Il microscopio ottico: ingrandimento e risoluzione per la visione microscopica

Il microscopio ottico

Il microscopio_MDA_rev.00-Ott.2017 Pagina 1Il microscopio ottico, MO, è uno degli gli strumenti più importanti per l'osservazione e lo studio delle cellule e dei microrganismi; esso assolve due importanti funzioni: ingrandisce gli oggetti invisibili ad occhio nudo, quindi ha potere di ingrandimento; permette di vedere separati due punti che ad occhio nudo appaiono uniti, quindi ha potere di risoluzione. Ingrandimento e risoluzione non sono la stessa cosa! Eccoti un esempio:

Il microscopio_MDA_rev.00-Ott.2017 Pagina 2immagine da ingrandire Ingrandita Ingrandita e risolta

Il microscopio_MDA_rev.00-Ott.2017 Pagina 3Ingrandimento. Il microscopio ottico, con le combinazioni di lenti appropriate può ingrandire fino a 1000 volte gli oggetti. Risoluzione. La distanza minima tra due punti, al di sotto della quale i due punti sono visti come un punto solo, si chiama limite di risoluzione. Più piccolo è questo numero e maggiore è il potere di risoluzione. Anche l'occhio ha un limite di risoluzione. Due punti devono distare almeno 0,1 mm per essere percepiti come punti separati; se sono più vicini, sono visti come un punto solo. Quindi si dice che il limite di risoluzione dell'occhio umano è di 0,1 mm. Il microscopio ottico può far scendere il limite di risoluzione di 400 volte.

Limite di risoluzione dell'occhio umano

Il microscopio_MDA_rev.00-Ott.2017 Pagina 4Limite di risoluzione dell'occhio umano 100 um 0 1 mm

Componenti del microscopio ottico

Il microscopio_MDA_rev.00-Ott.2017 Pagina 5Un microscopio ottico è composto da una parte meccanica, lo stativo, ed una parte ottica, le lenti. Oculari Obiettivi 0 Stativo Tavolino portaoggetti Condensatore Diaframma Vite macrometrica Vite micrometrica Premiere Lampada CE 90V-340V-20VA-50/60HZ 0

Lo stativo

Il microscopio_MDA_rev.00-Ott.2017 Pagina 6Lo stativo comprende: A. una base, di solito pesante, che minimizza le vibrazioni trasmesse dal piano di appoggio (e contiene la lampadina) B. un tavolino portaoggetti, in genere mobile (piano traslatore), su cui viene appoggiato e bloccato mediante l'apposita leva il vetrino portaoggetti con il campione da osservare. Il tavolino portaoggetti è forato in modo che il fascio di luce proveniente dalla lampada possa attraversare il preparato da osservare. Il vetrino può essere traslato sul tavolino portaoggetti, lungo l'asse delle X e delle Y con le apposite viti (viti traslatrici) presenti sul tavolino stesso. Inoltre, il tavolino può essere alzato o abbassato tramite le due manopole in basso, che fanno compiere al tavolino movimenti grandi (manopola macrometrica) o piccoli (manopola micrometrica), utilizzati per regolare la messa a fuoco dell'oggetto.

Il microscopio_MDA_rev.00-Ott.2017 Pagina 7TORRETTA A REVOLVER CON OBIETTIVI 180/0.17 100/ 4/ 0.1 160/0.17 170 140 150 -60 50 EAU O -30 20 10

La parte ottica

Il microscopio_MDA_rev.00-Ott.2017 Pagina 8C. un tubo portalenti, connesso allo stativo del microscopio, che contiene il sistema di lenti, gli oculari (in alto) e gli obiettivi (in basso), questi ultimi montati su un portaobiettivi a revolver. La parte ottica è formata da: D. Un dispositivo di illuminazione, composto da una lampada che produce la luce visibile utilizzata per l'osservazione (sorgente di illuminazione) e da un condensatore. 1) La lampada si accende con un interruttore, situato nella base dello stativo, ed è provvista di un reostato perché i diversi obiettivi hanno diverse necessità di luce, per cui dovremo, ogni volta che cambiamo obiettivo, dosare la quantità di luce che arriva al microscopio. 2) Il condensatore è il sistema di lenti necessario per focalizzare la luce sul piano del preparato. La posizione del condensatore può

Il microscopio_MDA_rev.00-Ott.2017 Pagina 9essere variata tramite un sistema meccanico a cremagliera presente sullo stativo, che regola la distanza del condensatore dal preparato: alzando il condensatore si avrà una maggiore luminosità e un minore contrasto, abbassandolo, un maggiore contrasto e una minore luminosità. In genere, con gli obiettivi che abbiamo a disposizione, la posizione corretta è a fine in corsa, in alto. 3) Sulla lente del condensatore è presente un diaframma di campo, che permette di regolare la quantità di luce che arriva sul preparato. Il diaframma si regola con una levetta posta direttamente sul condensatore. E. Sistema di lenti, oculari e obiettivi. Gli oculari sono montati sulla testata ottica del microscopio e consentono ingrandimenti del valore indicato sulla lente stessa (nel nostro microscopio sono 10x, cioè danno un ingrandimento di dieci volte le dimensioni reali).

Il microscopio_MDA_rev.00-Ott.2017 Pagina 10Abbiamo a disposizione più obiettivi, che hanno lunghezza diversa e forniscono ingrandimenti diversi, indicati da uno dei numeri incisi sull'esterno (es. 4, 10, 40, 100). Moltiplicando l'ingrandimento dell'obiettivo per quello dell'oculare si ottiene l'ingrandimento reale del microscopio. Ci sono altri numeri incisi sulla superficie esterna dell'obiettivo, che stanno ad indicare l'apertura numerica (NA) di cui si parlerà più avanti (es. 0,65), la distanza in mm che deve intercorrere tra obiettivo e oculare (es. 160) e lo spessore massimo in mm, che deve avere il vetrino coprioggetto (es. 0,17). 40/ 00 1.25 160/ 162/0.17 OIL APERTURA NUMERICA

Apertura numerica

Il microscopio_MDA_rev.00-Ott.2017 Pagina 11L'apertura nu- merica (NA) determina il po- tere di risolu- zione dell'o- biettivo Ingrandimento x 40 40/0.70 L'obiettivo è adattato ad un tubo oculare lungo 160 mm 160/0.16 Spessore mas- simo del vetri- no copriogget- to da usare con questo obietti- Vo 40/0.65 160/0,17

Funzionamento del microscopio ottico

Il microscopio_MDA_rev.00-Ott.2017 Pagina 121 11 10 9 8 12 Sorgente luminosa 1- oculari 2- obiettivo 3- tavolino porta oggetti 4- vite micrometrica 5- vite macrometrica 6- condensatore con diaframma 7- vite regolatrice del tavolino 8- oggetto da osservare 9- lente obiettivo 10- immagine reale ingrandita e capovolta 11- lente oculare 12- immagine virtuale ingrandita e capovolta rispetto all'originale Come funzione il microscopio ottico? 2 3 6 7 4 5

Potere di risoluzione del microscopio

Pagina 13Una cosa fondamentale del microscopio è il suo potere di risoluzione, ingrandire senza risolvere avrebbe poco significato !! Da che cosa dipende il limite di risoluzione del microscopio ottico? Può essere abbassato ulteriormente? La formula per determinare il potere di risoluzione del microscopio è la seguente: d = (n sin a) 2 dove d è il limite di risoluzione, A è la lunghezza d'onda della luce incidente, n è l'indice di rifrazione del mezzo tra obiettivo e vetrino (quasi sempre aria) e a è l'angolo di apertura della lente, ovvero l'ampiezza del cono di luce che entra nell'obiettivo. nsina è l'apertura numerica

Modifica della lunghezza d'onda

Il microscopio_MDA_rev.00-Ott.2017 Pagina 14Dalla formula osserviamo che, modificando la lunghezza d'onda della luce utilizzata dal microscopio ottico, si può aumentare o diminuire il limite di risoluzione, ma le possibilità non sono molte in quanto possiamo usare solo luce visibile. RADIO MICROWAVE INFRARED VISIBLE ULTRAVIOLET X-RAY GAMMA RAYS Frequency (Hz) |Wavelength (m) 103-101 101-10ª 103-10-6 10-6- 10-7 107-10-8 10-8-10-11 10-11-10-15 Low Frequency = Longer Wavelength HighFrequency = Shorter Wavelength 106-1010 1010-1012 1012-1015 1015 - 1016 1016-1017 1017-1021 1021-1024 Size of Wavelength Buildings People Ant Eve of a Needle Protazoa Visible Spectrum Infrared Light Ultraviolet Light 700 600 500 400 Wavelength (nm) Virus Proteins Atom Atomic Nuciel

Aumento del denominatore

Il microscopio_MDA_rev.00-Ott.2017 Pagina 15Essendo il limite di risoluzione un rapporto, potremmo allora agire sul denominatore (aumentandolo). Possiamo aumentare a: Il fascio luminoso che parte dal campione diretto all'obiettivo, è un cono di luce di ampiezza 2a. n 2a L'ampiezza dipende dall'indice di rifrazione n di ciò che c'è tra campione ed obiettivo Quando si usano obiettivi a maggior ingrandimento la lente dell'obiettivo è molto più vicina al campione da osservare e quindi l'angolo a aumenta, e con esso il fattore 2a.

Aumento dell'indice di rifrazione

Il microscopio_MDA_rev.00-Ott.2017 Pagina 16Possiamo aumentare l'indice di rifrazione n. L'indice di rifrazione n di un materiale trasparente è una misura del cambio di direzione che la luce compie quando lo attraversa proveniente dal vuoto. P normal Materiali diversi hanno indici di rifrazione DY diversi: maggiore è n, maggiore è il cambio direzione. Questo discorso vale anche nel passaggio della luce da un mezzo materiale ad un altro mezzo materiale. m1 V1 interface- 0 n2 V2 Interponendo tra il campione e l'obiettivo dell'olio di cedro, che ha n maggiore di quello Q dell'aria, si aumenta la quantità di luce che entra nell'obiettivo e quindi la risoluzione (obiettivo in immersione)

Limite minimo di risoluzione

Il microscopio_MDA_rev.00-Ott.2017 Pagina 17In queste condizioni, il limite minimo di risoluzione raggiungibile è di circa 0,2 micrometri, cioè 0,2 millesimi di mm. Questo potere di risoluzione è idoneo per l'osservazione delle cellule perché le cellule hanno in genere un diametro compreso tra 1-2 e 30-40 micron.

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