顯微鏡是人類認識物質微觀世界的重要工具,是現代科學研究工作不可缺少的儀器之一。顯微鏡自1666年問世以來已有300多年的歷史了,其間隨著科學技術不斷發展,顯微鏡的品種不斷增加,結構和性能逐步得到完善和提高。
根據不同的使用用途,光學顯微鏡可分為普通光學顯微鏡、暗視野顯微鏡、相差顯微鏡、熒光顯微鏡、倒置顯微鏡、體視顯微鏡、偏光顯微鏡等10多種。目前,世界上許多國家都可以生產光學顯微鏡,牌名、種類繁雜,其中德國、日本等國制造的顯微鏡品質、數量占優勢,但價格昂貴。
對于現代的光學顯微鏡,包括各種簡單的常規檢驗用顯微鏡、萬能研究以及萬能照相顯微鏡等,首先要認識其構造及各部件的功能,同時要掌握正確的調試、使用和保養方法,才能在實際應用中面對各種要求時以不同的顯微鏡檢方法,充分發揮顯微鏡應有的功能,提高常規檢驗工作效率。
光學顯微鏡的原理和構造
隨著科學技術的發展,顯微鏡檢方法由最傳統的明視野、暗視野發展出了相差法、偏光方法;熒光方法也由透射光激發進展為落射光激發,使熒光效率大為提高;微分干涉相襯方法基于偏光方法,而巧妙地利用了微分干涉棱鏡,使之能應用于醫學與生物學的樣品,又能應用于金相樣品的分析與檢驗。
下面以德國ZEISS公司生產的Axioplan萬能研究用顯微鏡,簡單介紹萬能顯微鏡的基本組成部件。
1. 顯微鏡主機體(stand) 顯微鏡的主機體設計成金字塔形,而底座的截面呈T字形,使顯微鏡的整體相當穩固。顯微鏡的光學部件和機構調節部件、光源的燈室、顯微照相裝置、電源變壓穩壓器等,都可安裝在主機體上或主機體內。
2. 顯微鏡的底座(base) 底座和主機體通常組成一個穩固的整體。底座內通常裝有透射光照明光路系統(聚光、集光和反光)部件,光源的濾光片組,粗/微調焦機構,光源的視場光闌也安裝在底座上。
3. 透射光光源(tranilluminator) 透射光光源由燈室(lamp housing)、燈座(lamp socket)、鹵素燈(halogen lamp)、集光與聚光系統(lamp collector and lamp condenser)及其調整裝置組成。
4. 透射光光源與反射光光源的轉換開關(toggle switch) 這是新一代AXIO系列顯微鏡特有的裝置,透射光和反射光可通用。當具有透/反兩用的配置時,利用這一轉換開關能方便而又迅速的使透射光 和反射光互相轉換。在純透射光的配置中,這一開關就改為電源開關。
5. 電源開關(mains switch)與亮度調節旋鈕(brightness control) 電源開關用來接通或切斷顯微鏡所需用的交流電源。電源開關旋鈕也可調節照明光源的亮度,使所觀察的視域可隨時獲得適當的亮度,可調范圍為3-12V。作顯微照相時,可根據曝光以及彩色底片色溫的要求來調節燈光的亮度。當準備關掉電源之前,應先將亮度調節旋鈕調到最小。
6. 粗、微調焦旋鈕(coaxial coarse/fine focusing controls) 調焦旋鈕轉動時帶動燕尾導板上下移動#p#分頁標題#e#,而導板上則裝有物臺托架和聚光鏡托架,從而使物臺趨向或遠離物鏡達到調焦的效果。
7. 透射光用的濾光片選擇按鈕(push buttons for filter magazine) 透射光顯微鏡檢方法所需用的一組濾光片已安裝在顯微鏡的底座內,通過底座外的按鈕就可以根據不同的需要來選擇適用的一塊或一組濾光片。
通常的濾光片配套有:
(1) 藍色色溫轉換濾光片:用來把光源的色溫由3200K轉換成日光型彩色底片所需的5500K色溫;
(2) 綠色濾光片:用來增強相差觀察方法中成像的反差,或者以黑白底片作顯微照相時,可以提高片成像的反差;
(3) 淺灰色濾光片:是透光率為50%的中性減光濾光片,可把視野的亮度減弱一半;
(4) 灰色濾光片:是透光率為25%的中性減光濾光片,可把視野的高度減弱75%;
(5) 透光率僅為6%的中性減光濾光片,可把視野的亮度變得相當暗,95%以上的光都已被吸收掉。
8. 光源的視場光闌(luminuos field diaphragm) 視場光闌是顯微鏡照明光路系統中的重要部件之一,它只能按照庫勒照明系統的要求來進行調節,視場光闌不可以任意開大,但要根據使用的物鏡倍數來調節適當的大小。
視場光闌的主要功用有:
(1) 控制雜散光在成像光路系統中的影響,特別是免除雜散光對照相系統的干擾,使顯微照相的底片不至于蒙上一層灰霧;
(2) 控制照明光束的大小,使所觀察的視域能受到均勻的照明;
(3) 在熒光顯微鏡檢方法中,可以把激發光限制在所需激發樣品的視域范圍內,以防止視域外的樣品過早受到激發。
9. 聚光鏡系統(condenser system) 聚光鏡系統是照明光路系統中的重要部件之一,它也只能按照庫勒照明系統的調整要求來進行調節。聚光鏡系統調整的好壞,可以直接影響顯微鏡視域中照明的均勻性,也可影響顯微鏡的分辨力,還可以直接控制顯微照相底片上的反差。
聚光鏡系統通常由以下幾個部件組成:
(1) 聚光鏡本體(condenser) 可以是簡單的阿貝聚光鏡,也可以是消球差-消色差的優質聚光鏡,另外還有一種是消除了內應力的偏光聚光鏡。聚光鏡的重要參數之一是數值孔徑(NA),通常為0.32;這樣的數值孔徑太小,只能與以下的物鏡配合使用,因此需配用前端透鏡來提高數值孔徑,以便與不同倍數的物鏡靈活配合使用;
(2) 前端透鏡(front lens) 前端透鏡本身的數值孔徑通常為0.63、0.90、1.30或1.40,它要附裝在聚光鏡本體上,可以方便地擺進或擺出光路。最常用的前端透鏡數值孔徑為0.90,當它擺入光路時,可以和10×及以上的物鏡配用,擺出光路時可以和10×以下的物鏡如6.3×、5×及2.5×等物鏡配用;#p#分頁標題#e#
(3) 聚光鏡的孔徑光闌(aperture diaphragm) 孔徑光闌實際上是一個可變光圈,它是顯微鏡照明光路系統中的又一個重要部件,在透射光明視野法、微分干涉相襯法以及偏光法所使用的聚光鏡中,都裝有孔徑光闌。它可以影響顯微鏡在作觀察時的分辨力;直接控制顯微照相底片上的反差;可用來調節聚光鏡的數值孔徑,配合所用物鏡的數值孔徑,以取得最佳的分辨本領,或最大的分辨本領;還可以使光源的發光體成像于孔徑光闌所在的平面上,從而滿足庫勒照明系統的前提條件。
在實際操作中,調節聚光鏡孔徑光闌可以改變顯微鏡中所觀察到的視野亮度,這是由于歷史上對聚光鏡孔徑光闌的誤解所造成的錯誤用法。這里要特別強調:不應該用聚光鏡的孔徑光闌來調節視野中的亮度、更不應該用調節聚光鏡位置高低的方法來調節視野中的亮度!以往的錯誤用法希望能在實際操作中糾正過來。
(4) 轉盤(turret) 在多用途聚光鏡系統中,為方便才把明視野的孔徑光闌、暗視野的中央光擋、相差法所需用的各種不同直徑的環狀光圈、微分干涉相襯法用的DIC棱鏡及其孔經光闌等部件裝在轉盤上再嵌入到聚光鏡本體的座子內,使用時轉動轉盤就可以選用不同顯微鏡檢法所適用的聚光鏡,方便而又快捷。
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