Як вибрати мікроскоп? Збільшення та роздільна здатність мікроскопа.

У даній статті ми постараємося розібратися з таким поняттям, як збільшення мікроскопа. Вибираючи, який мікроскоп купити, багато покупців насамперед звертають увагу на те, яке максимальне збільшення має мікроскоп, помилково вважаючи, що саме збільшення визначає якість одержуваного зображення. На жаль, це дуже поширена помилка, що чим більше максимальне збільшення, тим краще. На практиці все виявляється набагато складніше.

Дійсно, в теорії оптичний світловий мікроскоп може давати збільшення до 2000х, і багато виробників оптики користуються необізнаністю споживачів і пропонують купити біологічні мікроскопи з максимальним збільшенням 1500х, 1600х. З теоретичної точки зору, домогтися такого збільшення мікроскопа, звичайно ж, можна, але, що ж ми отримуємо, з практичної точки зору, за умови використання такого збільшення? Отже, щоб не розчаруватися в покупці, слід розрізняти такі два поняття, як корисне і марне збільшення мікроскопа, що тісно пов'язані з його роздільною здатністю.

Отже, збільшення мікроскопа залежить від комбінації об'єктивів і окулярів, що використовуються, і, як відомо, воно розраховується за дуже простою формулою:

Збільшення мікроскопа = Збільшення окуляра x Збільшення об'єктива

Таким чином, встановивши окуляр 10х і вибравши об'єктив 40х, Ви отримаєте збільшення 10*40=400х; окуляр 10х в комбінації зі 100х об'єктивом дасть збільшення 10*100=1000х; 15х окуляр у комбінації з 100х об'єктивом дасть збільшення 15*100=1500х і т. п. І хоча, здавалося б, таким чином можна досягти довільного збільшення, з іншого ж боку, справедливо очікувати, що світловий мікроскоп як оптичний прилад повинен мати обмеження своїх можливостей.

Можливість розрізняти окремо дві точки, що знаходяться дуже близько один до одного, і є роздільна здатність мікроскопа. Границею роздільної здатності називають мінімальну відстань, на якій такі точки все ще видно окремо. Як відомо, максимальна роздільна здатність світлового оптичного мікроскопа дорівнює 0,2 мкм. Зазначимо, що саме роздільна здатність мікроскопа визначає якість зображення і його чіткість. Роздільна здатність мікроскопа залежить від конденсора та об'єктива, а саме: довжини хвилі світла, що висвітлює зразок, і числової апертури об'єктива. Таким чином, роздільна здатність вище у об'єктивів з більшою апертурою. Щоб обчислити роздільну здатність мікроскопа, скористайтесь формулою:

D = λ / 2NA

де D - границя роздільної здатності, λ – довжина світлової хвилі, NA – числова апертура.

В якості прикладу:

1. нехай збільшення об'єктива 40х, а його числова апертура дорівнює 0.65, тоді D=0.55 мкм / (2*0.65)=0,42 мкм.
2. нехай збільшення об'єктива 100х, а його числова апертура дорівнює 1.25, тоді D=0.55 мкм / (2*1.25)=0,22 мкм.

Що таке корисне збільшення мікроскопа?

Корисним збільшенням мікроскопа називають таке збільшення, при якому досліджуваний об'єкт розглядається під граничним кутом зору. Як Ви можете помітити, на корпусі всіх об'єктивів для мікроскопа нанесена певне маркування. І одним із зазначених у маркуванні параметрів є числова апертура об'єктива (часто позначається N. A.). Так от, корисне збільшення мікроскопа, як правило, дорівнює числовій апертурі об'єктива, збільшеній в 500-1000 разів.

Як відомо, числова апертура сухих об'єктивів не перевищує значення 1,0. Тому максимальне корисне збільшення мікроскопа, на револьверній голівці якого розташовані лише сухі об'єктиви, не може бути вище 1000х. Що ж стосується імерсійних об'єктивів, то найбільш часто зустрічається значення числової апертури для таких об'єктивів 1.25, але іноді числова апертура може досягати значення 1,40. Таким чином, для більшості біологічних лабораторних мікроскопів максимальне корисне збільшення дорівнює 1250х, в деяких моделях може досягати 1400х.

І оскільки числова апертура для більшості 100х імерсійних об'єктивів дорівнює 1.25, то максимальне корисне збільшення для цього об'єктива становить 1250х, а, отже, докуповувати окуляри 15х або 16х, за яких збільшення мікроскопа буде дорівнювати 1500х або 1600х відповідно, просто позбавлене сенсу. А якщо виробник пропонує такі окуляри в базовій комплектації мікроскопа, то це не що інше, як хитрощі і маркетинговий хід. На практиці використання цих окулярів зі 100х об'єктивом буде марним. Який би потужний і якісний окуляр Ви не купили, при використанні марного збільшення, Вам не вдасться виявити нових деталей в структурі досліджуваного об'єкта. І навіть більше того, підвищення збільшення окуляра призведе до зменшення кількості світла, що потрапляє в око людини, яка проводить спостереження, а також зробить більш інтенсивними спотворення.

Висновок:

Корисне збільшення зазвичай дорівнює числовій апертурі об'єктива, збільшеній в 500-1000 разів. Менші збільшення не дозволять Вам виявити всіх елементів структури, а більш високе збільшення, ні за яких обставин, не дозволить Вам виявити нових деталей в будові об'єкта і є марним. Хоча інколи подібне велике збільшення може використовуватися у мікрофотографії і під час мікропроектування.

Таким чином, ми отримуємо, що корисне збільшення для більшості лабораторних біологічних мікроскопів не перевершує 1250х.

Марне збільшення лише додатково збільшить масштаб, що може виявитися корисним під час підрахунку дрібних частинок в полі зору, але, як вже говорилося вище, не дозволить Вам розглянути саму структуру спостережуваних часток. Пам'ятайте, що за умови виходу за межі корисного збільшення виникають дифракція та інші явища, зумовлені хвильовою природою світла, які непомітні за умови спостереження в межах корисного збільшення, але призводять до оптичних помилок під час використання непотрібних збільшень.

Автор статті: Галина Цехмістро