顺侧光调光显微镜的简易制作和放大实例.docx

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顺侧光调光显微镜的简易制作和放大实例

透射式、落射式、暗场、荧光等不同类型的光学显微镜都有使用范围的限制。

采用照相原理的顺侧光调光显微镜，即突破了使用范围的限制，又使有效放大倍率提高到6400倍以上，并在放大1000-1600倍时可以观察到其它显微镜在同样放大倍率时不能看到的有机物体和无机物体中的直径约为1微米的物质颗粒，以及在水的作用下金属体、细胞中的1微米颗粒的运动、闪光、化合和分解。

放大6400倍时可以看到更小一级的物质颗粒——直径为0.1微米的颗粒的震动。

论文关键词：

亮度对比度,宽容度,照射角度,分辨率,暗场,微米颗粒

　　目前，光学显微镜根据阿贝极限理论主要强调了物镜的数值孔径和光线的波长对显微镜分辨率的影响，忽略了眼睛和照相设备对同时看到的光线强弱对比度的适应能力，导致大于显微镜分辨距离的构成物体的1微米颗粒不能被人们发现，这和我们白天很难看到天空的星星、晚上看到的月球会时圆时缺是同样的道理。

因此构成物体的主体颗粒、细胞生理活动和运输分配的主体颗粒、分散于溶液中的物质颗粒——这些直径约为1微米的物质颗粒成了我们研究物质结构、物理和化学变化以及细胞生理的缺失和空白，物质的物态、色彩、形状、磁性、导电性的形成机制成了解不开的谜团。

所以对光学显微镜进行深入研究，特别是将照相原理应用于显微镜是十分必要的。

　　1、顺侧光调光显微镜的原理

　　顺侧光调光显微镜除成像原理外还主要涉及以下原理

（1）照相原理。

根据照相原理，透射式显微镜属于逆光，落射式显微镜属于顺光，普通暗场显微镜属于逆侧光，该显微镜的光源从标本的上侧方射入属于顺侧光。

顺侧光使标本形成反射成像，它和普通暗场（逆侧光）显微镜相比，在提高标本的正表面亮度的同时暗场效果更好、标本更明亮。

和落射式显微镜相比，它的照明光和成像光分属于两个光路，基本没有相互干扰。

（2）采用相互对射的双光源，对射光能有效的消除微观颗粒因单向光源照射形成的虚光。

　　（3）对比度和宽容度原理。

照相设备和胶片除对光线亮度的强弱有一定的适应范围外，对同一副照片中的不同位置的光线亮度的强弱对比有更严格的要求，能够适应的亮度强弱对比的差异范围叫宽容度。

黑白胶片能够反映的宽容度是1：

128，彩色胶片的宽容度是1：

64，数码照相和摄像机的宽容度是1：

32。

超过了以上的对比范围，亮度更低的物质就不会被我们发觉（然而我们并不能像对宏观物体拍照片一样对微观物质亮度较低的位置进行单独的补光），相反当两个物体对比度过低时照相设备也很难区分。

人的眼睛和照相设备一样也有宽容度的要求，虽然目前我们还不知道眼睛宽容度的具体数值。

　　由于宽容度的原因，我们从显微镜看到的微观世界并不是微观物质完全的真实反应。

很多大于显微镜分辨距离的颗粒或物体我们不一定能够看到，这和我们不能直接看到太阳黑子、白天不能看到天空的星星、晚上的月亮会时圆时缺、亮灯时看不到灯泡表面的细小灰尘是同样的道理。

但是直接的观看要比照片和视频看到的层次更加的丰富，视频有明暗的过度因此比照片显示的层次更丰富。

　　眼睛和照相设备的宽容度与微观物质之间的较大或较小的亮度对比度是限制光学显微镜分辨率进一步提高的重要原因之一。

　　（4）暗场原理。

暗场显微镜和荧光显微镜都是无意地利用了宽容度原理，将环境或背景的亮度尽量降低，因此能看到明场（透射式）显微镜看不到的部分颗粒。

但是普通暗场显微镜是逆侧光，标本正面的亮度是微观颗粒的绕射和其它颗粒的反射，因此亮度低、细节反映较差，更不能适应非透明物质。

目前的金相暗场显微镜不能调整照明光的照射角度，因此看不到溶解于水中的颗粒。

荧光显微镜的使用范围更小。

　　该显微镜的照明光从正侧面照亮标本，没有任何的照明光线能直接进入物镜，光照角度，的调节能使处于物镜焦距部分的标本的反光正好进入物镜，所以该显微镜在提高标本正面亮度的同时又提升了暗场效果。

　　（5）调光原理。

照射角度大时标本被照亮的深度大，反之标本被照亮的深度小。

因此在20—30º范围内调整光源的入射角度可以看到物体内部不同深度的颗粒，也可以像观察宏观物体一样只看到物体高低不平连续不断的表面而不显示内部相对独立的颗粒。

水对光线有折射作用，观察溶液时水表面的反光、经过深层水折射后的反光、溶液中颗粒的反光三种光线同时进入物镜，三种光线相互干扰降低了暗场效果。

调整或降低光源的照射角度可以降低水被照亮的深度，减少经水折射后的反光，突出溶液中颗粒的反光，因此只有经过耐心细致的调节光照角度才能看到溶液中的颗粒。

　　（6）物镜的焦距可以随镜筒长度（同目镜的距离）的变化而发生改变，在一定的范围内镜筒长度越小，物镜的焦距就越大，总放大倍率就越小。

较大的物镜焦距可以方便使用和操作，即有利于照明光的进入，又可以减少对标本的过度加工，还有利于保护镜片。

　　2、顺侧光调光显微镜的简易制作

　　图片1是利用普通显微镜拼装的顺侧光调光显微镜的整体照片

　　（图片1）顺侧光调光显微镜的整体照片

（1）、用普通解剖镜的2.5倍目镜作为照明光源的聚光镜，将聚光镜的前端用砂轮片磨去一角（图片2），按照图片1的方式将聚光镜固定在显微镜的载物台上，使聚光镜和载物台的角度可以调整。

　　（图片2）聚光镜

（2）、用12V、100W的汽车专用灯泡作为照明光源（图片3）。

这是目前能在市场上找到的灯丝的体积较小亮度最大的光源。

将灯泡固定在聚光镜筒内。

由于灯泡的温度较高，最好加水循环装冷却装置。

（为了获得更亮的光源有时需要在短时间内将电压调高到14—16伏）。

　　（图片3）照明灯泡

　　（3）、将普通显微镜的40倍物镜的外筒拧下，用砂轮片将其前端磨成90度尖角但不伤及镜片，目的是使照明光能照到物镜下的标本（图片4）。

　　（图片4）改制后的40倍物镜

　　（4）制作160倍的消色差大视野目镜（图片5）。

　　（图片5）160倍目镜

　　3、顺光调光显微镜的放大倍率

　　用10倍物镜时放大倍率为10×160＝1600倍

　　用40倍物镜时放大倍率为40×160＝6400倍

　　6400倍是利用以上光源和聚光设备时的亮度极限，并不是显微镜的放大极限。

　　4、顺光调光显微镜的特点

（1）用数值孔径相同的10倍或40倍物镜可以比透射显微镜提高有效放大倍率10倍。

（2）虽然透射式显微镜用100物镜时总的有效放大倍率是1600倍，最小分辨距离是0.2微米，但它并不能看到大于其分辨距离的直径为1微米的物质颗粒。

相反，该显微镜仅用10倍物镜在总放大倍率为1000-1600倍时，可以看到固体（包括半透明的晶体）、溶液、金属、细胞、花粉粒等绝大多数物体中的直径为1微米的物质颗粒。

用40倍物镜总放大6400倍时可以看到直径为0.1微米的物质颗粒。

　　（3）该显微镜看到的1微米颗粒和0.1微米颗粒都是物质颗粒的本来颜色。

　　（4）该显微镜可以看到绝大部分物体中的微米颗粒但并不是所有的微米颗粒，因为有些透明度极强的微米颗粒只有在其闪光时才能看到。

有些反光能力强或具有荧光性质的溶液需要稀释后才能看到微米颗粒。

　　（5）该显微镜采用了65mm和0.48mm的两种较大物镜焦距，标本无需盖片、无论透明与否，因此使用更加方便，即可以观察溶液和活体细胞，也可以对溶液和细胞进行电场、磁场和微波等物理干预，有利于进一步研究不同物质的微米颗粒的性质。

　　（6）该显微镜舍去了精密度较高的100倍物镜，因此比普通显微镜造价更低。

　　5、用焦距为65mm的10倍物镜光学放大1600倍的放大实例

（1）直径为0.8—1.1微米的物质颗粒

　　有机物和无机物（固体、包括晶体、溶液、金属、气体、细胞、花粉粒）等主要是有1微米左右的彩色颗粒构成的。

　　图6--12是几种不同物质的1微米左右的物质颗粒。

　　（图片6）冰糖晶体中的约1微米的物质颗粒（光学放大1600倍）

　　（图片7）食盐四棱锥（顶尖向里）晶体中的约1微米的物质颗粒（光学放大1600倍）

　　（图片8）金属铜的约1微米的物质颗粒（光学放大1600倍）

　　（图片9）洋葱细胞膜的约1微米物质颗粒（光学放大1600倍）

　　（图片10）丝瓜花粉粒的约1微米的物质颗粒（光学放大1600倍）

　　（图片11）溶于水中的纯度为99.999%的硫酸锌的约1微米的物质颗粒（光学放大1600倍）

　　（图片12）从视频中提取的医用蒸馏水中的约1微米物质颗粒（光学放大1600倍）

（2）图片13是食盐的约1微米颗粒的光环、以及微米颗粒有序排列形成的彩色直线。

　　（图片13）食盐约1微米颗粒的光环和微米颗粒排列成的直线（光学放大1600倍）

　　较大的食盐微米颗粒都有光环，在光环的位置有较小的颗粒环绕排列。

　　食盐的约1微米颗粒能紧密的排列成彩色的直线，原有的光环会形成色带分布在直线的两侧。

　　（3）图片14是碳酸钠的约1微米颗粒在水中组合成的特定形状，它好似太空的恒星星座。

（从视频中提取的静态图像）

　　（图片14）从视频中提取的静态图像。

碳酸钠的微米颗粒

　　在水中组合成的特定形状（光学放大1600倍）

　　（4）图片15，金属银的约1微米颗粒具有明显的排列规则。

　　（图片15）银的微米颗粒具有明显的

　　排列规则（光学放大1600倍）

　　（5）运动变化的约1微米颗粒

　　除以上相对静止的微米颗粒以外，在水的作用下许多的微米颗粒不停的运动变化、相互作用、闪光放电、化和分解。

具体的视频请用电子邮箱向编辑或作者本人索取，解压后观看。

　　在水的作用下金属铁的微米颗粒像有巨大弹性的胶体小球，并能远距离的行走和聚集，微米颗粒的颜色逐步变化，很少出现闪光放电。

　　洋葱细胞中的微米颗粒会自主运动、能嬉戏玩耍、化合分解，有的流入细胞壁沿细胞壁的通道移动。

　　喇叭花的花萼细胞中有些微米颗粒透光率极高并不停的闪光，只有在它闪光时才会有足够的亮度能被我们看到。

　　醋酸和火碱反应产生了气体微米颗粒，有时放电闪光。

　　刚刚用高压锅熬制的小米饭中的微米颗粒同样具有活性，运动不息。

　　水和水溶液都会不时出现像流星一样高速运动的微米颗粒，可能是水的微米颗粒在吸热蒸发或水中的气体颗粒逃出水面。

　　牛奶中的微米颗粒几个或十几个相互簇拥滚动变化形成极不稳定的团状结构。

　　水中的微生物也是由微米颗粒组成。

　　6、用焦距为0.48mm的40倍物镜光学放大6400倍的放大实例

（1）图片18是食盐的直径为0.1微米的颗粒。

　　（图片18）食盐的直径为0.1微米的颗粒（光学放大6400倍）

（2）图片19是冰糖的0.1微米颗粒。

其中有些颗不停的颤抖。

　　（图片（19）冰糖的0.1微米颗粒，有些会不停的颤抖。

（光学放大6400倍）

　　（3）图片20是蒸馏水放大约8000倍的照片。

水和其它物质一样，放大6400--8000倍时能看到两类物质，一类是明亮的彩色物质，在照片中往往显示为0.1微米的彩色颗粒。

另一类是黑色不透明的物质，由于宽容度的原因，黑色物质虽然能够看到，但极不容易在照片上显示。

　　（图片20）水的放大照片（8000倍）

　　备注

　　1、以上照片和视频均采用卡巴斯基FE-240家用照相机拍照，由于该照相机不是专业用于显微镜的，其焦距是连续可变，没有固定的放大档位，所以以上照片中标注的放大倍率并不十分准确，因此不同的照片中的微米颗粒的大小并不完全一致。

另外照片标注的放大是指光学放大，不包括电脑放大。

　　2、由于自制的聚光镜没有没有安装冷却装置，聚光镜温度较高，影响了调试和操作，因此以上照片均采用单向照明光拍摄。