Vježbe stereomikroskop

Fumić Žana __________________________________________________________ Izvještaj - vj. br.1

FUMIĆ ŽANA0069043679

TEHNIČKI FAKULTET U RIJECIZAVOD ZA KONSTRUIRANJE U STROJARSTVU

11.04.2013.LABORATORIJSKE VJEŽBE B

Vježba br. 1:Stereomikroskop

1. UVOD

Mikroskop (iz starogrčkog: mikrós, "mali" i skopein, "gledati" ili "vidjeti") je uređaj koji

se koristi za promatranje predmeta koji su premali da bi se vidjeli golim okom. Znanost koja

se time bavi naziva se mikroskopija.

Prvi mikroskop koji se razvio bio je optički mikroskop. Takav mikroskop napravljen je

1590. godine u Nizozemskoj te se smatra pretečom pravog mikroskopa. Iako nije lako

odrediti njegovog izumitelja, zasluge se pripisuju proizvođaču naočala Hansu Lippersheyu i

Zacharias Janssenu. Sam termin mikroskop skovao je Giovanni Faber za mikroskop Galileo

Galilea iz 1625. godine kojeg je on nazivao "occhiolino" ili "malo oko". Prvi koji je

primijenio mikroskop u praksi na području mikrobiologije, te se zbog toga najčešće smatra

izumiteljem mikroskopa je bio Nizozemac Antony van Leeuwenhoek 1648. godine. Kasnije

su znanstvenici poput Johannesa Keplera, Roberta Hookea i Carla Zeissa doprinijeli razvoju

ovog nezamjenjivog instrumenta.

Osim spomenutih optičkih mikroskopa postoje i elektronski mikroskopi i mikroskopi sa

pretražnom sondom (slika 1.).

1


Slika 1. Podjela mikroskopa: a) optički mikroskop, b) transmisijski elektronski mikroskop,

c) pregledni elektronski mikroskop, d) Atomic Force Microscope, e) Scanning-Tuneling Microscope,

f) Near-field Scanning optical microscopy

Elektronski mikroskop može biti transmisijski ili pregledni mikroskop. TEM, ili

transmisijski elektronski mikroskop (eng. Transmission electron microscope, 1931.), uređaj

je za tehniku mikroskopije pri kojoj se zraka elektrona propušta kroz vrlo tanki uzorak. Slika

se formira međusobnom interakcijom elektrona i uzorka kroz koji su emitirani. Imaju mnogo

višu rezoluciju od optičkih mikroskopa zahvaljujući manjoj valnoj duljini elektrona. SEM, ili

pregledni elektronski mikroskop (eng. Scanning electron microscope) je tip mikroskopa koji

vizualizira površinu uzorka pregledavajući je s visoko-energetskim rasterskim (pravokutnim)

snopom elektrona. Elektroni i uzorak ostvaruju uzajamno međudjelovanje koje rezultira

refleksijom elektrona koji sadrže informacije o topografiji uzoraka i mnogim drugim

podacima kao što je električna vodljivost i slično. Signali se pojačavaju pomoću elektronskih

pojačala i prikazuju pomoću katodne cijevi.

Mikroskopija pretražne sonde je tehnika mikroskopije pri kojoj se formiraju slike

površine uzoraka korištenjem fizičke sonde koja pregledava uzorak. Površina se vizualizira

mehaničkim pomicanjem sonde po uzorku u rasterskoj shemi (liniju po liniju), pritom

snimajući međudjelovanje sonde i uzorka kao funkciju pozicije. Najčešće korištene tehnike

su Atomic Force Microscope (AFM), Scanning-Tunelling Microscope (STM), Near-field

scanning optical microscopy (NSOM/SNOM) i Magnetic force microscope (MFM).

2


2. OPTIČKI MIKROSKOP

Optički mikroskop (slika 2.), koji se obično naziva i svjetlosnim mikroskopom, koristi

vidljivu svjetlost i sustav leća kako bi povećao slike malih uzoraka.

Slika 2. Optički mikroskop

Postoje jednostavni i složeni optički mikroskopi. Jednostavni optički mikroskopi imaju

jednu konveksnu leću, te šire sliku na mrežnici povećavanjem samog vizualnog kuta

mrežnice. Složeni optički mikroskopi sastoje se od sustava više leća. Postiže se povećanje u

dvije faze: objektiv projicira uvećanu sliku uzorka, koju okular dodatno povećava. Pri

pogledu u mikroskop ne gleda se uzorak, već slika uzorka koja lebdi 10 mm ispod

promatračke cijevi na razini fiksne dijafragme (otvora) okulara. Osnovni dijelovi optičkog

(svjetlosnog) mikroskopa su:

Okular – cilindar koji u sebi ima dvije ili više leća kako bi slika bila u fokusu

Objektiv – cilindar koji sadrži jednu ili više leća kako bi sakupio svjetlost. Na donjoj

strani tubusa nalazi se jedan ili više objektiva spojenih u cirkularni dio koji se može

okretati da se izabere objektiv odgovarajućeg stupnja uvećanja

Stolić – platforma ispod objektiva na kojoj se nalazi predmet koji gledamo,

istražujemo.

Izvor svjetlosti – Većina mikroskopa ima svoj vlastiti izvor svjetlosti, koja se fokusira

kroz optički uređaj zvani kondenzator, s filterima koji pomažu pri dobivanju veće

kvalitete i ravnomjernog intenziteta svjetla.

3


Optičke komponente modernih mikroskopa vrlo su kompleksne te da bi mikroskop dobro

funkcionirao one moraju biti precizno postavljene i kontrolirane. Unatoč ovome temeljni

principi funkcioniranja mikroskopa ostaju vrlo jednostavni.

Pojednostavljeno, leća objektiva je iznimno jako povećalo tj. leća vrlo kratke fokalne

udaljenosti. Objektiv se postavlja vrlo blizu ispitivanog uzorka tako da svjetlo reflektirano od

uzorka dolazi u fokus na udaljenosti od otprilike 160 mm unutar promatračke cijevi. Ovime

se proizvodi uvećana slika uzorka. Ovu sliku se promatra i dodatno uvećava okularom. Na

većini mikroskopa okular je složena leća odijeljena zrakom. Virtualna slika se fokusira

između dvije leće okulara. Prva leća uvećava sliku dok druga omogućuje oku fokusiranje na

uvećanu sliku. Na svim modernim mikroskopima slika se promatra očima fokusiranima u

beskonačnosti. Umorne oči i glavobolje često su uzrokovane fokusiranjem očiju na bliske

udaljenosti.

4


3. STEREOMIKROSKOP

Stereomikroskop je mikroskop kojim se predmet promatra korištenjem dvije složene

optičke putanje (slika 3.).

Slika 3. Stereomikroskop Olympus SZX16

Na taj način stvara se trodimenzionalna slika predmeta. Stereomikroskopi se često

koriste za promatranje površine krutih uzoraka, ili za izvođenje radova na minijaturnim

uzorcima kao što je proizvodnja satova, čipova ili mikrokirurgija. Ovaj tip mikroskopa se

odlikuje velikom radnom udaljenošću i velikom dubinom pregledavanog polja (fokalna

dubina mikroskopa). Dubina polja označava sloj uzorka koji se nalazi u oštrom fokusu u isto

vrijeme. Stereomikroskopi se mogu podijeliti u dvije različite temeljne grupe, od kojih svaka

ima svoje pozitivne i negativne karakteristike. Najstariji, Greenough sustav, koristi dvostruko

promatračko tijelo za proizvodnju stereoskopskog efekta. U starim stereomikroskopskim

sustavima uzorak se promatrao korištenjem dvije različite složene optičke putanje, od kojih

se svaka sastojala od okulara, objektiva i dodatnih leća u sredini. Formiraju se dvije zasebne

slike, koje potječu iz različitih promatračkih kutova, te se projiciraju na mrežnicu promatrača,

što rezultira jednom 3D slikom uzorka. Moderniji sustav, nazvan ‘zajednički glavni objektiv’,

5


upotrebljava jedan veliki objektiv koji međusobno dijele par okulara i dvojni sustav leća za

uvećanje. CMO (Common Main Objective) sustavi zbog paralelne putanje zraka mogu imati

beskonačno fokusiranu sliku i velik broj raznih dodataka za rješavanje aberacije. Ne može se

reći koji je bolji općenito, već koji je svrsishodniji određenoj primjeni.

Ukupno uvećanje kod stereomikroskopa ostvaruje se kao produkt faktora uvećanja

objektiva i okulara, kao i dodatnim elementima vanjskih sustava leća za uvećavanje.

Ukupno uvećanje se često smatra glavnim kriterijem ocjenjivanja performansi optičkih

mikroskopa što je daleko od istine jer je ispravno uvećanje dovoljno za predstavljenu zadaću i

ne bi trebalo biti nepotrebno prijeđeno. Mnoga klasična ispitivanja se oslanjaju na uvećanja

od 400x do 1000x, međutim mnoge vrste uzoraka ili radnji (mikromanipulacija) moraju biti

ispitivane pri manjim uvećanjima i većim fokalnim dubinama. Razlučivost je vrlo važna

karakteristika mikroskopa, a mjeri se njegovom sposobnošću diferenciranja dvije linije ili

točke na promatranom uzorku. Otvor blende je ključna vrijednost koja određuje performanse

objektiva. Određuje se kao produkt stope refrakcije i kuta koji čine optička os i refrakcija

svjetlosti najudaljenija od centra leće.

Stereomikroskopi kao osvjetljenje mogu koristiti i reflektirano i propušteno osvjetljenje.

Međutim zbog prirode uzoraka korištenih u stereomikroskopiji najčešće se koristi reflektirano

osvjetljenje. Kroz uzorke veće debljine nije moguće propustiti svjetlost.

6


4. ODREĐIVANJE IZMJERA NA MIKROMETARSKOJ RAZINI

POMOĆU STEREOMIKROSKOPA

Zadatak laboratorijske vježbe bio je izmjeriti karakteristične dimenzije elastičnog zgloba

za precizno pozicioniranje (slika 4.) pomoću laboratorijskog mikroskopa Olympus SZX16.

Slika 4. Elastični zglob za precizno pozicioniranje

Omjer zoom uvećanja ovog mikroskopa je 16,4 (0,7/0,8/1/1,25/1,6/2/2,5/3,2/4/5/6,3/

8/10/11,5). Uz objektiv 2.0 maksimalno uvećanje mikroskopa je 230 puta. Razlučivost mu je

1,34 μm. Moguće je koristiti dva stereo parfokalna objektiva: SDFPLAPO0.5 x PF (blenda

0.075 , radna udaljenost 70.5 mm) i SDFPLAPO1.6 x PF (blenda 0.24 , radna udaljenost 30

mm). Ovi objektivi u sebi imaju sustav za ispravljanje svih grešaka i odstupanja (aberacija).

Mikroskop je opremljen digitalnom CCD kamerom s 4,9 megapiksela, no kamerom se

prikazuje jedan optički kanal. Za osvjetljenje promatranog predmeta koristi se Schott sustav

koji ima mogućnost podešavanja temperature (intenziteta) svjetlosti i otvora blende. Kod

visoko sjajnih uzoraka pogodno je koristiti Ring light jer eliminira odbljesak (glare).

Mjerenje dimenzija elastičnog zgloba za precizno pozicioniranje vrši se u računalnom

programu AnalySIS FIVE (slika 5.).

7


Slika 5. Grafičko sučelje računalnog programa AnalySIS FIVE

Olympusov AnalySIS FIVE software omogućuje akviziciju fotografija iz širokog spektra

digitalnih i video kamera. Korisnici mogu kontrolirati vrijeme ekspozicije, bilancu bijele i

crne svjetlosti, izoštravanje, fokusiranje i druge parametre povezane s akvizicijom. Software

posjeduje interaktivne i automatizirane alate za mjerenje, s automatskim generiranjem

izvještaja i statističkih mjernih podataka, histograma i dijagrama. Pomoću njega moguće je

kontrolirati i hardware kod motoriziranih mikroskopa.

Prvi korak je namještanje uzorka koji ispitujemo, to jest mjerimo na ispitno postolje.

Nakon toga se vrši podešavanje i usmjeravanje osvjetljenja na uzorak. Vrtnjom revolvera na

kojem se nalaze objektivi odabire se prikladan objektiv. Zatim se skidaju zaštitni poklopci s

objektiva i okulara. Okular se prilagođava vlastitoj dioptriji, te se podešava zoom. Na kraju se

uzorak dovodi u fokus s vijcima za grubo i precizno fokusiranje. U software-u se vrši

akvizicija slike uzorka na mjestu kojeg želimo mjeriti. Podešava se balans bijele boje i fokus.

Samom naredbom Snapshot vrši se akvizicija fotografije. Nakon izvođenja snapshota

fotografija se može dodatno poboljšati primjenom različitih filtera. Slijedeći korak je

mjerenje. Na slici uzorka povlače se linije za mjerenje udaljenosti ili kružnice za mjerenje

radijusa.

Elastični zglob bilo je potrebno izmjeriti na karakterističnim mjestima koja su na slici

prikazana kotama ra, db (slika 6.) i rc, rd, de (slika 7.).

8


Slika 6. Uvećana slika zgloba s kotama iz zadatka A

Slika 7. Uvećana slika zgloba s kotama iz zadatka B

9

ra

db

rc

de

rd


U postavkama software-a se upisuje uvećanje mikroskopa, te se automatski kao izlazni

podatak dobivaju realne dimenzije. Prilikom mjerenja uvećanje pojedinih dijelova je

iznosilo:

Okular 10x

Zoom 2,5x

Objektiv 1,6x

stoga je ukupno uvećanje = 10 x 2,5 x 1,6 = 40 x.

Nakon mjerenja 7 različitih zglobova dobivene su različite vrijednosti mjerenja koje

variraju od zgloba do zgloba. U tablici (tablica 1.) su prikazane vrijednosti u milimetrima.

Software mjeri opseg radijusa zaobljenja, pa je potrebno iz opsega izračunati radijus preko

formule : . Na taj su način iz opsega Oa , Oc , Od dobivene vrijednosti radijusa ra,

rc, rd.

Tablica 1. Izmjerene vrijednosti [mm]

Oa ra db Oc rc Od rd de

0,59 0,09 0,03 0,53 0,08 0,52 0,08 0,07

0,83 0,13 0,04 0,74 0,12 0,78 0,12 0,08

0,64 0,10 0,05 0,67 0,11 0,63 0,10 0,09

0,73 0,12 0,04 0,78 0,12 0,72 0,11 0,07

0,67 0,11 0,04 0,53 0,08 0,62 0,10 0,07

0,63 0,10 0,05 0,74 0,12 0,63 0,10 0,08

0,72 0,11 0,05 0,66 0,11 0,67 0,11 0,08

Potrebno je izračunati i aritmetičke sredine mjerenja 7 različitih zglobova kako bi znali

prosječnu veličinu zgloba, pa slijedi (tablica 2.) :

Tablica 2. Aritmetičke sredine mjerenih vrijednosti [mm]

ra db rc rd de

0,11 0,04 0,11 0,10 0,08

10


Uz aritmetičku sredinu važna je i standardna devijacija koja se interpretira kao srednje

apsolutno odstupanje od prosjeka (tablica 3.) :

Tablica 3. Standardne devijacije mjerenih vrijednosti [mm]

ra db rc rd de

0,0128 0,0076 0,0160 0,0131 0,0076

11


POPIS SLIKA

SLIKA 1. PODJELA MIKROSKOPA: A) OPTIČKI MIKROSKOP, B) TRANSMISIJSKI ELEKTRONSKI

MIKROSKOP, C) PREGLEDNI ELEKTRONSKI MIKROSKOP, D) ATOMIC FORCE MICROSCOPE, E)

SCANNING-TUNELING MICROSCOPE, F) NEAR-FIELD SCANNING OPTICAL MICROSCOPY........2

SLIKA 2. OPTIČKI MIKROSKOP......................................................................................................3

SLIKA 3. STEREOMIKROSKOP OLYMPUS SZX16............................................................................5

SLIKA 4. ELASTIČNI ZGLOB ZA PRECIZNO POZICIONIRANJE...........................................................7

SLIKA 5. GRAFIČKO SUČELJE RAČUNALNOG PROGRAMA ANALYSIS FIVE.....................................8

SLIKA 6. UVEĆANA SLIKA ZGLOBA S KOTAMA IZ ZADATKA A..........................................................9

Slika 7. Uvećana slika zgloba s kotama iz zadatka B................................................................9

12


POPIS TABLICA

TABLICA 1. IZMJERENE VRIJEDNOSTI [MM].................................................................................10

TABLICA 2. ARITMETIČKE SREDINE MJERENIH VRIJEDNOSTI [MM]..............................................10

Tablica 3. Standardne devijacije mjerenih vrijednosti [mm]..................................................11

13

Documents

Vježbe stereomikroskop