Измерение объектов с помощью микроскопа

Благодаря изобретению многих поколений ученых, современные исследователи имеют возможность пользоваться таким чудом оптической техники, как микроскоп. Благодаря этому устройству можно не только наблюдать увеличенными во много раз предметы, образцы и объекты, рассматривать мельчайшие частицы и строение тканей, но также измерять их ширину и другие параметры. Каким же образом осуществляется измерение предмета при помощи такого оборудования, как микроскоп? В этой статье мы постараемся объяснить начинающим и уже опытным исследователям, как можно измерить толщину, высоту и ширину мельчайших частиц, которые нельзя измерить линейкой, при помощи этого изделия.

Так, для того, чтобы осуществить измерения микроскопических объектов, нужно применить обычный световой, или современный цифровой микроскоп. Благодаря этому оборудованию можно получить линейные параметры объекта на предметном столике агрегата, а также измерить его толщину. Помимо классических габаритов образца, микроскоп также позволяет с высокой точностью получить и другие значения при проведении анализа или подсчета количественного показателя того или иного элемента в образце. Мы остановимся на самых популярных измерениях, которые чаще всего применяются современными исследователями.

Измерение толщины объекта под микроскопом

Если вы уже думали о том, какая существует цифровая шкала в лабораторных, отражающих, биологических и других микроскопах, то наверняка пытались понять, для чего она нужна и какие образцы благодаря ей можно измерить. Так примеру, в окуляре обычного биологического агрегата можно изучить любой прозрачный плоский объект, который в терминологии носит имя «гистологического среза». На вид он абсолютно плоский, даже когда смотришь на него в окуляр, увеличивающий в сотни крат, однако, микроскоп благодаря шкале на микровинтах показывает, что это не так, ведь даже визуально плоский образец имеет определенную толщину. Зачастую она измеряется в микрометрах (мкм) или микронах.

В свою очередь, если на предметном столе микроскопа изучают сплавы и металлы, минералы, другие природные ресурсы и тому подобные объекты, они зачастую отличаются неоднородной поверхностью, имеют углубления, выпуклые области или впадины, трещины. Из-за такой структуры в ходе наблюдения сложно будет фокусироваться на всём объекте в целом и измерить его ширину, так как одни детали будут видны четко, а на других фокус будет слабый. Соответственно, наиболее выступающая часть объекта будет соответствовать одному из положений микровинта при настройке фокуса, а наиболее углубленная часть образца - будет иметь уже другую толщину. Чтобы получить среднее значение, необходимо измерить самую выпуклую и самую углубленную части образца, сравнить их и таким образом получить данные по ширине объекта.

Как происходит калибровка микровинта в микроскопе?

Деления на шкале в наиболее распространённых лабораторных агрегатах предполагают настройку на 1-2 мкм. Для того, чтобы узнать, какой шаг в вашем микроскопе, прочитайте инструкцию к прибору и его описание - зачастую там указана информация о калибровке фокуса, которая поможет вам произвести замеры. Если таких сведений производитель не предоставляет, тогда калибровку можно настроить своими руками, к примеру, при помощи покровного стекла. Во время наблюдения за объектами через иммерсионный окуляр, ширина образца на предметном столике одновременно будет являться и его толщиной, так как какой микроскоп передает перевернутое изображение. В том случае, если следователь применяет сухой объектив, это значение следует увеличивается х1,5 - данный коэффициент является средним между значениями прилагаемого стекла и воздушной прослойки. Увы, в таком виде исследований на точность результата могут оказывать воздействие сферические отклонения и микрометрический окуляр.

Измерение ширины и длины объекта с помощью окуляра-микрометра и объекта-микрометра

Когда перед исследователем стоит цель измерить длину и ширину образца, то есть его линейные размеры, оптический прибор нужно доукомплектовать специальным окуляром-микрометром и слайдом для калибровки – объектом-мкм.

ОМ представляет собой специальную линзу, которая в области полевой диафрагмы, там, где формируется промежуточное изображение, имеет специальное дополнительное стекло с делениями. Это и есть шкала, позволяющая проводить микроскопические замеры, вычислять длину и другие габариты частиц, глубину слоев, размеры небольших дефектов на объекте. Разлиновка в окуляре составляет не больше 0,01 мм. Во время исследования через микроскоп разность значений на двух соседних отметках шкалы зависит от того, как расположен окуляр-мкм и объектив-мкм, а также имеет значение длина наблюдательной насадки с линзой. Так, если не учитывать возможные погрешности, в объективе микроскопа, который увеличивает объекты в 100 крат, цена деления (ЦД) будет равняться 0,001 мм, либо 1 мкм. Далее, при помощи метода интерполяции, можно легко посчитать цену деления в микроскопах, которые увеличивают на 40 раз при окуляре 10x - тут цена деления составит 0,0025 мм. В микроскопе, увеличивающем объекты в 20 раз при линзе 10х, цена деления будет являться 0,05 мм, либо 5 мкм и так далее.

При изготовлении объективов микроскопов учитывают небольшую погрешность при увеличении предметов не более чем на 2,5%. Таким образом, 100-кратный объектив на самом деле может увеличивать в 97,5 раз или 102,5. При этом, лаборант не сможет узнать о погрешности для тех пор, пока не откалибрует окуляр. Именно поэтому исследователи должны самостоятельно производить данные действия и проверять ОК любых объективов благодаря специальному объекту-мкм. Из-за того, что разные линзы могут предполагать разные отклонения от нормы увеличения, интерполяция тут полностью исключена.

ОБ, в свою очередь, - это предметная пластинка с делениями. Чаще всего она сделана в виде знакомой нам микроскопической линейки в 1 мм, которая разделена на ее десятые и сотые части. В ней ЦД достигает 0,01 мм, хотя и существуют также версии с ценой в 0,1 мм и специальные слайды для калибровки, имеющие специальные перекрестия или окружности для замеров. Для того, чтобы откалибровать окуляр-мкм, достаточно разместить на предметном столике вашего агрегата объект-мкм и настроить резкость картинки для конкретного объектива. Так, вам будут видны 2 сетки ОК и ОБ. Поворачивая ручку и меняя калибровку на плоскости предметной пластины, используя препаратоводитель, вы можете добиться параллельного расположения делений сетки окуляра и линейки объекта-микрометра. Таким образом, можно определить какое количество делений на шкале ОБ помещается в шкалу ОК для объективов с разным увеличением, чтобы вычислить в дальнейшем цену деления по простой формуле:

ЦОК = N*ЦОБ/K,

где:

ЦОК – это цена деления окуляра-мкм, а ЦОБ, соответственно, - цена деления объектива.
N предполагает количество штрихов в делениях ОБ, а К - количество делений в окуляре-мкм.

Для тех специалистов, которые постоянно работают при помощи одного агрегата, вполне достаточно будет однажды настроить калибровку для каждого из используемых объективов, зафиксировать данные и применять для будущих исследований.

Как определить размеры образца, благодаря препаратоводителю, шкале нониуса и столику для координирования?

Ряд лабораторных оптических микроскопов имеют специальный координатный стол, благодаря которому в них есть возможность измерять микроскопические частицы с особой шкалой нониуса. Тут можно измерить точное значение до 0,1 мм и примерное - до 0,05 мм. Однако, для того, чтобы производить такие замеры, насадка с окуляром агрегата должна быть оснащена перекрестными линзами, либо, имеющими особые указатели. Если постепенно вращать винты координатного столика передвижения объекта, можно получить совпадающие точки анализируемого образца, который у нас будет точкой отсчета, с перекрестием. Далее нужно зафиксировать показания. После этого препаратоводитель перемещают вдоль осей Х и Y в длину либо поперёк, и подвигают их к отправной точке. Снова мы записываем результаты и сопоставляем их, получая длину и ширину предмета изучения.

Также есть разные другие виды измерений в микроскопах, которые можно осуществлять благодаря счетным камерам, однако, об этом более детально мы поговорим в других статьях.