Referat - Mikroskop

 
MIKROSKOP
 
 
 
Mikroskop ist ein Instrument, das es erlaubt, sehr kleine Objekte vergrößert anzusehen.
Das Wort kommt aus dem griechischen mikros (klein) und skopein (betrachten).
 
 
Geschichte des Mikroskops
 
Der niederländische Brillenmacher Hans Janssen und sein Sohn Zacharias Janssen haben im Jahr 1590  durch Hintereinanderschaltung zweier Linsen das zusammengesetzte Mikroskop erfunden. Ein anderer Erfinder des Mikroskops galt auch Galileo Galilei. Er entwickelte das zusammengesetzte Mikroskop mit einer konvexen und einer konkaven Linse im Jahr 1609. Christiaan Huygens, ebenfalls Niederländer, entwickelte ein einfaches zwei Linsen Okular Stystem im späten 16. Jahrhundert. Es war achromatisch korrigiert und deshalb ein großer Fortschritt in der Entwicklung des Mikroskops. Okulare nach Huygens werden bis heute produziert, sind jedoch im Vergleich zu modernen Weitfeldokularen optisch deutlich unterlegen. Antoni van Leeuwenhoek wird generell dafür geehrt, die Mikroskopie für die Biologie erschlossen zu haben. Einfache Vergrößerungslinsen waren jedoch schon im 16. Jahrhundert bekannt, und das Prinzip der Vergrößerung durch Wasser gefüllte Glasschalen wurde bereits von den Römern beschrieben. Leeuwenhoek war jedoch brillant im exakten Schleifen kleinster Linsen. Seine einfachen Ein-Linsen Mikroskope waren unhandlich zu benutzen, doch da er nur mit einer Linse mikroskopierte, konnte er kleinste Strukturen entdecken, die bis dahin in Mehrlinsen Systemen mit akkumulierenden Linsenfehlern nicht darstellbar waren. So entdeckte Leeuwenhoek die ersten „Animalkulen“, d.h. einzellige Bakterien und Protozoen. Es dauerte tatsächlich 150 Jahre bevor das Zusammengesetzte Mikroskop dieselbe Abbildungsqualität erzeugte, wie Leeuwenhoeks einfaches Mikroskop.
 
Wie stellt man ein Präparat her?
1.      Mit einer Pipette bringt man einen kleinen Wassertropfen in die Mitte des Objektträgers.
2.      Mit einer feinen Pinzette und einer Präpariernadel wird vorsichtig ein winziges Stück z.B. eines Algenfadens abgezupft und in den Wassertropfen gelegt.
3.      Danach lässt man das Deckglas von der Seite her vorsichtig auf das Objekt gleiten.
4.      Das überschüssige Wasser wird mit einem Filterpapier seitlich abgesaugt.
5.      Das fertige Präparat legt man nun auf den Objekttisch und stellt es im Mikroskop scharf ein.
 
 
 
 
Mikroskopfachbegriffe
 
Das Objektiv
Die Aufgabe des Objektiven, das aus mehreren Linsen besteht, ist das optische Vergrößern des Präparates. Ein ideales Objektiv liefert ein scharfes, kontrastreiches und verzerrungsfreies Bild mit guter Wiedergabe von kleinsten Details und gleichmäßige Schärfe vom Zentrum bis zum Rand.Auf den Objektiven sind meist Zahlenkombinationen aufgedruckt, z.B. 4/0,1; 160/0,17. Diese Zahlen haben die folgende Bedeutung: Das Objektiv vergrößert 4-mal. 0,1 ist die Lichtstärke des Objektiven als numerische Apertur. Der maximale Wert der numerischen Apertur ist 1,0 bei normalen Objektiven. Ölimmersions-Objekte (bei sehr großen Vergrößerungen (ab 1000x) wird ein Tropfen Immersionsöl zwischen Deckglas und Objektiv gebracht) haben als größte theoretische numerische Apertur den Wert 1,4. Auflösungsvermögen (= Wiedergabe der feinsten Details) und Kontrast des Objektivs garantieren ein deutliches und scharfes Bild. 160, die Tubuslänge, ist der Abstand zwischen Objektiv und Okular. Sie wird am Objektiv angegeben, weil die Angabe der Vergrößerung nur korrekt ist, wenn die Tubuslänge eingehalten wird. 0,17, Stärke des Deckglases, muss 0,17 mm betragen (Standard für Deckgläser im größten Teil der Welt). Bestimmte Objektive können bei stärkeren Deckgläsern nicht mehr scharf gestellt werden. Es bestehen unterschiedliche Objektivtypen, wie z.B.:
Achromatisch: Sind für chromatische Aberration korrigiert, so dass die Abbildungen zweier Farben, meistens rot und blau, zusammenfallen. Die Korrektur für sphärische Aberration ist gering. Bei Vergrößerungen von 30x oder höher, tritt eine starke Verzerrung am Rand des Bildes auf.
Semiplan achromatische Objektive: größtenteils mit achromatischen Objektiven zu vergleichen; sind jedoch für sphärische Aberration und Vergrößerung über 40X korrigiert. Plan (e-Plan) achromatische Objektive: Qualitativ sind dies, die besten Objektive. Die sphärische Korrektur ist derartig gut, dass ein scharfes und kontrastreiches Bild vom Mittelpunkt bis zum Rand des Sichtfeldes zu sehen ist.
 
Okular
Die Aufgabe des Okulars ist es, das vom Objektiv erzeugte Bild zu vergrößern und kleinere Bildfehler zu korrigieren. Okulare haben gewöhnlich Vergrößerungen von 5 – 20x, die auf dem Okular angegeben werden. Die Vergrößerung des Mikroskops erhält man durch Multiplikation der Objektiv- und der Okularvergrößerung.Man unterscheidet im wesentlichen folgende Okulartypen:
Weitwinkel – Okulare ( Bezeichnung WF ): Sie produzieren ein besonders großes Blickfeld und bringen das Bild näher ans Auge.
Huygens – Okulare ( Bezeichnung H ): Ein gewöhnliches Okular, welches bei niedrigen und mittleren Vergrößerungen angewandt wird.
Kompensations- Okulare ( Bezeichnung K ): Ein gewöhnliches Okular mit höchster optischer Leistung bei mittleren und großen Vergrößerungen. Okulare können einen hohen Augenpunkt haben, d.h. dass auch Brillenträger das Mikroskop benutzen können, ohne die Brille abzunehmen.
 
 
 
Die Grobeinstellung
Man verwendet die Grobeinstellung zur angenäherten Einstellung der Schärfe. Bei Vergrößerungen von 100 – 150 kann sie allein ausreichen, darüber hinaus sollte das Mikroskop über eine Feineinstellung verfügen.Die Feineinstellung
Mit der Feineinstellung kann man das Bild auch bei sehr großen Vergrößerungen noch sicher scharf einstellen. Die Fokussierungseinrichtungen (Grob- und Feineinstellung) sollten mit einer Präparatsicherung ausgerüstet sein, um das Objektiv bei einer Fehlbedienung zu schützen.Der Objekttisch
Der Objekttisch ist die Platte, auf die das Präparat zum Beobachten gelegt wird. Zur Halterung des Präparates dienen meist 2 Federklemmen, hochwertigere Mikroskope besitzen einen Kreuztisch, mit dem das Präparat gehalten und außerdem auf Bruchteile von mm genau verschoben und justiert werden kann. Eine andere Form ist der Zentriertisch; er ist rund und kann mit ein paar Fingerschrauben in alle Richtungen verschoben werden.Die Beleuchtung
Die einfachste Form der Beleuchtung ist ein Spiegel mit einer geraden und einer hohlen Oberfläche. Eine Beleuchtung mit einer Mikroskoplampe ist meist sinnvoller anzuwenden, da der Betrachter dann nicht von der Lichtstärke des Tageslichtes abhängig ist. 15 – 30 W sind ausreichend für 12 – 1500-fache Vergrößerungen.Der Kondensor
Zwischen Beleuchtung und Präparat kann ein Kondensor angebracht sein. Er ist oft mit einer Blende (Iris- oder Lochblende) gekoppelt. Der Kondensor ist ein optisches System, welches dazu dient, das Licht besser zum Präparat und zum Objektiv zu leiten.
 

Arten des Mikroskops
 
Lichtmikroskop
Das Lichtmikroskop ist ein Mikroskop, das ein Objekt durch optische Abbildung mit Linsen vergrößert.
Das vom Objekt kommende Licht wird durch eine Kombination von mindestens zwei Linsensystemen, dem Objektiv(3) und dem Okular(1), optisch abgebildet. Dabei bildet zunächst das Objektiv das Objekt in ein reales Zwischenbild ab, welches durch das Okular analog zur Lupe vergrößert betrachtet wird. Die Objektive sind in der Regel wechselbar, so dass die Vergrößerung der jeweiligen Aufgabenstellung angepasst wird. Der Objektivrevolver (2) ermöglicht den schnellen Objektivwechsel durch Drehen des jeweils gewünschten Objektivs in den Strahlengang.
Man unterscheidet die Durchlichtmikroskopie, bei der das Objekt transparent oder sehr dünn ist und von der dem Objektiv abgewandte Seite beleuchtet wird, und die Auflichtmikroskopie. Bei dieser wird durch Beleuchtung von der dem Objektiv zugewandten Seite die Oberfläche des Objekts untersucht. Bei der Durchlichtmikroskopie unterscheidet man außer der normalen Hellfeldmikroskopie, Dunkelfeldmikroskopie und Phasenkontrastmikroskopie.
Die Wellenlänge von Licht beschränkt nach den Gesetzen der Optik die Auflösung des Lichtmikroskops auf etwa 0,3 Mikrometer. Zur Erhöhung der Auflösung kann entweder UV-Licht verwendet werden, oder zwischen Objekt und Objektiv wird Öl gegeben (Ölimmersionsmikroskop), wodurch das Mikroskop auch lichtstärker wird.
Polarisationsmikroskop
Ein Polarisationsmikroskop ist ein Lichtmikroskop, das mit polarisiertem Licht arbeitet. Es wird vor allem in der Mineralogie zur Untersuchung von Gesteinsproben eingesetzt.
Unterhalb des Objekttisches befindet sich eine Polarisationsfolie, auch der Polarisator oder Primärfilter genannt, die das Licht der Lichtquelle des Mikroskops polarisiert, d.h. nur Licht durchlässt, das in derselben Schwingungsebene schwingt. Oberhalb des Objekttisches befindet sich eine zweite Polarisationsfolie, die als Analysator oder Sekundärfilter bezeichnet wird und gegenüber der ersten Folie um 90° gedreht ist. Diese Anordnung von Primär- und Sekundärfilter wird "gekreuzte Polarisatoren" genannt. Befindet sich keine Probe auf dem Objekttisch, so erreicht kein Licht das Auge, da die zweite Polarisationsfolie für das nur in einer Schwingungsebene schwingende Licht nicht durchlässig ist.
Manche chemischen Verbindungen, zum Beispiel Minerale, haben die Eigenschaft die Schwingungsebene des Lichts zu drehen, sie werden als doppelbrechend oder anisotrop bezeichnet. Durch Drehen des Analysators und somit Änderung der durchgelassenen Polarisationsebene werden solche Strukturen sichtbar; die anderen isotropen Strukturen bleiben dunkel. Auch ist es möglich durch Interferenz auftretende Farben zu beobachten, den Analysator auszuklappen, um die Gesteinsprobe bei linear polarisiertem Licht zu untersuchen oder die Probe bei Auflicht zu betrachten.
Durch Untersuchung der verschiedensten optischen Eigenschaften können so Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Gesteinsprobe gezogen werden.
Fluoreszenzmikroskop
Bei Untersuchungen mit einem Fluoreszenzmikroskop wird das zu untersuchende Präparat mit fluoreszierenden Stoffen angefärbt. Eine UV-Lichtquelle beleuchtet das Objekt, worauf das angefärbte Präparat zu fluoreszieren beginnt. Das heißt es entsteht sichtbares Licht. Dann muss nur noch das schädliche UV-Licht herausgefiltert werden und das vergrößerte Objekt kann beobachtet werden.
Konfokalmikroskop
Ein Konfokalmikroskop ist eine Variante des Lichtmikroskops, das optische Schnitte mit mikroskopischer Auflösung in räumlich ausgedehnten Objekten erzeugen kann. Mit einem Computer können diese Schnittbilder schichtweise zu einer räumlichen Darstellung zusammengesetzt werden.
Konfokales Laser-Rastermikroskop
Die meisten - aber keinesfalls alle - Konfokalmikroskope sind Laser-Rastermikroskope. Bei diesen wird ein Laser-Brennfleck sehr schnell zeilenweise in einer Objektebene gerastert. Das Licht aus dem Brennfleck wird auf eine kleine Lochblende abgebildet, hinter der sich ein lichtempfindlicher Empfänger befindet. Aus dem Empfängersignal wird dann zeilenweise im Computer ein (Schnitt-)Bild zusammengesetzt.
Typische Laser-Scanning-Mikroskope sind komplexe Systeme, die aus folgenden Komponenten bestehen:
·                     einem klassischen Mikroskop-Stativ
·                     einem sogenannten Scan-Kopf
·                     Ansteuerelektronik und -optik für diesen Scankopf
·                     Computer zur Steuerung der Hardware, Signalerfassung, -auswertung, -darstellung           und -archivierung
Konfokales Weißlichtmikroskop
Verwendet man weißes Licht anstelle eines Lasers, so werden auch Farbabbildungen mit einem konfokalen Mikroskop möglich. Allerdings lässt sich weißes Licht nicht mit so hohen Intensitäten auf das Objekt fokussieren, wodurch sich die Beobachtungszeiten verlängern. Darum verfügen konfokale Weißlichtmikroskope meist über mehrere parallele Strahlengänge, die eine gleichzeitige Beobachtung mehrerer Stellen auf dem Objekt ermöglichen. Mit geschickten Anordnungen wie einer Nipkow-Scheibe zur Strahlführung ist so eine Abbildung in Echtzeit möglich.
4Pi-Mikroskop
Ein 4Pi-Mikroskop ist ein Mikroskop, welches zwei Objektive verwendet, die die Probe von hinten und von vorne beleuchten.
Das Vergrößerungsvermögen von herkömmlichen Mikroskopen ist durch eine natürlich...


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