис­точ­ни­ка све­та 1, кол­лек­то­ра 2, до­пол­нит. лин­зы 4, в фо­ку­се ко­то­рой ус­та­нав­ли­ва­ют коль­це­вую диа­фраг­му 3 (рис. 3). Све­то­вой по­ток в ви­де по­ло­го ци­лин­д­ра, от­ра­жа­ясь от по­лу­про­зрач­но­го зер­ка­ла 5, по­па­да­ет на па­ра­бо­лич. зер­ка­ло 6 (эпи­кон­ден­сор). Ка­ж­дая точ­ка пре­па­ра­та 7 ос­ве­ща­ет­ся све­то­вым пуч­ком в ви­де по­ло­го ко­ну­са. При от­сут­ст­вии к.-л. де­фек­тов или рас­сеи­ваю­щих эле­мен­тов на по­верх­но­сти объ­ек­та свет, зер­каль­но от­ра­жа­ясь от по­верх­но­сти, не­по­сред­ст­вен­но в объ­ек­тив 8 не по­па­да­ет. Объ­ек­тив со­вме­ст­но с ту­бус­ной лин­зой 9 соз­да­ёт в плос­ко­сти по­ле­вой диа­фраг­мы 10 оку­ля­ра 11 изо­бра­же­ние толь­ко тех эле­мен­тов пре­па­ра­та, на ко­то­рых про­изош­ло диф­фуз­ное рас­сея­ние све­та. На тём­ном фо­не вид­ны свет­лые изо­бра­же­ния час­тиц струк­ту­ры по­верх­но­сти.

Поляризационная микроскопия

(ме­тод на­блю­де­ния в про­хо­дя­щем и от­ра­жён­ном по­ля­ри­зо­ван­ном све­те) при­ме­ня­ет­ся для ис­сле­до­ва­ния ани­зо­троп­ных объ­ек­тов (ми­не­ра­лы, ру́­ды, зёр­на в шли­фах спла­вов, не­ко­то­рые жи­вот­ные и рас­тит. тка­ни и клет­ки). При на­блю­де­нии в па­рал­лель­ных лу­чах (ор­то­ско­пи­че­ский ме­тод) с по­мо­щью ана­ли­за­то­ров и ком­пен­са­то­ров, ко­то­рые вклю­че­ны в оп­тич. сис­те­му, изу­ча­ет­ся из­ме­не­ние по­ля­ри­за­ции све­та, про­шед­ше­го че­рез пре­па­рат. В этом слу­чае мож­но оп­ре­де­лить ани­зо­тро­пию по­ка­за­те­лей пре­лом­ле­ния и по­гло­ще­ния об­раз­ца, его оп­тич. ак­тив­ность и др. При вклю­че­нии в оп­тич. сис­те­му мик­ро­ско­па линз Ла­зо и Бер­тра­на на­блю­де­ние объ­ек­та про­ис­хо­дит в схо­дя­щих­ся лу­чах (ко­но­ско­пи­че­ский ме­тод); при этом ис­сле­ду­ют­ся ори­ен­ти­ров­ка кри­стал­ла, ко­ли­че­ст­во и на­прав­ле­ние его осей.

Метод фазового контраста

слу­жит для по­лу­че­ния изо­бра­же­ний про­зрач­ных и бес­цвет­ных объ­ек­тов (напр., жи­вых не­ок­ра­шен­ных жи­вот­ных тка­ней), не­ви­ди­мых при на­блю­де­нии ме­то­дом свет­ло­го по­ля. Да­же при ма­лом раз­ли­чии по­ка­за­те­лей пре­лом­ле­ния объ­ек­та и сре­ды или их тол­щин све­то­вая вол­на, про­шед­шая сквозь них, пре­тер­пе­ва­ет разл. из­ме­не­ния по фа­зе и при­об­ре­та­ет т. н. фа­зо­вый рель­еф. Эти фа­зо­вые из­ме­не­ния с по­мо­щью фа­зо­вой пла­стин­ки (фа­зо­во­го коль­ца), рас­по­ло­жен­ной вбли­зи зад­не­го фо­ку­са объ­ек­ти­ва, пре­об­ра­зу­ют­ся в из­ме­не­ния яр­ко­сти (ам­пли­туд­ный рель­еф). Лу­чи, про­шед­шие че­рез пре­па­рат, пол­но­стью про­хо­дят че­рез фа­зо­вое коль­цо, ко­то­рое из­ме­ня­ет их фа­зу на $π$/2. Лу­чи, рас­се­ян­ные в пре­па­ра­те (от­кло­нён­ные), не по­па­да­ют в фа­зо­вое коль­цо и не по­лу­ча­ют до­пол­нит. сдви­га фа­зы. С учё­том фа­зо­во­го сдви­га, вне­сён­но­го са­мим пре­па­ра­том, раз­ность фаз ме­ж­ду от­кло­нён­ны­ми и не­от­кло­нён­ны­ми лу­ча­ми ока­зы­ва­ет­ся близ­кой к 0 или $π$. В ре­зуль­та­те ин­тер­фе­рен­ции све­та в плос­ко­сти изо­бра­же­ния пре­па­ра­та фор­ми­ру­ет­ся кон­тра­ст­ное изо­бра­же­ние его струк­ту­ры, в ко­то­ром рас­пре­де­ле­ние яр­ко­стей вос­про­из­во­дит фа­зо­вый рель­еф.

Метод интерференционного контраста

со­сто­ит в том, что ка­ж­дый луч, вхо­дя­щий в мик­ро­скоп, раз­дваи­ва­ет­ся: один про­хо­дит сквозь на­блю­дае­мую час­ти­цу, а вто­рой – ми­мо неё. В оку­ляр­ной час­ти мик­ро­ско­па оба лу­ча со­еди­ня­ют­ся с раз­но­стью хо­да $δ=Nλ=(n_{\text{ч}}-n_{\text{ср}})d$ и ин­тер­фе­ри­ру­ют. (Здесь $n_{\text{ч}}$, $n_{\text{ср}}$ – по­ка­за­те­ли пре­лом­ле­ния час­ти­цы и ок­ру­жаю­щей сре­ды, $d$ – тол­щи­на час­ти­цы, $λ$  – дли­на вол­ны све­та, $N$ – по­ря­док ин­тер­фе­рен­ции.)

Сход­ст­во ме­то­дов ин­тер­фе­рен­ци­он­но­го и фа­зо­во­го кон­тра­ста со­сто­ит в том, что оба они ос­но­ва­ны на ин­тер­фе­рен­ции лу­чей, про­шед­ших че­рез мик­ро­час­ти­цу и ми­но­вав­ших её. От­ли­чие ин­тер­фе­рен­ци­он­но­го ме­то­да от ме­то­да фа­зо­во­го кон­трас­та за­клю­ча­ет­ся гл. обр. в воз­мож­но­сти с вы­со­кой точ­но­стью (до $λ$/300) из­ме­рять раз­но­сти хо­да лу­чей, вно­си­мые мик­ро­объ­ек­том, ис­поль­зуя оп­тич. ком­пен­са­то­ры. На ос­но­ва­нии этих из­ме­ре­ний мож­но рас­счи­тать, напр., об­щую мас­су и кон­цен­тра­цию су­хо­го ве­ще­ст­ва в клет­ках био­ло­гич. пре­па­ра­тов.

Люминесцентная микроскопия

ос­но­ва­на на яв­ле­нии лю­ми­нес­цен­ции, ли­бо свой­ст­вен­ной са­мо­му мик­ро­объ­ек­ту, ли­бо по­лу­чен­ной им по­сле спец. ок­ра­ски. Под мик­ро­ско­пом изу­ча­ет­ся зе­лё­но-оран­же­вое све­че­ние объ­ек­та, воз­ни­каю­щее при его ос­ве­ще­нии си­не-фио­ле­то­вым или УФ-из­лу­че­ни­ем. Для этой це­ли пе­ред кон­ден­со­ром и по­сле объ­ек­ти­ва мик­ро­ско­па вво­дят со­от­вет­ст­вую­щие све­то­фильт­ры. Пер­вый из них про­пус­ка­ет от ис­точ­ни­ка-ос­ве­ти­те­ля толь­ко из­лу­че­ние, вы­зы­ваю­щее лю­ми­нес­цен­цию объ­ек­та, вто­рой (по­сле объ­ек­ти­ва) про­пус­ка­ет к гла­зу на­блю­да­те­ля толь­ко свет лю­ми­нес­цен­ции. Ме­тод при­ме­ня­ет­ся в мик­ро­био­ло­гии, ци­то­ло­гии, мик­ро­хи­мич. ана­ли­зе, де­фек­то­ско­пии и т. п.

Ультрафиолетовая микроскопия

по­зво­ля­ет уве­ли­чить пре­дель­ную раз­ре­шаю­щую спо­соб­ность мик­ро­ско­па, про­пор­цио­наль­ную 1/$λ$. Этот ме­тод рас­ши­ря­ет воз­мож­но­сти мик­ро­ско­пич. ис­сле­до­ва­ний так­же за счёт то­го, что час­ти­цы мн. ве­ществ, про­зрач­ные в ви­ди­мом све­те, силь­но по­гло­ща­ют УФ-из­лу­че­ние оп­ре­де­лён­ных длин волн и, сле­до­ва­тель­но, лег­ко раз­ли­чи­мы на УФ-изо­бра­же­ни­ях. Изо­бра­же­ния в УФ-мик­ро­ско­пии ре­ги­ст­ри­ру­ют фо­то­гра­фи­ро­ва­ни­ем, с по­мо­щью элек­трон­но-оп­тич. пре­об­ра­зо­ва­те­ля, при­ём­ни­ка за­ря­до­вой свя­зи, лю­ми­нес­ци­рую­ще­го эк­ра­на.

Инфракрасная микроскопия

Для на­блю­де­ния в ИК-лу­чах так­же не­об­хо­ди­мо пре­об­ра­зо­ва­ние не ви­ди­мо­го для гла­за изо­бра­же­ния в ви­ди­мое пу­тём его фо­то­гра­фи­ро­ва­ния, ви­део­съём­ки или с по­мо­щью элек­трон­но-оп­тич. пре­об­ра­зо­ва­те­ля. ИК-мик­ро­ско­пия по­зво­ля­ет изу­чать внутр. струк­ту­ру объ­ек­тов, не­про­зрач­ных в ви­ди­мом све­те, напр. тём­ных стё­кол, не­ко­то­рых кри­стал­лов, ми­не­ра­лов.

Лит.: Ми­хель К. Ос­но­вы тео­рии мик­ро­ско­па. М., 1955; Мик­ро­ско­пы / Под ред. Н. И. По­ля­ко­ва. Л., 1969; Heath J. P. Dictionary of microscopy. Chichester, 2004; Фо­то­ни­ка: сло­варь тер­ми­нов / Под ред. В. Н. Ов­сю­ка. Но­во­сиб., 2004.

Вернуться к началу