Theoretische Grundlagen - Physikalisches Praktikum. Versuch 11: Mikroskopie

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1 Theoretische Grundlagen - Physikalisches Praktikum Versuch 11: Mikroskopie Strahlengang das Lichtmikroskop besteht aus zwei Linsensystemen, iv und Okular, die der Vergrößerung aufgelöster strukturen dienen; beide Linsen wirken als Sammellinse; hinzu kommen die Beleuchtungseinrichtung und weiteres Zubehör Bildkonstruktion (Schema) iv Okular HH Zwischenbild HH optische Achse F Ob F Ob F Ok F Ok Bild das abzubildende befindet sich zwischen einfacher und doppelter Brennweite des ives; damit resultiert ein reelles, vergrößertes und umgekehrtes Bild (hier als Zwischenbild bezeichnet; zur Bildkonstruktion an Linsen siehe Versuch 5) das Zwischenbild wird durch das Okular weiter vergrößert; das Okular wirkt dabei als Lupe; das Zwischenbild befindet sich also innerhalb der einfachen Brennweite des Okulars; das dabei entstehende Bild ist virtuell, vergrößert und aufrecht bezüglich zum Gegenstand des Okulars (Zwischenbild) Vergrößerung die Gesamtvergrößerung am Mikroskop V mikr ergibt sich aus der Vergrößerung des ivs V obj und des Okulars V ok nach V mikr = V obj V ok

2 Auflösungsvermögen darunter versteht man die Fähigkeit eines abbildenden Systems zwei räumlich voneinander getrennte Strukturen auch getrennt voneinander (d. h. aufgelöst) darzustellen als Maß dafür kann man den Abstand y min angeben, den zwei gerade noch auflösbare Strukturen haben die Begrenzung des Auflösungsvermögens am Mikroskop folgt aus der Wellennatur des Lichts; nach Abbé kommt eine Abbildung dadurch zustande, dass in der Bildebene ungebeugtes Licht mit an strukturen gebeugtem Licht interferiert; mit anderen Worten: das an den strukturen entstehende gebeugte Licht muss von der ives erfasst werden γ ivs Abstand entspricht Scharfeinstellung ivs ungebeugtes Licht gebeugtes Licht 1. Ordnung bei senkrechtem Einfall des Lichts bei schrägen Lichteinfall resultiert ein maximales Auflösungsvermögen λ y min = 2 n sinγ ivs ungebeugtes Licht gebeugtes Licht 1. Ordnung bei schrägem Einfall des Lichts mit λ Wellenlänge des Lichts n Brechzahl des Medium zwischen und iv (bei Luft n = 1) γ halber Öffnungswinkel der ivs das Produkt aus n sinγ heißt numerische Apertur A A = n sinγ das Auflösungsvermögen kann erhöht werden (y min wird vermindert) durch Benutzung eines ivs mit größerer numerischer Apertur, durch Verwendung einer Immersionsflüssigkeit mit einer Brechzahl n > 1, die auf das als Tropfen aufgetragen wird und in welchen das iv eintaucht

3 Kennzeichnung auf iven hier sind stets zwei Zahlen eingraviert, die Vergrößerung des ivs V obj und die numerische Apertur A 10 / 0,1 V Obj A Förderliche Vergrößerung V förd sinnvolle Gesamtvergrößerung zur Arbeit mit einem Mikroskop bei zu hoher Vergrößerung werden keine zusätzlichen Strukturen aufgelöst bei zu kleiner Vergrößerung sind bestimmte aufgelöste Strukturdetails nicht sichtbar als Faustregel gilt V förd 500 A A Ausmessen von strukturen mit Hilfe einer Okularskala in manchen Mikroskopen befindet sich in der Zwischenbildebene eine Skala, die Okularskala; bei Verwendung ein und desselben Okulars erscheint diese Skala immer gleich groß, auch wenn unterschiedlich stark vergrößernde ive verwendet werden für ein gegebenes iv muss daher die Okularskala geeicht werden; dazu benutzt man eine zweite, bekannte Skala definierter Abmessung (mikrometer) als Präparat; beide Skalen werden parallel zueinander ausgerichtet die Skala des im Praktikum verwendeten mikrometers ist genau 1 mm lang und ist in 100 gleich große Abschnitte unterteilt, d. h. ein Skalenteil auf dem mikrometer entspricht 10 µm den Eichwert E der Okularskala erhält man aus der Differenz zweier Messmarken auf der Okularskala (n 2 n 1 ) und der damit übereinstimmenden Entfernung auf dem mikrometer l Ob E = l Ob / (n 2 n 1 ) dieser Eichwert wird in der Einheit µm/skalenteil angegeben

4 Amplituden- und Phasenkontrast nach Durchtritt von Licht durch ein Präparat können sich die einzelnen Lichtwellen unterscheiden; die beiden Phänomene Amplituden- und Phasenkontrast stellen Grenzfälle dar, die einzeln auftreten können, zumeist aber gleichzeitig existieren Amplitudenkontrast Phasenkontrast Präparat unterschiedliches Absorptionsvermögen unterschiedliche Brechzahlen die unterschiedlichen Abschnitte eines Präparates mit ausschließlich Amplitudenkontrast haben ein unterschiedliches Absorptionsvermögen; es resultieren Hell-Dunkel- Unterschiede bei gleicher Phasenlage aller Wellenzüge nach Durchqueren des Präparates Präparate mit reinem Phasenkontrast weisen in den einzelnen Abschnitten des Präparates unterschiedliche Brechzahlen auf, d.h. die Laufzeit des Licht durch das Präparat variiert; es resultieren zueinander phasenverschobene Wellenzüge bei gleicher Amplitude Amplitudenkontrast wird vom menschlichen Auge wahrgenommen, Phasenkontrast jedoch nicht Phasenkontrastmikroskopie spezielles Mikroskopierverfahren, bei dem ein Phasenkontrast in einen Amplitudenkontrast umgewandelt wird beim Phasenkontrast ist das gebeugte Licht gegenüber dem ungebeugten Licht um π/2 (bzw. λ/4) verschoben; diese Phasendifferenz wird durch sogenannte λ/4-plättchen, die in die bildseitige Brennebene des ivs eingebracht werden, ausgeglichen

5 Nützliche Kenntnisse bzw. Hinweise Bildkonstruktion an Linsen (siehe Versuch 5) Welleneigenschaften des Lichtes (siehe Versuch 6) Bestimmung von Mittelwert und Standardabweichung (siehe Einführung II) Kenntnis und Anwendung von Vorsätzen von Maßeinheiten Rechnen mit Zehnerpotenzen (Potenzgesetze!)