logo资料库

现代光学显微镜.pdf

发布时间：2022-06-12 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：36.36M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
第1页 / 共202页
第2页 / 共202页
第3页 / 共202页
第4页 / 共202页
第5页 / 共202页
第6页 / 共202页
第7页 / 共202页
第8页 / 共202页
资料共202页，剩余部分请下载后查看
    • 第一章 显微镜的发展简史 一、简史 约在四百年前眼镜片工匠们开始创制放大镜。当时的放大镜的放大倍数只有 3— 5 倍。但是这种原始的尝试已将人类的视力引向了微观世界的广阔领域。由此人们开始探 索物质世界的微细构造。在这种欲望下，人类从简单的单透镜学会组装透镜具组 ， 甚至学 会透镜具组、棱镜具组和反射镜具组的综合使用。就这样最原初的显微镜创造出来了（图 1-1 入这类工具促进了几何光学、波动光学、变换光学和光谱学的理论知识的进展。在实践 中， R. 霍克 ( Hoock 入列文虎克 (Leauwenhoeck) 、 M . 马尔辟基 (Malpigh以 R. 格拉夫 (Graaf) 已用放大数百倍的显微镜发现了植物细胞、动物的精子，红细胞．胃、肺的组织结 构 ，以及 卵泡的发育过程 。 镜 n —-11' 图 1 - 1 1665 年 R. 霍克用以发现“细胞”的显微镜 图 1 - 2 1848 年的显像镜。 19 世纪最伟大 三大 发现之 一 细胞学说就是用此类显微镜完成的 17 世纪末叶到 18 世纪初叶荷兰物理学家惠更斯 ( Huygens) 为显微镜的发展作出了 杰出的贡献。目前市场出售的惠更斯目镜就是现代多种目镜的原型。这时的光学显微镜 已初具现代显微镜的基本结构（图 1-2) 。 19 世纪末德国学者 E. 阿贝 (Abbe) 奠定了光学显微镜的成像原理。从此能够制造和 •l • 1107569
    使用油浸系物镜使光学显微镜的分辨本领巳达到了最高极限。 由千观察手段的进步，在动物组织、植物组织和细菌学等领域里 出现了许多重大的发 现。最终导致被恩格斯誉为 19 世纪最伟大的三大发现之一的细胞学说被德国学者 T. 施 旺 (Schwan) 和 M 施莱登 (Schleiden) 所奠定。这就是说，促使医学 生物学进入新的细胞 水平的基础学科－细胞学的最基本手段就是这种光学显微镜。 电子束 宁 ｀｀ l ，l \ \ ~ ,!1 I. \ n , I 光沥 聚光镜 光见可 透镜 物镜 I I 爪 I I 物镜电磁线圈 透镜 , ;;\ \ / / I\ 了目镜 /\\ 中间投影 电磁线圈 / '\ ,\\ I y / ,' I \ i \ \ . 放大像 屏幕 L 弓 _ '. 终极放人像 （ 感光／长片 ） 图 l · 3 光学显谏镜与电千显惊镜的 物像放大原理和对比 示 意图 20 世纪中叶制造的以短波长、高 能量的光线作光源的荧光显微镜和紫 外光显微镜的基本结构仍是传统显微 镜。只是由于光源的波长的缩短而提 高了显微镜的分辨本领。沿着这个方 向的革命性进展应算电子显微镜的出 现。其实电子显微镜的基本结构原理 仍与光学显微镜相同。只是它的光源 是高能电子束，从而聚光镜和透镜是 强大的电磁感应圈（图 1-3) 。 从前人类的视力借助于光学显怓 镜能分辨相距万分之 三亳米 (3X 10一 4 mm) 的两个质 点的话，那末应用电子 显微镜己能分辨出相距一 千万分之 一 毫米 (I XIO一 7mm) 的 两个质点 。 如果 说 19 世纪 20 年代人们已清楚地观察 过动植物细胞的微细结构， 已确 认细 胞里面的核、核 仁、线粒体、高尔基 器、 中心体、吞噬泡等细胞小器 官和细 胞 里的各种包涵体、色素颗粒及寄生物 的话，那末 20 世纪 50 年代已经能 辨 认组成这些小器官的各类膜系统，甚 至能辨认组成膜系统的分子层次及酶 蛋白质亚基结构 了。总之 能辨认亚细 胞结构甚至可以说超微结构。 显價镜结构的发展同日益进展的处理细胞结构的固定剂、染色技术相互补充着，给予 现代医学、生物学开拓着日益广阔的发展前景。尤其核酸和蛋白质的化学分析技术的进展 配合显微镜技术的发展，将人类视力已引向分子生物学、分子细胞学、分子免疫学和分子 遗传学的领域里了。 电子显微镜已被分子生物学家当作一种强有力的研究手段而广泛应用。但是电子显 微镜只适用于细胞死后的形态学观察。活细胞的增殖、分化、细胞的能量代谢、细胞游走运 动、吞噬活动等动态观察，仍需先进的染色技术和光学显微镜技术 。 • 2 •
    二、显微镜构造的发展 显微镜的基本构造由两部分组成：机械部分和光学部分。 机械部分的功能是将光学具组各部件固定在保证成像光路的最精确位置上，并且可 以调节聚焦提供物像的最清晰度。光学显微镜的机械部件的基本构型已在 19 世纪 80 年 代完成定型（图 1-4) 。 目前出售的小型生物研究显微镜几乎保持者 19 世纪 80 年代 Zeiss 显微镜的原型。 这类显微镜由镜简、物镜转换器、镜 臂、镜脚、载物台、粗动调焦螺旋、微动调焦 螺旋、聚光镜支架、聚光镜调节螺旋、孔径 光栏等所组成（图 1-4) 。其镜简、目镜、物 镜转换器、载物台、聚光镜系统全部悬挂在 镜臂上。因此，调焦螺旋、聚光器调节螺旋 等所有光路调节系统只与镜臂相关联。镜 脚只有一项单一功能即用以使显微镜稳定 地站立在实验台上。镜臂与镜脚之间连以 倾斜关节，以此迎合光源（包括自然光或灯 光）射来的方向。 这类显微镜的调焦方式是靠调焦螺旋 提升或下降镜筒以改变物镜与固定不动的 载物台之间的距离来实现。 图 1-4 现代光学显微镜的机械部件和机械布 局有了很大变化 。 各个生产显微镜的大厂 家正在使自己的各种类型的光学显微镜系 列化，正在生产适用于各种显微镜的标准 化主机，这种主机上可以根据用户的使用 目的选定相应部件加以安装。这类主机与传统显微镜迥然不同。首先其镜脚已改为巨型 镜座。镜座由单一支架功能演变为多功能的机台。光源系统、滤光系统、调焦系统以及聚 光系统，甚至一些光路转换装置，光栏系统均被安装在镜座上。镜臂与镜座之间已变为一 体化机件，调焦动作已不能靠镜臂的升降来实现，而是靠载物台的升降。这种镜体的功能 也愈来愈复杂，功能也愈来愈多。镜体上安装复杂的镜筒头 (heat tube 入各类照像机、摄像 机、电视发生器、光电倍增器以及落射光系统的联接口（图 1-5) 。这类显微镜的调焦螺旋 和载物台移动螺旋分别实现了同轴化。所有这些变化顺应着光学显微镜发展的 一 种总的 趋势即积木化和集成化的趋势。 19 世纪 80 年代的 Zeiss 显微镜 三 、光学具组的发展 显彶镜的光学部件伴随着科学工作的深入发展也有了巨大的进步。原初传统显微镜 • 3 •
    的简易透镜组组成的光路系统在质 料的质批和光具组的组合上都在日 新月异地改进着。目前显微镜的光 学透镜 、棱镜已用融熔水晶、萤石 等 优等质料制作，可以透过紫外光 。 尤 其透镜组的组合方式的变化可以消 除显微镜像的球面差、色差或彗差。 这类消像差（色差、球差、彗差……） 的用冕玻璃凸透镜和与之相同曲率 半径的火石玻璃凹透镜用加拿大树 胶粘合而成的消色差透镜组。 现代光学显微镜的光路系统中 装置的目镜、物镜、聚光镜、光栏、光 栅、照明装竖、分光装凳、接收装置、 记录装置、光路转换装置、光波转换 装置、信息转换装置、变焦装置以及 电子调控装搅等部件的种类、性能、 用途愈来愈复杂。这就在使用者面 前出现了采购订货时选择所需部 件，鉴别其性能，懂得选配诸件等诸 多问题。在投入使用、保养、维修中 会遇到安装、拆卸 、调试、定标等复 杂问题。在本章中先讲述现代光学 3 9 图 1-5 现代显微镜的基本结构 L 光源 ： 2. 镜座心载物台； 4 镜臂戍镜简头； 6 载物体 移动螺旋 (x,y 同轴化）几调焦螺旋（粗微同轴化）； 8. 孔径光栏戊滤光片架， 10. 物镜； 11. 目镜 。 显微镜的一些重要光学部件的种类和用途。 （一 ） 目镜 目镜 (eyepiece) 的功能只在于放大由物镜所完成的物像。最普通的目镜就是惠更斯 目镜。为了弥补物镜在成像过程中所造成的像差，可以使用补偿目镜。补偿目镜的镜筒上 刻有英文 "C"' 俄文 "K"字母。这是补偿一词 compensation 或 KoMneMcau.~1 fl 的字头。为了观 察者的视觉愉快使视野广阔，各大厂家出售着广视野高接点目镜。这种目镜的视场数值已 达 25mm, 并且带眼镜者不必摘眼镜就可以观察。这种目镜的外壳上刻有眼镜框像 。用于 显微照像的专用长焦距目镜上刻有英文 photo eyepiece 或俄文 OTO 字样。使 相差显微 镜的位相板和环状光栏的调焦中可用调焦望远目镜 。这种目镜是两层镜筒相窄 ， 可伸可缩 的目镜 。 偏振光显微镜上最好选配测角目镜 。测角目镜的里面装有十字划线，镜简外侧刻 有 360°刻度的转盘与载物台的 36守刻度相配用。组织学教学工作上使用示教目镜很方 便。这是一个镜简上方用棱镜分光而由两个或更多数目的接目透镜两人或多人同时观察 一个目标的目镜 。在目镜内部还装有指示针 。所谓的测微目镜实际上在任一 种类的目镜 中安装目镜测微尺的目镜。 • 4 •
    （二）物镜 物镜 (objective)对于传统显微镜来说应算最贵重的部件。一只高性能物镜的价格占 这类显微镜本身的 1/3一 1 /2 。因为显微镜的最基本性能一 成像和分辨本领决定千物 镜。为了消除成像过程中的球面差和色差、物镜的透镜组由单透镜发展为许多层次的复合 透镜组。由 3-4 透镜已增加到 7-9 片透镜或透镜复合体。物镜的镜体上都刻有物镜的 性能，物镜的镜口率、放大倍数以及特殊物镜的标记字样。 消色差物镜的外壳上刻有英文，德文，法文 Achromat 字样或俄文 AXP 字样。这种物 镜能够消除光谱中的红光和青光所造成的色差而不能消除其他色光形成的色差 。 复消色差物镜是性能最好，价格最贵的物镜。其外壳上刻有英、德、法文 Apochromat （简字 Apo) 字样或俄文 A门O 字样。其透镜质料好，透镜组层次最多．组合得精确能够消除 红光、黄光、蓝光造成的色差。这种物镜配用补偿目镜时能够发挥光学显微镜的最高性能。 荧石物镜外壳刻有英、德、法文 Fluormat(或 Flur) 字样。这是能透过紫外光的专用于 荧光显微镜的物镜。如果当普通物镜使用，则分辨率太低 。 平像场系列物镜刻有 Planochromat 字样。 Opton 公司出售的有平像场荧石消色差物 镜 (Plan-Neofluor), 平像场复消色差物镜 (Plan-Achromat), 平像场荧石消色差偏光物镜 (Plan-Neofluor pol) 等。 相差显微镜必须配备相差物镜。这种物镜刻有英、德、法文 Pha 或俄文 0 字样。 单色物镜 (monochromat) 是全部透镜用融熔水晶制成的贵重物镜。这种物镜是透过 紫外线的专用千紫外光干涉显微镜或用于紫外光显微分光光度计上 。 如果这种物镜不能 到手时，可用复消色差物镜代替 。 带有可变光栏的物镜的镜体上装有螺纹转动圈。转动圈的标号可移动在 o. 5一 1.0 之 间。这种物镜是适用于暗视野显微镜。倒置显微镜的物镜是长焦距物镜。其他种类的物 镜焦距短。要求盖玻片的厚度不能过大 (~l 7p.m) 。倒置显微镜的物镜可以观察培养瓶壁 上的贴壁生长细胞。 四、显微镜技术的发展 显微镜技术沿着两个方向发展的。 一是显微镜的结构与种类，另一是生物标本的染色 技术。 光学显微镜由原初的传统生物显微镜演变出诸多种类的专用显微镜及其应用技术如 相差显微镜、暗视野显微镜、荧光显微镜、偏振光显微镜、干涉显微镜、缝隙显微镜、紫外光 显微镜、照像显微镜、倒置显微镜、落射光显微镜、显微分光光度计、显微操纵仪以及熔点 显微镜、矿石显微镜、手术显微镜、立体显微镜以及声学显微镜等等。与此同时，世界各国 的大厂家将各自的专用显微镜形成系列化产品，将其主机的规格定型化。为这类主机制作 各类专用部件。也就是说，同一个主机上配备某一套专用部件就将成为专用显微镜。拆下 这些专用部件而改换另一套专用部件时又变成另一种专用显微镜。由此必然出现一种显 微镜结构向集成化和积木化（用形像语言说的叠罗汉式）发展的趋势。这种趋势的最典型 例子是 Opton 公司的 Axiomat l DC 。这种显微镜就像儿童玩具积木相似。改变堆积方式 可以改变其用途。其他显微镜公司的大型显微镜也沿此趋势在发展。在主机上堆积各种 • 5 •
    照像装置、录相装傥、电子装置和分光装置发挥更为 广泛的作用和用途。这称集成化趋势 。 现代显怓镜技术除 了 几种生活细胞的观察技术如相 差 技术、紫外光干涉技术、偏振光 技术、暗视野技术之外，更多的显微镜技术是依靠染色技术观察生物细胞的各种生物化学 成分，． 组织细胞的固定染色技术是从本世纪初叶随着纤维纺织工业的染料化学 的进步而发 展起来的。在这领域里 A. Fischer, G. Giemsa, M. Heidenhain, L. Uson, A, MaKCl-1MOB, W. Von Mollendroff ,A. Pappenheim 和 B. Romeis 以及其他许多学者作出 了贡 献 。 有关 染色技术和固定技术的问题不在此讨论，可参阅本章的参考文献 。 五、记录技术的发展 原初显依镜观察结果的记录技术开始于绘制图像和绘图部件的发展。本世纪初才应 用黑白底片进行摄影的显微摄影技术。 50 年代染色标本的彩色显微摄影技术 已 被 广泛采 用。相继出现了大量黑白、彩色组织学、细胞学图谱。细胞的生长繁殖、游走与吞噬等生理 活动用电影记录方法被记录下来。由于现代信息技术发展渗透到显微镜记录技术中，使微 观生物世界方面的知识普及和科学研究有了极其众多的先进手段 。 （一 ）绘图记录方 法 最早单眼目视标本、另一 眼目视纸面进行绘图记录。这种方法对于老练的显彶镜工作 者来说是一种很有价值的记录方法 。后来出现了许多利用反射光进行绘图的方法和装置 。 例如较为实用的、描绘大型教学挂图的反射投影镜头种类很多 。 但基本原则就是用反光镜 或棱镜将目镜射出的物像投影到银幕上加以描绘。这种装置在基层医疗机构中用普通的 小块面镜即可自制。 目镜庄槽 装入目镜的螺旋反射光孔 图 1 -6 Olympus 厂出产显微镜绘图装置 (BH2 -DA 型） 图 1-6 展 示 菩日本 Olympus 光 学公司出产的 BH-2-DA 型反光式绘 图装置。这种装置安装在 Olympus 系 列显微镜的镜简中间，经过反光棱镜 将成像光束的主要光能投向反射光 孔 。 在这装置的光路中间插入所需倍 率的目镜，将物镜造成的物像放大之 后投向纸面。 显彼镜记录方法由描绘方法已经进入到采用现代摄影技术、录像技术、光密度扫描技 术以及其他更为先进的信息频谱转换技术的阶段，如图像分析技术 ．形 态学研究中彩色显 微摄影技术具有巨大实用价值。在显微镜设计中不断创造着保证物像的清晰度和彩色精 确的自动 曝光设备。显微电影摄制方法对生活细胞的运动方式、运动速度、增殖分裂周期 中染色体以及其他细胞小器官的动态观察不可能用其他方法代替。显微分光记录技术和 图像分析技术是定量观察细胞代谢的先进记录方法。由千显很分光技术和图像分析技术 的价钱昂贵，还未得到更广泛的使用。 • 6 •
    第二章 现代显微镜的光学部件 前一章中介绍过光学显微镜及其部件的发展厂史和发展趋势。在本章中着重介绍现 代光学显微镜的各种部件种类 、结构和性能。 一、目镜 目镜 (eyepiece ) 是显微镜里物镜成像光具组所造成的物像 的放大镜。现代光学 仪器 厂家日新月异地生产着种类繁多、用途广泛的各种显微镜目镜 。但是从基本 结构分析的 话，目镜可分为两大类。各种特殊目镜是在这两类目镜类型中附加 一些光具而已。 最早 出现的而且目前仍为常用的目镜叫惠更斯 (Huygens) 目镜。另一种目镜叫冉斯 登 (Remsden) 目镜。 （一） 惠更斯目镜 惠更斯目镜由两块同类光学玻璃研制成的单面 凸透镜片组成。接近眼球的透镜叫接 目透镜。其平面向外，凸面向物镜方向 。 第二片透镜称会聚透镜，也称场镜。其凸面也是 向着物镜方向装置的。 二 者中间装有 一个金属环 。 这既是视场光栏，也是消杂光光栏。与 此同时在这个金属环上可以放置十字划线玻片，血细胞计数玻片，目镜测微尺 。甚至 可以 粘贴一根毛发充作指示针。这金属环可以上下推动，将指针、划线调到目镜焦距上 。会聚 透镜的焦距等于接目透镜焦距的三倍。两透镜之间的间隔距离为接目透镜焦距的两倍。关 于惠更斯目镜的成像原理在这里没有必要赘述 。 惠更斯目镜是现代目镜的代表型或基础 型目镜。所以我们用图 2-1 的成像原理说明目镜的放大功能 。图 中双w为显微镜的光轴。 民i是在显微镜下所观察的实物。。！ 为物镜， 02 为目镜， 0' 为屏幕（视网膜） 。 E 和 F勹是 物镜前后焦平面。 F2 是目 镜的前焦平面。图中贡访过纽的三条成像光束在目镜物焦平面内 成像。经过目镜的放大作用将F百T实像变成了产百了虚像 。这虚像也就是放大了的物像 会 聚到目镜像平面上成像于视网膜上 。 Q' M } I I I 匕乡多 I P' _ _ ----------1 -_ --- _ ---- .,,...乡---- ,,,... 多乞 图 2 - 1 接目镜的放大功能 陌＝实 物，F百T= 物镜后的 实像，尸百了＝虚像 ~I' • 7 •
    图 2- 7 体视影屏 图 2 - 8 示 坟 日 镜 （八） 示教目镜 在商等医学、兽医学和生物学院校中作为组织胚胎学、病理组织学、寄生虫学和微生 物学教师指导学生认准标本细节是 一项很费力的工作。尽管助视设备的种类越来越多 ， 越 来越先进，但是无论哪种助视仪器设备如电视、幻灯等都不如直接在显微镜视野中帮助学 生认准标本细节的实际效果好 。 为此目的，过去在目镜简内粘贴毛发为指针，而后出售过 专门的指示目镜。 30 年代开始出现指导教师和学生两人同时观察的示教目镜（图 2- 8) 。最 近日本 Olympus 公司出售若同时有 6 人观察 一个目标的示教目镜。其样式基本和图 2-8 所示的示教目镜相似。只是把它延伸很长，而且加进 6 孔接目透镜而巳。 （ 九 ） 照像目镜 照像目镜 (photo) 的主要特点是接目透镜侧的像平面较远 ， 能把成像光束投到照像暗 箱底片平面上去。其外壳上刻有放大倍数和 photo( 俄文 OTO) 一词 。 （十 ） 照像系统的对焦目镜 在显微照像的显微镜中接目镜和照像暗箱之间衔接的变焦目镜叫对焦目镜 (focus­ ing eyepiece) (图 2-9) 。当把标本放在载物台上对好物镜焦距时在对焦目镜中 物像清晰 。 如果对焦目镜中物像不清晰，就要进行调焦 。 同时在调焦目镜视野中可以看到不同大小的 取景框域。大框为拍摄 24mmX36mm 胶片 ， 还有 4" X 5" 和 9cmX 12cm 框域。大的圆圈是 平均泭光范围，小圆圈是点测光范围。小圆 圈四边的 十字划线是标明对焦标准线。在视野 中只出现单条十字线，说明对焦不准确， 说明拍不上清 晰照片。调焦看到双线十字才算对 • 10 •
    分享到：
    赞 收藏

    相关推荐

    资料库

    课程资源

    共收录17145份资料，累计13个分类，关注成员有19位，主要包括：PHP,网络管理,网页制作,Java,.Net,数据库,3G/移动开发,C/C++,游戏开发,嵌入式,讲义,软件测试,专业指导

    热门标签

    PHP 网络管理 网页制作 Java .Net 数据库 3G/移动开发 C/C++ 游戏开发 嵌入式 讲义 软件测试 专业指导

    最新资料