Лекция 6 Оптика

поддержании и регулировании биологических процессов.
Без оптических инструментов ни одна наука

С помощью света мы получаем жизненно важную информацию об окружающей среде.

Зрительный нерв в 100 раз толще слухового.

раздел оптики, изучающий передачу света и изображения по световодам.
Происходит

Волоконная оптика основана на явлении полного внутреннего отражения

1950 г

прозрачного материала. Он позволяет передавать световую энергию по криволинейным траекториям.
Имеет

Ядро

n об < nядра

n=1,47

n=1,46

Свет, попадая внутрь волокна многократно отражается и распространяется вдоль волокна. Полное отражение.

На 30 см – 4000 отражений

Характеристика: информационная полоса пропускания. например:
λ лазера CO2 2-11 мкм

На 1%

Оптическая

света
Для дистанционного освещения холодным светом внутренних полостей. Используются световоды с

2. Передача изображения органа или пораженного участка на внешнюю телекамеру.

Используются световоды с регулярной укладкой стекловолокон.

(Желудок, мочевой пузырь)
Используют световод с
укладкой волокон
регулярной

отбрасывает перевернутое сильно уменьшенное изображение окружающего мира на сетчатку.
ось
Оптическая система

– 43 дптр; n= 1,38
2. Жидкость передней камеры глаза

3. Хрусталик D=19 – 33 дптр; n= 1,41

4. Стекловидное тело и задняя камера глаза
D= - (5-6) дптр; n= 1,336

Dглаза=60 дптр

ВОПРОС:

Какая часть преломляет сильнее?

центры роговицы, хрусталика и зрачка-диафрагмы.
Зрительная ось глаза – это прямая,

ось

50

В направлении зрительной оси глаз имеет наилучшую разрешающую способность.

глаза к отчетливому видению предметов, находящихся на разных расстояниях от

Если предмет приближается к глазу => D↑ , то увеличивается кривизна хрусталика. Но до 25 см аккомодация совершается без напряжения.

Если потом приближать предмет, хрусталик утолщается. Расстояние 8,4 см – это ближняя точка глаза.

Когда предмет в ∞, то его изображение на сетчатке, хрусталик аккомодирован на ∞, его оптическая сила D → min.

S=25 см =a0 – расстояние наилучшего зрения.

предметы

оптический центр глаза с крайними точками рассматриваемого предмета.

зрения, под которым глаз видит раздельно две крайние точки предмета.
≈

Это соответствует расстоянию между точками
70 мкм, если они находятся на расстоянии наилучшего зрения.

ВОПРОС:

С чем можно сравнить?

β

b = 5 мкм
Это среднее расстояние между двумя засвеченными

Электронная фотография фоторецепторов

1 – палочки бел.

2- колбочки желт
Зрит. нерв –красн.

Сантьяго Рамон – и- Кахаль 1852 – 1934
Испанский гистолог.

«Сетчатка – это часть мозга, помещенная в глаза»

1906

глаз (эмметропический) –
изображение фокусируется на сетчатке.

с помощью рассеивающей линзы

с помощью собирающей линзы

хрусталика.
Неспособность глаза одинаково резко видеть взаимно перпендикулярные линии.
stigme –точка

Напрочь отсутствуют точки.

объектов, неразличимых глазом человека.
Левенгук
1632-1723
Торговец мануфактурой

смотрю), оптический прибор для получения сильно увеличенных изображений мелких объектов

Микроскоп – это центрированная оптическая система.

Современный оптический бинокуляр Nikon Stereo microscope

Захариусу тогда было всего 14 лет(!). Он
смонтировал две выпуклые

Старинные рисунки, выполненные
с помощью микроскопа: пчёлы, 1630

Термин «микроскоп» был предложен в 1625 г. И.Фабером членом Римской «Академии зорких»

фокусировки (микровинт) 6. Револьверная головка 7. Объектив 8. Предметный столик
Внешний вид микроскопа

диафрагма
Апертурная диафрагма служит для ограничения светового пучка и уменьшения рассеяния.



2
8
3
4
5
6
7
Увеличенное

Увеличенное мнимое изображение на расстоянии наилучшего зрения 25 см, наблюдаемое в окуляре.

Устройство микроскопа

окуляра
- расстояние
наилучшего зрения 25 см
- оптическая длина

= 1 мм

Характеристика не важная

Гок

до 15

Гоб

до 100

Г до 1500

Г = Гоб•Гок

микроскопа давать раздельное изображение мелких деталей рассматриваемого предмета.
- величина,

Предел разрешения -это наименьшее расстояние, на котором два соседних элемента структуры еще могут быть видны раздельно.

угол U между крайними лучами конического светового пучка, выходящего из

Апертурный угол – это угол светового конуса, стягиваемого линзой объектива.

или

теор

= 1800

практ

= 1400

Поэтому

= 700

Это апертурный угол

λзел
λзелен =555 нм


Zопт ≈275нм
Разрешающая способность микроскопа, т.е.

Разрешены

Не разрешены

Критерий Рэлея

не точки, а круглого светлого диска, окруженного темными и светлыми

Эрнст Аббе, 1887г. Директор Цейсовской фирмы

Фирма Цейса. Йена, 1910

1978 г.

Аббе использовал в качестве объекта модель: дифракционную решетку, поскольку препарат, например, эритроциты, трудно описать математически.

нулевого порядка и один из максимумов I порядка
Если спектры(2) не

Дифракционная решётка 1

Дифракционная решётка 2 (более мелкая)

объектив

max 0го порядка

1

max 1го порядка

1

2

2

предмет

Z = 275 нм

различает все элементы структуры объекта, разрешаемые микроскопом.
предел разрешения глаза

Если размеры предмета равны пределу разрешения микроскопа , а размеры его изображения – пределу разрешения глаза, и если это изображение расположено на расстоянии наилучшего зрения от глаза, то увеличение называют полезным, .

500 А ≤ Г ≤ 1000 А

в которой пространство между предметом и объективом заполнено иммерсионной жидкостью.
nим

Кедровое масло (n =1,515)
Глицерин (n =1,434)
Вазелиновое масло (n =1,503)

Рассеяние света

Контрастность изображения

Можно исследовать объекты, находящиеся на разной глубине

Апертура объектива А=1,3 против 0,9 у сухого.

плоскостью.
Кто чувствует поляризованный свет?
ВОПРОС:

которой векторы напряженности электрического поля лежат в

Свет поляризованный – это э/м волна, в которой электрический вектор лежит а определенной фиксированной плоскости.

или

Плоскость поляризации – это плоскость, в которой колеблется электрический вектор.

причем он пропускает колебания параллельные главной плоскости.
Изготавливается из
герапатита,
исландского

анализатором?

– интенсивность света падающего на анализатор
φ – угол между плоскостями

раздела двух изотропных диэлектриков.
Анизотропный кристалл
Вещество, обладающее дихроизмом
При рассеянии света
Стопа

1

2

3

4

иолит

Исландский шпат

границу двух изотропных диэлектриков.
iБр – угол полной поляризации
Сэр Дэвид

Бр

кварц, исландский шпат.
При этом луч света, преломляясь в анизотропном кристалле,

Обыкновенный

o -ordinery

Необыкновенный

e -extraordinery

Происходит это потому, что показатель преломления этого вещества зависит от направления

Свет падает

необыкновенного луча параллельна главной плоскости кристалла
Оптическая ось кристалла – это

Главная плоскость кристалла – это плоскость, в которой лежит оптическая ось кристалла и падающий луч.

Обыкновенный луч

Необыкновенный луч

из лучей поглощать значительно сильнее, чем другой. Поглощается, как правило,

турмалин

Поляроид из герапатита

Но выходит луч окрашенный.

света при прохождении его через оптически активное вещество.
Оптически активное вещество

Молекулы ОАВ асимметричны и не обладают зеркальной симметрией. При их отражении в зеркале получается иная форма.

активного вещества
l – толщина слоя раствора
[α0] – удельное вращение
α0
(глюкоза) =52,80
α0
(

Закон Био (закон дисперсии оптической активности)

α0

~

поляриметра (сахариметра)
И – источник света
Ф – фазовая пластинка
Л – линза
П

К – Кювета
А – Анализатор
Об – объектив
Ок - окуляр

α0

(глюкоза) =52,80

l=1,9 дм

Применение поляризованного света для решения медико – биологических задач

перед конденсором и анализатор между объективом и окуляром.
Исследуют мышечные, костные

Поперечнополосатая мышца лягушки в поляризованном свете

вещество, происходящее вследствие преобразования энергии световой волны во внутреннюю энергию

I0

I

молярный показатель поглощения среды

I0
I
l - толщина раствора
I0
-интенсивность падающего света
I
-интенсивность света,

Интенсивность света, прошедшего через вещество, пропорциональна интенсивности падающего светового потока и не зависит от его первоначального значения.

При прохождении света через слой вещества интенсивность уменьшается по логарифмическому закону в зависимости от пройденного пути вследствие взаимодействия э/м поля с атомами и молекулами вещества.

C

одна и та же часть падающего светового потока, независимо от

к λ - монохроматический натуральный показатель поглощения среды.

l

Устанавливает связь между поглощенной энергией и поглощающей средой.

I0 – интенсивность падающего света

Физический смысл кλ -

Это величина, обратная толщине слоя, пройдя который интенсивность падающего света уменьшается в «е» раз.

к

закона Бугера
ВОПРОС:
к
к

поглощения



Закон Бера:
С – молярная концентрация


Обзор

Натуральный молярный показатель поглощения

χ '

поглощения
- натуральный показатель поглощения среды.
Натуральный

χ '

Молярный показатель поглощения

Обзор

C

C

(3)
Закон Бугера – Ламберта - Бера
Оптическая плотность

совокупность длин волн, поглощаемых каким-либо веществом.
Спектр поглощения – это графики

D

λ

ДНК, РНК

λmax

Спектр поглощения ДНК

258 нм

УФ

D

λ

λmax

Длина волны, на которую приходится максимум поглощения

и чтобы его увидеть надо провести биуретову реакцию.
УФ
УФ – излучение

с длиной волны
400 нм – 10 нм.

УФ

УФ

Повторение

по его спектру поглощения.
Колориметр – прибор для сравнения интенсивности окраски

Принцип действия основан на законе Бугера-Ламберта-Бера

Фотоэлектроколориметр ФЭК-56М