ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 378
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Применение микроскопов:
Биологические микроскопы применяются для лабораторных биологических и медицинских исследований прозрачных объектов. Доступны «режимы» светлого и темного поля, фазовый контраст, поляризованный свет.
Металлографические микроскопы применяются в научных и промышленных лабораториях для исследования непрозрачных объектов. Возможна работа в отраженном и проходящем свете. Доступны режимы светлого и темного поля, фазовый контраст, поляризованный свет.
Стереоскопические микроскопы применяются в лабораториях и на различных производствах для получения увеличенных изображений объектов во время проведения рабочих операций. Возможна работа в отраженном и проходящем свете.
Поляризационные микроскопы применяются в научных и исследовательских лабораториях для специализированных исследований в поляризованном свете. Возможна работа в отраженном и проходящем свете.
52. Оптическая световая микроскопия и ее использование для исследования объектов судебной экспертизы
В световой микроскопии лучи света от микрообъекта, проходя через систему собирательных линз — объектив и окуляр,- дают в соответствии с законами оптики увеличенное изображение изучаемого образца. Пучок света, проходящий через исследуемый образец или отраженный от него, меняет одну или несколько характеристик (длину волны, интенсивность, фазу или плоскость поляризации), что сопровождается различными оптическими эффектами -— поглощением, отражением, преломлением, дифракцией, интерференцией, дисперсией, люминесценцией и другими, которые в совокупности и составляют изображение. В настоящее время световая микроскопия — это целый комплекс методов, использующих различные оптические эффекты. Наличие тех или иных оптических эффектов, помимо других факторов, зависит от способа освещения: различают микроскопию отраженного и проходящего света. В первом случае пучок света падает перпендикулярно или наклонно на поверхность микрообъекта, а изображение его компонентов строится за счет лучей, отраженных поверхностью; во втором — микрообъект помещается в пучок света, так что изображение его компонентов строится за счет лучей, прошедших через весь объем микрообъекта.
Благодаря многообразию оптических эффектов комплекс микроскопических методов позволяет наглядно выявить наличие различных компонентов в микропробе и их пространственное распределение, а также измерить оптические константы отдельных составляющих, по которым их можно идентифицировать. Чтобы выбрать оптимальную схему микроскопического исследования, необходимо хорошо знать оптические свойства материалов живописи и возможности различных микроскопических методов.
Световые микроскопы — доступные, простые и удобные аналитические приборы. Микроскопы проходящего света состоят из опорного штатива, на оптической оси которого последовательно смонтированы источник света и устройство для его юстировки, полевая диафрагма для ограничения размеров пучка света, конденсор для фокусировки пучка света на микрообъект, встроенная в конденсор апертурная диафрагма для регулирования освещенности препарата, столик для закрепления и перемещения препарата с микрообъектом, а также для фокусировки оптической системы на препарате, фотонасадка. В микроскопах отраженного света между конденсором и объективом помещается полупрозрачный опак-иллюминатор, позволяющий через один объектив освещать микрообъект и наблюдать его в отраженном свете.Увеличение микроскопа равно произведению увеличении объектива и окуляра. Увеличение (например, 10х) обозначается на боковой поверхности объектива и в верхней части окуляра. Смена увеличениу достигается путем смены объективов и окуляров, однако в некоторых современных моделях возможно также плавное изменение увеличения.
Для предварительного просмотра микропроб живописи в отраженном свете, определения ее структуры и примерного состава, а также для приготовления пробы к дальнейшему исследованию и ее микрохимического анализа применяются бинокулярные микроскопы с увеличением до 100х. Они обладают большим полем зрения, а расстояние между объективом и микропробой удобно для препаративной работы. Наличие источника света позволяет работать по методу косого освещения.
Для детального анализа компонентов микропробы наиболее удобны и эффективны поляризационные микроскопы для проходящего и для отраженного света. Эти микроскопы снабжены светосильной оптикой высокого качества, специальным осветителем и бинокуляром, что позволяет получать яркое и четкое стереоизображение при увеличениях до 1000х по методу светлого и темного полей в обычном и поляризованном свете. Обычно микроскопы укомплектованы фотоаппаратом для фиксации микроскопического изображения на фотопленку 35 мм.
53. Люминесцентная микроскопия и ее использование для исследования объектов судебной экспертизы.
Люминесцентный метод микроскопии занимает важное место в исследовании микроорганизмов. Люминесценцией (или флюоресценцией) называют излучение клеткой света за счет поглощенной энергии. Только немногие бактерии (люминесцирующие) способны светиться собственным светом в результате интенсивных процессов окисления, протекающих у них со значительным выделением энергии.
Большинство микроорганизмов приобретает способность люминесцировать, или флюоресцировать, при освещении их ультрафиолетовыми лучами после предварительной окраски специальными красителями — флюорохромами. Поглощая короткие ультрафиолетовые волны, объект излучает более длинные волны видимой части спектра. Вследствие этого разрешающая способность микроскопа повышается. Это дает возможность исследовать более мелкие частицы. Чаще используют красители- флюорохромы: акридин оранжевый, аурамин, корифосфин, флюоресцеин в виде очень слабых водных растворов.
При окраске корифосфином коринебактерии дифтерии дают желто-зеленое свечение в ультрафиолетовом свете, микобактерии туберкулеза при окраске аурамин-родамином — золотисто-оранжевое. Для успешной микроскопии необходим яркий источник света, в качестве которого используют ртутно-кварцевую лампу высокого давления. Между источником света и зеркалом помещают сине-фиолетовый светофильтр, который пропускает только короткие и средние волны ультрафиолетового света. Попав на объектив, эти волны возбуждают в нем люминесценцию. Чтобы увидеть ее, на окуляр микроскопа надевают желтый фильтр, который пропускает длинноволновый свет флюоресценции, возникающий при прохождении лучей через объект. Короткие волны, не поглощенные исследуемым объектом, убираются, отсекаются этим фильтром.
Существуют специальные люминесцирующие микроскопы МЛ-1, МЛ-2, MЛ-3, а также простые устройства: комплект ОИ-17 (опакиллюминатор), ОИ-18 (осветительное устройство с ртутно-кварцевой лампой СВД-120А), дающие возможность применять для люминесцентной микроскопии обычный биологический микроскоп.
54. Электронная микроскопия, ее виды и использование ее для исследования объектов судебной экспертизы.
Электронная микроскопия позволяет с помощью электронного микроскопа исследовать микроструктуру тел при увеличениях до многих сотен тысяч раз (вплоть до атомно-молекулярного уровня), изучить их локальный состав и локализованные на поверхностях или в микрообъёмах тел электрические и магнитные поля (микрополя). Кроме этого, электронная микроскопия - это самостоятельное научное течение, направленное на:
-усовершенствование и разработку новых электронных микроскопов и других корпускулярных микроскопов (например, протонного микроскопа) и приставок к ним;
-разработку методик препарирования образцов, исследуемых в электронных микроскопах;
-изучение механизмов формирования электроннооптических изображений;
-разработку способов анализа разнообразной информации (не только изображений), получаемой с помощью электронных микроскопов.
Некоторые методы электронной микроскопии рассмотрены в разделе "Методика электронной микроскопии".
К сожалению, электронная микроскопия ограничена в своих возможностях по исследованию и диагностике поверхности. Несмотря на огромные плюсы, которые она имеет, существует несколько неоспоримых недостатков. К таковым следует отнести, в первую очередь, необходимость достаточного вакуума для получения относительно хорошего разрешения, отсутствие возможности просмотра больших образцов, достижение атомного разрешения в критических для поверхности условиях, когда энергия пучка электронов достигает величины до 300 КэВ.
В связи с этим мы предлагаем Вам ознакомиться с методами сканирующей туннельной микроскопии, сканирующей зондовой микроскопии, атомно-силовой микроскопии.
Методика электронной микроскопии. Область применения электронной микроскопии
В качестве объектов исследований электронная микроскопия использует в основном твёрдые тела. Образцы толщиной от 1 нм до 10 мкм (тонкие плёнки, фольга, срезы и т. п.) изучаются в просвечивающих электронных микроскопах (ПЭМ), в которых электроны с энергиями от 1 кэв до 5 Мэв проходят сквозь объект. Непросвечивающие электронные микроскопы: растровые (РЭМ), зеркальные, ионные и электронные проекторы исследуют структуру массивных тел толщиной существенно больше 1 мкм.
Можно изучать порошки, микрокристаллы, частицы аэрозолей и т. д., нанеся их на подложку: тонкую плёнку для исследования в ПЭМ или массивную подложку для исследования в РЭМ.
В дальнейших разжелах описаны некоторые методы электронной микроскопии.
С помощью специальных газовых микрокамер — приставок к просвечивающему или растровому электронному микроскопу — можно изучать жидкие и газообразные объекты, неустойчивые к воздействию высокого вакуума, в том числе влажные биологические препараты. Радиационное воздействие облучающего электронного пучка довольно велико, поэтому при исследовании биологических, полупроводниковых, полимерных и т. п. объектов необходимо тщательно выбирать режим работы электронного микроскопа, обеспечивающий минимальную дозу облучения.
Кроме статических объектов электронная микроскопия позволяет изучать различные процессы в динамике их развития: рост плёнок, деформацию кристаллов под действием переменной нагрузки, изменение структуры под влиянием электронного или ионного облучения и т. д. . Электрон имеет малую инерционность. Это дает возможность исследовать периодические во времени процессы, такие как перемагничивание тонких магнитных плёнок, переполяризацию сегнетоэлектриков, распространение ультразвуковых волн и т. д., применяя методы стробоскопической электронной микроскопии. Электронный пучок «освещает» образец импульсами, синхронными с подачей импульсного напряжения на образец, благодаря чему на экране прибора фиксируется определенная фаза процесса. Предельное временное разрешение при этом может составлять около 10-15 сек для просвечивающего электронного микроскопа (практически реализовано разрешение
10-10 сек для просвечивающего и растрового электронного микроскопа).
Электронные микроскопы используются и в технологических целях (например, для изготовления микросхем методом фотолитографии).
К сожалению, электронная микроскопия ограничена в своих возможностях по исследованию и диагностике поверхности. Несмотря на огромные плюсы, которые она имеет, существует несколько неоспоримых недостатков. К таковым следует отнести, в первую очередь, необходимость достаточного вакуума для получения относительно хорошего разрешения, отсутствие возможности просмотра больших образцов, достижение атомного разрешения в критических для поверхности условиях, когда энергия пучка электронов достигает величины до 300 КэВ.
55. Понятие электромагнитных волн.
Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных работ Фарадея по электричеству высказал гипотезу о существовании в природе особых волн, способных распространяться в вакууме. Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами. По представлениям Максвелла: при любом изменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле и, наоборот, при любом изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле. Однажды начавшийся процесс взаимного порождения магнитного и электрического полей должен непрерывно продолжаться и захватывать все новые и новые области в окружающем пространстве (рис. 42). Процесс взаимопорождения электрических и магнитных полей происходит во взаимно перпендикулярных плоскостях. Переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле, переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле.
Электрические и магнитные поля могут существовать не только в веществе, но и в вакууме. Поэтому должно быть возможным распространение электромагнитных волн в вакууме.
Условием возникновения электромагнитных волн является ускоренное движение электрических зарядов. Так, изменение магнитного поля происходит
при изменении тока в проводнике, а изменение тока происходит при изменении скорости зарядов, т. е. при движении их с ускорением. Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, по расчетам Максвелла, должна быть приблизительно равна 300 000 км/с.
Впервые опытным путем получил электромагнитные волны физик Генрих Герц, использовав при этом высокочастотный искровой разрядник (вибратор Герца). Герц опытным путем определил также скорость электромагнитных волн. Она совпала с теоретическим определением скорости волн Максвеллом. Простейшие электромагнитные волны — это волны, в которых электрическое и магнитное поля совершают синхронные гармонические колебания.
Конечно, электромагнитные волны обладают всеми основными свойствами волн.
Они подчиняются закону отражения волн: угол падения равен углу отражения. При переходе из одной среды в другую преломляются и подчиняются закону преломления волн: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред и равная отношению скорости электромагнитных волн в первой среде к скорости электромагнитных волн во второй среде и называется показателем преломления второй среды относительно первой.
Явление дифракции электромагнитных волн, т. е. отклонение направления их распространения от прямолинейного, наблюдается у края преграды или при прохождении через отверстие. Электромагнитные волны способны к интерференции. Интерференция — это способность когерентных волн к наложению, в результате чего волны в одних местах друг друга усиливают, а в других местах — гасят. (Когерентные волны — это волны, одинаковые по частоте и фазе колебания.) Электромагнитные волны обладают дисперсией, т. е. когда показатель преломления среды для электромагнитных волн зависит от их частоты. Опыты с пропусканием электромагнитных волн через систему из двух решеток показывают, что эти волны являются поперечными.
При распространении электромагнитной волны векторы напряженности Е и магнитной индукции В перпендикулярны направлению распространения волны и взаимно перпендикулярны между собой (рис. 43).
Возможность практического применения электромагнитных волн для установления связи без проводов продемонстрировал 7 мая 1895 г. русский физик А. Попов. Этот день считается днем рождения радио. Для осуществления радиосвязи необходимо обеспечить возможность излучения электромагнитных волн. Если электромагнитные волны возникают в контуре из катушки и конденсатора, то переменное магнитное поле оказывается связанным с катушкой, а переменное электрическое поле — сосредоточенным между пластинами конденсатора. Такой контур называется закрытым (рис. 44, а).
Закрытый колебательный контур практически не излучает электромагнитные волны в окружающее пространство. Если контур состоит из катушки и двух пластин плоского конденсатора, то под чем большим углом развернуты эти пластины, тем более свободно выходит электромагнитное поле в окружающее пространство (рис. 44, б). Предельным случаем раскрытого колебательного контура является удаление пластин на противоположные концы катушки. Такая система называется открытым колебательным контуром (рис. 44, в). В действительности контур состоит из катушки и длинного провода — антенны.
Энергия излучаемых (при помощи генератора незатухающих колебаний) электромагнитных колебаний при одинаковой амплитуде колебаний силы тока в антенне пропорциональна четвертой степени частоты колебаний. На частотах в десятки, сотни и даже тысячи герц интенсивность электромагнитных колебаний ничтожно мала. Поэтому для осуществления радио- и телевизионной связи используются электромагнитные волны с частотой от нескольких сотен тысяч герц до сотен мегагерц.
При передаче по радио речи, музыки и других звуковых сигналов применяют различные виды модуляции высокочастотных (несущих) колебаний. Суть модуляции заключается в том, что высокочастотные колебания, вырабатываемые генератором, изменяют по закону низкой частоты. В этом и заключается один из принципов радиопередачи. Другим принципом является обратный процесс — детектирование. При радиоприеме из принятого антенной приемника модулированного сигнала нужно отфильтровать звуковые низкочастотные колебания.
С помощью радиоволн осуществляется передача на расстояние не только звуковых сигналов, но и изображения предметов. Большую роль в современном морском флоте, авиации и космонавтике играет радиолокация. В основе радиолокации лежит свойство отражения волн от проводящих тел. (От поверхности диэлектрика электромагнитные волны отражаются слабо, а от поверхности металлов почти полностью.)
56. Источники электромагнитных волн.
Электромагнитное излучение (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение электрических и магнитных полей.
В зависимости от длины волны различают гамма-излучение, рентгеновское, ультрафиолетовое излучение, видимый свет, инфракрасное излучение, радиоволны и низкочастотные электромагнитные колебания.
Может показаться удивительным, что внешне столь разные физические явления имеют общую основу. В самом деле, что общего между кусочком радиоактивного вещества, рентгеновской трубкой, ртутной газоразрядной лампой, лампочкой фонарика, теплой печкой, радиовещательной станцией и генератором переменного тока, подключенным к линии электропередачи? Как, впрочем, и между фотопленкой, глазом, термопарой, телевизионной антенной и радиоприемником. Тем не менее, первый список состоит из источников, а второй — из приемников электромагнитного излучения. Воздействия разных видов излучения на организм человека тоже различны: гамма- и рентгеновское излучения пронизывают его, вызывая повреждение тканей, видимый свет вызывает зрительное ощущение в глазу, инфракрасное излучение, падая на тело человека, нагревает его, а радиоволны и электромагнитные колебания низких частот человеческим организмом и вовсе не ощущаются. Несмотря на эти явные различия, все названные виды излучений — в сущности разные стороны одного явления.