Oljenedsänkning

Principen för nedsänkningsmikroskopi. Strålningsväg med nedsänkningsmedium (gul) (vänster halva) och utan (höger halva). Strålar (svarta) som kommer från objektet (röda) i en viss vinkel och går genom täckglaset (orange, liksom bilden längst ner) kan komma in i objektivet (mörkblått) endast när nedsänkning används. Annars gör brytningen vid täckglas-luft-gränssnittet att strålen missar objektivet och dess information går förlorad.

Två Leica oljesänkningsobjektiv. Oljeimmersionsobjektivlinser ser ytligt identiska ut med icke-oljedoppande linser.

I ljusmikroskopi är oljedoppning en teknik som används för att öka ett mikroskops upplösningsförmåga . Detta uppnås genom att doppa både objektivlinsen och provet i en transparent olja med högt brytningsindex , vilket ökar objektivlinsens numeriska bländare .

Utan olja reflekteras ljusvågor från objektglaset genom täckglaset, genom luften och in i mikroskoplinsen (se den färgade figuren till höger). Om inte en våg kommer ut i en 90-graders vinkel, böjer den sig när den träffar ett nytt ämne, mängden böj beror på vinkeln. Detta förvränger bilden. Luft har ett helt annat brytningsindex än glas, vilket ger en större böj jämfört med olja, som har ett index som mer liknar glas. Specialtillverkad olja kan ha nästan exakt samma brytningsindex som glas, vilket gör en oljenedsänkt lins nästan lika effektiv som att ha helt glas till provet (vilket skulle vara opraktiskt).

Immersionsoljor är transparenta oljor som har specifika optiska egenskaper och viskositetsegenskaper som är nödvändiga för användning i mikroskopi. Typiska oljor som används har ett brytningsindex på cirka 1,515. Ett oljesänkningsobjektiv är ett objektiv speciellt utformat för att användas på detta sätt. Många kondensorer ger också optimal upplösning när kondensorlinsen är nedsänkt i olja.

Teoretisk bakgrund

Linser rekonstruerar ljuset som sprids av ett föremål. För att framgångsrikt uppnå detta mål måste helst alla diffraktionsordningar samlas in. Detta är relaterat till linsens öppningsvinkel och dess brytningsindex. Ett mikroskops upplösning definieras som den minsta avstånd som behövs mellan två föremål som undersöks för att mikroskopet ska kunna urskilja dem som separata föremål. Detta minimiavstånd är märkt δ. Om två objekt separeras med ett avstånd kortare än δ, kommer de att visas som ett enda objekt i mikroskopet.

Ett mått på upplösningsförmågan, RP, för en lins ges av dess numeriska bländare , NA:

$\delta ={\frac {\lambda }{\mathrm {2NA} }}$

där λ är ljusets våglängd . Av detta är det tydligt att en bra upplösning (liten δ) är kopplad till en hög numerisk bländare.

Den numeriska bländaren för ett objektiv definieras som

$\mathrm {NA} =n\sin \alpha _{0}\;$

₀ där α är halva vinkeln som spänner över av objektivlinsen sett från provet, och n är brytningsindexet för mediet mellan linsen och provet (≈1 för luft).

₀ Toppmoderna objektiv kan ha en numerisk bländare på upp till 0,95. Eftersom sin α alltid är mindre än eller lika med enhet (talet "1"), kan den numeriska bländaren aldrig vara större än enhet för ett objektiv i luft. Om utrymmet mellan objektivlinsen och provet är fyllt med olja kan dock den numeriska bländaren erhålla värden större än ett. Detta beror på att olja har ett brytningsindex större än 1.

Mål för nedsänkning av olja

Oljenedsänkningsobjektiv används

Av ovanstående förstås att olja mellan provet och objektivlinsen förbättrar upplösningsförmågan med en faktor 1/ n . Mål speciellt utformade för detta ändamål är kända som oljenedsänkningsobjektiv.

Oljenedsänkningsobjektiv används endast vid mycket stora förstoringar som kräver hög upplösningsförmåga. Objekt med hög effektförstoring har korta brännvidder , vilket underlättar användningen av olja. Oljan appliceras på provet (konventionellt mikroskop) och scenen höjs och objektivet sänks ned i olja. (I inverterade mikroskop appliceras oljan på objektivet).

Brytningsindexen för oljan och glaset i det första linselementet är nästan desamma, vilket betyder att ljusets brytning blir liten när den kommer in i linsen (oljan och glaset är optiskt mycket lika). Rätt immersionsolja för en objektivlins måste användas för att säkerställa att brytningsindexen stämmer överens. Användning av en oljedoppningslins med felaktig immersionsolja, eller helt utan immersionsolja, kommer att drabbas av sfärisk aberration. Styrkan hos denna effekt beror på storleken på brytningsindexfelanpassningen.

Oljedoppning kan i allmänhet endast användas på stelt monterade prover, annars kan oljans ytspänning flytta täckglaset och så flytta provet under. Detta kan också hända på inverterade mikroskop eftersom täckglaset är under objektglaset.

Immersionsolja

Innan utvecklingen av syntetiska immersionsoljor på 1940-talet användes cederträolja i stor utsträckning. Cederolja har ett brytningsindex på cirka 1,516. Den numeriska öppningen för cederträoljamål är i allmänhet runt 1,3. Cederolja har dock ett antal nackdelar: den absorberar blått och ultraviolett ljus, gulnar med åldern, har tillräcklig surhet för att potentiellt skada objektiv vid upprepad användning (genom att attackera cementet som används för att sammanfoga linser ) och spädning av det med lösningsmedel ändrar dess viskositet ( och brytningsindex och dispersion ). Cederolja måste avlägsnas från objektivet omedelbart efter användning innan den kan stelna, eftersom borttagning av härdad cederolja kan skada linsen.

   I modern mikroskopi är syntetiska immersionsoljor vanligare, eftersom de eliminerar de flesta av dessa problem. NA-värden på 1,6 kan uppnås med olika oljor. Till skillnad från naturliga oljor härdar inte syntetiska på linsen och kan vanligtvis lämnas kvar på objektivet i månader i taget, även om det är bäst att ta bort oljan dagligen för att underhålla ett mikroskop på bästa sätt. Med tiden kan olja tränga in för objektivets främre lins eller in i objektivets cylinder och skada objektivet. Det finns olika typer av immersionsoljor med olika egenskaper beroende på vilken typ av mikroskopi du ska utföra. Typ A och typ B är båda oljor för allmänt bruk med olika viskositeter. Nedsänkningsolja av typ F används bäst för fluorescerande avbildning vid rumstemperatur (23 °C), medan olja av typ N är gjord för att användas vid kroppstemperatur (37 °C) för applikationer för avbildning av levande celler. Alla har ett _D på 1,515, ganska likt den ursprungliga cederoljan.

Se även

• Immersionslitografi
• Indexmatchande material
• Solid nedsänkningslins
• Mål för vattennedsänkning

• Praktisk mikroskopi av LC Martin och BK Johnson, Glasgow (1966).
• Ljusmikroskopi av JK Solberg, Tapir Trykk (2000).

externa länkar

• "Microscope Objectives: Immersion Media" av Mortimer Abramowitz och Michael W. Davidson, Olympus Microscopy Resource Center (webbplats), 2002.
• "Immersion Oil Microscopy" av David B. Fankhauser, biologi vid University of Cincinnati , Clermont College (webbplats), 30 december 2004.
• "History of Oil Immersion Lenses" av Jim Solliday, Southwest Museum of Engineering, Communications, and Computation (webbplats), 2007.
• "Immersion Oil and the Microscope" av John J. Cargille, New York Microscopical Society Yearbook , 1964 (reviderad, 1985). (Arkivat på Cargille Labs (webbplats).)