POLITECHNIKA ŁÓDZKA

POLITECHNIKA ŁÓDZKA
INSTRUKCJA Z LABORATORIUM W
ZAKŁADZIE BIOFIZYKI
Ćwiczenie 4
POMIAR WIELKOŚCI KOMÓREK
PRZY UŻYCIU
MIKROSKOPU ŚWIETLNEGO
Pomiar małych wielkości przy użyciu mikroskopu świetlnego
I. WSTĘP TEORETYCZNY
Do obserwacji bardzo małych obiektów, np. komórek, tkanek zwierzęcych
i roślinnych, wykorzystywane są przyrządy optyczne - mikroskopy. Technika
mikroskopowa znalazła szerokie zastosowanie we wszystkich gałęziach nauki
(geologia, metalurgia, chemia), a szczególnie w naukach biologicznych i medycznych.
Dzięki zastosowaniu mikroskopów można określić morfologię komórek, ich strukturę
wewnętrzną, a także obserwować procesy fizjologiczne (np. sposób rozmnażania,
zdolność ruchu).
Za pomocą mikroskopu otrzymywane są powiększenia od kilkudziesięciu do
około dwu tysięcy razy.
Oglądane obiekty są tak małych rozmiarów, że uginanie światła na ich
krawędziach zaczyna odgrywać pewną rolę. Przy bardzo dużych powiększeniach
szczegóły obserwowanych przedmiotów stają się coraz mniej wyraźne.
Ważną wielkością charakteryzującą mikroskop i decydującą o jakości obrazu
jest jego zdolność rozdzielcza – najmniejsza odległość między dwoma punktami, które
mikroskop pozwala jeszcze rozróżnić.
Przy słabej zdolności rozdzielczej dwa punkty preparatu leżące blisko siebie
widoczne są dla obserwatora jako jeden, a wraz z jej polepszeniem oddalenie obrazu
tych punktów od siebie rośnie. Zdolność rozdzielcza mikroskopu opisuje wzór:
d=
λ
2⋅ A
gdzie:
d – zdolność rozdzielcza,
λ - długość fali światła oświetlającego preparat,
A – apertura numeryczna obiektywu.
Apertura numeryczna jest wielkością charakteryzującą obiektyw i jest zaznaczona na
jego oprawie. Obiektywy o silnym powiększeniu mają wartość apertury numerycznej
większą niż słabiej powiększające. Aperturę numeryczną opisuje wzór:
A = n sinα
1
Pomiar małych wielkości przy użyciu mikroskopu świetlnego
gdzie:
n – współczynnik załamania światła w środowisku między preparatem a obiektywem,
α - kąt zawarty między skrajnym promieniem wchodzącym do obiektywu, a osią
optyczną jego soczewek.
Zdolność rozdzielczą mikroskopu można powiększyć stosując do oświetlenia
preparatu promieniowanie o długości fali krótszej od światła białego lub przez
zwiększenie apertury numerycznej. Zwiększenie apertury numerycznej obiektywu
można osiągnąć przez wypełnienie przestrzeni między preparatem a obiektywem
cieczą o współczynniku załamania światła większym od współczynnika załamania
światła w powietrzu, np. olejkiem immersyjnym..
II. OPIS BUDOWY STANOWISKA
Schemat budowy typowego mikroskopu przedstawia rysunek 1.
1 – okular, 2 – tubus, 3 – oś
optyczna,4 – statyw, 5 – głowica
pryzmatowa,
6 – tarcza obrotowa, 7 – obiektyw,
8 – zacisk sprężynowy do
preparatów,
9 – stolik, 10 – kondensor,
11 – oprawa aparatu świetlnego,
12 – uchwyt przesłony,
13 – oprawa do matówki,
14 - lusterko,
15 – podstawa,
16 – śruba mikrometryczna
17 – śruba makrometryczna,
18 – przesuw regulowany śrubą
mikrometryczną
Rys.1. Budowa mikroskopu
Zasadnicze części mikroskopu to okular, obiektyw, tuba, statyw i stolik.
Obiektyw będący bardzo skomplikowanym układem optycznym o małej ogniskowej,
2
Pomiar małych wielkości przy użyciu mikroskopu świetlnego
przed ogniskiem którego umieszczamy obiekt obserwacji, ma za zadanie wytworzenie
znacznie powiększonego, rzeczywistego obrazu (rys.2.)
Rys.2. Zasada powstawania obrazu w mikroskopie świetlnym.
Ok. – okular, Ob. – obiektyw, AB – obserwowany przedmiot,
A1B1 – powiększony, rzeczywisty i odwrócony obraz przedmiotu AB
A΄1B΄1 – obraz wytworzony przez układ optyczny, Fok – ogniskowa okularu
Fob – ogniskowa obiektywu, CD – długość tubusa, δ – odległość dobrego
widzenia, α1 – kąt pod jakim byłoby widać gołym okiem przedmiot AB z
odległości dobrego widzenia, α2 – kąt pod jakim widać obraz A΄1B΄1
wytworzony przez układ optyczny.
Okular jest umieszczony w takiej odległości l od obiektywu, aby wytworzony
przez niego obraz przedmiotu znalazł się między ogniskiem F2 a soczewką okularu,
tuż przy jego ognisku. Okular działa zatem jak lupa, wytwarzając znacznie
powiększony pozorny obraz przedmiotu, którym w tym przypadku jest obraz
rzeczywisty wytworzony przez obiektyw.
3
Pomiar małych wielkości przy użyciu mikroskopu świetlnego
III. PRZEBIEG ĆWICZENIA
1. Włączyć
źródło
światła.
Umieścić
w tubusie mikroskopu okular z
powiększeniem 15 razy.
2. Położyć na stoliku mikroskopu szkiełko podstawowe z naniesioną skalą
zasadniczą (1mm podzielony na 100 części) i używając obiektywu z
powiększeniem 10 razy wyregulować mikroskop tak, aby uzyskać ostry obraz
skali.
Uwaga! Nie wolno opuszczać tubusu bez obserwowania go z boku, ponieważ
grozi to zgnieceniem mikroskali i uszkodzeniem obiektywu.
3. Porównać liczbę podziałek a skali zasadniczej przypadającą na 100 podziałek
skali okularu. Jeśli wystąpią różnice, korzystając ze wzoru wyznaczyć długość
1 podziałki okularu:
x=
a ⋅ 0,01
,
100
gdzie: x – długość jednej podziałki okularu [mm].
4. Usunąć ze stolika mikroskopu szkiełko ze skalą zasadniczą i umieścić na nim
preparat biologiczny.
5. Odczytać liczbę podziałek n skali okularu przypadającą na mierzony obiekt
biologiczny, który znajduje się na szkiełku podstawowym.
6. Dokonać 100 pomiarów komórek
7. Wyniki pomiarów podać w tabeli.
Nr pomiaru
liczba podziałek
rozmiar obiektu [mm]
1
2
3
...
100
4
Pomiar małych wielkości przy użyciu mikroskopu świetlnego
IV. SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ
1. Krótki wstęp teoretyczny.
2. Cel przeprowadzonego ćwiczenia.
3. Omówienie wyznaczenia długość 1 podziałki okularu.
4. Objaśnienie symboli stosowanych w sprawozdaniu.
5. Tabelę z wartościami wielkości mierzonych.
6. Obliczenie odchylenia standardowego
7. Krzywą rozkładu Gaussa.
8. Dyskusję i wnioski.
V. PYTANIA KONTROLNE
1.
2.
3.
4.
5.
Omówić budowę mikroskopu.
Narysować powstawanie obrazu w mikroskopie.
Zdefiniować zdolność rozdzielczą mikroskopu.
Wyjaśnić związek pomiędzy zdolnością rozdzielczą mikroskopu, a
zjawiskiem ugięcia światła.
Wymienić rodzaje mikroskopów - omówić elektronowy mikroskop
skaningowy.
LITERATURA
1. A. Zawadzki, H. Hofmokl: Laboratorium fizyczne; PWN, Warszawa 1984
2. H. Szydłowski: Pracownia fizyczna; PWN, Warszawa 1975
3. D. Halliday, R. Resnick: Fizyka 2; PWN, Warszawa 1989
4. Zbiór instrukcji : I pracownia fizyczna Instytutu Politechniki Łódzkiej; PŁ, Łódź
1993
5. Józef St. Szopa: Biologia i inżynieria komórki - laboratorium; PŁ, Łódź 1994
5