Mikroskopie

 Für Vergrößerungen im Bereich von 50x - 1200x findet ein Durchlichtmikroskop der Firma Zeiss Anwendung. Zur Beobachtung verwende ich ein Paar 10x Okulare, zur Fotografie ein wesendlich hochwertigeres 10x Fotookular. Als Objektive finden ein 5x, 10x, 20x, 40x und ein 100x(Öl) Objektiv Verwendung. Alle Objektive sind Plan-Objektive und farbkorrigiert. Da es nun möglich ist, dass ein zusammenhängendes Objekt nun bei einer dieser Vergrößungen nicht optimal auf das Foto passt, habe ich noch einen sogenannten Optovar eingebaut. Ein Linsensystem das es erlaubt, das Mikroskopbild um den Faktor 1,25 oder 1,6 nach zu Vergrößern und dadurch das Bild besser an das Fotoformat an zu passen. Bedingung für die Arbeit mit dem Mikroskop ist, wie der Name Durchlicht bereits sagt, dass die zu beobachtenden Objekte ausreichend durchscheinend sind, damit genügend Licht in die Optik gelangt. Anders als bei Aufnahmen mit herkömmlichen Objektiven muss beim Mikroskop ab einer bestimmten Vergrößerung der Objektive der Zwischenraum Objekt - Objektiv mit einem Öl (sog. Immersionsöl) aufgefüllt werden. Dies ist ab Objektiven von etwa 63facher Vergrößerung der Fall, da die unterschiedliche Brechkraft zwischen dem Glas des Objektives und der umliegenden Luft ansonsten ein scharfes und kontrastreiches Abbilden unmöglich macht. Dies macht das Beobachten und Fotografieren etwas aufwendiger, zumal anschließend das Objekt und vor allem das Objektiv anschließend wieder sorgfältig mittels Xylol vom Öl gereinigt werden muss. Sollte es am Objektiv durch das häufige reinigen mal leichte Kratzer geben, ist dies ist dies nicht ganz so schlimm, da diese durch das Öl wieder ausgeglichen werden.

Wir müssen zwischen Vergrößerung und Auflösung unterscheiden. Auch ein recht minderwertiges Objektiv kann problemlos die gleiche Vergrößerung haben wie ein hochwertiges Objektiv, das gleiche gilt für das Okular. So kann auch ein Kaufhausmikroskop für 80 € eine Vergrößerung von 1200x erreichen. Diese Vergrößerungsangabe ergibt sich durch Multiplikation der Vergrößerungsfaktoren von Objektiv und Okular. Da dies aber nichts über die Qualität der Linsensysteme aussagt, gibt es einige Merkmale die die Qualität beschreiben.

Ein Merkmal ist die Auflösung. Die Auflösung gibt an wie dicht zwei Punkte bei einander stehen dürfen um noch klar als zwei einzelne Punkte erkannt zu werden (s. Abb. ). Das menschliche Auge hat eine Auflösung von etwa 0,15 mm. Nebeneinanderliegende Strukturen die kleiner sind verschwimmen zu einem einzigen Objekt.

 Ein weiterer wichtiger Begriff ist die Apertur, sie ist ein Maß für die Qualität und die Bildhelligkeit einer Optik, sie bestimmt auch das Auflösevermögen. In der Mikroskopie sprechen wir von der numerischen Apertur die auf jedem Objektiv neben dem Vergrößerungsfaktor eingraviert ist. Je höher der Aperturwert ist je hochwertiger ist bei gleicher Vergrößerung auch das Objektiv. Stärker vergrößernde Objektive erreichen meist größere Aperturwerte. Die Auflösungsgrenze ist neben der Optik auch noch abhängig von der Wellenlänge des des Lichtes (λ). Daraus folgt das man nur eine geringere Auflösung erreicht wenn man mit rotem Licht arbeitet und eine höhere wenn man blaues Licht verwendet, da blaues licht eine kürzere Wellenlänge besitzt. Es gilt folgende Beziehung:

d = λ / 2 . n. A.

Dabei ist d der Abstand zwischen zwei Punkten die gerade noch als einzelne Objekte unterschieden werden können (Auflösung), λ die Wellenlänge des verwendeten Lichtes und n. A. die numerische Apertur. Daraus folgt bei Einsatz von blauem Licht mit der kürzesten Wellenlänge (weißes Licht ist ja eine Mischung aus allen Wellenlängen des sichtbaren Lichtes) kann im Idealfall eine Auflösung von 0,35 μ erreicht werden. Dies ist allerdings ein Idealwert der in der Praxis kaum zu erreichen ist.

Die numerische Apertur berechnet sich nach:

Dabei ist n der Brechungsindex des umgebenden Mediums. Bei Luft ist dies n = 1 bei optischem Glas bzw. Immersionsöl beträgt n etwa 1,4 - 1,5. α ist der halbe Öffnungswinkel (s. Abb. 7). Das Objektiv 63x bildet einen Grenzfall. Dieses kann mit (Immersionsobjektiv) oder ohne Immersionsöl (Trockenobjektiv) benutzt werden, je nach Ausprägung. Objektive höherer Vergrößerung können nur noch als Immersionsobjektive eingesetzt werden.

In der  Abb .  wird der Strahlengang einmal ohne und einmal mit Immersionsöl dargestellt. Da der Brechungsindex zwischen Luft und Glas 1:1,4-1,5 beträgt haben wir einmal den Übergang Glas ( Objektträger) - Luft und anschließend noch einmal Luft - Glas (Objektiv). Dabei wird der Lichtstrahl zweimal gebrochen was das Bild flau und unscharf werden lässt. Optimale Ergebnisse kann man nur mit einem Öl der gleichen Brechkraft wie die des Glases erreichen, da es hierbei zu keinerlei Phasenübergängen kommt.

Nachfolgend einige typische Kombinationen von Vergrößerung und numerischer Apertur: