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
Fumić Žana __________________________________________________________ Izvještaj - vj. br.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
Fumić Žana __________________________________________________________ Izvještaj - vj. br.1
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
Fumić Žana __________________________________________________________ Izvještaj - vj. br.1
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
Fumić Žana __________________________________________________________ Izvještaj - vj. br.1
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
Fumić Žana __________________________________________________________ Izvještaj - vj. br.1
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
Fumić Žana __________________________________________________________ Izvještaj - vj. br.1
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
Fumić Žana __________________________________________________________ Izvještaj - vj. br.1
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
Fumić Žana __________________________________________________________ Izvještaj - vj. br.1
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
Fumić Žana __________________________________________________________ Izvještaj - vj. br.1
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
Fumić Žana __________________________________________________________ Izvještaj - vj. br.1
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
Fumić Žana __________________________________________________________ Izvještaj - vj. br.1
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
Fumić Žana __________________________________________________________ Izvještaj - vj. br.1
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