顕微鏡の解像度はどのような値に依存しますか? 顕微鏡の解像度と倍率。 顕微鏡光学系
目の解像度には限界があります。 解決特徴的な 分解距離、つまり 隣接する 2 つの粒子間の最小距離。この距離にある場合でも粒子は別々に表示されます。 肉眼での解像距離は約0.2mmです。 解像度を上げるために顕微鏡が使用されます。 金属の構造を研究するために、この顕微鏡はダマスク鋼を研究した P.P. アノソフによって 1831 年に初めて使用され、その後 1863 年に隕石鉄を研究したイギリス人の G. ソービーによって使用されました。
許容される距離は次の関係によって決まります。
どこ 私- 研究対象物からレンズに入射する光の波長、 n– 物体とレンズの間にある媒質の屈折率、および ある- 画像を生成するレンズに入る光線の開口角の半分に等しい開口角。 このレンズの重要な特性はレンズフレームに刻まれています。
優れたレンズの最大開口角は a = 70°、sina » 0.94 です。 ほとんどの研究では、空気中で動作する乾燥対物レンズが使用されます (n = 1)。 分解距離を短縮するには、液浸レンズが使用されます。 物体とレンズの間の空間は、屈折率の高い透明な液体（液浸）で満たされます。 通常、一滴のシダーオイルが使用されます (n = 1.51)。
可視白色光を l = 0.55 μm とすると、光学顕微鏡の最小解像距離は次のようになります。
したがって、光学顕微鏡の分解能は光の波長によって制限されます。 レンズは、接眼レンズを通して見える物体の中間像を拡大鏡を通して見るかのように拡大します。 接眼レンズは物体の中間像を拡大するものであり、顕微鏡の解像度を上げることはできません。
顕微鏡の総合倍率は、対物レンズと接眼レンズの倍率の積に等しくなります。 金属組織顕微鏡は、20 ～ 2000 倍の倍率で金属の構造を研究するために使用されます。
初心者は、構造をすぐに高倍率で観察しようとするというよくある間違いを犯します。 対象物の倍率が大きくなるほど、顕微鏡の視野内に見える領域が小さくなることに留意してください。 したがって、広い領域にわたる金属構造の一般的な性質を最初に評価するために、弱いレンズを使用して研究を開始することをお勧めします。 強力なレンズを使用して微量分析を開始すると、金属構造の多くの重要な特徴に気付かない可能性があります。
顕微鏡の低倍率で構造の全体像を観察した後、構造の必要な最小の詳細をすべて見るために、そのような解像度を持つレンズが選択されます。
接眼レンズは、レンズで拡大された構造の詳細がはっきりと見えるように選択されます。 接眼レンズの倍率が十分でない場合、レンズによって生成される中間像の細部は顕微鏡を通して見ることができず、したがってレンズの最大解像度が使用されなくなります。 接眼レンズの倍率が高すぎると、新しい構造の詳細が明らかにならず、同時に、すでに特定されている詳細の輪郭がぼやけ、視野が狭くなります。 接眼レンズ自体の倍率はフレームに刻印されています (例: 7 倍)。
顕微鏡は、虫眼鏡よりも高い倍率と高い解像度で小さな物体を観察できるように設計されています。 顕微鏡の光学系は、レンズと接眼レンズの 2 つの部分で構成されます。 顕微鏡レンズは、接眼レンズの前焦点面に物体の真の拡大逆像を形成します。 接眼レンズは虫眼鏡のように機能し、最適な観察距離で虚像を形成します。 顕微鏡全体から見ると、問題の物体は前側焦点面に位置します。
顕微鏡の倍率
マイクロレンズの作用は、その線形倍率によって特徴付けられます。 V ob = -Δ/F\" ob * F\" ob - マイクロレンズの焦点距離 * Δ - レンズの後部焦点とレンズの前部焦点の間の距離接眼レンズ、鏡筒の光学間隔または光学長と呼ばれます。
接眼レンズの前焦点面にある顕微鏡の対物レンズによって作成された画像は、可視倍率の拡大鏡として機能する接眼レンズを通して観察されます。
G OK = 1/4 F OK
顕微鏡の全体の倍率は、対物レンズの倍率と接眼レンズの倍率の積として決まります: G=V 約 *G 約
顕微鏡全体の焦点距離がわかっている場合は、虫眼鏡の場合と同じ方法で見かけの倍率を決定できます。
一般に、現代の顕微鏡レンズの倍率は標準化されており、10、20、40、60、90、100 倍という一連の数字になります。 接眼レンズの倍率にも、10 倍、20 倍、30 倍など、非常に具体的な値があります。 最新の顕微鏡にはすべて、さまざまな倍率を達成するために組み合わせることができるように、一緒にフィットするように特別に設計および製造された対物レンズと接眼レンズのセットが備わっています。
顕微鏡の視野
顕微鏡の視野は接眼レンズの画角によって決まります ω かなり高品質の画像が得られます: 2y=500*tg(ω)/G * G - 顕微鏡倍率
接眼レンズの特定の画角に対して、物体空間における顕微鏡の線形視野は小さくなり、見かけの倍率は大きくなります。
顕微鏡射出瞳径
顕微鏡の射出瞳径は次のように計算されます。
ここで、A は顕微鏡の前部の開口部です。
顕微鏡の射出ひとみの直径は、通常、目の瞳孔の直径よりわずかに小さい（0.5 ～ 1 mm）。
顕微鏡で観察するときは、目の瞳孔と顕微鏡の射出瞳の位置を合わせる必要があります。
顕微鏡の解像度
顕微鏡の最も重要な特性の 1 つはその解像度です。 アッベの回折理論によれば、顕微鏡の線形解像度の限界、つまり、別々に画像化される物体の点間の最小距離は、顕微鏡の波長と開口数によって決まります。
光学顕微鏡の達成可能な最大解像度は、顕微鏡の口径の式に基づいて計算できます。 角度の正弦の最大値が 1 であることを考慮すると、平均波長に対して顕微鏡の解像度を計算できます。 
顕微鏡の解像度を上げるには 2 つの方法があります: * 対物レンズの口径を大きくすることによって、 * 光の波長を短くすることによって。
浸漬
レンズの口径を大きくするために、対象の物体とレンズの間の空間は、いわゆる浸漬液、つまり屈折率が 1 より大きい透明な物質で満たされます。 このような液体としては、水、杉油、グリセリン溶液などが用いられる。 高倍率液浸対物レンズの口径が の値に達すると、液浸光学顕微鏡の達成可能な最大解像度は になります。 
紫外線の応用
2つ目は、顕微鏡の分解能を高めるために、可視光線よりも波長が短い紫外線を利用する方法です。 この場合、紫外線を透過する特殊な光学系を使用する必要があります。 人間の目は紫外線を認識しないため、目に見えない紫外線画像を可視画像に変換する手段に頼るか、紫外線で画像を撮影する必要があります。 この波長で、顕微鏡の解像度が決まります。
紫外光観察法には分解能の向上以外にも利点があります。 通常、生物はスペクトルの可視領域では透明であるため、観察前に事前に染色されます。 しかし、一部の物体 (核酸、タンパク質) はスペクトルの紫外領域に選択的吸収を持ち、そのため紫外光で染色することなく「見える」ことがあります。
画質決定した 顕微鏡の解像度、つまり 顕微鏡の光学系が近接した 2 つの点を個別に識別できる最小距離。 分解能は、対物レンズの開口数、コンデンサー、および標本に照射される光の波長によって決まります。 開口数（開口数）は、対物レンズの前レンズとコンデンサーと標本の間にある媒質の開口角と屈折率に依存します。
レンズの開口角- これは、プレパラートを通過する光線がレンズに入射できる最大角度 (AOB) です。 レンズの開口数開口角の半分の正弦と、スライドガラスと対物レンズの前玉の間にある媒質の屈折率との積に等しい。 NA = n sinα ここで、N.A. - 開口数; n は試料とレンズの間の媒質の屈折率です。 sinα は、図の角度 AOB の半分に等しい角度 α のサインです。
したがって、乾式システムの口径 (前対物レンズと空気準備の間) は 1 を超えることはできません (通常は 0.95 を超えません)。 試料と対物レンズの間に置かれる媒体は液浸液または液浸と呼ばれ、液浸液で動作するように設計された対物レンズは液浸と呼ばれます。 空気よりも屈折率の高い液浸のおかげで、レンズの開口数を増加させることができ、したがって解像度を高めることができます。
レンズの開口数は必ずフレームに刻印されています。
顕微鏡の解像度はコンデンサーの口径にも依存します。 コンデンサーの口径がレンズの口径と等しいと考えると、解像度の公式は R=λ/2NA の形式になります。ここで、R は解像度の限界です。 λ - 波長。 N.A - 開口数。 この式から、可視光 (スペクトルの緑色の部分 - λ = 550 nm) で観察した場合、分解能 (分解能限界) は > 0.2 μm にはならないことが明らかです。
顕微鏡対物レンズの開口数が画質に与える影響
光学解像度を上げる方法
レンズ側と光源側の両方から大きな光円錐角を選択します。 このおかげで、レンズ内の非常に薄い構造からより多くの屈折光線を集めることが可能になります。 したがって、解像度を上げる最初の方法は、対物レンズの開口数と一致する開口数を持つコンデンサーを使用することです。
2 番目の方法は、前部対物レンズとカバー ガラスの間に液浸液を使用する方法です。 これが、最初の式で説明されているように、媒質 n の屈折率に影響を与える方法です。 浸液に推奨される最適値は 1.51 です。
浸漬液
浸漬液開口数を増やし、それに応じて液浸対物レンズの解像度を高めるために必要であり、これらの液体で動作するように特別に設計されており、それに応じてマークが付けられています。 対物レンズと標本の間に置かれた浸液は、空気よりも高い屈折率を持っています。 したがって、対象物の最も微細な部分によって偏向された光線は、プレパレーションから出てレンズに入射するときに散乱されず、解像度の向上につながります。
水浸レンズ (白いリングでマーク)、油浸レンズ (黒いリング)、グリセリン浸漬レンズ (黄色のリング)、およびモノブロモナフタレン浸漬レンズ (赤いリング) があります。 生物学的製剤の光学顕微鏡検査では、水浸対物レンズと油浸対物レンズが使用されます。 特殊な石英グリセロール液浸対物レンズは短波紫外線を透過し、紫外線（蛍光と混同しないでください）顕微鏡用（つまり、紫外線を選択的に吸収する生物対象の研究用）に設計されています。 一臭素化ナフタレン液浸対物レンズは、生物対象物の顕微鏡検査には使用されません。
水浸レンズの液浸液には蒸留水が使用され、油浸レンズの液浸液には一定の屈折率を持った天然油（杉油）や合成油が使用されます。
他の浸漬液とは異なります 油浸ガラスの屈折率と等しいかそれに非常に近い屈折率を持っているため、均一です。 通常、この屈折率 (n) は特定のスペクトル線と特定の温度に対して計算され、オイルのボトルに表示されます。 たとえば、温度 = 20°C でのナトリウム スペクトルのスペクトル線 D のカバー ガラスを使用した場合の液浸油の屈折率は 1.515 (nD 20 = 1.515)、カバー ガラスなしで使用した場合 (nD 20 = 1.520) です。 ）。
アポクロマートレンズを使用するには、分散、つまりスペクトルの異なる線の屈折率の差も正規化されます。
合成浸漬油の使用は、そのパラメータがより正確に標準化されており、杉油とは異なり、レンズの前玉の表面で乾燥しないため、好ましい。
上記を考慮すると、いかなる場合でも浸漬油、特にワセリン油の代替品を使用すべきではありません。 一部の顕微鏡法では、コンデンサーの口径を大きくするために、コンデンサーと標本の間に浸漬液 (通常は蒸留水) を置きます。
解像度の制限- これは、オブジェクトの 2 つの点が区別できる、これらの点間の最小距離です。 顕微鏡では2つの点として認識されます。
解決検査対象の細部の個別の画像を生成する顕微鏡の能力として定義されます。 それは次の式で与えられます。
ここで、A は開口数、l は光の波長です。 ここで、n は問題の物体が存在する媒体の屈折率、U は開口角です。
最も小さな生き物の構造を研究するには、高倍率と優れた解像度を備えた顕微鏡が必要です。 光学顕微鏡の倍率は 2000 倍に制限されており、解像度は 250 nm 以下です。 これらの値は、細胞の詳細を研究するのには適していません。
118. 紫外線顕微鏡。減らす一つの方法
顕微鏡の解像度の限界は、より短い波長の光を使用することです。 この点で、微小物体を紫外線で検査する紫外線顕微鏡が使用されます。 目はこの放射線を直接認識しないため、写真乾板、蛍光スクリーン、または電気光学コンバーターが使用されます。 顕微鏡の解像度の限界を下げるもう 1 つの方法は、顕微鏡が配置されている媒体の屈折率を高めることです。 これを行うには、 浸漬液例えば、シダーオイル。
119. 発光（蛍光）顕微鏡検査これは、一部の物質が発光する能力、つまり目に見えない紫外線や青色光を照射すると光る能力に基づいています。
ルミネッセンスの色は、それを励起する光と比較して、スペクトルの長波長部分にシフトします (ストークスの法則)。 ルミネッセンスが青色光によって励起される場合、その色は緑から赤までの範囲に及びますが、ルミネッセンスが紫外線によって励起される場合、そのルミネッセンスは可視スペクトルのどの部分にもあり得ます。 この発光の特徴により、励起光を吸収する特殊なフィルターを使用して、比較的弱い発光を観察することができます。
ほとんどの微生物はそれ自身の発光を持たないため、蛍光色素の溶液で染色されます。 この方法は、結核（オーロミン）、特定のウイルスによって形成される細胞内の封入体など、特定の感染症の原因物質の細菌検査に使用されます。同じ方法は、生きた微生物および固定微生物の細胞化学的研究にも使用できます。 蛍光色素で標識した抗体を用いた免疫蛍光反応では、患者の血清から微生物の抗原や抗体を検出します。
120. 位相差顕微鏡法。環境と屈折率のみが異なる未染色の微生物を顕微鏡で観察する場合、光の強度（振幅）は変化せず、透過する光波の位相のみが変化します。 したがって、目はこれらの変化に気づくことができず、観察される物体はコントラストが低く透明に見えます。 このようなオブジェクトを観察するには、次を使用します 位相差顕微鏡、物体によってもたらされる目に見えない位相変化を、目に見える振幅変化に変換することに基づいています。
この顕微鏡法の使用により、染色されていない生きた微生物のコントラストが劇的に増加し、明るい背景では暗く見えたり、暗い背景では明るく見えたりします。
位相差顕微鏡は、組織培養細胞の研究、細胞に対するさまざまなウイルスの影響の観察などにも使用されます。
121. 暗視野顕微鏡法。暗視野顕微鏡法は、光を強く散乱する微生物の能力に基づいています。 暗視野顕微鏡では、従来の対物レンズと特殊な暗視野コンデンサーが使用されます。
暗視野コンデンサーの主な特徴は、その中央部分が暗くなり、照明装置からの直接光が顕微鏡レンズに入らないことです。 物体は斜めの側方光線によって照明され、プレパラート中の粒子によって散乱された光線のみが顕微鏡レンズに入ります。 暗視野顕微鏡法はチンダル効果に基づいており、その有名な例は、細い太陽光線で照らされたときに空気中の塵粒子を検出することです。
暗視野顕微鏡では、微生物は黒い背景に対して明るく輝いて見えます。 この顕微鏡法を使用すると、顕微鏡の解像度を超えるサイズの最小の微生物を検出できます。 ただし、暗視野顕微鏡では物体の輪郭のみを見ることができ、内部構造を研究することはできません。
122. 熱放射自然界で最も一般的なタイプの電磁放射です。 それは物質の原子や分子の熱運動のエネルギーによって起こります。 熱放射は、絶対零度以外の温度ではすべての物体に固有に発生します。
全身放射率 E（エネルギー的光度とも呼ばれる）は、1秒間に物体の単位表面積から放出されるエネルギー量です。 J/m 2 秒で測定されます。
身体の総放射線吸収能力 A (吸収係数) は、物体に入射するすべての放射エネルギーに対する物体によって吸収される放射エネルギーの比率です。 A は無次元量です。
123. 真っ黒なボディ。あらゆる温度で入射するすべての放射エネルギーを吸収する想像上の物体は、絶対的に黒と呼ばれます。
キルヒホッフの法則。所定の温度におけるすべての物体について、放射率 E と放射線吸収能力 A の比は、完全な黒体の放射率に等しい一定の値です。 e同じ温度で:
e.
ステファン・ボルツマンの法則。黒体の全放射率は、絶対温度の 4 乗に直接比例します。
e=sT4 ,
ここで、s はステファン・ボルツマン定数です。
ワインの法則。黒体の最大放射に対応する波長は、その絶対温度に反比例します。
lt×T = V、
ここで、v はウィーン定数です。
ワインの法則に基づいて 光学高温測定– 放射スペクトルから高温物体（製錬炉内の金属、原子爆発の雲の中のガス、星の表面など）の温度を決定する方法。 太陽の表面の温度を初めて決定したのはこの方法でした。
124 . 赤外線放射。可視光の赤色限界 (λ = 0.76 μm) と短波無線放射 (λ = 1 ～ 2 mm) の間のスペクトル領域を占める電磁放射は、赤外線 (IR) と呼ばれます。 加熱された固体および液体は、連続的な赤外線スペクトルを放射します。
赤外線の治療的使用は、その熱効果に基づいています。 治療には特殊なランプを使用します。
赤外線は体の深さ約20mmまで浸透するため、表面層がより広範囲に加熱されます。 治療効果は、体温調節システムの活動を活性化する、結果として生じる温度勾配によるものです。 照射領域への血液供給が増加すると、良好な治療結果が得られます。
125. 紫外線。電磁放射、
可視光の紫端 (λ = 400 nm) と X 線放射の長波長部分 (λ = 10 nm) の間のスペクトル領域を占めるスペクトル領域は、紫外線 (UV) と呼ばれます。
高温で加熱された固体は放出する
かなりの量の紫外線。 ただし、最大
ウィーンの法則によれば、エネルギー的光度のスペクトル密度は 7000 K です。実際には、これは、通常の条件下では、灰色の物体の熱放射が有効な UV 放射源として機能できないことを意味します。 最も強力な紫外線源は太陽であり、地球の大気の境界における太陽の放射線の 9% は紫外線です。
UV 放射は、UV 顕微鏡、蛍光顕微鏡の操作、および蛍光分析に必要です。 医療における紫外線の主な使用は、光化学プロセスによって引き起こされる特定の生物学的影響に関連しています。
126. サーモグラフィー– これはさまざまな地域からの放射線の登録です
診断解釈を目的とした体表。 温度は 2 つの方法で決定されます。 あるケースでは、液晶ディスプレイが使用されますが、その光学特性は温度のわずかな変化に非常に敏感です。
これらのインジケーターを患者の体に装着すると、色の変化によって局所的な温度差を視覚的に判断することができます。
別の方法は、使用に基づいています 熱画像装置、フォトレジスタなどの高感度の赤外線検出器を使用します。
127. サーモグラフィーの生理学的基礎。 人体で起こる生理学的プロセスは熱の放出を伴い、熱は循環する血液とリンパによって伝達されます。 熱源は、生物の中で起こる生化学プロセスです。 発生した熱は血液によって全身に運ばれます。 循環血液は高い熱容量と熱伝導率を備えているため、体の中心部と末梢部の間で激しい熱交換が可能です。 皮膚の血管を通過する血液の温度は2〜3°低下します。
サーモグラフィーは、病理学的病巣上の赤外線放射の強度の増加（血液供給とその中の代謝プロセスの増加による）、または局所的な血流の低下とそれに伴う組織や臓器の変化のある領域での赤外線の強度の減少という現象に基づいています。 。 これは通常、「ホット ゾーン」の出現によって表現されます。 サーモグラフィーには、テレサーモグラフィーと接触コレステリック サーモグラフィーの 2 つの主なタイプがあります。
128. テレサーモグラフィーこれは、人体からの赤外線放射を電気信号に変換し、熱画像装置の画面上に視覚化することに基づいています。 高感度フォトレジスタは、サーマルイメージャの赤外線放射の受信デバイスとして使用されます。
サーマルイメージャは次のように動作します。 赤外線はレンズ システムによって集束され、光検出器に当たります。光検出器は –196°C に冷却されると動作します。 光検出器からの信号は増幅され、デジタル処理され、その後、受信した情報がカラー モニターの画面に送信されます。
129. 接触型液晶サーモグラフィー異方性コレステリック液晶の光学特性に依存しており、熱放射面に適用すると虹色への色の変化として現れます。 最も寒い地域は赤、最も暑い地域は青です。
液晶コンタクトプレートサーモグラフィーは現在、医療のさまざまな分野で広く使用され、成功を収めていますが、人体の赤外線放射を記録する遠隔方法の方がはるかに多くの用途に使用されています。
130. サーモグラフィーの臨床応用。サーモグラフィ診断は患者に外部からの影響や不便を与えることなく、多くの病気や身体障害の特徴である患者の皮膚表面の熱パターンの異常を「見る」ことができます。
サーモグラフィーは、生理学的で無害、非侵襲的な診断方法であり、乳腺、脊椎、関節、甲状腺、耳鼻咽喉科、血管、肝臓、胆のう疾患など、幅広い病状の診断に実用化されています。膀胱、腸、胃、膵臓、腎臓、膀胱、前立腺。 サーモグラフィーを使用すると、組織に構造変化が現れる前、病理学的プロセスの進行の初期段階での変化を記録できます。
131. 原子のラザフォード (惑星) モデル。このモデルによると、原子のすべての正電荷とほぼすべての質量 (99.94% 以上) が原子核に集中しており、そのサイズは原子の大きさに比べて無視できるほど (約 10 -13 cm) です。 (10-8cm)。 電子は原子核の周りを閉じた（楕円）軌道で移動し、原子の電子殻を形成します。 原子核の電荷は、電子の全電荷と絶対値が等しい。
ラザフォードモデルの欠点。
a) ラザフォードモデルでは原子は不安定です
教育はその逆を示しますが、経験はその逆を示します。
b) ラザフォードによれば、原子の放射線スペクトルは連続的ですが、経験は放射線の離散的な性質を物語っています。
132. ボーアによる原子構造の量子論。原子のエネルギー状態の離散性の考えに基づいて、ボーアはラザフォードの原子モデルを改良し、原子の構造の量子理論を作成しました。 それは 3 つの仮説に基づいています。
原子内の電子はどの軌道でも移動できず、非常に特定の半径の軌道でのみ移動します。 静止軌道と呼ばれるこれらの軌道では、電子の角運動量は次の式で決まります。
ここで、m は電子の質量、v は電子の速度、r は電子軌道の半径、n は量子と呼ばれる整数です (n=1,2,3, ...)。
静止軌道における電子の運動にはエネルギーの放射（吸収）が伴いません。
ある静止軌道から別の静止軌道への電子の移動
エネルギー量子の放出（または吸収）を伴います。
この量子の値 hn は、放射 (吸収) の前後の原子の定常状態のエネルギー差 W 1 – W 2 に等しくなります。
hn=W1 – W2。
この関係を周波数条件と呼びます。
133. スペクトルの種類。スペクトルには、実線、線、縞の 3 つの主なタイプがあります。
線スペクトル
原子。 放出は、結合電子がより低いエネルギーレベルに遷移することによって引き起こされます。
縞模様のスペクトル興奮した個人によって発せられる
分子。 放射線は、原子内の電子遷移と分子内の原子自体の振動運動の両方によって引き起こされます。
連続スペクトル相互作用する多くの分子および原子イオンの集合によって放出されます。
放射線における主な役割は、高温によって引き起こされるこれらの粒子の無秩序な動きによって演じられます。
134. スペクトル解析の概念。 あらゆる化学元素
この元素に特有の非常に特定の波長の光を放射 (および吸収) します。 元素の線スペクトルは、回折格子を使って光を分解する分光器で撮影することで得られます。 元素の線スペクトルは一種の「指紋」であり、これを使用すると、放出（または吸収）光の波長に基づいてその元素を正確に識別できます。 分光写真研究は、私たちが利用できる最も強力な化学分析技術の 1 つです。
定性スペクトル分析– これは、物質の組成を決定するために、得られたスペクトルと表にまとめられたスペクトルを比較するものです。
定量スペクトル分析スペクトル線の測光 (強度の決定) によって実行されます。線の明るさは、特定の元素の量に比例します。
分光器の校正。 分光器を使用して研究対象のスペクトルの波長を決定するには、分光器を校正する必要があります。 スペクトル線の波長と、それが見える分光器のスケールの分割との間の関係を確立します。
135. スペクトル分析の主な特徴と応用分野。スペクトル分析を使用すると、物質の原子組成と分子組成の両方を決定できます。 スペクトル分析により、分析サンプルの個々の成分を定性的に発見し、その濃度を定量的に決定することができます。 化学的特性が非常に似ている物質は、化学的方法では分析が困難または不可能でさえありますが、スペクトルによって簡単に決定できます。
感度通常、スペクトル分析は非常に高度です。 直接分析では 10 -3 ～ 10 -6% の感度が得られます。 スピードスペクトル分析は通常、他の方法で実行される分析速度を大幅に上回ります。
136. 生物学におけるスペクトル分析。物質の光学活性を測定する分光学的方法は、生物対象の構造を決定するために広く使用されています。 生体分子を研究する場合、その吸収スペクトルと蛍光が測定されます。 レーザー励起下で蛍光を発する色素は、細胞内の水素指数とイオン強度を測定したり、タンパク質の特定領域を研究したりするために使用されます。 共鳴ラマン散乱を使用して細胞の構造を調べ、タンパク質や DNA 分子の立体構造を決定します。 分光法は、光合成と視覚の生化学の研究において重要な役割を果たしました。
137. 医学におけるスペクトル分析。人間の体には 80 以上の化学元素が存在します。 それらの相互作用と相互影響により、成長、発育、消化、呼吸、免疫、造血、記憶、受精などのプロセスが保証されます。
微量元素と多量元素、およびそれらの量的不均衡を診断するには、髪と爪が最も適した材料です。 それぞれの毛には、その成長の全期間にわたる生物全体のミネラル代謝に関する不可欠な情報が保存されています。 スペクトル分析により、長期間にわたるミネラルバランスに関する完全な情報が得られます。 一部の有毒物質は、この方法でのみ検出できます。 比較のために：従来の方法では、血液検査を使用した検査時に10未満の微量元素の比率を決定できます。
スペクトル分析の結果は、医師が病気の原因を診断して調査し、隠れた病気とその素因を特定するのに役立ちます。 より正確に薬を処方し、ミネラルバランスを回復するための個別の計画を開発できるようになります。
薬理学および毒物学における分光学的手法の重要性を過大評価することは困難です。 特に、医薬品の検証中にサンプルを分析したり、偽造医薬品を特定したりすることが可能になります。 毒物学では、紫外分光法と赤外分光法により、スタス抽出物から多くのアルカロイドを同定することができました。
138. 発光所定の温度で、放射される光波の周期を大幅に超える継続時間を持つ物体の過剰放射を「過剰放射」と呼びます。
フォトルミネッセンス。光子によって引き起こされる発光をフォトルミネッセンスといいます。
化学発光。化学反応に伴う発光を化学発光といいます。
139. 発光分析研究目的で物体の発光を観察することに基づいています。 食品の腐敗の初期段階を検出し、薬剤を分類し、特定の病気を診断するために使用されます。
140. 光電効果プルアウト現象と呼ばれる
入射光の影響下で物質から放出される電子。
で 外部光電効果電子が物質の表面から出ます。
で 内部光電効果電子は原子との結合から解放されますが、物質の内部に残ります。
アインシュタインの方程式:
ここで、hn は光子のエネルギー、n はその周波数、A は電子の仕事関数、は放出された電子の運動エネルギー、v はその速度です。
光電効果の法則:
単位時間当たりに金属表面から放出される光電子の数は、金属に入射する光束に比例します。
光電子の最大初期運動エネルギー
入射光の周波数によって決まり、その強度には依存しません。
各金属には、光電効果の赤の限界があります。 光電効果が依然として可能である最大波長 l 0。
外部光電効果は、光電子増倍管 (PMT) および電子光変換器 (EOC) で使用されます。 PMT は、低強度の光束の測定に使用されます。 彼らの助けを借りて、弱い生物発光を検出できます。 画像増強管は、X 線画像の明るさを高めるために医療で使用されます。 サーモグラフィー – 体の赤外線放射を可視放射に変換します。 さらに、光電池は、地下鉄の回転式改札口を通過するとき、現代のホテル、空港などで使用されています。 ドアの自動開閉、街路灯の自動点灯、消灯、照度判定（照度計）など。
141. X線照射 0.01～0.000001ミクロンの波長を持つ電磁放射線です。 これにより、蛍光体でコーティングされたスクリーンが光り、乳剤が黒くなり、写真に適したものになります。
X線は、電子がX線管の陽極に衝突して突然停止すると発生します。 まず、陰極から放出された電子は、加速電位差によって 100,000 km/s 程度の速度まで加速されます。 この放射線は制動放射と呼ばれ、連続スペクトルを持っています。
X 線放射の強度は、次の経験式によって決定されます。
ここで、I は管内の電流の強さ、U は電圧、Z は対陰極物質の原子のシリアル番号、k は定数です。
電子の減速によって生じるX線放射は「制動放射」と呼ばれます。
短波 X 線は一般に長波 X 線よりも透過性が高く、「X 線」と呼ばれます。 厳しい、そして長波 – 柔らかい.
X 線管内の高電圧では、
連続スペクトルを持つ X 線は、線スペクトルを持つ X 線を生成します。 後者は連続スペクトルに重ねられます。 各物質は独自の特性線 X 線スペクトル (陽極物質からの連続スペクトルであり、X 線管の電圧によってのみ決定されます) を持っているため、この放射線は特性と呼ばれます。
142. X線放射の性質。 X 線には、光線を特徴付けるすべての特性があります。
1) 電場および磁場の中で逸脱しないため、電荷を帯びません。
２）写真効果がある。
3) ガスのイオン化を引き起こす。
４）発光を引き起こすことができる。
5) 屈折、反射、偏光があり、干渉や回折の現象が起こります。
143. モーズリーの法則。異なる物質の原子はその構造に応じて異なるエネルギーレベルを有するため、特性放射線のスペクトルはアノード物質の原子の構造に依存します。 核電荷が増加するにつれて、特徴的なスペクトルはより高い周波数にシフトします。 このパターンはモーズリーの法則として知られています。
ここで、n はスペクトル線の周波数、Z は発光素子のシリアル番号、A と B は定数です。
144. X線と物質の相互作用。光子エネルギー e とイオン化エネルギー A の比率に応じて、3 つの主要なプロセスが発生します。
コヒーレント（古典的）散乱. 長波X線の散乱は主に波長を変えずに起こり、コヒーレントと呼ばれます。 . 光子のエネルギーがイオン化エネルギーより小さい場合に発生します: 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.
インコヒーレント散乱 (コンプトン効果)。 1922年にA.Kh。 コンプトンは硬 X 線の散乱を観察し、入射ビームと比較して散乱ビームの透過力が低下していることを発見しました。 これは、散乱X線の波長が入射X線よりも長いことを意味します。 X線が波長の変化に伴って散乱することをインコヒーレントといい、この現象自体をコンプトン効果といいます。
写真効果. 光電効果では、X 線が原子に吸収され、電子が放出され、原子がイオン化します (光イオン化)。 光子のエネルギーがイオン化に不十分な場合、光電効果は電子を放出せずに原子の励起として現れることがあります。
イオン化効果 X 線放射は、X 線の影響下での導電率の増加として現れます。 この特性は、このタイプの放射線の影響を定量化するために線量測定で使用されます。
145. X線発光 X線照射下でのさまざまな物質の輝きと呼ばれます。 この白金シンオキシドバリウムの輝きにより、レントゲンは光線を発見することができました。 この現象は、X 線を視覚的に観察する目的で特別な発光スクリーンを作成するために使用され、場合によっては写真乾板上での X 線の効果を強化して、X 線を記録できるようにします。
146. X線吸収ブーゲーの法則で説明されます。
F = F 0 e - m x、
ここで、m は線形減衰係数、
x は物質層の厚さ、
F 0 – 入射放射線の強度、
F は透過放射線の強度です。
147. X線放射線による身体への影響. X線検査中の放射線被ばくは少量ですが、細胞の染色体装置の変化、つまり放射線突然変異を引き起こす可能性があります。 したがって、X線検査は規制されなければなりません。
148. X線診断。 X 線診断は、組織や器官による X 線放射線の選択的吸収に基づいています。
149. レントゲン。透視検査中、透視された物体の画像が透視スクリーン上に取得されます。 この技術は簡単かつ経済的であり、臓器の動きとその中の造影剤の動きを観察することができます。 しかし、これには欠点もあります。それは、その後、将来議論したり検討したりできる文書が残らないということです。 小さな画像の詳細は画面上で確認するのが困難です。 X線透視検査は、X線撮影よりも患者と医師の放射線被曝量がはるかに多くなります。
150. 放射線撮影。 X線撮影では、X線のビームが検査対象の体の部分に向けられます。 人体を通過した放射線はフィルムに当たり、処理後に画像が得られます。
151. エレクトロラジオグラフィー。この装置では、患者を通過する X 線放射線が、静電気を帯びたセレン プレートに当たります。 この場合、プレートの電位が変化し、その上に電荷の潜像が現れます。
この方法の主な利点は、高価な銀化合物を含む X 線フィルムを消費したり、「湿式」写真プロセスを使用したりすることなく、多数の高品質の画像を迅速に取得できることです。
152. 蛍光撮影。その原理は、X 線画像をスクリーンから小型のロールフィルム上に撮影することです。 人口の集団調査に使用されます。 この方法の利点は速度と効率です。
153. 臓器の人工造影。この方法は以下に基づいています
吸収される無害な物質の体内への導入
X 線放射線は、検査対象の臓器よりもはるかに強い、または逆にはるかに弱いです。 たとえば、患者には硫酸バリウムの水性懸濁液を摂取することが推奨されます。 この場合、胃腔内にある造影剤の影が画像上に現れます。 影の位置、形、大きさ、輪郭によって、胃の位置、その空洞の形と大きさを判断できます。
ヨウ素は甲状腺の造影に使用されます。 この目的で使用されるガスは、酸素、亜酸化窒素、二酸化炭素です。 酸素とは異なり、ガス塞栓症を引き起こさないため、亜酸化窒素と二酸化炭素のみを血流に注入できます。
154. X線イメージ増強管。放射線科医が透視検査を行うときに使用する、X 線放射を蛍光スクリーンの可視光に変換するグローの明るさは、1 平方メートルあたりカンデラの 100 分の 1 (カンデラ - キャンドル) です。 これは、雲のない夜の月明かりの明るさにほぼ相当します。 このような照明では、人間の目は薄明視覚モードで動作し、小さな細部や弱いコントラストの違いが非常によく区別されません。
患者の放射線量が比例して増加するため、画面の明るさを増やすことは不可能ですが、いずれにしても無害ではありません。
この障害を取り除く機能は、外部電場を使用して電子を繰り返し加速することによって画像の明るさを何千倍も高めることができる X 線イメージ増倍管 (XI) によって提供されます。 URI は、明るさを高めるだけでなく、研究中の放射線量を大幅に減らすことができます。
155. 血管造影– 血管のコントラスト研究の方法
URI とテレビを使用した視覚的な X 線制御の下で、放射線科医が細い弾性チューブ (カテーテル) を静脈に挿入し、血流とともに体のほぼすべての領域に導くシステム。心臓。 次に、適切な瞬間に、放射線不透過性の液体がカテーテルを通して注入され、同時に一連の画像が高速で撮影されます。
156. デジタル情報処理方法。電気信号は、その後の画像処理に最も便利な形式です。 画像内の線を強調したり、輪郭を強調したり、テクスチャを強調したりすると有利な場合があります。 処理は、電子アナログとデジタルの両方の方法を使用して実行できます。 デジタル処理の目的では、アナログ信号はアナログ デジタル コンバーター (ADC) を使用して離散形式に変換され、この形式でコンピューターに送信されます。
透視スクリーン上で得られた光画像は、電子光学変換器 (EOC) によって増幅され、光学システムを通って TT テレビ管の入力に入力され、一連の電気信号に変わります。 ADC を使用して、サンプリングと量子化が実行され、デジタル ランダム アクセス メモリ (RAM) に記録され、指定されたプログラムに従って画像信号が処理されます。 変換された画像は、DACデジタルアナログコンバータを使用して再びアナログ形式に変換され、グレースケールディスプレイのビデオ制御デバイスVKUの画面上に表示されます。
157. 白黒画像の色分け。ほとんどの内視鏡画像はモノクロ、つまり色がありません。 しかし、人間の通常の視覚は色です。 目の力を最大限に活用するには、場合によっては、内視鏡画像の変換の最終段階で人工的に色を付けることが合理的です。
目がカラー画像を認識するとき、
分析を容易にする追加の画像機能。 これ
色相、色の彩度、色のコントラスト。 カラーでは、細部の視認性と目のコントラスト感度が何倍にも高まります。
158. X線治療。 X 線放射線は、多くの病気の治療における放射線療法に使用されます。 放射線療法の適応と戦術は多くの点でガンマ線療法の方法と似ています。
159. 断層撮影。医師が関心のある臓器や病理学的形成の画像には、X 線ビームに沿って位置する隣接する臓器や組織の影が重ねられます。
断層撮影の本質は、撮影プロセス中に
X 線管は患者に対して移動し、特定の深さにある細部のみを鮮明な画像で表示します。 したがって、断層撮影は層ごとの X 線検査です。
160. レーザー照射– 一貫した同一の方向を向いたものである
多くの原子からの放射線が細い単色光のビームを生成します。
レーザーが動作を開始するには、その作動物質の多数の原子が励起 (準安定) 状態に変換される必要があります。 これを行うには、電磁エネルギーが特殊な供給源（ポンプ方式）から作動物質に伝達されます。 この後、強力な光子の放出とともに、作動物質内で励起されたすべての原子の通常状態へのほぼ同時に強制的な遷移が始まります。
161. 医療におけるレーザーの応用。高エネルギーレーザー
腫瘍学におけるレーザーメスとして使用されます。 この場合、周囲の組織への損傷を最小限に抑えながら腫瘍の合理的な切除が達成され、機能的に重要な脳構造の近くで手術を行うことができます。
レーザー光線使用時の出血は非常に少なく、傷は完全に滅菌され、術後の腫れも最小限に抑えられます。
レーザーは目の顕微手術に特に効果的です。 ビームで微細な穴を開けて眼内液を流出させることで、緑内障の治療を可能にします。 レーザーは網膜剥離の非外科的治療に使用されます。
低エネルギーレーザー放射抗炎症作用、鎮痛作用があり、血管緊張を変化させ、代謝プロセスを改善します。 医療のさまざまな分野で特殊な治療に使用されています。
162. レーザーの身体への影響。レーザー放射が人体に及ぼす影響は、多くの点で可視および赤外線範囲の電磁放射の影響と似ています。 分子レベルでは、このような効果は、生物物質の分子のエネルギーレベルの変化、それらの立体化学的再配置、およびタンパク質構造の凝固を引き起こします。 レーザー照射の生理学的効果は、光再活性化の光力学的効果、生物学的プロセスの刺激または阻害の効果、個々のシステムと身体全体の両方の機能状態の変化に関連しています。
163. 生物医学研究におけるレーザーの使用。レーザー診断の主要分野の 1 つは次のとおりです。 凝縮物分光法これにより、生体組織の分析と細胞、細胞内、分子レベルでの視覚化が可能になります。
光学顕微鏡検査
光学顕微鏡は、最大 2 ～ 3,000 倍の倍率、生きた物体の色と動画の画像、同じ物体のマイクロフィルム化と長期観察の可能性、その力学と化学の評価を提供します。
顕微鏡の主な特徴は解像度とコントラストです。 解像度は、2 つの点が配置される最小距離であり、顕微鏡によって個別に実証されます。 最良の視覚モードにおける人間の目の解像度は 0.2 mm です。
画像のコントラストは、画像と背景の明るさの差です。 この差が 3 ～ 4% 未満であれば、目でも写真乾板でも捉えることができません。 そうすれば、たとえ顕微鏡がその詳細を解像したとしても、画像は見えないままになります。 コントラストは、背景と比較して光束を変化させる物体の特性と、結果として生じるビームの特性の違いを捉える光学系の能力の両方によって影響を受けます。
光学顕微鏡の機能は、光の波の性質によって制限されます。 光の物理的特性、つまり色（波長）、明るさ（波の振幅）、位相、密度、波の伝播方向は、物体の特性に応じて変化します。 これらの違いは、現代の顕微鏡でコントラストを作成するために使用されます。
顕微鏡の倍率は、対物レンズの倍率と接眼レンズの倍率の積として定義されます。 一般的な研究用顕微鏡の接眼レンズ倍率は 10、対物レンズ倍率は 10、45、100 です。したがって、このような顕微鏡の倍率は 100 ～ 1000 の範囲になります。一部の顕微鏡の倍率は最大 2000 です。さらに高い倍率でも対応できません。解像度は向上しないので当然です。 逆に画質が劣化してしまいます。
光学系の解像力やレンズの開口率を表すために開口数が使われます。 レンズの絞りは、画像の単位面積あたりの光の強度であり、NA の 2 乗にほぼ等しくなります。 良好なレンズの NA 値は約 0.95 です。 顕微鏡は通常、合計倍率が約 1000 NA になるようにサイズ設定されています。 液体（油、またはまれに蒸留水）が対物レンズとサンプルの間に導入されると、1.4 もの高い NA 値とそれに対応する解像度の向上を備えた「液浸」対物レンズが得られます。
光学顕微鏡法
光学顕微鏡法（照明と観察）。 顕微鏡法は、上で述べたように、画像のコントラストに影響を与えるため、研究対象の性質と特性に応じて選択されます (そして積極的に提供されます)。
明視野法とその種類
透過光による明視野法は、吸収（光吸収）粒子およびその中に含まれる部分を含む透明な製剤を研究するために使用されます。 これらは、たとえば、動物や植物の組織の薄い色の部分、鉱物の薄い部分などです。準備がなければ、コンデンサーからの光線がレンズを通過し、近くに均一に照明されたフィールドが生成されます。接眼レンズの焦点面。 製剤中に吸収性要素がある場合、そこに入射する光の部分的な吸収と部分的な散乱が発生し、それが画像の出現の原因となります。 非吸収性の物体を観察するときにこの方法を使用することもできますが、その物体が照明ビームを非常に強く散乱させ、そのかなりの部分がレンズに入射しない場合に限ります。
斜め照明方法は、前の方法のバリエーションです。 それらの違いは、光が観察方向に対して大きな角度で物体に向けられることです。 これは、影の形成によるオブジェクトの「レリーフ」を明らかにするのに役立つ場合があります。
反射光の明視野法は、金属や鉱石の研磨部分など、光を反射する不透明な物体を研究する場合に使用されます。 製剤は、同時に集光器の役割を果たすレンズを通して上から（照明器と半透明の鏡から）照明されます。 レンズとチューブレンズによって平面に作成された画像では、その要素の反射率の違いによりプレパラートの構造が見えます。 明視野では、入射光を散乱させる不均一性も目立ちます。
暗視野法とそのバリエーション
暗視野顕微鏡法は、明視野法では見ることができない透明で非吸収性の物体の画像を取得するために使用されます。 多くの場合、これらは生物学的オブジェクトです。 照明器と鏡からの光は、特別に設計されたコンデンサー、いわゆるコンデンサーによってプレパレーションに向けられます。 暗視野コンデンサー。 コンデンサーを出ると、透明な準備を通過するときに方向を変えなかった光線の主要部分は、中空の円錐の形でビームを形成し、レンズ（この円錐の内側にあります）に入りません。 。 顕微鏡内の画像は、スライド上にある薬剤の微粒子によって円錐内に散乱され、レンズを通過する光線のごく一部のみを使用して形成されます。 暗視野顕微鏡法はチンダル効果に基づいており、その有名な例は、細い太陽光線で照らされたときに空気中の塵粒子を検出することです。 暗い背景に対する視野では、周囲の環境とは屈折率が異なる、薬物の構造要素の明るい画像が見えます。 大きな粒子には、光線を散乱させる明るいエッジのみがあります。 この方法を使用すると、画像の外観から粒子が透明か不透明であるか、周囲の媒体と比較して屈折率が高いか低いかを判断することはできません。
暗視野研究の実施
スライドの厚さは 1.1 ～ 1.2 mm、カバースリップの厚さは 0.17 mm 以下で、傷や汚れがあってはなりません。 薬を準備するときは、泡や大きな粒子の存在を避ける必要があります（これらの欠陥は明るい輝きで見え、薬を観察できなくなります）。 暗視野では、より強力な照明器と最大のランプ強度が使用されます。
暗視野照明の設定は基本的に次のようになります。
Koehler に従ってライトを取り付けます。
明視野コンデンサーを暗視野コンデンサーに交換します。
上部コンデンサーレンズには浸漬油または蒸留水が塗布されています。
コンデンサーをスライドの底面に触れるまで上げます。
低倍率レンズの焦点を標本に合わせます。
センタリングネジを使用すると、光点 (中央領域が暗くなることもあります) が視野の中心に移動します。
コンデンサーを上げ下げすることで中央部の暗さが消え、均一な照明スポットが得られます。
これができない場合は、スライド ガラスの厚さを確認する必要があります (この現象は通常、厚すぎるスライド ガラスを使用したときに観察されます。光の円錐はガラスの厚さに集中します)。
照明を正しく設定した後、必要な倍率のレンズを取り付けて標本を観察します。
超顕微鏡法も同じ原理に基づいており、超顕微鏡内の標本は観察方向に対して垂直に照射されます。 この方法を使用すると、最も強力な顕微鏡の解像度をはるかに超えたサイズの非常に小さな粒子を検出することができます (ただし、文字通り「観察」することはできません)。 浸漬超顕微鏡の助けを借りて、最大 2 × 10 ～ -9 度 m サイズの粒子 × 粒子の準備中の存在を記録することができますが、このような粒子の形状と正確な寸法は、この方法では決定できません。 それらの像は観察者には回折スポットの形で現れ、その寸法は粒子自体のサイズや形状ではなく、レンズの口径と顕微鏡の倍率に依存します。 このような粒子は光をほとんど散乱しないため、それらを照らすにはカーボン電気アークなどの非常に強力な光源が必要です。 超顕微鏡は主にコロイド化学で使用されます。
位相コントラスト法
位相コントラスト法とその多様性 - いわゆる。 「アノプトラル」コントラスト法は、明視野法では観察できない無色透明の物体の画像を取得するように設計されています。 これらには、例えば、染色されていない生きた動物組織が含まれます。 この方法の本質は、製剤のさまざまな要素の屈折率に非常に小さな違いがある場合でも、それらを通過する光波は位相のさまざまな変化を受ける(いわゆる位相レリーフが得られる)ことです。 これらの位相変化は目や写真乾板のいずれにも直接知覚されませんが、特別な光学装置の助けを借りて光波の振幅の変化、つまり明るさの変化（「振幅レリーフ」）に変換されます。すでに目に見えているか、感光層に記録されています。 言い換えれば、得られる可視画像では、明るさ (振幅) の分布が位相レリーフを再現します。 このようにして得られた画像を位相コントラストと呼びます。
位相コントラスト デバイスは任意の光学顕微鏡に取り付けることができ、次のもので構成されます。
特殊な位相板を備えたレンズのセット。
回転ディスク付きコンデンサー。 各レンズの位相板に対応する環状絞りが含まれています。
位相差調整用の補助望遠鏡です。
位相コントラストの設定は次のとおりです。
顕微鏡のレンズとコンデンサーを位相のもの (Ph の文字で示される) に交換します。
低倍率レンズを取り付けます。 コンデンサー ディスクの穴には環状ダイヤフラム (数字「0」で示されます) がなくてはなりません。
ケーラーに従って光を調整します。
適切な倍率の位相レンズを選択し、標本に焦点を合わせます。
コンデンサーディスクを回転させ、レンズに対応する環状絞りを取り付けます。