Fénymikroszkópia

A fénymikroszkóppal akár 2-3 ezerszeres nagyítást, élő tárgy színes és mozgóképet, mikromozi lehetőségét és ugyanazon tárgy hosszú távú megfigyelését, dinamikájának és kémiájának felmérését biztosítjuk.

Minden mikroszkóp fő jellemzője a felbontás és a kontraszt. A felbontás az a minimális távolság, amelyen belül két pont külön-külön látható mikroszkóppal. Az emberi szem felbontása a legjobb látásmódban 0,2 mm.

A kép kontrasztja a kép és a háttér fényereje közötti különbség. Ha ez a különbség kisebb, mint 3-4%, akkor sem szemmel, sem fényképezőlappal nem lehet megfogni; akkor a kép akkor is láthatatlan marad, ha a mikroszkóp feloldja a részleteit. A kontrasztot mind a tárgy tulajdonságai, amelyek a háttérhez képest megváltoztatják a fénykibocsátást, mind az optika azon képessége, hogy megragadja az ebből adódó különbségeket a sugár tulajdonságaiban.

A fénymikroszkóp lehetőségeit a fény hullámtermészete korlátozza. A fény fizikai tulajdonságai - színe (hullámhossza), fényereje (hullámamplitúdója), fázisa, sűrűsége és a hullámterjedés iránya a tárgy tulajdonságaitól függően változnak. Ezeket a különbségeket a modern mikroszkópokban kontraszt létrehozására használják.

A mikroszkóp nagyítása az objektív nagyításának és a szemlencse nagyításának szorzata. A tipikus kutatómikroszkópok szemlencse nagyítása 10, objektív nagyítása 10, 45 és 100. Ennek megfelelően egy ilyen mikroszkóp nagyítása 100 és 1000 között van. Egyes mikroszkópok nagyítása akár 2000 is lehet. Még nagyobb nagyítás nincs értelme, mivel a felbontás nem javul. Éppen ellenkezőleg, a képminőség romlik.

A numerikus rekeszértéket a felbontás kifejezésére használják optikai rendszer vagy az objektív rekesznyílását. Az objektív rekesznyílása - a kép egységnyi területére eső fény intenzitása megközelítőleg megegyezik az NA négyzetével. Az NA-érték körülbelül 0,95 egy jó objektívhez. A mikroszkóp általában úgy van kialakítva, hogy a teljes nagyítása körülbelül 1000 NA. Ha folyadékot (olajat vagy ritkábban desztillált vizet) vezetünk be az objektív és a minta közé, akkor az eredmény egy "immerziós" objektív, amelynek NA értéke akár 1,4 is, és ennek megfelelően javul a felbontás.

Fénymikroszkópos módszerek

Fénymikroszkópos módszerek (megvilágítás és megfigyelés). A mikroszkópos módszereket a vizsgált objektumok természetétől és tulajdonságaitól függően választják (és biztosítják konstruktív módon), mivel az utóbbiak, mint fentebb megjegyeztük, befolyásolják a kép kontrasztját.

Fényes mező módszer és fajtái

Az áteresztett fényben alkalmazott világosmezős módszert abszorbeáló (fényelnyelő) részecskéket és a bennük lévő részleteket tartalmazó transzparens készítmények vizsgálatánál alkalmazzák. Ilyenek lehetnek például az állati és növényi szövetek vékony színes metszete, az ásványi anyagok vékony metszete stb. Preparátum hiányában a kondenzátorból a lencsén áthaladó fénysugár egyenletesen megvilágított mezőt ad a lencsék közelében. a szemlencse fókuszsíkja. A készítményben abszorbens elem jelenlétében a rá eső fény részleges elnyelése és részleges szórása következik be, ami a kép megjelenését okozza. A módszer alkalmazása nem elnyelő tárgyak megfigyelésekor is lehetséges, de csak akkor, ha azok olyan erősen szórják a megvilágító sugarat, hogy annak jelentős része nem kerül be a lencsébe.

A ferde megvilágítási módszer az előző módszer egy változata. A különbség köztük az, hogy a fény a megfigyelési irányhoz képest nagy szögben irányul a tárgyra. Néha ez segít kihozni a tárgy "domborművét" az árnyékok képződése miatt.

A visszavert fényben alkalmazott fényerejű módszert átlátszatlan fényvisszaverő tárgyak, például fémek vagy ércek vékony metszeteinek vizsgálatára használják. A készítmény megvilágítása (a megvilágítóból és egy áttetsző tükörből) felülről, a lencsén keresztül történik, amely egyidejűleg a kondenzátor szerepét is betölti. A lencse által a csőlencsével együtt síkban létrehozott képen elemeinek reflexiós képességének különbsége miatt látszik a készítmény szerkezete; világos mezőben az inhomogenitások is megkülönböztethetők, szétszórva a rájuk eső fényt.

Sötét mező módszer és fajtái

A sötétmezős mikroszkóppal olyan átlátszó, nem elnyelő tárgyakról készítenek képeket, amelyek nem láthatók a világosmezős módszerrel. Ezek gyakran biológiai tárgyak. A megvilágító és a tükör fényét egy speciális kialakítású kondenzátor - ún. sötét mező kondenzátor. A kondenzátor elhagyása után a fénysugarak nagy része, amely nem változtatta meg irányát egy átlátszó készítményen áthaladva, üreges kúp formájában nyalábot képez, és nem lép be az objektívbe (amely ezen a kúpon belül található) . A mikroszkópban a kép a kúp belsejében lévő üveglapon található, a lencsén áthaladó gyógyszer mikrorészecskéi által szétszórt sugarak kis részének segítségével jön létre. A sötétmezős mikroszkópia a Tyndall-effektuson alapul, melynek jól ismert példája a levegőben lévő porszemcsék detektálása keskeny napsugárral megvilágítva. A látómezőben sötét háttéren a preparációs szerkezet elemeinek világos képei láthatók, amelyek törésmutatóban különböznek a környezettől. A nagy részecskéknél csak a fényes szélek láthatók, amelyek szétszórják a fénysugarakat. Ezzel a módszerrel a kép megjelenése alapján lehetetlen megállapítani, hogy a részecskék átlátszóak vagy átlátszatlanok-e, illetve a környezethez képest magasabb vagy alacsonyabb törésmutatóval rendelkeznek.

Sötét terepi vizsgálat lefolytatása

A csúszdák nem lehetnek vastagabbak 1,1-1,2 mm-nél, a fedőlemezek 0,17 mm-nél, karcolás és szennyeződés nélkül. A készítmény elkészítésekor kerülni kell a buborékok és nagy részecskék jelenlétét (ezek a hibák erősen világítanak, és nem teszik lehetővé a készítmény megfigyelését). Sötét mező esetén erősebb megvilágítókat és a lámpa maximális izzását alkalmazzák.

A sötétmezős világítás beállítása alapvetően a következő:

Állítsa be a fényt Koehler szerint;

Cserélje ki a világos mezős kondenzátort egy sötét mezőre;

Merítőolajat vagy desztillált vizet kell felvinni a kondenzátor felső lencséjére;

Emelje fel a kondenzátort, amíg az érintkezésbe nem kerül a tárgylemez alsó felületével;

Egy kis nagyítású lencse az előkészítésre fókuszál;

A központosító csavarok segítségével egy világos folt kerül át a látómező közepére (néha elsötétített központi területtel);

A kondenzátor felemelésével és süllyesztésével a sötétített központi terület eltűnik, és egyenletesen megvilágított világos folt keletkezik.

Ha ez nem sikerül, akkor ellenőrizni kell a tárgylemez vastagságát (általában ez a jelenség túl vastag tárgylemezek használatakor fordul elő - a fénykúp az üveg vastagságában fókuszál).

A fény megfelelő beállítása után a kívánt nagyítású lencsét szereljük fel, és megvizsgáljuk az előkészítést.

Az ultramikroszkópos módszer ugyanazon az elven alapul - az ultramikroszkópban lévő készítményeket a megfigyelési irányra merőlegesen világítják meg. Ezzel a módszerrel rendkívül kicsi részecskéket lehet kimutatni (de nem szó szerint "megfigyelni"), amelyek mérete messze meghaladja a legerősebb mikroszkópok felbontását. Az immerziós ultramikroszkópok segítségével a készítményben akár 2 × 10 és -9 m méretű részecskék jelenléte is regisztrálható, de az ilyen részecskék alakja és pontos mérete ezzel a módszerrel nem határozható meg. Képeik diffrakciós foltok formájában kerülnek a megfigyelő elé, amelyek mérete nem maguknak a részecskék méretétől és alakjától, hanem a mikroszkóp objektív apertúrájától és nagyításától függ. Mivel az ilyen részecskék nagyon kevés fényt szórnak ki, megvilágításukhoz rendkívül erős fényforrásokra, például szénelektromos ívre van szükség. Az ultramikroszkópokat főként a kolloidkémiában használják.

Fáziskontraszt módszer

A fáziskontraszt módszer és változatossága - az ún. az "anoptrális" kontrasztmódszert arra tervezték, hogy átlátszó és színtelen tárgyakról képeket készítsen, amelyek láthatatlanok a fényes mező módszerrel történő megfigyeléskor. Ide tartoznak például az élő, festetlen állati szövetek. A módszer lényege, hogy a gyógyszer különböző elemeinek törésmutatóinak igen kis eltérései mellett is a rajtuk áthaladó fényhullám különböző fázisváltozásokon megy keresztül (ún. fáziskönnyítést nyer). Ezeket a fázisváltozásokat, amelyeket sem a szem, sem a fényképezőlap nem érzékel közvetlenül, egy speciális optikai eszköz a fényhullám amplitúdójának változásaivá, azaz fényerő-változásokká ("amplitúdó dombormű") alakítja át, amelyek már a fényhullám alapján is megkülönböztethetők. szemmel vagy a fényérzékeny rétegre rögzítve. Más szóval, az így kapott látható képen a fényesség (amplitúdók) eloszlása ​​reprodukálja a fázis domborulatát. Az így kapott képet fáziskontrasztnak nevezzük.

A fáziskontraszt eszköz bármilyen fénymikroszkópra felszerelhető, és a következőkből áll:

Lencsekészlet speciális fázislemezekkel;

Forgó tárcsás kondenzátor. Gyűrű alakú membránjai vannak, amelyek megfelelnek az egyes lencsék fázislemezeinek;

Kiegészítő teleszkóp a fáziskontraszt beállításához.

A fáziskontraszt beállítása a következő:

Cserélje ki a mikroszkóp lencséit és kondenzátorát fázislencsékre (Ph betűkkel jelölve);

Szereljen be alacsony nagyítású objektívet. A kondenzátortárcsán lévő furatnak gyűrű alakú membrán nélkül kell lennie ("0" számmal jelölve);

Állítsa be a fényt Koehler szerint;

Válasszon megfelelő nagyítású fázislencsét, és fókuszálja az előkészítésre;

Forgassa el a kondenzátortárcsát, és állítsa be a lencsének megfelelő gyűrű alakú membránt;

Technikailag lehetséges olyan optikai mikroszkópok létrehozása, amelyek objektívei és okulárjai összesen 1500-2000-es vagy még nagyobb nagyítást adnak. Ez azonban nem praktikus, mivel az objektum finom részleteinek megkülönböztetésének képességét a diffrakciós jelenségek korlátozzák. Ennek eredményeként az objektum legapróbb részleteinek képe elveszíti élességét, a kép és az objektum geometriai hasonlóságának megsértése fordulhat elő, a szomszédos pontok egybeolvadnak, és a kép teljesen eltűnhet. Ezért az optikában a következő fogalmak jellemzik a mikroszkóp minőségét:

Mikroszkóp felbontás- a mikroszkóp azon tulajdonsága, hogy külön képet adjon a vizsgált tárgy finom részleteiről.

Felbontási korlát a mikroszkóp alatt külön-külön látható két pont közötti legkisebb távolság.

Minél alacsonyabb a felbontási határ, annál nagyobb a mikroszkóp felbontása!

A felbontási korlát azt a legkisebb részletet határozza meg, amely mikroszkóp alatt a tárgylemezen megkülönböztethető.

A mikroszkóp felbontásának elméletét K. Zeiss jénai üzem igazgatója, E. Abbe professzor-optikus dolgozta ki (1840-1905). A legegyszerűbb mikropreparátumként egy diffrakciós rácsot vett (2. ábra), mikroszkópban tanulmányozta a képalkotás mechanizmusát és a következőket mutatta be.

Bemutatjuk a koncepciót rekeszszög- ez a szög a tárgy közepéből a lencsébe érkező kúpos fénysugár szélső sugarai között (3. ábra, A). Kép létrehozásához, vagyis egy tárgy feloldásához elég, ha a lencse legalább az egyik oldalán olyan sugarakat kap, amelyek csak nulla és elsőrendű maximumokat alkotnak (2. és 3. ábra, b). A nagyobb számú maximumból származó sugarak képének kialakításában való részvétel növeli a kép minőségét, kontrasztját. Ezért az ezeket a maximumokat alkotó sugaraknak az objektív nyílásszögén belül kell lenniük.

a B C D)

1 - az objektív elülső lencséje, 2 - az objektív

Így ha az objektum egy ponttal rendelkező diffrakciós rács dés a fény rendesen esik rá (2. és 3. ábra, b), akkor a kép kialakításában szükségszerűen részt kell venniük a két oldalon a nulla- és elsőrendű maximumokat alkotó sugaraknak, a j 1 szög pedig az elsőrendű maximumot alkotó sugarak elhajlási szöge, szélsőséges esetben egyenlőnek kell lennie a szöggel U/2.

Ha egy kisebb periódusú rácsot veszünk d’, akkor a j’ 1 szög nagyobb lesz, mint a szög U/2 és a kép nem jelenik meg. Tehát a rácsperiódus d túlmutatható a mikroszkóp felbontásán Z. Ezután a diffrakciós rács képletét használva a számára írunk k=1:

Csere d tovább Z, és j 1 on U/2, kapjuk

. (6)

A mikroszkópos vizsgálat során a fénysugarak különböző szögekben esnek a tárgyra. A sugarak ferde beesésével (3. ábra, G) a felbontási korlát csökken, mivel csak azok a sugarak vesznek részt a képalkotásban, amelyek az egyik oldalon nulladrendű és elsőrendű maximumokat alkotnak, és a j 1 szög megegyezik a rekeszszöggel U. A számítások azt mutatják, hogy ebben az esetben a felbontási határ képlete szükséges következő nézet:

. (7)

Ha a tárgy és a lencse közötti teret törésmutatójú immerziós közeggel töltik ki n, amely nagyobb, mint a levegő törésmutatója, akkor a fény hullámhossza l n= l ¤ n. Ezt a kifejezést behelyettesítve a felbontási határ (7) képletébe, megkapjuk

, vagy . (8)

Így a (7) képlet a szárazlencsés mikroszkóp, a (8) képlet pedig a merülőlencsés mikroszkóp felbontását határozza meg. Az értékek sin 0,5 UÉs n× sin0.5 U ezekben a képletekben az objektív numerikus apertúrájának nevezzük, és betűvel jelöljük A. Ennek ismeretében a mikroszkóp felbontási határának képlete in Általános nézetígy írják:

A (8) és (9) képletekből látható, hogy a mikroszkóp felbontása függ a fény hullámhosszától, a rekeszszög értékétől, a lencse és a tárgy közötti közeg törésmutatójától, a beesési szögtől. fénysugarak a tárgyon, de ez nem függ a szemlencse paramétereitől. Az okulár nem ad további információt a tárgy felépítéséről, a képminőséget nem javítja, csak a köztes képet nagyítja.

A mikroszkóp felbontóképessége javítható merítés alkalmazásával és a fény hullámhosszának csökkentésével. A merítés használatakor a felbontás növekedése a következőképpen magyarázható. Ha a lencse és a tárgy között levegő van (száraz lencse), akkor a fénysugár a fedőüvegről a levegőbe, alacsonyabb törésmutatójú közegbe kerülve a törés hatására jelentősen megváltoztatja irányát, így kevesebb sugár lépjen be az objektívbe. Olyan merülő közeg alkalmazásakor, amelynek törésmutatója megközelítőleg megegyezik az üveg törésmutatójával, nem figyelhető meg változás a közegben lévő sugarak lefolyásában, és több sugár kerül a lencsébe.

A víz merülőfolyadéknak számít ( n= 1,33), cédrusolaj ( n\u003d 1,515) stb. Ha a modern objektívek maximális rekeszszöge eléri a 140 0-t, akkor száraz objektívek esetén A=0,94, és olajimmerziós objektívnél A=1,43. Ha a számítás az l = 555 nm fényhullámhosszt használja, amelyre a szem a legérzékenyebb, akkor a száraz lencse felbontási határa 0,30 µm, olajimmerzióval pedig 0,19 µm lesz. A numerikus rekesznyílás értéke az objektív hengerén van feltüntetve: 0,20; 0,40; 0,65 stb.

Az optikai mikroszkóp felbontásának növelése a fény hullámhosszának csökkentésével ultraibolya sugárzással érhető el. Ehhez speciális ultraibolya mikroszkópok vannak kvarc optikával és tárgyak megfigyelésére és fényképezésére szolgáló eszközök. Mivel ezek a mikroszkópok a látható fénynek körülbelül fele hullámhosszú fényt használnak, képesek akár 0,1 µm-es mintaszerkezetek felbontására is. Az ultraibolya mikroszkópnak van egy másik előnye is - festetlen készítmények vizsgálatára használható. A legtöbb biológiai tárgy átlátszó a látható fény számára, mert nem nyeli el azt. Azonban szelektív abszorpciójuk van az ultraibolya tartományban, ezért könnyen láthatóak ultraibolya fényben.

A legnagyobb felbontás elektron mikroszkóp, mivel az elektron mozgása során a hullámhossz 1000-szer kisebb, mint a fény hullámhossza.

Hasznos mikroszkóp nagyítás felbontása és a szem felbontása korlátozza.

A szem felbontóképességét az a legkisebb látószög jellemzi, amelynél az emberi szem még külön-külön megkülönbözteti a tárgy két pontját. Korlátozza a pupilla diffrakciója és a retina fényérzékeny sejtjei közötti távolság. Normál szemnél a legkisebb látószög 1 perc. Ha a tárgy a legjobb látótávolságban van - 25 cm, akkor ez a szög egy 70 mikron méretű tárgynak felel meg. Ez az érték szabad szem felbontási határának tekinthető. Zr a legjobb látótávolságban. Azonban bebizonyosodott, hogy az optimális érték Zr 140-280 mikronnak felel meg. Ebben az esetben a szem tapasztalja a legkevesebb stresszt.

A mikroszkóp hasznos nagyítása legnagyobb nagyításának nevezik, amelynél a szem még mindig képes megkülönböztetni a mikroszkóp felbontási határával megegyező nagyságrendű részleteket.

A mikroszkóp lineáris nagyítása megegyezik a legjobb látótávolságban elhelyezkedő tárgy képének és magának a tárgynak az arányával (lásd az 1. képletet). Ha a mikroszkóp felbontási határát vesszük az objektum méretének Z, a képméretnél pedig a szabad szem felbontásának határa a legjobb látás távolságában Zr, akkor megkapjuk a mikroszkóp hasznos nagyításának képletét:

Behelyettesítve ebbe a képletbe Z a (9) kifejezésből kapjuk

. (11)

A (11) képletben a fény hullámhosszát 555 nm (555×10 -9 m), a szem felbontási határának optimális értékeit 140-280 μm (140-280×10 -6 m) helyettesítjük, keresse meg a mikroszkóp hasznos nagyítási intervallumát

500 A < NAK NEK P< 1000 A .

Például a legjobb, 1,43-as numerikus rekesznyílású merülőobjektívek használatakor a hasznos nagyítás 700-1400 lesz, ami azt mutatja, hogy nem tanácsos nagy nagyítású optikai mikroszkópokat tervezni. Ez a kérdés azonban mára elvesztette sürgősségét miatt széleskörű használat a biológiában és az orvostudományban akár 600 000-es nagyítást és 0,1 nm-es felbontási határt biztosító elektronmikroszkóp.

Képminőség eltökélt mikroszkóp felbontás, azaz az a minimális távolság, amelynél a mikroszkóp optikája két egymáshoz közeli pontot külön-külön meg tud különböztetni. a felbontás függ az objektív numerikus apertúrájától, a kondenzátortól és a készítményt megvilágító fény hullámhosszától. A numerikus rekesznyílás (nyitás) az objektív elülső lencséje és a kondenzátor és a preparátum között elhelyezkedő közeg szögnyílásától és törésmutatójától függ.

Szögletes lencse rekesznyílás- ez az a maximális szög (AOB), amelynél a készítményen áthaladó sugarak bejuthatnak a lencsébe. Az objektív numerikus rekeszértéke egyenlő a szögrekesz fele szinuszának és az objektív tárgylemeze és elülső lencséje között elhelyezkedő közeg törésmutatójának szorzatával. N.A. = n sinα ahol, N.A. - numerikus rekesznyílás; n a készítmény és az objektív közötti közeg törésmutatója; sinα - az α szög szinusza, amely egyenlő a diagramban szereplő AOB szög felével.

Így a száraz rendszerek apertúrája (az objektív elülső lencséje és az előkészítő levegő között) nem lehet nagyobb 1-nél (általában legfeljebb 0,95). A készítmény és az objektív közé helyezett közeget immerziós folyadéknak vagy immerziósnak, az immerziós folyadékkal való munkavégzésre tervezett lencsét pedig immerziósnak nevezzük. A levegőnél nagyobb törésmutatójú merítésnek köszönhetően növelhető az objektív numerikus apertúrája és ezáltal a felbontóképessége.

Az objektívek numerikus rekesznyílása mindig rá van vésve a keretükre.
A mikroszkóp felbontása a kondenzátor nyílásától is függ. Ha a kondenzátor rekesznyílást egyenlőnek tekintjük az objektív rekeszével, akkor a felbontási képlet R=λ/2NA, ahol R a felbontási határ; λ - hullámhossz; N.A - numerikus rekesznyílás. Ebből a képletből látható, hogy látható fényben (a spektrum zöld része - λ=550 nm) a felbontás (felbontási határ) nem lehet 0,2 µm-nél nagyobb.

A mikroszkóp objektív numerikus apertúrájának hatása a képminőségre

Az optikai felbontás javításának módjai

Magas fénykúp szögválasztás, mind a lencse, mind a fényforrás oldalán. Ennek köszönhetően több megtört fénysugarat lehet összegyűjteni a lencse nagyon vékony szerkezeteiről. Így a felbontás növelésének első módja egy olyan kondenzátor használata, amelynek numerikus apertúrája megegyezik az objektív numerikus apertúrájával.

A második módszer az, hogy az objektív elülső lencséje és a fedőlemez közé merítőfolyadékot használunk. Tehát az első képletben leírt n közeg törésmutatójára hatunk. A merülőfolyadékokhoz ajánlott optimális értéke 1,51.

Merítési folyadékok

Merítési folyadékok A numerikus rekesznyílás és ennek megfelelően a kifejezetten ezekkel a folyadékokkal való munkavégzéshez tervezett és ennek megfelelően jelölt merülőobjektívek felbontásának növelése szükséges. Az objektív és a készítmény közé helyezett merítési folyadékok törésmutatója magasabb, mint a levegő. Ezért a tárgy legkisebb részletei által eltérített fénysugarak nem szóródnak szét, elhagyják a készítményt, és bejutnak a lencsébe, ami a felbontás növekedéséhez vezet.

Vannak lencsék vízbemerítésre (fehér gyűrűvel jelölve), olajimmerzióra (fekete gyűrű), glicerines immerzióra (sárga gyűrű), monobróm-naftalén immerzióra (piros gyűrű). A biológiai készítmények fénymikroszkópiájánál víz- és olajmerítési objektíveket használnak. A speciális glicerinbemerítésű kvarclencsék rövidhullámú ultraibolya sugárzást továbbítanak, és ultraibolya (nem tévesztendő össze a lumineszcens) mikroszkóppal (vagyis az ultraibolya sugarakat szelektíven elnyelő biológiai tárgyak tanulmányozására) tervezték. A monobróm-naftalin immerziós objektíveket nem használják biológiai tárgyak mikroszkópiában.

Merítési folyadékként desztillált vizet használnak a vízbemerítéshez, az olajmerítéshez természetes (cédrusfa) vagy szintetikus olajat használnak bizonyos törésmutatóval.

Más merítési folyadékoktól eltérően olajmerítés homogén, mert törésmutatója megegyezik az üvegével, vagy nagyon közel van ahhoz. Általában ezt a törésmutatót (n) egy bizonyos spektrumvonalra és egy bizonyos hőmérsékletre számítják ki, és az olajpalackon jelzik. Így például a merülőolaj törésmutatója fedőüveggel történő munkavégzéshez a nátrium spektrumának D spektrális vonalához = 20 ° C hőmérsékleten 1,515 (nD 20 = 1,515), fedőüveg nélkül történő munkavégzés esetén ( nD 20 = 1,520).

Az apokromát lencsékkel való munkavégzéshez a diszperziót is normalizálják, vagyis a törésmutatók különbségét a spektrum különböző vonalaiban.

Előnyösebb a szintetikus immerziós olaj használata, mivel paraméterei pontosabban normalizálódnak, és a cédrusolajjal ellentétben nem szárad ki az objektív elülső lencséjének felületén.

Tekintettel a fentiekre, semmi esetre se használjon immerziós olajat, és különösen vazelinolajat. Egyes mikroszkópos technikáknál a kondenzátor apertúrájának növelése érdekében merülőfolyadékot (általában desztillált vizet) helyeznek a kondenzátor és a minta közé.

Felbontási korlát- ez a legkisebb távolság az objektum két pontja között, amelynél ezek a pontok megkülönböztethetők, pl. mikroszkóp alatt két pontként látható.

Felbontás A mikroszkóp azon képessége, hogy külön képet adjon a vizsgált tárgy apró részleteiről. A képlet adja meg:

ahol A a numerikus apertúra, l a fény hullámhossza; , ahol n annak a közegnek a törésmutatója, amelyben a vizsgált tárgy található, U a nyílásszög.

A legkisebb élőlények szerkezetének tanulmányozásához nagy nagyítású és jó felbontású mikroszkópokra van szükség. Az optikai mikroszkóp 2000-szeres nagyításra korlátozódik, és felbontása nem jobb 250 nm-nél. Ezek az értékek nem alkalmasak a sejtek finom részleteinek tanulmányozására.

118. Ultraibolya mikroszkóp. A csökkentés egyik módja

mikroszkóp felbontási határ - rövidebb hullámhosszú fény használata. Ebben a tekintetben ultraibolya mikroszkópot használnak, amelyben a mikroobjektumokat ultraibolya sugárzással vizsgálják. Mivel a szem közvetlenül nem érzékeli ezt a sugárzást, fényképészeti lemezeket, lumineszcens képernyőket vagy elektron-optikai átalakítókat használnak. A mikroszkóp felbontásának csökkentésének másik módja a mikroszkóp elhelyezett közeg törésmutatójának növelése. Ehhez be van helyezve merülő folyadék mint például a cédrusolaj.

119. Lumineszcens (fluoreszcens) mikroszkópia egyes anyagok lumineszcens képességén alapul, azaz világít, ha láthatatlan ultraibolya vagy kék fénnyel világítják meg.

A lumineszcencia színe a spektrum egy hosszabb hullámhosszú részére tolódik el az azt gerjesztő fényhez képest (Stokes-szabály). Ha a lumineszcenciát kék fénnyel gerjesztjük, színe zöldtől vörösig terjedhet, ha a lumineszcenciát ultraibolya sugárzás gerjeszti, akkor a fény a látható spektrum bármely részén lehet. A lumineszcencia ezen tulajdonsága lehetővé teszi, hogy speciális, izgalmas fényt elnyelő fényszűrők segítségével viszonylag gyenge lumineszcens fényt figyeljünk meg.

Mivel a legtöbb mikroorganizmusnak nincs saját lumineszcenciája, fluoreszcens festékek oldatával festik meg őket. Ez a módszer bizonyos fertőzések kórokozóinak bakterioszkópos vizsgálatára szolgál: tuberkulózis (auromin), bizonyos vírusok által alkotott sejtzárványok stb. Ugyanez a módszer használható élő és fixált mikroorganizmusok citokémiai vizsgálatára is. Az immunfluoreszcenciás reakció során fluorokrómokkal jelölt antitestekkel, mikroorganizmusok antigénjeit vagy a betegek szérumában lévő antitesteket mutatják ki.

120. Fáziskontraszt mikroszkópia. A környezettől csak törésmutatóban eltérő festetlen mikroorganizmusok mikroszkópos vizsgálata során a fény intenzitása (amplitúdója) nem változik, csak az átvitt fényhullámok fázisa változik. Ezért a szem nem tudja észrevenni ezeket a változásokat, és a megfigyelt tárgyak alacsony kontrasztúnak, átlátszónak tűnnek. Az ilyen tárgyak megfigyeléséhez, fáziskontraszt mikroszkópia, az objektum által bevitt láthatatlan fázisváltozások szemmel látható amplitúdóváltozásokká történő átalakulásán alapul.

Ennek a mikroszkópos módszernek az alkalmazása révén az élő, festetlen mikroorganizmusok kontrasztja élesen megnő, és világos háttér előtt sötétnek, sötét háttér előtt világosnak tűnnek.

Fáziskontraszt mikroszkóppal szövettenyésztő sejtek vizsgálatára, különböző vírusok sejtre gyakorolt ​​hatásának megfigyelésére stb.

121. Sötéttérmikroszkópia. A sötéttér-mikroszkópia a mikroorganizmusok azon képességén alapul, hogy erősen szórják a fényt. Sötétmezős mikroszkópiához közönséges objektíveket és speciális sötétmezős kondenzátorokat használnak.

A sötétmezős kondenzátorok fő jellemzője, hogy központi részük elsötétült, és a megvilágítóból érkező közvetlen sugarak nem esnek a mikroszkóp objektívbe. Az objektumot ferde oldalsó sugarak világítják meg, és csak a készítményben lévő részecskék által szétszórt nyalábok jutnak be a mikroszkóp objektívébe. A sötétmezős mikroszkópia a Tyndall-effektuson alapul, melynek jól ismert példája a levegőben lévő porszemcsék detektálása keskeny napsugárral megvilágítva.

Sötétmezős mikroszkóppal a mikroorganizmusok fényesen világítanak a fekete háttér előtt. Ezzel a mikroszkópos módszerrel a legkisebb mikroorganizmusok is kimutathatók, amelyek méretei kívül esnek a mikroszkóp felbontásán. A sötétmezős mikroszkópia azonban csak az objektum körvonalait teszi lehetővé, de nem teszi lehetővé a belső szerkezet tanulmányozását.

122. Hősugárzás a természetben a leggyakoribb elektromágneses sugárzás. Az atomok és anyagmolekulák hőmozgásának energiája miatt hajtják végre. A hősugárzás minden testben benne van az abszolút nullától eltérő hőmérsékleten.

A test teljes emissziós képessége E (más néven energiafényesség) a test egységnyi felületéből 1 másodperc alatt kibocsátott energia mennyisége. J / m 2 s-ban mérve.

A szervezet teljes sugárzáselnyelő képessége A (abszorpciós együttható) a test által elnyelt sugárzási energia és a ráeső összes sugárzási energia aránya; A dimenzió nélküli mennyiség.

123. Abszolút fekete test. Abszolút feketének nevezzük azt a képzeletbeli testet, amely bármilyen hőmérsékleten elnyeli a rá eső összes sugárzó energiát.

Kirchhoff törvénye. Minden testre adott hőmérsékleten az E emissziós tényező és az A abszorbancia aránya egy fekete test emissziós tényezőjével egyenlő állandó érték. e ugyanazon a hőmérsékleten:

e.

Stefan-Boltzmann törvény. A fekete test teljes emissziós tényezője egyenesen arányos abszolút hőmérsékletének negyedik hatványával:

e=sT 4 ,

ahol s a Stefan-Boltzmann állandó.

A bor törvénye. A fekete test maximális sugárzásának megfelelő hullámhossz fordítottan arányos az abszolút hőmérsékletével:

l t ×T = V,

ahol β a Vina állandó.

A bor törvénye alapján optikai pirometria- módszer forró testek (fém - olvasztókemencében, gáz - atomrobbanás felhőjében, csillagok felszíne stb.) hőmérsékletének meghatározására sugárzási spektrummal. Ezzel a módszerrel határozták meg először a Nap felszínének hőmérsékletét.

124 . Infravörös sugárzás. A látható fény vörös határa (λ= 0,76 μm) és a rövidhullámú rádiósugárzás (λ = 1-2 mm) közötti spektrális tartományt elfoglaló elektromágneses sugárzást infravörösnek (IR) nevezzük. A felmelegített szilárd anyagok és folyadékok folyamatos infravörös spektrumot bocsátanak ki.

Az infravörös sugárzás terápiás alkalmazása a termikus hatásán alapul. A kezeléshez speciális lámpákat használnak.

Az infravörös sugárzás körülbelül 20 mm mélységig hatol a testbe, így a felszíni rétegek nagyobb mértékben melegednek fel. A terápiás hatás a kialakuló hőmérsékleti gradiensnek köszönhető, amely aktiválja a hőszabályozó rendszer tevékenységét. A besugárzott hely fokozott vérellátása kedvező terápiás következményekkel jár.

125. Ultraibolya sugárzás. Elektromágneses sugárzás,

A látható fény ibolya határa (λ = 400 nm) és a röntgensugárzás hosszúhullámú része (λ = 10 nm) közötti spektrális tartományt ultraibolya sugárzásnak (UV) nevezzük.

Az izzó szilárd anyagok magas hőmérsékleten kisugároznak

jelentős mennyiségű ultraibolya sugárzás. Azonban a maximum

az energia fényesség spektrális sűrűsége a bécsi törvénynek megfelelően 7000 K-re esik. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy normál körülmények között a szürke testek hősugárzása nem szolgálhat hatékony UV-forrásként. Az UV-sugárzás legerősebb forrása a Nap, amelynek a Föld légkörének határán lévő sugárzásának 9%-a ultraibolya.

UV-sugárzás szükséges az UV-mikroszkópok, lumineszcens mikroszkópok működéséhez, a lumineszcens elemzéshez. Az UV-sugárzás fő felhasználása a gyógyászatban annak specifikus biológiai hatásaihoz kapcsolódik, amelyeket fotokémiai folyamatok okoznak.

126. Termográfia a különböző területekről származó sugárzás regisztrálása

testfelület diagnosztikus értelmezés céljából. A hőmérséklet meghatározása kétféleképpen történik. Egy esetben folyadékkristályos indikátorokat használnak, amelyek optikai tulajdonságai nagyon érzékenyek a kis hőmérséklet-változásokra.

Ezeket az indikátorokat a páciens testére helyezve lehetőség nyílik a helyi hőmérséklet-különbség vizuális meghatározására színük megváltoztatásával.

Egy másik módszer a használaton alapul hőkamerák, amelyek érzékeny infravörös detektorokat, például fotoellenállásokat használnak.

127. A termográfia élettani alapjai. Az emberi szervezetben lezajló élettani folyamatokat hőfelszabadulás kíséri, amelyet a keringő vér és nyirok hordoz. Hőforrás - élő szervezetben előforduló biokémiai folyamatok. A keletkezett hőt a vér szállítja az egész testben. A nagy hőkapacitású és hővezető képességgel rendelkező keringő vér intenzív hőcserét képes végrehajtani a test központi és perifériás régiói között. A bőrereken áthaladó vér hőmérséklete 2-3°-kal csökken.

A termográfia azon a jelenségen alapul, hogy az infravörös sugárzás intenzitása megnövekszik a kóros gócok felett (a megnövekedett vérellátás és a bennük lévő metabolikus folyamatok miatt), vagy intenzitása csökken azokon a területeken, ahol csökkent regionális véráramlás és egyidejű szöveti és szervi változások. . Ezt általában egy "forró zóna" megjelenésével fejezik ki. A termográfia két fő típusa van: a teletermográfia és a kontakt koleszteriás termográfia.

128. Teletermográfia Az emberi test infravörös sugárzásának elektromos jellé alakításán alapul, amely egy hőkamera képernyőjén jelenik meg. Az érzékeny fotoellenállásokat a hőkamerák infravörös sugárzásának vételére használják.

A hőkamera a következőképpen működik. Az infravörös sugárzást egy lencserendszer fókuszálja, majd a fotodetektorba kerül, amely -196°C-ra hűtve működik. A fotodetektorból érkező jelet felerősítik és digitálisan feldolgozzák, majd a kapott információt továbbítják a színes monitor képernyőjére.

129. Kontakt folyadékkristályos termográfia az anizotróp, koleszterikus folyadékkristályok optikai tulajdonságaira támaszkodik, amelyek a színük irizáló színekké válásában nyilvánulnak meg, ha hősugárzó felületekre alkalmazzák. A leghidegebb területek a pirosnak, a legmelegebbek a kéknek felelnek meg.

A folyadékkristályos érintkezőlemezes termográfiát jelenleg széles körben és sikeresen alkalmazzák az orvostudomány különböző területein, azonban az emberi test infravörös sugárzásának távrögzítési módszerei sokkal nagyobb hasznot húztak.

130. A termográfia klinikai alkalmazásai. A termográfiai diagnosztika nem nyújt semmit külső hatás vagy kényelmetlenséget okoz a páciens számára, és lehetővé teszi, hogy „láthassa” a hőmintázat anomáliáit a páciens bőrének felületén, amelyek számos betegségre és testi rendellenességre jellemzőek.

A termográfia, mint fiziológiás, ártalmatlan, non-invazív diagnosztikai módszer, a gyakorlati gyógyászatban a kórképek széles körének diagnosztizálására talál alkalmazást: emlőmirigyek, gerinc, ízületek, pajzsmirigy, fül-orr-gégészet, erek, máj, epehólyag betegségei. , belek, gyomor, hasnyálmirigy , vese, hólyag, prosztata. A termográfia lehetővé teszi a változások rögzítését a kóros folyamat kialakulásának legelején, a szövetek szerkezeti változásainak megjelenése előtt.

131. Rutherford (bolygó) atommodell. E modell szerint az atom teljes pozitív töltése és csaknem teljes tömege (több mint 99,94%) az atommagban összpontosul, amelynek mérete a mérethez képest elhanyagolható (10-13 cm nagyságrendű). az atom (10-8 cm). Az elektronok zárt (elliptikus) pályán mozognak az atommag körül, és az atom elektronhéját alkotják. Az atommag töltése abszolút értékben megegyezik az elektronok teljes töltésével.

A Rutherford modell hátrányai.

a) a Rutherford-modellben az atom instabil

oktatás, míg a tapasztalatok mást sugallnak;

b) Rutherford szerint az atom sugárzási spektruma folytonos, míg a tapasztalat a sugárzás diszkrét jellegéről beszél.

132. Az atom szerkezetének kvantumelmélete Bohr szerint. Az atom energiaállapotainak diszkrétségének koncepciója alapján Bohr javította Rutherford atomi modelljét, megalkotva az atom szerkezetének kvantumelméletét. Három posztulátumon alapul.

Az atomban lévő elektronok nem bármelyik pályán mozoghatnak, hanem csak egy jól meghatározott sugarú pályán. Ezeken a stacionáriusnak nevezett pályákon az elektron szögimpulzusát a következő kifejezés határozza meg:

ahol m az elektron tömege, v a sebessége, r az elektron pályájának sugara, n egy kvantumnak nevezett egész szám (n=1,2,3, …).

Az elektronok mozgása álló pályán nem jár együtt energiasugárzással (abszorpcióval).

Elektron átvitele egyik álló pályáról a másikra

energiakvantum kibocsátásával (vagy elnyelésével) kíséri.

Ennek a kvantumnak a hn értéke egyenlő az atom sugárzás (abszorpció) előtti és utáni állóállapotainak W 1 – W 2 energiakülönbségével:

hn=W1-W2.

Ezt az összefüggést frekvenciafeltételnek nevezzük.

133. A spektrumok típusai. A spektrumoknak három fő típusa van: folytonos, vonalas és csíkos.

Vonal Spectra

atomok. A sugárzás a kötött elektronok alacsonyabb energiaszintekre való átmenetének köszönhető.

Csíkos színképáltal kibocsátott egyén izgatott

molekulák. A sugárzást mind az atomok elektronátmenetei, mind maguk az atomok rezgésmozgásai okozzák a molekulában.

Folyamatos Spectra számos kölcsönhatásban lévő molekuláris és atomi ion halmaza bocsátja ki.

A sugárzásban a fő szerepet ezeknek a részecskéknek a magas hőmérséklet miatti kaotikus mozgása játssza.

134. A spektrális elemzés fogalma. Minden kémiai elem

csak erre az elemre jellemző, jól meghatározott hullámhosszú fényt bocsát ki (és elnyeli). Az elemek vonalspektrumát spektrográfos fényképezéssel kapjuk meg, melyben diffrakciós rács segítségével történik a fény lebontása. Egy elem vonalspektruma egyfajta „ujjlenyomat”, amely lehetővé teszi az elem pontos azonosítását a kibocsátott (vagy elnyelt) fény hullámhossza alapján. A spektrográfiai vizsgálatok a rendelkezésünkre álló egyik legerősebb kémiai elemzési módszer.

Kvalitatív spektrális elemzés- ez a kapott spektrumok összehasonlítása táblázatos spektrumokkal az anyag összetételének meghatározásához.

Kvantitatív spektrális elemzés spektrumvonalak fotometriájával (intenzitásmeghatározásával) történik: a vonalak fényereje arányos az adott elem mennyiségével.

Spektroszkóp kalibrálás. Ahhoz, hogy a vizsgált spektrum hullámhosszait spektroszkóppal meg lehessen határozni, a spektroszkópot kalibrálni kell, pl. állapítsa meg a kapcsolatot a spektrális vonalak hullámhosszai és a spektroszkópiás skála felosztása között, amelyen láthatók.

135. A spektrális elemzés főbb jellemzői és hatóköre. A spektrális analízis segítségével egy anyag atomi és molekulaösszetétele egyaránt meghatározható. A spektrális elemzés lehetővé teszi a vizsgált minta egyes komponenseinek minőségi feltárását és koncentrációjuk mennyiségi meghatározását. A nagyon hasonló kémiai tulajdonságokkal rendelkező, kémiai módszerekkel nehezen, sőt egyáltalán nem elemezhető anyagok spektrálisan könnyen meghatározhatók.

Érzékenység a spektrális elemzés általában nagyon magas. A közvetlen elemzés 10 -3 - 10 -6%-os érzékenységet ér el. Sebesség a spektrális elemzés általában jelentősen meghaladja a más módszerekkel végzett elemzés sebességét.

136. Spektrális elemzés a biológiában. Az anyagok optikai aktivitásának mérésére szolgáló spektroszkópiai módszert széles körben alkalmazzák a biológiai objektumok szerkezetének meghatározására. A biológiai molekulák tanulmányozása során mérik azok abszorpciós spektrumát és fluoreszcenciáját. A lézeres gerjesztés hatására fluoreszkáló festékeket a sejtek pH-értékének és ionerősségének meghatározására, valamint a fehérjék specifikus helyeinek vizsgálatára használják. A rezonáns Raman-szórás segítségével a sejtek szerkezetét szondázzák, és meghatározzák a fehérje- és DNS-molekulák konformációját. A spektroszkópia fontos szerepet játszott a fotoszintézis és a látás biokémiájának tanulmányozásában.

137. Spektrális elemzés az orvostudományban. Az emberi szervezetben több mint nyolcvan kémiai elem található. Kölcsönhatásuk és kölcsönös befolyásuk biztosítja a növekedési, fejlődési, emésztési, légzési, immunitási, vérképzési, memória-, megtermékenyítési stb. folyamatokat.

A mikro- és makroelemek, valamint mennyiségi egyensúlyhiányuk diagnosztizálására a haj és a köröm a legtermékenyebb anyag. Minden hajszál szerves információt tárol az egész szervezet ásványi anyagcseréjéről a növekedés teljes időszaka alatt. A spektrális analízis teljes körű információt nyújt az ásványi anyagok egyensúlyáról hosszú időn keresztül. Egyes mérgező anyagokat csak így lehet kimutatni. Összehasonlításképpen: a hagyományos módszerek lehetővé teszik a tíznél kevesebb mikroelem arányának meghatározását vérvizsgálattal a vizsgálat időpontjában.

A spektrális elemzés eredményei segítik az orvost a betegségek diagnosztizálásában, okainak felkutatásában, a rejtett betegségek és az ezekre való hajlam azonosításában; lehetővé teszi a gyógyszerek pontosabb felírását és az ásványianyag-egyensúly helyreállítására szolgáló egyéni sémák kidolgozását.

A spektroszkópiai módszerek farmakológiában és toxikológiában betöltött jelentőségét nehéz túlbecsülni. Különösen lehetővé teszik a farmakológiai készítmények mintáinak elemzését validálásuk során, valamint a hamisított gyógyszerek azonosítását. A toxikológiában az ultraibolya és infravörös spektroszkópia számos alkaloid azonosítását tette lehetővé Stas-kivonatokból.

138. Lumineszcencia Egy test adott hőmérsékletű hősugárzásának többletének nevezzük, amelynek időtartama jelentősen meghaladja a kibocsátott fényhullámok periódusát.

Fotolumineszcencia. A fotonok hatására létrejövő lumineszcenciát fotolumineszcenciának nevezzük.

Kemilumineszcencia. A kémiai reakciókat kísérő lumineszcenciát kemilumineszcenciának nevezzük.

139. Lumineszcencia analízis tárgyak lumineszcenciájának megfigyelése alapján azok tanulmányozása érdekében; Az élelmiszer-romlás kezdeti stádiumának kimutatására, a farmakológiai készítmények válogatására és bizonyos betegségek diagnosztizálására szolgál.

140. Fotoelektromos hatás a kihúzás jelenségének nevezik

anyagból származó elektronok a rá eső fény hatására.

Nál nél külső fotoelektromos hatás egy elektron elhagyja az anyag felületét.

Nál nél belső fotoelektromos hatás az elektron felszabadul az atommal kötött kötésekből, de az anyag belsejében marad.

Einstein egyenlete:

ahol hn a foton energiája, n a frekvenciája, A az elektron munkafüggvénye, a kibocsátott elektron mozgási energiája, v a sebessége.

A fotoelektromos hatás törvényei:

A fémfelületről egységnyi idő alatt kilökődő fotoelektronok száma arányos a fémre beeső fényárammal.

A fotoelektronok maximális kezdeti kinetikus energiája

a beeső fény frekvenciája határozza meg, és nem függ annak intenzitásától.

Minden fémnél van egy piros szegély a fotoelektromos hatásnak, pl. az a maximális l 0 hullámhossz, amelynél még lehetséges a fotoelektromos hatás.

A külső fotoelektromos hatás fotosokszorozó csövekben (PMT) és elektron-optikai konverterekben (EOC) is alkalmazható. A PMT-ket alacsony intenzitású fényáram mérésére használják. Segítségükkel meghatározható a gyenge biolumineszcencia. A képerősítő csöveket az orvostudományban a röntgenkép fényerejének fokozására használják; termográfiában - a test infravörös sugárzásának láthatóvá alakítása. Ezenkívül fotocellákat használnak a metróban, amikor áthaladnak a forgókapun, modern szállodákban, repülőtereken stb. ajtók automatikus nyitására és zárására, közvilágítás automatikus be- és kikapcsolására, megvilágítás meghatározására (fénymérő) stb.

141. Röntgensugárzás-Ez elektromágneses sugárzás 0,01 és 0,000001 µm közötti hullámhosszúsággal. Ennek hatására a foszforral bevont képernyő világít, és elfeketíti a fényképészeti emulziót, így alkalmassá válik fotózásra.

Röntgensugarak akkor keletkeznek, amikor az elektronok hirtelen leállnak, amikor a röntgencső anódjához ütköznek. A katód által kibocsátott elektronokat a gyorsuló potenciálkülönbség előzetesen 100 000 km/s nagyságrendű sebességre gyorsítja. Ez a sugárzás, az úgynevezett bremsstrahlung, folyamatos spektrummal rendelkezik.

A röntgensugárzás intenzitását a következő empirikus képlet határozza meg:

ahol I a csőben lévő áram, U a feszültség, Z az antikatód anyag atomjának sorszáma, k konst.

Az elektronok lassulásából származó röntgensugárzást "bremsstrahlung"-nak nevezik.

A rövid hullámhosszú röntgensugarak általában nagyobb áthatoló erejűek, mint a hosszú hullámhosszúak, és ún. kemény, és hosszúhullámú puha.

A röntgencsőben lévő nagy feszültségeknél, együtt

A folytonos spektrumú röntgensugárzás vonalspektrumú röntgensugárzást hoz létre; ez utóbbi a folytonos spektrumra van ráhelyezve. Ezt a sugárzást karakterisztikusnak nevezzük, mivel minden anyagnak megvan a rá jellemző vonalas röntgenspektruma (a folytonos spektrum az anódanyagból származik, és csak a röntgencső feszültsége határozza meg).

142. A röntgensugárzás tulajdonságai. A röntgensugarak rendelkeznek mindazon tulajdonságokkal, amelyek a fénysugarakat jellemzik:

1) nem térnek el elektromos és mágneses mezőkben, és ezért nem hordoznak elektromos töltést;

2) fényképes hatásúak;

3) gázionizációt okoznak;

4) képes lumineszcenciát okozni;

5) megtörhet, visszaverhető, polarizálható, és az interferencia és a diffrakció jelenségét adja.

143. Moseley törvénye. Mivel a különböző anyagok atomjai szerkezetüktől függően eltérő energiaszintűek, a jellemző sugárzási spektrumok az anódanyag atomjainak szerkezetétől is függenek. A karakterisztikus spektrumok a növekvő nukleáris töltéssel magasabb frekvenciák felé tolódnak el. Ez a minta Moseley törvényeként ismert:

ahol n a spektrumvonal frekvenciája, Z a kibocsátó elem sorozatszáma, A és B állandók.

144. A röntgensugárzás kölcsönhatása az anyaggal. Az e fotonenergia és az A ionizációs energia arányától függően három fő folyamat játszódik le.

Koherens (klasszikus) szóródás. A hosszú hullámhosszú röntgensugárzás szórása főleg a hullámhossz megváltoztatása nélkül történik, ezt nevezzük koherensnek. . Akkor keletkezik, ha a foton energiája kisebb, mint az ionizációs energia: hn<А. Так как в этом случае энергия фотона рентгеновского излучения и атома не изменяются, то когерентное рассеяние само по себе не вызывает биологического действия.

Inkoherens szórás (Compton-effektus). 1922-ben A.Kh. Compton a kemény röntgensugárzás szóródását megfigyelve a szórt nyaláb áthatoló erejének csökkenését fedezte fel a beeső sugárhoz képest. Ez azt jelentette, hogy a szórt röntgensugarak hullámhossza nagyobb volt, mint a beeső röntgensugárzásé. A hullámhossz változással járó röntgensugárzás szóródását inkoherensnek, magát a jelenséget pedig Compton-effektusnak nevezzük.

fotoelektromos hatás. A fotoelektromos hatás során a röntgensugárzást egy atom nyeli el, aminek következtében egy elektron kirepül, és az atom ionizálódik (fotoionizáció). Ha a fotonenergia nem elegendő az ionizációhoz, akkor a fotoelektromos hatás az atomok gerjesztésében nyilvánulhat meg elektronkibocsátás nélkül.

Ionizáló hatás A röntgensugárzás az elektromos vezetőképesség növekedésében nyilvánul meg a röntgensugárzás hatására. Ezt a tulajdonságot a dozimetriában használják az ilyen típusú sugárzás hatásának számszerűsítésére.

145. Röntgenlumineszcencia Számos anyag fényének nevezik röntgensugárzás hatására. A platina-cianogén bárium ilyen fénye lehetővé tette Roentgen számára, hogy felfedezze a sugarakat. Ezt a jelenséget speciális világító képernyők létrehozására használják a röntgensugarak vizuális megfigyelésére, néha a röntgensugárzás hatásának fokozására a fényképészeti lemezen, ami lehetővé teszi e sugarak rögzítését.

146. Röntgen-abszorpció Bouguer törvénye írja le:

F \u003d F 0 e - m x,

ahol m a lineáris csillapítási együttható,

x az anyagréteg vastagsága,

F 0 a beeső sugárzás intenzitása,

F az átvitt sugárzás intenzitása.

147. A röntgensugárzás hatása a szervezetre. Bár a röntgenvizsgálatok során a sugárterhelés csekély, ezek a sejtek kromoszóma-apparátusának megváltozásához - sugárzási mutációkhoz - vezethetnek. Ezért a röntgenvizsgálatokat szabályozni kell.

148. Röntgendiagnosztika. A röntgendiagnosztika a röntgensugárzás szövetek és szervek általi szelektív abszorpcióján alapul.

149. Radioszkópia. A fluoroszkópia során egy áttetsző tárgy képét fluoroszkópos képernyőn kapják meg. A technika egyszerű és gazdaságos, lehetővé teszi a szervek mozgásának és a bennük lévő kontrasztanyag mozgásának megfigyelését. Ennek azonban vannak hátrányai is: utána nem maradt olyan dokumentum, amelyet tovább lehetne tárgyalni vagy mérlegelni. A kép apró részletei nehezen láthatók a képernyőn. A fluoroszkópia sokkal nagyobb sugárterheléssel jár a páciensre és az orvosra, mint a radiográfia.

150. Radiográfia. A röntgensugaraknál a röntgensugár a vizsgálandó testrészre irányul. Az emberi testen áthaladó sugárzás a filmre esik, amelyen a feldolgozás után képet kapunk.

151. Elektroentgenográfia. Ebben a páciensen áthaladó röntgensugár egy statikus elektromossággal feltöltött szelénlemezre esik. Ilyenkor a lemez megváltoztatja elektromos potenciálját, elektromos töltések látens képe jelenik meg rajta.

A módszer fő előnye, hogy gyorsan nagyszámú kiváló minőségű képet készíthet drága ezüstvegyületeket tartalmazó röntgenfilm használata és „nedves” fotofeldolgozás nélkül.

152. Fluorográfia. Elve az, hogy egy röntgenképet a képernyőről egy kis formátumú görgős filmre fényképeznek. A lakosság tömeges felméréseiben használják. A módszer előnye a gyorsaság és a gazdaságosság.

153. A szervek mesterséges kontrasztja. A módszer azon alapul

ártalmatlan anyagok bejuttatása a szervezetbe, amelyek felszívódnak

A röntgensugárzás sokkal erősebb, vagy éppen ellenkezőleg, sokkal gyengébb, mint a vizsgált szerv. Például a betegnek tanácsos bevenni bárium-szulfát vizes szuszpenzióját. Ugyanakkor a képen megjelenik a gyomorüregben elhelyezkedő kontrasztos tömeg árnyéka. Az árnyék helyzete, alakja, mérete és alakja alapján meg lehet ítélni a gyomor helyzetét, üregének alakját és méretét.

A jódot a pajzsmirigy kontrasztjára használják. Az erre a célra használt gázok közül oxigén, dinitrogén-oxid, szén-dioxid. Csak a dinitrogén-oxid és a szén-dioxid kerülhet a véráramba, mivel ezek az oxigénnel ellentétben nem okoznak gázembóliát.

154. Röntgen képerősítők. A radiológus által a fluoroszkópia elvégzésekor használt fluoreszcens képernyő röntgensugarakat látható fénnyel alakító fényereje század kandela per négyzetméter (a gyertya egy gyertya). Ez nagyjából megfelel a holdfény fényességének egy felhőtlen éjszakán. Ilyen megvilágítás mellett az emberi szem szürkületi látásmódban működik, amelyben a finom részletek és a gyenge kontrasztkülönbségek rendkívül rosszul megkülönböztethetők.

Lehetetlen a képernyő fényerejének növelése a páciens sugárdózisának arányos növekedése miatt, ami már nem ártalmatlan.

Ennek az akadálynak a kiküszöbölését a röntgenképerősítők (ARI-k) biztosítják, amelyek az elektronok külső elektromos mező segítségével történő ismételt gyorsítása miatt több ezerszeresre képesek növelni a képek fényerejét. Az URI a fényerő növelése mellett jelentősen csökkentheti a sugárdózist a vizsgálat során.

155. Angiográfia- a keringés kontraszt vizsgálatának módszere

olyan rendszer, amelyben a radiológus URI és televízió segítségével vizuális röntgenvezérléssel egy vékony rugalmas csövet - egy katétert - helyez a vénába, és a véráramlással együtt a test szinte bármely területére irányítja, még a szívhez is. Ezután a megfelelő időben a katéteren keresztül radiopaque folyadékot fecskendeznek be, és egyidejűleg felvételek sorozatát készítik, nagy sebességgel követve egymást.

156. Az információfeldolgozás digitális módszere. Az elektromos jelek a legkényelmesebb formája az utóképfeldolgozásnak. Néha előnyös hangsúlyozni a vonalat a képen, kiemelni a kontúrt, néha kiemelni a textúrát. A feldolgozás történhet elektronikus analóg és digitális módszerekkel is. A digitális feldolgozás céljából az analóg jeleket ADC analóg-digitális átalakítók segítségével diszkrét formává alakítják, és ebben a formában a számítógépbe táplálják.

A fluoroszkópos képernyőn kapott fényképet egy képerősítő cső (IOC) felerősíti, és az optikai rendszeren keresztül a TT televíziócső bemenetére táplálja, elektromos jelek sorozatává alakulva. Az ADC segítségével mintavételezés és kvantálás történik, majd a véletlen elérésű digitális memóriába - RAM-ba írás és a képjelek meghatározott programok szerinti feldolgozása. Az átalakított képet a digitális-analóg átalakító DAC segítségével ismét analóg formává alakítjuk, és megjelenik a videovezérlő VKU szürkeárnyalatos kijelzőjén.

157. Fekete-fehér képek színkódolása. A legtöbb introszkópos kép monokróm, azaz színtelen. De a normál emberi látás a szín. A szem képességeinek teljes kihasználása érdekében bizonyos esetekben célszerű mesterségesen színezni introszkópos képeinket átalakulásuk utolsó szakaszában.

Amikor a szem színes képet érzékel, vannak

további képfunkciók, amelyek megkönnyítik az elemzést. Ez

színárnyalat, színtelítettség, színkontraszt. Színben sokszorosára nő a részletek láthatósága és a szem kontrasztérzékenysége.

158. Röntgenterápia. A röntgensugárzást sugárterápiára használják számos betegség kezelésében. A röntgenterápia javallatai és taktikái sok tekintetben hasonlóak a gammaterápia módszereihez.

159. Tomográfia. A röntgensugár mentén elhelyezkedő szomszédos szervek és szövetek árnyékai az orvost érdeklő szerv vagy kóros formáció képére helyezkednek el.

A tomográfia lényege az, hogy a felvétel folyamatában

a röntgencső a pácienshez képest elmozdul, így csak az adott mélységben lévő részletekről ad éles képet. Így a tomográfia többrétegű röntgenvizsgálat.

160. Lézersugárzás egy koherens egyformán irányított

sok atom sugárzása, keskeny monokromatikus fénysugarat hozva létre.

A lézer működésének megkezdéséhez munkaanyagának nagyszámú atomját gerjesztett (metastabil) állapotba kell vinni. Ehhez az elektromágneses energiát speciális forrásból (szivattyúzási módszer) adják át a munkaanyagnak. Ezt követően az összes gerjesztett atom szinte egyidejű kényszerített átmenete a normál állapotba erőteljes fotonsugár kibocsátásával kezdődik meg a munkaanyagban.

161. A lézer alkalmazása az orvostudományban.Nagy energiájú lézerek

lézerszikeként használják az onkológiában. Ezzel a daganat racionális kimetszése a környező szövetek minimális károsodásával érhető el, és a műtét nagy funkcionális jelentőségű agyi struktúrák közelében végezhető el.

A lézersugár használatakor a vérveszteség sokkal kisebb, a seb teljesen sterilizálódik, és a posztoperatív időszakban a duzzanat minimális.

A lézer különösen hatékony a szem mikrosebészetében. Lehetővé teszi a glaukóma kezelését az intraokuláris folyadék kiáramlását szolgáló mikroszkopikus lyukak nyalábjával történő „szúrással”. A lézer a retina leválásának nem sebészeti kezelése.

Alacsony energiájú lézersugárzás gyulladáscsökkentő, fájdalomcsillapító hatása van, megváltoztatja az érrendszeri tónust, javítja az anyagcsere folyamatokat stb.; speciális terápiában alkalmazzák az orvostudomány különböző területein.

162. A lézer hatása a testre. A lézersugárzás testre gyakorolt ​​hatása sok tekintetben hasonlít az elektromágneses sugárzás hatásához a látható és infravörös tartományban. Molekuláris szinten egy ilyen hatás az élő anyag molekuláinak energiaszintjének megváltozásához, sztereokémiai átrendeződéséhez és a fehérjeszerkezetek koagulációjához vezet. A lézerexpozíció élettani hatásai a fotoreaktiváció fotodinamikus hatásával, a biofolyamatok stimulálásának vagy gátlásának hatásával, mind az egyes rendszerek, mind a szervezet egészének funkcionális állapotában bekövetkező változásokkal társulnak.

163. Lézerek alkalmazása az orvosbiológiai kutatásokban. A lézerdiagnosztika egyik fő területe az kondenzált anyag spektroszkópia, amely lehetővé teszi a biológiai szövetek elemzését és megjelenítését sejtes, szubcelluláris és molekuláris szinten.

A munka célja. A mikroszkóp eszközzel való ismerkedés, felbontásának meghatározása.

Műszerek és tartozékok: Mikroszkóp, fémlemez kis lyukkal, világító tükör, vonalzó mérleggel.

Bevezetés

A mikroszkóp objektívlencséből és okulárból áll, amelyek összetett lencserendszerek. A sugarak útját a mikroszkópban az 1. ábra mutatja, amelyen az objektívet és a szemlencsét egyetlen lencsék ábrázolják.

A vizsgált AB tárgy kicsit távolabb van az F lencse fő fókuszától ról ről. A mikroszkóp lencse valós, inverz és nagyított képet ad a tárgyról (1. ábrán AB), amely a lencse kettős gyújtótávolsága mögött alakul ki. A kinagyított képet a szemlencse nagyítóként tekinti. Az okuláron keresztül nézett tárgy képe képzeletbeli, megfordított és felnagyított.

Az objektív hátsó fókusza és a szemlencse elülső fókusza közötti távolságot nevezzük a rendszer optikai távolsága vagy cső optikai hossza mikroszkóp .

A mikroszkóp nagyítása az objektív és a szemlencse nagyításával határozható meg:

N \u003d N kb  N OK \u003d ───── (1)

f kb  f ok

ahol N kb és N ok - a lencse és a szemlencse nagyítása; D - normál szem számára a legjobb látás távolsága (~ 25 cm);  - a mikroszkópcső optikai hossza; f ról rőlés f rendben az objektív és a szemlencse fő gyújtótávolságai.

Az (1) képlet elemzésekor arra a következtetésre juthatunk, hogy bármilyen kis tárgy nagy nagyítással vizsgálható mikroszkóppal. A mikroszkóp által adott hasznos nagyítást azonban korlátozzák a diffrakciós jelenségek, amelyek akkor válnak észrevehetővé, ha olyan tárgyakat nézünk, amelyek méretei összemérhetőek egy hosszú fény hullámhosszával.

Felbontási korlát mikroszkóp a legkisebb távolság a pontok között, amelyek képét a mikroszkópban külön kapjuk meg.

Abbe elmélete szerint a mikroszkóp felbontási határát a következő kifejezés határozza meg:

d = ───── (2)

ahol d a vizsgált alany lineáris mérete; - a használt fény hullámhossza; n a tárgy és a lencse közötti közeg törésmutatója;  a mikroszkóp fő optikai tengelye és a határnyaláb közötti szög (2. ábra).

BAN BEN az A = nsin értéket nevezzük az objektív numerikus rekeszértéke , és d reciproka az mikroszkóp felbontás . A (2) kifejezésből az következik, hogy a mikroszkóp felbontása az objektív numerikus apertúrájától és a vizsgált tárgyat megvilágító fény hullámhosszától függ.

Ha a tárgy a levegőben van (n = 1), akkor a mikroszkópban meg lehet különböztetni a tárgy azon pontjait, amelyek közötti távolság:

d = ─────

Mikroszkopikus objektumok esetén a  szög közel 90 fok, majd sin  1, amiből az következik, hogy mikroszkópban az egymástól ~ 0,61 távolságra lévő tárgyak is megtekinthetők. Vizuális megfigyelések esetén (a szem maximális érzékenysége a látható spektrum zöld tartományára esik   550 nm) mikroszkópban ~ 300 nm távolságra lévő tárgyak láthatók.

A (2) kifejezésből következően a mikroszkóp felbontása növelhető a tárgyat megvilágító fény hullámhosszának csökkentésével. Tehát ultraibolya fényben ( ~ 250-300 nm) történő objektumok fényképezésekor a mikroszkóp felbontása megkétszerezhető.