Kodėl mikroskopija? Optinė mikroskopija: įvadas. Žmogaus akis. Žmogaus akis. Žmogaus akis. Vaizdo formavimasis žmogaus akyje

Σχετικά έγγραφα
Matematika 1 4 dalis

Spalvos. Šviesa. Šviesos savybės. Grafika ir vizualizavimas. Spalvos. Grafika ir vizualizavimas, VDU, Spalvos 1

GEOMETRINĖS OPTIKOS PAGRINDAI

XI. MIKROSKOPAI OPTINĖS SISTEMOS. XI. Mikroskopai. sites.google.com/site/optinessistemos/ 2016 pavasario semestras

I dalis KLAUSIMŲ SU PASIRENKAMUOJU ATSAKYMU TEISINGI ATSAKYMAI

Elektronų ir skylučių statistika puslaidininkiuose

X galioja nelygyb f ( x1) f ( x2)

Matematika 1 3 dalis

I.4. Laisvasis kūnų kritimas

Dviejų kintamųjų funkcijos dalinės išvestinės

15 darbas ŠVIESOS DIFRAKCIJOS TYRIMAS

Ląstelės biologija. Laboratorinis darbas. Mikroskopavimas

VI SKYRIUS VI SKYRIUS OPTINĖ HOLOGRAFIJA

06 Geometrin e optika 1

Elektroninio mikroskopo tyrimas

ŠVIESOS SKLIDIMAS IZOTROPINĖSE TERPĖSE

ANALIZINĖ GEOMETRIJA III skyrius (Medžiaga virtualiajam kursui)

LIETUVOS JAUNŲ J Ų MATEMATIKŲ MOKYKLA

ŠVIESOS SKLIDIMAS. FOTOMETRIJA. LĘŠIAI IR OPTINIAI PRIETAISAI. ŠVIESOS BANGINĖS SAVYBĖS

2015 M. MATEMATIKOS VALSTYBINIO BRANDOS EGZAMINO UŽDUOTIES VERTINIMO INSTRUKCIJA Pagrindinė sesija. I dalis

2014 M. FIZIKOS VALSTYBINIO BRANDOS EGZAMINO UŽDUOTIES VERTINIMO INSTRUKCIJA Pagrindinė sesija

OPTINIŲ TELESKOPŲ PERSPEKTYVOS

KOMPIUTERINIS PROJEKTAVIMAS

Gabija Maršalkaitė Motiejus Valiūnas. Astronomijos pratybų užduočių komplektas

1 TIES ES IR PLOK TUMOS

2008 m. matematikos valstybinio brandos egzamino VERTINIMO INSTRUKCIJA Pagrindinė sesija

Vilniaus universitetas. Edmundas Gaigalas A L G E B R O S UŽDUOTYS IR REKOMENDACIJOS

Specialieji analizės skyriai

Matematinės analizės konspektai

XXXVII TARPTAUTINĖ FIZIKOS OLIMPIADA 2006 m. liepos 8 17 d., Singapūras

Įžanginių paskaitų medžiaga iš knygos

Specialieji analizės skyriai

PNEUMATIKA - vožtuvai

Integriniai diodai. Tokio integrinio diodo tiesiogin įtampa mažai priklauso nuo per jį tekančios srov s. ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009

4.1 Skaliarinė sandauga erdvėje R n Tarkime, kad duota vektorinė erdvė R n. Priminsime, kad šios erdvės elementai yra vektoriai vektoriu

MATEMATINĖ LOGIKA. Įžanginių paskaitų medžiaga iš knygos

JONAS DUMČIUS TRUMPA ISTORINĖ GRAIKŲ KALBOS GRAMATIKA

KURKIME ATEITĮ DRAUGE! FIZ 414 APLINKOS FIZIKA. Laboratorinis darbas SAULĖS ELEMENTO TYRIMAS

KAIP VYKSTA FOTOSENSIBILIZACIJA BIOLOGINĖSE SISTEMOSE?

Rimtautas Piskarskas. Fotodetektoriai

Taikomoji branduolio fizika

Algoritmai. Vytautas Kazakevičius

Ištirti dujų spinduliuotės spektrų ypatumus ir spalvoto tirpalo šviesos sugertį.

III.Termodinamikos pagrindai

1 teorinė eksperimento užduotis

Laboratorinis darbas Nr. 2

Temos. Intervalinės statistinės eilutės sudarymas. Santykinių dažnių histogramos brėžimas. Imties skaitinių charakteristikų skaičiavimas

AVIACINĖS RADIOLOKACINĖS SISTEMOS

KADETAS (VII ir VIII klasės)

KOMPTONO EFEKTO TYRIMAS

Įvadas į laboratorinius darbus

ELEKTRONIKOS VADOVĖLIS

Analizės uždavinynas. Vytautas Kazakevičius m. lapkričio 1 d.

Papildomo ugdymo mokykla Fizikos olimpas. Mechanika Dinamika 1. (Paskaitų konspektas) 2009 m. sausio d. Prof.

IV. FUNKCIJOS RIBA. atvira. intervala. Apibrėžimas Sakysime, kad skaičius b yra funkcijos y = f(x) riba taške x 0, jei bet kokiam,

Statistinė termodinamika. Boltzmann o pasiskirstymas

5 klasė. - užduotys apie varniuką.

dr. Juozas Gudzinskas, dr. Valdas Lukoševičius, habil. dr. Vytautas Martinaitis, dr. Edvardas Tuomas

Stiklo pluošto laikikliai - gali būti sprendimas langams/durims tvirtinti šiltinimo sluoksnyje

VIII. FRAKTALINĖ DIMENSIJA. 8.1 Fraktalinės dimensijos samprata. Ar baigtinis Norvegijos sienos ilgis?

1 iš 15 RIBOTO NAUDOJIMO

Matematinės analizės egzamino klausimai MIF 1 kursas, Bioinformatika, 1 semestras,

1. Įvadas. Laisvųjų dalelių kvantinės mechanikos elementai

Atsitiktinių paklaidų įvertinimas

ELEKTRINIS KIETŲJŲ KŪNŲ LAIDUMAS

FUNKCIJOS. veiksmu šioje erdvėje apibrėžkime dar viena. a = {a 1,..., a n } ir b = {b 1,... b n } skaliarine sandauga

MIKROSCHEMŲ TECHNOLOGIJŲ ANALIZĖ

SIGNALAI TELEKOMUNIKACIJŲ SISTEMOSE

FDMGEO4: Antros eilės kreivės I

Skysčiai ir kietos medžiagos

Balniniai vožtuvai (PN 16) VRG 2 dviejų eigų vožtuvas, išorinis sriegis VRG 3 trijų eigų vožtuvas, išorinis sriegis

Molekulių energijos lygmenys Atomų Spektrai

Fotodetektoriai. Fotodetektoriai. Fotodetektoriai. Fotodetektoriai: suskirstymas 6/2/2017

Su pertrūkiais dirbančių elektrinių skverbtis ir integracijos į Lietuvos elektros energetikos sistemą problemos

Fotodetektoriai. Fotodetektoriai. Fotodetektoriai. Fotodetektoriai: suskirstymas

EUROPOS CENTRINIS BANKAS

klasës (grupës) mokinio (-ës) (vardas ir pavardë) 2014 m. pagrindinio ugdymo pasiekimų patikrinimo užduotis

1 Įvadas Neišspręstos problemos Dalumas Dalyba su liekana Dalumo požymiai... 3

BRANDUOLIO FIZIKOS EKSPERIMENTINIAI METODAI

. Variklio veikimo trukę laikome labai maža. ir β ir apskaičiuokite jo skaitinę vertę esant β = 1/ 4 ( )

Europos Sąjungos Taryba Briuselis, 2015 m. gegužės 11 d. (OR. en)

RADIONAVIGACINĖS SISTEMOS IR ĮRANGA

Skenuojančio zondo mikroskopai

TEMA: Šviesos banginės savybės, apibendrinimas Fizika: 10 klasė Mokytoja: Rasa Armonienė 2014 m.

LIETUVOS RESPUBLIKOS ŠVIETIMO IR MOKSLO MINISTERIJA NACIONALINIS EGZAMINU CENTRAS MATEMATIKA m. valstybinio brandos egzamino uþduotis

2.5. KLASIKINĖS TOLYDŽIŲ FUNKCIJŲ TEOREMOS

Kinetinė biomolekulių spektroskopija 1. Darbo tikslas šmatuoti BSA (jaučio serumo albumino) ir GFP (žaliai fluorescuojančio baltymo) baltymų fluoresce

04 Elektromagnetinės bangos

1. Pirštu atspaudu atpažinimas

ATSITIKTINIAI PROCESAI. Alfredas Račkauskas. (paskaitų konspektas 2014[1] )

, t.y. per 41 valandą ir 40 minučių. (3 taškai) v Braižome h = f(t) priklausomybės grafiką.

3 Srovės ir įtampos matavimas

Vilius Stakėnas. Kodavimo teorija. Paskaitu. kursas

Praeita paskaita. Grafika ir vizualizavimas Atkirtimai dvimatėje erdvėje. Praeita paskaita. 2D Transformacijos. Grafika ir vizualizavimas, VDU, 2010

Atomų sąveikos molekulėje rūšys (joninis ir kovalentinis ryšys). Molekulė mažiausia medžiagos dalelė, turinti esmines medžiagos chemines savybes.

2018 METŲ MATEMATIKOS VALSTYBINIO BRANDOS EGZAMINO REZULTATŲ STATISTINĖ ANALIZĖ

MATAVIMO KLAIDOS IR JŲ ĮVERTINIMAS

PAPILDOMA INFORMACIJA

2 laboratorinis darbas. TIKIMYBINIAI MODELIAI

1. Individualios užduotys:

Transcript:

Kodėl mikroskopija? Todėl, kad pamatyti reiškia patikėti... Optinė mikroskopija: įvadas Žmogaus akis Žmogaus akis Mato šviesą, kurios bangų ilgis nuo 400 nm (violetinė) iki 750 nm (mėlyna) Stiebelių ir kūgelių jautrumas įvairių spalvų šviesai Žmogaus akis Vaizdo formavimasis žmogaus akyje Akies sandara Kad vaizdas gerai matytųsi, būtina, kad tinklainėje jis būtų suprojektuotas kuo didesniu kampu! Kad išskirtume detales, tarp jų turi būti kontrastas (šviesumo/spalvos skirtumas). 1

Vaizdo formavimasis žmogaus akyje Akies raumuo keičia lęšiuko storį ir tokiu būdu sufokusuoja vaizdą tinklainėje. Tačiau viskam yra ribos: minimalus žiūrėjimo atstumas laikomas 5 cm (realiai nuo 10 cm). Vaizdo formavimas lupa: paprasčiausias mikroskopas Lupa (abipusiai iškilus lęšis) koncentruoja spindulius, lyg jie ateitų nuo arčiau esančio objekto. Dėl to akyje susidaro virtualus objekto atvaizdas, kuris yra didesnis, negu pats objektas. Matome ne daiktą, o daikto atvaizdą! Vienas iš pirmųjų mikroskopų Sudėtiniai mikroskopai Antoni van Leeuwenhoek (Delft as, Nyderlandai, 163-173). Pirmasis pamatė ląsteles, bakterijas, vienaląsčius dumblius ir t.t. Broliai Jensen (Nyderlandai) Apie 1595 Priskiramas Galileo (Italija), bet pagamintas tikriausiai jau po jo mirties, apie 1680 Geometrinė optika: lęšis Geometrinė optika: lęšis Fotografija (peizažas) Vienetinis didinimas Fotografija (portretas) Didinimas > 1: mikroskopas Spinduliai, lygiagretūs lęšio ašiai, susirenka židinio taške. Per lęšio centrą einantys spinduliai nelūžta Lygiagretūs spinduliai susirenka į tašką židinio plokštumoje Padidintas atvaizdas gaunamas, kai objektas arčiau negu per du židinio nuotolius nuo lęšio.

Geometrinė optika: lęšis Kai objektas patalpinamas židinio plokštumoje, atvaizdas formuojasi begalybėje (spinduliai lygiagretūs). Tokiu režimu dirba mikroskopų okuliarai (akies lęšis sufokusuoja lygiagrečius spindulius) Taip pat veikia ir į begalybę sukoreguoti (infinity corrected) objektyvai (dabar plačiai naudojami). Mikroskopo konstrukcija Jei objektyvas sukoreguotas į begalybę, objektas talpinamas jo židinio plokštumoje, o lygiagrečius spindulius surenka vamzdelio lęšis (tube lens). Jo suformuotą atvaizdą toliau padidina ir fokusuoja okuliaras+akies lęšiukas. Mikroskopo konstrukcija Taigi, reikalingi bent trys lęšiai: Objektyvas Vamzdelio lęšis Okuliaras + iš kažkur bandinį reikia apšviesti... Mikroskopo konstrukcija Kondenseris suformuoja šviesos kūgį, kuris apšviečia bandinį. Šviesa turi būti tolygi, kūgis turi būti toks, kad išnaudotų visą objektyvo kampą. Objektyvas ir okuliaras dviemis stadijomis padidina vaizdą. Jei objektyvas didina 15X, o okuliaras 10X, galutinis didinimas =150X Mikroskopo sudedamosios dalys Objektyvas. Svarbiausia mikroskopo dalis. Jo pagrindinė funkcija yra surinkti pro bandinį praėjusią šviesą ir suformuoti tikslų, realų, apverstą bandinio ATVAIZDĄ mikroskopo vamzdelyje l Objektyvo parametrai: NA Šviesos kiekis, išeinantis iš židinio taško ir patenkantis į objektyvą proporcingas šviečiančio kūgio pagrindo plotui: I πl Kampas μ vadinamas objektyvo apertūriniu kampu. I π sin ( μ) Objektyvo surenkamos šviesos kiekis priklauso nuo apertūrinio kampo sinuso! 3

Objektyvo parametrai Objektyvo parametrai: NA n 1 μ 1 n μ n 1 μ 1 n μ I πl I πl Išėję iš bandinio (uždengto stiklu) spinduliai lūžta, jei pakliūna į orą. Jei erdvė tarp bandinio ir objektyvo užpildyta skysčiu (n =n stiklo ), spinduliai nelūžta (arba lūžta mažiau). Pritaikome lūžio dėsnį ir spindulių ekvivalentiškumą: n sin( μ ) = n sin( μ ) 1 1 Oro n =1, todėl, kas ore buvo sin(μ), užlašinus ant bandinio alyvos, tampa I nsin( μ) NA Abė (Abbe) šį dydį pavadino skaitine apertūra (numerical aperture). Ji parodo, kiek šviesos gali surinkti objektyvas. Objektyvo parametrai: NA Teoriškai sauso objektyvo skaitinė apertūra negali viršyti 1, nes sin(90 )=1. Realiai pagaminami objektyvai iki 0.95. Su imersijos alyva, gali siekti iki 1.4. Lygiai taip pat apibrėžiama kitų lęšių (okuliaro, kondenserio) skaitinė apertūra. Objektyvo parametrai: Didinimas Objektyvo tiesiniu didinimu (magnification) vadinamas tarpinio atvaizdo ir objekto matmenų santykis. Naudojamų objektyvų didinimas būna nuo 1X iki 100X. Didesnio didinimo objektyvams būdingos ir didesnės skaitinės apertūros (kodėl)? Mikroskopo skiriamoji geba Difrakcija Jei objektyvas didina 15X, o okuliaras 10X, galutinis didinimas =150X. Iš prinicipo didinimas gali būti kiek nori didelis. x a z 0 l = Kodėl optiniu mikroskopu nesimato atomų ir elektronų? c x Taškinis šaltinis (šviečiantis taškas) formuoja vaizdą, panašų į difrakciją nuo mažo plyšio. 4

Interferencijos atmaina - difrakcija Interferencijos atmaina - difrakcija Panašiai bus ir jei kliūtis ne plyšys, o skylutė (diafragma), tik tada, aišku, laukas turės posūkio simetriją: aπ sin c λ Ic () aπ c λ aπ sin c λ Ic () aπ c λ Tai vadimamas Erio (Airy) diskas. Jo plotis priklauso nuo apertūros dydžio. Difrakcija pasireiškia visuose erdviškai apribotuose šviesos pluoštuose. Ji praktiškai riboja optinių prietaisų skiriamąją gebą. Difrakcija ir skiriamoji geba Reilėjaus (Rayleigh) kriterijus Realus objektyvas tašką vaizduoja kaip Airie diską, kurio dydis priklauso nuo objektyvo skaitinės apertūros (t.y. nuo kampo, kuriuo objektyvas surenka šviesą). Jei kampas mažas, fazėms išsiskirti per 180 reikia didelio atstumo (gaunamas didelis Airie diskas) ir vice versa. Airie disko dydis priklauso ir nuo bangos ilgio!!! Du taškai laikomi dar atskiriamais, jei vieno taško Airie disko (difrakcinio vaizdo) maksimumas sutampa su kito pirmuoju minimumu: Rayleigh formulė: 0.61λ D = NA Difrakcija ir skiriamoji geba Kadangi peržengus Rayleigh kriterijų, dviejų taškų išskirti nebeįmanoma, nebeapsimoka ir didinti vaizdo atsirada vadinamasis tuščias didinimas (empty magnification). Praktiška taisyklė: naudingas didinimas yra maždaug 1000 x NA (objektyvui su NA=0.85, jis būtų 850. Tačiau tuščias didinimas kartais praverčia, projektuojant vaizdą ant detektoriaus ar fotoplokštelės. Uždavinux Jei objektyvas didina 15X, o okuliaras 10X, galutinis didinimas =150X. Iš prinicipo didinimas gali būti kiek nori didelis. Kaip geriau: ar 5X objektyvas ir 10X okuliaras, ar 10X objektyvas ir 5X okuliaras? Sprendimai skiriamajai gebai pagerinti: didinti NA, mažinti λ. 5

Mikroskopo sudedamosios dalys: kondenseris Kondenserio paskirtis apšviesti bandinį. Abės kondenseryje lempos šviesa sufokusuojama į diafragmą (ant bandinio išfokusuota). Diafragma valdo apertūrinį šviesos kampą. Kondenseris, apšvietimo sistema Kondenserio židinio plokštumoje kolektoriniu lęšiu suformuojamas lempos atvaizdas. Kadangi jis sufokusuotas židinyje, iš kondenserio išeina lygiagretūs spinduliai visais kampais (kūgis). Spinduliai bandinyje nesufokusuoti!!!. Apertūrinė diafragma nustato suformuoto šviesos kūgio apertūrinį kampą, o lauko diafragma diametrą bandinyje Kondenseris, apšvietimo sistema Konjuguotosios plokštumos, apšviečiant bandinį. Tokią apšvietimo schemą sugalvojo Köhler is (XX a pradžia). Mikroskopo sudedamosios dalys: kondenseris a. Apšviečiančioji šviesa. b. Bandinio vaizdą formuojanti šviesa. Svarbu, kad iš kondenserio išeinančios šviesos kampas atitiktų objektyvo skaitinę apertūrą, kitaip objektyvo galimybės bus nevisiškai išnaudotos. Mikroskopo sudedamosios dalys: kondenseris Vėl objektyvas: Sistemos skaitinė apertūra atitinka mažiausią komponentų skaitinę apertūrą (riboja vienas komponentas). Geriausias ir pigiausias variantas yra, kai kondenserio ir objektyvo NA vienodos. Kodėl ten tiek daug lęšių? 6

Aberacijos Aberacijos: Chromatinė Lęšiai yra netobuli. Jiems būdingos aberacijos (nukrypimai nuo geometrinės optikos). Chromatinės Sferinės Astigmatizmas Koma Lauko kreivumas Kadangi stiklo lūžio rodiklis priklauso nuo bangos ilgio, mėlynos, žalios ir raudonos spalvos židinys bus skirtingose vietose: Problema sprendžiama, kombinuojant lęšius su skirtingomis lūžio rodiklio priklausomybėmis nuo bangos ilgio. Aberacijos: Sferinė Aberacijos: Astigmatizmas Kadangi lęšis nėra be galo plonas, spinduliai einantys pro jo kraštus fokusuojasi kitur, negu einantys pro vidurį: Taškas atrodo kaip linija arba elipsė. Aberacija atsiranda, kad skirtingų koordinačių židiniai yra skirtingose vietose: Problema sprendžiama, kombinuojant teigiamus (glaudžiamuosius) ir neigiamus (skleidžiančiuosius) lęšius. Atsiranda dėl nekokybiškų ar blogai įmontuotų lęšių. Koreguojama nusiperkant brangesnį ir geresnį objektyvą Reikia sukoreguoti ir spalvines sferinių aberacijų priklausomybes! Aberacijos: Koma Taškas vaizduojamas kaip kometa (todėl koma). Prigimtis tokia pat, kaip ir sferinės aberacijos, tik atsiranda nelygiagrečiuose ašiai spinduliuose Rodo, kad kažkuris lęšis blogai orientuotas. Aberacijos: Lauko kreivumas Angliškai Field curvature. Atsiranda todėl, kad naudojami sferiniai lęšiai. Tokiais lęšiais suprojektuotas vaizdas yra ant sferos paviršiaus. Dėl to, projektuojant ant plokščio paviršiaus (pvz, CCD) vaizdas bus sufokusuotas arba centre, arba kraštuose. Koreguojama papildomais lęšiais (ir pinigais). 7

Objektyvai: rūšys Fainas objektyvas Achromatas Fluoritas Chromatinė aberacija mėlynai ir raudonai spalvai ir sferinė žaliai Chromatinė ir sferinė aberacija mėlynai ir raudonai spalvai Apochromatas Plano- (achromatas, fluoritas, apochromatas) Chromatinė aberacija violetinei, mėlynai, žaliai ir raudonai; sferinė violetinei, mėlynai ir raudonai. Tie patys, tik dar sukoreguotas lauko kreivumas. Jei objektyve viskas sukoreguota, jis tampa labai jautrus atstumui iki bandinio. Derinama skaitinė apertūra, kompensacija Fainas objektyvas Mikroskopų pavyzdžiai Klinikinis Olympus firmos mikroskopas Jei objektyve viskas sukoreguota, jis tampa labai jautrus atstumui iki bandinio. Jį (uždengimo stikliuko storį) galima sukompensuoti sukiojant žiedą ant objektyvo. Mikroskopų pavyzdžiai Literatūra Mokslinis Olympus firmos mikroskopas (gali dirbti pralaidumo ir atspindžio režime) 1. http://www.olympusmicro.com. http://www.microscopyu.com (žiūrėta 007.0.06) 8