curs-8-9-biofizica - Cadre Didactice

Curs 3
Fizica sem. 2

Tipuri de microscoape
• Instrument pentru obtinerea unor imagini marite cu o mare
rezolutie a detaliilor.
• Microscoapele optice si electronice sunt cele mai utilizate
• Microscoape: acustice - utilizeaza ultrasunete de inalta
frecventa
• Microscoapele cu efect tunel
• Microscoapele de forta, care formeaza imagini dupa felul
probei de a resimti bombardamentele cu particule. Acestea
pot mari de milioane de ori, pentru a reda un singur atom.

Clasificare in functie de tipul
iluminarii
• microscop cu lumină artificială:
– microscop cu lumină polarizată
– microscop fluorescent
– microscop cu contrast de fază
– microscop de contrast prin interferenţă
– microscop cu lumină catodică
– microscop confocal cu laser (CLSM - Confocal Laser Scanning
Microscope)
– microscop de contrast şi reflexie
– microscop cu imersie
• microscop-roentgen
• microscop electronic:
• microscop cu neutroni
• microscop cu unde ultrascurte

Microscopul simplu
Microscop bazat pe principiul lupei
ce foloseste o lentila cu convergenta
mare si distanta focala foarte mica

Primul microscop

Microscop cu structura
de baza din lemn

Microscop cu montura din metal si
fildes

Microscop construit
in intregime din
lemn

Microscop cu reglare a claritatii prin fir metalic

Microscop portabil cu montura metalica si
caseta de transport

Microscopul
compus
Sistem optic centrat format din obiectiv si ocular

Primul microscop alcatuit
din mai multe lentile

Microscop din
lemn cu suport
tripod metalic

Microscop cu corpul
din lemn

Microscop cu suport din
metale pretioase

Microscop cu structura
apropiata de cele moderne

Microscop portabil cu caseta de transport din lemn

Microscop modern

Euglena verde

Ameoba

Parameciul

Diatomee

Foita de ceapa

Alcatuirea microscopului

Caracteristicile optice ale aparatelor optice
• Mărirea transversală a unui aparat optic este dată de raportul:
m =
it
o
t
unde i t este mărimea imaginii în direcţia perpendiculară pe axa optică, iar o t este mărimea
obiectului în aceeaşi direcţie.
• Mărirea longitudinală sau axială este dată de raportul dintre mărimea imaginii şi obiectului
în direcţia axei optice:
m
=
i
o
l
l

Caracteristicile optice ale aparatelor optice
Puterea de mărire este raportul:
unde 2 este unghiul sub care se vede prin aparatul optic un
obiect, iar ot este mărimea obiectului în direcţie
perpendiculară pe axa optică.
Pentru unghiuri mici, relaţia precedentă se poate scrie şi sub
forma: 2
p
o
t
Grosismentul sau mărirea unghiulară este raportul:
G
=
tg
tg
2
1
unde α 2 este unghiul sub care se vede un obiect prin aparat,
iar α 1 este unghiul sub care se vede obiectul când este privit
direct cu ochiul.
P
=
tg
o
2
t

Caracteristicile optice ale aparatelor optice
Pentru unghiuri mici se poate scrie:
G
2
1
Dacă δ este distanţa de vedere optimă, la
care este privit obiectul direct cu ochiul,
atunci:
=
ot
1
Combinând relaţiile anterioare rezultă:
G
=
P

Rezumat
Puterea separatoare se referă la posibilitatea de a vedea
prin instrument, ca distincte, două puncte obiect.
Ea poate fi determinată fie prin inversul distanţei minime
dintre două puncte obiect care mai dau imagini diferite,
numită putere separatoare liniară (S l), fie prin inversul
unghiului minim dintre razele care vin de la două puncte
obiect care se văd distinct, numită putere separatoare
unghiulară (S u) sau putere de rezoluţie (A).
Câmpul optic al unui aparat este regiunea din spaţiu în care
sunt conţinute puncte care pot fi văzute pentru o poziţie
oarecare a aparatului. Există un câmp în adâncime şi un
câmp în lărgime.

Lentile. Formula lentilelor
Prin asociaţia a doi dioptri cu suprafeţe curbe obţinem ceea ce
se numeşte o lentilă.
In particular, aceste suprafeţe pot fi sferice, plane sau
cilindrice.
Dreapta care uneşte centrele dioptrilor constituie axul optic al
lentilei.
Dacă distanţa dintre vârfurile V 1 şi V 2 ale celor doi dioptri este
neglijabilă faţă de celelalte lungimi care intervin în formarea
imaginilor, spunem că avem o lentilă subţire. De fapt, la
acestea ne vom referi în cele ce urmează.
După proprietăţile lor, lentilele pot fi clasificate în convergente
şi divergente

După forma geometrică, ele se clasifică în:
1) biconvexe, plan convexe, menisc convexe,
care sunt convergente;
2) biconcave, plan concave, menisc concave,
care sunt divergente

Poziţia imaginii unui obiect într-o lentilă, în cazul
unui fascicul de raze paraxial, este dată de relaţia:
1 1 n 2 1 1
1
p2 p1 n1 R1 R2
unde p 1 şi p 2 sunt distanţele de la obiect şi imagine
până la lentilă, R 1 şi R 2 sunt razele de curbură a celor
doi dioptri, iar n 2 este indicele de refracţie al mediului
lentilei şi n 1 al mediului exterior lentilei.
O mărime caracteristică lentilelor este convergenţa
lentilelor, definită astfel:
1
C= f
Unitatea de măsură a convergenţei este
dioptria, care este convergenţa unei
lentile cu distanţa focală f de un metru.

Din relaţia (7.57) se pot defini distanţele focale ale
lentilelor: pentru p 1 = - ∞ , rezultă p 2 = f 2 şi deci:
f 2 =
n2
1
1 1
1
n R R
1 1 2
sau, dacă p 2 = + ∞ , rezultă p 1 = f 1 şi:
f= 1
n2
1
1 1
1
n R R
1 1 2
din care se observă că f 1 = f 2 = f. In acest caz putem scrie:
1 1 1
p p f
2 1
care reprezintă formula lentilelor subţiri, relaţie în care f se ia
cu semnul plus dacă focarul este real şi cu semnul minus dacă
focarul este virtual.

Oglinzi sferice şi plane
Cursul urmator

• Electron in, Electron out:
Microscopy Techniques
• Brief discussion of Transmission/Reflection Electron Microscopy
(TEM/REM)
• Scanning Electron Microscopy (SEM)
• Scanning Probe Microscopy:
• Scanning Tunneling Microscopy (STM)
• Atomic Force Microscopy (AFM)

TEMElectron
Microscopy: Electron Gun Non-scanning TEM, REMREM
Transmission
Electron
Microscopy
Electron Gun
Reflection EM
• Sample is located BEFORE the magnetic lens,
allowing the entire image to be collected at one time.

Electron Microscopy: Scanning
SEM
Scanning Electron Microscopy
SEM, STEM
STEM
Scanning Transmission EM
Electron Gun Electron Gun
• Sample is located AFTER the magnetic lens and the
beam is scanned to obtain an image.

Scanning Electron Microscope
• Examples of SEM images
• SEM Optics: Gun, Lenses, Apertures, Scan
Generator, Detector
Mr. BUG!
• Electron Interactions: Secondary and
Backscattered Electrons
semguy.com/gfx/bobz1.jpg

screw
cells
Optical Image
SEM Image
SEM Images: Improved Depth of Focus
From Brundle
From Flegler
• Secondary electrons of SEM provide higher depth of

• Electron gun produces beam of
monochromatic electrons.
• First condenser lens forms beam
and limits current ("coarse knob").
– Condenser aperture eliminates
high-angle electrons.
• Second condenser lens forms
thinner, coherent beam ("fine
knob" ).
– Objective aperture further
eliminates high-angle electrons
from beam.
SEM: Optics #1
Phys 661 - Baski Microscopy Techniques Page 7

• Beam "scanned" by deflection coils
to form image.
• Final objective lens focuses beam
onto specimen.
• Beam interacts with sample and
outgoing electrons are detected.
• Detector counts electrons at given
location and displays intensity.
• Process repeated until scan is
finished (usu. 30 frames/sec).
SEM: Optics #2
http://www.unl.edu/CMRAcfem/semoptic.htm
Phys 661 - Baski Microscopy Techniques Page 8

Bibliografie
• http://microscopy.fsu.edu
• www.hometrainingtools.com
• www.personal.psu.edu
• www.microscopy.uk.org
• www.micro.magnet.psu.edu
• www.oberlink.k12.oh.us
• http://a-s.clayton.edu

OCHIUL OMENESC, CA APARAT OPTIC
Din punct de vedere anatomic, ochiul este un organ deosebit
de complex, servind la transformarea imaginilor geometrice
ale corpurilor în senzaţii vizuale. Privit însă din punct de
vedere al opticii geometrice, el constituie un sistem optic
format din trei medii transparente: umoarea apoasă,
cristalinul şi umoarea sticloasă (fig.7.48.). Acestea se găsesc
în interiorul globului ocular mărginit în exterior de o
membrană fibroasă rezistentă numită sclerotică care are o
zonă transparentă în faţă (n = 1,377), numită corneea
transparentă.