Resolusi mikroskop bergantung pada nilai apa? Resolusi dan perbesaran mikroskop. Sistem optik mikroskop
Resolusi mata terbatas. Resolusi dicirikan jarak terselesaikan, yaitu. jarak minimum antara dua partikel yang bertetangga di mana mereka masih terlihat secara terpisah. Jarak terselesaikan dengan mata telanjang adalah sekitar 0,2 mm. Mikroskop digunakan untuk meningkatkan resolusi. Untuk mempelajari struktur logam, mikroskop pertama kali digunakan pada tahun 1831 oleh P.P. Anosov, yang mempelajari baja damask, dan kemudian, pada tahun 1863, oleh orang Inggris G. Sorby, yang mempelajari besi meteorit.
Jarak yang diizinkan ditentukan oleh hubungan:
Di mana aku- panjang gelombang cahaya yang datang dari objek penelitian ke lensa, N– indeks bias medium yang terletak di antara benda dan lensa, dan A- bukaan sudut sama dengan setengah sudut bukaan berkas sinar yang masuk ke lensa yang menghasilkan bayangan. Karakteristik penting lensa ini terukir pada bingkai lensa.
Lensa yang baik memiliki sudut aperture maksimum a = 70° dan sina » 0,94. Kebanyakan penelitian menggunakan objektif kering yang beroperasi di udara (n = 1). Untuk mengurangi jarak yang ditempuh, digunakan lensa imersi. Ruang antara benda dan lensa diisi dengan cairan transparan (perendaman) dengan indeks bias tinggi. Biasanya setetes minyak cedar digunakan (n = 1,51).
Jika kita mengambil l = 0,55 µm untuk cahaya putih tampak, maka jarak penyelesaian minimum mikroskop cahaya adalah:
Jadi, daya pisah mikroskop cahaya dibatasi oleh panjang gelombang cahaya. Lensa memperbesar bayangan perantara suatu benda, yang dilihat melalui lensa mata, seolah-olah melalui kaca pembesar. Lensa mata memperbesar bayangan perantara suatu benda dan tidak dapat memperbesar resolusi mikroskop.
Perbesaran total mikroskop sama dengan hasil kali perbesaran lensa objektif dan lensa okuler. Mikroskop metalografi digunakan untuk mempelajari struktur logam dengan perbesaran 20 hingga 2000 kali.
Pemula membuat kesalahan umum dengan mencoba melihat struktur secara langsung pada perbesaran tinggi. Perlu diingat bahwa semakin besar perbesaran suatu benda maka semakin kecil luas bidang pandang mikroskop. Oleh karena itu, disarankan untuk memulai penelitian dengan menggunakan lensa lemah untuk menilai terlebih dahulu sifat umum struktur logam pada area yang luas. Jika Anda memulai mikroanalisis menggunakan lensa yang kuat, banyak fitur penting dari struktur logam mungkin tidak diperhatikan.
Setelah melihat struktur secara umum pada perbesaran mikroskop yang rendah, lensa dengan resolusi seperti itu dipilih untuk melihat semua detail terkecil yang diperlukan dari struktur.
Lensa okuler dipilih sedemikian rupa sehingga detail struktur yang diperbesar oleh lensa terlihat jelas. Jika perbesaran lensa okuler tidak mencukupi, detail halus dari gambar perantara yang dihasilkan oleh lensa tidak akan terlihat melalui mikroskop, sehingga resolusi penuh lensa tidak akan digunakan. Jika perbesaran lensa okuler terlalu tinggi, detail struktural baru tidak akan terlihat, pada saat yang sama, kontur detail yang sudah teridentifikasi akan kabur, dan bidang pandang akan menjadi lebih sempit. Perbesaran lensa mata itu sendiri terukir pada bingkainya (misalnya, 7 x).
Mikroskop dirancang untuk mengamati benda-benda kecil dengan perbesaran lebih besar dan resolusi lebih besar daripada yang diberikan kaca pembesar. Sistem optik mikroskop terdiri dari dua bagian: lensa dan lensa okuler. Lensa mikroskop membentuk bayangan terbalik yang diperbesar dari suatu benda pada bidang fokus depan lensa mata. Lensa mata bertindak seperti kaca pembesar dan membentuk bayangan maya pada jarak pandang terbaik. Sehubungan dengan keseluruhan mikroskop, benda yang dimaksud terletak pada bidang fokus depan.
Pembesaran Mikroskop
Aksi lensa mikro dicirikan oleh perbesaran liniernya: V ob = -Δ/F\" ob * F\" ob - panjang fokus lensa mikro * Δ - jarak antara fokus belakang lensa dan fokus depan lensa lensa mata, disebut interval optik atau panjang optik tabung.
Bayangan yang dihasilkan oleh lensa objektif mikroskop pada bidang fokus depan lensa mata dilihat melalui lensa mata, yang berfungsi sebagai kaca pembesar dengan perbesaran tampak:
G oke =¼ F oke
Perbesaran keseluruhan mikroskop ditentukan sebagai hasil kali perbesaran objektif dan perbesaran lensa okuler: G=V sekitar *G kira-kira
Jika panjang fokus seluruh mikroskop diketahui, maka perbesaran semunya dapat ditentukan dengan cara yang sama seperti kaca pembesar:
Biasanya, perbesaran lensa mikroskop modern distandarisasi dan berjumlah serangkaian angka: 10, 20, 40, 60, 90, 100 kali. Perbesaran lensa mata juga mempunyai nilai yang sangat spesifik, misalnya 10, 20, 30 kali. Semua mikroskop modern memiliki serangkaian tujuan dan lensa okuler yang dirancang dan diproduksi secara khusus agar cocok satu sama lain sehingga dapat digabungkan untuk mencapai perbesaran yang berbeda.
Bidang pandang mikroskop
Bidang pandang mikroskop bergantung pada bidang sudut lensa okuler ω , yang menghasilkan gambar dengan kualitas cukup baik: 2y=500*tg(ω)/G * G - perbesaran mikroskop
Untuk bidang sudut tertentu pada lensa mata, bidang linier mikroskop dalam ruang benda semakin kecil, semakin besar perbesaran semunya.
Diameter pupil keluar mikroskop
Diameter pupil keluar mikroskop dihitung sebagai berikut:
dimana A adalah bukaan depan mikroskop.
Diameter pupil keluar mikroskop biasanya sedikit lebih kecil dari diameter pupil mata (0,5 - 1 mm).
Apabila mengamati melalui mikroskop, pupil mata harus sejajar dengan pupil keluar mikroskop.
Resolusi mikroskop
Salah satu karakteristik terpenting mikroskop adalah resolusinya. Menurut teori difraksi Abbe, batas resolusi linier mikroskop, yaitu jarak minimum antar titik pada suatu benda yang dicitrakan terpisah, bergantung pada panjang gelombang dan bukaan numerik mikroskop:
Resolusi maksimum yang dapat dicapai dari mikroskop optik dapat dihitung berdasarkan ekspresi bukaan mikroskop. Jika kita memperhitungkan bahwa nilai sinus sudut maksimum yang mungkin adalah satu, maka untuk panjang gelombang rata-rata kita dapat menghitung resolusi mikroskop: 
Ada dua cara untuk meningkatkan resolusi mikroskop: * Dengan meningkatkan bukaan obyektif, * Dengan mengurangi panjang gelombang cahaya.
Pencelupan
Untuk meningkatkan bukaan lensa, ruang antara objek dan lensa diisi dengan apa yang disebut cairan imersi - zat transparan dengan indeks bias lebih besar dari satu. Air, minyak cedar, larutan gliserin dan zat lain digunakan sebagai cairan tersebut. Lubang tujuan perendaman perbesaran tinggi mencapai nilai , maka resolusi maksimum yang dapat dicapai dari mikroskop optik perendaman adalah. 
Penerapan sinar ultraviolet
Untuk meningkatkan resolusi mikroskop, cara kedua menggunakan sinar ultraviolet yang panjang gelombangnya lebih pendek dibandingkan sinar tampak. Dalam hal ini, harus digunakan optik khusus yang transparan terhadap sinar ultraviolet. Karena mata manusia tidak dapat melihat radiasi ultraviolet, maka perlu menggunakan cara yang mengubah gambar ultraviolet yang tidak terlihat menjadi gambar yang terlihat, atau memotret gambar tersebut dalam sinar ultraviolet. Pada panjang gelombang, resolusi mikroskop adalah.
Selain peningkatan resolusi, metode pengamatan sinar ultraviolet memiliki keunggulan lain. Biasanya, benda hidup bersifat transparan di wilayah spektrum yang terlihat, dan oleh karena itu telah diwarnai terlebih dahulu sebelum diamati. Tetapi beberapa objek (asam nukleat, protein) memiliki serapan selektif pada wilayah spektrum ultraviolet, sehingga dapat “terlihat” dalam sinar ultraviolet tanpa pewarnaan.
Kualitas gambar bertekad resolusi mikroskop, yaitu. jarak minimum di mana optik mikroskop dapat secara terpisah membedakan dua titik yang berjarak dekat. resolusi tergantung pada bukaan numerik objektif, kondensor, dan panjang gelombang cahaya yang menerangi spesimen. Bukaan numerik (bukaan) bergantung pada bukaan sudut dan indeks bias medium yang terletak di antara lensa depan objektif dan kondensor serta spesimen.
Bukaan Sudut Lensa- ini adalah sudut maksimum (AOB) di mana sinar yang melewati preparasi dapat masuk ke lensa. Bukaan Numerik Lensa sama dengan hasil kali sinus setengah bukaan sudut dan indeks bias medium yang terletak di antara kaca objek dan lensa depan lensa objektif. N.A. = n sinα dimana, N.A. - bukaan numerik; n adalah indeks bias medium antara spesimen dan lensa; sinα adalah sinus sudut α sama dengan setengah sudut AOB pada diagram.
Jadi, bukaan sistem kering (antara lensa objektif depan dan persiapan udara) tidak boleh lebih dari 1 (biasanya tidak lebih dari 0,95). Media yang ditempatkan di antara benda uji dan obyektif disebut cairan perendaman atau perendaman, dan obyektif yang dirancang untuk bekerja dengan cairan perendaman disebut perendaman. Berkat perendaman dengan indeks bias yang lebih tinggi daripada udara, bukaan numerik lensa dan resolusinya dapat ditingkatkan.
Bukaan numerik lensa selalu terukir pada bingkainya.
Resolusi mikroskop juga bergantung pada bukaan kondensor. Jika kita menganggap bukaan kondensor sama dengan bukaan lensa, maka rumus resolusinya berbentuk R=λ/2NA, dengan R adalah batas resolusi; λ - panjang gelombang; N.A - bukaan numerik. Dari rumus ini jelas bahwa jika diamati pada cahaya tampak (spektrum bagian hijau - λ = 550 nm), resolusi (batas resolusi) tidak boleh > 0,2 µm
Pengaruh bukaan numerik objektif mikroskop terhadap kualitas gambar
Cara untuk meningkatkan resolusi optik
Memilih sudut kerucut cahaya yang besar, baik dari sisi lensa maupun dari sisi sumber cahaya. Berkat ini, dimungkinkan untuk mengumpulkan lebih banyak sinar cahaya yang dibiaskan dari struktur sangat tipis di lensa. Jadi, cara pertama untuk meningkatkan resolusi adalah dengan menggunakan kondensor yang bukaan numeriknya sesuai dengan bukaan numerik objektif.
Cara kedua adalah dengan menggunakan cairan perendaman antara lensa objektif depan dan kaca penutup. Beginilah cara kita mempengaruhi indeks bias medium n, yang dijelaskan dalam rumus pertama. Nilai optimal yang direkomendasikan untuk cairan perendaman adalah 1,51.
Cairan perendaman
Cairan perendaman diperlukan untuk meningkatkan bukaan numerik dan, karenanya, meningkatkan resolusi sasaran perendaman, yang dirancang khusus untuk bekerja dengan cairan ini dan, karenanya, diberi tanda. Cairan perendaman yang ditempatkan antara objektif dan spesimen mempunyai indeks bias lebih tinggi dibandingkan udara. Oleh karena itu, sinar cahaya yang dibelokkan oleh detail terkecil objek tidak tersebar saat meninggalkan preparasi dan masuk ke lensa, sehingga menyebabkan peningkatan resolusi.
Ada lensa imersi air (ditandai dengan cincin putih), lensa imersi minyak (cincin hitam), lensa imersi gliserin (cincin kuning), dan lensa imersi monobromonaftalena (cincin merah). Dalam mikroskop cahaya sediaan biologis, tujuan perendaman air dan minyak digunakan. Tujuan perendaman gliserol kuarsa khusus memancarkan radiasi ultraviolet gelombang pendek dan dirancang untuk mikroskop ultraviolet (jangan dikelirukan dengan fluoresen) (yaitu, untuk mempelajari objek biologis yang secara selektif menyerap sinar ultraviolet). Tujuan perendaman naftalena monobrominasi tidak digunakan dalam mikroskop objek biologis.
Air suling digunakan sebagai cairan perendaman untuk lensa perendaman air, dan minyak alami (cedar) atau sintetis dengan indeks bias tertentu digunakan sebagai cairan perendaman untuk lensa perendaman minyak.
Berbeda dengan cairan perendaman lainnya perendaman minyak bersifat homogen karena mempunyai indeks bias sama atau sangat dekat dengan indeks bias kaca. Biasanya indeks bias (n) ini dihitung untuk garis spektral tertentu dan suhu tertentu dan ditunjukkan pada botol minyak. Misalnya indeks bias minyak imersi untuk pengerjaan dengan kaca penutup untuk garis spektral D pada spektrum natrium pada suhu = 20°C adalah 1,515 (nD 20 = 1,515), untuk pengerjaan tanpa kaca penutup (nD 20 = 1,520 ).
Untuk bekerja dengan lensa apokromatik, dispersi juga dinormalisasi, yaitu perbedaan indeks bias untuk garis spektrum yang berbeda.
Penggunaan minyak imersi sintetis lebih disukai karena parameternya terstandarisasi dengan lebih akurat, dan tidak seperti minyak cedar, minyak ini tidak mengering di permukaan lensa depan lensa.
Mengingat hal di atas, Anda tidak boleh menggunakan pengganti minyak imersi dan, khususnya, minyak petroleum jelly. Dalam beberapa metode mikroskop, untuk meningkatkan bukaan kondensor, cairan perendaman (biasanya air suling) ditempatkan di antara kondensor dan spesimen.
Batas resolusi- ini adalah jarak terkecil antara dua titik suatu benda di mana titik-titik tersebut dapat dibedakan, mis. dilihat di mikroskop sebagai dua titik.
Resolusi didefinisikan sebagai kemampuan mikroskop untuk menghasilkan gambar terpisah dari detail kecil dari objek yang diperiksa. Itu diberikan oleh rumus:
dimana A adalah bukaan numerik, l adalah panjang gelombang cahaya; , dimana n adalah indeks bias medium tempat benda tersebut berada, U adalah sudut bukaan.
Untuk mempelajari struktur makhluk hidup terkecil diperlukan mikroskop dengan perbesaran tinggi dan resolusi yang baik. Mikroskop optik dibatasi pada perbesaran 2000 kali dan memiliki resolusi tidak lebih baik dari 250 nm. Nilai-nilai ini tidak cocok untuk mempelajari detail sel yang halus.
118. Mikroskop ultraviolet. Salah satu cara untuk mengurangi
Batasan resolusi mikroskop adalah penggunaan cahaya dengan panjang gelombang yang lebih pendek. Dalam hal ini, mikroskop ultraviolet digunakan, di mana objek mikro diperiksa dalam sinar ultraviolet. Karena mata tidak secara langsung merasakan radiasi ini, pelat fotografi, layar fluoresen, atau konverter elektro-optik digunakan. Cara lain untuk mengurangi batas resolusi mikroskop adalah dengan meningkatkan indeks bias medium tempat mikroskop berada. Untuk melakukan ini, itu ditempatkan di cairan perendaman, misalnya minyak cedar.
119. Mikroskop luminescent (fluoresen). didasarkan pada kemampuan beberapa zat untuk berpendar, yaitu bersinar ketika disinari dengan sinar ultraviolet atau biru yang tidak terlihat.
Warna pendaran dialihkan ke bagian spektrum dengan panjang gelombang yang lebih panjang dibandingkan dengan cahaya yang menggairahkannya (aturan Stokes). Ketika pendaran tereksitasi oleh cahaya biru, warnanya dapat berkisar dari hijau hingga merah; jika pendaran tereksitasi oleh radiasi ultraviolet, maka pendaran dapat berada di bagian mana pun dari spektrum tampak. Fitur pendaran ini memungkinkan, dengan menggunakan filter khusus yang menyerap cahaya yang menarik, untuk mengamati cahaya pendaran yang relatif lemah.
Karena sebagian besar mikroorganisme tidak memiliki pendaran sendiri, mereka diwarnai dengan larutan pewarna fluoresen. Metode ini digunakan untuk pemeriksaan bakterioskopik terhadap agen penyebab infeksi tertentu: tuberkulosis (auromine), inklusi dalam sel yang dibentuk oleh virus tertentu, dll. Metode yang sama dapat digunakan untuk studi sitokimia mikroorganisme hidup dan tidak bergerak. Pada reaksi imunofluoresensi menggunakan antibodi berlabel fluorokrom, antigen mikroorganisme atau antibodi dideteksi dalam serum pasien.
120. Mikroskop kontras fase. Ketika mikroskopi mikroorganisme tidak ternoda yang berbeda dengan lingkungan hanya pada indeks biasnya, tidak ada perubahan intensitas cahaya (amplitudo), tetapi hanya fase gelombang cahaya yang ditransmisikan yang berubah. Oleh karena itu, mata tidak dapat melihat perubahan ini dan objek yang diamati terlihat kontras rendah dan transparan. Untuk mengamati objek tersebut gunakan mikroskop fase kontras, berdasarkan transformasi perubahan fase tak kasat mata yang ditimbulkan oleh suatu benda menjadi perubahan amplitudo yang terlihat oleh mata.
Berkat penggunaan metode mikroskop ini, kontras mikroorganisme hidup yang tidak ternoda meningkat secara dramatis dan mereka tampak gelap pada latar belakang terang atau terang pada latar belakang gelap.
Mikroskop kontras fase juga digunakan untuk mempelajari sel kultur jaringan, mengamati efek berbagai virus pada sel, dll.
121. Mikroskop medan gelap. Mikroskop medan gelap didasarkan pada kemampuan mikroorganisme untuk menyebarkan cahaya dengan kuat. Untuk mikroskop medan gelap, digunakan objektif konvensional dan kondensor medan gelap khusus.
Ciri utama kondensor medan gelap adalah bagian tengahnya digelapkan dan sinar langsung dari iluminator tidak masuk ke lensa mikroskop. Benda disinari oleh sinar samping miring dan hanya sinar yang dihamburkan oleh partikel dalam sediaan yang masuk ke lensa mikroskop. Mikroskop medan gelap didasarkan pada efek Tyndall, contoh terkenalnya adalah deteksi partikel debu di udara ketika disinari oleh sinar matahari yang sempit.
Dengan mikroskop medan gelap, mikroorganisme tampak bersinar terang dengan latar belakang hitam. Dengan metode mikroskop ini, mikroorganisme terkecil dapat dideteksi, yang ukurannya berada di luar resolusi mikroskop. Namun, mikroskop medan gelap memungkinkan Anda melihat hanya garis besar suatu objek, tetapi tidak memungkinkan Anda mempelajari struktur internal.
122. Radiasi termal adalah jenis radiasi elektromagnetik yang paling umum di alam. Hal ini terjadi karena energi gerak termal atom dan molekul suatu zat. Radiasi termal melekat pada semua benda pada suhu berapa pun selain nol mutlak.
Emisivitas tubuh total E (disebut juga luminositas energik) adalah jumlah energi yang dipancarkan dari satuan luas permukaan suatu benda dalam 1 s. Diukur dalam J/m 2 s.
Total kapasitas penyerapan radiasi tubuh A (koefisien serapan) adalah rasio energi radiasi yang diserap oleh suatu benda terhadap seluruh energi radiasi yang terjadi padanya; A adalah besaran yang tidak berdimensi.
123. Tubuhnya benar-benar hitam. Benda imajiner yang menyerap semua energi radiasi yang datang padanya pada suhu berapa pun disebut hitam pekat.
hukum Kirchhoff. Untuk semua benda pada suhu tertentu, rasio emisivitas E terhadap kemampuan penyerapan radiasi A adalah nilai konstan yang sama dengan emisivitas benda hitam pekat. e pada suhu yang sama:
e.
Hukum Stefan-Boltzmann. Emisivitas total suatu benda hitam berbanding lurus dengan pangkat empat suhu absolutnya:
e = langkah 4 ,
dimana s adalah konstanta Stefan-Boltzmann.
Hukum Anggur. Panjang gelombang yang sesuai dengan radiasi maksimum benda hitam berbanding terbalik dengan suhu absolutnya:
aku ×T = V,
dimana v adalah konstanta Wien.
Berdasarkan Hukum Anggur pirometri optik– metode untuk menentukan suhu benda panas (logam dalam tungku peleburan, gas dalam awan ledakan atom, permukaan bintang, dll.) dari spektrum radiasinya. Metode inilah yang pertama kali menentukan suhu permukaan Matahari.
124 . Radiasi infra merah. Radiasi elektromagnetik yang menempati daerah spektral antara batas merah cahaya tampak (λ = 0,76 μm) dan radiasi radio gelombang pendek (λ = 1 - 2 mm) disebut inframerah (IR). Padatan dan cairan yang dipanaskan memancarkan spektrum inframerah terus menerus.
Penggunaan terapeutik radiasi infra merah didasarkan pada efek termalnya. Lampu khusus digunakan untuk pengobatan.
Radiasi infra merah menembus tubuh hingga kedalaman sekitar 20 mm, sehingga lapisan permukaan menjadi lebih panas. Efek terapeutik disebabkan oleh gradien suhu yang dihasilkan, yang mengaktifkan aktivitas sistem termoregulasi. Meningkatkan suplai darah ke area yang diiradiasi memberikan konsekuensi terapeutik yang menguntungkan.
125. Radiasi ultraviolet. Radiasi elektromagnetik,
menempati wilayah spektral antara tepi ungu cahaya tampak (λ = 400 nm) dan bagian gelombang panjang radiasi sinar-X (λ = 10 nm) disebut ultraviolet (UV).
Padatan yang dipanaskan pada suhu tinggi akan mengeluarkan emisi
sejumlah besar radiasi ultraviolet. Namun maksimal
Kepadatan spektral luminositas energik, sesuai dengan hukum Wien, berada pada 7000 K. Dalam praktiknya, ini berarti bahwa dalam kondisi normal, radiasi termal benda abu-abu tidak dapat berfungsi sebagai sumber radiasi UV yang efektif. Sumber radiasi UV yang paling kuat adalah Matahari, yang 9% radiasinya pada batas atmosfer bumi adalah ultraviolet.
Radiasi UV diperlukan untuk pengoperasian mikroskop UV, mikroskop fluoresen, dan analisis fluoresen. Penggunaan utama radiasi UV dalam pengobatan dikaitkan dengan efek biologis spesifiknya, yang disebabkan oleh proses fotokimia.
126. Termografi– ini adalah pencatatan radiasi dari berbagai daerah
permukaan tubuh untuk tujuan interpretasi diagnostik. Suhu ditentukan dengan dua cara. Dalam satu kasus, layar kristal cair digunakan, yang sifat optiknya sangat sensitif terhadap perubahan suhu kecil.
Dengan menempatkan indikator ini pada tubuh pasien, perbedaan suhu lokal dapat ditentukan secara visual dengan mengubah warnanya.
Metode lain didasarkan pada penggunaan pencitra termal, yang menggunakan detektor radiasi infra merah sensitif, seperti fotoresistor.
127. Dasar fisiologis termografi. Proses fisiologis yang terjadi dalam tubuh manusia disertai dengan pelepasan panas, yang dibawa melalui sirkulasi darah dan getah bening. Sumber panas adalah proses biokimia yang terjadi pada organisme hidup. Panas yang dihasilkan dibawa oleh darah ke seluruh tubuh. Memiliki kapasitas panas dan konduktivitas termal yang tinggi, darah yang bersirkulasi mampu melakukan pertukaran panas yang intens antara daerah pusat dan perifer tubuh. Suhu darah yang melewati pembuluh kulit menurun 2-3°.
Termografi didasarkan pada fenomena peningkatan intensitas radiasi infra merah pada fokus patologis (karena peningkatan suplai darah dan proses metabolisme di dalamnya) atau penurunan intensitasnya di area dengan penurunan aliran darah regional dan perubahan yang menyertainya pada jaringan dan organ. . Hal ini biasanya ditunjukkan dengan munculnya “zona panas”. Ada dua jenis utama termografi: teletermografi dan termografi kolesterik kontak.
128. Teletermografi didasarkan pada konversi radiasi infra merah dari tubuh manusia menjadi sinyal listrik, yang divisualisasikan pada layar pencitraan termal. Fotoresistor sensitif digunakan sebagai perangkat penerima radiasi infra merah pada pencitra termal.
Pencitra termal bekerja sebagai berikut. Radiasi inframerah difokuskan oleh sistem lensa dan kemudian mengenai fotodetektor, yang beroperasi ketika didinginkan hingga –196°C. Sinyal dari fotodetektor diperkuat dan diproses secara digital, diikuti dengan transmisi informasi yang diterima ke layar monitor berwarna.
129. Hubungi termografi kristal cair bergantung pada sifat optik kristal cair kolesterik anisotropik, yang memanifestasikan dirinya sebagai perubahan warna menjadi warna pelangi bila diterapkan pada permukaan yang memancarkan panas. Daerah terdingin berwarna merah, daerah terpanas berwarna biru.
Termografi pelat kontak kristal cair saat ini banyak dan berhasil digunakan di berbagai bidang kedokteran, namun metode jarak jauh untuk merekam radiasi infra merah tubuh manusia telah menemukan kegunaan yang jauh lebih besar.
130. Aplikasi klinis termografi. Diagnostik termografi tidak menimbulkan dampak eksternal atau ketidaknyamanan pada pasien dan memungkinkan Anda untuk “melihat” kelainan pola termal pada permukaan kulit pasien, yang merupakan karakteristik dari banyak penyakit dan gangguan fisik.
Termografi, sebagai metode diagnostik fisiologis, tidak berbahaya, dan non-invasif, digunakan dalam pengobatan praktis untuk mendiagnosis berbagai patologi: penyakit pada kelenjar susu, tulang belakang, persendian, kelenjar tiroid, organ THT, pembuluh darah, hati, empedu. kandung kemih, usus, lambung, pankreas, ginjal, kandung kemih, kelenjar prostat. Termografi memungkinkan Anda mencatat perubahan pada awal perkembangan proses patologis, sebelum munculnya perubahan struktural pada jaringan.
131. Model atom Rutherford (planet). Menurut model ini, seluruh muatan positif dan hampir seluruh massa (lebih dari 99,94%) suatu atom terkonsentrasi di dalam inti atom, yang ukurannya dapat diabaikan (sekitar 10 -13 cm) dibandingkan dengan ukuran atom. (10 -8cm). Elektron bergerak mengelilingi inti dalam orbit tertutup (elips), membentuk kulit elektron atom. Muatan inti sama nilai absolutnya dengan muatan total elektron.
Kekurangan model Rutherford.
a) dalam model Rutherford atom tidak stabil
pendidikan, sedangkan pengalaman menunjukkan sebaliknya;
b) menurut Rutherford, spektrum radiasi suatu atom adalah kontinu, sedangkan pengalaman menunjukkan sifat diskrit dari radiasi.
132. Teori kuantum tentang struktur atom menurut Bohr. Berdasarkan gagasan tentang keleluasaan keadaan energi atom, Bohr menyempurnakan model atom Rutherford, menciptakan teori kuantum tentang struktur atom. Hal ini didasarkan pada tiga postulat.
Elektron dalam suatu atom tidak dapat bergerak pada orbit manapun, melainkan hanya pada orbit yang radiusnya sangat tertentu. Dalam orbit ini, yang disebut stasioner, momentum sudut elektron ditentukan oleh persamaan:
dimana m adalah massa elektron, v adalah kecepatannya, r adalah jari-jari orbit elektron, n adalah bilangan bulat yang disebut kuantum (n=1,2,3, ...).
Pergerakan elektron pada orbit stasioner tidak disertai dengan radiasi (penyerapan) energi.
Perpindahan elektron dari satu orbit stasioner ke orbit stasioner lainnya
disertai dengan emisi (atau penyerapan) kuantum energi.
Nilai hn kuantum ini sama dengan perbedaan energi W 1 – W 2 keadaan stasioner atom sebelum dan sesudah radiasi (penyerapan):
hn=W 1 – W 2.
Hubungan ini disebut kondisi frekuensi.
133. Jenis spektrum. Ada tiga jenis utama spektrum: padat, garis, dan bergaris.
Spektrum garis
atom. Emisi disebabkan oleh transisi elektron terikat ke tingkat energi yang lebih rendah.
Spektrum bergaris dipancarkan oleh individu yang bersemangat
molekul. Radiasi disebabkan oleh transisi elektronik dalam atom dan gerakan vibrasi atom itu sendiri dalam molekul.
Spektrum berkelanjutan dipancarkan oleh kumpulan banyak ion molekuler dan atom yang berinteraksi satu sama lain.
Peran utama dalam radiasi dimainkan oleh pergerakan kacau partikel-partikel ini, yang disebabkan oleh suhu tinggi.
134. Konsep analisis spektral. Setiap unsur kimia
memancarkan (dan menyerap) cahaya dengan panjang gelombang yang sangat spesifik yang unik untuk unsur ini. Spektrum garis unsur diperoleh dengan memotret dalam spektrograf di mana cahaya didekomposisi menggunakan kisi difraksi. Spektrum garis suatu unsur adalah semacam “sidik jari” yang memungkinkan Anda mengidentifikasi unsur ini secara akurat berdasarkan panjang gelombang cahaya yang dipancarkan (atau diserap). Studi spektrografi adalah salah satu teknik analisis kimia paling ampuh yang tersedia bagi kita.
Analisis spektral kualitatif– ini adalah perbandingan spektrum yang diperoleh dengan spektrum yang ditabulasi untuk menentukan komposisi zat.
Analisis spektral kuantitatif dilakukan dengan fotometri (menentukan intensitas) garis spektral: kecerahan garis sebanding dengan jumlah unsur tertentu.
Kalibrasi spektroskop. Untuk menggunakan spektroskop untuk menentukan panjang gelombang dari spektrum yang diteliti, spektroskop harus dikalibrasi, yaitu. menetapkan hubungan antara panjang gelombang garis spektral dan pembagian skala spektroskop di mana garis tersebut terlihat.
135. Karakteristik utama dan bidang penerapan analisis spektral. Dengan menggunakan analisis spektral, Anda dapat menentukan komposisi atom dan molekul suatu zat. Analisis spektral memungkinkan penemuan kualitatif masing-masing komponen sampel yang dianalisis dan penentuan kuantitatif konsentrasinya. Zat dengan sifat kimia yang sangat mirip, yang sulit atau bahkan tidak mungkin dianalisis dengan metode kimia, mudah ditentukan secara spektral.
Kepekaan analisis spektral biasanya sangat tinggi. Analisis langsung mencapai sensitivitas 10 -3 - 10 -6%. Kecepatan Analisis spektral biasanya jauh melebihi kecepatan analisis yang dilakukan dengan metode lain.
136. Analisis spektral dalam biologi. Metode spektroskopi untuk mengukur aktivitas optik suatu zat banyak digunakan untuk menentukan struktur benda biologis. Saat mempelajari molekul biologis, spektrum serapan dan fluoresensinya diukur. Pewarna yang berfluoresensi di bawah eksitasi laser digunakan untuk menentukan indeks hidrogen dan kekuatan ionik dalam sel, serta untuk mempelajari area tertentu dalam protein. Dengan menggunakan hamburan resonansi Raman, struktur sel diselidiki dan konformasi molekul protein dan DNA ditentukan. Spektroskopi memainkan peran penting dalam studi fotosintesis dan biokimia penglihatan.
137. Analisis spektral dalam kedokteran. Ada lebih dari delapan puluh unsur kimia dalam tubuh manusia. Interaksi dan pengaruh timbal balik mereka memastikan proses pertumbuhan, perkembangan, pencernaan, pernapasan, kekebalan, hematopoiesis, memori, pembuahan, dll.
Untuk diagnosis unsur mikro dan makro, serta ketidakseimbangan kuantitatifnya, rambut dan kuku adalah bahan yang paling subur. Setiap rambut menyimpan informasi penting tentang metabolisme mineral seluruh organisme selama seluruh periode pertumbuhannya. Analisis spektral memberikan informasi lengkap tentang keseimbangan mineral dalam jangka waktu yang lama. Beberapa zat beracun hanya dapat dideteksi menggunakan metode ini. Sebagai perbandingan: metode konvensional memungkinkan Anda menentukan rasio kurang dari sepuluh unsur mikro pada saat pengujian menggunakan tes darah.
Hasil analisis spektral membantu dokter dalam mendiagnosis dan mencari penyebab penyakit, mengidentifikasi penyakit tersembunyi dan kecenderungannya; memungkinkan Anda meresepkan obat dengan lebih akurat dan mengembangkan skema individual untuk memulihkan keseimbangan mineral.
Sulit untuk melebih-lebihkan pentingnya metode spektroskopi dalam farmakologi dan toksikologi. Secara khusus, mereka memungkinkan untuk menganalisis sampel obat farmakologis selama validasinya, serta untuk mengidentifikasi obat palsu. Dalam toksikologi, spektroskopi ultraviolet dan inframerah memungkinkan identifikasi banyak alkaloid dari ekstrak Stas.
138. Pendaran Radiasi berlebihan suatu benda pada suhu tertentu, yang durasinya jauh melebihi periode gelombang cahaya yang dipancarkan, disebut.
Fotoluminesensi. Pendaran yang disebabkan oleh foton disebut fotoluminesensi.
Chemiluminesensi. Pendaran yang menyertai reaksi kimia disebut chemiluminescence.
139. Analisis luminesen berdasarkan pengamatan pendaran suatu benda untuk tujuan mempelajarinya; digunakan untuk mendeteksi tahap awal pembusukan makanan, memilah obat farmakologis dan mendiagnosis penyakit tertentu.
140. Efek fotolistrik disebut fenomena penarikan
elektron dari suatu zat di bawah pengaruh cahaya yang menimpanya.
Pada efek fotolistrik eksternal elektron meninggalkan permukaan suatu zat.
Pada efek fotolistrik internal elektron terbebas dari ikatannya dengan atom, namun tetap berada di dalam zat.
Persamaan Einstein:
dimana hn adalah energi foton, n adalah frekuensinya, A adalah fungsi kerja elektron, adalah energi kinetik elektron yang dipancarkan, v adalah kecepatannya.
Hukum efek fotolistrik:
Jumlah fotoelektron yang dipancarkan dari permukaan logam per satuan waktu sebanding dengan fluks cahaya yang datang pada logam.
Energi kinetik awal maksimum fotoelektron
ditentukan oleh frekuensi cahaya datang dan tidak bergantung pada intensitasnya.
Untuk setiap logam terdapat batas merah efek fotolistrik, yaitu. panjang gelombang maksimum l 0 di mana efek fotolistrik masih mungkin terjadi.
Efek fotolistrik eksternal digunakan dalam tabung photomultiplier (PMT) dan konverter elektron-optik (EOCs). PMT digunakan untuk mengukur fluks cahaya intensitas rendah. Dengan bantuan mereka, bioluminesensi yang lemah dapat dideteksi. Tabung penguat gambar digunakan dalam pengobatan untuk meningkatkan kecerahan gambar sinar-X; dalam termografi – untuk mengubah radiasi infra merah tubuh menjadi radiasi tampak. Selain itu, fotosel digunakan di kereta bawah tanah saat melewati pintu putar, di hotel modern, bandara, dll. untuk membuka dan menutup pintu secara otomatis, untuk menyalakan dan mematikan penerangan jalan secara otomatis, untuk menentukan penerangan (lux meter), dll.
141. Radiasi sinar-X adalah radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang 0,01 hingga 0,000001 mikron. Hal ini menyebabkan layar berlapis fosfor bersinar dan emulsi menjadi hitam, sehingga cocok untuk fotografi.
Sinar-X dihasilkan ketika elektron tiba-tiba berhenti ketika mengenai anoda dalam tabung sinar-X. Pertama, elektron yang dipancarkan oleh katoda dipercepat oleh beda potensial yang dipercepat hingga kecepatan sekitar 100.000 km/s. Radiasi ini, disebut bremsstrahlung, mempunyai spektrum kontinu.
Intensitas radiasi sinar-X ditentukan dengan rumus empiris:
dimana I adalah kuat arus dalam tabung, U adalah tegangan, Z adalah nomor urut atom zat antikatoda, k adalah konstanta.
Radiasi sinar-X yang dihasilkan dari perlambatan elektron disebut “bremsstrahlung”.
Sinar-X gelombang pendek umumnya lebih tembus dibandingkan sinar-X gelombang panjang dan disebut keras, dan gelombang panjang – lembut.
Pada tegangan tinggi dalam tabung sinar-X, bersama dengan
sinar-x yang mempunyai spektrum kontinu menghasilkan sinar-x yang mempunyai spektrum garis; yang terakhir ditumpangkan pada spektrum kontinu. Radiasi ini disebut radiasi karakteristik, karena setiap zat mempunyai garis spektrum sinar-X yang khas (spektrum kontinu dari zat anoda dan hanya ditentukan oleh tegangan pada tabung sinar-X).
142. Sifat radiasi sinar-X. Sinar-X memiliki semua sifat yang menjadi ciri sinar cahaya:
1) tidak menyimpang dalam medan listrik dan magnet sehingga tidak membawa muatan listrik;
2) mempunyai efek fotografis;
3) menyebabkan ionisasi gas;
4) mampu menyebabkan pendaran;
5) dapat dibiaskan, dipantulkan, mempunyai polarisasi dan menimbulkan fenomena interferensi dan difraksi.
143. Hukum Moseley. Karena atom dari zat yang berbeda memiliki tingkat energi yang berbeda bergantung pada strukturnya, spektrum radiasi karakteristik bergantung pada struktur atom zat anoda. Spektrum karakteristik bergeser ke frekuensi yang lebih tinggi dengan meningkatnya muatan inti. Pola ini dikenal dengan hukum Moseley:
dimana n adalah frekuensi garis spektral, Z adalah nomor seri elemen pemancar, A dan B adalah konstanta.
144. Interaksi sinar-X dengan materi. Bergantung pada rasio energi foton e dan energi ionisasi A, tiga proses utama terjadi.
Hamburan yang koheren (klasik).. Hamburan sinar-X gelombang panjang terjadi terutama tanpa mengubah panjang gelombang, dan disebut koheren . Terjadi jika energi foton lebih kecil dari energi ionisasi: hn<А. Так как в этом случае энергия фотона рентгеновского излучения и атома не изменяются, то когерентное рассеяние само по себе не вызывает биологического действия.
Hamburan tidak koheren (efek Compton). Pada tahun 1922 A.Kh. Compton, mengamati hamburan sinar-X keras, menemukan penurunan daya tembus sinar hamburan dibandingkan dengan sinar yang datang. Hal ini berarti panjang gelombang sinar-X yang tersebar lebih panjang dibandingkan dengan sinar-X yang datang. Hamburan sinar-X dengan perubahan panjang gelombang disebut inkoheren, dan fenomena itu sendiri disebut efek Compton.
Efek foto. Pada efek fotolistrik, sinar-X diserap oleh suatu atom sehingga menyebabkan elektron terlontar dan atom tersebut terionisasi (fotoionisasi). Jika energi foton tidak mencukupi untuk ionisasi, maka efek fotolistrik dapat memanifestasikan dirinya dalam eksitasi atom tanpa emisi elektron.
Efek pengion Radiasi sinar-X memanifestasikan dirinya dalam peningkatan konduktivitas listrik di bawah pengaruh sinar-X. Properti ini digunakan dalam dosimetri untuk mengukur efek radiasi jenis ini.
145. Pendaran sinar-X disebut pancaran sejumlah zat di bawah penyinaran sinar-X. Cahaya barium platinum-synoxide ini memungkinkan Roentgen menemukan sinar tersebut. Fenomena ini digunakan untuk membuat layar bercahaya khusus untuk tujuan pengamatan visual sinar-X, terkadang untuk meningkatkan efek sinar-X pada pelat fotografi, yang memungkinkan sinar tersebut direkam.
146. Penyerapan sinar-X dijelaskan oleh hukum Bouguer:
F = F 0 e - mx,
di mana m adalah koefisien atenuasi linier,
x adalah ketebalan lapisan zat,
F 0 – intensitas radiasi yang datang,
F adalah intensitas radiasi yang ditransmisikan.
147. Dampak radiasi sinar X terhadap tubuh. Meskipun paparan radiasi selama pemeriksaan sinar-X kecil, namun dapat menyebabkan perubahan pada peralatan kromosom sel - mutasi radiasi. Oleh karena itu, pemeriksaan rontgen harus diatur.
148. Diagnostik sinar-X. Diagnostik sinar-X didasarkan pada penyerapan selektif radiasi sinar-X oleh jaringan dan organ.
149. Sinar-X. Selama fluoroskopi, gambar objek transiluminasi diperoleh pada layar fluoroskopi. Teknik ini sederhana dan ekonomis, memungkinkan Anda mengamati pergerakan organ dan pergerakan bahan kontras di dalamnya. Namun ada juga kekurangannya: setelah itu tidak ada lagi dokumen yang bisa dibicarakan atau dipertimbangkan di kemudian hari. Detail gambar kecil sulit dilihat di layar. Fluoroskopi dikaitkan dengan paparan radiasi yang jauh lebih besar pada pasien dan dokter dibandingkan radiografi.
150. Radiografi. Dalam radiografi, pancaran sinar X diarahkan pada bagian tubuh yang diperiksa. Radiasi yang melewati tubuh manusia mengenai film, yang setelah diproses, diperoleh gambar.
151. Elektroradiografi. Di dalamnya, seberkas radiasi sinar-X yang melewati pasien mengenai pelat selenium yang diisi listrik statis. Dalam hal ini, pelat mengubah potensial listriknya, dan gambar laten muatan listrik muncul di atasnya.
Keuntungan utama dari metode ini adalah kemampuannya untuk memperoleh gambar berkualitas tinggi dalam jumlah besar dengan cepat tanpa mengonsumsi film sinar-X yang mengandung senyawa perak mahal dan tanpa proses fotografi “basah”.
152. Fluorografi. Prinsipnya adalah memotret gambar sinar-X dari layar ke film rol format kecil. Ini digunakan untuk survei massal terhadap populasi. Kelebihan metode ini adalah kecepatan dan efisiensi.
153. Kontras buatan pada organ. Metode ini didasarkan pada
masuknya ke dalam tubuh zat-zat tidak berbahaya yang diserap
Radiasi sinar-X jauh lebih kuat atau sebaliknya jauh lebih lemah dibandingkan organ yang diperiksa. Misalnya, pasien dianjurkan untuk mengonsumsi suspensi barium sulfat dalam air. Dalam hal ini, bayangan massa kontras yang terletak di rongga perut muncul pada gambar. Berdasarkan letak, bentuk, ukuran dan garis besar bayangan, seseorang dapat menilai posisi lambung, bentuk dan ukuran rongganya.
Yodium digunakan untuk membedakan kelenjar tiroid. Gas yang digunakan untuk tujuan ini adalah oksigen, dinitrogen oksida, dan karbon dioksida. Hanya dinitrogen oksida dan karbon dioksida yang dapat disuntikkan ke dalam aliran darah, karena, tidak seperti oksigen, tidak menyebabkan emboli gas.
154. Penguat gambar sinar-X. Kecerahan cahaya yang mengubah radiasi sinar-X menjadi cahaya tampak dari layar fluoresen, yang digunakan ahli radiologi saat melakukan fluoroskopi, adalah seperseratus candela per meter persegi (candela - lilin). Ini kira-kira setara dengan kecerahan cahaya bulan pada malam tak berawan. Pada pencahayaan seperti itu, mata manusia beroperasi dalam mode penglihatan senja, di mana detail kecil dan perbedaan kontras yang lemah sulit dibedakan.
Tidak mungkin meningkatkan kecerahan layar karena peningkatan dosis radiasi pasien secara proporsional, dan hal ini tidak berbahaya.
Kemampuan untuk menghilangkan hambatan ini disediakan oleh penguat gambar sinar-X (XI), yang mampu meningkatkan kecerahan gambar ribuan kali lipat dengan mempercepat elektron berulang kali menggunakan medan listrik eksternal. Selain meningkatkan kecerahan, URI dapat mengurangi dosis radiasi selama penelitian secara signifikan.
155. Angiografi– metode studi kontras pembuluh darah
sebuah sistem di mana, di bawah kendali sinar-X visual menggunakan URI dan televisi, ahli radiologi memasukkan tabung elastis tipis - kateter - ke dalam vena dan mengarahkannya bersama dengan aliran darah ke hampir semua area tubuh, bahkan ke jantung. Kemudian, pada saat yang tepat, cairan radiopak disuntikkan melalui kateter dan pada saat yang sama diambil serangkaian gambar yang saling mengikuti dengan kecepatan tinggi.
156. Metode pemrosesan informasi digital. Sinyal listrik adalah bentuk yang paling nyaman untuk pemrosesan gambar selanjutnya. Terkadang bermanfaat untuk menekankan garis pada gambar, menyorot kontur, atau terkadang menyorot tekstur. Pemrosesan dapat dilakukan dengan menggunakan metode analog elektronik dan digital. Untuk keperluan pemrosesan digital, sinyal analog diubah menjadi bentuk diskrit menggunakan konverter analog-ke-digital (ADC) dan dikirim ke komputer dalam bentuk ini.
Gambar cahaya yang diperoleh pada layar fluoroskopi diperkuat oleh konverter elektron-optik (EOC) dan masuk melalui sistem optik pada input tabung televisi TT, berubah menjadi rangkaian sinyal listrik. Dengan menggunakan ADC, pengambilan sampel dan kuantisasi dilakukan, dan kemudian direkam ke dalam memori akses acak digital - RAM dan pemrosesan sinyal gambar sesuai dengan program yang ditentukan. Gambar yang dikonversi diubah lagi menjadi bentuk analog menggunakan konverter digital-ke-analog DAC dan ditampilkan pada layar perangkat kontrol video VKU dalam tampilan skala abu-abu.
157. Kode warna gambar hitam putih. Kebanyakan gambar introskopi bersifat monokrom, yaitu tanpa warna. Tapi penglihatan manusia normal adalah warna. Untuk memanfaatkan sepenuhnya kekuatan mata, dalam beberapa kasus masuk akal untuk mewarnai gambar introskopik kita secara artifisial pada tahap terakhir transformasinya.
Saat mata melihat gambar berwarna,
fitur gambar tambahan yang memudahkan analisis. Ini
rona, saturasi warna, kontras warna. Dalam warna, visibilitas detail dan sensitivitas kontras mata meningkat berkali-kali lipat.
158. Terapi sinar-X. Radiasi sinar-X digunakan untuk terapi radiasi dalam pengobatan sejumlah penyakit. Indikasi dan taktik radioterapi sebagian besar mirip dengan metode terapi gamma.
159. Tomografi. Gambaran suatu organ atau formasi patologis yang menarik bagi dokter dilapis dengan bayangan organ dan jaringan di sekitarnya yang terletak di sepanjang sinar X-ray.
Inti dari tomografi adalah selama proses pengambilan gambar
Tabung sinar-X bergerak relatif terhadap pasien, memberikan gambar yang tajam hanya pada detail yang terletak pada kedalaman tertentu. Jadi, tomografi adalah pemeriksaan sinar-X lapis demi lapis.
160. Radiasi laser– adalah koheren yang diarahkan secara identik
radiasi dari banyak atom menciptakan berkas cahaya monokromatik yang sempit.
Agar laser dapat mulai beroperasi, sejumlah besar atom zat kerjanya perlu diubah menjadi keadaan tereksitasi (metastabil). Untuk melakukan ini, energi elektromagnetik ditransfer ke zat kerja dari sumber khusus (metode pemompaan). Setelah ini, transisi paksa yang hampir bersamaan dari semua atom tereksitasi ke keadaan normal akan dimulai pada zat yang bekerja dengan emisi berkas foton yang kuat.
161. Penerapan laser dalam pengobatan.Laser Energi Tinggi
digunakan sebagai pisau bedah laser dalam onkologi. Dalam hal ini, eksisi tumor yang rasional dicapai dengan kerusakan minimal pada jaringan di sekitarnya, dan operasi dapat dilakukan di dekat struktur otak dengan signifikansi fungsional yang besar.
Kehilangan darah saat menggunakan sinar laser jauh lebih sedikit, luka benar-benar disterilkan, dan pembengkakan pada periode pasca operasi minimal.
Laser sangat efektif dalam bedah mikro mata. Hal ini memungkinkan pengobatan glaukoma dengan “menusuk” lubang mikroskopis dengan sinarnya untuk mengalirkan cairan intraokular. Laser digunakan untuk pengobatan ablasi retina non-bedah.
Radiasi laser energi rendah memiliki efek antiinflamasi, analgesik, mengubah tonus pembuluh darah, meningkatkan proses metabolisme, dll.; itu digunakan dalam terapi khusus di berbagai bidang kedokteran.
162. Pengaruh laser pada tubuh. Dampak radiasi laser pada tubuh dalam banyak hal mirip dengan dampak radiasi elektromagnetik dalam rentang tampak dan inframerah. Pada tingkat molekuler, efek ini menyebabkan perubahan tingkat energi molekul makhluk hidup, penataan ulang stereokimianya, dan koagulasi struktur protein. Efek fisiologis paparan laser dikaitkan dengan efek fotodinamik fotoreaktivasi, efek stimulasi atau penghambatan proses biologis, perubahan keadaan fungsional sistem individu dan tubuh secara keseluruhan.
163. Penggunaan laser dalam penelitian biomedis. Salah satu bidang utama diagnostik laser adalah spektroskopi benda terkondensasi, yang memungkinkan analisis jaringan biologis dan visualisasinya pada tingkat seluler, subseluler, dan molekuler.
Mikroskop cahaya
Mikroskop cahaya memberikan pembesaran hingga 2-3 ribu kali, warna dan gambar bergerak dari benda hidup, kemungkinan pembuatan film mikro dan pengamatan jangka panjang terhadap objek yang sama, penilaian dinamika dan kimianya.
Karakteristik utama dari setiap mikroskop adalah resolusi dan kontras. Resolusi adalah jarak minimum di mana dua titik berada, ditunjukkan secara terpisah oleh mikroskop. Resolusi mata manusia pada mode penglihatan terbaik adalah 0,2 mm.
Kontras gambar adalah perbedaan kecerahan antara gambar dan latar belakang. Jika perbedaan ini kurang dari 3 - 4%, maka perbedaan tersebut tidak dapat ditangkap baik oleh mata maupun oleh pelat fotografi; maka gambar tersebut akan tetap tidak terlihat, meskipun mikroskop telah mengetahui detailnya. Kontras dipengaruhi baik oleh sifat objek, yang mengubah fluks cahaya dibandingkan dengan latar belakang, dan oleh kemampuan optik untuk menangkap perbedaan sifat sinar yang dihasilkan.
Kemampuan mikroskop cahaya dibatasi oleh sifat gelombang cahaya. Sifat fisik cahaya - warna (panjang gelombang), kecerahan (amplitudo gelombang), fase, kerapatan dan arah rambat gelombang berubah tergantung pada sifat benda. Perbedaan ini digunakan dalam mikroskop modern untuk menciptakan kontras.
Perbesaran mikroskop didefinisikan sebagai hasil perkalian perbesaran objektif dan perbesaran lensa okuler. Mikroskop penelitian pada umumnya memiliki perbesaran lensa okuler 10, dan perbesaran objektif 10, 45, dan 100. Oleh karena itu, perbesaran mikroskop tersebut berkisar antara 100 hingga 1000. Beberapa mikroskop memiliki perbesaran hingga 2000. Bahkan perbesaran yang lebih tinggi pun tidak. masuk akal, karena resolusi tidak membaik. Sebaliknya, kualitas gambar menurun.
Bukaan numerik digunakan untuk menyatakan daya penyelesaian sistem optik atau rasio bukaan lensa. Bukaan lensa adalah intensitas cahaya per satuan luas gambar, kira-kira sama dengan kuadrat NA. Nilai NA kira-kira 0,95 untuk lensa yang bagus. Mikroskop biasanya berukuran sedemikian rupa sehingga perbesaran totalnya sekitar 1000 NA. Jika cairan (minyak atau, lebih jarang, air sulingan) dimasukkan antara objektif dan sampel, objektif “perendaman” diperoleh dengan nilai NA setinggi 1,4 dan peningkatan resolusi yang sesuai.
Metode mikroskop cahaya
Metode mikroskop cahaya (iluminasi dan observasi). Metode mikroskop dipilih (dan disediakan secara konstruktif) tergantung pada sifat dan sifat objek yang diteliti, karena yang terakhir, seperti disebutkan di atas, mempengaruhi kontras gambar.
Metode lapangan terang dan ragamnya
Metode medan terang dalam cahaya yang ditransmisikan digunakan untuk mempelajari sediaan transparan dengan partikel penyerap (penyerap cahaya) dan bagian-bagian yang termasuk di dalamnya. Ini dapat berupa, misalnya, bagian tipis berwarna dari jaringan hewan dan tumbuhan, bagian tipis mineral, dll. Jika tidak ada sediaan, seberkas cahaya dari kondensor, melewati lensa, menghasilkan bidang penerangan seragam di dekat lensa. bidang fokus lensa okuler. Jika ada unsur penyerap dalam sediaan, terjadi penyerapan sebagian dan hamburan sebagian cahaya yang mengenainya, yang menyebabkan munculnya gambar. Metode ini juga dapat digunakan saat mengamati objek yang tidak menyerap, tetapi hanya jika objek tersebut menghamburkan sinar penerangan begitu kuat sehingga sebagian besar objek tersebut tidak mengenai lensa.
Metode pencahayaan miring merupakan variasi dari metode sebelumnya. Perbedaan keduanya adalah cahaya diarahkan pada objek dengan sudut yang besar terhadap arah pengamatan. Terkadang hal ini membantu mengungkap “relief” suatu objek akibat terbentuknya bayangan.
Metode medan terang dalam cahaya pantulan digunakan ketika mempelajari objek buram yang memantulkan cahaya, seperti bagian logam atau bijih yang dipoles. Persiapan disinari (dari iluminator dan cermin tembus pandang) dari atas, melalui lensa, yang sekaligus berperan sebagai kondensor. Pada gambar yang dibuat pada bidang datar oleh lensa bersama dengan lensa tabung, struktur sediaan terlihat karena perbedaan reflektifitas elemen-elemennya; Di bidang terang, ketidakhomogenan yang menyebarkan cahaya yang mengenainya juga menonjol.
Metode medan gelap dan variasinya
Metode mikroskop medan gelap digunakan untuk memperoleh gambar objek transparan dan tidak menyerap yang tidak dapat dilihat dengan metode medan terang. Seringkali ini adalah objek biologis. Cahaya dari iluminator dan cermin diarahkan ke preparasi oleh kondensor yang dirancang khusus - yang disebut. kondensor medan gelap. Saat keluar dari kondensor, bagian utama sinar cahaya yang tidak berubah arah ketika melewati sediaan transparan, membentuk berkas berbentuk kerucut berongga dan tidak masuk ke dalam lensa (yang terletak di dalam kerucut ini) . Bayangan pada mikroskop dibentuk hanya dengan menggunakan sebagian kecil sinar yang dihamburkan oleh mikropartikel obat yang terletak pada kaca objek ke dalam kerucut dan melewati lensa. Mikroskop medan gelap didasarkan pada efek Tyndall, contoh terkenalnya adalah deteksi partikel debu di udara ketika disinari oleh sinar matahari yang sempit. Di bidang pandang dengan latar belakang gelap, gambar terang dari elemen struktural obat terlihat, yang berbeda dari lingkungan sekitar dalam indeks biasnya. Partikel besar hanya memiliki tepi terang yang menyebarkan sinar cahaya. Dengan menggunakan metode ini, tidak mungkin untuk menentukan dari tampilan gambar apakah partikel tersebut transparan atau buram, atau apakah partikel tersebut memiliki indeks bias yang lebih tinggi atau lebih rendah dibandingkan dengan medium di sekitarnya.
Melakukan studi lapangan gelap
Slide tidak boleh lebih tebal dari 1,1-1,2 mm, menutupi slide 0,17 mm, tanpa goresan atau kotoran. Saat menyiapkan obat, hindari adanya gelembung dan partikel besar (cacat ini akan terlihat dalam cahaya terang dan tidak memungkinkan Anda mengamati obat). Untuk bidang gelap, iluminator yang lebih kuat dan intensitas lampu maksimum digunakan.
Menyiapkan pencahayaan darkfield pada dasarnya adalah sebagai berikut:
Pasang lampu menurut Koehler;
Ganti kondensor medan terang dengan kondensor medan gelap;
Minyak imersi atau air suling dioleskan ke lensa kondensor atas;
Angkat kondensor hingga menyentuh permukaan bawah kaca objek;
Lensa pembesaran rendah difokuskan pada spesimen;
Dengan menggunakan sekrup pemusatan, titik terang (terkadang memiliki area tengah yang gelap) dipindahkan ke tengah bidang pandang;
Dengan menaikkan dan menurunkan kondensor, area tengah yang gelap menghilang dan diperoleh titik cahaya yang penerangannya merata.
Jika hal ini tidak dapat dilakukan, maka Anda perlu memeriksa ketebalan kaca objek (fenomena ini biasanya terjadi saat menggunakan kaca objek yang terlalu tebal - kerucut cahaya terfokus pada ketebalan kaca).
Setelah mengatur cahaya dengan benar, pasang lensa dengan perbesaran yang diperlukan dan periksa spesimen.
Metode ultramikroskopi didasarkan pada prinsip yang sama - sediaan dalam ultramikroskop disinari tegak lurus terhadap arah pengamatan. Dengan metode ini, dimungkinkan untuk mendeteksi (tetapi tidak secara harfiah “mengamati”) partikel yang sangat kecil, yang ukurannya jauh melampaui resolusi mikroskop paling canggih. Dengan bantuan ultramikroskop perendaman, keberadaan partikel × partikel dalam sediaan dapat dicatat hingga berukuran 2 × 10 hingga -9 derajat m. Tetapi bentuk dan dimensi pasti dari partikel tersebut tidak dapat ditentukan dengan menggunakan metode ini. . Gambaran mereka tampak bagi pengamat dalam bentuk titik difraksi, yang ukurannya tidak bergantung pada ukuran dan bentuk partikel itu sendiri, tetapi pada bukaan lensa dan perbesaran mikroskop. Karena partikel-partikel tersebut menghamburkan sangat sedikit cahaya, diperlukan sumber cahaya yang sangat kuat, seperti busur listrik karbon, untuk menerangi mereka. Ultramikroskop digunakan terutama dalam kimia koloid.
Metode kontras fase
Metode kontras fase dan variasinya - yang disebut. Metode kontras “anoptral” dirancang untuk memperoleh gambar objek transparan dan tidak berwarna yang tidak terlihat jika diamati menggunakan metode medan terang. Ini termasuk, misalnya, jaringan hewan hidup yang tidak diwarnai. Inti dari metode ini adalah bahwa bahkan dengan perbedaan yang sangat kecil dalam indeks bias dari berbagai elemen sediaan, gelombang cahaya yang melewatinya mengalami perubahan fase yang berbeda (memperoleh apa yang disebut fase relief). Tidak dirasakan secara langsung oleh mata atau pelat fotografi, perubahan fase ini diubah dengan bantuan perangkat optik khusus menjadi perubahan amplitudo gelombang cahaya, yaitu menjadi perubahan kecerahan (“amplitudo relief”), yaitu sudah terlihat oleh mata atau terekam pada lapisan fotosensitif. Dengan kata lain, pada gambar tampak yang dihasilkan, distribusi kecerahan (amplitudo) mereproduksi fase relief. Gambar yang diperoleh dengan cara ini disebut kontras fase.
Perangkat kontras fase dapat dipasang pada mikroskop cahaya apa pun dan terdiri dari:
Satu set lensa dengan pelat fase khusus;
Kondensor dengan disk berputar. Ini berisi diafragma annular yang sesuai dengan pelat fase di masing-masing lensa;
Teleskop tambahan untuk mengatur kontras fase.
Pengaturan kontras fase adalah sebagai berikut:
Ganti lensa dan kondensor mikroskop dengan lensa fasa (ditunjukkan dengan huruf Ph);
Pasang lensa pembesaran rendah. Lubang pada piringan kondensor harus tanpa diafragma melingkar (ditunjukkan dengan angka "0");
Sesuaikan cahaya menurut Koehler;
Pilih lensa fase dengan perbesaran yang sesuai dan fokuskan pada spesimen;
Putar disk kondensor dan pasang diafragma annular yang sesuai dengan lensa;