Imersia (metoda de imersie a observației microscopice) în microscopia optică este introducerea unui lichid între lentila microscopului și obiectul luat în considerare pentru a spori luminozitatea și a extinde limitele de mărire a imaginii.
Un sistem de imersie este un sistem optic în care spațiul dintre prima lentilă și obiect este umplut cu lichid. Lichidul aplicat în acest mod se numește imersie .
Din formula de bază pentru rezoluția microscopului: d = 0,61λ / A, rezultă că limita de rezoluție este determinată de lungimea de undă λ și de deschiderea numerică a obiectivului A. Deoarece nu este întotdeauna posibilă modificarea lungimii de undă ( mai ales dacă studiul este efectuat în lumină albă), atunci pentru Atingerea unei rezoluții mai bune se tinde să se folosească un obiectiv care are o deschidere numerică mai mare.
Totuși, pentru un obiectiv „uscat” cu un indice de refracție al mediului în fața lentilei sale frontale n=1, valoarea maximă a diafragmei numerice a obiectivului nu poate depăși o valoare de aproximativ 0,95.
Pentru a rezolva această problemă se ia un lichid de imersie, al cărui indice de refracție n 2 și indicele de refracție al lentilei frontale n 3 sunt aleși într-un anumit fel. Razele care emană dintr-un punct al obiectului OP trec fără refracție prin filmul de imersie și pot fi „primite” de lentila frontală a obiectivului.
În acest caz, deschiderea numerică crește, iar limita de rezoluție scade cu un factor de n 2 .
În calculul lentilelor microscopului, parametrii optici ai lichidului de imersie (indicele de refracție și dispersia ) sunt luați în considerare la corectarea aberațiilor sistemului optic (corectarea curburii câmpului, aberațiilor sferice și cromatice).
Aplica:
Uleiul natural de cedru a fost folosit ca prim lichid de imersie. Cu toate acestea, principalul său dezavantaj a fost schimbarea proprietăților în timp. În aer, lichidul s-a condensat treptat până la rășinificare și întărire, indicele de refracție sa schimbat.
În secolul al XX-lea, a început să fie produs numai ulei sintetic de imersie, care nu are acest dezavantaj, iar acum este folosit.
Se crede că primul microscop în serie cu un obiectiv calculat de imersie în ulei a apărut în 1878 .
Principalii parametri ai uleiului de imersie sunt standardizați.
Conform GOST 13739-78 „Ulei de imersie”: indice de refracție n d = 1,515±0,001; transmitanța într-un strat de 1 mm grosime în domeniul spectral 500-720 nm - 95%, 400-480 nm - 92%. Uleiul de imersie trebuie folosit la o temperatură de aproximativ +20 °C.
Conform Standardului Internațional ISO 8036/1 „Ulei de imersie”: indice de refracție n e = 1,518 + 0,0005; transmitanța într-un strat de 10 mm grosime în domeniul spectral 500-760 nm - 95%, 400 nm - 60%.
Conform standardului internațional ISO 8036-1/2 „Ulei de imersie pentru luminiscență”: transmitanța într-un strat de 10 mm grosime în intervalul spectral 500-700 nm - 95%, 365-400 nm - 60%.
O oarecare diferență de standarde înseamnă, în special, posibila deteriorare a performanței unei anumite lentile cu un ulei care nu se potrivește cu acesta. Rezultatul acestui lucru poate fi:
Glicerina - a găsit utilizare ca lichid de imersie datorită transmiterii gamei ultraviolete a undelor electromagnetice. Se folosește sub formă de soluție apoasă de o anumită concentrație. Primul obiectiv al imersiei în glicerină a fost calculat în 1867 .
Se folosește apă distilată. Se crede că, pentru prima dată, un obiectiv calculat de imersie în apă a fost introdus într-un microscop în serie în 1850 .
Designul unui număr de lentile de imersiune include rame de corecție. Instalarea lor determină poziția relativă exactă a sistemului de lentile al obiectivului și a sticlei de acoperire. Precizia setarii acestei pozitii relative are cea mai mare influenta asupra compensarii aberatiei sferice a sistemului optic al microscopului.
Cilindrul obiectivului este de obicei marcat cu:
În consecință, o anumită valoare este aplicată cadrului corector, sub care această combinație de lentilă și cadru este compensată. Schimbarea cadrelor corective este necesară în următoarele cazuri:
Un obiectiv conceput pentru a lucra cu diferite lichide de imersie (de regulă, „apă-ulei-glicerină” sau două sisteme de imersie în combinații diferite), precum și în versiunile „imersie uscată”, necesită compensarea diferenței de indici de refracție. .
Lucrul cu o lamelă standard (n = 1,52) necesită, de asemenea, o corecție pentru grosimea lamului, dacă lentila este proiectată pentru imersie în apă (n = 1,33) sau glicerol (n = 1,47). Astfel de dispozitive au semne cu litere pe corp care indică poziția corectă a inelului de corecție pentru un anumit tip de lichid, iar în cadrul acestui marcaj sunt indicate grosimile geamurilor de acoperire pentru care compensarea aberației sferice este minimă.
Robert Hooke a fost primul om de știință care a explicat tehnica imersiunii într-o prelegere Lectures and Collections susținută în 1678 . Textul raportului a fost publicat de el în cartea sa „Microscopium” în același an. De la acest eveniment începe istoria lentilelor de imersiune.
David Brewster în 1812 a propus imersiunea ca mijloc de corectare a aberațiilor cromatice ale lentilelor, iar în jurul anului 1840 Giovanni Battista Amici (1786-1868) a realizat primele lentile de imersie. Uleiurile de anason au fost folosite ca lichid de imersie, deoarece indicele lor de refracție era cel mai apropiat de cel al sticlei.
Cu toate acestea, sarcina de a crește diafragma nu a fost stabilită în acest caz. Amici a înțeles această problemă. Dar, din cauza costului ridicat al lamelor, microscopiştii din secolul al XIX-lea nu au acordat încă atenţia cuvenită imersiei în ulei. Drept urmare, a început să se scufunde în apă. În 1853 a proiectat o lentilă de imersie în apă și a expus-o în 1855 la Paris.
Robert Tall (1820-1883) a creat în 1858 o lentilă cu lentile frontale interschimbabile: una pentru funcționare uscată și cealaltă pentru imersie în apă.
Edmund Hartnal (1826-1891) în 1859 și-a demonstrat primele obiective de imersie în apă cu un inel de corecție. În următorii 5 ani, a vândut aproximativ 400 de bucăți. Acest lucru a creat un boom în producția de lentile cu scufundare în apă printre mulți producători germani de microscoape, cum ar fi Bruno Hazert din Eisenach, Kellner din Wetzlar, G&S Merz din Munchen și Hugo Schroder din Hamburg. Cu toate acestea, lentilele de imersiune de la Hartnal au fost considerate cele mai bune.
Paris. 1867 Ernst Gundlach (1834-1908), dorind să folosească un mediu de imersie cu un indice de refracție mai mare decât apa, a conceput și prezentat la Expoziția Universală o lentilă pentru glicerină.
Atelierele de optică ale lui Zeiss din Jena au produs în 1871 primele lentile de imersie în apă. Și deja în 1872, Carl Zeiss a introdus lentilele de imersie în apă ale lui Abbe. Catalogul Zeiss la acea vreme oferea 3 lentile, toate având un câmp vizual de 180°. Aveau distanțe de lucru diferite, dar o deschidere numerică constantă de 1,0; Obiectivul numărul 3 avea un inel de corecție pentru a compensa aberația sferică.
În 1871, Toll a prezentat o nouă descoperire: pentru imersarea omogenă (în ulei), a folosit mediu de imersie cu balsam canadian , care are același indice de refracție ca și sticla de coroană folosită în mod obișnuit atunci. În august 1873 a realizat un obiectiv cu trei lentile pentru imersie omogenă în ulei cu o deschidere numerică A = 1,25. Această realizare a fost recunoscută ca un record pentru microscoape. Însă în aceeași lună, obiectivul conceput de el pentru imersarea în glicerină a atins o deschidere numerică A = 1,27.
Din august 1877, Carl Zeiss a început să producă lentile de imersie în ulei Abbe. Aceștia au devenit cei mai faimoși ca lentile pentru imersarea „în ulei”. În 1879, Ernst Abbe a raportat Societății de Științe Medicale și Naturale din Jena că conceptul său despre obiectivele de imersie în ulei a fost influențat de munca lui J. W. Stevenson.
În 1879, Ernst Abbe a rezumat dezvoltarea sistemelor de imersie și experimentele sale în articolul „New Methods for Improving Spherical Correction” (On New Methods for Improving Spherical Correction), publicat în Royal Microscopical Society. Principala completare pe care a făcut-o a fost că sistemele omogene de imersie fac posibilă obținerea unei deschideri maxime cu orice materiale optice disponibile.
Robert Koch a fost unul dintre primii cercetători care a folosit obiectivele de imersie în ulei Abbe și sistemul de condensare Abbe.
În 1904, Carl Zeiss a produs a 10.000-a lentilă cu imersie în ulei.