1 显微镜.docVIP

一、概述 早在公元前一世纪，人们就已发现通过球形透明物体去观察微小物体时，可以使其放大成像。后来逐渐对球形玻璃表面能使物体放大成像的规律有了认识。 1590年，荷兰的眼镜制造者兰的杨森父子已经造出类似显微镜的放大仪器。1610年前后，意大利的伽利略和德国的开普勒在研究望远镜的同时，改变物镜和目镜之间的距离，得出合理的显微镜光路结构，当时的光学工匠遂纷纷从事显微镜的制造、推广和改进。 17世纪中叶，英国的胡克(Robert Hooke)和荷兰的列文胡克，都对显微镜的发展作出了卓越的贡献。1665年前后，胡克在显微镜中加入粗动和微动调焦机构、照明系统和承载标本片的工作台。这些部件经过不断改进，成为现代显微镜的基本组成部分。 1673～1677年期间，列文胡克制成单组元放大镜式的高倍显微镜，其中九台保存至今。胡克和列文胡克利用自制的显微镜，在动、植物机体微观结构的研究方面取得了杰出的成就。 19世纪，高质量消色差浸液物镜的出现，使显微镜观察微细结构的能力大为提高。1827年阿米奇第一个采用了浸液物镜。19世纪70年代，德国人阿贝奠定了显微镜成像的古典理论基础。这些都促进了显微镜制造和显微观察技术的迅速发展，并为19世纪后半叶包括科赫、巴斯德等在内的生物学家和医学家发现细菌和微生物提供了有力的工具。 在显微镜本身结构发展的同时，显微观察技术也在不断创新：1850年出现了偏光显微术；1893年出现了干涉显微术；1935年荷兰物理学家泽尔尼克创造了相衬显微术，他为此在1953年获得了诺贝尔物理学奖。 古典的光学显微镜只是光学元件和精密机械元件的组合，它以人眼作为接收器来观察放大的像。后来在显微镜中加入了摄影装置，以感光胶片作为可以记录和存储的接收器。现代又普遍采用光电元件、电视摄象管和电荷耦合器等作为显微镜的接收器，配以微型电子计算机后构成完整的图象信息采集和处理系统。 借助显微镜，人们观测和研究了细胞、病菌等微小物体的结构和特性，由此奠定了细胞学和组织学的基础，并对生物学、遗传学、微生物学、病理学、医学和检验学的发展起了极大的促进作用。 二、显微镜的成像原理及光学参数 普通的光学显微镜是由两组透镜组成，一组为焦距很短的物镜，一组为焦距较长的目镜。如图＿所示。 图★★显微镜成像原理 将被观察的物体AB置于物镜前的物方焦点F1稍外的地方，物体AB发出的光线经物镜O_1放大后成一倒立实像AB于目镜前焦点附近，再经目镜O_2放大后，就可以得到一个经两次放大的倒立虚像AB，呈现在观察者的明视距离处。 1.数值孔径 数值孔径也叫镜口率，简写N.A.。它的定义是： N.A.=n×sinα/2 7-1 即物体与物镜之间媒质的折射率n，和物镜径口半角(如图＿所示)的正弦值的乘积。 图★★物镜的镜口半角 数值孔径是衡量显微镜性能的极为重要的一个技术参数，同时它又决定或影响着显微镜的其他参数。它与放大率成正比，与景深成反比；它的平方与图像亮度成正比；数值孔径越大，其视场和工作距离同越小。 根据7-1式可知，要提高物镜的数值孔径，可采取两种办法：一是增大镜口角α；二是增大物镜与标本之间介质的折射率。前一种办法也就是让标本与物镜尽是靠近。但无论怎样靠近，α不可能大于180°，sinα/2也无法达到1。因为空气的折射率为1，所以N.A.总是小于1。后一种办法就是在物镜与标本之间加入折射率较大的介质。比如香柏油，其折射率为1.515。 例如，设α=111°12，当物镜与标本之间以空气为介质时，N.A.约为0.83，以香柏油为介质时约为1.25。这就是为什么高倍显微镜要用油镜的道理。目前，在实用范围内，油镜所能达到的最大数值孔径为1.4。 2.分辩率 分辩率是指分辨微细结构的能力。它与“分辩距离”成反比，分辩距离是指能被分辩开的两物点间的最小距离。如果两物点间的距离小于分辩距离，就会把它们看成一个点。分辩距离越小，显微镜的分辩率越高。显微镜的分辩率是同物镜来决定的，目镜只起“放大镜”的作用，并不提高显微镜的分辩率。 在普通中心照明的情况下，物镜的分辩率由下式决定： d=λ/2N.A. 7-2 式中d表示分辩距离，λ表示照明光线的波长。 在可见光中亮度最大而且人眼最敏感的波长为0.55μm，物镜最大的N.A.为1.4，代入7-2式可得d≈0.2μm。即利用可见光的普通显微镜，在中心照明的情况下，分辩距离的极限为0.2μm。 根据7-2式可知，要提减小显微镜的分辩距离(即提高分辩率)，可采取两种方法：一是提高物镜的数值孔径；二是使用波长较短的照明光线。 紫外线的波长比可见光短，比如用波长0.27μm的紫外线作为光源的紫外显微镜，其分辩距离可达0.1μm，分辩率高于可见光一倍。但因为眼睛看不见紫外线，只有拍成照片以后再观察。