Определение показателя преломления жидких сред с помощью рефрактометра

Определение показателя преломления  жидких сред с помощью  рефрактометра

1.Преломление   света по принципу  Гюйгенса-Френеля

2.Полное  внутреннее отражение

3.Предельный  угол отражения,  предельный угол  преломления, их  связь с показателем  преломления сред.

4.Рефрактометр.Его устройство и назначение

5.Волоконная  оптика и её  применение в медицинской  аппаратуре.

Определение малых объектов с  помощью микроскопа

1.центрированная  оптическая система.

Центрированная оптическая система – это оптическая система, которая имеет ось симметрии (оптическую ось) и сохраняет все свои свойства при вращении вокруг этой оси.

2.Ход  лучей в микроскопе

Отношение угла зрения φ при наблюдении предмета через оптический прибор к углу зрения ψ при наблюдении невооруженным  глазом называется угловым увеличением:

Микроскоп. Микроскоп применяют для получения  больших увеличений при наблюдении мелких предметов. Увеличенное изображение  предмета в микроскопе получается с  помощью оптической системы, состоящей  из двух короткофокусных линз –  объектива O₁ и окуляра O₂ (рис. 6.5.2). Объектив даст действительное перевернутое увеличенное изображение предмета. Это промежуточное изображение рассматривается глазом через окуляр, действие которого аналогично действию лупы. Окуляр располагают так, чтобы промежуточное изображение находилось в его фокальной плоскости; в этом случае лучи от каждой точки предмета распространяются после окуляра параллельным пучком.

Мнимое изображение  предмета, рассматриваемое через  окуляр, всегда перевернуто. Если же это  оказывается неудобным (например, при  прочтении мелкого шрифта), можно  перевернуть сам предмет перед  объективом. Поэтому угловое увеличение микроскопа принято считать положительной  величиной.

Как следует  из рис. 6.5.2, угол зрения φ предмета, рассматриваемого через окуляр в приближении малых углов,

Приближенно можно  положить d ≈ F₁ и f ≈ l, где l – расстояние между объективом и окуляром микроскопа («длина тубуса»). При рассматривании того же предмета невооруженным глазом

В результате формула  для углового увеличения γ микроскопа приобретает вид 

Хороший микроскоп  может давать увеличение в несколько  сотен раз. При больших увеличениях  начинают проявляться дифракционные  явления (см. § 6.8).

У реальных микроскопов  объектив и окуляр представляют собой  сложные оптические системы, в которых  устранены различные аберрации. 

3.Увеличение  микроскопа

Увеличение микроскопа общее является произведением увеличений объектива и окуляра. Если между объективом и окуляром есть дополнительная увеличивающая система, то общее увеличение микроскопа равно произведению значений увеличений всех оптических систем, включая промежуточные: объектива, окуляра, бинокулярной насадки, оптовара или проекционных систем.

Гм = βоб * Гок * q1 * q2 * ...,

где Гм — общее увеличение микроскопа, βоб — увеличение объектива, Гок — увеличение окуляра, q1, q2... — увеличение дополнительных систем. 

4.Предел разрешения и разрешающая способность микроскопа

Разрешающая способность  микроскопа - это способность микроскопа выдавать чёткое раздельное изображение  двух близко расположенных точек  объекта.

Разрешение  R зависит от угловой апертуры α:

.

где α - угловая апертура объектива, которая зависит от выходного размера линзы объектива и фокусного расстояния до образца. n - показатель преломления оптической среды, в которой находится линза. λ - длина волны света, освещающего объект или испускаемого им (для флюоресцентной микроскопии). Значение n sin α также именуется численная апертура.

Из-за накладывающихся  ограничений значений α, λ, и η, предел разрешающей способности светового микроскопа, при освещении белым светом, – приблизительно 200…300 нм. Поскольку: α лучшей линзы – приближенно 70° (sin α = 0.94...0.95), учитывая также, что самая короткая длина волны видимого света является синей (λ = 450nm; фиолетовой λ = 400…433nm), и типично высокие разрешения обеспечивают линзы масляно-иммерсионных объективов (η = 1.52...1.56; по И. Ньютону 1,56 – показатель (индекс) преломления для фиолетового), имеем:

Формула Гельмгольца имеет вид:  

 

  Здесь λ  – длина волны, n – показатель преломления иммерсионной жидкости, α – так называемый апертурный угол (рис. 6.9.7). Величина n sin α называется числовой апертурой. У хороших микроскопов апертурный угол α близок к своему пределу: α ≈ π / 2. Как видно из формулы Гельмгольца, применение иммерсии несколько улучшает предел разрешения. Полагая для оценок sin α ≈ 1, n ≈ 1,5, получим:

lmin ≈ 0,4 λ. Таким образом, с помощью микроскопа принципиально невозможно рассмотреть какие-либо детали, размер которых значительно меньше длины света. Волновые свойства света определяют предел качества изображения объекта, полученного с помощью любой оптической системы. 

5.Дифракционная теория разрешающей способности микроскопа

Изображение испускающей  монохроматический свет точки, даваемое даже идеальным (не вносящим никаких  искажений) объективом, не воспринимается глазом как точка, так как вследствие дифракции света (См. Дифракция света) фактически является круглым светлым пятнышком конечного диаметра d, окруженным несколькими попеременно тёмными и светлыми кольцами (т. н. дифракционное пятно, пятно Эри, диск Эри). d = 1,22 λ/A, где λ — длина волны света (при освещении препарата немонохроматическим светом λ — обычно наименьшая длина волны, характеризующая этот свет, либо длина волны, интенсивность излучения на которой максимальна), А — числовая Апертура объектива, равная А = n · sin u_m (n — показатель преломления среды, разделяющей светящуюся точку и объектив, u_m — половина угла раствора светового пучка, исходящего из точки и попадающего в объектив). Если две светящиеся точки расположены близко друг от друга, их дифракционные картины накладываются одна на другую, давая в плоскости изображения сложное распределение освещённости (рис. 2). Наименьшая относительная разница освещённостей, которая может быть замечена глазом, равна 4 %. Этому соответствует наименьшее расстояние между точками, при котором их изображения можно различить — предельное разрешение М.: δ_пр = 0,42d = 0,51 λ/A. Для несамосветящихся объектов, как было показано Э. Аббе в его классической теории М., предельное разрешение составляет δ_пр = λ/(А + А'), где А и A' — числовые апертуры объектива и конденсора М. (значения апертур гравируются на оправах).

6.Способы  увеличения разрешающей  способности микроскопа.

7.Специальные  методы микроскопии

Оптическая  микроскопия. Человеческий глаз представляет собой естественную оптическую систему, характеризующуюся определённым разрешением, т. е. наименьшим расстоянием между элементами наблюдаемого объекта (воспринимаемыми как точки или линии), при котором они ещё могут быть отличены один от другого. Для нормального глаза при удалении от объекта на т. н. расстояние наилучшего видения (D = 250 мм), среднестатистическое нормальное разрешения составляет 0,176 мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и животных клеток, мелких кристаллов, деталей микроструктуры металлов и сплавов и т. п. значительно меньше этой величины. Для наблюдения и изучения подобных объектов и предназначены микроскопы различных типов. С помощью микроскопов определяют форму, размеры, строение и многие другие характеристики микрообъектов.

Оптический, или  световой микроскоп использует видимый  свет, проходящий через прозрачные объекты, или отражённый от непрозрачных. Оптическая система из нескольких линз позволяет получить кажущееся увеличенное изображение образца. Полученное изображение можно наблюдать глазом (или обеими глазами, в бинокуляре), либо фотографировать, передавать на видеокамеру для оцифровки. В состав современного микроскопа обычно входит система подсветки, столик для перемещения объекта (препарата), наборы специальных объективов и окуляров.

Были разработаны  виды микроскопов, порзволяющие существенно расширить возможности обычной оптической микроскопии:

• Люминесцентный микроскоп
• Поляризационный микроскоп
• Металлографический микроскоп

До 1950-х годов  работали преимущественно в диапазоне  видимого спектра света. Глаз работает в оптическом диапазоне длин волн. Оптические микроскопы не могли давать разрешающей способности менее  полупериода волны опорного излучения (для видимого диапазона длина  волн 0,2—0,7 мкм, или 200—700 нм). Предельное увеличение оптического микроскопа — до 2000 раз. Дальнейшее увеличение изображения нецелесообразно, так  как не позволяло обнаружить дополнительных деталей структуры вешества. Отдельные частички размером приблизительно до 0,15 мкм хорошо видны при увеличении в 2000 раз. Более мелкие частицы не отражают световые лучи и не видны под микроскопом.

Электронная микроскопия - совокупность электронно-зондовых методов исследования микроструктуры твердых тел, их локального состава и микрополей (электрических, магнитных и др.) с помощью электронных микроскопов - приборов, в которых для получения увеличения изображений используют электронный пучок.  Электронная микроскопия включает также методики подготовки изучаемых объектов, обработки и анализа результирующей информации. Различают два главных направления электронной микроскопии: трансмиссионную (просвечивающую) и растровую (сканирующую), основанных на использовании соответствующих типов. Они дают качественно различную информацию об объекте исследования и часто применяются совместно. Известны также отражательная, эмиссионная, оже-электронная, лоренцова и иные виды электронной микроскопии, реализуемые, как правило, с помощью приставок к трансмиссионным и растровым электронным микроскопам. 

Рентгеновская микроскопия — совокупность методов исследования микроскопического строения вещества с помощью рентгеновского излучения. В рентгеновской микроскопии используют специальные приборы — рентгеновские микроскопы. Разрешающая способность достигает 100 нм, что в 2 раза выше, чем у оптических микроскопов (200нм). Теоретически рентгеновская микроскопия позволяет достичь на 2 порядка лучшего разрешения, чем оптическая (поскольку длина волны рентгеновского излучения меньше на 2 порядка). Однако современный оптический микроскоп - наноскоп имеет разрешение до 3-10нм.

Рентгеновская микроскопия разделяется на:

• Отражательная микроскопия
• Проекционная микроскопия
• Электронная микроскопия
• Рентгеновская лазерная микроскопия

8.Электронный микроскоп. Понятие об электронной оптике.

Электро́нный микроско́п (ЭМ) — прибор, позволяющий получать изображение объектов с максимальным увеличением до 10⁶ раз, благодаря использованию, в отличие от оптического микроскопа, вместо светового потока пучка электронов с энергиями 30÷200  кэВ и более (например, просвечивающие электронные микроскопы высокого разрешения с ускоряющим напряжением 1 МВ). Разрешающая способность электронного микроскопа в 1000÷10000 раз превосходит разрешение светового микроскопа и для лучших современных приборов может быть меньше одного ангстрема. Для получения изображения в электронном микроскопе используются специальные магнитные линзы, управляющие движением электронов в колонне прибора при помощи магнитного поля.