Разрешение и полезное увеличение в микроскопах

Качество изображения, полученного с помощью микроскопа, зависит от разрешения микроскопа. Разрешение микроскопа – величина, обратная минимальному расстоянию между двумя точками в образце, при котором эти точки видны отдельно. Когда это расстояние сравнимое с длиной волны света, происходит дифрация света, и изображение становится тусклым. Минимальное расстояние d, которое может быть решено микроскопом: d = λ /(2·n·sin θ), где λ - длина волны света в воздухе, n - показатель преломления среды между объективой линзы и изучаемым объектом и θ - так называемый апертурный угол (рис. 7).

Апертурный угол – угол между двумя крайними лучами конического светового пучка, выходящего из точки рассматриваемого предмета и попадающего в объектив. Апертура объектива, равная A = n·sin θ /2, обозначена на инструменте. Если две точки в образце разделены менее чем на d, их дифракционные картины накладываются друг на друга, в результате чего они не могут быть различены отдельно.

Рис. 7. Апертурный угол

Вычислено, что предел разрешения светового микроскопа составляет около 250 нанометров, что позволяет получить полезное увеличение (при котором глаз различаетвсе элементы структуры объекта, разрешимые микроскопом) равное 400. Эта величина является пределом полезного увеличения обычного светового микроскопа. Большее увеличение не будет способствовать рассмотрению никаких дополнительных деталей объекта.

Есть два пути улучшить разрешение микроскопа: использовать наиболее короткие длины световых волн и заполнять пространство между рассматриваемым объектом и объективом жидкостью с большими показателями преломления. Так, погружение объекта в масло кедра, которое иеет показатель преломления n = 1, 4, позволяет улучшить изображение объекта. Ультрафиолетовые лучи имеют меньшую длину волны, чем видимый свет, и позволяет увеличить разрешение микромкопа. Кроме того, ультрафиолетовые микроскопы используются для изучение струтутуры биологических макромолекул (например, нуклеиновых кислот и белков), которые сильно поглощают ультрафиолетовый свет, что позволяет получать хороший контраст.