Устройство микроскопа и его поверки

Цель. Познакомить студентов с устройством микроскопа, который используется в лаборатории для микроскопических исследований, и научить их производить основные поверки. Данная работа направлена на формирование компетенции ПК-11 и ОК-9, т.е. подготовить студентов к выбору технических средств для решения общепрофессиональных задач и научить осуществлять контроль за их применением, развить стремление к саморазвитию и повышению своей квалификации и мастерства.

Организационная форма занятия. Интерактивная форма проведения занятия – презентация.

Указания по технике безопасности смотреть в приложении 1.

Методические рекомендации

Теоретическое обоснование. По способу распространения свет может быть естественным и поляризованным.

Естественным называется свет, который удовлетворяет трем условиям:

1) В каждый данный момент времени направления колебаний в разных точках луча различны;

2) В каждой данной точке луча направления колебаний в разные моменты времени различны;

3) Амплитуды колебаний, направленных в разные стороны в естественном луче, в среднем равны.

Естественным считается свет, который исходит от солнца и других раскаленных тел.

Поляризованным называется свет, амплитуды колебаний которого по разным направлениям различны. В кристаллооптике используется линейно поляризованный свет, в котором все колебания совершаются в одном направлении, тогда как по другим направлениям они равны нулю.

Наиболее часто используются поляризационные микроскопы марок МП-3 и МИН-10, описание которых приводится ниже. Другие марки микроскопов встречаются реже, но по своей конструкции близки либо к МП-3 (МП-2, МИН-4, МИН-5), либо к МИН-10 (МИН-8). Имеющиеся различия в конструкции этих микроскопов существенно не влияют на методику работы и, как правило, легко осваиваются.

Поляризационный микроскоп МП-3 состоит из штатива I, осветительной системы II, столика III и тубуса IV. (рис. 1).

Штатив делится на две части: нижнюю (H) – массивную, неподвижную и верхнюю (B) – подвижную, на которой смонтированы все другие устройства микроскопов. Меняя угол наклона верхней части штатива относительно нижней можно установить микроскоп в удобное для исследователя положение и закрепить его при помощи стопорного винта.

Осветительная система (II) состоит из конденсора, поляризатора и зеркала.

Конденсор состоит из двух линз. Верхняя линза съемная – линза Лазо (L), применяется для получения сходящегося пучка световых лучей. При определении всех оптических констант минералов, за исключением осности и оптического знака, линза Лазо не используется и выводится из оптической системы микроскопа с помощью специального рычага 1, расположенного под столиком слева.

Нижняя линза конденсора располагается над поляризатором и направляет поток параллельных световых лучей на исследуемый объект.

Если колебания световых волн совершаются только в одной определенной плоскости, такой свет называется плоскополяризованным, или просто поляризованным.

Важнейшим свойством оптически анизотропной среды является способность поляризовать свет – разлагать естественный свет на две волны (обе плоскополяризованные), электромагнитные колебания которых совершаются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с различными скоростями и, следовательно, с различными показателями преломления. Это явление называется двойным лучепреломлением или двупреломлением.

Используя явление двупреломления, можно преобразовать свет естественный в плоскополяризованный. Для этого используется поляризатор (P) (призма Николя), который представляет собой кристалл исландского шпата, распиленный под определенным углом и склеенный канадским бальзамом.

Естественный световой луч (колеблется во всех направлениях), войдя в анизотропный кристалл исландского шпата, разлагается на два луча, плоскополяризованных, колеблющихся во взаимно перпендикулярных направлениях с разными показателями преломления (рис. 2).

Один луч (колеблется в направлении, показанном точками, т.е. перпендикулярно к плоскости чертежа) преломляется и на границе с канадским бальзамом испытывает полное внутреннее отражение и гасится футляром николя.

Второй луч не испытывает преломления, свободно пересекает границу раздела сред и выходит из николя плоскополяризованным (направление колебания показано стрелками).

Скорость распространения света зависит от оптической плотности среды. При переходе света из одной среды в другую на границе раздела сред происходит изменение скорости света, что вызывает эффект преломления света.

Отношение скоростей света в воздухе (или пустоте) к скорости света в данной среде называется показателем преломления данной среды.

Над поляризатором располагается диафрагма, которая с помощью рычажка регулирует освещенность исследуемого предмета.

Зеркало (S) двустороннее, плосковогнутое, вращается вокруг двух осей. В большинстве случаев, особенно когда работают с осветителем, рекомендуется пользоваться вогнутым зеркалом. Отражаясь от зеркала, световые лучи попадают в поляризатор.

Вся осветительная система поднимается и опускается с помощью винта, расположенного под столиком микроскопа вертикально (S1).

Вращающийся столик III имеет лимб с градусными делениями и два нониуса для отсчета угла поворота с точностью до десятых долей градуса.

На столике с помощью "пружин-лапок" 2 укрепляется объект исследования – шлиф, представляющий собой плоскопараллельный срез горной породы или минерала толщиной 0,03 мм, помещенный между двумя стеклами – предметным и покровным. Пластинка горной породы или минерала склеивается со стеклами смолой пихты или канадской сосны (канадский бальзам). Канадский бальзам – это вещество с постоянным и известным показателем преломления (n = 1,537 или 1,54), бесцветное, прозрачное и обладающее способностью долго не раскристаллизовываться.

Шлиф устанавливается на столике покровным стеклом вверх.

Тубус IV. В нижней его части с помощью щипцевого зажима 3 укрепляется объектив (Ob).

Микроскоп МП-3 снабжен набором объективов. Наиболее часто при петрографических исследованиях пользуются объективами, имеющими увеличение:

1) 3,7-кратное – для изучения структурных особенностей породы;

2) 8-кратное – при определении большей части оптических констант и для изучения морфологии минералов;

3) 20-кратное – для тех же целей, что и 8-кратное, при изучении мелкокристаллических пород;

4) 60-кратное – при определении осности и знака минерала в сходящемся пучке световых лучей.

На оправе каждого объектива располагаются два центрировочных винта и фиксирующий штифт для правильного закрепления объектива в щипцовом устройстве.

Для установки объектива пальцами левой руки сжимают пружину щипцового устройства, а в правую руку берут объектив и надевают его на кольцеобразный выступ тубуса микроскопа, затем поворачивают объектив против часовой стрелки так, чтобы фиксирующий штифт вошел в прорезь зажима, и после этого отпускают пружину.

Над объективом в тубусе микроскопа вмонтирована подвижная колодка с анализатором (A) – второе поляризующее устройство, аналогичное поляризатору. Некоторые оптические константы минералов определяются с выключенным анализатором.

В верхней части тубуса располагается подвижная планка с линзой Бертрана (B), которая применяется при исследовании минералов в сходящемся пучке световых лучей. При определении констант в параллельном свете линзу Бертрана выключают.

Сверху в тубус микроскопа вставляют окуляр (Ok).

В специальном штативе располагается набор окуляров, имеющих 6-, 8-, 12,5- (или 17,5)- кратное увеличение.

В окуляре с 6-кратным увеличением имеется микрометрическая линейка, которая используется для измерения размеров микрообъектов. Цена минимального деления этой линейки с объективом 8-кратного увеличения равна 0,02 мм. В окулярах с 8- и 12,5- кратным увеличением имеются две тонкие взаимно перпендикулярные нити, пересекающиеся в центре поля зрения.

Общее увеличение микроскопа равно произведению чисел, показывающих увеличение установленных объектива и окуляра.

Поляризационный микроскоп марки МИН-10 несколько отличается по конструкции от МП-3. Особенности устройства МИН-10 таковы:

1) штатив I неподвижен и состоит из одной (а не двух) частей;

2) предметный столик III расположен горизонтально;

3) линза Бертрана вводится в оптическую систему микроскопа с помощью поворотного рычажка, расположенного в верхней части тубуса;

4) поляризующие устройства – полярницы, а не призмы Николя.

Вместо двустороннего зеркала в МИН-10 для освещения можно использовать специальный осветитель, который укрепляется в нижней части осветительной системы (в МИН-8 зеркало вообще отсутствует, его заменяет встроенный осветитель).

Микроскоп МИН-10 оснащен сменными объективами с 3,5-, 9-, 20-, 60-кратным увеличением, которые применяются для тех же целей, что и в МП-3, и двумя окулярами: с 5-кратным увеличением, имеющим микрометренную линейку, и 8-кратным с двумя взаимно перпендикулярными нитями [1].

Аппаратура, оборудование и материалы. Микроскоп, набор объективов и окуляров, набор шлифов.

Порядок выполнения работы

1. Подготовить микроскоп к работе.

1.1. Поставить микроскоп штативом к себе, придав ему необходимый угол наклона.

1.2. Поднять до предела осветительную систему.

1.3. Открыть диафрагму.

1.4. Выключить линзу Лазо, анализатор и линзу Бертрана.

1.5. Установить объектив и окуляр 8-кратного увеличения.

1.6. Поворачивая зеркало, добиться наиболее яркой и равномерной освещенности поля зрения.

1.7. Установить на столике шлиф и осторожно навести на фокус (лучше это делать, поднимая тубус); для фокусировки тубус микроскопа поднимается и опускается с помощью двух пар винтов: верхняя пара (4) служит для грубой фокусировки, нижняя пара (5) микрометренных винтов – для точной фокусировки.

2. Произвести основные поверки микроскопа.

2.1. Поверка скрещенности николей. В поляризационном микроскопе имеются два николя – поляризатор и анализатор, которые должны быть установлены так, чтобы плоскости колебания лучей света, проходящих через них, были расположены взаимно перпендикулярно. Такое положение николей называют скрещенным.

В этом случае при включении анализатора (без установленного на столике шлифа) лучи света не попадают в глаз наблюдателя, и поле зрения в окуляре будет темным, это означает, что николи скрещены. Если поле зрения остается светлым при введенном анализаторе, то николи не скрещены. В этом случае необходимо повернуть поляризатор до максимального затемнения поля зрения.

2.2. Поверка положения нитей окуляра. Нити окуляра должны располагаться параллельно плоскостям поляризации николей, причем плоскость поляризации одного из николей (чаще поляризатора) совпадает с плоскостью симметрии микроскопа. Таким образом, окуляры должны быть установлены так, чтобы одна из их нитей совпадала с плоскостью симметрии микроскопа (ее обычно называют вертикальной, а перпендикулярную к ней нить – горизонтальной). При определении некоторых оптических констант минералов необходимо совершенно точно совместить нити окуляра с положением плоскостей поляризации николей.

Для установки нитей окуляра параллельно плоскостям колебаний поляризатора и анализатора необходимо поступить следующим образом:

a) анализатор выключить и в точку пересечения нитей окуляра поместить зерно биотита с хорошо выраженными трещинами спайности;

b) затем столик микроскопа повернуть до момента наиболее темной окраски биотита. В таком положении одна из нитей окуляра должна быть параллельна его спайности;

c) если этого не наблюдается, то следует повернуть окуляр так, чтобы нить совпадала с направлением трещин спайности. В тубусе микроскопа имеется прорезь для фиксации правильного положения окуляра.

2.3. Центрировка объектива. До начала проведения кристалооптических исследований следует отцентрировать объектив, т.е. совместить его оптическую ось с осью вращения предметного столика.

Оптическая ось микроскопа проходит через центр поля зрения, расположенный в точке пересечения нитей окуляра.

Если микроскоп отцентрирован, то зерно, поставленное в точку пересечения нитей окуляра, при вращении столика микроскопа не перемещается и остается в центре поля зрения. При центрировке микроскопа возможны два случая:

2.3.1. Зерно, поставленное в центр поля зрения, не уходит за его пределы при повороте столика микроскопа на 360⁰.

В этом случае для центрировки поставьте в точку пересечения нитей зерно небольшого размера (рис. 3). Шлиф двигайте руками. Затем, поворачивая столик микроскопа примерно на 180⁰, переместите зерно в точку 2. Из этого положения вращением двух центрировочных ключей, одетых на центрировочные винты объектива, добейтесь того, чтобы зерно переместилось на половину расстояния к центру (точка 3).

Далее, двигая шлиф руками, снова поставьте зерно в точку пересечения нитей окуляра (точка 1). Поворачивая столик микроскопа, наблюдайте за зерном. Если оно уходит из точки пересечения нитей, то центрировку продолжайте, повторяя указанные выше операции.

2.3.2. Зерно при повороте столика микроскопа исчезает из поля зрения (рис. 3Б).

В этом случае для центрировки микроскопа поступайте следующим образом:

a) переместите зерно в точку пересечения нитей окуляра и, поворачивая предметный столик микроскопа то в одну, то в другую сторону, мысленно наметьте окружность, какую описало бы зерно при полном повороте, и направление, на котором располагался бы центр этой окружности (рис. 3 Б);

b) одновременным вращением обоих центрировочных винтов совместите центр намеченной окружности с точкой пересечения нитей окуляра;

c) перемещая шлиф рукой, передвиньте зерно в точку 1;

d) поворачивая столик, наблюдайте за зерном и, если оно не уходит из точки пересечения нитей, объектив считается отцентрированным.

Если эксцентриситет сохранился – центрировку продолжайте одним из описанных способов [1].

Содержание отчета, форма и правила оформления отчета о выполненной работе. В отчете следует отразить цель работы, привести описание микроскопа МП-3. Описать методику проведения поверок микроскопа и результаты поверок.

При защите работы студент должен представить отчет и ответить на вопросы, предложенные преподавателем.

Вопросы для защиты

1. Устройство призмы Николя.

2. Зарисуйте ход лучей в призме Николя.

3. Назначение объективов и окуляров.

4. Сколько призм Николя в микроскопе, как они называются и их назначение?

5. Перечислите основные поверки микроскопа.

6. Какое положение николей называется скрещенным?

7. Как проводят центрировку микроскопа?

8. Почему микроскоп называется «поляризационным»?

9. Как происходит превращение естественного света в плоскополяризованный?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Дата добавления: 2014-10-08; просмотров: 1713; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!