Mikroskopie
Optische Mikroskope sind universal einsetzbare Messgeräte. Sie werden immer präziser und liefern Objekt- oder Strukturbilder von Proben, deren Größe oft unterhalb des Auflösungsvermögens menschlicher Augen liegen.
Die moderne Mikroskopie hat die Welt in vielerlei Hinsicht verändert. Die heutige Medizin ist ohne die mikroskopische Vergrößerung von Zellen und anderen Objekten kaum denkbar.
Die Mikroskopie hat auch die Verbindung zwischen Forschung und Industrie verbessert. Mikroskope werden z.B. vielfach im Bereich der Materialforschung eingesetzt, um die Struktur und Eigenschaften von Materialien zu untersuchen. Damit werden neue Materialien und Technologien entwickelt und die Produktivität verbessert.
Jedes spezifische Einsatzgebiet verlangt bestimmte Arten von Mikroskopen. Dabei seien die monokularen, binokularen sowie trinokularen nur als eine kleine Auswahl genannt. Außerdem ist es wichtig die richtige Beleuchtung für unterschiedliche Mikroskop-Modelle und perfekte Abbildungen zu kennen.
Inhalt
Planachromatische Objektive
Planachromatische Objektive haben gegenüber einfacheren Objektiven den Vorteil, dass zusätzlich die Bildfeldwölbung behoben ist. Dadurch ergibt sich über das gesamte Bildfeld ein scharfes Bild. Aufgrund des durchgängig scharfen Bilds sind die Objektive besonders gut für die Mikrofotografie und zu durchmusternde Objekte geeignet.
Numerische Apertur
Durch die numerische Apertur (NA) werden Lichtstärke und Auflösungsvermögen eines Objektivs beschrieben. Berechnet wird sie aus dem halben Öffnungswinkel des Objektivs (α) und dem Brechungsindex des Mediums (n) zwischen Frontlinse und Deckglas (i.d.R. Luft oder Öl). NA = n · sin α. Je höher der Wert für die numerische Apertur ist, desto besser kann ein Objektiv Details im Präparat auflösen.
Kondensor
Mittels eines Kondensors wird, vereinfacht gesagt, das Objekt gleichmäßig ausgeleuchtet und er sorgt dafür, dass so viel Licht wie möglich von der Lichtquelle zu dem Objekt gelangt. Für die maximale Auflösung des Objektivs sollte der verwendete Kondensor eine größere oder gleichgroße numerische Apertur haben. Kontrast, Schärfentiefe und Auflösung werden mit der Aperturblende reguliert. Sie sitzt unterhalb des Kondensors.
Wie funktionieren Mikroskope?
Stereo-Mikroskope bilden in jedem Auge je ein eigenes Bild des Objektes ab. Beide Augen sehen das Präparat aus einem etwas unterschiedlichen Winkel, so dass ein Stereo-Effekt eintritt. Das menschliche Gehirn kombiniert die beiden Bilder zu einem einzigen Bild mit einiger Tiefe, so entsteht ein fast räumlicher Eindruck.
Durch den großen Zoombereich und die weite Tiefenschärfe eignen sie sich zur Edelstein-Untersuchung. Mit ihnen werden innere Eigenschaften beobachtet und äußere Merkmale wie Schliff und Politur kontrolliert. Ein weiteres Einsatzfeld ist die Qualitätskontrolle von Elektronik-, Feinmechanik- und Kunststoffprodukten.
Das Binokular-Mikroskop erzeugt ein Bild mit nur einem Objektiv und macht dieses für beide Augen sichtbar, es erlaubt jedoch kein räumliches Betrachten des Objektes. Binokular-Mikroskope sind ideal für biologische Untersuchungen, dazu zählen besonders das Mikroskopieren von kontrastarmen Objekten, z.B. die Beobachtung von Mikroorganismen, roten Blutkörperchen, oder die Blutuntersuchung nach Enderlein. Ebenfalls wird es genutzt, um verschiedene Zellstrukturen zu identifizieren oder Wasseranalyse (Hydrobiologie) in Gewässern und Klärwerken durchzuführen.
Aufklappen und alles über Bildqualität und Objektive erfahren
Optimale Vergrößerung mit erstklassigen Okularen und Objektiven
Das Okular ist dem Auge des Betrachters am nächsten. Während das Okular an der Gesamtvergrößerung des Mikroskops beteiligt ist, hat es hingegen keinen Einfluss auf die Auflösung. Üblicherweise besitzen Okulare eine Vergrößerung von 5x, 10x, 15x, 16x, 20x.
Das Objektiv liefert das vergrößerte, seitenverkehrte reele Zwischenbild. Bei der Wahl der Objektive ist häufig unklar, was die Bezeichnungen Vergrößerung, Maßstabszahl, Sehfeldzahl und Auflösung bedeuten und welche Rolle sie spielen.
Okular und Bildfeld
Um das vom Objektiv in der Maßstabszahl abgebildete Bild betrachten zu können, wird das Bild mit Hilfe eines Okulars vergrößert. Dies entspricht der Funktion einer Lupe. Die verwendeten Okulare sind auch entscheidend für das Bildfeld. Dies ist der Bereich der Probe, welcher im Mikroskop beobachtet werden kann.
So wird der Wert errechnet: 10 (Sehfelzahl) : 40 (Maßstabszahl) = 0,25 mm. Das bedeutet, dass der Durchmesser des Bildfelds – mit den verwendeten Okularen und Objektiv – 0,25 mm groß ist. Die Fläche des Bildfelds ergibt sich dann zu rund 0,05 mm².
Das Bildfeld ermöglicht die beobachteten Objekte grob zu vermessen. Für ein großes Bildfeld kommen Weitfeldokulare zum Einsatz, da diese eine höhere Sehfeldzahl aufweisen.
Objektive und Gesamtvergrößerung
Die Bildqualität eines Mikroskops hängt hauptsächlich von der Qualität der Objektive ab. Während Okulare eine Vergrößerung aufweisen, vergrößern Objektive das Bild an sich nicht. Vielmehr bilden Objektive das Objekt in einem Abbildungsmaßstab ab. Z.B. erzeugt ein Objektiv mit einer Maßstabszahl von 40 ein Bild des Objekts mit einem Abbildungsmaßstab von 40:1.
So wird der Wert errechnet: 10x (Okular)∗ 40x (Objektiv) = 400-fache Mikroskop-Vergrößerung.
Die speziellen Planachromatischen Objektive haben gegenüber einfacheren Objektiven den Vorteil, dass zusätzlich die Bildfeldwölbung behoben ist. Dadurch ergibt sich über das gesamte Bildfeld ein scharfes Bild.
Die Auflösung, die Maßstabszahl, die numerische Apertur (NA) und der Kondensor
Die Auflösung eines Mikroskops ergibt sich durch das verwendete Objektiv. Die Auflösung bedeutet, wie groß der Abstand zwischen zwei Strukturen mindestens sein muss, um diese Strukturen getrennt zu erkennen. Entscheidend dafür ist die numerische Apertur (NA). Diese ergibt sich aus dem Öffnungswinkel des Objektivs und dem Brechungsindex des umgebenden Mediums.
Für die Auflösung ebenfalls entscheidend ist die Wellenlänge (λ) des verwendeten Lichts beim Mikroskopieren. Wird eine weiße Lichtquelle genutzt, wird mit einer Wellenlänge von λ = 550 nm gerechnet, da dies der Wert für die höchste Augenempfindlichkeit ist.
Objektiv und Maßstabszahlen
Für die Mikroskopie werden in der Regel mehrere Objektive mit unterschiedlichen Maßstabszahlen verwendet. Diese sind meist in ansteigender Maßstabszahl am Objektivrevolver geordnet. Mit steigender Maßstabszahl vergrößert sich in der Regel die Nummerische Apertur, wodurch sich die Fokuslänge reduziert. Das bedeutet, dass sich der Abstand zwischen Objektiv und Objekt mit ansteigender Maßstabszahl verkleinert.
Wir empfehlen beim Mikroskopieren nur Objektive eines Herstellers zu verwenden. Diese sind in der Regel parfokal abgeglichen. Das bedeutet, dass bei Wechsel der Objektive der Fokus nahezu erhalten bleibt und das Objekt kaum scharf gestellt werden muss.
Maximale Auflösung erreichen
Um die maximale Auflösung des Objektivs zu ermöglichen, ist es notwendig, dass der verwendete Kondensor eine größere oder gleichgroße numerische Apertur hat. Besitzt der Kondensor hingegen eine geringere numerische Apertur, muss dies in der Berechnung der Auflösung (d) berücksichtigt werden. (Hat der Kondensor hingegen eine größere Nummerische Apertur muss diese nicht in der Berechnung berücksichtigt werden.)
Wert errechnen (d = λ / (NA Kondensor + NA Objektiv): Verwendet wird ein Objektiv 40x NA 0,65 und ein Kondensor NA 1,25. Dadurch ergibt sich: d = 550 / (2 · 0,65) = 423 nm
Das Ergebnis bedeutet: Um zwei Strukturen mit dem verwendeten Objektiv unterscheiden zu können, müssen diese mindestens 423 nm voneinander getrennt sein.
Die richtige Beleuchtung
Zur Beobachtung der Objekte ist eine Beleuchtung unabdingbar. Vereinfacht gesagt, gibt es zwei Arten der Beleuchtung:
- Durchlichtbeleuchtung: Hier befinden sich Lichtquelle und Beobachtungsoptik auf unterschiedlichen Seiten des Objekts. Dadurch dringt das Licht durch das Objekt bzw. Präparat hindurch.
- Auflichtbeleuchtung: bei dieser Beleuchtungsart wird das Objekt von der Seite beleuchtet, auf der sich auch die Beobachtungsoptik befindet. Dadurch können Objekte untersucht werden, welche nicht lichtdurchlässig sind oder es wird für Edelstein-Untersuchungen eingesetzt.
Phasenkontrast-Verfahren einsetzen
Die Phasenkontrasteinrichtung wird häufig bei unseren Binokular-Mikroskopen verwendet. Das Phasenkontrast-Verfahren ist ein Abbildungsverfahren, das bei sehr dünnen Objekten bzw. Präparaten eingesetzt wird. Bei diesen Proben sind, bei Hellfeld-Beobachtung, kaum Details oder Kontraste vorhanden. Solche Präparate werden besonders in der Histologie, Forensik und der Umweltanalytik untersucht. Die Phasenkontrasteinrichtung wird genutzt, um Phasenunterschiede deutlich zu machen. Denn die Phase bzw. Phasenunterschiede kann das menschliche Auge nicht erkennen.
Aufbau: Die Phasenkontrasteinrichtung besteht aus einem speziellen Objektiv und Kondensor, welche jeweils einen sogenannten Phasenring aufweisen. Durch Positionierung des Kondensors können diese Phasenringe überlagert werden. Damit diese aufeinander abgestimmt sind, sollten das Objektiv und der Kondensor vom gleichen Hersteller stammen. Durch die Phasenringe ist es möglich die Phasenunterschiede sichtbar zu machen, jedoch ist zu beachten, dass die Lichtintensität verloren geht. Aus diesem Grund ist eine Lichtquelle mit hoher Lichtintensität nötig. Wie es in der Praxis aussieht, ist im Video „How to use“ beschrieben.
Unterschiede zwischen Hellfeld, Dunkelfeld und Phasenkontrast
| Hellfeld | Dunkelfeld | Phasenkontrast | |
|---|---|---|---|
| Prinzip der Abbildung |
|
|
|
| Für welche Proben geeignet? |
|
|
|
| Vorteile |
|
|
|
| Nachteile |
|
|
|
Abbildungsverfahren im Überblick
Lichtquellen für die Mikroskopie
Es werden unterschiedlichste Lichtquellen für die Mikroskopie genutzt. In der Regel werden Halogenlampen oder LED genutzt. Bei einfachen Mikroskopen kann ebenfalls mittels eines Spiegels Umgebungslicht gebündelt werden. Durch frei positionierbare Beleuchtungen, wie z. B. Ringleuchten oder Kaltlichtquellen, kann die Beleuchtung zusätzlich seitlich erfolgen.
HalogenlampeVorteil: Hohe Lichtausbeute, preisgünstig, ideal für Durchlichtmikroskopie Hier klickenLED-Beleuchtung Vorteil: Hohe Lichtstärke, geeignet für wärmeempfindliche Proben, ideal für die seitliche Beleuchtung.Hier klickenSchwanenhals-BeleuchtungVorteil: Punktgenaue, flexible Ausleuchtung, kaum Infrarot-Strahlung, ideal für wärmeempfindliche Proben und GemmologieHier klicken
Typische Anwendungsbereiche
Mikroskope finden Verwendung in vielen Industrien
Das Anwendungsgebiet spielt eine wichtige Rolle beim Mikroskop-Kauf. Denn im Endeffekt kommt es darauf an, dass das von Ihnen gekaufte Mikroskop für ihr Einsatzgebiet auch geeignet ist. Unsere Mikroskope wurden entwickelt für die medizinische und biologische Anwendung in Labor, für die Industrie oder für die Forschung. Auch zum Zweck der Diagnostik, Qualitätskontrolle, Materialprüfung, Bildung finden sie Verwendung. Wir bieten auch ein metallurgisches Auflichtmikroskop an, z.B. zur Identifizierung und Analyse von Stahlverbindungen und anderen Metallen oder zur Qualitätsbestimmung. Des weiteren finden Sie bei uns viele hochwertige Edelstein-Mikroskope für gemmologische Untersuchungen.
Informieren Sie sich gerne: In unserer Tabelle haben wir eine Übersicht unserer Mikroskope erstellt, mit den von uns empfohlenen Anwendungsbereichen.
Tipps zur Reinigung optischer Komponenten
Die zugänglichen optischen Oberflächen (Frontlinsen, Rücklinsen des Okulars, Frontlinsen des Kondensors) sollten normalerweise mit einem milden Reinigungsmittel gesäubert werden.
- Ein Optik-Reinigungspapier oder ein weißes Leinentuch (beides fusselfrei) sind hierfür geeignet.
- Auch ein mit medizinischer Watte umwickeltes Holzstäbchen kann verwendet werden.
- Leichtes Anfeuchten mit destilliertem Wasser kann bei der Reinigung hilfreich sein. Die Reinigung erfolgt immer in kreisförmigen Bewegungen von der Mitte zu den Rändern hin. Fusseln und Staub können mit einem Blasebalg entfernt werden, wie er im Kamerahandel erhältlich ist.
- Bei hartnäckigen Anhaftungen von Schmutz oder Fett kann gelegentlich medizinisch eingesetztes Waschbenzin verwendet werden. Der Vorteil liegt darin, dass es leicht verdunstet und darum nicht in Spalten oder Fugen eindringt. Die Lackierung wird wegen der kurzen Einwirkungszeit des Mittels nicht beschädigt.
- Die mit dem Mikroskop gelieferte Staubschutzhaube verhindert ein Verstauben des Instruments außerhalb der Nutzungszeiten.
How to Use
Mit KRÜSS Optronic Mikroskopen arbeiten- Tipps von den Profis
Wir bietet hochwertige Mikroskope an, die für eine hervorragende Bildqualität bekannt sind. Unsere Labormikroskope sind individuell konfigurierbar. So ist es möglich an ein Trinokular-Mikroskop eine Kamera für Bild- und Filmaufnahmen anzuschließen. Darüber hinaus sind andere Modelle universell einsetzbar für Lehre, Forschung und Ausbildung sowie in Bereichen der Biologie, Histologie, Forensik oder Materialprüfung..
KRÜSS Optronic Mikroskope verwenden
7 Videos
0:16
0:16
0:16
0:16
0:16