Виды взаимодействия света с веществом и использование их в световой микроскопии
Все виды взаимодействия света с веществом могут быть разделены на семь категорий: преломление, отражение, поглощение, пропускание, флуоресценция, поляризация и дифракция.
Преломление - изменение скорости света при прохождении границы
двух сред, когда он входит в среду.
Отношение скорости света в вакууме к его скорости в стекле называется коэффициентом преломления (п) стекла. Во всех системах линз микроскопов свойство преломления используется для фокусировки света и корректировки аберраций (отклонение лучей) в линзах, а также для того, чтобы передать увеличенное изображение препарата в глаз. Коэффициент преломления зависит от длины волны света (к): он возрастает с уменьшением длины волны (синий свет) и уменьшается с увеличением длины волны (красный свет). Это различие в зависимости от длины волны света имеет большое значение.
Белый свет, проходя через линзу, сфокусируется в серии фокусов, в соответствии с длинами волн составляющих цветов, причем синие окажутся ближе к линзе (для них фокусное расстояние короче), чем красные (их фокусное расстояние длиннее). Расстояние между этими фокусами есть величина хроматической аберрации (рис. 5').
Рис. 5. Хроматическая аберрация линз
Зависимость абсолютного показателя преломления света в веществе от длины волны называется дисперсией и является характеристикой материала линзы {рис. 6).
Рис. 6. Дисперсия света
Стекла с различной дисперсией используются для коррекции аберраций в системах линз. Явление дисперсии можно использовать для исследования некоторых образцов, например, для выявления в препаратах волокон асбеста. Чтобы избежать влияния границы стекло — воздух используют иммерсионное масло, имеющее тот же показатель преломления, что и стекло. 1 [1]
Отражение, поглощение и пропускание. При падении излучения на тело часть света отражается, а другая проходит внутрь среды. В среде часть излучения может поглотиться или рассеяться (при наличии в ней неоднородностей), а остальная часть пройти через неё.
Отражение от поверхности материалов широко используется в микроскопии. Оно также связано с длиной волны. Если свет всех длин волн поглощается равномерно и, следовательно, не отражается деталями образца, то детали будут выделяться по тональности освещения, то есть по оттенкам серого цвета. Если поглощение различается в зависимости от длины волны, то детали изображения будут окрашены. Получающийся цвет есть результат того, что из белого цвета удалены поглощаемые длины волн. То же можно сказать и об изображении в отраженном свете. Если свет всех длин волн отражается от поверхности в равной мере, то изображение ее не будет различимо в ярком свете. Если же одна длина волны отражается, а другие составляющие белого света поглощаются, то поверхность будет окрашена в соответствии с длиной отраженного света.
Флуоресценция (фосфоресценция). Некоторые вещества, поглощая свет одной длины волны, испускают свет большей длины волны. Если имеется задержка между поглощением и испусканием, то говорят о фосфоресценции, а если испускание прекращается сразу же после удаления возбуждающего света, то говорят о флуоресценции.
Длина волны испускаемого света, как правило, больше, чем длина возбуждающего света. Это явление лежит в основе флуоресцентной микроскопии, где используется возбуждение ультрафиолетовым, синим или зеленым светом.
Поляризация. Световые лучи представляют собой электромагнитные волны, колебания которых происходят в направлении, перпендикулярном направлению луча. Статистически, нормальный свет имеет колебания во всех направлениях, перпендикулярных оси луча. Некоторые вещества пропускают (поглощают) свет по-разному, в зависимости от направления колебаний световой волны по отношению к определенной плоскости. Такие вещества могут пропускать лучи с колебаниями только в одной плоскости, и тогда, пройдя через это вещество, свет становится плоскополяризованным (рис. 7‘). [2]
Рис. 7. Поляризация света
Вводя такое вещество в микроскоп между источником света и препаратом, исследователь получает возможность наблюдать, как влияет его препарат на плоскополяризованный свет. Вращая поляризатор или препарат, чтобы выяснить, зависит ли эффект от их расположения, можно установить, обладает ли препарат дихроизмом. Показатель преломления некоторых материалов зависит от направления поляризации света, проходящего через образец. Такие материалы на самом деле имеют два показателя преломления и называются двулучепреломляющими. Помещая образец на столик микроскопа между двумя поляроидами, расположенными под прямым углом друг к другу (скрещенные поляроиды), и вращая препарат, можно обнаружить двойное лучепреломление и получить информацию об очень тонких особенностях исследуемого образца.
Дифракция (от naT.diffractus — разломанный) — огибание волнами встречных препятствий, то есть отклонение от законов геометрической оптики.
Это отклонение от прямолинейного распространения света при прохождении вблизи препятствий, на резких неоднородностях среды (границы прозрачных и непрозрачных тел, малые отверстия). Дифракция происходит всегда, когда волны распространяются в неоднородной среде, (рис. ?’). 1 [3]
Лекция 4
Рис. 8. Дифракция света
Дифракция явление не столь очевидное, как описанное выше взаимодействие света с веществом. Однако она имеет фундаментальное значение для микроскопии. Размытые детали на границах изображения структур препарата — это рассеянный свет. Рассеивание происходит в основном вследствие дифракции, вызываемой препаратом.
Интерференция (от лат. inter взаимно, между собой и ferio ударяю, поражаю) - сложение двух (или нескольких) волн, при котором в получается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны и обычно наблюдается характерное пространственное распределение интенсивности света (интерференционная картина) в виде чередующихся светлых и тёмных полос {рис. 9[4]).
Интерференция наблюдается, если волны имеют одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз, т. е. волны когерентны (рис. 9).
Интерференцией света в тонких плёнках объясняются радужная окраска пятен масла или нефти на воде, цвета побежалости на закалённых металлах и др. 1
Рис. 9. Интерференция света в тонкой пленке.
- [1] URL: photof.ru/wiki/aberraciya/
- [2] URL: www.3d-move.ru/article/read/o-polarizacii-i-2d-ochkah
- [3] URL: www.google.ru/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http%3A%2F%2Fkk.convdocs.org%2Fdocs%2Findex-272647.html&ei=02CUVPSvLIfMyAOZxYGoDA&bvm=bv.82001339,d.bGQ&psig=AFQjCNH29Yu9Txqpyt00-s0_jRZotKNyag&ust=1419096444096949
- [4] 2 URL: seoproff.ucoz.es/blog/interferencija_svetal/2013-05-31-18
