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显微镜使用调试

日期:2017-1-16

   在了解了显微镜各主要部件的名称、构造和功能之后,为了更好地发挥显微镜的各种功能,提高工作效率,保证在显微观察及显微照像过程中取得最佳效果,使用人员必须了解和掌握显微镜正确的调试方法和使用方法。尤其在新一代显微镜中,具备了多种功能,能进行多种显微镜检方法观察,正确的试调方法和使用方法就显得尤为重要。下面以万能研究显微镜为例,简述调试及使用方法。
1. 显微镜照明光路系统的调整 
    为了使显微镜的视野能受到均匀而又充分的照明,在显微镜初次安装和调试时,就必须把照明光路系统调整好,这是正确使用显微镜,并获得正确、可*结果的重要手段和最基本的要求。此外,正确掌握照明光路系统的调整,是使用显微镜过程中更换光源灯泡后所必经的步骤,也是在日常使用过程中不时地检验显微镜性能的必要手段。显微镜照明光路系统的调整主要有以下4项内容: 
(1) 照明光源灯室在显微外的初步调整 
     ① 首先将灯室的外壳打开,压弹簧夹子将卤素灯泡装入插座中,安装时避免手指直接接触灯泡(可用柔软的布或纸隔住),以免灯泡上留有指纹等脏物,影响灯泡的使用寿命。
     ② 把灯室摆在桌面上,接通电源后,用专用的螺丝刀调节灯的调焦旋钮孔(标有“←→”),使灯丝投影在1-2m外的墙上,将灯丝成像调至清晰;然后调节灯的高低位置调节丝孔(标有“──”),使灯丝位置高低适当;再调节灯的左右位置调节螺丝孔(标有“──”),使灯丝左右位置合适。 
(2) 光源发光体(灯丝)在显微镜内位置的检验和校正
    目的是为了把发光体的像端端正正地调入物镜的视域范围内,从光源的角度去确保显微镜的视域受到充分而均匀的照明,这是调整库勒照明系统的前提条件。需要的基本工具:对中望远镜购置显微镜时已配备。 
    ① 拔掉灯库内的毛玻璃套筒,把灯室装回显微镜上;
    ② 选用10×物镜,开亮光源程序找样品并调焦清晰,再换用40×物镜把样品调焦清晰(40×物镜可以看清灯丝的全貌); 
   ③ 把聚光镜的孔径光阑和视场光阑均开到最大; 
   ④ 拔掉其中一个目镜,换上对中望远镜,抓住白色部分,另一手伸缩黑色接目镜,就可在视野中看到灯丝像; 
   ⑤ 如灯丝位置不合适,调“──”孔,把灯丝像沿水平方向调好,调“──”孔,把丝像沿垂直方向调好,直至将灯丝像调至刚好充满物镜孔径的光圆像; 
   ⑥ 调整完毕后,将毛玻璃套筒插回原位,拔掉对中望远镜,换回目镜作下一步调整。以上所述照明光源灯室在显微镜外的调整和光源发光体在显微镜内位置的校验,只需在显微镜初次安装调试及更换灯泡时进行,平时使用显微镜时不能随意乱调乱动。万一调乱时,可按上述步骤调回原状。 
(3) 库勒照明(Kohler)系统的正确调整
    显微镜的正确调试,主要工作之一是照明光路系统的调整,而其中的关键是库勒照明系统的调整。对于每一位使用显微镜的人员,特别是作显微照像的人员来说,应该对库勒照明系统的原理及其调整步骤有一定的了解和掌握,才能充分发挥显微镜应有的功能,拍出来的照片才能在效果上比较一致而又完善。库勒照明系统的原理简单来说就是:光源发光体上任意一点发出的光,可以照明显微镜的视域范围,而光源发光体上每一点所发出的光汇集起来,在显微镜的视域中就实现了非常充分而又均匀的照明。调整库勒照明系统的目的,是为了使所观察的视域能获得均匀而又充分的照明,防止杂散光对照像系统造成影响或干扰,以免照像时在底片形成灰雾。高调整库勒照明系统的必要部件:视场光阑、可进行合轴调整的聚光镜系统。 
    ① 选用10×物镜和10×目镜; 
    ② 把聚光镜前端透镜摆进光路中,孔径光阑调至适中的位置上(不大不小),再把聚光镜升到最顶的位置上,聚光镜转盘调至明视野“J”位置; 
    ③ 把视场光阑调至最小(0.1); 
    ④ 载物台上放上已封片的生物样品,开亮光源,调焦清晰; 
    ⑤ 视域中会出现一个局部照明的区域或亮斑,这是视场光阑的模糊像,在其中可以清晰地看到样品的细节;在它之外是较暗的视域,不一定能把样品的细节看得清楚;
    ⑥ 把聚光镜微微地向下调,使视野中的亮斑逐渐收小,慢慢变成一个清晰的多边形象,这便是视场光阑的清晰像; 
    ⑦ 一般情况下,多边形象并不在视域中央,需要调整聚光镜的一对调中螺丝,把视场光阑多边形的像调至中央位置; 
    ⑧ 逐渐开大视场光阑,使多边形象成为视域的内接多边形,进一步核对调中的状况,如对中不够理想,继续微微调对中螺丝; 
    ⑨ 将视场光阑稍为再微微开大一些,使它的多边形象恰好消失在视域的边缘上,至此,库勒照明系统调整完毕。 库勒照明系统调整好以后,整个视域照明均匀,拍摄的显微照片明亮清晰,反差正常。在日后使用过程中应特别注意: a. 视场光阑不可任意开大,但可随物镜倍数的增大而将视场光阑收小,随物镜倍数的减小而开大; b. 聚光镜的高低位置不准乱调,否则会破坏已调整好的库勒照明系统; c. 使用10×以下物镜时要将聚光镜前端透镜摆出光路外,使用10×或10×以上物镜时要将前端透镜摆入光路中; d. 关于物镜倍数与视场光阑大小配合问题,在实际使用过程中,作为一般观察不一定要收小或开大视场光阑,但作显微照相时,为了避免杂散光线对照相系统的干扰,以便能拍摄到较完善的照片,则应在使用每一个倍数的物镜时,把视场光阑调节到正好消失于所观察的视域边上,这是比较繁复的工作,但又非做不可。较为简便的方法是把与各个倍数物镜相对应的视场光阑事先调整好,并作好记号,以后使用时根据记号直接调至相应的位置。 
(4) 孔径光阑的正确使用 
    由于聚光镜的孔径光阑可以影响显微镜的分辨率,使用时应掌握正确的使用方法。过去由于对孔径光阑的认识不足,往往把它当作是调节视野亮度的工具。虽然调节孔径光阑在一定程度上可以改变视野的亮度,但会直接影响成像的反差、对比度及分辨率,在使用过程中应尽可能避免。为了发挥聚光镜孔径光阑的作用,以便在观察时,尤其在作显微照相时获得最佳分辨率,在每换用一个倍数的物镜时,在样品调焦清晰后,需要调节孔径光阑,使它的大小正好等于所用物镜数值孔径(物镜孔径像)的2/3 。 调整方法是用对中望远镜对焦于视野中黑色相差环上,调节孔径光阑,可以看到一个多边形的孔径光阑像,然后调到等于物镜孔径像的2/3,即介于黑色相差环外与圆形视域内之间。为方便起见,可把与各倍数物镜相对应的孔径光阑预先调整好,并作好标记,以免每次使用都要重新调整。 
   2. 显微镜成像光路系统的调整及显微镜检术概要
      显微镜成像光路系统的调整,是根据不同显微镜检术的需要而进行的。所谓显微镜检术(microscopy),概括而言就是以显微镜观察样品时所使用的照明方法,以及如何使样品所成的像能获得更良好反差的技术与方法。以下简述显微镜检术中已成熟的几种方法及对应的显微镜成像光路系统的调整方法。 
   (1) 透射光明视野(brightfield)
       这是自显微镜发明以来最传统、最普遍的应用方法。基本部件: a. 物镜:任何物镜都可作明视野观察; b. 聚光镜:各种聚光镜均可,最好配有孔径光阑。调整方法:在上述显微镜的库勒照明系统调整好后,即可应用明视野法。 适用范围:所有已染色的组织切片、血液涂片等。 注意事项: a. 使用明视野方法观察时,一定要将库勒照明系统调整好; b. 视场光阑不可任意开大,使用10×、10×以下和10×以上物镜时,要将聚光镜前端透镜分别摆事实出和摆进光路中; c. 不可用聚光镜的孔径光阑来调节视野的亮度,更不要乱调聚光镜的高低位置,否则,会降低显微镜的分辨率和破坏已调整好的库勒照明系统; d. 作显微照相时,每换用一个倍数的物镜,就要调节聚光镜的孔径光阑,使它的大小正好等于所用物镜数值孔径的2/3 。 
  (2) 透射光相差法(phase-contrast)
      这是现代显微镜检术中的一种反差增强法。基本部件:相差物镜、明视野与相差兼用的多用途聚光镜、对中望远镜、绿色滤光片。 调整方法: a. 在库勒照明系统调整好的基础上,用明视野方法把样品调焦清晰; b. 把聚光镜转到Ph1对准转盘刻度线位置,选用10×相差物镜,换上待观察的透明样品; c. 拔掉其中一个目镜,换上对中望远镜,并调焦于视野中的两个相差环上(物镜的黑色相差环和聚光镜的透光相差环); d. 视野中的两个相差环不一定重合,调节聚光镜上的两个调节装置(调整相差环左右位置的调节杆和调整前后位置的摩擦式转钮),使透光环作前后左右移动而与黑环重合; e. 调整好后,换回观察用目镜,将绿色滤光片按入光路中,即可观察到样品的相差像; f. 有20×和40×物镜观察时,聚光镜应设在Ph2位置上,用100物镜时,聚光镜应设在Ph3位置上。 适用范围:适用于观察透明、未染色或不能染色的样品,如各种细胞、活组织、未染色或不染色的组织切片、水生生物等。 
   (3) 微分干涉相衬法(differential interference-contrast,DIC)
       为了克服相差法观察时样品细节像周围伴随有光晕,会掩没掉本来应该看见的细节,以及样品或组织切片厚度要求相当薄,原则上下能厚于10?m等局限性,利用双光束干涉的原理设计子微分干涉相衬法。 调整方法 a. 必须在库勒明系统已调好的基础上才能调好DIC方法; b. 先用10×物镜,以明视野先确定好能把样品看清晰的物镜调焦位置; c. 把起偏器(polarizer)摆入照明光路中,注意其取向应为东—西方向; d. 把聚光镜转盘转到与10×物镜对应使用的位置上,即DIC 0.3—0.4; e. 在物镜后方或物镜转换器上插入10×物镜使用的DIC插片(DIC slider); f. 把检偏器(analyser)插入成像光路中,注意其取向应为南—北方; g. 换上待观察的透明样品,开亮光源把样品调焦清晰; h. 调节DIC插片,使微分干涉相衬的像达到最佳效果,也就是浮雕效果最为明显; i. 同时可调节聚光镜的孔径光阑,使反差的效果也达到最佳; j. 然后再细微调样品的细节,可见样品中不同层面上的结构; k. 如果把补色器(first order red retardation plate)插入,并同时调节DIC插片,可在视野中看到不断变化的绚丽色彩,红、橙、黄、绿、蓝、紫、粉红、粉紫及金黄色都具有。适用范围:透明或不能染色的组织切片,厚度可达100?m左右,培养中的活组织和活细胞、小生生物等。 
   (4) 落射光激发的荧光法(incident-loght fluorescence Epi-FL) 
       简称为落射荧光法,是近代显微镜检术中新发展出来的一种强有力的反差增强法。它将激发荧光用的光源改在物镜的上方,光由物镜上方经反光镜射入物镜去激发样品,从样品上被激发的荧光经物镜成像并穿透反光镜而由目镜观察。该方法较简便,效率高,50W的光源强度比透射荧光法的250W还强。 荧光方法是利用波长较短的紫外光、紫光、蓝紫光、蓝光及绿光等去激发样品,只要样品中含有可产生荧光的成分,它便吸收短波的激发光而释放出波长较长的荧光。不同物质只能吸改特定波长的激发光,而释放的荧光也会有特定的波长,因而用作特异性的鉴定十分有效,如某些致病的细菌和螺旋体,受紫外光激发后能发出它们特有的荧光,很容易作出鉴定,这种利用物质吸收激发光后放出特有荧光的方法称为自发荧光法。某些物质自身不会吸收激发光,或吸收后不能释放荧光,但可以吸收或吸附特定的荧光色素或染料,而这些特定的荧光色素或染料也只能吸收特定的激发光,再释放出特定的荧光,从而间接地鉴别出某种物质,这称为间接荧光法。上述荧光方法广泛应用于医学、生物学及工业的特异性研究和鉴别上。调整方法:荧光显微镜或附有荧光部件的显微镜,调整的方法大致相同。 
    ① 汞灯的安装 
     a. 打开包装,取出汞灯将其小心安装在上电极散热帽上,安装时注意手指不能直接接触灯管和散热帽的正面,汞灯的封气口要对向散热帽的左侧或右侧; b. 把汞灯的上电极引张安装并固定在散热帽底面的小孔上,再把汞灯的下电极及上电极引线另一端,分别安装在灯座上各自的插孔中并固定; c. 锁紧散热片上的螺丝后,把汞灯连同灯座及散热帽小心装入灯室中,锁紧相应的螺丝,再把灯座上的连线和插座插到汞灯电源后部专用的插座上。 d. 详细的安装方法请参照有关说明书。 
   ② 汞灯灯室在显微镜外的初步调整: a. 接通汞灯电源,让汞灯预热10-15min; b. 把汞灯灯室摆放在桌面上,让汞弧投影到2-3m外的墙上,划一条与灯室窗口中心线对地高度一样的水平线作为参考线; c. 转动灯室调焦旋钮,使汞弧的像清晰地投影于墙上; d. 分别调节灯室外壳上的5个调节螺丝孔,把汞弧的像其反射像调成并排且尽量*近,但不要重叠在一起。
   ③ 汞灯汞弧在显微镜内位置的检验: 
   a. 将汞灯照明光路系统中的视场光阑开到最大; b. 把荧光滤光片组推到蓝光激发的位置上,以避免汞灯中的蓝光太刺眼; c. 把观察的样品或一块载玻片放在物台上,盖上一张比盖玻片稍大且洁白的薄纸; d. 取下一个物镜,使激发的蓝光经物镜转换器的空档照在白纸上,白纸上会有一蓝色的圆形照明区域,汞弧的像及其反射像都应该出现在这区域的中央部位,否则,可调节灯室调焦旋钮至最清晰,然后分别调节灯室外壳上的5个调节螺丝孔,直至汞弧的像及其反射像并排在照明区域的中央位置。 e. 调好之后,把物镜装回去,通过目镜可见白纸被蓝光激发后发射出的黄绿色荧光; f. 仔细调焦,可看清白纸的纤维;取去白纸,样品上的荧光细节隐约可见而很容易调焦清晰。
    ④ 汞灯使用注意事项
    目前通常使用的为50W超高气压汞灯,灯管内通有一对钨电极和液态汞(室温下附在管壁上),未点燃时,管内气压很低,在灯管的两电极间施加电压角发点燃后,汞气化为汞蒸气形成汞弧而产生强光,温度升高,管内气压迅速升到10个大气压。由于是高气压的气体放电,必须了解其特性才能安全地使用汞灯。 a. 汞灯接通电源后需要10-15min预热时间,汞才能充分汽化并形成汞弧,产生高亮度而稳定的激发光。因此,观察前要提早通电; b. 汞灯在使用过程中,不要随意开关汞灯的电源; c. 关掉汞灯电源后,必须等待15-20min,待汞灯自燃冷却后才可再次接通电源,违反这一操作规定时,将会造成严重后果! 由于汞灯内的汞蒸气未完全液化,汞蒸气内阻很小,一旦通电在两电极间施加电压,汞灯内形成强大的电流,轻则烧断保险丝或烧毁汞灯电源中的扼流圈,重则汞灯爆炸,汞蒸气弥漫整个实验室,造成工作人员中毒,不仅损失了汞灯,还会炸毁灯室内的集光-聚光部件。 d. 汞灯的使用寿命一般只有300h,使用得当可达600h,使用寿命与开关的次数成反比,应集中一批样吕作2-3h的观察。汞灯价格及昂贵,应珍惜使用。 e. 汞灯寿命终结的标志是点燃困难,灯管发黑。 5. 暗视野法(dark field) 许多透明或半透明的样品,如细菌、微生物、细胞内的精细结构及结晶体的内含物等,在明视野显微镜中不容易看清楚,如果采用暗视野法就可以大大提高样品的可视度。以暗视野法所看到的是衬托在黑暗视野背景中发亮的样品轮廓及其细节。普遍光学显微镜的最高分辨率为0.2?m,而暗视野显微镜虽然对样品的细节构造分辨不清楚,但却可看到0.004?m以上微细颗粒的存在,即可以看到亚显微结构,特别适合用来观察微细的颗粒与细菌等。 调整方法:暗视野法的主要必需部件是暗视野聚光镜。使用时须先用明视野聚光镜把库勒照明系统调整好。换上暗视野聚光镜时,要把载玻片(样品)移开,将浸没油滴在聚光镜顶部,再把样品载玻片搁在物台上,浸没油便充填在两者之间,这种聚光镜须与装有可变光阑的100×油镜配用。另一种中倍率干式暗视野聚光镜可与中倍率的物镜配用,这种聚光镜具有中央光挡,照明光只能透过光档与聚光镜边缘之间的透光环才能进入聚光镜内。对于配备齐全的相差显微镜,与编号为Ph3物镜配用的相差聚光镜相差环,可以和 10×及10×以下的相差物镜配用而形成低倍率的暗视野效果。