细菌的形态学检查法课件.ppt
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1、 显微镜的显微镜的使用使用显微镜的发明,使人看到了许多以前从未看到过的生物,如细菌、病毒等,也使人看到了生物的许多微小结构,如线粒体的结构,从而对生物学的发展起着重要的推动作用。显微镜是生物学研究的重要仪器之一。在医学、工农业生产中显微镜也有着重要用途,例如在医学诊断上,可对人血液中的红细胞进行计数等。显微镜是人类各个时期最伟大的发明物之一。在它发明出来之前,人类关于周围世界的观念局限在用肉眼,或者靠手持透镜帮助肉眼所看到的东西。显微镜把一个全新的世界展现在人类的视野里。人们第一次看到了数以百计的“新的”微小动物和植物,以及从人体到植物纤维等各种东西的内部构造。显微镜还有助于科学家发现新物种,
2、有助于医生治疗疾病。上图:这是17世纪英国科学家罗伯特胡克的显微镜。它有一根内装透镜的简易皮管,安放在一个可调整的架子上。灌满水的玻璃球用来把光聚焦到物体上。最早的显微镜是16世纪末期在荷兰制造出来的。发明者可能是一个叫做札恰里亚斯詹森的荷兰眼镜商,或者另一位荷兰科学家汉斯利珀希,他们用两片透镜制作了简易的显微镜,但并没有用这些仪器做过任何重要的观察。后来有两个人开始在科学上使用显微镜。第一个是意大利科学家伽利略。他通过显微镜观察到一种昆虫后,第一次对它的复眼进行了描述。第二个是荷兰亚麻织品商人安东尼凡列文虎克(1632年-1723年),他自己学会了磨制透镜。他第一次描述了许多肉眼所看不见的微
3、小植物和动物。1931年,恩斯特鲁斯卡通过研制电子显微镜,使生物学发生了一场革命。这使得科学家能观察到像百万分之一毫米那样小的物体。1986年他被授予诺贝尔奖。第一节 光学显微镜的发展历史 早在公元前一世纪,人们就已发现球形透明物体可使物体放大成像。后来逐渐对球形玻璃表面能使物体放大成像的规律有了认识。1590年,荷兰和意大利的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。1610年前后,意大利的伽利略和德国的开普勒通过实验研究出合理的显微镜光路结构。1665年前后,英国的胡克在显微镜中加入粗动和微动调焦机构、照明系统和承载标本片的工作台。16731677年期间,荷兰的列文胡克制成单组元放大镜式的高
4、倍显微镜。19世纪,高质量消色差浸液物镜的出现,使显微镜观察微细结构的能力大为提高。1827年阿米奇第一个采用了浸液物镜。19世纪70年代,德国人阿贝奠定了显微镜成像的古典理论基础。这些都促进了显微镜制造和显微观察技术的迅速发展,并为19世纪后半叶包括科赫、巴斯德等在内的生物学家和医学家发现细菌和微生物提供了有力的工具。在显微镜本身结构发展的同时,显微观察技术也在不断创新:1850年出现了偏光显微术;1893年出现了干涉显微术;1935年荷兰物理学家泽尔尼克创造了相衬显微术,他为此在1953年获得了诺贝尔物理学奖。古典的光学显微镜只是光学元件和精密机械元件的组合,它以人眼作为接收器来观察放大的
5、像。后来在显微镜中加入了摄影装置,以感光胶片作为可以记录和存储的接收器。现代又普遍采用光电元件、电视摄像管和电荷耦合器等作为显微镜的接收器,配以微型电子计算机后构成完整的图像信息采集和处理系统。第二节 显微镜原理一、基本光学原理一、基本光学原理 1.折射 2.透镜的性能 3.凸透镜的五种成象规律折射和折射率折射和折射率光线在均匀的各向同性介质中,两点之间以直线传播,当通过不同密度介质的透明物体时,则发生折射现象,这是由于光在不同介质的传播速度不同造成的。当与透明物面不垂直的光线由空气射入透明物体(如玻璃)时,光线在其介面改变了方向,并和法线构成折射角。DefinitionsAcceptance
6、angleNumericalApertureNA=n sinRayleighresolutioncriterionforacircularaperturex=0.61/NARayleighcriterionforresolutionwww.microscopy.fsu.edu;www.imb-jena.deSeemoreinteractivetutorialsatwww.microscopy.fsu.eduNumericalAperatureResolutionRayleighCriterion透镜的性能透镜的性能透镜是组成显微镜光学系统的最基本的光学元件,物镜目镜及聚光镜等部件均由单个和多个
7、透镜组成。依其外形的不同,可分为凸透镜(正透镜)和凹透镜(负透镜)两大类。当一束平行于光轴的光线通过凸透镜后相交于一点,这个点称焦点,通过交点并垂直光轴的平面,称焦平面。焦点有两个,在物方空间的焦点,称物方焦点,该处的焦平面,称物方焦平面;反之,在象方空间的焦点,称象方焦点,该处的焦平面,称象方焦平面。光线通过凹透镜后,成正立虚像,而凸透镜则成倒立实像。实像可在屏幕上显现出来,而虚像不能。二、成象原理 物体位于物镜前方,离开物镜的距离大于物镜的焦距,但小于两倍物镜焦距。所以,它经物镜以后,必然形成一个倒立的放大的实像。放大的实像位于目镜的物方焦点上,或者在很靠近F2的位置上。再经目镜放大为虚像
8、后供眼睛观察。虚像的位置取决于物方焦点和放大实像之间的距离,可以在无限远处,也可以在观察者的明视距离处。目镜的作用与放大镜一样。所不同的只是眼睛通过目镜所看到的不是物体本身,而是物体被物镜所成的已经放大了一次的像。OPTICALMICROSCOPESImage construction for a simple biconvex lens凸透镜的五种成象规律凸透镜的五种成象规律 1.当物体位于透镜物方二倍焦距以外时,则在象方二倍焦距以内、焦点以外形成缩小的倒立实象;2.当物体位于透镜物方二倍焦距上时,则在象方二倍焦距上形成同样大小的倒立实象;3.当物体位于透镜物方二倍焦距以内,焦点以外时,则在
9、象方二倍焦距以外形成放大的倒立实象;4.当物体位于透镜物方焦点上时,则象方不能成象;5.当物体位于透镜物方焦点以内时,则象方也无象的形成,而在透镜物方的同侧比物体远的位置形成放大的直立虚象。三、光学技术参数 1.数值孔径数值孔径(NA)是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率(n)和孔径角(u)半数的正弦之乘积。用公式表示如下:NA=n sin 2.分辨率 显微镜的分辨率是指能被显微镜清晰区分的两个物点的最小间距,又称“鉴别率”。其计算公式是=/2 NA 3.总放大倍率单个物镜的放大倍率目镜的放大倍率 4.焦深 焦深为焦点深度的简称,即在使用显微镜时,当焦点对准某一物体时,不仅位于该点平面上的各
10、点都可以看清楚,而且在此平面的上下一定厚度内,也能看得清楚,这个清楚部分的厚度就是焦深。5.视场直径 观察显微镜时,所看到的明亮的圆形范围叫视场,它的大小是由目镜里的视场光阑决定的。视场直径也称视场宽度,是指在显微镜下看到的圆形视场内所能容纳被检物体的实际范围。视场直径愈大,愈便于观察。6.覆盖差 显微镜的光学系统也包括盖玻片在内。由于盖玻片的厚度不标准,光线从盖玻片进入空气产生折射后的光路发生了改变,从而产生了相差,这就是覆盖差。覆盖差的产生影响了显微镜的成响质量。国际上规定,盖玻片的标准厚度为0.17mm,许可范围在0.16-0.18mm,在物镜的制造上已将此厚度范围的相差计算在内。物镜外
11、壳上标的0.17,即表明该物镜所要求的盖玻片的厚度。7.工作距离 WD第三节 照明方法 显微镜的照明方法按其照明光束的形成,可分为“透射式照明”,和“落射式照明”两大类。前者适用于透明或半透明的被检物体,绝大数生物显微镜属于此类照明法;后者则适用于非透明的被检物体,光源来自上方,又称“反射式照明”。主要应用与金相显微镜或荧光镜检法。一、透射式照明 1.临界照明 光源经过聚光镜后,成像于物平面上,若忽略光能的损失,则光源像的亮度与光源本身相同,因此,这种方法相当于在物平面上放置光源。2.柯拉照明 临界照明中物面光照度不均匀的缺点,在柯拉照明中可以消除。在光源与聚光镜之间加一辅助聚光镜。可见,由于
12、不是直接利用光源,而是把光源均匀照明了的辅助聚光镜(也称为柯拉镜)成像在标本上,所以物镜的视场(标本)得到均匀的照明。二、落射式照明 在观察不透明物体时,例如通过金相显微镜观察金属磨片,往往是采用从侧面或者从上面加以照明的方式。此时,被观察物体的表面上没有盖玻璃片,标本像的产生是靠进入物镜的反射或散射光线。三、暗视场照明方法 用暗视场方法可以观察超显微质点。所谓超显微质点,是指那些小于显微镜分辨极限的微小质点。暗视场照明的原理是:不使主要的照明光线进入物镜,能够进入物镜成像的只是由微粒所散射的光线。因此,在暗的背景上给出了亮的微粒的像,视场背景虽暗,但衬度(对比)很好,可以使分辨率提高。暗视场
13、照明又有单向和双向之分。第四节光学显微镜的组成结构光学显微镜包括光学系统和机械装置两大部分。一、机械装置 1.机架 2.目镜筒 3.物镜转换器 4.载物台 5.调焦机构 6.聚光器调节机构 二、光学系统 (一)目镜(二)物镜 1.物镜的主要参数 2.物镜的基本类型 (三)光源 (四)聚光器 1.阿贝聚光镜 2.消色差聚光镜 3.摇出式聚光镜 4.其它聚光镜显微镜的构造概说目镜镜筒旋转盘高倍物镜低倍物镜镜臂固定夹载物台粗调节轮细调节轮反光镜(灯光)光圈镜座目镜放大倍率有10X/15X,可因应个人的双眼距离来调整镜筒介于接目镜与接物镜之间旋转盘接于镜筒下方,通常有三个接孔,可接不同倍数的接物镜,本
14、身可以旋转藉以更换不同倍数的接物镜。高倍物镜-低倍物镜有不同倍数在标本上方低倍镜放大倍数小,较短,视野亮。高倍镜放大倍数大,较长,视野暗。镜臂连接镜筒及镜座,可供握取显微镜。固定夹夹住标本避免滑落载物台为放置标本玻片的平台,中央有一圆孔,可供光线通过。粗调节轮位于镜臂两侧,可调节载物台的升降,以供对焦转动时镜筒升降的幅度大。细调节轮位于镜臂两侧,可调节载物台的升降,以供对焦转动时镜筒升降的幅度小。使用高倍物镜时的专用调节轮反光镜位于载物台下方中央,由凹面镜子组成,可使光线向上反射,经过载物台上的圆孔进入物镜和目镜,到达观察者的眼睛。但若阳光不强则需用灯光加强光源光圈接于反光镜上方,上有一支调整
15、柄,可用以调整光圈孔径大小,以调整投射于标本上之光线强弱。镜座显微镜之最底部。物镜特性放大倍数数值孔径值焦深工作距离蓝光搜索物镜40.1040mm1720mm2.3m低倍镜100.2516mm48mm0.9m高倍镜40450.550.654mm0.50.7mm0.35m油镜901001.251.41.82.0mm0.1mm0.18m不同显微镜物镜的特性比较光(450nm时可以达到的分辨率)三、数码摄像系统 数码显微镜的组成结构与光学显微镜基本相同,不同处在于数码显微镜以摄像头作为接收元件,外带图像采集卡、软件并与微机联用。第五节 光学显微镜的分类 一、一、光学光学显微微镜的分的分类方法方法 按
16、使用目镜的数目可分为双目、单目和多目显微镜;按图像是否有立体感可分为立体视觉和非立体视觉显微镜;按观察对像可分为生物和金相显微镜等;按光学原理可分为偏光、相差和微差干涉对比显微镜等;按光学组件不同可分为明视场,暗视场,相差显微镜;按光源类型可分为普通光、荧光、紫外光、红外光和激光显微镜等;按接收器类型可分为目视、数码(摄像)显微镜等 常用的显微镜有双目体视显微镜、金相显微镜、偏光显微镜、荧光显微镜等。二、二、荧光光显微微镜 与普通光学显微镜基本相同,主要区别在于光源、滤光片和聚光器。荧光显微镜是用短波长的光线照射用荧光素标记过的被检物体,使之受激发后而产生荧光,然后观察。目前大多数使用的是落射
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