MIKROSKOPIE / KOMPENDIUM


Glossar
Begriff Erklärung
Auflösung Das Auflösungsvermögen des Mikroskops wird dadurch bestimmt, daß zwei kleine Objekte noch als getrennt gesehen werden. Der Abstand der Objekte bei dem das passiert wird mit do bezeichnet.
Man kann diesen Abstand berechnen nach der Formel:

           1.22 x Lambda
do    =    ----------------------------------
             n.A.Objektiv + n.A.Kondensor

Lambda =
Mittlere Wellenlänge des weißen Lichts z. B. 550 nm (grün)
n.A. =
Numerische Apertur
Brechungsindex Der Brechungsindex des Mediums zwischen Frontlinse des Objektivs und dem Deckglas bestimmt ganz wesentlich die numerische Apertur des Objektivs.
Die Brechungsindices für einige Medien sind:

Luft                    n = 1
Immersionsöl    n = 1.5180 ± 0.0005
Deckglas           n = 1.525 ± 0.0015
Glycerin             n = 1.455
Wasser              n = 1.33
Fluoreszenz Phänomän, daß auftritt, wenn energiereiche Strahlung von einem Molekül (Fluorochrom) absorbiert wird und dieses seinerseits Licht mit einer längeren Wellenlänge aussendet als die eingestrahlte Wellenlänge (Stokesche Verschiebung).
In der Mikroskopie ist die Fluoreszenz ein wichtiges Verfahren, da Fluorochrome nicht zellschädigend sind und somit in der Vitalmikroskopie verwendet werden können. Darüber hinaus lassen sie sich an Antikörper und andere spezifische Moleküle binden, die die genaue Lokalisierung sowie die Beobachtung und Messung der Veränderungen zuläßt. Es gibt auch Autofluoreszenz, bei der bereits fluoreszierende Moleküle im zu untersuchenden Material vorhanden sind.
Benötigt werden Fluoreszenzfilter - bestehend aus Erregerfilter, Strahlenteiler und Sperrfilter - und eine Lampe mit hoher Intensität (in der Regel Quecksilberhöchstdruck- oder Xenonhöchstdrucklampe).
Entscheidend für die gute Darstellung (hoher Kontrast der fluoreszierenden Bereiche vor dunklem Hintergrund), besonders bei sehr schwach angefärbten Präparaten, ist die hohe numerische Apertur der verwendeten Objektive. Bei verdoppelter Objektivapertur läßt sich viermal mehr Fluoreszenzlicht empfangen.
Konfokale Mikroskopie Im Gegensatz zur "normalen" Mikroskopie wird bei der konfokalen Mikroskopie immer nur ein möglichst kleiner Fleck des Präparates beleuchtet. Um daraus ein Bild zusammensetzen zu können, muß die Probe abgerastert werden.
Das Bild diese Punktes wird in einer Zwischenbildebene durch eine sehr kleine Blende geführt. Das hat zur Folge, daß nur Licht aus der Fokusebene den Detektor (einem Photomultiplier) erreichen kann. Alle anderen (unscharfen) Ebenen werden ausgeblendet. Damit erhält man einen "optischen Schnitt". Die Bilder werden elektronisch gespeichert und auf einem Monitor dargestellt.
Eine Folge von optischen Schnitten kann aufgezeichnet werden, indem ein Motor nach jedem aufgenommenen Bild ein Stückchen entlang der z-Achse weiter fährt, und dann das nächste Bild aufgenommen wird. Aus einer solchen z-Serie kann man mit geeigneten Computerprogrammen die dreidimensionale Struktur elektronisch rekonstruieren. Das Verfahren ist auf Auflicht-Verfahren beschränkt und hat insbesondere die Fluoreszenzmikroskopie in der Biologie völlig revolutioniert.
Mit dem Confocal Scan Module werden konfokale Bilder im Okular erzeugt, wobei die Höhe des reflektierenden Präparates durch eine Farbkonversions-Optik farbig kodiert wird. So kann man schnell und zweifelsfrei kleinste Fehler und Verunreinigungen auf Wafern feststellen.
Objektiv mit Korrektions-
fassung
Warum bei einem Öl-Objektiv eine Deckglas-Korrektur?
Öl-Objektive sollten mit und ohne Deckglas eigentlich gleich gut funktionieren, weil die Deckgläser und das Öl nahezu den gleichen Brechungsindex haben sollten (homogene Immersion).
Leider ist die Theorie nicht immer mit der Praxis übereinstimmend.
Die Hersteller der Deckgläser bieten häufig Deckgläser mit anderem Brechungsindex als 1.525 ± 0.0015 und anderer Deckglasdicke als 0.17 (+0/-0.02) mm an, wie es gerade hochaperturige Objektive erfordern.
Bereits Abweichungen in der Deckglasdicke von 0.01 mm können unbefriedigende Ergebnisse der Bildqualität zur Folge haben.
Auch der Brechungsindex des Immersionsöl muß genau eingehalten werden, damit das Bild einwandfrei ist. Verwenden Sie daher das Zeiss-Immersionsöl mit dem Brechungsindex 1.518. Bei hochaperturigen Trockenobjektiven ist eine Kompensation dieser Schwankungen besonders wichtig.
Daher sind alle Objektive ab einer numerischen Apertur von 0.85 mit einem Korrekturring versehen.
Numerische Apertur
Abkürzung = n.A.
Wert, der den Sinus des halben Öffnungswinkels [alpha] des Objektivs angibt.
Das gilt nur, wenn sich Luft zwischen Objektiv und Präparat befindet. Exakter formuliert muß man daher noch den Brechungsindex des Immersionsmediums berücksichtigen.
Daher gilt die Formel:

n.A.    =    n x sin (½ x alpha)

n =
Brechungsindex des Mediums zwischen Objektivfrontlinse und Präparat bzw. Deckglas
Pflegeempfehlung
für Optik
Zugängliche optische Flächen (Frontlinsen, Okularhinterlinsen, Kondensorfrontlinsen) sollte man in der Regel mit milden Mitteln reinigen. Dazu kann man Optikreinigungspapier oder einen weißen Leinentuch (beide fusselfrei) benutzen. Gut eignet ist auch ein Holzstäbchen, um daß reine Medizinalwatte gewickelt wird.
Auch leichtes Anfeuchten mit destilliertem Wasser kann den Reinigungsprozeß unterstützen. Es wird immer vom Zentrum ausgehend mit kreisenden Bewegungen zum Rand hin gereinigt. Fussel oder Staub lassen sich mit einem Gummibalg (Fotofachgeschäft) wegpusten.
Für die Reinigung von hartnäckigerem Schmutz und Öl empfliehlt sich die gelegentliche Reinigung mit Gasolin (auch Medizinal-Benzin, Wundbenzin oder Petroläther genannt). Dieses Mittel hat den Vorzug, daß es leicht verdunstet und daher nicht in Ritzen oder Fugen eindringt, Lacke werden bei kurzer Einwirkungszeit nicht angegriffen.
Die mitgelieferte Staubschutzhülle vermeidet Verschmutzungen während Sie nicht mit dem Mikroskop arbeiten.
Bei tiefgreifenderen Verunreinigungen nehmen Sie bitte den Zeiss-Service in Anspruch.
Sehfeldzahl Die Sehfeldzahl bezeichnet den Durchmesser des sichtbaren Zwischenbildes in Millimetern.
Entscheidend ist also die Blende, die im Okular das Zwischenbild begrenzt. Außerdem müssen die Mikroskope im gesamten Strahlengang das Strahlenbüschel durchlassen.
Die Mikroskope Axioplan 2, Axiophot 2 und Axiotron 2 sind für Sehfelder mit 25 mm ausgelegt, hingegen sind sie Mikroskope Axioskop, Axiovert und Axiolab für Sehfelder von 20 mm ausgelegt.
Objektive Plan APOCHROMAT, Plan-NEOFLUAR und Epiplan-NEOFLUAR sind für das Sehfeld 25 mm geebnet. Die Objektive ACHROPLAN sind für das Sehfeld 23 mm geebnet.

Sehfelder sind entscheidend für den dargestellten Bereich des Objekts. Das Objektfeld ist daher um so größer, je größer die Sehfeldzahl ist.
Beispiele:

Objektiv Plan-NEOFLUAR 40x & Okular 10x/25
Objektfeld = 0.625 mm
Objektiv ACHROPLAN 40x & Okular 10/20
Objektfeld = 0.5 mm
Objektiv Plan-NEOFLUAR 1.25x & Okular 10/25x
Objektfeld = 20 mm
Objektiv Plan-NEOFLUAR 63x & Okular 10x/20 & Optovar 1.25x
Objektfeld = 0.254 mm
Tiefenschärfe
oder Gesamt-
abbildungstiefe
Abbildungstiefe (in mm) bedeutet Gesamttiefenschärfe bezogen auf das Auge. Der Bereich ober- und unterhalb der Fokusebene, der noch als scharf abgebildet wahrgenommen wird.
Die Gesamtabbildungstiefe berechnet sich nach der Formel:

T = Tg + Tw

wobei Tg die geometrische Abbildungstiefe unter Berücksichtigung einer Sehschärfe von 2º ist.

    0.143
Tg
= -------------------
    VTotal

    Lamda
Tw
= -------------------
    2(n.A.)²

Lambda =
Mittlere Wellenlänge des weißen Lichts = 0.00055 mm (grün)
n.A. =
Numerische Apertur des Objektivs
VTotal =
Gesamtvergrößerung im Mikroskop
förderliche
Vergrößerung
Da das Auge ein begrenztes Auflösungsvermögen hat, sollte man die Vergrößerung so wählen, daß das Auge sie noch auflösen kann.
Das ist - nach Abbe - immer der Fall, wenn die Vergrößerung zwischen dem 500fachen und 1000fachen der numerischen Apertur des Objektives liegt.
Liegt die Gesamtvergrößerung darüber, so spricht man von leerer Vergrößerung. Das Objektiv kann die Strukturen nicht mehr auflösen.
Liegt die Gesamtvergrößerung darunter, so kann das Auge die Einzelheiten nicht mehr erkennen.

Beispiele:

Objektiv Plan-NEOFLUAR 40x/0.75 & Okular 10x = 400x
375x ... 750x       OK

Objektiv ACHROPLAN 100x/1.25 & Okular 16x = 1600x
625x ... 1250x     NICHT OK

Objektiv Plan-APOCHROMAT 20x/0.75 & Fotookular 10x
& Kamerafaktor 0.25 & 10x Nachvergrößerung = 500x
375x ... 750x       OK
Vergrößerung
und
Abbildungsmaßstab
Die Gesamtvergrößerung des Mikroskops berechnet sich aus Maßstabszahl des Objektivs multipliziert mit der Vergrößerung des Okulars und ggf. multipliziert mit Zwischenvergrößerungen.

Man unterscheidet Vergrößerung und Abbildungsmaßstab.

Während die Vergrößerung immer auf den Eindruck des Auges bezogen ist, ist der Abbildungsmaßstab immer eine ausmessbare Größe.
Betrachtet man etwas mit dem Auge aus einer Entfernung von 250 mm, so spricht man von einer Vergrößerung von 1x. Ist die Entfernung 500 mm, aus der man es betrachtet, so sieht man das Objekt nur noch halb so groß - die Vergrößerung ist jetzt nur noch 0.5x. Entscheidend ist der Sehwinkel unter dem man etwas sieht.
Beim Blick in das Mikroskop wird der Sehwinkel, unter dem man das Objekt sieht, vergößert - und zwar genau um den Faktor, der sich aus der oben genannten Rechnung für die Gesamtvergrößerung ergibt. Das bedeutet nicht, daß man den gesamten Sehwinkel auch in das Auge abbildet! Begrenzt wird der Sehwinkel durch das Sehfeld.
Der Abbildungsmaßstab kommt immer dann in Betracht, wenn man ein Bild erzeugt, daß man mit einem Maßstab vermessen will. Beispielsweise macht man mit einer Mikroskopkamera ein Bild und möchte wissen, wie groß das Objektdetail im Präparat war.
Dazu mißt man das Detail auf dem Foto mit einem Lineal aus. Teilt man durch die Gesamtvergrößerung, so erhält man die Originalgröße.
Beispiel: 10 mm Objektgröße auf dem Papierbild, fotografiert mit Objektiv 40x, Fotookular 10x, Kameravergrößerung 0.25x und 4x nachvergrößert.

10 mm
-------------------------
40 x 10 x 0.25 x 4

Ergibt 0.025 mm oder 25 µm. Das Objektdetail war also exakt 25 µm groß. Der Abbildungsmaßstab ist 400:1. Betrachtet man das Bild aus 250 mm Entfernung sieht man es 400x größer, als würde man das Objektdetail auf dem Objektträger mit dem bloßen Auge betrachten.

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