显微镜结构和分类
微生物个体微小,用肉眼直接观察不到,必须借助显微镜才能观察到他的个体形态和细胞结构。在蛋白质结构等所需对物质的微观结构进行观察的研究中也都会用到各种显微镜。现有的各种显微镜基本上都是由物镜和目镜组成,目镜的焦距很短,目镜的焦距很长,目镜的作用是得到物体放大的实像,目镜的作用是将物镜放大的实像作为物体,进一步放大成虚像。显微镜将物体放大的总倍数是物镜放大倍数乘以目镜放大的倍数。这样虽然目镜和物镜放大的倍数有限,但是显微镜总放大倍数就非常可观。 普通光学显微镜是一种精密的光学仪器。早期的显微物镜仅由少数几块透镜组成,难于消除物像的像差和色差。近代的显微物镜已由一套精密磨制的透镜组成,已能较好地消除像差和色差,并能将物体放大1500~2000倍。普通光学显微镜的构造可分为两大部分:即机械装置和光学系统。这两部分很好地配合,才能充分发挥显微镜的作用。
1.显微镜的机械装置显微镜的机械装置包括镜座、镜筒、物镜转换器、载物台、推动器、粗动螺旋和微动螺旋等部件。
(1)镜座镜座是显微镜的基本支架,由底座和镜臂两部分组成。在其上部连接有载物台和镜筒,是用于安装光学放大系统部件的基础。
(2)镜筒镜筒上接接目镜,下接转换器。形成接目镜与接物镜(装在转换器下)间的暗室。从镜筒的上缘到物镜转换器螺旋口之间的距离称为机械筒长。因为物镜的放大率是对一定的镜筒长度而言的。镜筒长度的变化,不仅放大倍率随之变化,而且成像质量也受到影响。因此,使用显微镜时,不能任意改变镜筒长度。国际上将显微镜的标准筒长定为160mm,此数字标在物镜的外壳上。
(3)物镜转换器物镜转换器上可安装3~4个物镜,一般是3个物镜(低倍、高倍、油镜),Nikon显微镜装有4个物镜。转动转换器,可以按需要将其中的任何一个接物镜和镜筒接通,与镜筒上面的目镜构成一个放大系统。
(4)载物台载物台中央有一孔,为光线通路。在台上装有弹簧标本夹和推动器。
(5)推动器是移动标本的机械装置,由一横一纵两个推进齿轴和齿条构成。研究显微镜的纵横架杆上刻有刻度标尺,构成精密的平面坐标系。如需要重复观察已检查标本的某一物像时,可在**次检查时记下纵横标尺的数值,下次按数值移动推动器,就可以找到原来标本的位置。
(6)粗调螺旋粗调螺旋用于粗放调节物镜和标本的距离,老式显微镜粗调螺旋向前扭,镜头下降接近标本。新近出产的显微镜(如Nikon显微镜)镜检时,右手向前扭动使载物台上升,让标本接近物镜,反之则下降,标本远离物镜。
(7)微调螺旋用粗调螺旋只能粗放地调节焦距,难于观察到清晰的物像,因而需要用微调螺旋做进一步调节。微调螺旋每转一圈镜筒仅移动0.1 mm(100μm)。新近出产的研究显微镜的粗调螺旋和微调螺旋是共轴的。
2.显微镜的光学系统显微镜的光学系统由反光镜,聚光器,物镜,目镜等组成,光学系统使标本物像放大,形成倒立的放大物像。
(1)反光镜早期的普通光学显微镜常用自然光检视标本,在镜座上装有反光镜。反光镜是由一平面和另一凹面的镜子组成,可以将投射在它上面的光线反射到聚光器透镜的中央,照明标本。不用聚光器时用凹面镜也能起汇聚光线的作用。用聚光器时,一般都用平面镜。新近出产的研究显微镜镜座上装有光源,并有电流调节螺旋,可通过调节电流大小来调节光照强度。
(2)聚光器聚光器在载物台下面。一般由聚光透镜、虹彩光圈和升降螺旋组成。聚光器可分为明视场聚光器和暗视场聚光器。普通光学显微镜配置的都是明视场聚光器,明视场聚光器有阿贝聚光器、齐明聚光器和摇出聚光器。阿贝聚光器在物镜数值孔径高于0.6时会显示出色差和球差。齐明聚光器对色差、球差和慧差的校正程度较高,是明视场镜检中质量*好的聚光器,但它不适于4倍以下的物镜。摇出聚光器能将聚光器上透镜从光路中摇出满足低倍物镜(4×)大视场照明的需要。聚光器安装在载物台下,其作用是将光源经反光镜反射来的光线聚焦于样品上,以得到*强的照明,使物像获得明亮清晰的效果。聚光器在光学系统��的位置可以通过其上的两个调节螺杆将光圈调小后进行聚中调节。其高低也可以调节,使焦点落在被检物体上,以得到*大亮度。一般聚光器的焦点在其上方1.25mm处,而其上升限度为载物台平面下方0.1mm。因此,要求使用的载玻片厚度应在0.8~1.2mm之间,否则被检样品不在焦点上,影响镜检效果。聚光器前透镜组前面还装有虹彩光圈,它可以开大和缩小,影响成像的分辨力和反差,若将虹彩光圈开放过大,超过物镜的数值孔径时,便产生光斑;若收缩虹彩光圈过小,虽反差增大,但分辨力下降。因此,在观察时一般应将虹彩光圈调节开启到视场周缘的外切处,使不在视场内的物体得不到任何光线的照明,以避免散射光的干扰。
(3)物镜安装在镜筒前端转换器上的物镜利用入射光线时被检物像进行**次造像,物镜成像的质量对分辨力有着决定性的影响。物镜的性能取决于物镜的数值孔径(numerical apeature简写为NA),每个物镜的数值孔径都标在物镜的外壳上,数值孔径越大,物镜的性能越好。物镜的种类很多,可从不同角度来分类:根据物镜前透镜与被检物体之间的介质不同,可分为:1)干燥系物镜以空气为介质,如常用的40×以下的物镜,数值孔径均小于1。2)油浸系物镜常以香柏油为介质,此物镜又叫油镜头,其放大率为90×~100×,数值孔值大于1。根据物镜放大率的高低,可分为:1)低倍物镜指1×~6×,NA值为0.04~0.15; 2)中倍物镜指6×~25×,NA值为0.15~0.40; 3)高倍物镜指25×~63×,NA值为0.35~0.95; 4)油浸物镜指90×~100×,NA值为1.25~1.40。根据物镜对像差和色差校正的程度来分类,可分为:1)消色差物镜是*常用的物镜,外壳上标有"Ach"字样,该物镜可消除红光和青光形成的色差。镜检时通常与惠更斯目镜(Huygens eyepiece)配合使用。 2)复消色差物镜物镜外壳上标有“Apo”字样,除能校正红、蓝、绿三色光的色差外,还能校正黄色光造成的像差,通常与补偿目镜配合使用。3)特种物镜在上述物镜基础上,为达到某些特定观察效果而制造的物镜。如带校正环物镜、带视场光阑的物镜、相差物镜、荧光物镜、无应变物镜、无罩物镜、长工作距离物镜等。目前研究显微镜常用的物镜还有:半复消色差物镜(semi-APO)、平场物镜(Plan)、平场复消色差物镜(Plan Apo)、超平场物镜(Splan)、超平场复消色差物镜(Splan Apo)等。
(4)目镜目镜的作用是把物镜放大了的实像进行**次放大,并把物像映入观察者的眼中。目镜的结构较物镜简单,普通光学显微镜的目镜通常由两组透镜组成,上端的一组透镜又称为“接目镜”,下端的则称为“场镜”。上下透镜之间或在两组透镜的下方,装有由金属制的环状光阑或叫“视场光阑”,物镜放大后的中间像就落在视场光阑平面处,所以其上可安置目镜测微尺。普通光学显微镜常用的目镜主要是惠更斯目镜,研究显微镜配有性能更好的目镜,如补偿目镜(K)、平场目镜(P)和广视场目镜(WF)等。照相时选用照相目镜
照明方式: 显微镜根据照明方法分类,有透射型与反射(落射)型二种。透射型显微镜是应用透射照明通过透明物体的打光方法。反射型显微镜是以物镜上方打光到(落射照明)不透明的物体上。显微镜根据观察方法的差异分类,分为明视野显微镜、暗视野显微镜、相位差显微镜、偏光显微镜、干涉相位差显微镜、荧光显微镜等。每种显微镜一般又各有透射型和反射型二种。在这些显微镜中,特别是明视野显微镜是构成所有显微镜中组成*基本的基础。通过这种显微镜观察的物体,穿过透过(吸收)率、反射率,因场所不同而各不相同,这种物体被称为随照明光强度(振幅)变化振幅物体,无色透明物体只有在照明相位改变时,才能被肉眼观察到,由于明视野显微镜不能改变相位,所以对透明不染色标本不能被观察到。显微镜根据成像原理不同,可以分为光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、高压电子显微镜(HVEM)、分析电子显微镜(AEM)、场离子显微镜(FIM)、场发射电子显微镜(FEEM)、声学显微镜(AM)、扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)等。