Биологиялық объектілер микроскопиясының арнайы тәсілдері

Пән: Биология
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

Тақырыбы: Биологиялық объектілер микроскопиясының арнайы тәсілдері.

Мақсаты: Оптикалық микроскопта кескінді алудың физикалық негізін, оның сипаттамаларын оқып үйрену. Электронды оптиканың элементтерін, электронды микроскоптың жұмыс істеу принципін және оның мүмкіндіктерін оқып үйрену. Көздің оптикалық жүйесі. Берілген тақырып бойынша есеп шығару әдістемесін меңгеру.

Оқытудың міндеттері:

Студент оптикалық және электронды микроскоптардағы кескінді алудың физикалық негізін, оның мүмкіндіктерін, көзді оптикалық жүйе ретінде қарастыруды білуі тиіс.
Студент биологиялық жүйелерді зерттегенде пайдаланатын микроскоптардың негізгі топтарын білуі қажет.

Тақырыптың негізгі сұрақтары:

Микроскоптың оптикалық жүйесі, объектінің кескінін салу.
Оптикалық микроскоптың үлкейтуінің формуласы.
Максималды және пайдалы үлкейту.
Микроскоптың рұқсат ету шегі және мүмкіндігі
Электронды микроскоп, электронды оптиканың элементтері
Көз көру мүшесі. Көздің диоптриялық жүйесі

Оқыту әдісі - берілген тақырыпқа берілген хабарламаларды талқылау, есептер және тапсырмалар шығару.

Ақпараттық - дидактикалық бөлім

Микроскоптың оптикалық жүйесі фокустық ара қашықтығы (бірнеше мм) көп линзалы күрделі обьективтен және фокус арақашықтығы (бірнеше см) болатын окулярдан тұрады. Обьектив фокустың алдында орналасқан (5) денесінің нақты, төңкерілген және үлкейтілген 5 ^/ кескінін береді. Аралық кескінні окуляр арқылы бақылаймыз. Нәтижесінде үлкейтілген, жалған (5") кескіні көздің қалыпты аккомодация шартында бақыланады (1-сурет) .

1-сурет. Микроскоптың оптикалық сызбасы. 1 - жарық көзі; 2 - линза-корректор; 3 -айна; 4 - конденсор; 5-объект; 6 - объектив; 7-окуляр; 8 -зат қоятын үстелше; 5'- объективтен алынған ообъектінің (5) нақты, төңкерілген және үлкейтілген кескіні; 5" - окулярдан алынған объектінің екіншілей үлкейтілген, жалған кескіні;

А -объективтің сандық апертурасы

Микроскоптың негізгі сипаттамаларының бірі - оның үлкейту қабілеті болып табылады.

(1)

Микроскоптың үлкейтуі сан жағынан обьективтің сызықты үлкейтуі мен окулярдың бұрыштық үлкейтуінің көбейтіндісіне тең.

Микроскоптың обьективіне сызықты үлкейтудің формуласын қолдана отырып, затпен ара қашықтығын обьективтің фокустық ара қашықтығына тең деп айтуға болады және мұны тубустың оптикалық ұзындығы деп атайды.

Бірақ практикада үлкейтілу шамасы 1500-2000-нан асатын микроскоптар қолданылмайды, өйткені микроскопта обьектінің өте кіші бөліктерін ажырату қабілеті шектелген. Бұл шектелу қарастырылып отырған обьект құрылысында өтетін жарық дифракциясымен түсіндіріледі. Осыған байланысты микроскоптың рұқсат ету ұғымы және рұқсат етілген мүмкіндігі түсініктері кіргізіледі.

Өте жақсы көретін көз сызықтар мен нүктелерден тұратын, ара қашықтығы 0, 07 мм-де орналасқан ұсақ құрылымды ажыратады. Микроскоптың сапасы үлкейтілуі мен рұқсат етілген мүмкіндігімен анықталады. Рұқсат етілген мүмкіндігінің шегі деп микроскопта объектінің екі нүктесінің арасындағы аз ара қашықтықты, ал рұқсат етілген мүмкіндігі деп микроскопта объектінің ұсақ бөлшектерінің жеке кескіндерін беру қабілеттілігін айтады.

Оптикалық микроскоп 0, 25 мк-ға дейінгі құрылымды ажырату мүмкіндігін береді. Рұқсат етілген мүмкіндігі рұқсат ету шегіне кері шама болып табылады. Теориялық курстан микроскоптың рұқсат етілген шегі мына формуламен анықталады:

, мұндағы жарықтандырушы жарық көзінің толқын ұзындығы, U- объективтің апертуралық бұрышы, ол микроскоптың объективіне түсетін шеткі сәулелердің жарық шоқтарының арасындағы бұрыштың жартысы, ал n- дене мен объектив арасындағы орналасқан ортаның сыну көрсеткіші. Егер объектіге ақ жарық түсірсек, онда оның толқын ұзындығы 0, 55 мк-ға тең болады және оған көз сезімтал келеді. Сол себептен микроскоптың пайдалы үлкейтуінің шегі 500 А < G < 1000 А интервалында жатады.

Жетілдірілген микроскопта иммерсиялық объектив қолданылады. Мұндай обьективте бақыланатын дене мен обьектив арасындағы ортаның сыну көрсеткіші шыныға жақын (n=1. 45-1. 65) мөлдір сұйықтықпен толтырылады. Иммерсиялық объективті қолданудың артықшылығы, біріншіден кескіннің жарықтылығы артады, екіншіден A=nsіnU мәні иммерсиялық обьектив үшін сандық апертура деп аталады және ол құрғақ обьектив үшін (A=sіnU) тең, үшіншіден практикада U шамасы 70 ⁰ -тан артық болмайды (sin70 ⁰ =0, 95), онда иммерсия үшін n=1. 5 А=1. 5*0. 94=1. 4. Денеге ақ жарық түсірсек, онда құрғақ микроскоптың рұқсат ету шегі =0, 5, ал иммерсияланған объектив үшін мк-ге тең. Осы объектілерді ажырату үшін микроскоптың үлкейтілуі көз және микроскоптың көру шектерінің қатынасымен анықталады:

Equation. 3

Бұл үлкейтілу микроскоптың пайдалы үлкейтілуі деп атайды. Микроскоптың үлкейтілуін практикада Equation. 3 алады, мұндағы А сандық апертура.

Электронды микроскоп

Электронды микроскопия арқылы микроқұрылымдардың атомды - молекулалық деңгейде зерттеуге болады. ЭМ объектілердің үлкейтулері жоғары болады, оптикалық микроскоптан алынбаған мәліметтерді алуға мүмкіндік береді.

ЭМ-тың биологияда және медицинада пайдаланылуы ұлпаның жасушасыртындағы компоненттері арқылы жасушаның құрылымын оқып үйретеді. Алынған мәліметтер негізінде (биологиялық объектілер үшін рұқсат етуі 12-6 А, ал үлкейтілуі 800-1200 мыңға жуық) 1940 жылдан бастап мембрананың, митохондрияның, рибосоманың және басқа жасушасыртындағы құрылымдар, мысалы ДНК-ның кейбір макромолекулаларының жұқа құрылысы сипатталды. Электронды микроскоппен 1950 жылдан бастап микроәлем туралы ақпараттар алына бастады.

ЭМ-та электрон тек бөлшек қана емес толқындық қасиеттерге де ие болады, ол микроскопияда электрондық сәуле шығарудың тірегі ретінде қолданылады. Электрондық сәуле шығарудың толқын ұзындығы оның энергиясына тәуелді, ал энергия мынаған тең: Е=e*U, мұндағы U- потенциалдар айырымы, e - электронның заряды. Электрондық сәуле шығарудың толқын ұзындығы потенциалдар айырымы 2В болғанда шамамен 0, 1 нм-ге тең. Эл. микроскоптың жұмыс істеу принципі электр және магнит өрістерінің электрлік шоқтардың фокусталған әсеріне негізделген. Линзаның ролін электронды микроскопта электр және магнит өрістеріне есептелген құрылғы атқарады, бұл өрісті тудыратын лизаларды «электронды» линзалар деп атайды. ОПЭМ -оптикалық микроскопқа ұқсас, оның ерекшелігі жарықтандыру үшін жарық емес электрондар ағыны алынады. ОПЭМ-ның құрамына: электронды прожектор, бірнеше конденсорлы линзалар, объективті линза және окулярға сәйкес келетін, бірақ та фотопластинкаға нақты кескін беретін проекциялық жүйе. Электрондар электр өрісі арқылы үдейді де (шамамен 1В), өріс жіңішке шоқ болып электрондар фокусталады. Микроскоп колонкасында электрондар қозғалады, ЭМ вакууммен қаматамасыз етіледі, ол бірнеше компоненттерден тұрады:

- вакуумды жүйе

- электронды прожектор - электрондар ағынын туғызады

- электрондарды үдету үшін жоғары кернеулі көз

- система электромагнитті линзалар жүйесі және электронды шоқты басқару үшін эл. статикалық пластина

- үлкейтілген электрондық кескін алынған экран

Қазіргі кезде ОПЭМ үлкейтілу 1000-нан 1 аралығында болады.

Микроскопияның арнайы түрлері.

- Стереоскопиялық бинокульды микроскоп объектінің үш өлшемді кескінін алу үшін пайдаланылады. Ол екі жеке микроскопиялық жүйеден тұрады, оның үлкейтілуі 100-ге дейін, ол хирургиялық операцияларда пайдаланылады.

- Поляризациялық микроскоп микрообъектілердің поляризацияланған жарықпен өзара әсерін оқып үйрену үшін қолданылады. Онда оптикалық рұқсат етудің шегінің сыртындағы объектілерді көруге (бұлшықет ұлпасы) болады.

- Люминесценттік микроскоп ультракүлгін немесе көк жарықпен үлгіні жарықтандырады. Бұл жарықты жұта отырып үлгі люминесценцияның көрінетін жарығын шығарады. бұл микроскоп медицинада диагностика үшін пайдаланылады.

- Интерференциялық микроскопты интерференция құбылысын пайдаланылады. Микроскопқа түсетін әрбір сәуле қосарланады. Один из полученных лучей направляется сквозь наблюдаемую частицу, а второй мимо неё ( по дополнительной оптической ветви микроскопа) . Микроскоптың окулярлық бөлігінде екі сәуле қосылады да, өзара интерференциаланады. Сонда тірі объектілердің зерттеудегі өте пайдалы ақпараттарды алуға болатын боялған кескіндер алынады.

Көздің оптикалық жүйесі. Көздің спектрлік сезгіштігі.

Көз қорғаныш ақуыз қабықшадан тұратын күрделі оптикалық жүйе болып табылады. Ақуыз қабықшасы тамырлар жүйесі мен 0, 001 см-ден кіші өлшемдерге ие болатын ұсақ жарық сезгіштік элементтері бар тор қабықшасынан тұрады. Бұл элементтер көзді бас миымен байланыстыратын көру нервісінің нерв талшықтарының ұштары.

Көздің алдыңғы бөлігінде ақуыз қабықшасы мөлдір мүйіз қабықшасына, ал тамырлар қабықшасы- ортасында қарашық деп аталатын тесігі бар нұрлы қабықшасына өтеді. Қарашықтың артқы жағында екі дөңес линза формасындағы мөлдір серпімді дене - көзбұршақ орналасқан. Көздің барлық ернеуі мөлдір сұйықтықпен толтырылған. Көздің сұйықтығының сыну көрсеткіші 1, 33-ке, мүйіз қабықшасында -1, 38 және көзбұршақта орташа 1, 44-ке тең.

Көздің көрген дененің кескіні торда кескінделеді; ол шын (нақты), қысқартылған және кері(дененің орналасуы дұрыс деген тұжырым мидың түзетілген іс-әректінің нәтижесінде туады) кескін болады. Көздің қарашығы диафрагмада үлкен роль атқарады: көзге түскен жарықтың мөлшеріне байланысты оның диаметрі өзгереді. Сол себептен көзбұршақтың сіңірлерінің қисықтық кеңістігі, қорыта айтқанда фокустық ара қашықтығы өзгереді, яғни көзден әртүрлі қашықтықта орналасқан денелер тор қабықшада әртүрлі бейнеленеді. Көзбұршақтың фокустық ара қашықтығын бақыланатын денеге бейімдеуін аккомодация деп атайды. Жай көзбен 8м қашықтықтағы денені көруге болады. Аккомодация 25 см-ге тең айқын көретін ара қашықтықтан аз емес қашықтықтағы денелердің кескіндерін көруге мүмкіндік береді.

Кескіннің өлшемі дененің шеткі нүктелерінен көзге келетін сәулелер арасындағы бұрышқа байланысты. Көру бұрышы өте аз болғанда (шамамен бір минутқа тең), айқын көру ара қашықтықтығынан 0, 07 мм-дей ұзындықтағы кесіндінің қашықтығына сәйкес келетін дененің формасын ажыратуға ғана болады. болғанда барлық кескіндер бір жарық сезгіштік элементте орналасады және дене нүкте түрінде бейнеленеді. Шекті көру бұрышының болуына байланысты ( ) қарусыз көзбен жақын, бірақ өте ұсақ емес, өте алыс емес үлкен денелерді көруге болмайды. Бұл жағдайларда көру бұрышын үлкейтетін оптикалық приборлар (микроскоп- ұсақ жақын денелерді, телескоп - ірі үлкен алыс денелерді ) қолданылады. Ең көп тараған көздің ақаулары жақыннан көргіштік (денелердің кескіндері тордың алдыңғы жағында көрінеді) және алыстан көргіштік (денелердің кескіндері тордың артқы жағында көрінеді) . Осы ақауларды шашыратқыш (жақыннан көргіштікте) және жинағыш (алыстан көргіштікте) линзалардан тұратын көзілдіріктер жөндейді.

Тор қабықшада жайылған жарық сезгіштік элементтер таяқшалар және колбаларға бөлінеді. Таяқшалар жарыққа сезімталдау келеді (олар арқылы қараңғыда көру жүзеге асырылады), бірақ түстерді ажыратпайды. Колбалардың жарыққа сезімталдығы аз болады, бірақ спектрлі сезгіштікке ие, осыған байланысты біз әртүрлі түстерді ажыратамыз.

Көз тек толқын ұзындығы 0, 77-ден 0, 38 мкм-ге дейінгі интервалдағы (көрінетін жарық) жарықты сезеді, бұл интервалдың өзінде де, көздің сезгіштігінің толқын ұзындығы бірдей емес. Көздің сезгіштігінің ең үлкен толқын ұзындығы (жасыл түстің) мкм-ге тең. Көздің сезгіштігі өте ұзын және өте қысқа толқындарда, инфрақызыл және ультракүлгін сәулелердің нөліне жетіп төмендейді. Сол себептен әртүрлі түстер шығаратын, бірдей қуатқа ие бірнеше жарық көздерінен тұратын монохроматтық жарық көзге жарқырауы бірдей емес болып көрінеді. Жарқырауы ерекше жарық көзі жасыл түс. Мысалы, қызыл түс ( ) жасыл түстей жарқырауы үшін оның қуатын жасыл түстің қуатынан 2 есе арттыру қажет.

Жарықтың әсерінен тор қабықшадағы жарық сезгіштік заттар ыдырайды да, көздің сезгіштігі төмендейді. Қараңғыда жарық сезгіштік заттар қалпына келіп, көздің сезгіштігі жоғарлайды. Бұл жағдайларда көз 10 ^-17 Дж-ға сәйкес өте аз энергияға ие болады (көзден 100км-ге тең ара қашықтықтағы мөлдір атмосферада орналасқан стеарин шырақ шығаратын жарыққа сәйкес жарық шығарады) .

Есептер:

1. Микроскоптың үлкейтуі 800. Егер окулярдың фокустық арақашықтығы fок. =5см, тубус ұзындығы 14см болса, онда объективтің оптикалық күшін анықтаңыз.

2. Егер үдемелі кернеуі 100кВ, апертуралық бұрышы 10 ^-2 рад, электрондық микроскоптың рұқсат ету шегін анықта.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.