Как выбрать микроскоп? Увеличение и разрешающая способность микроскопа.

В данной статье мы постараемся разобраться с таким понятием, как увеличение микроскопа. Выбирая, какой микроскоп купить, многие первым делом обращают внимание на то, каким максимальным увеличением обладает микроскоп, ошибочно считая, что именно увеличение определяет качество получаемого изображения. К сожалению, это очень распространенное заблуждение, что чем больше максимальное увеличение, тем лучше. На практике все же гораздо сложнее.

Действительно, в теории оптический световой микроскоп может давать увеличение до 2000х, и многие производители оптики пользуются незнанием потребителей и предлагают купить биологические микроскопы с максимальным увеличением 1500х, 1600х. С теоретической точки зрения, добиться такого увеличения микроскопа, конечно же, можно, но, что же мы получаем с практической точки зрения при использовании такого увеличения? Так, чтобы не разочароваться в покупке, следует различать такие два понятия, как полезное и бесполезное увеличение микроскопа, тесно связанные с его разрешающей способностью.

Итак, увеличение микроскопа зависит от комбинации используемых объективов и окуляров, и, как известно, рассчитывается по очень простой формуле:

Увеличение микроскопа = Увеличение окуляра x Увеличение объектива

Таким образом, установив 10х окуляр и выбрав 40х объектив, Вы получите увеличение 10*40=400х; 10х окуляр в комбинации с 100х объективом даст увеличение 10*100=1000х; 15х окуляр в комбинации с 100х объективом даст увеличение 15*100=1500х и т.п. И хотя, казалось бы, таким образом можно добиться совершенно произвольного увеличения, с другой же стороны, разумно ожидать, что световой микроскоп как оптический прибор должен иметь предел своих возможностей.

Возможность различать раздельно две точки, находящиеся очень близко друг к другу, и есть разрешающая способность микроскопа. Пределом разрешения называют минимальное расстояние, на котором такие точки все еще видны раздельно. Как известно, максимальная разрешающая способность светового оптического микроскопа равна 0,2мкм. Отметим, что именно разрешающая способность микроскопа определяет качество изображения и его четкость. Разрешающая способность микроскопа зависит от конденсора и объектива, а именно: длины волны освещающего образец света и числовой апертуры объектива. Таким образом, разрешающая способность выше у объективов с большей апертурой. Чтобы вычислить разрешающую способность микроскопа, воспользуйтесь формулой:

D = λ / 2NA

где D - предел разрешения, λ – длина световой волны, NA – числовая апертура.

В качестве примера:

1. пусть увеличение объектива 40х, а его числовая апертура равна 0.65, тогда D=0.55 мкм / (2*0.65)=0,42 мкм.
2. пусть увеличение объектива 100х, а его числовая апертура равна 1.25, тогда D=0.55 мкм / (2*1.25)=0,22 мкм.

Что такое полезное увеличение микроскопа?

Полезным увеличением микроскопа называют такое увеличение, при котором исследуемый объект рассматривается под предельным углом зрения. Как Вы можете заметить, на корпусе всех объективов для микроскопа нанесена определенная маркировка. И одним из указываемых в маркировке параметров является числовая апертура объектива (часто обозначается N.A.). Так вот, полезное увеличение микроскопа, как правило, равно числовой апертуре объектива, увеличенной в 500-1000 раз.

Как известно, числовая апертура сухих объективов не превышает значения 1,0. Поэтому максимальное полезное увеличение микроскопа, на револьверной головке которого расположены лишь сухие объективы, не может быть выше 1000х. Что же касается иммерсионных объективов, то наиболее часто встречающееся значение числовой апертуры для таких объективов 1.25, но иногда числовая апертура может достигать значения 1,40. Таким образом, для большинства биологических лабораторных микроскопов предельное полезное увеличение равно 1250х, в некоторых моделях может достигать 1400х.

И так как числовая апертура для большинства 100х иммерсионных объективов равна 1.25, то максимальное полезное увеличение для этого объектива равно 1250х, а, следовательно, докупать окуляры 15х либо 16х, при которых увеличение микроскопа будет равно 1500х или 1600х соответственно, просто лишено смысла. А если производитель предлагает такие окуляры в базовой комплектации микроскопа, то это не что иное, как хитрая уловка и маркетинговый ход. На практике использование этих окуляров с 100х объективом будет бесполезным. Какой бы мощный и качественный окуляр Вы не купили, при использовании бесполезного увеличения, Вам не удастся обнаружить новых деталей в структуре исследуемого объекта. И даже более того, повышение увеличения окуляра приведет к уменьшению количества света, попадающего в глаз человека, проводящего наблюдения, а также сделает более интенсивными искажения.

Вывод:

Полезное увеличение обычно равно числовой апертуре объектива, увеличенной в 500—1000 раз. Меньшие увеличения не позволят Вам выявить всех элементов структуры, а более высокое увеличение, ни при каких обстоятельствах, не позволит Вам обнаружить новых деталей в строении объекта и является бесполезным. Хотя иногда подобное большое увеличение может использоваться в микрофотографии и при микропроецировании.

Таким образом, мы получаем, что полезное увеличение для большинства лабораторных биологических микроскопов не превосходит 1250х.

Бесполезное увеличение лишь дополнительно увеличит масштаб, что может оказаться полезным при подсчете мелких частиц в поле зрения, но, как уже говорилось выше, не позволит Вам рассмотреть непосредственно саму структуру наблюдаемых частиц. Помните, что при выходе за пределы полезного увеличения возникают дифракция и другие явления, обусловленные волновой природой света, которые незаметны при наблюдении в пределах полезного увеличения, но приводят к оптическим ошибкам при использовании бесполезных увеличений.

Автор статьи: Галина Цехмистро