3.1. Описание конструкции ПИМ.
Внешний вид ПИМ представлен на рис. 4, основные узлы, составляющие его конструкцию, — на рис. 5. На рис. 6 и 7 показаны регулировочные устройства, обеспечивающие настройку микроскопа и манипуляции в процессе работы.
Рис.4. Внешний вид ПИМ типа BIOLAR
Рассмотрим элементы конструкции ПИМ более подробно
| 1 |
| 2 |
| 3 |
| 5 |
| 7 |
| 6 |
| 4 |
Рис. 5. Основные конструктивные узлы ПИМ:
1─интерференционная головка; 2─конденсор; 3─револьверная головка с гнездами для объективов; 4─вспомогательный микроскоп; 5─объективы; 6─интерференционные фильтры; 7─ измерительный окуляр 12х.
Интерференционная головка содержит три ДПП и анализатор. ДПП размещены на револьверном диске, который может перемещаться поворотом рычага 12 (см. рис. 6). На верхней панели нанесены цифры, соответствующие введению в луч призм № 1, 2, 3, и цифра «0», соответствующая отсутствию ДПП в ходе лучей. В положении «0» ПИМ работает как обычный микроскоп. Призма № 1 обеспечивает исследование дифференциальным методом, № 2 — методом интерференционных полос, № 3 — методом однородного цвета с большим раздвоением изображения.
Рис. 6. Регулировочные устройства ПИМ типа BIOLAR (вид сбоку):
1 ─ оправа анализатора со шкалой; 2 ─ лимб перемещения ДПП вдоль оптической оси; 3 ─ фиксирующий винт конденсора; 4 ─ регулировочные винты конденсора; 5 ─ поляризатор; 6 ─ лимб регулировки диафрагмы поля зрения; 7 ─ рукоятка точной настройки тубуса; 8 ─ рукоятка грубой настройки тубуса; 9 ─ рукоятка перемещения конденсора вдоль оптической оси; 10 ─ рычажок регулировки затенителей; 11 ─ рукоятка перемещения ДПП поперек оптической оси; 12 ─ рычаг переключения режимов работы микроскопа
Перемещение ДПП поперек оптической оси (в горизонтальном направлении) осуществляется поворотом рукоятки 11 (см. рис. 6). Положение ДПП при таком перемещении отсчитывается по шкале микрометрического винта с ценой деления 0,01 мм.
Анализатор заключен в оправу 1 (см. рис. 6) со шкалой отсчета углов поворота вокруг оптической оси. На противоположной стороне шкалы нанесена точка, установка которой против отсчетной отметки означает выключение анализатора из хода лучей (при работе ПИМ как обычного микроскопа).
Рис.7. Регулировочные устройства ПИМ типа BIOLAR,
расположенные под предметным столиком:
1,2 — рукоятки препаратоводителя, позволяющие перемещать предметный столик в двух взаимно перпендикулярных направлениях; 3 — воротки регулировки ширины щели конденсора; 4 — рычажок регулировки затенителей.
Конденсор со щелевой диафрагмой содержит регулировочные воротки 3 (см. рис 7) для изменения ширины щели и рычажки затенителей 10 (см. рис. 6) и 4 (см. рис. 7) для ограничения длины щели.
Вспомогательный микроскоп служит для наблюдения выходного зрачка объектива в процессе настройки. Его окуляр может перемещаться в обойме для наводки изображения на резкость.
Интерференционные фильтры служат для наблюдения в монохроматическом свете (зеленый FI 1546, λ = 546 нм; оранжевый FI 1590, λ = 589 нм).
Измерительный окуляр 12× с микрометрической шкалой служит для отсчета поперечных расстояний в поле зрения.
Поляризатор 5 (см. рис. 6) заключен в оправу со шкалой отсчета углов поворота вокруг оптической оси от 0 до 180 градусов. Знаки на шкале («×» между числами 40-50 и «П» между 130-140) указывают на скрещенное и параллельное положение поляризатора по отношению к анализатору, установленному в положение «45».
Объективы. Используются ахроматические объективы 10×, 20×, 40× и 100×. Два последних объектива являются иммерсионными.
Конденсор с компенсаторами и поляризационно-интерференционные объективы (с красной кольцевой полосой) в данной лабораторной работе не используются.
3.2. Порядок настройки микроскопа перед работой.
ВНИМАНИЕ! Часть регулировок произведена преподавателем заранее, поэтому КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩЕНО трогать не оговоренные в настоящем описании рукоятки и другие регулировочные устройства, равно как и выполнять описанные регулировки в иной последовательности. Нарушение этого указания может привести к выходу микроскопа из строя.
3.2.1. Установка освещения по Кёлеру
Для настройки освещения следует:
а) включить освещение тумблером на блоке питания и установить минимально необходимую яркость свечения лампы, вращая рукоятку реостата на блоке питания. При такой яркости светлое пятно на окошке осветителя (если смотреть сверху на основание микроскопа) едва заметно на темном фоне;
б) рычаг 12 (см. рис 6) переключения ДПП установить в положение «0»;
в) анализатор 1 (рис. 6) отключить, т.е. установить в положение, при котором против указателя в виде белого штриха находится черный штрих на оправе анализатора;
г) взявшись за оправу поляризатора двумя пальцами, аккуратно сдвинуть его на себя поперек оптической оси и снять с конденсора;
д) максимально раздвинуть щеки щелевой диафрагмы поворотом воротков 3 (рис. 7) по ходу часовой стрелки (воротки расположены на конденсоре под предметным столиком, см. рис. 7). Воротки приходится проворачивать на много оборотов, поэтому следует внимательно следить за их положением при повороте, чтобы не повредить винт при достижении упора;
е) затенители максимально раздвинуть перемещением рычажков 4 (рис. 7) и 10 (рис.6) против часовой стрелки (если смотреть сверху).
ВНИМАНИЕ! Положение рычажков затенителей определяется при заглядывании под предметный столик. Не следует путать их с рукоятками самого предметного столика: рычажки затенителей плоские, рукоятки столика круглые, причем других плоских рукояток, кроме рычажков затенителей, у микроскопа нет;
ж) установить в луч объектив 10× или 20× поворотом револьверной головки;
з) поместить на предметный столик какой-либо пробный препарат и установить минимально необходимую для наблюдения препарата яркость свечения лампы, вращая рукоятку реостата на блоке питания. Оперируя сначала рукояткой грубой настройки 8, затем точной настройки 7 (см. рис. 6), навести изображение препарата на резкость, после чего препаратоводителем, вращая рукоятки 1 и 2, вывести его из поля зрения, оставив только фон;
и) конденсор вращением рукоятки 9 (см. рис 6) установить в положение, при котором видно максимально резкое изображение диафрагмы поля зрения как светлого многоугольника на темном фоне.
ВНИМАНИЕ! Перемещать конденсор осторожно, чтобы не упереться в предметное стекло или объектив микроскопа.
к) вращая регулировочный лимб 6 (см. рис.6) в основании микроскопа, максимально уменьшить отверстие диафрагмы поля зрения (что легко контролируется по свечению окошечка на основании микроскопа, которое становится почти незаметным. Вывести изображение диафрагмы регулировочными винтами 4 (рис. 6) в центр поля зрения);
л) поворотом лимба 6 (рис. 6) расширить диафрагму поля зрения так, чтобы она заняла почти всё поле зрения (осталось только узкое темное кольцо по краям). Произвести дополнительную центровку диафрагмы винтами 4, если это необходимо (наблюдаемое темное кольцо не вполне концентрично с круглым полем зрения). Затем ещё немного расширить диафрагму так, чтобы всё круглое поле зрения стало светлым (но не больше);
м) вместо правого окуляра (вынимается свободно) вставить вспомогательный микроскоп;
н) настроить вспомогательный микроскоп перемещением окуляра (придерживая объектив, чтобы не смещался весь вспомогательный микроскоп) на резкое изображение выходного зрачка объектива в виде светлого кружка на темном фоне.
ВНИМАНИЕ! В центре поля зрения после настройки вспомогательного микроскопа появляется изображение нити накала лампы осветителя в виде не очень резких светящихся полос. Положение осветителя выставлено преподавателем заранее, и его патрон трогать не следует, чтобы не нарушить уже проведённые настройки;
о) вращая воротки 3 конденсора (рис. 7), установить щеки щелевой диафрагмы симметрично по отношению к центру поля зрения вспомогательного микроскопа так, как если бы они находились при наблюдении с расстояния наилучшего зрения без всякой оптической системы на 2-3 мм друг от друга;
п) установить поляризатор на место, вдвинув его по направляющим до щелчка (это необходимо делать плавно и осторожно, чтобы не нарушить настройку диафрагмы поля зрения. Нарушение этой настройки заставит повторить все предыдущие операции!);
р) вращением оправы 1 анализатор установить на значение «45», а поляризатор 9 — на значение «× ». При правильной настройке это означает скрещенность поляризатора и анализатора, что соответствует максимальному контрасту интерференционных полос. Правильность настройки лучше всего проверять визуально, максимально увеличив яркость освещения и поворачивая анализатор около положения «45» до максимального затемнения поля зрения в левом окуляре.
Дальнейшие регулировки производятся в зависимости от выбранного метода наблюдения.
3.2.2. Работа при дифференциальном методе наблюдения.
Для исследования микрообъектов дифференциальным методом необходимо:
а) установить рычаг 12 (см. рис.6) в положение «1»;
б) поворачивая воротки 3 (рис. 7), сузить щель до видимой величины примерно 1 мм (см. п. 3.2.1, о) и установить ее в середине выходного зрачка объектива, наблюдаемого через вспомогательный микроскоп. В щели наблюдается картина цветных полос, причем цвета сменяются при повороте микровинтовой рукоятки 11 (рис.6). Установив в середине щели нулевую (темную) полосу, проверить параллельность щели и системы полос. Если наблюдается непараллельность, следует подрегулировать конденсор, поворачивая его за воротки 3 (рис. 7) вокруг оптической оси после небольшого ослабления фиксирующего винта 3 (рис. 6).
ВНИМАНИЕ! Винт 3 следует лишь немного ослабить, не допуская свободного перемещения конденсора. Если ослабление винта окажется слишком большим, возможно как выпадение конденсора из держателя, так и полная расстройка освещения, в результате чего всю настройку придется начинать сначала. После точной установки конденсора винт следует немедленно затянуть. Недопустима перетяжка винта, равно как и слишком большое его ослабление: диаметр винта мал, и излишнее усилие при затяжке может привести к его излому;
в) установить ширину щели так, чтобы в ней наблюдался однородный цвет. Первая полоса характерного насыщенного цвета при отстройке от темной нулевой полосы с помощью рукоятки 11 (рис. 6) имеет пурпурную окраску. Установив против щели пурпурную полосу, ограничить длину щели затенителями 4 (рис. 7) и 10 (рис. 6) до такой величины, чтобы изображение выделяемой полосы не было длиннее диаметра выходного зрачка объектива;
г) посмотреть в левый окуляр микроскопа. Если настройка щели правильна, то наблюдаемое поле зрения должно быть однородно окрашено в пурпурный цвет. Если однородность окраски поля зрения не имеет места (по краям примешиваются другие цвета), то следует повернуть лимб 2 (рис. 6) в каком-либо направлении до достижения однородности окраски. Поворачивать лимб 2 следует предельно плавно, чтобы не вызвать смещения ДПП поперек оптической оси (в этом случае картина полос неконтролируемо смещается, и пурпурный цвет исчезает). Если это все же произошло, следует снова посмотреть в правый окуляр и вернуть пурпурную полосу в щель с помощью рукоятки 11 (рис. 6). Поворот лимба 2 по часовой стрелке вызывает перемещение ДПП вверх, против часовой стрелки — вниз;
д) с помощью ручек 1 и 2 (рис. 7) препаратоводителя ввести препарат в поле зрения объектива, выбрать исследуемый фрагмент и скорректировать наводку на резкость рукоятками точной настройки 7 (рис.6);
е) вынуть вспомогательный микроскоп и вставить на его место правый окуляр. Подстроить окулярные трубки тубуса, раздвигая либо сдвигая их в соответствии с расстоянием между зрачками оператора до максимального стереоэффекта (оба наблюдаемых изображения сливаются в одно). Скорректировать резкость изображения с помощью диоптрийного устройства, поворачивая кольцо на правом окуляре. При этом смена объективов посредством поворота револьверной головки может потребовать дополнительной наводки на резкость рукояткой точной настройки 7 (рис. 6).
ВНИМАНИЕ! Смена объектива поворотом револьверной головки должна проводиться предельно аккуратно и осторожно, поскольку рабочее положение объективов с большим увеличением (40 × и особенно 100 ×) характеризуется очень малым расстоянием от фронтальной поверхности объектива до покровного стекла. Если поворачивать револьверную головку небрежно, то можно раздавить или сместить покровное стекло и тем самым ликвидировать всю процедуру микроисследования.
После настройки на резкость следует отрегулировать яркость свечения лампы осветителя до достижения наилучшей видимости деталей микрообъекта.
Микроскоп готов к работе. После проведенной настройки он установлен на пурпурный фон. Поворачивая рукоятку 11 (рис. 6), можно выбрать для фона любой интерференционный цвет. Для сравнения с изображением микрообъекта, получаемым в обычном микроскопе, можно временно выключить анализатор и переключить рычаг 12 (рис. 6) в положение «0».
3.2.3. Работа при наблюдении методом интерференционных полос.
Для исследования методом интерференционных полос требуется:
а) после установки освещения перевести рычаг 12 (рис. 6) в положение «2»;
б) аналогично предыдущему случаю вывести препарат из поля зрения объектива (см. п. 3.2.2, б);
в) скрестить поляризатор и анализатор (см. п. 3.2.2, в);
г) сузить щель диафрагмы воротками 3 (рис. 7) до такой степени, чтобы наблюдаемое во вспомогательном микроскопе ее изображение представляло четко разделенный дублет (двойную линию). Наблюдаемый дублет должен располагаться в середине выходного зрачка объектива;
д) посмотреть в левый окуляр микроскопа и убедиться в наличии в поле зрения системы параллельных цветных интерференционных полос. Если контраст полос мал, то возможно увеличение контраста полос при небольшой подстройке анализатора и изменении ширины щели. Видимость полос можно улучшить, максимально увеличив яркость осветительной лампы реостатом блока питания. Поворачивая рукоятку 11 (рис. 6), можно перемещать всю систему полос в поле зрения. Поворачивая лимб 2 (рис. 6), можно менять ширину полосы. Рекомендуется проводить измерения при максимальной ширине полос (самое нижнее положение ДПП). Убедившись в достижении оптимальной настройки, вынуть вспомогательный микроскоп и вставить на его место правый окуляр. Произвести индивидуальную настройку под оператора аналогично п. 3.2.1, р.
Микроскоп готов к работе. При смене объективов может понадобиться подстройка ширины щели воротками 3 (рис. 7), отверстия диафрагмы поля зрения лимбом 6 (рис. 6), центровки конденсора рукоятками 4 (рис. 6).
Наблюдаемая при описанной настройке система полос имеет четко выраженную зависимость контраста полос от порядка интерференции (чем дальше полосы от нулевой темной полосы, тем ниже контраст). Это связано с немонохроматичностью источника света. Если на пути света поместить интерференционный фильтр (зеленый FI 1546 либо оранжевый FI 1590), то система полос заполняет всё поле зрения, причем контраст почти не зависит от порядка интерференции (при хорошей настройке нулевую полосу выделить всё же можно, но на результат измерений изменение контраста полос с ростом порядка практически не влияет).
При изменении увеличения (смене объективов поворотом револьверной головки) необходима дополнительная подстройка ширины щели, поскольку при бόльшем увеличении условие наблюдения интерференционной картины реализуется при бόльшей ширине щели. Это обстоятельство весьма существенно именно при работе в данном режиме измерения, поскольку потери света в методе интерференционных полос максимальны.
3.2.4. Калибровка окулярной шкалы.
Вместо одного из окуляров (лучше левого, не содержащего диоптрийной наводки) вставить измерительный окуляр 12Х и настроить его на резкость, поворачивая глазную линзу. В поле зрения должно быть максимально чёткое изображение шкалы окуляра. Затем на место препарата поместить микрометрическую плитку с эталонной шкалой, цена деления которой 0,01 мм. Наведя шкалу плитки на резкость рукоятками 8 и 7 (рис. 6), совместить изображения обеих шкал. Это даст возможность определить цену деления окулярной шкалы для данного объектива. Результаты калибровки занести в таблицу с указанием точности определения цены деления (сравнить с табл. 1).
3.2.5. Калибровка ДПП при определении межполосного расстояния.
Этот вид калибровки проводится для каждого из выбранных методов исследования отдельно, поскольку используются различные ДПП.
Калибровка ДПП для дифференциальной призмы (№ 1):
а) настроить ДПП на пурпурный фон (установить пурпурный цвет в центре щели, наблюдаемой во вспомогательный микроскоп) и отметить отсчет на шкале микровинта рукоятки 11 (рис. 6);
б) перестроить ДПП на следующее появление пурпурного фона, поворачивая рукоятку 11 (рис. 6) в том же направлении от нулевой полосы и повторно отметить отсчет на шкале микровинта. Модуль разности отсчетов (а) и (б) представляет межполосное расстояние h. Цена деления шкалы микровинта 0,01 мм.
Точность калибровки ДПП может быть повышена как за счет уменьшения ширины щели (но в этом случае сильно падает видимая яркость изображения полосы в щели и затрудняется визуальная идентификация цвета), так и за счет увеличения числа отсчетов (берется отсчет при настройке на пурпурный цвет как в одну, так и в другую сторону от нулевой полосы, причем измерение можно многократно повторить). Среднее значение в выбранной серии отсчетов дает величину межполосного расстояния с точностью, необходимой для анализа наблюдаемого микрообъекта. В ходе выполнения лабораторной работы рекомендуется проделать калибровку по серии из 10 отсчетов (по 5 с каждой стороны от нулевой полосы). Результаты калибровки занести в таблицу и сравнить с приведёнными в табл. 2).
Калибровка ДПП для призмы с интерференционными полосами (№ 2).
а) поворотом лимба 2 (рис. 6) переместить ДПП в крайнее нижнее положение;
б) наблюдая полосы через измерительный окуляр 12Х, установить перемещением системы полос посредством рукоятки 11 (рис. 6) середину интерференционной полосы на произвольно выбранный штрих окулярной шкалы. Отсчитать значение по шкале микрометрического винта рукоятки 11. Затем установить на тот же штрих середину соседней полосы. Сделать повторный отсчёт по той же шкале. Модуль разницы отсчетов даст значение межполосного расстояния. Цена деления шкалы микровинта 0,01 мм.
Измерение ширины полосы лучше проводить в монохроматическом свете. Хотя в этом случае полосы практически эквидистантны, следует выбирать полосы поближе к нулевому порядку (по 5 с каждой стороны от нулевой полосы). После измерения 10 значений между соседними полосами взять среднее по 10 измерениям и найти дисперсию. Измеренные значения занести в таблицу и сравнить с приведёнными в табл. 2.