Mikrobiológiai olajmikroszkópok teljes nagyítása és felbontása közötti kapcsolat
A mikrobiológiai kutatásokban használt mikroszkópokhoz általában háromféle objektívet használnak: alacsony nagyítású olajlencse (10×), nagy nagyítású objektívlencse (40×) és olajlencse ( 100×). Az "OI" (olajmerítés) szó is jelzi, hogy a három közül ennek van a legnagyobb a nagyítása. A különböző nagyítású szemlencsék használatától függően a vizsgált tárgy 1000-1600-szeres nagyítható. Használatkor az olajlencsék és az egyéb objektívlencsék közötti különbség az, hogy a tárgylemez és az objektív között nem levegőréteg van, hanem olajréteg, amit olajmerítő rendszernek nevezünk. A cédrusolajat gyakran használják ilyen olajként, mivel a cédrusolaj törésmutatója n=1,52, ami megegyezik az üvegével. Amikor a fény áthalad a tárgylemezen, közvetlenül a cédrusolajon keresztül juthat be az objektívbe, anélkül, hogy megtörne. Ha a tárgylemez és az objektív közötti közeg levegő, azt száraz rendszernek nevezzük. Amikor a fény áthalad az üveglemezen, az megtörik és szétszóródik, és az objektívbe jutó fény nyilvánvalóan csökken, ami csökkenti a látómező megvilágítását. Az olajlencsék használatával nem csak a megvilágítás, hanem a numerikus apertúra is növelhető, mert a mikroszkóp nagyítási hatásfokát a numerikus rekesznyílása határozza meg. Az úgynevezett numerikus apertúra a fényt az objektívre vetített maximális szög szinuszának felének a szorzata (ezt lencseszögnek nevezik), megszorozva az üveglap és az objektívlencse közötti közeg törésmutatójával. A következő képlettel fejezhető ki: NA=n×sinа ahol NA{{10}} Numerikus rekesznyílás; n=a közeg törésmutatója;=a maximális beesési szög fele, azaz a tükör szájszögének fele. Ezért minél nagyobb szögben éri a fény az objektívet, annál nagyobb a mikroszkóp hatékonysága. Ennek a szögnek a méretét az objektív átmérője és fókusztávolsága határozza meg. Ugyanakkor a elméleti határa 90. . sin90. =1, tehát ha levegőt használunk közegként (n=1), a numerikus rekesznyílás nem haladhatja meg az 1-et. Például ha cédrusolajat használunk közegként, n növekszik, és a numerikus rekesznyílás is növeli. Például, ha a fény beesési szöge 120o, félszinusza pedig sin60o=0.87, akkor: ha levegőt használunk közegként: NA{ {22}}×0.87=0.87 Ha vizet használunk közegként: NA=1.33×0.87=1.15 Ha cédrusolajat használunk közegként: NA =1.52×0.87=1.32 A mikroszkóp felbontása arra utal, hogy a mikroszkóp képes megkülönböztetni két pont közötti minimális távolságot. Ez egyenesen arányos az objektívlencse numerikus apertúrájával és fordítottan arányos a hullámhossz hosszával. Ezért minél nagyobb az objektívlencse numerikus apertúrája és minél rövidebb a fényhullám hullámhossza, annál nagyobb a mikroszkóp felbontása, és annál tisztábban lehet megkülönböztetni a vizsgált tárgy finom szerkezetét. Ezért a nagy felbontás kis feloldható távolságot jelent. Ez a két tényező fordítottan összefügg. Általában egyesek a felbontásról mikrométerként vagy nanométerként beszélnek. Ez tulajdonképpen összekeveri a felbontást a minimális felbontási távolsággal. Felébredt. A mikroszkóp felbontóképességét a legkisebb felbontható távolság fejezi ki. Két pont között megkülönböztethető legkisebb távolság=λ/2NA ahol λ=a fényhullám hullámhossza. A szabad szemünk által érzékelhető fényhullámok átlagos hossza 0,55 μm. Ha nagy teljesítményű, 0,65-ös numerikus rekesznyílású objektívet használunk, az képes megkülönböztetni két pont távolságát. 0,42 μm. Két pont közötti távolság 0,42 μm alatt nem különböztethető meg. Még ha nagyobb okulárt használnak is a mikroszkóp teljes nagyításának növelésére, akkor sem lehet megkülönböztetni. Az egyetlen megoldás, ha nagyobb numerikus rekesznyílású objektívet használunk a felbontás növelésére. Például 1,25-ös numerikus rekesznyílású olajlencse használatakor a két megkülönböztethető pont közötti minimális távolság=0,55/(2×1,25)=0,22 μm. Láthatjuk tehát, hogy ha egy nagy teljesítményű, 40-szeres nagyítású objektívet (NA=0.65) és egy 24-szeres nagyítású okulárt használunk, bár a teljes nagyítás 960-szoros, a a minimális felbontási távolság mindössze 0,42 μm. Ha 90-szeres nagyítású olajlencsét (NA=1.25) és 9-szeres nagyítású szemlencsét használ, bár a teljes nagyítás 810-szeres, akkor 0,22 μm-es távolságot tud feloldani.
