Ультрамикроскопия әдісі

Ультрамикроскопия әдісінің негізі- ультрамикроскоптарда препараттар бақылау бағытына перпендикуляр бағытта жарықтандырылады. Осы әдісте өлшемдері аса күшті микроскоптардың ажырату қабілеттігінің шегінен аса алыста жататын өте кіші бөлшектерді табуға (бірақ бақылауға емес) болады. Иммерсиялық ультрамикроскоптардың көмегімен препаратта өлшемдері 2×10^-9 м-ге дейінгі бөлшектерді тіркей алуға болады. Бірақ осындай бөлшектердің пішіні мен нақты өлшемдерін осы әдіс арқылы анықтау мүмкін емес. Олардың кескіні бақылаушыға дифракциялық дақ түрінде көрінеді, дақтардың өлшемдері бөлшектердің пішіндері мен өлшемдеріне байланысты емес, ол объективтің апертурасы мен микроскоптың ұлғайтуына байланысты. Осындай бөлшектер жарықты өте аз шағылдыратын болғандықтан оларды жарықтандыру үшін аса күшті жарық көзі қажет болады. Ультрамикроскоптар негізінен коллоидты химияда қолданылады.

Электрондық микроскопия

Электрондық микроскопия жарық микроскопиясынан электрондық микроскоптың құрылысы мен мүмкіндіктері бойынша ерекшеленеді. Электрондық микроскопта кескін алу үшін жарық сәулелерінің орнына терең вакуумдегі электрондар ағыны қолданылады. Электрондарды фокустайтын линзалардың орнына электромагниттік катушкалармен жасалатын магнит өрісі қолданылады. Электрондық микроскоптағы кескінді флюоресцентті экранда бақылап, суретке түсіріп алады. Зерттелетін объектілер ретінде қалыңдығы 20-50 нм болатын микроағзалардың ультра жіңішке кесіктері алынады. Қазіргі заманғы электрондық микроскоптардың жоғары ажырату қабілеттігі пайдалы ұлғайтуды миллион есе алуға мүмкіндік береді. Электрондық микроскоптың көмегімен тіндер мен микроағзалардың ультра жіңішке құрылымын оқып- зерттейді, иммундық электрондық микроскопия жүргізіледі.

Микроскоп

Микроскоп- қаруланбаған көзбен көрінбейтін ұсақ объектілердің үлкейтілген кескінін (суретін) алуға арналған құрал. Адам көзі белгілі бір ажырату шегі бар табиғи оптикалық жүйе болып табылады. Объектіден алыстағандағы қалыпты көздің жақсы көру арақашықтығы (D=250 мм) орташа қалыпты ажырату шегі 0,2 мм, ал минимал ажырату шегі шамамен 0,08 мм. Микроскоп объектілердің аралығы 200 нм болатын бөліктерін ажыратып көрсете алады.

Микроскоптың негізгі бөлігі- оптикалық жүйесі. Ол екі линзалар жүйесінен тұрады: объектив және окуляр.

Микроскоп объективі- объектінің үлкейтілген нақты микроскопиялық кескінін алуға арналған оптикалық жүйе. Объектив қысқа фокусты 2 не 3 линзалардан тұрады. Линзалар саны күрделі объективте 14-ке дейін жетуі мүмкін. Объектив үлкейтілген, шын, төңкерілген кескін береді.

Окуляр- бақылаушы көзінің торлы қабығында (сетчатка) микроскопиялық кескінді алу үшін қолданылатын оптикалық жүйе. Окуляр объектив арқылы алынған кескінді көз жақсы ажыратып, көре алатындай өлшемге дейін ұлғайтуға арналған оптикалық құрал. Осындай ұлғайту пайдалы деп аталады және ол объективтің сандық апертурасынан 500-1000 есе артық болады. Бөліктердің, шекаралардың дұрыс көрінбеуі кезіндегі ұлғайту пайдасыз деп аталады.

Жалпы окуляр екі линзадан тобынан тұрады: көздік (бақылаушы көзіне жақын орналасқан линзалар тобы) және өрістік (объективтің зерттелетін заттың кескінін беретін кеңістікке жақын орналасқан линзалар тобы).

З ерттелетін объект (7) дене үстеліне (10) қойылады. Конденсор (6) айнадан (4) шағылған сәулелерді объектіге бағыттайды. Жарық көзі ретінде көбінесе арнайы жарықтандырғыш қолданылады, ол шамнан (лампа-1) және линза- коллектордан (2) тұрады, кейде айна арқылы объектіге кәдімгі күн сәулесі бағытталады. Объект жарықтандырғыштан айналар мен конденсордың көмегімен жарықталынады. Объектіні ұлғайту үшін объектив пен окуляр қолданылады.

Диафрагмалар өрістік (3) және апертуралық (5) жарық шоғырын шектейді, препаратқа жан-жақтан түскен және кескін алуға қатыспайтын шашыраған сәуленің мөлшерін азайтады. Микроскопта препарат кескінінің пайда болуы геометриялық оптика арқылы түсіндіріледі.

Объектіден (7) шыққан сәулелер объективте сынып (8) объектінің төңкерілген, үлкейтілген, шын кескінін (7^/) береді. Окуляр жақсы көру аралығында (D = 250 мм) екінші рет ұлғайтылған, жалған кескінін (7^//) береді және оны бақылауға болады (сурет 1).

Микроскоптың негізгі сипаттамаларына ажырату қабілеттігі, ажырату шегі және микроскоптың ұлғайтуы жатады.

1)Микроскоптың ажырату қабілеттігі дегеніміз- зерттелетін объектінің жақын орналасқан екі бөлігінің (элементінің) кескіндерін оптикалық жүйенің бөлек бере алу қасиеті. Ол микроскоптың сапалығын, алынатын кескіннің сапалығы мен айқындылығын анықтайды. А

Ажырату қабілеттігі неғұрлым жоғары болса, ұсақ бөліктер соғұрлым жақсы көрінеді. Микроскоптың ажырату қабілеттігі объективтің сандық апертурасына, конденсорға, конденсордың апертурасына және препаратты жарықтандыратын сәуленің толқын ұзындығына тәуелді. Микродүниеге «терең ену» толқын ұзындығы кіші болатын жарықты қолдану арқылы болады.

Ажырату қабілеттігі ажырату шегіне кері пропорционал және ол мынадай теңдеумен анықталады:

; (1) Мұндағы L- микроскоптың ажырату шегі

2) Ажырату шегі дегеніміз- зерттелетін объектінің бөліктерінің бір-бірінен бөлек, ажыратылып көріне алатындай ең кіші арақашықтығы. Теориялық жолмен ажырату шегі мынадай формуламен анықталады:

; (2) – Аббе формуласы деп аталады.

Мұндағы жарықтың толқын ұзындығы, п- объектив пен препарат арасындағы ортаның сыну көрсеткіші, апертуралық бұрыш, яғни объективке түскен шеткі сәулелер арасындағы бұрыш. Апертуралық бұрыш дегеніміз препарат арқылы өткен сәулелердің объективке максимал түсу бұрышы. (1)-ші формуладан микроскоптың ажырату шегі неғұрлым кіші болса, ажырату қабілеттігі соғұрлым жоғары болатындығы көрінеді, ендеше соғұрлым ұсақ бөлшектер жақсы көрінеді.

_{- сандық апертура деп аталады (А). Сонда (2)-ші формула мына түрге келеді:}

(3)

Аббе формуласынан микроскоптың ажырату қабілеттігін арттыру үшін жарықтың толқын ұзындығын азайтып, сандық апертураны арттыру керек. Биологиялық микроскоптар үшін жарықтың толқын ұзындығын 400 нм-ден кемітуге, ортаның сыну көрсеткішін 1,5- 2-ден және _{ні 1-ден арттыруға болмайды. Осы себептерге байланысты осындай микроскоптардың ажырату қабілеттігі, ұлғайтуы, ажырату шегі шектелген. Объективтің сандық апертурасы оның оправасында көрсетілген.}

Жарықтың физикалық қасиеттері- түсі (толқын ұзындығы), жарықтылық (толқын амплитудасы), фаза, тығыздық және толқынның таралу бағыты объектінің қасиеттеріне байланысты өзгереді. Осы өзгерістер микроскопта контрастылықты алу үшін қолданылады.

3) Микроскоптың ұлғайтуы объективтің ұлғайтуы мен окулярдың ұлғайтуының көбейтіндісімен анықталады:

₍₄₎

Микроскоп кезкелген ұлғайту бере алмайды. Кәдімгі зерттеуде қолданылатын микроскоптарда окулярдың ұлғайтуы 10-ға тең, ал объективтікі- 10, 45 және 100. Осындай микроскоптың сәйкес ұлғайтуы 100-ден 1000-ға дейін болады. Кейбір микроскоптардың ұлғайтуы 2000-нан артпайды, өйткені оның ұлғайтуы дифракциялық құбылыстарға байланысты болатын микроскоптың ажырату қабілетіне тәуелді. Осы шамадан артық ұлғайтудың мәні жоқ, өйткені микроскоптың ажырату қабілеттігі жақсармайды, керісінше кескіннің сапалығы төмендейді.

Зерттелуші препарат пен объективтің арасында ауа ғана болатын микроскоптар құрғақ деп, ал олардың аралығына белгілі бір сұйықтар (май немесе дистильденген су) енгізілетін болса, иммерсиялық микроскоп деп аталады. Ол жарықтылықты және кескінді ұлғайту шегін арттыру үшін енгізіледі.

2-ші суретте микроскоптың қимасы және ондағы сәулелер жолы берілген:

1- микрометр; 2 – тубус тұтқасы; з- тубус; 4- окуляр; 5- объектив; 6 – дене үстелі; 7- конденсор; 8 - айна.

Микроскоптың көмегімен микроскопиялық объектілердің нақты сызықтық өлшемдерін анықтауға болады. Осы өлшемдер микрометрмен өрнектеледі: 1 мкм= 0,001 мм. Өлшеу үшін окуляр- микрометрлер қолданылады. Объектінің өлшемдерін анықтау үшін окуляр- микрометрдің бөлік құнын білу керек.

Тәжірибелк бөлім.

Құрал- жабдықтар: биологиялық микроскоп, бөлік құны 0,1 мм болатын окуляр- микрометр, Горяев камерасы.

Тапсырма. Зерттелетін заттың өлшемдерін анықтау.

Окуляр- микрометрдің бөлік құны 0,1 мм болғанда, объектив беретін зат кескінінің өлшемі п* 0,1 мм болады. Осы кезде заттың нақты өлшемі (Х) мына формуламен табылады:

мұндағы п- окулыр- микрометрдегі бөліктер саны.

1. Әртүрлі объективтерді пайдалана отырып, Горяев камерасының үлкен және кіші квадраттарының ұзындығын анықтаңыз.

2. Бақа қанының эритроцитінің өлшемдерін анықтаңыз.

Кесте 1.

Объектив ұлғайтуы	Окуляр-микрометрдің бөлік құны	Зерттелетін объектідегі бөліктер саны	Кескіннің өлшемі (мм)
8	0,1 мм	Горяев камерасы:
		а) үлкен квадрат қабырғасы:
		б) кіші квадрат қабырғасы:
40		а) үлкен квадрат қабырғасы:
		б) кіші квадрат қабырғасы:
		Эритроцит диаметрі
40		а) үлкен диаметрі:
		б) кіші диаметрі: