任务1 显微镜
任务1 显微镜
显微镜是由一个或几个透镜组合成的一种光学仪器，用于放大微小物体，使人的肉眼可见。显微镜分光学显微镜和电子显微镜。光学显微镜是在1590年由荷兰的詹森父子首创。现在的光学显微镜可把物体放大1600倍，分辨的最小极限达0．2μm。
光学显微镜的种类很多，除普通类型外还包括有：①暗视野显微镜，具有暗视野聚光镜，可使照明的光束不从中央部分射入，而从四周射向标本；②荧光显微镜，以紫外线为光源，使被照射的物体发出荧光。
电子显微镜是在1931年在德国柏林由克诺尔和罗斯卡首先装配完成的。这种显微镜用高速电子束代替光束，由于电子流的波长比光波短很多，所以电子显微镜的放大倍数可达80万倍，分辨的最小极限达0．2nm。1965年开始使用的扫描电子显微镜更可使人看到物体表面的微小结构。
图1－3 普通光学显微镜
一、普通光学显微镜
普通光学显微镜的构造主要分为两部分：机械部分和光学部分（图1－3）。
1．机械部分
（1）镜座：显微镜的底座，用以支持整个镜体。
（2）镜柱：镜座上面直立的部分，用以连接镜座和镜臂。
（3）镜臂：一端连于镜柱，一端连于镜筒，是取放显微镜时的手握部位。
（4）镜筒：连在镜臂的前上方，镜筒上端装有目镜，下端装有物镜转换器。
（5）物镜转换器（旋转器）：接于棱镜壳的下方，可自由转动，盘上有3～4个圆孔，是安装物镜的部位，转动转换器可以调换不同倍数的物镜，当听到碰叩声后方可进行观察，此时物镜光轴恰好对准通光孔中心，光路接通。
（6）载物台（镜台）：位于镜筒下方，形状有方、圆两种，用以放置玻片标本，中央有一通光孔，载物台上装有压片夹，用以夹持玻片标本，载物台下有推进器调节轮，可使玻片标本左右、前后移动。
（7）调节器：位于镜柱上的大小两种螺旋，调节时使载物台上下移动。
粗调节器（粗准焦螺旋）：粗调节器又称大螺旋，移动时可使载物台作快速和较大幅度的升降，所以能迅速调节物镜和标本之间的距离，使物像呈现于视野中，通常在使用低倍镜时先用粗调节器迅速找到物像。
细调节器（细准焦螺旋）：细调节器又称小螺旋，移动时可使载物台缓慢地升降，多在运用高倍镜时使用，从而得到更清晰的物像，并借以观察标本的不同层次和不同深度的结构。
2．光学部分
（1）目镜：位于镜筒的上端，通常备有2～3个，上面刻有“5×”、“10×”或“15×”符号以表示其放大倍数，一般装的是10×的目镜。
（2）物镜：位于镜筒下端的物镜转换器上，一般有3～4个，其中最短的刻有“4×”符号的为低倍镜，较长的刻有“40×”符号的为高倍镜，最长的刻有“100×”符号的为油镜，在高倍镜和油镜上还常加有一圈不同颜色的线以示区别。
显微镜的放大倍数是物镜的放大倍数与目镜的放大倍数的乘积，如物镜为10×，目镜为10×，其放大倍数为10×10＝100。
（3）光源：显微镜所用的光源有自然光和电光源两种。对采用自然光的显微镜，其光源系统只有一个反光镜。反光镜位于镜座上面，可作360°转动，有平、凹两面，其作用是将光线反射到聚光器上，再经通光孔照明标本。凹面聚光作用强，适于光线较弱时使用；平面聚光作用弱，适于光线较强时使用。
现代显微镜多为电光源进行照明，其光源系统由光源灯电路、光源灯、透镜、反射镜，聚光镜等组成，整个光源照明系统安装在灯座内。光源灯一般使用钨灯或卤钨灯，灯的功率从十几瓦到数十瓦不等。光源灯所使用的电压通常为12V以下的低电压，并要求电压可调，以改变光线的亮度。在光源灯的电路部分通常都设有光亮调节器，通过调节光亮调节器，可以很方便地改变投照在标本上光的亮度。
（4）聚光器（集光器）：位于载物台下方的聚光器架上，由聚光镜和光圈组成，其作用是把光线集中到所要观察的标本上。
聚光镜：由一片或数片透镜组成，起汇聚光线的作用，加强对标本的照明，并使光线射入物镜内，镜柱旁有一调节螺旋，转动它可升降聚光器，以调节视野中光亮度的强弱。
光圈（可变光栅）：在聚光镜下方，由十几张金属薄片组成，其外侧伸出一柄，推动它可调节开孔的大小，以调节光量。
3．显微镜的维护
1）经常性的维护
（1）防潮。
如果室内潮湿，光学镜片就容易生霉、生雾。镜片一旦生霉，很难除去。显微镜内部的镜片由于不便擦拭，潮湿对其危害性更大。机械零件受潮后，容易生锈。为了防潮，存放显微镜时除了选择干燥的房间外，存放地点也应离墙、离地、远离湿源。显微镜箱内应放置1～2袋硅胶作干燥剂，在其颜色变粉红后应及时烘烤，烘烤后再继续使用。
（2）防尘。
光学元件表面落入灰尘，不仅影响光线通过，而且经光学系统放大后会生成很大的污斑，影响观察。灰尘、砂粒落入机械部分，还会增加磨损，引起运动受阻，危害同样很大。因此，必须经常保持显微镜的清洁。
（3）防腐蚀。
显微镜不能和具有腐蚀性的化学试剂放在一起，如硫酸、盐酸、强碱等。
（4）防热。
防热的目的主要是为了避免热胀冷缩引起镜片的开胶与脱落。
2）光学系统的擦拭
平时对显微镜的各光学部分的表面用干净的毛笔清扫或用擦镜纸擦拭干净即可。镜片上有抹不掉的污物、油渍或手指印或镜片生霉、生雾以及长期停用后复用时，都需要先进行擦拭。(https://www.daowen.com)
（1）擦拭范围。
目镜和聚光镜允许拆开擦拭。物镜因结构复杂，装配时又要专门的仪器来校正才能恢复原有的精度，故严禁拆开擦拭。
（2）拆卸目镜和聚光镜时，要注意以下几点。
①小心谨慎。
②拆卸时，要标记各元件的相对位置（可在外壳上划线作标记）、相对顺序和镜片的正反面，以防重装时弄错。
③操作环境应保持清洁、干燥。拆卸目镜时，只要从两端旋出上下两块透镜即可。目镜内的视场光栅不能移动，否则会使视场界线模糊。聚光镜旋开后严禁进一步分解其上透镜。因其上透镜是油浸的，出厂时经过良好的密封，再分解会破坏它的密封性能而损坏。
（3）擦拭方法。
先用干净的毛笔或洗耳球除去镜片表面的灰尘，然后用干净的绒布从镜片中心开始向边缘作螺旋形单向运动。擦完一次把绒布换一个地方再擦，直至擦净为止。如果镜片上有油渍、污物或指印等擦不掉时，可用柳枝条裹上脱脂棉，蘸少量酒精和乙醚混合液（酒精80%，乙醚20%）擦拭。如果有较重的霉点或霉斑无法除去时，可用棉签蘸水润湿后粘上碳酸钙粉（含量为99%以上）进行擦拭。擦拭后，应将粉末清除干净。镜片是否擦净，可用镜片上的反射光线进行观察检查。要注意的是，擦拭前一定要将灰尘除净，否则灰尘中的砂粒会将镜面划起沟纹。不可用毛巾、手帕、衣服等去擦拭镜片。酒精和乙醚的混合液不可用太多，以免液体进入镜片的黏接部位使镜片脱胶。镜片表面有一层紫蓝色的透光膜，不要误作污物将其擦去。
3）机械部分的擦拭
表面涂漆部分可用布擦拭，但不能使用酒精、乙醚等有机溶剂擦，以免脱漆。没有涂漆的部分若有锈，可用布蘸汽油擦去。擦净后重新上好防护油脂即可。
4）机械装置故障的排除
（1）粗调部分故障的排除。
粗调部分的主要故障是自动下滑或升降时松紧不一。所谓自动下滑是指镜筒、镜臂或载物台静止在某一位置时，不经调节，在它本身所受重力的作用下，自动地慢慢落下来的现象。这是由镜筒、镜臂、载物台本身所受重力大于静摩擦力引起的。解决的办法是增大静摩擦力，使之大于镜筒或镜臂本身所受重力。
对于斜筒及大部分双目显微镜的粗调结构来说，当镜臂自动下滑时，用两手分别握住粗调手轮内侧的止滑轮，双手均按顺时针方向用力拧紧，即可制止下滑。如不奏效，则应找专业人员进行修理。
镜筒自动下滑往往给人以错觉，误认为是齿轮与齿条配合的不紧密引起的，于是就在齿条下加垫片。这样，镜筒的下滑虽然能暂时止住，却使齿轮和齿条处于不正常的咬合状态，长时间使用后，使得齿轮和齿条都变形。尤其是垫得不平时，齿条的变形更厉害，结果是一部分咬得紧，一部分咬得松。因此，这种方法不宜采用。
此外，由于粗调结构长久失修，润滑油干枯，升降时会产生不舒服的感觉，甚至可以听到机件的摩擦声。这时，可将机械装置拆下清洗，上油后重新装配。
（2）微调部分故障的排除。
微调部分最常见的故障是卡死与失效。微调部分安装在仪器内部，其机械零件细小、紧凑，是显微镜中最精细复杂的部分。微调部分的故障应由专业技术人员进行修理。
（3）物镜转换器故障的排除。
物镜转换器的主要故障是定位装置失灵。一般是定位弹簧片损坏（变形、断裂、失去弹性、弹簧片的固定螺钉松动等）所致。更换新弹簧片时，暂不要把固定螺钉旋紧，应先作光轴校正。
校正光轴的意义在于使物镜、目镜、聚光镜的主光轴和可变光栅的中心点重合在一条直线上，所以又叫做合轴调节或中心调节。如果光轴歪斜，会使像差增大，分辨率和清晰度都要下降。检查方法是将可变光栅开至最大，把低倍物镜旋入光轴，降低镜筒，使物镜与载物台之间的距离小于该物镜的工作距离（5mm以下）。不放标本，调节反射镜的角度，使视场最亮；或调节光源灯的亮度，使视场明暗合适。然后拔掉目镜，直接从镜筒中观察。一边把可变光栅慢慢缩小或打开数次，当光栅关至最小时，光栅的像（此时只有一点点）应正好落在物镜通光孔的中心。当光栅开大到一定程度时，光栅孔的像应正好与物镜通光孔的黑圈相重合。若符合上述两个条件，说明它们“合轴”，否则，就需要调整。目镜和物镜都是固定的，无法进行调整，合轴调节主要是调整聚光镜的位置。有些显微镜聚光器支架两旁有两个光轴校正螺丝，调节这两个螺丝，即可合轴。另一种聚光器是由框架上三个相隔120°的螺丝支持住，其中一个装有弹簧，可以伸缩，另外两个螺丝可以旋动，调整这两个螺丝，便可合轴。
合轴之后再旋紧螺丝。若是内定位式的转换器，则应旋下转动盘中央的大头螺钉，取下转动盘，才能更换定位弹簧片，光轴校正的方法与前面相同。
（4）聚光器升降结构故障的排除。
这部分的主要故障也是自动下滑，排除方法如下。
①直筒显微镜聚光器的升降结构：调整时，一只手用双眼螺母扳手插入手轮端面上的双眼螺母内，另一只手用螺丝刀插入另一端的大头螺钉槽口内，用力旋紧即可制止下滑。
②斜筒显微镜聚光器的升降结构：调整时，首先用螺丝刀把双眼螺母中间的驻螺旋出1～2圈，由于轴承垫圈是与驻螺压紧配合的，因此也会跟着一起旋出，并脱离齿杆的端面。然后，用双眼螺母扳手把双眼螺母向调节座旋进。同时，用另一只手转动手轮，进行试验，直到升降结构松紧合适，又能停留在任意位置上时，才停止双眼螺母的旋进。最后，再把驻螺旋入，使轴承垫圈接触齿杆就可以了。
这样调整之所以能够排除故障，是因为调节座的内孔是锥形的。锥形轴套在轴向有槽口。当双眼螺母向里旋进时，将锥形套向里顶，使锥形套在前进时槽口变小，内孔收缩，将齿杆夹得更紧，加大了齿轮转动的摩擦阻力，从而制止自动下降。
图1－4 电子显微镜
二、电子显微镜
电子显微镜由镜筒、真空系统和电源柜三部分组成（图1－4）。镜筒主要有电子枪、电子透镜、样品架、荧光屏和照相结构等部件，这些部件通常是自上而下地装配成一个柱体；真空系统由机械真空泵、扩散泵和真空阀门等构成，并通过抽气管道与镜筒相连接；电源柜由高压发生器、励磁电流稳流器和各种调节控制单元组成。
电子透镜是电子显微镜镜筒中最重要的部件，有一个对称于镜筒轴线的空间电场或磁场使电子轨迹向轴线弯曲以形成聚焦，其作用与玻璃凸透镜使光束聚焦的作用相似。现代电子显微镜大多采用电磁透镜，由很稳定的直流励磁电流通过带极靴的线圈产生的强磁场使电子聚焦。
电子枪是由钨丝热阴极、栅极和阳极构成的部件。它能发射并形成速度均匀的电子束，所以加速电压的稳定度要求不低于万分之一。
三、成像原理
1．光学显微镜成像原理
当把待观察物体放在光学显微镜的物镜焦点外侧靠近焦点处时，在物镜后所成的实像恰在目镜焦点内侧靠近焦点处，经目镜再次放大成一虚像。因此，通过光学显微镜观察到的是经两次放大后的倒立虚像。
2．电子显微镜成像原理
电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物体的细微结构在非常高的放大倍数下成像的。
