1、l顯微鏡的發(fā)展l顯微鏡的光學(xué)原理l顯微鏡的幾個(gè)基本概念l顯微鏡的結(jié)構(gòu)l顯微鏡的使用l顯微鏡的維護(hù)l人眼：0.2mml光學(xué)顯微鏡：0.2uml電子顯微鏡：0.2nm1.1 人眼：人眼觀察物體的能力是有限的。一般的情況下，在25cm的明視距離內(nèi)，人眼只能分辨相距0.1-0.2mm的兩個(gè)物體。也就是說(shuō)，當(dāng)兩個(gè)物體相距不到0.1mm的時(shí)候，人眼就會(huì)把它們看成是一個(gè)物體了。這個(gè)極限便稱為人眼的分辨本領(lǐng)。 1.2 放大鏡：約在四百年前眼鏡片工匠們開始磨制放大鏡。當(dāng)時(shí)的放大鏡的放大倍數(shù)只有35x 1.3 顯微鏡： 1590年，荷蘭和意大利的眼鏡制造者造出類似顯微鏡的放大儀器。 16731677年期間，列文胡

2、克制成單組元放大鏡式的高倍顯微鏡 19世紀(jì)70年代，德國(guó)人阿貝奠定了顯微鏡成像的古典理論基礎(chǔ)。 1850年出現(xiàn)了偏光顯微術(shù)； 1893年出現(xiàn)了干涉顯微術(shù)； 1935年荷蘭物理學(xué)家澤爾尼克創(chuàng)造了相襯顯微術(shù)， 1665）放大倍數(shù)：放大倍數(shù)：140倍倍 列文虎克和他的顯微鏡（約1680）2.1折射和折射率 光線在均勻的各向同性介質(zhì)中，兩點(diǎn)之間以直線傳播，當(dāng)通過(guò)不同密度介質(zhì)的透明物體時(shí)，則發(fā)生折射現(xiàn)象，這是由于光在不同介質(zhì)的傳播速度不同造成的。 2.2凸透鏡的五種成象規(guī)律(1) 當(dāng)物體位于透鏡物方二倍焦距以外時(shí)，則在象方二倍焦距以內(nèi)、焦點(diǎn)以外形成縮小的倒立實(shí)象； (2) 當(dāng)物體位于透鏡物方二倍焦距上時(shí)

3、，則在象方二倍焦距上形成同樣大小的倒立實(shí)象； (3) 當(dāng)物體位于透鏡物方二倍焦距以內(nèi)，焦點(diǎn)以外時(shí)，則在象方二倍焦距以外形成放大的倒立實(shí)象； (4) 當(dāng)物體位于透鏡物方焦點(diǎn)上時(shí)，則象方不能成象； (5) 當(dāng)物體位于透鏡物方焦點(diǎn)以內(nèi)時(shí)，則象方也無(wú)象的形成，而在透鏡物方的同側(cè)比物體遠(yuǎn)的位置形成放大的直立虛象。2.3顯微鏡的成像原理 顯微鏡和放大鏡起著同樣的作用，就是把近處的微小物體成一放大的像，以供人眼觀察。只是顯微鏡比放大鏡可以具有更高的放大率而已。 物體位于物鏡前方，離開物鏡的距離大于物鏡的焦距，但小于兩倍物鏡焦距。所以，它經(jīng)物鏡以后，必然形成一個(gè)倒立的放大的實(shí)像AB。 AB靠近F2的位置上。再

4、經(jīng)目鏡放大為虛像AB后供眼睛觀察。目鏡的作用與放大鏡一樣。所不同的只是眼睛通過(guò)目鏡所看到的不是物體本身，而是物體被物鏡所成的已經(jīng)放大了一次的像。 ABABAB1L2L觀察者顯微鏡光路示意圖顯微鏡光路示意圖3.1 光源：能發(fā)射光波的物體。 可見(jiàn)光頻率范圍：7.51014 - 3.91014 Hz。 真空中對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍：390nm 760nm 相應(yīng)光色：紫、藍(lán)、青、綠、黃、橙、紅3.2分辨率(鑒別距離)：顯微鏡能分辨的最小距離，用D表示。顯微鏡的鑒別距離越小，分辨率越高。 D=0.61/ nsin D：分辨率 :光波的波長(zhǎng) n:介質(zhì)折射率 :物鏡鏡口角 普通光線的波長(zhǎng)為400700nm，因此顯微

5、鏡分辨力數(shù)值0.2m左右，人眼的在明視距離分辨力是0.2mm，所以一般顯微鏡設(shè)計(jì)的最大放大倍數(shù)通常為1000X.介質(zhì)空氣水香柏油溴萘折射率11.331.5151.663.3孔徑角：由標(biāo)本上一點(diǎn)發(fā)出的進(jìn)入物鏡最邊緣光線L和進(jìn)入物鏡中心光線OA之間的夾角稱為孔徑角。3.4數(shù)值孔徑：令NA = nsin , 叫物鏡的數(shù)值孔徑。 數(shù)值孔徑與顯微鏡的分辨率有密切關(guān)系，越短，NA越大，分辨率越高。3.5放大率 在顯微鏡下所看到的物像和實(shí)際物體之間的大小比例叫顯微鏡的放大率或放大倍數(shù)。顯微鏡下物像的放大主要由物鏡、鏡筒長(zhǎng)度、目鏡所決定。適合的放大倍數(shù)決定于物鏡的數(shù)值孔徑，一船應(yīng)為數(shù)值孔徑的5001000倍。

6、色差色差:光的波長(zhǎng)不同 ，所以在通過(guò)透鏡時(shí)的折射率也不同，這樣物方一個(gè)點(diǎn)，在像方則可能形成一個(gè)色斑。光學(xué)系統(tǒng)最主要的功能就是消色差.單色光不產(chǎn)生色差。3.6透鏡像差球差球差：球差是軸上點(diǎn)的單色相差，是由于透鏡的球形表面造成的。球差造成的結(jié)果是，一個(gè)點(diǎn)成像后，不再是個(gè)亮點(diǎn)，而是一個(gè)中間亮邊緣逐漸模糊的亮斑，從而影響成像質(zhì)量。 像散像散：由于發(fā)光物點(diǎn)不在光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，它所發(fā)出的光束與光軸有一傾斜角。該光束經(jīng)透鏡折射后，光束不能聚焦于一點(diǎn)，成像不清晰，故產(chǎn)生像散像散。 明晰明晰圓圓弧矢弧矢焦線焦線子午子午焦線焦線3.7焦點(diǎn)深度 在顯微鏡的光軸上有一段距離范圍內(nèi)物體被看得清晰。超出這段距離的物體就

7、模糊不清。這段距離位于顯微鏡焦點(diǎn)的上下很小的范圍之內(nèi)。這段距離的上下限叫焦點(diǎn)深度。3.8視場(chǎng)數(shù) 觀察顯微鏡時(shí)，所看到的明亮的圓形范圍叫視場(chǎng) 。 視場(chǎng)直徑也稱視場(chǎng)寬度，是指在顯微鏡下看到的圓形視場(chǎng)內(nèi)所能容納被檢物體的實(shí)際范圍。視場(chǎng)直徑愈大，愈便于觀察。 蔡司視場(chǎng)數(shù)是23mm ，用100X的物鏡，其視場(chǎng)數(shù)是23mm/1000.23mm，就是說(shuō)把一個(gè)0.23mm的線段放在顯微鏡下觀察，線段兩端正好在視野邊緣。 顯微鏡的總放大率小的時(shí)候所能看到的標(biāo)本的范圍大，而總放大率愈大所能看到的標(biāo)本的局部愈小。所以說(shuō)視野與顯微鏡的總放大率成反比。 3.9工作距離 工作距離也叫物距，即指物鏡前透鏡的表面到被檢物體之

8、間的距離。鏡檢時(shí)，被檢物體應(yīng)處在物鏡的一倍至二倍焦距之間。因此，它與焦距是兩個(gè)概念，平時(shí)習(xí)慣所說(shuō)的調(diào)焦，實(shí)際上是調(diào)節(jié)工作距離。 在物鏡數(shù)值孔徑一定的情況下，工作距離短孔徑角則大。數(shù)值孔徑大的高倍物鏡，其工作距離小。l顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)也包括蓋玻片在內(nèi)。對(duì)蓋玻片厚度有一定的要求。國(guó)際上規(guī)定，蓋玻片的標(biāo)準(zhǔn)厚度為0.17mm，許可范圍在0.16-0.18mm，在物鏡的制造上已將此厚度范圍的相差計(jì)算在內(nèi)。物鏡外殼上標(biāo)的0.17，即表明該物鏡所要求的蓋玻片的厚度。（1 1）增大物鏡的數(shù)值孔徑增大物鏡的數(shù)值孔徑在物鏡和蓋玻片之間充以在物鏡和蓋玻片之間充以n 較大的油，如香柏油較大的油，如香柏油n =1.52

9、,=1.52,不僅使不僅使n 增大，而且孔徑角增大，而且孔徑角 也增大。也增大。（2 2）用短波長(zhǎng)的光照射用短波長(zhǎng)的光照射如紫外光顯微鏡，電子顯微鏡。如紫外光顯微鏡，電子顯微鏡。 組成光學(xué)放大系統(tǒng)照明系統(tǒng)機(jī)械和支架系統(tǒng)物鏡光源折光鏡聚光鏡濾光片目鏡 4.1 物鏡 物鏡是光學(xué)顯微鏡成像系統(tǒng)中決定其分辨率或叫分辨本領(lǐng)的最關(guān)鍵部件。 (1)消色差物鏡 色差校正使可見(jiàn)光中紅光和藍(lán)光聚焦于一點(diǎn)，而黃綠光則聚焦于另一點(diǎn)。能夠消除光譜中紅光和藍(lán)光所形成的色差。這種物鏡與目鏡配用時(shí)可達(dá)到消色差物鏡所要求的光學(xué)性能。 (2)復(fù)消色差物鏡 能消除可視光中黃、紅、藍(lán)即包括幾乎所有譜線在成像過(guò)程中所造成的色差，是性能

10、最高的物鏡。 (3)平象物鏡 它們所成的影象基本上是平的，對(duì)目視觀察及顯微攝影都極為方便，在同樣放大倍數(shù)下它成的影象比用一般物鏡要大一點(diǎn)。在平象物鏡的金屬外框上，刻有Flanachr、 planapo、 plan 等字樣。4.2目鏡 目鏡的作用是把物鏡放大的實(shí)象再放大一級(jí)，并把物象映入觀察者的眼中，實(shí)質(zhì)上目鏡就是一個(gè)放大鏡。顯微鏡的分辨率能力是由物鏡的數(shù)值孔徑所決定的，而目鏡只是起放大作用。對(duì)于物鏡不能分辨出的結(jié)構(gòu)，目鏡放的再大，也仍然不能分辨出。4.3聚光鏡 聚光鏡裝在載物臺(tái)的下方。小型的顯微鏡往往無(wú)聚光鏡，在使用數(shù)值孔徑0.40以上的物鏡時(shí)，則必須具有聚光鏡。聚光鏡不僅可以彌補(bǔ)光量的不足和

11、適當(dāng)改變從光源射來(lái)的光的性質(zhì)，而且將光線聚焦于被檢物體上，以得到最好的照明效果。l實(shí)驗(yàn)時(shí)要把顯微鏡放在座前桌面上稍偏左的位置，鏡座應(yīng)距桌沿 67 cm左右。l打開光源開關(guān)，調(diào)節(jié)光強(qiáng)到合適大小。l轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡轉(zhuǎn)換器，使低倍鏡頭正對(duì)載物臺(tái)上的通光孔。l 將所要觀察的玻片放在載物臺(tái)上，使玻片中被觀察的部分位于通光孔的正中央。l先用低倍鏡觀察（4X）。觀察之前，先轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)調(diào)焦手輪，使載物臺(tái)上升，物鏡逐漸接近玻片。需要注意，不能使物鏡觸及玻片，然后，通過(guò)目鏡觀察，并轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)焦手輪，使載物臺(tái)慢慢下降，直到看清物像。l如果像偏離視野，可慢慢調(diào)節(jié)載物臺(tái)移動(dòng)手柄。l瞳距調(diào)節(jié)：左右推拉目鏡，使兩目鏡距離與自己兩眼距離

12、相等。l屈光度調(diào)節(jié)l高倍物鏡觀察：把物像中需要放大觀察的部分移至視野中央。將高倍物鏡轉(zhuǎn)入光路（一般具有正常功能的顯微鏡，低倍物鏡和高倍物鏡基本齊焦，在用低倍物鏡觀察清晰時(shí)，換高倍物鏡應(yīng)可以見(jiàn)到物像，但物像不一定很清晰），微動(dòng)調(diào)焦手輪進(jìn)行調(diào)節(jié)。l根據(jù)需要調(diào)節(jié)孔徑光闌的大小或聚光器的高低，使光線符合要求（一般將低倍物鏡換成高倍物鏡觀察時(shí)，視野要稍變暗一些，所以需要調(diào)節(jié)光線強(qiáng)弱）。l觀察完畢，應(yīng)先將物鏡鏡頭從通光孔處移開，并檢查物鏡是否沾水沾油，檢查處理完畢后即可裝箱。瞳距調(diào)節(jié)屈光度調(diào)節(jié) 6. 光學(xué)顯微分析在材料科學(xué)中的應(yīng)用光學(xué)顯微分析在材料科學(xué)中的應(yīng)用l光學(xué)顯微分析是利用可見(jiàn)光觀察物體的表面形貌和

13、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，鑒定晶體的光學(xué)性質(zhì)。利用偏光顯微鏡和金相顯微鏡進(jìn)行晶體光學(xué)鑒定，是研究材料的重要方法之一。透明晶體的觀察可利用透射顯微鏡，如偏光顯微鏡。不透明物體只能使用反射式顯微鏡，即金相顯微鏡。（不采用蓋玻片，照明光束從上面照射非透明物體） 偏光顯微鏡的構(gòu)成 透射光顯微鏡（偏光顯微鏡）的應(yīng)用（無(wú)機(jī)材料）研究玻璃材料：鑒定玻璃結(jié)石的種類和成因在陶瓷、水泥、耐火材料中：如陶瓷巖相分析在高分子材料上：高分子結(jié)晶 純純PP PP 未處理（未處理（6 6phrphr） 處理處理(6(6phr) phr) 反光顯微鏡反光顯微鏡在材料科學(xué)中的應(yīng)用（金屬、無(wú)機(jī)非金屬） 水泥熟料的研究研究不透明晶體（薄片厚度在0

14、.03mm時(shí)）的光學(xué)性質(zhì)。反光顯微鏡的構(gòu)造：鏡座、鏡臂、鏡筒、載物臺(tái)、物鏡、目鏡、調(diào)焦手輪、光源、視場(chǎng)光闌、孔徑光闌。垂直照明器構(gòu)成：反射器、前偏光鏡、孔徑光闌、視場(chǎng)光闌等部件組成作用：把從光源來(lái)的入射光通過(guò)物鏡垂直投射到光片表面，再把光片表面反射回來(lái)的光投射到目鏡焦平面內(nèi)。 l合格光片樣品的條件：能代表所要研究的對(duì)象；光片的檢測(cè)面平整光滑；能顯示所要研究的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。l光片的制作的一般過(guò)程： 取樣：鋸、車、刨、砂輪切割；避免局部過(guò)熱或變形鑲嵌：機(jī)械夾持法、塑料鑲嵌法、低熔點(diǎn)鑲嵌法 磨光：去除取樣時(shí)引入樣品表面的損傷 拋光：去除細(xì)磨痕和變形層，以獲得平整無(wú)疵的鏡面（機(jī)械拋光、電解拋光、化學(xué)拋光）浸蝕：清晰顯示材料的內(nèi)部組織，并去除拋光引起的變形層（化學(xué)浸蝕、電解浸蝕、物理蝕刻法） 化學(xué)浸蝕法：除去表面非晶質(zhì)變形層，晶體著色l