Condensatoare de substadiu

Condensatorul de substadiu colectează lumina de la sursa de lumină a microscopului și o concentrează într-un con de lumină care luminează specimenul cu o intensitate uniformă pe întregul câmp de vizualizare. Este esențial ca conul de lumină al condensatorului să fie reglat corespunzător pentru a optimiza intensitatea și unghiul de intrare a luminii în lentila frontală a obiectivului. De fiecare dată când se schimbă un obiectiv, trebuie efectuată o reglare corespunzătoare a condensatorului de substadiu pentru a oferi conul de lumină adecvat pentru deschiderea numerică a noului obiectiv.

Un condensator Abbe simplu cu două lentile este ilustrat în figura 1. În această figură, lumina de la sursa de iluminare a microscopului trece prin diafragma de deschidere a condensatorului, situată la baza condensatorului, și este concentrată de elementele interne ale lentilelor, care apoi proiectează lumina prin specimen în fascicule paralele din fiecare azimut. Dimensiunea și deschiderea numerică a conului de lumină se determină prin reglarea diafragmei de deschidere. După ce trece prin specimen (pe lamă de microscop), lumina diverge într-un con inversat cu unghiul adecvat pentru a umple lentila frontală a obiectivului.

Reglarea diafragmei și focalizarea adecvată a condensatorului sunt de o importanță critică în realizarea întregului potențial al obiectivului. În mod specific, utilizarea adecvată a diafragmei irisului cu diafragmă cu deschidere reglabilă (încorporată în condensator sau chiar sub acesta) este cea mai importantă pentru a asigura iluminarea, contrastul și adâncimea de câmp corecte. Deschiderea și închiderea acestei diafragme iris controlează unghiul razelor de iluminare (și, prin urmare, deschiderea diafragmei) care trec prin condensator, prin specimen și apoi în obiectiv. Vizitatorii sunt invitați să exploreze modul în care modificarea deschiderii condensatorului influențează conul de iluminare în tutorialul nostru interactiv Java care explorează deschiderea numerică a condensatorului. Înălțimea condensatorului este controlată de un sistem de angrenaje cu cremalieră și pinion care permite reglarea focalizării condensatorului pentru iluminarea corespunzătoare a specimenului. Poziționarea corectă a condensatorului în raport cu conul de iluminare și focalizarea este esențială pentru microscopia cantitativă și pentru o fotomicrografie optimă.

Atenție pentru a garanta că deschiderea diafragmei condensatorului este deschisă în poziția corectă în raport cu deschiderea numerică a obiectivului. Atunci când diafragma diafragmei de deschidere a condensatorului este deschisă prea larg, lumina difuză generată de refracția razelor de lumină oblică de la specimen poate provoca orbire și poate scădea contrastul general. Pe de altă parte, atunci când deschiderea diafragmei este prea mică, conul de iluminare este insuficient pentru a asigura o rezoluție adecvată, iar imaginea este distorsionată din cauza refracției și difracției specimenului. Vizitatorii pot explora aceste fenomene cu ajutorul tutorialului nostru interactiv Java privind deschiderea condensatorului, care demonstrează efectul poziției deschiderii condensatorului asupra iluminării specimenului.

Condensatoarele sunt împărțite în clasificări în funcție de scop (de exemplu: câmp luminos, câmp întunecat, contrast de fază etc.) și, de asemenea, în funcție de gradul lor de corecție optică. Există patru tipuri principale de condensatoare în ceea ce privește corecția aberațiilor optice, așa cum sunt enumerate în tabelul 1.

Cel mai simplu și mai puțin corectat condensator (de asemenea, cel mai puțin costisitor) este condensatorul Abbe care poate avea o deschidere numerică de până la 1.4 la modelele de vârf cu trei sau mai multe elemente de lentilă interne. În timp ce condensatorul Abbe este capabil să lase să treacă lumina puternică, acesta nu este corectat nici pentru aberațiile optice cromatice, nici pentru cele sferice. Un condensator Abbe tipic este ilustrat în figura 2. În forma sa cea mai simplă, condensatorul Abbe are două elemente optice de lentilă care produc o imagine a diafragmei de câmp luminat care nu este clară și este înconjurată de culoare albastră și roșie la margini.

Ca urmare a lipsei de corecție optică, condensatorul Abbe este potrivit în principal pentru observații de rutină cu obiective de deschidere numerică și mărire modeste. Avantajele principale ale condensatorului Abbe sunt conul larg de iluminare pe care condensatorul este capabil să îl producă, precum și capacitatea sa de a lucra cu obiective cu distanță de lucru mare. Cele mai multe microscoape sunt furnizate de producător cu un condensator Abbe în mod implicit, iar aceste condensatoare sunt adevărați cai de bătaie pentru utilizarea de rutină în laborator.

Următorul nivel de corecție a condensatorului este împărțit între condensatoarele aplanatice și acromatice care sunt corectate exclusiv pentru aberațiile optice sferice (aplanatice) sau cromatice (acromatice). Exemple tipice ale acestor condensatoare sunt ilustrate în figurile 3 (acromatic) și 4 (aplanatic). Condensatoarele acromatice conțin de obicei trei sau patru elemente de lentilă și sunt corectate în două lungimi de undă (roșu și albastru) pentru aberația cromatică.

Condensatorul acromatic ilustrat în figura 3 conține patru elemente de lentilă și are o deschidere numerică de 0,95, cea mai mare care poate fi obținută fără a necesita ulei de imersie. Acest condensator este util atât pentru analize de laborator de rutină și critice cu obiective „uscate”, cât și pentru fotomicrografie alb-negru sau color.

Un factor critic în alegerea condensatoarelor de substadiu este performanța deschiderii numerice care va fi necesară pentru a asigura un con de iluminare adecvat pentru obiective. Deschiderea numerică a condensatorului trebuie să fie egală sau ușor mai mică decât cea a celei mai mari deschideri numerice a obiectivului. Prin urmare, în cazul în care obiectivul cu cea mai mare mărire este un obiectiv cu imersie în ulei cu o deschidere numerică de 1,40, atunci condensatorul de substadiu trebuie să aibă, de asemenea, o deschidere numerică echivalentă pentru a menține cea mai mare rezoluție a sistemului. În acest caz, ar trebui să se aplice ulei de imersie între lentila superioară a condensatorului și partea inferioară a lamei microscopului pentru a obține deschiderea numerică (1,40) și rezoluția dorite. Neutilizarea uleiului va restricționa cea mai mare deschidere numerică a sistemului la 1,0, cea mai mare valoare care poate fi obținută cu aerul ca mediu de formare a imaginii.

Condensatoarele planice sunt bine corectate pentru aberația sferică (lungimi de undă verzi), dar nu și pentru aberația cromatică. Un condensator aplanatic tipic cu o deschidere numerică de 1,40 este ilustrat în figura 4. Acest condensator are cinci elemente de lentilă și este capabil să focalizeze lumina într-un singur plan. Condensatoarele aplanatice sunt capabile să producă fotomicrografii alb-negru excelente atunci când sunt utilizate cu lumină verde generată fie de o sursă laser, fie prin utilizarea unui filtru de interferență cu iluminare cu halogen de tungsten.

Cel mai înalt nivel de corecție a aberațiilor optice este încorporat în condensatorul aplanatic-acromatic. Acest condensator este bine corectat atât pentru aberațiile cromatice, cât și pentru cele sferice și este condensatorul preferat pentru utilizarea în fotomicrografia color critică cu lumină albă. Un condensator aplanatic-acromatic tipic este ilustrat în figura 5 (diafragma numerică = 1,35). Acest condensator are opt elemente de lentilă interne cimentate în două dublete și patru lentile simple.

Gravurile care se găsesc pe carcasa condensatorului includ tipul acestuia (acromatic, aplanatic etc.), diafragma numerică și o scală gradată care indică ajustarea aproximativă (dimensiunea) diafragmei de diafragmă. După cum am menționat mai sus, condensatoarele cu diafragme numerice mai mari de 0,95 se comportă cel mai bine atunci când se aplică o picătură de ulei pe lentila lor superioară în contact cu suprafața inferioară a lamei pentru specimen. Acest lucru asigură faptul că razele de lumină oblice care emană de la condensator nu sunt reflectate de sub lamă, ci sunt direcționate spre specimen. În practică, acest lucru poate deveni plictisitor și nu se face în mod obișnuit în microscopia de rutină, dar este esențial atunci când se lucrează la rezoluții înalte și pentru o fotomicrografie precisă folosind obiective de mare putere (și deschidere numerică).

Un alt aspect important este grosimea lamei de microscop, care este la fel de crucială pentru condensator precum este grosimea lamei de acoperire pentru obiectiv. Majoritatea producătorilor comerciali oferă lamele care variază în grosime între 0,95 și 1,20 mm, cele mai comune fiind foarte aproape de 1,0 mm. O lamă de microscop cu o grosime de 1,20 mm este prea groasă pentru a fi utilizată cu majoritatea condensatoarelor cu deschidere numerică mare, care tind să aibă o distanță de lucru foarte scurtă. Deși acest lucru nu contează foarte mult pentru observarea de rutină a specimenelor, rezultatele pot fi devastatoare în cazul fotomicrografiei de precizie. Recomandăm să se aleagă lamele de microscop care au o grosime de 1,0 ± 0,05 mm și să fie curățate temeinic înainte de utilizare.

Când obiectivul este schimbat, de exemplu de la 10X la 20X, diafragma de deschidere a condensatorului trebuie, de asemenea, ajustată pentru a oferi un nou con de lumină care să corespundă deschiderii numerice a noului obiectiv. Acest lucru se face prin rotirea butonului zimțat de pe condensatoarele ilustrate în figurile 2-6. Pe acest buton se află o mică săgeată galbenă sau un semn de indexare care indică dimensiunea relativă a deschiderii în comparație cu gradația liniară de pe carcasa condensatorului. Mulți producători vor sincroniza această gradație pentru a corespunde deschiderii numerice aproximative a condensatorului. De exemplu, dacă microscopistul a selectat un obiectiv 10X cu o deschidere numerică de 0,25, atunci săgeata va fi plasată lângă valoarea 0,18-0,20 (aproximativ 80% din deschiderea numerică a obiectivului) pe gradația înscrisă pe carcasa condensatorului.

De multe ori, nu este practic să se utilizeze un singur condensator cu o întreagă gamă de obiective (de la 2X la 100X) din cauza gamei largi de conuri de lumină care trebuie să fie produse pentru a se potrivi cu deschiderile numerice ale obiectivelor. În cazul obiectivelor de mică putere din gama 2X-5X, conul de iluminare va avea un diametru cuprins între 6-10 mm, în timp ce obiectivele de mare putere (60X-100X) au nevoie de un con de lumină foarte bine focalizat, cu un diametru de numai aproximativ 0,2-0,4 mm. Cu o distanță focală fixă, este dificil să se obțină această gamă largă de conuri de iluminare cu un singur condensator.

În practică, această problemă poate fi rezolvată în mai multe moduri. Pentru obiectivele de putere mică (sub 10x), poate fi necesar să se deșurubeze lentila superioară a condensatorului pentru a umple câmpul vizual cu lumină. Unele condensatoare sunt produse cu o lentilă superioară rabatabilă pentru a realiza acest lucru mai ușor, așa cum este ilustrat în figura 6. Mulți producători produc în prezent un condensator care se răstoarnă complet atunci când este utilizat cu obiective de mică putere. Alte companii pot încorpora lentile auxiliare de corecție în calea luminii pentru a asigura o iluminare adecvată cu obiective mai mici de 10x. Atunci când condensatorul este utilizat fără lentila superioară, diafragma diafragmei de diafragmă este deschisă larg, iar diafragma de câmp, acum vizibilă în partea din spate a obiectivului, servește ca și cum ar fi diafragma de diafragmă. Condensatoarele flip-top sunt fabricate într-o varietate de configurații cu diafragme numerice cuprinse între 0,65 și 1,35. Acele condensatoare care au o valoare a deschiderii numerice de 0,95 sau mai mică sunt destinate utilizării cu obiective „uscate”. Cu toate acestea, condensatoarele rabatabile care au o deschidere numerică mai mare de 0,95 sunt destinate utilizării cu obiective cu imersie în ulei și trebuie să aibă o picătură de ulei plasată între partea de jos a lamei microscopului și lentila superioară a condensatorului atunci când se examinează eșantioane critice.

În plus față de condensatoarele comune pentru câmp luminos discutate mai sus, există o mare varietate de modele specializate potrivite pentru multe aplicații diferite. Tabelul 2 enumeră o serie de configurații diferite de condensatoare și aplicațiile prevăzute.

Din datele din tabelul 2, este evident că condensatoarele de substadiu au o mare capacitate de interschimbare între diferite aplicații. De exemplu, condensatorul acromat/aplanat universal DIC este util pentru câmpul luminos, câmpul întunecat și contrastul de fază, în plus față de aplicația DIC primară. Alte condensatoare au o interschimbabilitate similară. Vom aborda diverse aspecte ale tehnicilor individuale care necesită condensatoare modificate în secțiunea noastră privind tehnicile specializate de microscopie. Vă rugăm să nu ezitați să vizitați această parte interesantă a site-ului nostru pentru informații mai specifice despre condensatoarele de substadiu.