Лабораторное занятие 1 – 2. Устройство микроскопа. Правила работы с микроскопом. Изготовление простейших препаратов
Цель: ознакомиться со строением микроскопа, правилами работы с ним, техникой изготовления простейших препаратов, правилами оформления результатов наблюдений.
Материалы и оборудование:микроскоп, предметные и покровные стекла, капельницы с водой и лактофенолом, препаровальные иглы, споры плауна, пыльца мальвы, черешки листа бегонии, листья традесканции.
Строение микроскопа
Микроскоп представляет собой оптико-механический прибор, позволяющий получать сильно увеличенное изображение рассматриваемого предмета, размеры которого лежат за пределами разрешающей способности невооруженного глаза. Человек с нормальным зрением различает две точки как две или две линии как две, а не одну, лишь в том случае, если расстояние между ними не менее 100 мкм. Таким образом, разрешающая способность глаза невелика. При работе с микроскопом расстояние между двумя точками или линиями, на котором они не кажутся слившимися, сокращается до десятых долей микрометра. Иными словами, разрешающая способность световых микроскопов в 300–400 раз выше разрешающей способности невооруженного глаз и равна 0,2–0,3 мкм.
Полезное увеличение современных оптических микроскопов достигает 1400 раз, выявляя при этом мельчайшие детали строения изучаемого объекта.
В микроскопе различают оптическую и механическую системы.
Оптическая система состоит из трех частей: осветительного аппарата, объектива и окуляра (рис. 1).
Между объективом и окуляром расположен тубус. Все эти части строго центрированы и вмонтированы в штатив, представляющий собой механическую систему микроскопа. Штатив состоит из массивного основания, предметного столика, дуги, или тубусодержателя, и подающих механизмов, передвигающих предметный столик в вертикальном направлении.
А
Б
Рис. 1. Устройство светового монокулярного (А)
и бинокулярного (Б) микроскопа:
1 – окуляры; 2 – бинокулярная насадка; 3 – винт крепления насадки; 4 – револьверное устройство; 5 – объективы; 6 – винтовой упор (ограничитель перемещения предметного столика при фокусировке; 7 – предметный столик; 8 – рукоятка перемещения предметного столика в двух взаимно–перпендикулярных направлениях; 9 – рукоятка грубой фокусировки; 10 – рукоятка точной фокусировки; 11 – коллектор в оправе; 12 – основание микросокопа; 13 – конденсор; 14 – винт крепления конденсора; 15 – препаратоводитель
Осветительный аппарат представлен конденсором с ирисовой диафрагмой и осветителем с галогеновой лампой накаливания. Конденсор располагается в кольце под столиком микроскопа. Он состоит из двух или трех линз, вставленных в цилиндрическую оправу. Конденсор служит для наилучшего освещения изучаемого препарата. Фронтальная линза конденсора должна быть установлена на уровне предметного столика микроскопа или несколько ниже его.
В нижней части конденсора находится ирисовая диафрагма. Она представляет собой систему многочисленных тонких пластинок («лепестков»), подвижно укрепленных в круглой оправе. С помощью регулировочного кольца можно изменять размеры отверстия диафрагмы, которое всегда сохраняет центральное положение. Этим регулируется диаметр пучка света, идущего от лампы в конденсор. Под диафрагмой укреплено кольцо, в которое вставляется светофильтр, обычно из матового стекла.
Встроенный в основание микроскопа осветитель включает коллектор в оправе, который ввинчивается в отверстие основания, и держатель галогеновой лампы накаливания 6В, 20Вт. Включение осветителя осуществляется с помощью выключателя, расположенного на задней поверхности основания микроскопа. Вращая диск регулировки накала лампы, расположенный на боковой поверхности основания микроскопа слева от наблюдателя, можно изменять яркость накаливания лампы.
Пройдя через конденсор и преломившись в его линзах, лучи, идущие от источника света, освещают препарат, лежащий на столике микроскопа, проходят сквозь него, и далее в виде расходящегося пучка входят в объектив.
Частично закрывая нижнюю линзу конденсора, диафрагма задерживает боковые лучи, благодаря чему получается более резкое изображение объекта.
Объектив представляет собой наиболее важную часть оптической системы. Он состоит из нескольких линз, вправленных в металлическую гильзу. Объективы с большими увеличениями включают 8–10 линз и более. Объектив дает изображение объекта с обратным расположением частей. При этом он выявляет («разрешает») структуры, недоступные невооруженному глазу, с большими или меньшими подробностями в зависимости от качества объектива. Изображение строится объективом в плоскости диафрагмы окуляра, расположенного в верхней части трубы (тубуса) микроскопа. Оптические свойства объектива зависят от его устройства и качества линз. Наиболее сильные объективы дают 120-кратные увеличения. На лабораторных занятиях обычно работают с объективами, увеличивающими в 4, 20, 40 раз.
Большое значение при работе с микроскопом имеет рабочее расстояние объектива, т. е. расстояние от нижней (фронтальной) линзы объектива до объекта (до верхней поверхности предметного стекла). У объективов с 40-кратным увеличением это расстояние равно 0,6 мм. Поэтому желательно пользоваться покровными стеклами, толщина которых меньше рабочего расстояния. Нормальная толщина покровного стекла 0,17–0,18 мм.
Окуляр устроен значительно проще объектива. Некоторые окуляры состоят лишь из двух линз и диафрагмы, вставленных в цилиндрическую оправу. Верхняя (окулярная) линза служит для наблюдения, нижняя («коллектив») играет вспомогательную роль, фокусируя изображение, построенное объективом. Диафрагма окуляра определяет границы поля зрения.
На нижнем конце тубусодержателя укреплено револьверное устройство – вращающийся диск с гнездами, имеющими нарезку для ввинчивания объективов. Ход винтовой нарезки гнезд револьверного устройства и объективов стандартизован, поэтому объективы подходят к микроскопам разных моделей. Тубусодержатель неподвижно соединена со штативом.
Микроскоп сконструирован так, что препарат располагается между главным фокусом объектива и его двойным фокусным расстоянием. В трубе микроскопа, в плоскости диафрагмы окуляра, находящейся между главным фокусом и оптическим центром верхней линзы окуляра, объектив строит действительное увеличенное обратное изображение предмета. Действуя как лупа, верхняя линза или система линз окуляра дает мнимое прямое увеличенное изображение. Таким образом, изображение, которое получается с помощью микроскопа, оказывается дважды увеличенным и обратным по отношению к изучаемому предмету (рис. 2). Общее увеличение микроскопа при нормальной (160 мм) длине тубуса равно увеличению объектива, умноженному на увеличение окуляра.
Квадратный предметный столик имеет в центре отверстие, в которое входит верхняя часть конденсора. Предметный столик вместе с препаратом можно передвигать вперед назад. Современные микроскопы также снабжены препаратоводителем, с помощью которого препарат можно передвигать вперед назад по предметному столику. Для этого служат два винта, расположенные на оси справа
Рис. 2. Ход лучей в микроскопе:
АВ – предмет; O1 – объектив микроскопа, который дает увеличенное обратное и действительное изображение предмета A1B1. Изображение предмета лежит в фокальной плоскости F2 окуляра микроскопа О2, через который оно рассматривается, как в лупу. В фокальной плоскости F3 хрусталика глаза О3 получается действительное изображение предмета А2В2. Возможно и такое расположение O1 и О2, когда A1B1 располагается между F2 и О2
под предметным столиком. С помощью верхнего винта передвигают предметный столик, а с помощью нижнего – препарат.
Передвижение препарата с объектом для наведения резкости осуществляется при перемещении предметного столика, который подвижно соединен с тубусодержателем. С помощью подающих механизмов его можно передвигать по вертикали (вверх – вниз) для наведения на фокус. У большинства современных микроскопов эти механизмы (винты) укреплены в основании тубусодержателя.
Грубая фокусировка осуществляется с помощью макрометренного винта (кремальеры). Тонкая фокусировка осуществляется микрометренным винтом. На барабане микрометренного винта нанесены деления. Передвижение на одно деление соответствует подъему или опусканию трубы на 2 мкм. При полном обороте винта труба передвигается на 100 мкм.
Механизмы макрометренной и особенно микрометренной подачи изготовляются очень точно и требуют осторожного обращения. Вращать винты следует плавно, без рывков и применения силы.