显微镜的使用.doc

内容 显微镜的基本光学原理 光学显微镜成象原理 光学显微镜的组成结构 偏光显微镜分类(实验室参观) 偏光显微镜的使用规程及调整维护/实习训练一 光学显微镜的基本原理 训练目的与要求 通过训练要求学生了解显微镜的基本原理。 掌握显微镜分类、配套设备。 掌握矿相显微镜(反光偏光显微镜）和岩石显微镜（透光偏光显微镜）的原理内容 光学显微镜的发展历史 显微镜的基本光学原理 光学显微镜的原理和构造 光学显微镜划分 偏光显微镜配套设备二、显微镜的基本光学原理 折射和折射率 透镜的特征 凸透镜的五种成象规律1.折射和折射率 光线在均匀的各向同性介质中，两点之间以直线传播，当通过不同密度介质的透明物体时，则发生折射现象，这是由于光在不同介质的传播速度不同造成的。当与透明物面不垂直的光线由空气射入透明物体(如玻璃)时，光线在其介面改变了方向，并和法线构成折射角。 2.透镜的性能透镜是组成显微镜光学系统的最基本的光学元件，物镜目镜及聚光镜等部件均由单个和多个透镜组成。依其外形的不同，可分为凸透镜(正透镜)和凹透镜(负透镜)两大类。当一束平行于光轴的光线通过凸透镜后相交于一点，这个点称焦点，通过交点并垂直光轴的平面，称焦平面。焦点有两个，在物方空间的焦点，称物方焦点，该处的焦平面，称物方焦平面；反之，在象方空间的焦点，称象方焦点，该处的焦平面，称象方焦平面。 光线通过凹透镜后，成正立虚像，而凸透镜则成正立实像。实像可在屏幕上显现出来，而虚像不能。 3.凸透镜的五种成象规律 当物体位于透镜物方二倍焦距以外时，则在象方二倍焦距以内、焦点以外形成缩小的倒立实象； 当物体位于透镜物方二倍焦距上时，则在象方二倍焦距上形成同样大小的倒立实象； 当物体位于透镜物方二倍焦距以内，焦点以外时，则在象方二倍焦距以外形成放大的倒立实象； 当物体位于透镜物方焦点上时，则象方不能成象； 当物体位于透镜物方焦点以内时，则象方也无象的形成，而在透镜物方的同侧比物体远的位置形成放大的直立虚象。三 光学显微镜的原理和构造 显微镜的成像原理 显微镜（物镜)的重要光学技术参数 光学部分-偏光镜和勃氏镜 机械部分 照明光源物镜 物镜是显微镜最重要的光学部件，利用光线使被检物体第一次成象，因而直接关系和影响成象的质量和各项光学技术参数，是衡量一台显微镜质量的首要标准。 物镜齐焦 既是在镜检时，当用某一倍率的物镜观察图象清晰后，在转换另一倍率的物镜时，其成象亦应基本清晰，而且象的中心偏离也应该在一定的范围内，也就是合轴程度。齐焦性能的优劣和合轴程度的高低是显微镜质量的一个重要标志，它是与物镜的本身质量和物镜转换器的精度有关。 现代显微物镜已达到高度完善，其数值孔径已接近极限，视场中心的分辨率与理论值之区别已微乎其微。但继续增大显微物镜视场与提高视场边缘成象质量的可能性仍然存在，这种研究工作，至今仍在进行。显微物镜与目镜在参于成象这点上是有区别的。物镜是显微镜最复杂和最重要的部分，在宽光束中工作(孔径大)，但这些光束与光轴的倾角较小(视场小)；目镜在窄光束中工作，但其倾角大（视场大）。当计算物镜与目镜，在消除象差上有很大差别。物镜-显微镜的光学技术参数 数值孔径 分辨率 放大率和有效放大率 焦深 视场直径（FieldOfView） 覆盖差 工作距离WD数值孔径 数值孔径简写NA，它是物镜和聚光镜的主要技术参数，是判断两者（尤其对物镜而言）性能高低的重要标志。其数值的大小，分别标刻在物镜和聚光镜的外壳上。数值孔径（NA）是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率（n）和孔径角（a）半数的正弦之乘积。用公式表示如下：NA=nsina/2数值孔径与其他技术参数有着密切的关系，它几乎决定和影响着其他各项技术参数。它与分辨率成正比，与放大率成正比，与焦深成反比，NA值增大，视场宽度与工作距离都会相应地变小。分辨率 显微镜的分辨率是指能被显微镜清晰区分的两个物点的最小间距，又称“鉴别率”。其计算公式是=/NA式中为最小分辨距离；为光线的波长；NA为物镜的数值孔径。 物镜的分辨率是由物镜的NA值与照明光源的波长两个因素决定。NA值越大，照明光线波长越短，则值越小，分辨率就越高。要提高分辨率，即减小值，可采取以下措施（1）降低波长值，使用短波长光源。（2）增大介质n值以提高NA值（NA=nsinu/2）。（3）增大孔径角u值以提高NA值。（4）增加明暗反差。放大率和有效放大率 由于经过物镜和目镜的两次放大，所以显微镜总的放大率F应该是物镜放大率和目镜放大率F1的乘积：F=F1显然，和放大镜相比，显微镜可以具有高得多的放大率，并且通过调换不同放大率的物镜和目镜，能够方便地改变显微镜的放大率。放大率也是显微镜的重要参数，但也不能盲目相信放大率越高越好。显微镜放大倍率的极限即有效放大倍率。分辨率和放大倍率是两个不同的但又互有联系的概念。有关系式：500NAF1000NA当选用的物镜数值孔径不够大(即分辨率不够高)时，显微镜不能分清物体的微细结构，此时即使过度地增大放大倍率，得到的也只能是一个轮廓虽大但细节不清的图像，称为无效放大倍率。反之如果分辨率已满足要求而放大倍率不足，则显微镜虽已具备分辨的能力，但因图像太小而仍然不能被人眼清晰看见。所以为了充分发挥显微镜的分辨能力，应使数值孔径与显微镜总放大倍率合理匹配。 焦深 焦深在使用显微镜时，当焦点对准某一物体时，不仅位于该点平面上的各点都可以看清楚，而且在此平面的上下一定厚度内，也能看得清楚，这个清楚部分的厚度就是焦深。 （1）焦深与总放大倍数及物镜的数值孔径成反比。（2）焦深大，分辨率降低。由于低倍物镜的景深较大，所以在低倍物镜照相时造成困难。视场直径 观察显微镜时，所看到的明亮的圆形范围叫视场，它的大小是由目镜里的视场光阑决定的。 视场直径也称视场宽度，是指在显微镜下看到的圆形视场内所能容纳被检物体的实际范围。视场直径愈大，越便于观察。有公式F=FN/式中F:视场直径，FN：视场数（FieldNumber,简写为FN，标刻在目镜的镜筒外侧），:物镜放大率。由公式可看出：（1）视场直径与视场数成正比。（2）增大物镜的倍数，则视场直径减小。因此，若在低倍镜下可以看到被检物体的全貌，而换成高倍物镜，就只能看到被检物体的很小一部份 覆盖差 显微镜的光学系统也包括盖玻片在内。由于盖玻片的厚度不标准，光线从盖玻片进入空气产生折射后的光路发生了改变，从而产生了相差，这就是覆盖差。覆盖差的产生影响了显微镜的成响质量。国际上规定，盖玻片的标准厚度为0.17mm，许可范围在0.16-0.18mm，在物镜的制造上已将此厚度范围的相差计算在内。物镜外壳上标的0.17，即表明该物镜所要求的盖玻片的厚度。工作距离WD 工作距离也叫物距，即指物镜前透镜的表面到被检物体之间的距离。镜检时，被检物体应处在物镜的一倍至二倍焦距之间。因此，它与焦距是两个概念，平时习惯所说的调焦，实际上是调节工作距离。在物镜数值孔径一定的情况下，工作距离短孔径角则大。数值孔径大的高倍物镜，其工作距离小。物镜的基本类型 （1） 按显微镜镜筒长度（以mm计）：透射光用160镜筒，带0.17mm厚或更厚的盖玻片； 反射光用190镜筒，不带盖玻片；透射光与反射光用镜筒，筒长无限大。（2） 按浸法特征：非浸式(干式)、浸式(油浸、水浸、甘油浸及其它浸法)。（3） 按光学装置：透射式、反射式以及折反射式。（4） 按数值孔径和放大倍数：低倍(NA0.2与10X)，中倍(NA0.65与40X)，高倍(NA0.65与40X)。（5） 按校正象差的情况不同，通常分为消色差物镜，半复消色差物镜，复消色差物镜，平视场消色差物镜，平视场复消色差物镜和单色物镜。 物镜类型的识别 1、消色差程度 Ach/Achromatic objective 消色差物镜 Apo/apochromatie objective 复消色差物镜 Fl/fluorite/neofluar 半复消色差物镜（萤石） Planachromate 平象消色差 Planapochromate 平象复消色差 Plan 平象 Pl 广视野平象 Npl 正常视野平象 Epiplan 反射光专用平象2、观察介质 W/water 水 浸 Oil/Oel/HI/imm/ 油 浸 W+Oil 水油浸两用 Meth-iodide/Methyleniodide 二碘甲烷浸刻 Glyz/Glyc 甘油浸刻 干燥物镜无符号3、放大倍数 数字表示：10* 焦距表示：F5.2/5.2mm 或者焦距单位1/12寸 物镜的放大倍数： m1=光学筒长（机械筒长）/物镜焦距 M=目镜倍数*物镜倍数*附加透镜倍数 现代目物镜标准倍数系列相邻倍数相差1.25倍5、标准机械筒长和盖玻片厚度 170/ /0 /0.176、物镜应变状态 POL 无应变 P 完全无应变 （P） 基本无应变 应变 熔炼冷却时退火不当，或安装时受到应力，或者成品受温度急剧变化，或者受到撞击，透镜内部因应力而产生应变。几种显微镜符号的含义目镜 目镜的作用是把物镜放大的实象（中间象）再放大一级，并把物象映入观察者的眼中，实质上目镜就是一个放大镜。已知显微镜的分辨率能力是由物镜的数值孔径所决定的，而目镜只是起放大作用。因此，对于物镜不能分辨出的结构，目镜放的再大，也仍然不能分辨出。 聚光镜 聚光镜装在载物台的下方。小型的显微镜往往无聚光镜，在使用数值孔径0.40以上的物镜时，则必须具有聚光镜。聚光镜不仅可以弥补光量的不足和适当改变从光源射来的光的性质，而且将光线聚焦于被检物体上，以得到最好的照明效果。 聚光镜的的结构有多种，同时根据物镜数值孔径的大小，相应地对聚光镜的要求也不同 。1 阿贝聚光镜（Abbe condenser）这是由德国光学大学大师恩斯特.阿贝(Ernst Abbe)设计。阿贝聚光镜由两片透镜组成，有较好的聚光能力，但是在物镜数值孔径高于0.60时，则色差，球差就显示出来。因此，多用于普通显微镜上。 2 消色差聚光镜(Achromatic aplanatic condenser )这种聚光镜又名消球差聚光镜和齐明聚光镜，它由一系列透镜组成，它对色差球差的校正程度很高，能得到理想的图象，是明场镜检中质量最高的一种聚光镜，其NA值达1.4 。因此，在高级研究显 微镜常配有此种聚光镜。它不适用于4 X以下的低倍物镜，否则照明光源不能充满整个视场。3 摇出式聚光镜（Swing out condenser）在使用低倍物镜时（如4X），由于视场大，光源所形成的光锥不能充满真整个视场，造成视场边缘部分黑暗，只中央部分被照亮。要使视场充满照明，就需将聚光镜的上透镜从光路中摇出。4 其它聚光镜聚光镜除上述明场使用的类型外，还有作特殊用图的聚光镜。如暗视场聚光镜，相衬聚光镜，偏光聚光镜，微分干涉聚光镜等.偏光聚光镜 聚光镜装在载物台的下方 ，一般用消色差球差和消球差聚光镜 消色差球差聚光镜是由六个透镜和两个虹膜式光圈组成。透镜要求没有应变。照明系统 光源 卤钨灯 汞灯 钠灯 虑色片 灯室四、光学显微镜划分 按使用目镜的数目可分为双目和单目显微镜； 按图像是否有立体感可分为立体视觉和非立体视觉显微镜； 按观察对像可分为生物和金相显微镜等； 按光学原理可分为偏光、相衬和微差干涉对比显微镜等； 按光源类型可分为普通光、荧光、紫外光、红外光和激光显微镜等； 按接收器类型可分为目视、数码（摄像）显微镜等。 训练二 偏光显微镜调整使用及维护 训练目的与要求 偏光显微镜显微镜光学系统等部件的维修和维护 偏光显微镜显微镜保养内容 显微镜的安装 显微镜使用检查顺序 目镜间距和视度的调节 焦距的调节 检偏镜吸光位的调节 聚光器的定心 载物台的定心 物镜的定心 显微镜的维护和保养检查顺序 开光源，载物台放好标本 伯氏镜处于OUT，拉出检偏镜。 用10*物镜，对好大致的焦点 目镜间距和视度的调节 检偏镜吸光位的调节 聚光器的定心 载物台的定心 10*以外物镜的定心 按检查的目的，正确使用聚光器、检偏镜、勃氏镜二、使用方法及调试 一）目镜调试1打开光源,使伯特兰透镜（处于OUT）、上偏光（检偏）检板退出光路。2进行目镜的间距和视度的调节。 将10物镜进入光程,在载物台上放上薄片,对好大至焦点。（1）观察两边目镜,把左右镜筒滑动的眼睛距离调节得与双筒视场一至为止（两眼同时看到一个完整的圆视场） 。（2）用右眼看带有刻度的十字丝的右目镜,旋转该目镜,使视场内十字丝达到最清晰.然后调节显微镜的粗。细调旋扭,一直调节到十字丝与薄片同时清晰为止。3.再用左眼看左目镜,旋转该目镜的视度调节环,使视场内薄片达到最清晰。这时左右眼观察到的十字丝与薄片最佳。注:上述调节,因人而为。由于每个人的视力都不同,一定要根据自己的视力来进行调节,否则将会因长时间镜下工作,出现头晕,头涨,双目不适等现象。 二）校正上下偏光 因为偏光显微镜自身的特殊性,在进行聚光器定心之前,要求偏光镜（下偏光）,检偏镜（上偏光）的振动方向应与目镜十字丝的X轴（横丝）,Y轴（纵丝）相一至。即下偏光的振动方向与X轴（横丝）平行，上偏光的振动方向与Y轴（纵丝）平行,这就需要用定位板（也可用薄片中带有纵切面黑云母的解理逢来进行）来调节。操作如下:1.将10物镜引入光程,并使中间附件上的红点与显微镜基台相对成一线,把下偏光镜和上偏光镜调到“0”上以得到全消光效果（仪器出厂时,上、下偏光的振动方向已定在“0”位） 。 2.将定位板放入载物台中心。通过目镜观察定位板并旋转载物台（旋转时定位板忽暗忽明）见图4-1,直到定位板最暗（此时定位板基线与下偏光振动方向平行）,见图4-2,然后手动调节定位板的位置图4-3使定位基线板接近X轴（横丝）。3.把上偏光从光程中退出。松开镜筒紧固螺丝并轻轻地旋转镜筒,直到十字丝X轴（横丝）与定位板基线（黑云母解理缝）平行,见图4-4,这时上下偏光的振动方向与目镜十字丝一致。 三）聚光器定心1.将10物镜引入光程,退出上偏光。2.把聚光器上部透镜（锥光镜）引入光程。3.把视场光阑调节环调小,通过目镜可看到视场象图5-1调节聚光器的高度,对好光阑象的焦点。 2.当旋转载物台一周时参照点,参照点有一个轨迹。见图6-1。 3.参照点从十字中心“0”处进行180旋转时到达“A”处（离十字中心最远） 。图6-14.用两定心扳手,将参照点调到“B”处（a到o一半的地方） 。5.接着再将“b”处的参照点（移薄片）手动移至十字中心“o”处。图6-2几次反复上述动作,直到旋转物台时,参照点在十字心不动,物台中心调节完毕。（五）物镜的定心 除10物镜（标准物镜）外,其他物镜都要用转换器的定心螺丝进行定心。在物台定心处于定心后，将两个定心扳手插入转换器定心物镜孔的定心螺丝中，调节方法与载物台定心调节相同。（六）焦距的调节1.粗调旋转松紧调节环（位于右边粗调旋扭里边） 粗调旋转松紧已经厂家调节，但如需要,可根据操作者习惯，旋转调节环的松紧。旋转时，在调节环外周的小孔里插螺丝刀来进行.但不能过分放松调节环，因过分放松会使物台自动下滑。2.粗调锁杆 粗调锁杆（位于右边粗调旋扭的里边），在使用高倍镜物镜时，这一锁杆可防止薄片与物镜碰触设定上限（物台限位）。即在使用高倍物镜,由于物镜与薄片间焦准距离非常小（过分升高物台会顶碎薄片或伤到镜头）,所以在高倍镜调焦时，先从物台侧面观察，升高物台使薄片与物镜刚好接触,这时抬起粗调锁杆