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Das Mikroskop

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Biblioteka Politechniki Krakowskiej

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Leipzig,

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Zur Biologie» Botanik und Zoologie

sind bisher erschienen:

Einführung in die Biologie.

Allgemeine Biologie. Einführung in die Hauptprobleme der organischen Natur. Von Prof. Dr. H. Miehe. 3. verb. Aufl. Mt 44 Abbildungen im Text. (Bd. 130.)

Die Beziehungen der Tiere und pflanzen zueinander. Von Prof. Dr. K. Kraepelin. 2. Aufl. 2 Bande. I. vd.: Die Beziehungen der Tiere zueinander. Mit 64 Abbildungen. (Bd. 426.) II. Bd.: Die Beziehungen der Pflanzen zueinander und zu den Tieren. Mit 68 Abbildungen. (Bd. 427.)

Die Schädlinge im Tier- und Pflanzenreich und ihre Bekämpfung. Von Geh. Aeg.-Aat Prof. Dr. K. Eckstein. 9. Aufl. Mit 96 Figuren im Text. (Bd. 18.)

Die Welt der Organismen. 3n Entwicklung und Zusammenhang dargestellt. Von Oberstudienrat Prof. Dr. Ä. ßampetf. Mit 52 Abbildungen. (Bd. 236.)

Einführung in die Biochemie in elementarer Darstellung. Von Prof. Dr. W. Lob. 2., durchges. u. verm. Aufl. von Prpf. Dr. H. Friedenthal. Mit 12 Zig. im Text. (Bd. 352.)

Nbftammurrgs- und Vererbungslehre- vergl. Anatomie.

Die Entwicklungsgeschichte des Menschen. Von Dr. A. Heilborn. 2. Auflage. Mit 61 Abbildungen. (Bd. 388.)

Elkperimentelle Abstammungs. u. Vererbungslehre. Von Prof. Dr. E. Lehma nn. S. Aufl. Mit 27 Abb. (Bd. 379.)

Abstammungslehre und Darwinismus. Von Prof. Dr. N. Hesse. 6. Aufl. Mit 41 Textabbildungen. (Bd. 39)

Die Tiere der Vorwelt. Von Prof. Dr. O. Abel. Mit 31 Abb. (Bd. 399.)

Die Stammesgefchichte unserer Haustiere. Von Prof. Dr. C. Keller. 2. Aufl. Mit 29 Figuren. (Bd. 252.)

Vergleichende Anatomie der Sinnesorgan« der Wirbeltiere. Von Prof. Dr. W. Lubofch. Mit 197 Abb. (Bd. 282.)

Zortpflan)ung.

Befruchtung und Vererbung. Von Dr. E. Teichmann. 3. Aufl. Mit 13 Abbild, im Text. (Bd. 70.)

Fortpflanzung und Gefchlechtsunterfchiede des Menschen. Eine Einführung in die Sexualbiologie. Von Prof. Dr. 6. Boruttau. 2., verb. Aufl. Mit 99 Abbildungen im Text. (vd. 540.)

Die Fortpflanzung der Tiere. Von Prof. Dr. R. Goldschmidt. Mit 77 Abb. (Bd.253.)

Zwiegeftalt der Geschlechter in der Tierwelt. (Dimorphismus.) Von Dr. F. Knauer. Mit 37 Figuren. (Bd. 148.)

Mikroorganismen.

Die Bakterie« im Haushalt der Vatur und des Menschen. Von Prof. Dr. €. Gutzeit. 2. Aufl. Mit 13 Abb. (vd. 242.)

Die krankheiterregenden Bakterien. Grundtatsache« der Entstehung, Heilung und Verhütung der batteriellen Infektionskrankheiten des Menschen. Von Prof. Dr. M. LSh-lein. 2. Aufl. Mit 93 Abbildungen. (Bd. 307.)

Die Urtiere. Eine Einführung in die Wisienschaft vom Leben. Von profesior Dr. A. Goldschmtdt. 2. Aufl. Mit 44 Abb. (Bd. I6o.)

AVuG 12: Biologie, Botanik und Zoologie. VIII. 24.

Mikroorganismen.

DasSüftwaffer-Plankton. Vonprof. Dr. O. Zacharias. 2.Äuf(. M.57Abb. (vd.156.) Das Meer, seine Erforschung und sein Leben. Von Prof. Dr. O. Zanson. 3. lÄufL Mt 40 Figuren. (Bd. 30.)

Einführung in die Mikrotechnik. Von Prof. Dr. V.Franz und Studienrat Dr. H. Schneider. Mit »2 Abbildungen. (Bd. 705.)

Das Mikroskop. Seine wissenschaftlichen Grundlagen und seine Anwendung. Von Dr. A. Ehringhaus. Mit 70 Abbildungen. (Bd. 679.)

Botanik, insbesondere angewandte Botanik.

Pflanzenphyfiologie. Von Prof. Dir. Dr.H.Molisch. 2. Aust. Mit 63 Zig. (Sb.560.) Die Pilze. Von Dr. A. Cichinger. Mit 64 Abb. (Bd. 334.)

Pilze und Flechten. Von Dr.M. Vienburg. Mit SS Abb. im Text. (Bd. 675.) Einkeimblättrige Blutenpflanzen. Von privatdoz. Dr. K. Su essenguth. (8 b.676.) Die fleischfressenden pflanzen. Von Prof. Dr. A. Wagner. Mit 82 Abb. (Bd. 344.) Unsere Blumen und pflanzen im Garten. Von Prof. Dr. U. Dämmer. Mit 69 Abb. (Bd. 360.)

Der deutsche Wald. Von Prof. Dr. H. Hausrath. 2. Aufl. Mit J Bilderanhang und 2 Karten. (Bd. 153.)

Der Kleingarten. Von Zoh. Schneider. Redakteur und Zachschriftsteller. 2.» verbesserte u. vermehrte Auflage. Mit so Abb. (Bd. 496.)

Werdegang und Züchtungsgrundlagen der landwirtschaftlichen Kulturpflanzen.

Von Pros. Dr. A. Zade. Mit 30 Abbildungen. (Bd. 766.)

Weinbau u. Weinbereitung. Von Dr. §. Schmitthenner. Mit34Abb. (Bd. 332.) Kolonialbotanik. Von Prof. Dr. Z. Tobler. Mit 21 Abb. (Bd. 184.)

Der Tabak. Anbau, Handel und Verarbeitung. 2.» verbesserte und ergänzte Auflage. Von Zac. Wolf. Mit 17 Abb. im Text. (8b. 416.)

Botanisches Wörterbuch. Von Dr. O. Gerke. (Teubners kleine Fachwörterbücher Bd. 1.) Geb. M. 4.—

Zoologie, insbesondere angewandte Zoologie.

Tierzüchtung. Von Dr. G. Wilsdorf. 2. Aufl. Mit 23 Abbild, auf 12 Tafeln und 2 Figuren im Text. (Bd. 369.)

Die Kleintierzucht. Von Zoh. Schneider, Redakteur und Zachschriftsteller. 2.verb. Aufl. Mit 60 Abbildungen im Text und auf 6 Tafeln. (Bd. 604.)

Tierpsychologie. Line Einführung in die vergleichende Psychologie. Von Prof. Dr. K. Lutz. Mit 29 Abb. (8b. 826.)

Deutsches Vogelleben, zugleich als Exkurstonsbuch für Vogelfreunde. Von Prof.Dr.A.Voigt. 2.Aufl. (öb.221.)

Vogelzug und Vogelschutz. Von Dr. W. R. Lckardt. Mit 6 Abb. (8b. 216.) Bienen und Bienenzucht. Von Prof. Dr. E. Zander. Mit 41 Abb. (Bd. 705.) Das Aquarium. Von E. W. Schmidt. Mit 15 Figuren. (Bd. 335.)

Korallen und andere geftetnbildende Tiere. Von pwf. Dr. W. May. Mit 45 Abb. (Bd. 231.)

Zoologisches Wörterbuch. Von Dr. Th. Knottnerus-Meyer. (Teubners kleine Fachwörterbücher Bd. 2.) Geb. M. 4.—

Nus Natur und Geisteswelt

Sammlung wissenschaftlich-gemeinverständlicher Darstellungen

678. Band

Das Mikroskop

Dieses Gitter besteht aus Hellen, parallelen, gera

VI. Prüfung der Leistung eines Mikroskopes.

XIV. Rnroenbung des Mikroskopes in Wissenschaft und Technik.

SARTORIUS-WERKE

MIKROTOME

Das Mikroskop

seine wissenschaftlichen Grundlagen und seine Anwendung

Von

Dr. phil. N. Ehringhaus

in Göttingen

Mit 75 Abbildungen im Text

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Verlag und Druck von 33. G. Teubner in Leipzig und Berlin 1H21

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Schuhformel für die Vereinigten Staaten von Amerika: Copyright 1921 by B. G.Teubner in Leipzig

Alle Rechte, einschließlich des Aberfehungsrechts, vorbehalten

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Vorwort.

Das vorliegende Büchlein verfolgt den Zweck, in leichtfaßlicher Weife, dabei aber auf wissenschaftlicher Grundlage in die Theorie und Praxis des Mikroskopes einzuführen. Die zum Verständnis des Ganzen notwendigen Vorkenntnisse aus der geometrischen und physikalischen Optik sind zum Teil zu Anfang, zum Teil später an geeigneten Stellen kurz und elementar dargestellt. Bei der Entwicklung der Theorie des Mikroskopes ist die Anwendung mathematischer Formeln und Ableitungen auf ein denkbar geringes Maß beschränkt. Eine Darstellung der optischen Wirkungen des Mikroskopes ganz ohne mathematische Begriffe würde dem Wesen des Instrumentes nicht völlig gerecht werden. Schon die Vergrößerung, welche das Mikroskop zustande bringt, weist daraus hin, daß mathematische Beziehungen in seinem Wesen mit enthalten sind. Diese können denn auch zu einem wirklichen Verständnis der Theorie sowohl wie für eine Reihe praktischer Anwendungen nicht ganz entbehrt werden.

Die „Praxis des Mikroskopes" soll zunächst sowohl die Kenntnis der Einrichtung, Wirkungsweise und Handhabung des Mikroskopes und seiner wichtigsten Nebenapparate wie auch diejenige der hauptsächlichen Abarten des Mikroskopes, wie Ultramikroskop, Fluoreszenzmikroskop usw. vermitteln. Als für den praktischen Mikroskopier von Bedeutung sind hierbei auch verschiedenartige Messungen mit dem Mikroskop berücksichtigt worden. Die Zurichtung der Untersuchungsobjekte für die mikroskopische Beobachtung ist nur kurz beschrieben worden, da eine ausführliche Darstellung der mikroskopischen Präparationsmethoden in einem besonderen Band dieser Sammlung (Bd. 765) erscheint. Um die große Bedeutung zu würdigen, welche das Mikroskop und die mikroskopischen Forschungsergebnisse für unsere heutige Kultur und Weltanschauung besitzen, ist ferner die Anwendung des Instrumentes in verschiedenen wichtigen Gebieten der Wissenschaft und Technik geschildert worden, viel mehr als das Fernrohr hat ja das Mikroskop eine Umwälzung in den Anschauungen der Naturwissen-

schäften hervorgerufen. Der Beginn und Verlauf der Entdeckungen in der dem bloßen Buge völlig verschlossenen Welt der ITItftofosmos ist untrennbar mit der Entwicklung des Mikroskopes verbunden. Um daher das Bild dieses Instrumentes als Kulturfaktor vollständig abzurunden, ist im Bnhang einiges aus der Geschichte des Mikroskopes mitgeteilt.

Möge das Büchlein dazu beitragen, dem wißbegierigen Laien ein Bild von dem Wesen und der kulturellen Bedeutung des Mikroskopes zu geben. Dem Mikroskopiker in Wissenschaft und Praxis möge es ein tieferes Verständnis für die Wirkungsweise und die Bnwendungsmög-lichkeiten seines Instrumentes verschaffen, da erst diese Kenntnis eine zielbewußte, unnütze Umwege vermeidende Bnwendung der mikroskopischen Methoden auf vorliegende Probleme von Praxis und Forschung gewährleistet. Dem Bnfänger mögen die zahlreichen praktischen hinweise das Eindringen in die Kunst des Mikroskopierens erleichtern.

A. Ehringham

Göttingen, im Mai 1920.

Inhaltsverzeichnis.

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I. Vorkenntnisse aus der Optik........... .

1.    Sehwinkel und Vergrößerung.............

2.    Definition des Mikroskopes...............

3.    Optische Grundgesetze.................

4.    Brechung des Lichtes an Kugelflächen. Linsen......

5.    Linsenfehler.....................

II.    Das einfache Mikroskop oder die Lupe . .* ......

1.    Strahlengang und Vergrößerung............

2.    Ausführungsformen der Lupen und ihre praktischen Anwendungen .......................

III.    Das zusammengesetzte Mikroskop......... . .

1.    Grundbestandteile eines zusammengesetzten Mikroskopes. . .

2.    Schematischer Strahlenverlauf und Vergrößerung.....

3.    Offnungswinkel und numerische Apertur.........

4.    Die optischen Teile und der Strahlengang im wirklichen Mikroskop

5.    Aberration im Deckglas...............

6.    Die Strahlenbegrenzung im Mikroskop..........

7.    Die Objektbeleuchtung durch Spiegel und Kondensor. . . .

8.    Die Abbildung selbstleuchtender Objekte durch optische Linsensysteme ......................

9.    Die Abbildung nichtselbstleuchtender Objekte oder sekundäre

Abbildung.....................

10.    Die Bedeutung der numerischen Apertur für die Leistungsfähigkeit der Mikroskopobjektive............

11.    Einrichtung und Handhabung eines modernen Mikroskopes.

12.    praktische Minke für den Gebrauch und die Behandlung des

Mikroskopes....................

13.    Die Objektive . . . •................

14.    Die Okulare.....................

15.    Die Auflösungsfähigkeit der verschiedenen Mikroskopobjektive

IV.    Messungen an mikroskopischen Präparaten......

1.    Längenmessungen...................

2.    Dickenmessungen...................

3.    Zählen.......................

4.    Mnkelmessungen...................

V.    Die Bestimmung der optischen Konstanten des Mikroskopes .........................

1.    Die Messung der Brennweiten optischer Systeme.....

2.    Bestimmung der Lage von Brennebenen.........

3.    Direkte Bestimmung der Vergrößerung eines Mikroskopes. .

4.    Messung der Aperturen der Mikroskopobjektive......

VI. Prüfung der Leistung eines Mikroskopes......

Sette

71

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74

74

74

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76

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VII.    Hilfsapparate zum Mikroskop..........

1.    Lichtquellen.....................

2.    Mechanische Nebenapparate..............

a)    Objektführapparate................

b)    Okular-Schraubenmikrometer............

3.    Optische Nebenapparate...............

a)    polarisationsvorrichtung, Untersuchung optisch anisotroper Stoffe...................

b)    Oberflächenbeleuchtung, Untersuchung undurchsichtiger

Objekte.....................

c)    Zeichenokulare und Zeichenapparate. Vas Zeichnen mikroskopischer Objekte................

d)    Vorrichtung zur Umkehr des mikroskopischen Bildes .

e)    Beleuchtungseinrichtung für einfarbiges Licht.....

f)    Das Spektralokular................

VIII.    Vas bildumkehrende Mikroskop...........

IX.    Dunkelfeldbeleuchtung ...............

X.    Erweiterung der Grenze des mikroskopischen Auf

lösungsvermögens mit Hilfe des Ultraviolett-Mikro-fkopes. Das Fluoreszenz-Mikroskop........

XI. Ultramikroskopie und verbesserte Methoden der Dunkels eld beleuchtn ng...............

XII.    Die Zurichtung mikroskopis cher Objekte für die Be

obachtung......................

XIII.    Die mikroskopische Wahrnehmung.........

XIV.    Anwendung des Mikroskopes in Wissenschaft und

Technik.......................

1.    Das Mikroskop als physikalisches Meßinstrument. . . . .

2.    Entdeckung und Untersuchung der mikroskopischen Lebewelt.

3.    Untersuchung des Zeinbaues von Tier und pflanze . . .

4.    Medizin......................

5.    Untersuchung und Bestimmung von Mineralien und Gesteinen in Mineralogie und Petrographie........

6.    Die Benutzung chemischer Reaktionen bei mikroskopischen

Untersuchungen..................

7.    wissenschaftliche und technische Untersuchung von Metallen

und anderen undurchsichtigen Stoffen..........

8.    Untersuchung von Nahrungs-, Genuß- und Heilmitteln sowie anderen Handelsprodukten ...........

9.    Das Mikroskop in der Uolloidchemie..........

XV.    Einiges aus der Geschichte des Mikroskopes . . . .

Sachregister .........................

I. Vorkenntnisse aus der Optik.

V Zehwinkel und Vergrößerung.

wenn wir ein Zehnpfennigftück genauer betrachten wollen, so nähern wir es dem Auge auf eine bestimmte günstigste Entfernung, die wir als deutliche Sehweite bezeichnen. Diese schwankt von Person zu Person und hängt ab von der Sehkraft des Auges. Die normale deutliche Sehweite hat man allgemein zu 25 cm angenommen. verbinden wir die Mitte der Augenpupille P (Abb. 1) mit zwei gegenüberliegenden Randpunkten RR' des Zehnpfennigstückes bei I, so erhalten wir in dem Winkel RPR'=w der verbindungsgeraden PR und PR' den Sehwinkel, unter dem das Geldstück in I dem Auge erscheint.

Entfernen wir die Münze mehr und mehr vom Auge, so wird der Sehwinkel kleiner, wie aus den Stellungen II und III in Abb. 1 ersichtlich ist. Die scheinbare Größe des Geldstückes nimmt dabei entsprechend ab und sinkt von einer gewissen Entfernung an unter die

ui

abb. I.

R‘:

l = 25 cm

Grenze der Erkennbarkeit für das Auge. Normalerweise findet dies statt, wenn der Sehwinkel kleiner wie eine Vogenminute wird. Für ein Zehnpfennigftück von 21 mm im Durchmesser berechnet sich diese Grenzentfernung zu etwas über 72 m. In der normalen deutlichen Sehweite erscheint unser Geldstück unter einem Sehwinkel von 4° 48,5' oder rund 290 Vogenminuten. (Einer Bogenminute entspricht in der gleichen Entfernung eine Körpergröße von 0,074 mm.

Da nach vorigem die scheinbare Größe eines Gegenstandes mit der Größe seines Zehwinkels wächst, so müßte man theoretisch den Gegenstand durch beliebige Annäherung an das Rüge beliebig stark vergrößern können, hieran hindert uns in der Praxis jedoch die Unfähigkeit unseres Ruges, Gegenstände, welche innerhalb der deutlichen Zehweite liegen, scharf zu erkennen.

2. Definition des Mikroskopes.

Einzelheiten an Gegenständen, welche auch bei Unnäherung an das Rüge bis in die deutliche Sehweite kleiner als die Grenze der Erkennbarkeit für das Rüge bleiben, können nur bei optischer Vergrößerung des Zehwinkels über eine Vogenminute sichtbar werden. Jedes optische Instrument, welches dazu dient, den Zehwinkel von innerhalb der deutlichen Sehweite liegenden Gegenständen fo weit zu vergrößern, daß an ihnen Einzelheiten sichtbar werden können, welche für das bloßeRugeunterderGrenze der Erkennbarkeit liegen, ist ein Mikroskop.

Man unterscheidet das einfache Mikroskop und das zusammengesetzte Mikroskop. Die Wirkungsweise beider läßt sich theoretisch auf die optischen Wirkungen von einfachen Vikonvexlinsen in geeigneter Unordnung zurückführen. Um diese Verhältnisse zu verstehen, müssen wir uns kurz einige optischen Grundgesetze klar machen.-

3. Optische Grundgesetze.

von einer Lichtquelle, etwa einer Uerze, pflanzt sich das Licht nach allen Seiten geradlinig fort. Man erkennt dies an dem Schatten-wurf eines undurchsichtigen Gegenstandes, z. B. einer Münze. Strengere Beweise für die geradlinige Fortpflanzung des Lichtes ergeben sich aus physikalischen oder speziell astronomischen Beobachtungen. Licht, welches sich längs einer Geraden fortpflanzt, nennen wir einen Lichtstrahl.

Fällt ein Lichtstrahl auf die ebene Grenzfläche zwischen zwei Mitteln, sagen wir Luft und Glas, so spaltet er sich in zwei Unteile, von denen der eine in das Uusgangsmittel zurückgeworfen oder reflektiert, der andere in das zweite Mittel hineingebrochen wird (Ubb. 2). Die in der Ebene des einfallenden Strahles SO m seinem Schnittpunkt 0 mit der Grenzfläche der beiden Mittel errichtete Senkrechte LO heißt (Einfallslos, die Ebene durch einfallenden Strahl S0 und (Ein* fallslot LO Einfallsebene. Für die Reflexion und Brechung des Lichtes an einer ebenen Grenzfläche gelten dann folgende Gesetze: 1. Der reflektierte Strahl sowohl wie der gebrochene liegen in der Einfallsebene, und zwar auf der anderen Seite des Einfallslotes, wie der einfallende Strahl (Rbb. 2: SO einfallender Strahl, OR reflektierter Strahl, OG gebrochener Strahl).

Luft

0-

2.    Der Reflexionswinkel LOR=a\\t gleich dem Einfallswinkel SOL = a (Rbb. 2).

RbB. 2.

3.    Der Sinus des Einfallswinkels SOP — a steht zum Sinus des Brechungswinkels Q 0 G = ß in einem konstanten Verhältnis, das nur von der Natur der beiden Mittel und der Farbe des Lichtes abhängig ist:

^ — n. Die Konstante n nennt man das Brechungsverhältnis

der beiden Mittel gegeneinander.

Setzt man den Radius S 0 des um den Punkt 0 der Grenzfläche in der Einfallsebene gezogenen Kreises gleich Eins, so stellt die vom Punkte S auf das Cinfallslot LO gefällte Senkrechte SP den Sinus des Einfallswinkels SOP = a, die von G aus auf das Einfallslot

sin a

= n. Für unseren Fall Glas gegen

gefällte Senkrechte GL den Sinus des Brechungswinkels QOG = ß PS

sin ß

dar. Es ist also ~^q —

Luft stehen die Strecken PS und GQ im Verhältnis 3 zu 2.

4- Brechung -er Lichtes an Kugelflachen. Linsen.

Ist die Grenzfläche zweier Mittel stetig gekrümmt, also zum Beispiel von der Gestalt einer Kugelfläche, so gelten die Gesetze der Reflexion und der Brechung genau wie an einer ebenen Grenzfläche. Dies ist leicht einzusehen, da eine Kugelfläche aus lauter unendlich kleinen, ebenen Flächenstücken zusammengesetzt gedacht werden kann. Das Einfallslot LO (Rbb. 3) bildet bann die Normale eines solchen Flächenstückes und fällt also in die Richtung eines Krümmungsradius OC der Kugel um C. Die Tangente im Einfallspunkt 0 stellt die Trennungslinie der beiden Mittel in der Cinfallsebene für alle nach 0

hinzielenden Lichtstrahlen dar. Wir haben also in Rbb. 3 dasselbe Bild wie in Rbb. 2, nur etwas verdreht, und diese Konstruktion würde sich in gleicher Weise für jeden Punkt der Kugel wiederholen.

JR.

Luft

dlqs

Rbb. 3.

Unter einer Linse verstehen wir ganz allgemein einen durchsichtigen Körper, der von zwei Kugelflächen begrenzt wird, hierbei kann die eine Kugelfläche l j einen unendlich großen Radius haben, WG also plan sein. Für die praktische Optik kommen der leichteren herstellbarkeit wegen nur sog. zentrierte Linsen in Frage. Eine zentrierte Linse ist eine solche, bei der die Kugelkalotten sowohl wie die seitliche zylindrische Begrenzung der Linse symmetrisch zur optischen Rchse, das heißt der Verbindungslinie der beiden Krümmungsmittelpunkte, liegen. In einem zusammengesetzten Linsen-system werden die Linsen ebenfalls zentriert angeordnet. Rlle optischen Rchsen der Einzellinsen fallen dann in eine gerade Linie zusammen.

Jede Linse und jedes Linsensystem läßt sich geometrisch durch vier Ebenen darstellen. Dies sind die beiden hauptebenen HH' und H±H^ und die beiden Brennebenen FF' urtb FXF[ (Rbb. 5). Bei einem Linsensystem reden wir analog von zwei Rquivalenthaupt-ebenenund zweiRquivalentbrennebenen und meinen damit die Ebenen, welche sich als Resultierende aus den entsprechenden Ebenen der Einzellinsen ergeben. Ist die Dicke der Linse, d. h. die Entfernung der beiden Kugelflächen in der optischen Rchse klein gegenüber der Entfernung einer hauptebene von der zugehörigen Brennebene, also gegenüber derBrennweite, so kann man praktisch die beiden hauptebenen in eine einzige Ebene zusammenfallen lassen. Linsen, bei denen dies gestattet ist, nennen wir dünne Linsen. Eine dünne Linse wird also durch eine hauptebene und zwei Brennebenen dargestellt,- vgl. HH', FF' und F,F; in Rbb. 4.

Durch Rnwendung der Brechungsgefetze erhalten wir folgende Grundgesetze für die Brechung des Lichtes durch Linsen: 1. Rchsenparallele Strahlen werden so gebrochen, daß sie durch den Brennpunkt, d. h. den Schnittpunkt der optischen Rchse mit der Brennebene gehen. Der Brennpunkt ist also umgekehrt definiert als ver-einigungspunkt von achsenparallel auf eine Linse auffallenden

Brechung bes Lichtes an Linsen

11

B'

Rbb. 4.

f;

Strahlen; vgl. in Rbb. 4, die den Fall einer dünnen, bikonvexen Linse darstellt, den Strahl G'PB'. Man kann praktisch die Lage des Brennpunktes einer Linse finden, wenn man ein Bündel Sonnenstrahlen, das aus recht gut parallelem Licht besteht, parallel zur optischen Rchse auf die Linse auffallen läßt und diese vor einem weißen Papierschirm so lange vor- und zurückbewegt, bis ein möglichst kleines Bild der Sonne entsteht. Der Papierschirm befindet sich dann im Brennpunkt Wenn die Linse groß genug ist, bemerken wir, daß das Papier G zuverkohlenbe-ginnt und sich mitunter sogar entzündet. Es

werden in dem Brennpunkt außer den Lichtstrahlen auch die wärmestrahlen der Sonne vereinigt, hieraus erklärt sich der Name Brennpunkt. 2. Zentralstrahlen, d.h.Strahlen, welche nach dem Zentrum hinzielen, gehen ungebrochen hindurch (Rbb. 4, Strahl G'B'). Mt Hilfe dieser beiden Sätze können wir das Bild eines Gegenstandes, von welchem Licht durch die Linse fällt, Punkt für Punkt konstruieren.

H fit

“\    B‘

Hl

Um die Lage und Größe des Bildes zu bestimmen, welches von der Linse HH'

G’

F; Rbb. 5.

F'

H' e;

(Rbb. 4) entworfen wird, G brauchen wir unsere Sätze " nur auf ben Endpunkt G' des Gegenstandes anzuwenden. Das Bild von G' ist der Punkt B\ Rlle anderen Bildpunkte liegen näher an der optischen Rchse als B\ G' liegt unter, B' dagegen über der optischen Rchse. Es folgt hieraus, daß das Bild BB' in unserem Falle umgekehrt liegt wie der Gegenstand GG\ BB' ist dabei größer als GG'. Da die Strahlen, welche wir zur Konstruktion des Bildes benutzt haben, sich wirklich schneiden, so läßt sich das entstehende Bild auf einem Schirm auffangen und stellt gewissermaßen einen greifbaren Gegenstand dar. Ein solches Bild wird reell genannt. Bei einer dicken Linse ist die Konstruktion des Bildes im wesentlichen die gleiche. Man hat nur die

Hegel zu berücksichtigen, daß die Lichtstrahlen hier im Inneren der Linse so verlausen, als ob ein nach einem bestimmten Punkt der einen k)auptebene hinzielender Strahl von dem entsprechend gelegenen Punkt der anderen hauptebene aus weiter verläuft (Rbb. 5).

RIs Material für die Linsen der Mikroskope dienen neben Glas auch Flußspat, Ouarz und Rlaun.

5. Linsensehler.

Eine einfache, z. B. bikonvexe Linse, zeigt hauptsächlich zwei Fehler, welche in der Praxis störend wirken. Dies sind l.die sphärische Rberration. Sie besteht darin, daß die Strahlen der verschiedenen Linsenzonen sich in verschiedenen, hintereinander liegenden Punkten

O- -

Pi

der optischen P    Rchse schneiden.

Rbb. 6.

-T_ Speziell bei einer stark gekrümm-‘N    ten, dicken, bikon

vexen Linse werden die durch die Handzone hindurchgehenden Strahlen unverhältnismäßig viel stärker gebrochen wie die nahe der Linsenmitte einfallenden Strahlen. Die Entfernung des Schnittpunktes der Handstrahlen (LMN und LOP in Rbb. 6) von der Linsenmitte wird dadurch eine bedeutend kürzere wie die des Schnittpunktes der achsennahen Strahlen (LQR und LST). wie man an Rbb. 6 erkennen kann, ist eine deutliche punktweise Rbbildung durch eine solche Linse gar nicht möglich. Die beste Rbbildung findet in der Ebene CE statt. Rn Stelle eines Punktes als Bild des Punktes L erscheint hier ein ziemlich breiter Fleck. Geht man mit einem Schirm, auf dem man das Bild auffängt, von der Ebene CE aus etwas näher an die Linse heran oder etwas weiter von ihr weg, so erscheint in der Mitte ein heller unscharfer Fleck, der von einem Hing von schwächerer Intensität umgeben ist. Die sphärische Rberration verhindert also das Zustandekommen eines scharfen Bildes, da jeder Punkt eines Objektes als verwaschener Fleck von merklicher Rusdehnung abgebildet wird. 2. Die chromatische Rberration. Dieser Fehler äußert sich darin, daß Lichtstrahlen von kürzerer Wellenlänge, z. B. violette Strahlen, stärker gebrochen werden wie solche von größerer Wellenlänge, z. B. rote Strahlen. Ein auf eine einfache, bikonvexe Linse auffallendes Bündel von achsenparallelen

Strahlen weißen Lichtes wird nicht in einem einzigen weißen Brennpunkt vereinigt, sondern in eine Reihe von hintereinander liegenden farbigen Brennpunkten auf der optischen Kchse auseinandergezogen. Der Linse am nächsten liegt der Brennpunkt der violetten Strahlen, am fernsten der Brennpunkt der roten Strahlen (Hbb. 7). Dazwischen reihen sich die Brennpunkte der anderen Farben des Spektrums von Blau bis Gelb ein. In den verschiedenen Stellungen des auffangenden Schirmes, die vom roten bis zum violetten Brennpunkt möglich sind, erhält man also streng genommen ein Bild, das nur in einer Farbe scharf erscheint, wobei wir annehmen, daß die sphärische Aberration aufgehoben ist. Die Bilder der anderen Farben sind an dieser Stelle nicht nur unscharf, sondern auch großer, wie das Bild in der vollständig scharf eingestellten Farbe, und zwar unter sich verschieden groß. In der Nähe der optischen Rchse fallen aber noch alle Farben übereinander und ergeben als Resultat weiß. Vis zu einer bestimmten Entfernung von der optischen Rchse ist das Bild eines weißen Gegenstandes also noch weiß. Darüber hinaus bleibt ein je nach der Stellung des auffangenden Schirmes verschieden gefärbter Zaum übrig. Der Saum ist rot gefärbt, wenn das Bild für die violetten Strahlen scharf eingestellt ist; er ist violett gefärbt, wenn das Bild für die roten Strahlen scharf eingestellt ist.

weiß

weiß

ctbb. 7.

E'

Rußer den genannten Fehlern werden für die Mikroskop-Optik die chromatische Differenz der sphärischen Aberration und die chromatische Differenz der Vergrößerung als störend empfunden.

Rite diese Fehler sind beim Bau der optischen Systeme praktisch vollkommen beseitigt. Die sphärische Kberration wird behoben durch passende Wahl der Linsenkrümmungen. Dabei ist für Mikroskopobjektive die sphärische Rberration nicht nur für Punkte der optischen Kchse, sondern auch für seitlich gelegene Punkte zu heben, wie E. Hbbe zuerst nachgewiesen hat, ist hierfür die Erfüllung der sog. Sinusbedingung erforderlich, Die Rufhebung der chromatischen Kberration wird möglich durch die Tatsache, daß die Brechungsverhältnisse der Gläser für eine bestimmte mittlere gelbe Farbe nicht in demselben Maße ansteigen, wie die Differenz der Brechungsexponenten für rotes und violettes Licht. Man nennt diese Differenz (genauer für die ganz bestimmten Wellenlängen der roten O und blauen F*Ztnie des Sonnenspektrums genommen) die Dispersion des Glases. So gibt es Flintgläser,

weiß

weiß

Hbb. 8.

deren Dispersion mehr als doppelt so groß ist wie die eines Krön-glafes, während die mittleren Brechungsex-ponenten noch nicht im Verhältnis 10:11 stehen. Schleift man aus dem Rronglase eine sammelnde Bikonvexlinse und aus dem Flintglase eine zerstreuende konkavkonvexe Linse von gleicher Farbenzerstreuung, so muß die positive Brennweite der Rronglaslinse bedeutend kürzer sein wie die negative der Flintglas-linse. Setzt man beide hintereinander, so hebt die negative Flintlinse einen Teil der Brechkraft der positiven Rronlinse durch entgegengesetzte Ablenkung wieder auf. Die gesamte Brennweite der Kombination wird also länger wie die Brennweite der Rronglaslinse. Da die Farbenzerstreuung mit entgegengesetzter Brechung ebenfalls entgegengesetzt verläuft, heben sich die Farbenabweichungen beider Linsen gegenseitig auf. wir nennen eine solche in Rbb. 8 dargestellte Linse achromatische Linse.

Eine achromatische Linse wäre ohne weiteres für alle Spektralfarben achromatisch, wenn bei Aufhebung der Farbabweichung für zweiStellen im Spektrum, z. B. Rot und violett, eine solche auch für alle dazwischen liegenden Spektralsarben genau einträte. Da aber die Änderung der Brechungsexponenten für die verschiedenen Spektralfarben bei zwei Substanzen im allgemeinen sehr verschiedenartig zu sein pflegt, so werden von einer achromatischen Linse nur zwei Farben, z. B. Rot und violett, genau in einem Punkt vereinigt. Strahlen anderer Farben schneiden die optische Rchse an anderen Stellen, vgl. Rbb. 8. (Es bleibt also auch hier ein geringer Farbensaum bestehen, der aber bedeutend milder und blasser ist wie bei den nicht achromatischen Linsen, wir nennen diesen Farbenrest der achromatischen Linsen das sekundäre Spektrum. (Es besteht meist aus blaß gelblichgrünen und blassen purpur oder rosa Farbtönen.

II. Das einfache Mikroskop oder die Lupe. Ztrahlengailg und vergrötzerung.

Unter einem einfachen Mikroskop versteht man ein opti-schesLystem von kürzerer Brennweite als die deutliche 5eh-meite, das aus einer oder mehreren Linsen besteht. DerUb-stand der Linsen ist hierbei immer kleiner wie die Brennweite der Einzellinsen, heute pflegen wir unter Mikroskop das später zu beschreibende zusammengesetzte Mikroskop zu verstehen. Das einfache Mikroskop ist in seinen stärker vergrößernden Urten, deren Vergrößerungen über 50 gehen, gänzlich durch das zusammengesetzte Mikroskop verdrängt' worden. Die noch heute in Unwendung befindlichen einfachen Mikroskope mit schwächerer Vergrößerung bezeichnet man meist als Lupen oder Präpariersysteme.

//

Ubb. 9.

F'

E'

l — 25 cm

Eine Lupe wird in ihrer einfachsten Form durch eine plary oder bikonvexe Linse dargestellt, wie die Vergrößerung des Sehwinkels, unter dem ein Objekt B gesehen wird, durch eine Lupe zustande ; kommt, wollen wir .« an dem Beispiel i * einer dünnen Bikon- \y\ vexlinse sehen. In Ubb. 9 sei HH' die hauptebene der dünnen Linse, Fmb F' die zugehörigen Brennpunkte. Die Uugenpupille liege in dem einen Brennpunkt F, der Gegenstand zwischen dem anderen Brennpunkt F' und der Linse, also innerhalb der Brennweite. Um das Bild des Gegenstandes GG' zu finden, ziehen wir wie früher von G aus einen zur optischen Uchse parallelen Ltrahl GP. Dieser wird durch die Linse so gebrochen, daß er durch den Brennpunkt F geht. Der von G ausgehende Zentralstrahl GO geht ungebrochen weiter, wie man sieht, laufen die beiden Ltrahlen

GO und PF auseinander. Sie schneiden sich also nicht wirklich, sondern nur in ihren gestrichelten Nückverlängerungen über P und G hinaus iin Punkte B. Dieser Punkt ist das Bilb des Objektpunktes G. In gleicher Weise kann man alle den Punkten des Objektes entsprechenden Bildpunkte konstruieren und erhält so das virtuelle Bild ££'. virtuell oder möglich wird das Bild genannt, weil es im Gegensatz zu dem reellen Bild (Kbb. 4 u. 5) nicht auf einem Schirm aufgefangen werden kann. Die scheinbar von ihm ausgehenden Strahlen müssen erst durch weitere Brechung in der Linse des Kuges konvergent gemacht werden, damit auf der Netzhaut ein reelles Bild entsteht.

Jeder Beobachter stellt die Lupe so ein, daß das virtuelle Bild in die deutliche Sehweite zurückverlegt wird. Siehe l in 5lbb. 9. In dieser Entfernung wird der Gegenstand mit bloßem Buge unter dem Winkel w, dar Bild durch die Lupe unter dem größeren Winkel w' gesehen.

Die Vergrößerung ist also = “r (Hbb. 9).

^ y    y

Da

= tgf und f = tg|,

so folgt

y-    ^

V    t w

*-2

<£s ist ferner tg ~ = und tg y = -j •

* w'

Folglich ist

UL

V . w tg-2~

Dievergrötzerung einerLupe ist also gleich der normalen deutlichen Sehweite dividiert durch ihre Brennweite.

2. Aussnhrungssormen der Lupen und ihre praktischen Anwendungen.

Einfache, nicht achromatische Linsen, sogenannte Brillengläser sind als Lupen brauchbar bis herunter zur Brennweite von 30 mm entsprechend einer etwa achtfachen Vergrößerung. Man wählt hierzu am besten plankonvexe Linsen, deren plane Seite dem Auge zugekehrt

wird, um ein möglichst großes, von sphärischer Bberration nahezu freies Gesichtsfeld zu erhalten. Bet umgekehrter Stellung der Lupe wird das Bild in der Mitte des Gesichtsfeldes zwar ein wenig schärfer, nimmt aber nach dem Bande des Gesichtsfeldes hin bedeutend schneller an Schärfe ab, so daß das brauchbare Gesichtsfeld erheblich kleiner wird.

SS im

Hbb. 10.

Für stärkere Vergrößerung als achtmal kommen nur Lupen in Frage, die entweder aus einer sehr dicken Linse bestehen oder aus mehreren Einzellinsen zusammengesetzt sind. Lupen nach dem ersten Typus sind von Brewster und Stanhope vorgeschlagen worden (Bbb. 10a u. b). Bessere Bilder und größere Gesichtsfelder als diese geben die Lupen nach Fraunhofer und nach Wilson, die aus zwei plankonvexen Linsen bestehen, welche ihre konvexen Seiten einander zukehren (Bbb. 10c und d). Die schärfsten Bilder bei sehr großen, gut ebenen Gesichtsfeldern geben die sogenannten aplänatischen Lupen nach Steinheil. Diese bestehen aus einer dreifach verkitteten Linse, einer bikonvexen Kronglaslinse, umgeben von zwei Flintglasmenisken (Bbb. 10 e).

wo es nur darauf ankommt, Gegenstände zur Feststellung von Einzelheiten zu betrachten, können die Lupen in einer entsprechenden Fassung, die mit Bändel oder mit Stiel versehen ist, bis zu zehnfacher, eventuell bis zu 25 fachet Vergrößerung noch mit freier Hand gehalten werden. Dies ist bei stärkeren Vergrößerungen nicht mehr angängig, weil man die Hand nicht mehr genügend ruhig zu halten vermag. Bber auch bei schwächeren Vergrößerungen muß die Lupe in einem besonderen Halter befestigt werden, sobald man an den zu untersuchenden Gegenständen irgendwie hantieren will, da man dann beide Hände zur Handhabung der Präparationsinstrumente, wie Badel, Pinzette, Pinsel und dgl., frei haben muß. Man kann die Lupe mit ihrem Halter entweder wie eine Brille unmittelbar an dem Bopf befestigen oder in ein festes Stativ, ein sog. Lupen- oder Präparierstativ embauen.

Eine Lupe der ersten Btt ist die binokulare Lupe von L. Zeiß, welche mittels Stirnstütze und Gummiband fest an den Kopf des Be*

NNuG 678: (Et)ringt)aus, Das Mikroskop obachters angeschnallt wird. Durch Anbringung zweier Lupen in Verbindung mit geeigneten Prismen ist es hier möglich gemacht, genau wie beim Lehen mit bloßem Auge oder Brille beide Augen zu benutzen. Damit die binokulare Lupe genügend großen Abstand vom P Objekt behält, wird bei ihr die Vergrößerung gewöhnlich nicht über drei hinaus gesteigert.

ÜSI

Abb. 11.

Bei den Präparierstativen wird die Lupe in einem Halter befestigt, der mittels einer vertikal stehenden Führung auf und ab zu bewegen ist. Das Objekt wird auf einen Gbjekttisch gelegt. Undurchsichtige Objekte werden von oben her mit gewöhnlichem Tageslicht oder künstlichem Licht direkt beleuchtet. Durchsichtige Objekte können von unten her durch eine runde Öffnung des Objekttisches unter Benutzung eines am Fuß des Statives befindlichen Beleuchtungsspiegels beleuchtet werden.

Zum Gebrauch an den Präparierstativen find auch besonders starke Lupen im Handel, die bis zu 50 fache Vergrößerung ergeben. Diese Lupen sind nach Art der Brückeschen Lupe konstruiert und bestehen aus einer negativen Einzellinse, welche dem Auge zugekehrt, und einem positiven Linsensystem, das dem Objekt zugekehrt ist (Abb. 11). Man benutzt diese Lupen gern zu einfachen botanischen und zoologischen Untersuchungen, speziell zur Sichtung des Materials bei Untersuchung von Algen, Protozoen, kleinen Insekten und dgl.

III. Das zusammengesetzte Mikroskop.

Grundbestandteile einer zusammengesetzten Mikrosloper.

Bevor wir in die Theorie des Mikroskopes eindringen, wollen wir uns einmal ein modernes zusammengesetztes Mikroskop in einfacher Ausführung ansehen, um rein anschaulich einige seiner Hauptbestandteile kennen zu lernen, wir wählen hierzu das Kurs- und Laboratoriumsstativ, welches in Abb. 3b im Schnitt dargestellt ist. Als Träger der optischen Grundbestandteile des Mikroskopes erblicken wir eine Messingröhre R, welche Mikroskoptubus genannt wird. Das am unteren Ende dieser Röhre angeschraubte, aus mehreren achromatischen Linsen zusammengesetzte optische System ABC heißt Objektiv. (Es

ist bei der Beobachtung dem auf dem GbjekttischOt liegenden Objekt zugewandt. In das obere Ende des Tubus ist eine leicht hineinpassende kürzere Rohre eingesteckt, welche an jedem Ende eine Fassung mit einer plankonvexen Linse trägt. Dieses aus zwei einfachen Linsen bestehende optische Sqftem heißt Gkular, weil seine obere Linse beim Beobachten dem Rüge (oculus) zugekehrt ist. Die Beleuchtung der durchsichtigen Untersuchungsobjekte geschieht mit Hilfe des von dem Veleuchtungsspiegel^ durch die Öffnung des Objekttisches hindurch reflektierten Lichtes. Man muß dem Objekt, um es scharf zu sehen, den Mikroskoptubus so weit nähern, bis es in der Einstellebene des Objektives liegt. Es wird dann durch Okular und Objektiv zusammen deutlich gesehen.

Zu einer eingehenden Behandlung der vorigen und weiterer Einzelheiten können die in der Theorie des Mikroskopes zu entwickelnden Begriffe nicht entbehrt werden, wir wollen deshalb eine genauere Betrachtung des zusammengesetzten Mikroskopes erst vornehmen, nachdem wir uns seine Theorie klar gemacht haben.

2. Schematischer Strahlenverlauf und Vergrößerung.

Die Vergrößerung des Objektes wird beim zusammengesetzten Mikroskop erreicht durch zwei um beträchtlich mehr als die Summe ihrer Brennweiten voneinander entfernte Linsensysteme. Jedes dieser Linsensysteme können wir, zur Vereinfachung der Betrachtung, in seiner Wirkung- durch eine bikonvexe Linse ersetzen. Das Objekt GG = y (Bbb. ]2) befindet sich ein wenig außerhalb der unteren Brennebene FF des ersten Linsen-systemes, des Objektives HH. Das Objektiv entwirft von GG in einer bestimmten Entfernung ein reelles, vergrößertes, umgekehrtes Bild RR = y\ Dieses Bild wird durch das zweite Linsensystem//'//', das Gkular, ähnlich wie durch eine Lupe von dem beobachtenden Buge A nochmals vergrößert gesehen. RR liegt für ein auf Unendlich eingestelltes Buge in der unteren Brennebene/?"/^ des Okulares. Die Bugenpupille selbst wollen wir hierbei in die zugehörige obere Brennebene F[F[ legen. Für den gezeichneten Strahlengang, der mit Hilfe der uns bekannten Sätze von Seite 10 und 11 konstruiert worden ist, erhalten wir die Vergrößerung des Mikroskopes wie folgt.

Da für die genaue Betrachtung mit dem bloßen Buge der Gegenstand GG = y in bk deutliche Sehweite l verlegt würde, so wollen

-----f;

¥-

H’

¥—

z = 25 cm

wir das Bild BB = y" ebenfalls dorthin verlegen. Die gesamte Vergrößerung des Mikroskopes ist dann v __ y_ __ tgw" ₌ tgw" e tgu/ y tgw tgw' * tgw

_E> Set nun /i die Brennweite des Objektives, /*₂ diejenige des Okulares, A der Kbstand der einander zugekehrten Brennebenen F₁F₁ und F' F' von Objektiv und Okular und l die deutliche Sehweite, so folgt aus Rbb. 12:

v    tg w"=    r

\    t gw'=    =

Icss >|<«

\gw= r

-^r-h

x-

■//

-ff

■k

'k.

-F-L—-F

GUß

Setzen wir dies in unsere Formel für V ein, so erhalten wir:

tAw"

__

Zs U f, y

^ also: V=

/i ■/,

Die Entfernung A

der oberen Brennebene des Objektives von der unteren Brennebene des Okulares heißt optische Tubuslänge. Die Vergrößerung einesvlikrofkopes für ein aufUnendlich eingestelltesKuge, bezogen auf die Größe des Objektes in deutlicherSehweite, ist also gleich dem Produkt aus deutlicher Sehweite und Tubuslänge dividiert durch das Produkt der Brennweiten von Objektiv und Dkular.

Bbb. 12.

5. Offnungswinkel und numerische Apertur.

Jede Linse kann von den unendlich vielen Strahlen, welche von einem leuchtenden Punkt ausgehen, nur einen Teil von bestimmtem Winkelbereich aufnehmen.

vergrößerungsformel. Öffnungsminfel und Totalreflexion

21

Nehmen wir an, von einem Gbjektpunkt in Luft fallen Strahlen auf eine halbkugelige, plankonvexe Linse, wie sie uns in den starken Mikroskopobjektiven als Frontlinse begegnen werden (Nbb. 14), so ist der gröhle Einfallswinkel gegeben durch das Brechungsgesetz. Um dies zu verstehen, wollen wir die Brechung von Lichtstrahlen betrachten, welche aus einem Mittel mit größerer optischer Dichte in ein solches mit geringerer eintreten, hierbei wollen wir an Verhältnisse anknüpfen, wie sie für die mikroskopische Praxis von Wichtigkeit sind. Die große Mehrzahl der mikroskopischen Präparate ist mit dünnen planparallelen Glasplättchen, sog. Deckgläschen, bedeckt. Das von einem Punkt des Präparates ausgehende Licht geht also, . bevor es in das Objektiv eintritt, zunächst durch Glas, nämlich das Deckglas, und dann wieder durch die Luft. In Nbb. 13 fei P ein unmittelbar am Deckglas anliegender Präparatpunkt, von ihm aus möge ein Büschel von Lichtstrahlen auf die obere Fläche des Deckglases, also die Grenze zwischen dem optisch dichteren Glase und der optisch dünneren Luft, fallen. Nach dem Brechungzgesetz kann man für jeden Einfallswinkel der in der Abbildung gezeichneten Strahlen den zugehörigen Brechungswinkel berechnen und danach die gebrochenen, durch die Luftschicht zwischen Deckglas und Objektiv gehenden Strahlen zeichnen. Jeder dieser Strahlen wird im allgemeinen sowohl gebrochen wie reflektiert. Man sagt, die Strahlen werden partiell reflektiert, vgl. die gestrichelten Strahlen in Bbb. 13. von einem bestimmten Einfallswinkel ß im Glase ab gibt es aber keinen zugehörigen gebrochenen Strahl, der in die Luft austreten kann, denn nach der Formel

des Brechungsgefetzes auf Seite 9 ergibt sich sin ß =    • Für

a = 9(1° wird sin a = 1. Der zugehörige Winkel ß berechnet sich also

aus der Gleichung sin ß = ~ Für Glas gegen Luft ist n = 1,52

ctbb. 13.

Luft

etwa und der Winkel ß rund 42°. Da der zugehörige Brechungswinkel a in Luft 90° beträgt, so wird der Strahl nicht aus dem Glase in die Luft hinein gebrochen, sondern verläuft von dem Deckglas Punkte an, wo er auf die » =

Grenzfläche auftrifft, ge-

nau in dieser entlang. Dgl. den stark ausgezogenen Strahl in Bbb. 13. Blle Strahlen, deren Einfallswinkel ß in Glas größer ist als 42°, besitzen keinen zugehörigen, in Luft austretenden gebrochenen Strahl. Sie werden alle vollständig reflektiert. Siehe die ausgezogenen reflektierten Strahlen rechts von dem Grenzstrahl in Bbb. 13. Der Winkel ß = 42° trennt demnach die partiell reflektierten und gebrochenen von den total reflektierten Strahlen. Er heißt deshalb der Grenzwinkel der Totalreflexion.

wir haben im vorigen erkannt, daß aus einem mit Deckglas geschützten Mikroskoppräparat nur ein ganz bestimmter Strahlenkegel austreten kann, der innerhalb des Winkels der Totalreflexion liegt. Für die mikroskopische Bbbildung kommen bei Trockensystemen, d. h. Mikroskopobjektiven, bei denen der Raum zwischen Deckglas und Frontlinse Luft enthält, nur diese Strahlen in Betracht. In Bbb. 14 sehen wir, daß die Lichtstrahlen, welche durch die Frontlinse gebrochen werden, an der Kugelfläche ebenfalls von dem dichteren Medium Glas in das optisch dünnere Medium Lust übertreten. Der Einfallswinkel 42°, d. h. der Winkel zwischen Krümmungsradius der Kugel und dem Strahl, bildet auch hier den Grenzwert, bis zu dem Lichtstrahlen im äußersten Falle durch die Linse austreten können. Der wert n • sin ß = 1 ist also für Glas gegen Luft eine charakteristische Konstante, die als Maß für die größtmögliche Winkelöffnung der Strahlenbüschel von besonderer Wichtigkeit ist. Setzen wir den Vre-

chungsexponenten des Glases gleich nb, so

____ A = °’⁹⁰ ist nach dem Vrechungsgesetz nb • sin ß

Froriflinse n ---

1,52

Luft

■V ''J

Deckglas n = 1,52

flbb. 14.

= 1 • sin a = const. hierbei ist a der Einfallswinkel in Luft, deren Vrechungsex-ponent praktisch gleich 1 ist. Die Gleichung sagt also aus, daß das Produkt aus dem Sinus des Winkels, welchen der Lichtstrahl in einem Mittel mit dem zugehörigen Lot bildet, und einer dem Mittel eigentümlichen Konstanten nb immer denselben konstanten wert behält. Dies gilt, wie leicht zu beweisen, für beliebige Mittel. Die allgemeine Formel des Vrechungsgesetzes lautet demnach:

na • sin a = nb • sin ß.

Bn Bbb. 14 sehen wir, daß der Einfallswinkel a gegen die Planfläche

der Frontlinse gleich dem halben (DffnungsminM des von einem Objekt-punkt ausgehenden Grenzslrahles des Strahlenbüschels ist. wenn also auf die Grenzfläche zweier Mittel von verschiedenen Brechungsexponenten ein Strahlenbüschel vom Offnungswinkel 2 a fällt, so ändert sich dieser Winkel von Mittel zu Mittel so, daß das Produkt aus dem Brechungsexponenten eines jeden Mittels und demSinus des zugehörigenBrechungswinkels unverändert bleibt. Die Menge der Lichtstrahlen oder mit anderen Worten die Helligkeit bleibt also konstant. Das Produkt na • sin a bezeichnen wir mit Kbbe als numerische Apertur und verstehen demgemäß unter numerischer Apertur einer Linse oder eines zusammengesetzten optischen Systems das Produkt aus dem Brechungsexponenten des vor der Front-linfe befindlichen Mittels und dem Sinus des halben Winkels, dessen Scheitel aus der optischen Achse in dem Ausgangspunkt der Strahlen liegt und dessen Schenkel die Strahlen von größtmöglicher Neigung nach dem Rande der Linse bilden. $ixx in Luft befindliche optische Systeme oder Trockensysteme kann die numerische Apertur, wie wir schon gesehen haben, höchstens den wert 1 erreichen. 3n der Praxis bleibt die Grenze bei 0,95. Da unter sonst gleichen Bedingungen die Helligkeit eines Mikroskopobjektives proportional mit dem Ouadrate der numerischen Apertur wächst, so kann durch Steigerung dieser Größe die Helligkeit im Bilde gesteigert werden. Das Maximum der für jedes Mittel erreichbaren Apertur ist gleich I • n, also gleich seinem Vrechungsexponenten; denn der größte wert, den sin a annehmen kann, ist gleich 1. Man kann also Mikroskopsysteme von höherer numerischer Apertur benutzen, wenn man den Raum zwischen Deckglas und Frontlinse mit einem Mittel von höherem Vrechungsexpo-nenten ausfüllt. Als solche Mittel dienen außer Wasser Zedernholzöl, Monobromnaphtalin und andere Flüssigkeiten. Man nennt die betreffenden Mikroskopobjektive Immersionen oder Immersionsobjektive und spricht demgemäß von Wasserimmersion, Olimmer-sion und Monobromnaphthalin-Immersion. Die Vrechungzexponenten der drei genannten Flüssigkeiten für gelbes Natriumlicht sind: Wasser Zedernholzöl Monobromnaphthalin Da der Vrechungsexponent des Zedernholzöles sehr nahe gleich dem des gewöhnlichen Rronglafes ist, aus welchem die Objektträger und

D — 1,333 = 1,515 = 1,66.

Deckgläser bestehen, fällt bei der (DIimmetfion die Brechung am Deck-glase fort. Der Raum von der unteren Seite des Deckglases bis zur Zrontlinse bildet demnach eine optisch nahezu homogene Schicht. Bus diesem Grunde heißt die Olimmersion, bei welcher Zedernholzöl als Immersionsflüssigkeit benutzt wird, auch homogene Glimm er-sion.

Die in der Praxis erreichten Bperturen pflegen etwas hinter den durch die Exponenten gegebenen Maximalwerten zurückzubleiben. Es gibt

Wasserimmersionen Glimmersionen Monobromnaphthalin-Immersionen „    „

bis zur Bpertur 1,25

1,40

1,60.

Den Strahlengang von einem Gbjektpunkt bis zur Rugelfläche der Zrontlinse für ein Crockensystem der numerischen Bpertur 0,90 zeigt Bbb. 14. Zum vergleich sind die Strahlengänge für die Bperturen 0,9

/ Frontlinseß^-

^ z Fromlinse 1,52

1,4\

j Deckglas

] Hbb. 15.

in Luft, 1,2 in Wasser, 1,4 in Zedernholzöl und 1,6 in Monobromnaphtalin in Bbb. 15 dargestellt. Man erkennt aus i,6 dieser Darstellung, daß durch die Benutzung der hoch brechenden Mittel eine bedeutend vermehrte Strahlenmenge zur Bbbildung eines jeden Gbjektpunktes zur Verfügung steht. Bußer der Steigerung der Helligkeit bringen die größeren Bperturen noch weitere Vorteile mit sich, die wir in einem der späteren Bbschnitte kennen lernen werden.

Die optischen Teile und der Strahlengang im wirklichen Mikroskop.

Die schon kurz erwähnte wirkliche Gptik des Mikroskopes besteht statt der in Bbb. 12 gezeichneten Vikonvexlinsen zunächst aus zwei komplizierter zusammengesetzten Systemen, bei denen durch die Brt der Ronstruktion die Bbbildungsfehler der einfachen Linsen vermieden sind. (Es gibt verschiedene Brten von Objektiven und Okularen, die wir später genauer besprechen wollen. Den Strahlengang in einem modernen Mikroskop bei mittelschwachem Objektiv und Okular zeigt Bbb. 16.

Zur Beleuchtung des Objektes dient das von dem B e - ; | / leuchtungsfpiegel reflektierte zerstreute Tageslicht oder künstliches Licht. Durch den aus zwei oder mehr Linsen bestehenden t Kondensor wird das Licht an der Stelle des Untersuchungsobjektes konzentriert und tritt dann nach dem Durchsetzen des Präparates in das Objektiv. Durch das Objektiv und die untere Linse oder Kollektivlinse des Okulares wird das Objekt als reelles umgekehrtes Bild in der Ebene der Okularblende abgebildet. Die Bu gen linse dient dem Buge als Lupe zur weiteren Vergrößerung und Betrachtung dieses Bildes. Ohne das Dazwischentreten der Kollektivlinse würde in der Objektiv-Bildebene ein reelles umgekehrtes Bild zustande ~‘i'/

/ Objektiv

r-Okularkreis

Augenlinse

-fvi Objektivbildebene

f/j__ll r Okularblende

Fi y * Reelles umgekehrtes Bild

f =| %Kollektwlmse

-rH

r;1f

Okular

Am

!'

kommen, wie dies durch die punktierten Verlängerungen der beiden Band- / strahlenbüschel angedeutet ist. Das /

Buge des Beobachters muß der Bugen- / linse des Okulares soweit genähert werden, bis die Bugenpupille sich in der Ebene des Okularkreises befindet. Blle Strahlenbüschel, welche durch den Okularkreis austreten, laufen rückwärts verlängert in Bildpunkten zusammen, die in der Entfernung der deutlichen Sehweite von 25 cm unter der Ebene des Okularkreises liegen.

Diese Bildpunkte reihen sich zu dem virtuellen, vom Mikroskop entworfenen Schlußbild zusammen. Der Strahlengang in Bbb. 16 entspricht den Verhältnissen, wie sie bei Kombination eines Objektives von 25 mm Brennweite mit einem Okular von 42 mm Brennweite

Objekt

, Kondensor',

Irisblende

'<] Virtuelles Schlußbild

•f

Mb. 16.

Beleuchtungsspiegel

vorliegen. Das Objekt wird hierbei rund 40 mal vergrößert.

5. Aberration im Veckglase.

Deckglas \ 0,2 mm dick

Deckglas )

Luft

p abb. 17.

Bei der Konstruktion der Objektive ist außer auf Beseitigung der Abbildungsfehler der einfachen Linsen auch auf die Korrektion der durch die schon genannten Deckgläser der Präparate bewirkten Aberration der Lichtstrahlen Bedacht zu nehmen. Durch ein solches Deckgläschen tritt eine Verschlechterung des mikroskopischen Bildes ein, die sich um so mehr bemerkbar macht, je stärker die Vergrößerung wird, wie Abb. 17 zeigt, entstehen nämlich in dem Deckglase mit dem Brechungsexponenten n — 1,52 nach dem Brechungsgesetz aus den von einem Gbjektpunkt P in Luft ausgehenden Strahlen die gezeichneten gebrochenen Strahlen, verlängert man diese Strahlen nach rückwärts, in Abb. 17 gestrichelt, so zeigt sich, daß sie sich nicht mehr in einem Punkte schneiden. Der Gbjektpunkt erscheint daher, durch das Deckglas gesehen, nur als unscharf begrenzter Fleck, wie man durch vergleich der linken und rechten Hälfte von Abb. 17 erkennt, ist dieser Fleck um so unschärfer begrenzt, je dicker die Glasschicht ist. vergleichen wir die durch das Deckglas herbeigeführte Aberration der Lichtstrahlen mit der auf S.12 behandelten sphärischen Aberration, so sehen wir, daß beide von ganz ähnlichem Charakter sind. Man kann auch die Aberration durch das Deckglas nach denselben Grundsätzen an den Objektiven korrigieren wie die sphärische Aberration. Um die Verschlechterung des Mikroskopbildes durch das Deckglas aufzuheben, ist jedes Objektiv so korrigiert, daß es die Aberration des Lichtes, welche durch eine ganz bestimmte Deckglasdicke hervorgerufen wird, genau kompensiert. Für Deckgläser von abweichender Dicke tritt eine merkliche Verschlechterung des Bildes ein, die besonders bei starken Vergrößerungen störend wirkt. Eine Änderung der Deckglasdicke um mehr als Vioo mm kann bei starten Erockensystemen schon eine merkliche Verschlechterung des Bildes verursachen, von Anfängern im Mikroskopieren wird dies häufig nicht genügend beachtet. Sie halten für einen Fehler des Objektives, was in Wirklichkeit nur der Verwendung eines Deckglases von unrichtiger Dicke zuzuschreiben ist.

Bei schwächeren Mikroskopobjektiven bis zur Brennweite von 8 mm etwa bleibt die Aberration im Deckglase praktisch unmerklich. Zehr gering ist diese Aberration im Deckglase auch bei Anwendung von Gl-immersionen, da hier der Raum zwischen Deckglas und (Vbjektivfront-Itrtfe mit Zedernholzöl, einem Mittel von sehr nahe der gleichen Brechung wie Glas ausgefüllt ist, so daß die aus dem Deckglas austretenden Strahlen so gut wie gar nicht gebrochen werden. (Es fällt also der Grund zur Entstehung einer Aberration fort. In der Tat sind die Gl-immersionen in ziemlich weiten Grenzen gegen die Deckglasdicke unempfindlich. Nicht in gleichem Maße gilt dies von den kvasserimmer-sionen. Die starken Trockensysteme der besseren Mikroskopfirmen tragen entweder an der Blende oder außen an der Fassung die richtige Deck-glasdicke eingraviert, für welche sie am günstigsten korrigiert sind. Starke Trockensysteme können auch mit einer Einrichtung versehen werden, durch welche ihre optische Korrektion sich verschiedenen Deck-glasdicken anpassen läßt.

6. Die Strahlenbegrenzung im Mikroskop.

von besonderer Bedeutung für die Erzielung eines einwandfreien, von schädlichen Reflexen und anderem Nebenlicht freien Strahlenganges im Mikroskop ist die geometrische Begrenzung der Strahlenbüschel durch Blenden. In der Ebene des reellen Bildes befindet sich eine meist kreisförmige Blende, die das Gesichtsfeld scharf begrenzt (s. Okularblende in Abb. 16) und Gkularblende genannt wird. Durch die Rollektivlinse des Okulares und das Objektiv wird die Gkularblende verkleinert nach rückwärts in der Ebene des Objektes abgebildet. Siehe OC und GG' Abb. 18. Da durch die Gkularblende nur solche Strahlen gelangen können, welche durch das Bild dieser Blende in der Objekt-ebene hindurchgegangen sind, so wirkt dieses Bild wie eine in dieser Ebene liegende körperliche Blende, die deshalb auch Gesichtsfeldblende heißt.

Die Begrenzung der Strahlenbüschel, welche für die numerische Apertur des Objektives und demnach für die Helligkeit des mikroskopischen Bildes maßgebend sind, wird nicht durch die Gesichtsfeldblende bewirkt. Es sei angenommen, daß zur Beleuchtung des Objektes (Abb. 18) Strahlenbüschel zur Verfügung stehen, welche die Öffnung des Objektives ganz ausfüllen. Die Begrenzung dieser Büschel tritt dann ein durch eine körperliche Blende, welche innerhalb des Objektives durch

den Zassungsrand einer Linse, bei den starken Systemen meist der Zrontlinse, gebildet wird. In Rbb. 18, welche den Strahlengang im Mikroskop der Deutlichkeit halber in der Brette stark auseinandergezogen darstellt, ist die körperliche Blende BL zwischen den beiden das Objektiv darstellenden plankonvexen Linsen angebracht. Jedes von einem Punkt des Objekts GG' ausgehende Strahlenbüschel wird nach der Brechung in dem unteren Gbjektivteil durch die Öffnung der körperlichen Blende BL begrenzt. KoiieJctiviin.se verlängert man die durch diese Begrenzung gegebenen Rand-strahlen eines jeden Büschels in den Richtungen, welche sie vor dem Eintritt in das Objektiv besitzen (in Rbb. 18 gestrichelt), so schneiden sich diese in einer Ebene EP hinter dem Objektiv, hier in EP wird also die Blende LI. durch den unteren Gbjektivteil virtuell ab-L Objektiv gebildet, da jedem Schnittpunkt der Randstrahlen in der Ebene BL ein Schnittpunkt der (gestrichelten) Verlängerungen in der Ebene EP entspricht. G’ Objekt Hlle durch die körperliche Objektivblende B L zugelassenen Strahlen kommen also scheinbar von ihrem virtuellen Bild EP her. Dies virtuelle Bild wirkt mit anderen Worten als strahlenbegrenzende Cintrittsöffnung und wird deshalb Cintrittspupille des Objektives und damit des ganzen Mikroskopes genannt, verlängern wir die aus dem Objektiv austretenden Strahlen nach rückwärts, so finden wir, daß diese sich in der Ebene AP' desjenigen Bildes schneiden, in welcher die Eintrittspupille EP durch den Hinteren Teil des Objektives abgebildet wird. Rite Strahlen, welche aus dem Objektiv austreten können, verhalten sich so, als ob sie von dem Bild AP' herkämen. Dieses Bild begrenzt demnach die das Objektiv ver-

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'fR^- Okular kreis

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Okular

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ctbb. 18.

lassenden Strahlenbüschel und heißt deshalb Hustrittspupille des Objektives. Die aus dem Objektiv tretenden Strahlen werden vom Okular so gebrochen, daß sie alle durch den kleinen Ureis/(^hindurchgehen, der nicht weit von der Hinteren Brennebene des Okulares liegt. Dieser sog. Gkularkreis oder Rugenkreis fällt zusammen mit dem Bild, welches durch das Okular von der Rustrittspupille AP' des Objektives entworfen wird. Durch Objektiv und Okular zusammen wird also die Eintrittspupille des ganzen Mikroskopes zuletzt in dem Gkularkreis abgebildet. Hlle durch dieEintrittspupille des Mikroskopes eintretenden Strahlen müssen bei ihrem Austritt aus dem Mikroskop durch den Okularkreis hindurch. Dieser begrenzt also die austretenden Strahlenbüschel und wirkt als Rus-trittspupille des ganzen Mikroskopes.

Die Pupille des beobachtenden Ruges muß mit der Rustrittspupille des Mikroskopes zusammenfallen, wenn möglichst viele Strahlen in das Rüge eintreten sollen, d. h. wenn das Bild möglichst hell sein soll. Ist die Rustrittspupille KR dabei kleiner als die Rugenpupille, so können alle durch erstere austretenden Strahlen auf die Netzhaut des Ruges gelangen. Die Begrenzung des Gesichtsfeldes wird dann durch den scharfen Band der Okularblende gebildet. Ist die Rustrittspupille aber größer als die Rugenpupille, so wirkt die letztere als Begrenzung auf den austretenden Strahlenkegel ein, und das Bild im Mikroskop erscheint unscharf begrenzt, da die Rugenpupille durch Okular und Objektiv rückwärts nicht in der Objektebene, sondern in der Ebene der Eintrittspupille des Mikroskopes scharf abgebildet wird. Beim Mikroskop ist die Rustrittspupille als verkleinertes Bild der an sich schon kleinen Eintrittspupille immer kleiner wie die Rugenpupille. Damit man die Rugenpupille bequem an den Grt der Rustrittspupille bringen kann, muß der Rugenkreis genügend hoch über dem Okular liegen.

7. Die Objeltbeleuchtung durch Spiegel und Kondensor.

Die Rpertur der das mikroskopische Objekt beleuchtenden Strahlen soll im allgemeinen nicht größer sein, wie die Rpertur des zur Beobachtung dienenden Objektives; denn alle Strahlen von überflüssig großen Rperturen verursachen durch seitliche Zerstreuung und Beugung im Präparat eine Überflutung mit Licht, die sich wie ein Heller Schleier über bas Gesichtsfeld legt. Für schwächere Objektive genügt zur Beleuchtung einfach der Beleuchtungsspiegel des Mikroskopes. Man benutzt hierbei statt des Planspiegels einen Hohlspiegel. Deshalb ist jeder Beleuchtungsspiegel für Mikroskope so eingerichtet, daß auf der einen Sette ein Planspiegel, auf der anderen ein Konkavspiegel angebracht ist, welche durch Umwenden der Spiegelfassung abwechselnd benutzt werden können, vgl. die Beleuchtungsspiegel in Rbb. 16 u. 36. Die Brennweite des Hohlspiegels ist gleich seinem Abstand vom Objekt. (Es werden also parallel auffallende Strahlen gerade in der Objektebene konzentriert. Die Apertur des Hohlspiegels ist natürlich großer wie die des Planspiegels. Für die mittleren und starken Objektive ist zur Erzielung einer ausreichenden Beleuchtung in vielen Fällen ein Kondensor erforderlich. Um die Apertur der durch den Kondensor auf das Objekt konzentrierten Strahlen für jedes Präparat mb jedes Objektiv in güngstigfter weise einzuregulieren, ist in der unteren Brennebene des Kondensors eine in ihrer Öffnungsweite veränderliche Blende aus Metallamellen, eine sog. Irisblende angebracht (siehe Irisblende in Rbb. 16). Die Konstruktion einer solchen Blende ist genau die gleiche, wie sie in photographischen Objektiven zur Abblendung der Objektivöffnung dient. Durch fortgesetztes verengern dieser Blende kann man, von den Kandstrahlen beginnend, nach und nach immer mehr Strahlen des von dem Planspiegel kommenden Lichtes abblenden und hierdurch die Apertur der austretenden Strahlen entsprechend verkleinern. Siehe Rbb. 34, die auf S. 50 erklärt ist. Die Wirkung dieser Irisblende kann zum Teil ersetzt werden durch herunterbewegen des ganzen Kondensors.

Um bei Benutzung des Hohlspiegels ohne Kondensor eine Überstrahlung im Objekt zu verhindern, sind bei billigen Mikroskopen feste, runde Diaphragmen, sog. Zylinderblenden, die mit verschieden großen Öffnungen versehen und gegeneinander auswechselbar sind, dicht unter dem Objektträger anzubringen. Eine solche Blende sehen wir bei Bl in Rbb. 36. Die enge Öffnung sitzt unmittelbar unter dem Objekt. Die Größe dieser Blendenöffnungen ist so abgestuft, daß für die dem Mikroskop beigegebenen Objektive nicht viel mehr wie der ins Gesichtsfeld gehende Teil des Präparates mit Licht erfüllt ist. Ruf diese weise wird ebenfalls eine durch seitliche Zerstreuung des Lichtes hervorgerufene Überstrahlung des Gesichtsfeldes verhindert. Rn Stelle der Zylinderblenden mit auswechselbaren Einsätzen werden mitunter auch

Beleuchtung durchsichtiger Präparate. Lichtquellen

31

Revolverblenden benutzt, hierbei sind die verschieden grotzen Öffnungen so auf einer drehbaren Metallscheibe angebracht, daß sie durch Drehen derselben nacheinander in den Strahlengang gebracht werden können.

8. Die Abbildung selbstleuchtender Objekte durch optische Linsensysteme.

Die meisten mikroskopischen Objekte bestehen aus dünnen, mehr oder weniger durchsichtigen Schichten, welche zwischen Objektträger einerseits und Deckglas andrerseits eingeschlossen sind. Diese Objekte senden selbst kein Licht aus. Sie werden vielmehr mit durchfallendem Licht beleuchtet. Die Abbildung solcher durchleuchteten Objekte mit feinen Struktureinzelheiten ist nun physikalisch grundverschieden von der Abbildung selbstleuchtender Objekte. Um diesen Unterschied einzusehen, wollen wir zunächst die Abbildung eines selbstleuchtenden Punktes vom physikalisch-optischen Standpunkt aus betrachten. Vir müssen zu diesem Zwecke auf einige Grundtatsachen der physikalischen Optik eingehen.

flbb. 19.

Das Licht besteht aus Schwingungen, die sich in einem äußerst feinen Mittel, dem sog. Lichtäther, wellenförmig sortpflanzen. Beim Schall, der bekanntlich in Schwingungen der Luft besteht, findet die Bewegung der Luftteilchen in Richtung der Fortpflanzung der Schallwellen statt. Man nennt solche Wellen, deren eine durch die obere, in gerader Linie liegende Punktreihe in Abb. 19 dargestellt wird, longitudinale Wellen, wie aus den Erscheinungen der Polarisation des Lichtes, auf die wir später kurz eingehen müssen, folgt, finden die Schwingungen der Lichtätherteilchen immer senkrecht zur Richtung der Lichtfortpflanzung, also senkrecht zu den Lichtstrahlen statt. Die Licht- a* wellen bestehen demnach aus transversalen Schwingungen. wenn ein Atherteilchen Schwingungen um seine Ruhelage herum ausführt, so überträgt sich seine Bewegung mit sehr großer Geschwindigkeit auf ein Rachbarteilchen und von diesem weiter auf immer neue Atherteilchen. Denken wir uns die zu einer bestimmten Zeit vorhandenen

Schwingungszustände einer Reihe von hintereinander liegenden Ather-teilchen festgehalten, so erhalten wir bas in Abb. 19 unten wiedergegebene Bild einer allerdings stark vergrößerten Lichtwelle. Man nennt die größte Abweichung eines schwingenden Teilchens aus seiner Ruhelage, also in Hbb. 19 die Strecke a, seine Hmplitude. Die zu irgendeiner Zeit vorhandene Hbweichung heißt allgemeine Ph ase. Die Entfernung X zwischen 2 Teilchen von genau gleichem Schwingungszustand, also z. B. die Strecke AB, heißt Wellenlänge. Die Zeit, welche verfließt, bis sich eine Schwingung um eine Wellenlänge fortgepflanzt hat, nennt man Schwingungsdauer?. Die von einer Welle in einer Sekunde zurückgelegte Strecke oder die Fortpflanzungsgeschwindigkeit

v ist also der Me Teil von X, oder v = j. Oie Lichtwellen sind selbst

viel zu klein und die Schwingungen geschehen dabei viel zu rasch, als daß wir sie mit unseren Sinnen irgendwie direkt wahrnehmen könnten. Die wellennatur des Lichtes folgern wir vielmehr indirekt aus seiner Fähigkeit zu interferieren.

Unter Interferenz verstehen wir die gegenseitige Beeinflussung, welche bei der Durchkreuzung zweier oder mehrerer Wellenzüge stattfindet. Treffen zwei Wellenzüge in einem Punkte zusammen, so ergibt sich der Schwingungszustand des in diesem Punkte befindlichen Teilchens durch einfache geometrische Addition und Subtraktion der Ausschläge, welche das Teilchen unter dem Einfluß jeder Wellenbewegung unabhängig von der anderen machen würde. Maßgebend für das Ergebnis der Interferenz ist derphasenunterschied, mit welchem die beidenwellen zusammentreffen, wir wollen annehmen, daß zwei auf einer geraden Linie mit entgegengesetzter Richtung sich bewegende Wellenzüge von gleicher Amplitude und Wellenlänge in einem Punkt zusammentreffen. Beträgt dann ihr Phasenunterschied gerade eine halbe Wellenlänge, so wird das in diesem Punkte befindliche Teilchen von der einen Welle ebenso stark nach der einen Seite, wie von der anderen Welle nach der anderen Seite bewegt. Die beiden Bewegungen heben sich also auf, und das Teilchen bleibt in Ruhe, und ebenso alle anderen Teilchen,

auf welche die Wellen treffen, vgl. Abb. 20, y, wo die eine der interferierenden Wellen durch kleine Punkte, die andere durch kleine Kreise .dargestellt ist; die resultierende Welle wird durch die dicken Punkte angegeben, wie man leicht verifizieren kann, findet dasselbe statt,

o -> •

stbb. 20.

wenn der Phasenunterschied % Wellenlängen, % Wellenlängen, allgemein ein ungerades vielfaches einer halben Wellenlänge, d. h. X

beträgt. Ist der Phasenunterschied gleich einer ganzen Wellenlänge, so treffen beide Wellen mit gleichem Bewegungssinn zusammen (Abb. 20, X). Die Wirkung der einen wird dann durch die Wirkung der anderen verstärkt. AIs resultierende Welle ergibt sich eine Welle mit doppelter Amplitude, aber gleicher Wellenlänge. (Ein Gleiches gilt für Phasenunterschiede von 2, 3, 4, allgemein n Wellenlängen oder n - X. Liegt

der Phasenunterschied zwischen zwei Werten nX und 2n^~ - X, so findet entweder eine teilweise Aufhebung oder eine teilweise verstär-

kMuG 678: Chringhaus. Vas Mikroskop

III. Das zusammengesetzte Mikroskop kung beider Wellen statt, vgl. Ebb. 20,    , welche die Interferenz

zweier Wellen mit dem Phasenunterschied ~ darstellt; die dicken Punkte

bilden auch hier wieder die resultierende Welle. Wenn nun bei der Durchkreuzung von Lichtstrahlen an bestimmten Stellen in einem optischen Mittel Ruhe der Atherteilchen, d. h. Dunkelheit eintreten kann, so läßt sich dies nur durch eine Ert Wellennatur des Lichtes erklären. Es gibt in der Tat Erscheinungen in der physikalischen Optik, wo Zonen oder Streifen vollkommener Dunkelheit mit solchen vollkommener Helligkeit miteinander abwechseln, wir nennen diese Erscheinungen Interferenzerscheinungen.

Hbb. 21.

Eine der Grunderscheinungen, bei denen wir die Interferenz des Lichtes beobachten können, ist die Beugung des Lichtes, wie wir früher gesehen haben, pflanzen sich die von einer Lichtquelle ausgehenden Strahlen nach allen Seiten geradlinig fort, versucht man nun, einen einzelnen Lichtstrahl dadurch zu isolieren, daß man das Licht, z. B. ein Bündel von Sonnenstrahlen, durch feinere und immer feinere Öffnungen schickt, so tritt gerade das Gegenteil von dem ein, was man erwarten sollte. Fängt man nämlich das durch die Öffnung gehende Licht auf einem dahinter aufgestellten weißen Schirm auf, so entsteht ein Heller Fleck, der um so unschärfer und breiter wird, je kleiner wir die Öffnung machen. Um an bestimmte Verhältnisse anzuknüpfen, schicken wir ein Bündel von Sonnenstrahlen durch eine V₂ mm große, kreisförmige Öffnung und stellen in einer Entfernung von 2 m hinter der Öffnung unseren Schirm auf. Betrachten wir den auf dem Schirm entstehenden Fleck genauer, so erkennen wir in der Mitte einen Hellen Fleck, der von konzentrischen, abwechselnd Hellen und dunklen Ringen umgeben ist, welche nach außen zu immer schmaler werden, bis sie verschwinden (Ebb. 21). Dieser versuch und der vorige zeigen uns zweierlei: 1. daß das Lichtsich nicht unter allen Umständen geradlinig fortpflanzt, sondern daß es beim hindurchtreten durch enge Öffnungen zum Teil von seiner Richtung abgelenkt wird und 2., daß durch die Wirkung der Lichtstrahlen Maxima und Minima der Helligkeit auftreten können, daß also Interferenzerscheinungen stattfinden. Die beim

Durchgang durch die Öffnung g er ade hindurchtretenden Lichtstrahlen bilden auf dem Schirm den zentralen Fleck. Die Ringe werden von den abgebeugten Strahlen erzeugt. 3n jedem Punkt des ersten dunklen Ringes treffen zwei Strahlen zusammen, deren Wegedifferenz von zwei innerhalb der Öffnung gelegenen Punkten aus eine halbe Wellenlänge beträgt. DieStrahlen kommen also auch mit diesem phasen-unterschied auf dem Schirm in je einem Punkt zusammen und erzeugen durch Interferenz den dunklen Ring. Für die folgenden dunklen Ringe beträgt die Wegdifferenz der zugehörigen abgebeugten Strahlen der Reihe nach -§-X, y X usw. Die zwischen den dunklen Ringen liegenden hellen Ringe entstehen durch abgebeugte Strahlen, deren Wegedifferenz X, 2 X usw. ausmacht, wegen der immer gröher werdenden Neigung der gebeugten Strahlen gegen den auffangenden Schirm werden die Ringe sehr schnell schmaler und schmaler, bis sie unsichtbar werden.

Die Erscheinung bleibt dieselbe, wenn das Licht vor dem Zusammentreffen auf einem Schirm durch ein optisches System geht. Als Schirm kann z. B. die Netzhaut unseres Auges dienen. Auf der Netzhaut werden die Strahlen durch Brechung an der Hornhaut und an der Augenlinse zur Vereinigung gebracht.

Um uns subjektiv von der Beugung bes Lichtes an einer runben, feinen Öffnung zu überzeugen, stechen wir in ein gut glattgestrichenes StückZlaschen-ftanniol ein feines Loch mit einer bünnen Nähnabelspitze, halten wir bas Stanniolftücf mit ber feinen Öffnung bicht vor ein Auge unb blicken ba= burch nach ber Sonne, so sehen wir biefe von konzentrischen bunklen Ringen umgeben, wir machen ben versuch am besten bes Morgens ober bes Abenbs, wenn bie Sonne nicht zu hoch am Himmel steht Bei genauem Zusehen erblicken wir hierbei an ben bunklen Ringen noch schmale farbige Säume. Diese entstehen immer bei Interferenzerscheinungen burch Beugung, wenn weißes Licht benutzt wirb, sinb also auch bei ben vorher behandelten versuchen vorhanben. wollen wir bie Beugungserscheinungen in einfarbigem Licht sehen, so müssen wir bie burch bas beugenbe Diaphragma tretenben Strahlen burch ein gefärbtes, etwa rotes ober blaues Glas schicken.

Bei der Abbildung von selbstleuchtenden Objekten durch optisch e I nstrum ente, wie z. B. das Mikroskop, liegen ganz ähnliche Verhältnisse vor wie bei dem letzten versuch. Die Beugung des Lichtes kommt hier zustande an den Faffungsrändern der Linsen und an den in den Tubus eingebauten Blenden. Im Prinzip läßt sich dies zeigen an einer Linse, die vor einer Blende angebracht ist (Abb. 22). von dem auf der optischen Achse ber £infeLL gelegenen Punkts aus falle ein Strahlenbü-fchel auf diese Linse. Durch Brechung der Lichtstrahlen an der Linse wird der Punkt rein nach den Gesetzen der geometrischen Optik in dem ebenfalls auf der optischen Hd)fe liegenden Punkt P" abgebildet. Durch Beugung an den Rändern der Blende BO werden die Strahlen des die Linse durchsetzenden Büschels abgelenkt, und es treten neben dem ersten auf der optischen Achse gelegenen Schnittpunkt weitere Schnittpunkte auf, die seitlich von der optischen Achse konzentrisch um diese herum liegen, wie das durch die Schnittpunkte P" und P'" in der Abbildung angedeutet ist. Ist die Blende kreisförmig, so entstehen durch Interferenz D in den Schnittpunkten der seitlich abgebeugten Strahlen wieder wie vorher ab wechselnd L dunkle und helle Ringe. Das durch ein Linsensystem entworfene Bild eines leuchtenden Punktes ist also ebenfalls ein leuchtender Punkt, der von schmalen, abwechselnd hellen und dunklen Beugungsringen umgeben ist. Interferenzfähig sind nun nur solche Lichtstrahlen, welche von einund demselben Punkt eines leuchtenden Körpers herrühren, da nur bei solchen Strahlen übereinstimmend orientierte Schwingungen von übereinstimmend vor sich gehendem Phasenwechsel, man sagt kohärente Schwingungen ausgesandt werden. Die von verschiedenen Punkten eines selbstleuchtenden Rorpers kommenden Strahlen sind also nicht kohärent und infolgedessen nicht interferenzfähig. Die Bilder benachbarter Punkte von selbstleuchtenden Körpern können sich danach durch Interferenz nicht gegenseitig beeinträchtigen, hieraus folgt, daß selbstleuchtende Körper durch das Mikroskop sowohl wie durch jedes andere optische Instrument Punkt für Punkt ganz nach den Gesetzen der geometrischen Optik abgebildet werden. Man nennt die Abbildung selbstleuchtender Körper durch optische Systeme primäre Abbildung.

P'"

P' P"

tu

IV

<M i

A/V mAi WA/>V

flbb. 22.

9. Die Abbildung nicht selbstleuchtender Objekte oder sekundäre Abbildung.

Die Abbildung eines nicht selbstleuchtenden Objektes durch optische Systeme geschieht durch Lichtstrahlen, welche, von irgendeiner Lichtquelle ausgehend, den Körper treffen. Diese Strahlen werden von dem nicht

leuchtenden Körper in verschiedener weise beeinflußt. Sie werden reflektiert, absorbiert, gebrochen und zerstreut bzw. gebeugt. Für die gewöhnliche mikroskopische Beobachtung von durchleuchteten, feinen Strukturen kommt hauptsächlich die Absorption, die Brechung und die Beugung des Lichtes in Frage. Die Abbildung nicht selbstleuchtender Objekte mittels auffallender oder durchfallender Lichtstrahlen wurde von <E. Abbe als sekundäre Abbildung bezeichnet, während nun bei der primären Abbildung die Beugung der abbildenden Strahlen an der Eintrittsöffnung des optischen Systems das Charakteristische des Vorganges darstellt, spielt bei der sekundären Abbildung in erster Linie die Beugung der beleuchtenden Strahlen an den feinen Struktureinzelheiten des Objektes selbst eine Rolle. Der Einfluß feiner Struktureinzelheiten auf den Abbildungsvorgang läßt sich in übersichtlicher weise an einem Gitter studieren. Ein solches Gitter wird z. B. erhalten, wenn man in eine auf einem Glasstreifen niedergeschlagene, undurchsichtige Silberschicht mit einer an dem Reißerwerk einer Ceilmaschine befestigten Radel lauter feine, in gleichen Abständen eng beieinanderliegende parallele Linien einritzt. Es entsteht hierdurch ein Gitter aus abwechselnd durchsichtigen und undurchsichtigen Streifen, wie Abb. 23 in vergrößertem Maßstabe zeigt. Die Zahl der Gitterlinien ist in Wirklichkeit meist erheblich größer als in der Abbildung. Lassen wir auf ein solches Gitter, senkrecht zur Ebene der Gitterlinien, ein Bündel paralleler Sonnenstrahlen fallen, das vorher ein gefärbtes, rotes oder blaues Glas passiert hat, so geht genau wie bei der schon besprochenenBeugung an einer runden Öffnung ein großer Teil des Lichtes in der ursprünglichen Richtung hindurch, der andere Teil der einfallenden Lichtstrahlen hat aber nach dem Durchsetzen des Gitters seine ursprüngliche Richtung geändert und ist in verschieden starkem Maße abgebeugt worden. Den Winkel zwischen den ursprünglichen Strahlen und den Strahlen einer bestimmten Beugungsrichtung nennen wir Beugungswinkel (Abb. 24    a).

flbb. 23.

wenn diese abgebeugten Strahlen auf einem weit entfernten Schirm aufgefangen werden, so kommen immer kohärente Strahlen zur Interferenz, und es entstehen seitlich von dem hauptbild der Lichtquelle, also in unserem Falle der Sonne, abwechselnd helle und dunkle Stellen. Die Lage dieser Stellen ist abhängig von der Entfernung der Gitterstriche voneinander und von der wellen-

länge des benutzten Lichtes. Nach den allgemeinen Gesetzen der Wellentheorie wird, wie früher auseinandergesetzt, durch Interferenz von Lichtstrahlen Dunkelheit erzeugt, wenn sie mit einem Phasenunterschied von einer halben, und größte Helligkeit, wenn sie mit einem Phasenunterschied von einer ganzen Wellenlänge zusammentreffen. Unter Berücksichtigung dieser beiden Grundtatsachen ergibt sich mit Hilfe etwas weitergehender physikalischer Kenntnisse, wie wir sie hier anwenden können, der Satz: Durch die^Beugung paralleler Lichtstrahlen an einem Gitter entstehen auf einem hinter diesem ausgestellten Schirm Maxima

la

2\

abb. 24.

der Helligkeit für jede Richtung der abgebeugten Strahlen, für die der Sinus des Veugungswinkels a gleich einem ganzzahligen vielfachen der Wellenlänge X, dividiert durch den Rbstand zweier Gitterlinien, der sog. Gitterkonstante a ist. sin a m • X

= - a.......-, wo m eme ganze

Zahl bedeutet (Rbb. 24,2). Bus dieser Formel geht hervor, daß die Beugung der Strahlen proportional der Wellenlänge stattfindet, für eine große Wellenlänge oder rotes Licht also größer ist als für eine kleine Wellenlänge oder blaues Licht. Bei Beleuchtung des Gitters mit parallelem weißen Licht werden hiernach die verschiedenen, farbigen Bestandteile desselben infolge der verschieden starken Beugung getrennt, und es entsteht ein sog. Gitterspektrum.

Die mikroskopischen Objekte weisen nun neben ähnlich feinen Liniensystemen noch kompliziertere Struktureinzelheiten auf wie ein künstliches Gitter. Das Gitter stellt also den Idealfall eines mikroskopischen Objektes dar, an dem wegen der großen Regelmäßigkeit der Struktur die Erscheinungen der sekundären Rbbildung in besonders übersichtlicher weise hervortreten. Benutzen wir ein solches Gitter als mikroskopisches Objekt, so entstehen von einer weit entfernten, weißen Lichtquelle, mit der wir das Gitter beleuchten, durch Beugung und Interferenz lauter farbige Beugungsbilder. Diese liegen, da sie durch parallel ausfallende Lichtstrahlen erzeugt werden, in der Hinteren Brennebene des Objektives. wegen der kurzen Brennweiten der Mikroskopobjektive kann man auch jede künstliche Lichtquelle praktisch als weit entfernt betrachten. In Rbb. 25 ist das Objektiv durch eine einfache Vikonvexlinse dargestellt. Die unter verschiedenen Richtungen einfallenden Parallelstrahlenbündel schneiden sich nach der Beugung am Objekt und nach der Brechung an dem Objektiv in Punkten der Hinteren Brennebene des Objektives. In der Abbildung ist dies leicht zu erkennen, wenn man die mit gleichgefiederten Vordere Pfeilen versehenen Strahlen verfolgt. Ruf jeder Seite der optischen RchseschneidetsichjedesBündelvon Parallelstrahlen in einembeftimm-ten Punkte der Brennebene und interferiert hierbei in dieser Ebene.

(Bitterformel. Theorie der sekundären Abbildung nach Rbbe 39

Bildebene

Hintere

Brennebene

Objektiv

Brennebene

Objektebent

Die Rbbesche Theorie der sekundären Rbbildung besagt    ctbb*²⁵*

nun, daß das mikroskopische Bild aus der Übereinanderlagerung der durch das Objekt in der Hinteren Brennebene des Objektives hervorgerufenen Beugungserfcheinungen entsteht. Eine punktweise, also vollkommen ähnliche Rbbildung findet hierbei immer nur dann statt, wenn alle Beugungsmaxima bis zu verschwindender Intensität zur Bilderzeugung beitragen. Das Bild ist um so ähnlicher, je mehr INaxima an seinem Zustandekommen beteiligt sind, wenn nur das Hauptmaximum zur Bilderzeugung beiträgt, so ist das Bild dem Objekt nicht mehr ähnlich. Der niedrigste Grad von Ähnlichkeit tritt erst dann ein, wenn außer dem Hauptmaximum wenigstens die ersten beiden Nebenmaxima oder auch nur eins dieser Nebenmaxima an der Bilderzeugung mitwirken. Der Beweis dieser Säße sei hier auf experimentellem Wege, nach der Methode von Rbbe erbracht, wir benutzen als Objekt das mittlere Gitter der Diffraktionsplatte nach Rbbe, wie sie von E. Zeiß-Iena mit den notigen Zubehörteilen in den Handel gebracht wird.

Dieses Gitter besteht aus Hellen, parallelen, geraden Linien, die, wie oben beschrieben, in die Silberschicht geritzt sind. In der einen

Hälfte bes Gitters haben die Linien den doppelten Kbstand wie in der anderen, nach Art der Darstellung in Abb. 26a, wo die äußeren Dimensionen 32 fach vergrößert, die Zahl der Gitterlinien auf den achten Geil verringert ist. wir stellen auf dieses Gitter ein Mikroskop mit schwacher Vergrößerung, entsprechend der Kombination von Zeitz a a mit Okular 2, scharf ein, wobei wir zur Beleuchtung recht Helles Licht benutzen. Unter dem Kondensor, in dem Blendenträger des sog. Abbefchen Beleuchtungs-apparates, den wir später eingehend beschreiben werden, bringen wir einen 0,3—0,4 mm breiten Spalt so an, daß er ungefähr in der optischen Achse liegt.

I il> Sill

Hl

t:

?3

li¹

Rbb. 26.

Den Spalt können wir uns leicht durch Ausschneiden aus einem runden Stück Karton oder starkem Stanniol mittels eines Zedermessers herstellen, wenn man an seinem Mikroskop keinen Kondensor besitzt, kann man die Blende auch in den Zylinder einsetzen, der die auswechselbaren, festen Blenden trägt.

Den Spalt orientieren wir von vorn nach hinten, wenn wir in Be-obachtungsstellung hinter dem Mikroskop stehen. Die Gitterstriche müssen in derselben Richtung laufen. Nimmt man nun das Okular aus dem Tubus heraus und sieht in diesen hinein, indem man das Auge etwa 7 cm über das obere Tubusende erhebt, so erblickt man im Grunde des Tubus die Jnterferenzerscheinung, welche durch die Beugung der von dem Spalt herkommenden Lichtstrahlen an dem Gitter hervorgerufen wird. Außer dem Hauptmaximum, dem direkten weißen Spaltbilde in der Mitte, erscheint rechts und links davon eine große Reihe schmaler, spaltförmiger Beugungsspektren Abb.26b. Die innere, in der Abbildung kurz gestrichelte Seite dieser Spektren ist violett, die äußere, in der Abbildung lang gestrichelte Seite, rot gefärbt. Der Abstand der Beugungsspektren, die von der Gitterseite mit kleinerem Linienabstand herrühren, ist doppelt so groß wie derjenige auf der Gitterseite mit halb so großem Linienabstand. Um das ganze Beugungsbild zu übersehen, muß man mit dem Auge über dem Tubus

etwas hin- und herwandern.

oo

Zur Bestätigung der Rbbeschen Theorie können wir nun folgende grundlegenden versuche anstellen:

Rbb. 27.

versuch wir bringen zunächst in der Ebene der Veu-gungsspektren eine spaltförmige Blende (Rbb. 27 a) an, welche nur das direkte Bild des Spaltes, also das Hauptmaximum, durchläßt.

Um dies bequem ausführen zu können, befindet sich unter den Zubehörteilen zur Rbbeschen Oiffraktionsplatte neben den nötigen Spaltblenden ein Zwischenring mit seitlichem Schlitz, der zwischen Objektiv aa und Tubus eingeschaltet wird. Durch den Schlitz, der gerade in der Brennebene des genannten Objektives liegt, lassen sich die zu diesem und den folgenden versuchen nötigen Blenden leicht einschieben.

Nach Einlegen unserer Blende erblicken wir im Tubus das Bild der Rbb. 27 a. Setzen wir jetzt das Okular wieder ein, so sind die vorher scharf eingestellten Striche des Gitters verschwunden. Rn ihrer Stelle sehen wir nur ein leeres weißes Feld ohne Rndeutung einer Struktur, wie das Rbb. 27b zeigt, wir erkennen also, daß das Hauptmaximum nicht zu einer ähnlichen Rbbildung des Objektes ausreicht.

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Versuch 2. wir entfernen das Okular wieder und setzen jetzt an Stelle der schmalen Blende vom vorigen versuch die breitere von Rbb. 28a ein. Die Breite dieser Blende ist gerade so groß, daß von den Veu-gungsspektren, welche den größeren Strichabständen entsprechen, nur die beiden ersten, dem hauptbild benachbarten,durchgelassen

werden, vergleiche Bbb. 28 a. wiedereinsetzen des Okulares erscheint im Mikroskop das Bild von Bbb.28b. wir erkennen in der einen Hälfte die Linien der weiteren (Bitterfette; der engeren Gitterseite entspricht aber wiederum nur ein leeres, strukturloses Feld. Die jetzt sichtbaren Linien sind zwar etwas verbreitert gegenüber dem ursprünglichen, nicht abgeblendeten Bild, entsprechen aber sonst ganz der Struktur im Original. Der versuch zeigt, datzerstdurchhinzutretenderbeiden ersten Nebenmaxima zum Hauptmaximum eine Ähnlichkeit zwischen Bild und Objekt auftritt.

ss

Hbb. 29.

Nach

IO

II

i:

Versuch 5. Wechseln wir nun die Blende gegen eine von solcher Breite aus, daß auch noch die beiden ersten Beugungzspektren der engeren Gitterhälfte durchtreten können, so erscheint im Tubus das Bild von Bbb. 29 a. Oben sehen wir vier, unten zwei Beugungsspektren. Nach Einsetzen des Okulares haben wir jetzt das Bild von Bbb. 29b, welches das Gitter schon in seinen richtigen Verhältnissen wiedergibt. Die Linien erscheinen jetzt merklich schmaler wie bei Bbb. 28 b und das Bild steht an Genauigkeit nicht viel mehr hinter dem ganz ohne Busblendung von Spektren erhaltenen Bilde zurück. Sehr elegant zeigt die Bbhängigkeit der Struktureinzelheiten im Bilde von der Beschaffenheit des Beugungs-bildes in der Objektivbrennebene noch der folgende versuch 4. wir wählen zum Einlegen in die Brennebene eine Blende mit drei nebeneinanderliegenden spaltformigen Bus-

schnitten von solcher Weite und solchen Abstünden, daß nur den beiden ersten Beugungsspektren, welche der feineren Gitterstruktur entsprechen, der Durchgang gestattet ist; vgl. Bbb. 30 a. Nach Einhängen des Okulares sehen wir das mikroskopische Bild der Bbb. 30b. hierin sind die Streifen mit großen Bbständen verschwunden. 3m ganzen Gesichtsfeld erscheint nur die feinere Gitterstruktur, die, der Bbbeschen Theorie entsprechend, ihre Entstehung der künstlichen Bbänderung des Veugungsbildes verdankt. Die künstlich hervorgerufene Struktur erscheint dabei so vollkommen scharf wie ein richtiges mikroskopisches Bild.

Mit den beiden außer dem zu den vorigen versuchen benutzten Streifensystemen auf der Bbbeschen Vifsraktionsplatle noch vorhandenen Gitter-strukturen können ähnliche versuche angestellt werden, wie wir sie eben besprochen haben. Da wir hierdurch aber nichts wesentlich Neues kennen lernen würden, wollen wir von einer Beschreibung dieser versuche absehn.

ctbb. 31.

Ganz entsprechende Erscheinungen, wie sie bei den versuchen mit der Diffraktionsplatte stattfinden, finden wir bei allen mikroskopischen Objekten. Nur ist es bei der oft komplizierten Struktur dieser Präparate meist schwierig, die Beugungsbilder in der richtigen weife zu entziffern. Eine sehr schöne, regelmäßige Beugungserscheinung kann man an einem zur Prüfung von Mikroskopobjektiven viel benutzten Präparat von Pleurosigtna angulatum beobachten. Es ist dies eine Diatomee, welche auf ihren aus Rieselsäure bestehenden Schalen drei sehr feine, unter 60° zueinander geneigte Streifensysteme aufweist. Brt Stelle des in den vorigen versuchen benutzten Spaltes in der Blendenebene des Kondensors wenden wir ein rundes Diaphragma an. hierzu können wir die 3risblende des Bbbefchen Veleuchtungsapparates benutzen, welche wir bis auf einen Durchmesser von wenigen Millimetern einschnüren. Wir stellen auf eine Diatomee mit mittlerer bis starker Vergrößerung ein und erblicken nach Entfernen des Okulares dasBeugungs-bild, welches Bbb. 31 wiedergibt. Die innere, in der Bbbildung kurz gestrichelte Seite der Beugungsbilder ist violett, die äußere, lang gestrichelte, rot gefärbt.

10. Die Bedeutung -er numerischen Apertur für die Leistungsfähigkeit der Mikroskopobjektive.

Da die von mikroskopischen Objekten erzeugten Beugungsspektren aus abgebeugten Strahlen mit verschieden starker Neigung zustande kommen, muß dafür gesorgt werden, daß das Mikroskopobjektiv auch die Strahlen stärkster Neigung noch aufnimmt, damit eine möglichst große Zahl von Beugungsspektren eintreten kann. Rls Maß für die Rufnahmefähigkeit stark geneigter Lichtstrahlen durch ein mikroskopisches Objektiv haben wir die numerische Rpertur kennen gelernt. Nach der Rbbeschen Theorie der sekundären Rbbildung verstehen wir demnach, daß ein Mikroskopobjektiv um so feinere'Strukturen aufzulösen vermag, je größer seine numerische Rpertur ist. Die Kenntnis dieser Beziehung erlaubt uns eine theoretische Grenze für die Leistungsfähigkeit des Mikroskopes aufzustellen. Nach S. 38 gilt für die Beugung paralleler Lichtstrahlen an einem aus parallelen Linien

bestehenden Gitter die Formel sin a =    . Treten die gebeugten

Strahlen statt in Luft in ein Mittel von höherem Brechungsindex ein, so haben wir die linke Seite dieser Gleichung noch mit dem Brechungs-exponenten n des Mittels zu multiplizieren. Die Formel lautet dann:

n • sin a =    • Der Rusdruck n • sin a ist aber nichts anderes als

die numerische Rpertur der verschiedenen vom Gitter kommenden Beu-gungsmaxima. Da zur Erkennung einer Struktur wenigstens die beiden ersten Beugungsmaxima, für die m = 1 ist, in das Objektiv eintreten müssen, so muß die numerische Rpertur A des Objektives zur Ruflösung

einer Linienstruktur mit den Rbständen a gleich — sein. Die Formel

lautet jetzt also A = n-sincx= hieraus folgt für den kleinsten mikroskopisch noch auflösbaren Rbstand zweier Linien die Bedingung a = — • Man kann demnach mit dem Mikroskop

um so feinere Strukturen (um so kleinere Rbstände d) auflösen, je größer der Nenner A und je Heiner der Zähler X, d. h. je größer die numerische Rpertur des benutzten Objektives und je kleiner die Wellenlänge des zur Beleuchtung angewandten Lichtes ist. Die bisher benutzte Gitterformel gilt für den Fall, wo die Lichtstrahlen senkrecht auf das Gitter treffen, beim Mikroskop also, wenn wir die sog. gerade Beleuchtung des Objektes anwenden, bei welcher Spiegel, Kondensor und Blenden sich alle in der optischen Achse befinden (flbb. 34). Nun lassen sich die mikroskopischen Präparate durch verstellen der Blenden oder auch des planen Veleuchtungsspiegels aus der optischen Achse heraus auch mit schief einfallendem Licht beleuchten (Hbb. 35). wir haben dann den $al\, daß Bündel von Lichtstrahlen schief aus ein Beugungsgitter auftreffen. hierfür lautet die Gitterformel:

A = n • sin a =

m - x

Für das Auflösungsvermögen beifchieferVeleuchtung folgt hieraus H - Bei der schiefsten Beleuchtung, die bei der numerischen

Apertur ^4 eines Mikroskopobjektives noch möglich ist, können wir also doppelt so feine Gbjektstrukturen auflösen wie bei gerader Beleuchtung.

wenn die Apertur der beleuchtenden Strahlen einen anderen wert hat als die des Objektives, so tritt an Stelle der vorigen Formel für schiefe

wo a₀ die numerische Apertur des

Beleuchtung die Formel A — --    ^ -,

Objektives und ak die wirksame Apertur der Beleuchtung ist. Die stärkste Auslosung wird erreicht, wenn a₀ = ak = a ist. Den Fall ak>a₀ werden wir später behandeln.

H. Einrichtung und Handhabung eines modernen Mikroskopes.

Um die optischen Bestandteile des Mikroskopes in bequemer und vollkommener weise benutzen zu können, müssen sie an einem zweckentsprechenden Stativ befestigt fein, wir wollen gleich ein größeres Mikroskopftativ besprechen, um alle für die Beobachtung im gewöhnlichen durchfallenden Licht in Frage kommenden Einrichtungen kennen zu lernen.

Das Stativ erhebt sich auf einem ziemlich schweren Fuß (Fs in Abb. 32), der den Schwerpunkt des gesamten Aufbaues möglichst nach unten verlegt, hierdurch wird ein ruhiges und sicheres Stehen des Instrumentes erreicht. An dem Fuß ist der, das eigentliche Mikroskoprohr tragende Zwischenträger Zw entweder angegossen oder, wie in Abb. 32, vermittels eines Schraubengelenkes, der sog. Rippe Ki, kippbar daran befestigt. Diese Rippung des oberen Mikroskopteiles gegen

den Fuß dient dazu, dem Mikroskop entweder eine für viele Arten der Beobachtung bequemere schräge Lage oder eine für mikrophotographische Aufnahmen oder Mikroprojektionen vielfach angewandte horizontale Stellung zu geben. Damit auch in diesen Stellungen kein Überkippen des Statives nach hinten eintritt, soll der $vl$ mit einem genügend weit ausspringenden Ansatz, dem sog. Sporn N, versehen sein. An dem Zwischenträger sind zunächst die Führungen für die Fein- undGrobverschiebung des Tubus in Richtung der optischen Achse angebracht.    Ot

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Mi

Zw

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unserem Stativ wird die Feinbewegung durch die seitlich angebrachten, von    gp

Fsl

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Rbb. 32.

links und rechts zu bedienenden Rnopfebetätigt, wovon der eine bei Mi in der Abbildung zu sehen ist. Die Einrichtung einer Feinbewegung kann sehr verschiedenartig gestaltet sein.

Sie läuft im Prinzip aber meist auf die Betätigung einer Mikrometerschraube hinaus, die entweder unmittelbar oder durch Vermittlung eines geeigneten Mechanismus auf den Schlitten der Feinverstellung wirkt. Der Schlitten wird hierbei durch eine der Schraube entgegenwirkende Feder in jeder eingestellten Lage festgehalten. Zeichnungen, die den Mechanismus der verschiedenen Feinbewegungen im einzelnen darstellen, findet man in den Katalogen fast aller Mikroskopfirmen. Der Knopf der Mikrometer-schraube trägt meist eine Teilung, an der man die Verstellung des Tubus in vertikaler Richtung in 0,001 mm= 1 ju ablesen kann. Die Grobverstellung des Tubus erfolgt mittels Zahn und Trieb durch Drehen eines der beiderseits auf der Triebachse sitzenden Trieb-knopfe Tr. Sie dient zum Scharfeinstellen auf das Objekt bei schwachen Vergrößerungen und zum annähernden Einstellen bei mittleren und starken Vergrößerungen, An der Führungsstange für die Grobver-stellung ist unmittelbar der Mikroskoptubus R angeschraubt. Der Tubus enthält am oberen Ende einen verschiebbaren Stutzen, den sog.Tubus-Auszugs. Dieser trägt eineMillimeterteilung, an der man seine Stellung ablesen kann. Die Verschiebung des Auszuges kann benutzt werden, um innerhalb kleiner Grenzen eine Kompensation der durch ein Deckglas von unrichtiger Dicke hervorgerufenen Aberration zu bewirken. Man merke sich hierfür die allerdings nur mnemotechnische Bedeutung besitzende Regel, daß die Summe von Deckglasdicke undTubuslänge gewifsermaßenkonstantbleibenmuß. Der Auszug muß also weiter eingeschoben werden, wenn das Deckglas zu dick, er muß weiter ausgezogen werden, wenn das Deckglas zu dünn ist. Normalerweise, d. h. für die richtige Deckglas-dicke soll der Auszug immer aus eine bestimmte, von der erzeugenden Zirma angegebene Zahl eingestellt sein. Diese Zahl gibt die Entfernung des oberen Auszugendes vom unteren Tubusende an. Durch eine solche konstant einzuhaltende Einstellung wird bewirkt, daß Okular und Objektiv immer in einer bestimmten Entfernung voneinander gehalten werden. Diese Entfernung heißt mechanische Tubuslänge. Siehe die Strecke Amitt Abb. 36 u.Abb. 16. Sie ist merklich verschieden von der optischen Tubuslänge A und kann deshalb nicht für eine genaue Berechnung der Vergrößerung einer Mikroskopkombination mit Hilfe der Formel von Seite 20 dienen. Das untere Ende des Tubus trägt ein Innengewinde, in das entweder ein Objektiv oder verschiedenartige Zwischenteile eingeschraubt werden können.

Die Objektträger, welche die mikroskopischen Präparate tragen, werden zur Untersuchung aus den Gbjekttisch Ot gelegt und können aus ihm mithilfe von Fe der klammern, den sog.Tischsedern (s. Abb.32 u. Abb. 36 Kl) festgehalten werden. Der Objekttisch besteht im einfachsten Falle aus einer dicken viereckigen Metallplatte, wie Ot in Abb. 36, die auf einem Ansatz des Mikroskopfußes angeschraubt ist. Um das Untersuchungsobjekt von unten her beleuchten zu können, ist

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Nbb. 33.

der Tisch mit einer in der Verlängerung der Mikroskopachse liegenden Durchbohrung versehen. Bet dem Stativ in Hbb. 32 ist der Tisch rund und läßt sich um seine Hchse drehen. Damit das Zentrum der Tischdrehung genau in die optische Hchse des Mikroskopes gebracht werden kann, ist der Tisch mittels zweier Schrauben, von denen die eine bei C in Hbb. 32 zu erkennen ist, in zwei um l 20 o zueinander geneigte und zu der Mikroskopachse senkrechte Richtungen verschiebbar. Man nennt diese Bewegung das Zentrieren des Drehtisches. Hn Stelle des einfachen zentrierbaren Dreh tisch es kann auch ein zentrierbarer sog. Rreuztisch treten (siehe Hbb. 33). Er hat außer den Bewe-gungsmoglichkeiten des vorigen Tisches noch zwei weitere. Mittels der Schraube V läßt sich der obere Teil des Tisches parallel zur Tischoberfläche in der einen und mittels der Schraube L ebenfalls parallel zur Tischoberfläche in der dazu senkrechten Richtung verstellen. Zum halten

des Objektträgers dient ein fester Anschlag, gegen den die eine schmale Kernte des Glases zu liegen kommt, in Verbindung mit einer verschiebbaren Zeder, welche gegen die andere Kante gedrückt wird. Diese Einrichtung, mit der sich das Präparat zum Absuchen mechanisch in zwei zueinander senkrechten Richtungen verschieben läßt, heißt eine mechanische Gbjektsührung. Um bestimmte Stellen des Präparates leicht wieder auffinden zu können, läßt sich die Einstellung beider Objekt-führungen an je einer Skala ablesen. Man braucht sich auf der Etikette des Präparates nur die zwei bei einer bemerkenswerten Gbjektstelle abgelesenen Zahlen zu notieren, um später durch Einstellen eben dieser Zahlen die Stelle schnell wiederzufinden.

Zur Beleuchtung des Objektes dient der unter dem Objekttisch angebrachte BeIeuchtung§apparat(Din Abb.32, siehe auch Abb. 16). Durch den Spiegel Sp, der, wie schon erwähnt, auf der einen Seite als Plan- aus der anderen Seite als Hohlspiegel ausgestaltet ist, wird das von der Lichtquelle kommende Licht in den Kondensor geworfen. Der Kondensor besteht gewöhnlich aus 2 Linsen (Abb. 16), und pflegt die numerische Apertur 1,2 zu haben. Theoretisch soll in der unteren Brennebene des Kondensors die Irisblende sitzen. Diese Brennebene liegt aber so nahe vor der unteren Linsenfläche (oder beim dreifachen Kondensor sogar innerhalb der unteren Linse), daß die Anbringung der Irisblende genau in der unteren Brennebene, mit Rücksicht auf den mechanischen Aufbau des Beleuchtungsapparates, nicht möglich ist. Man verlegt deshalb die Blende etwas unter die untere Brennebene, so nahe als möglich an diese heran (Abb. 16). Da die benutzten Lichtquellen im Verhältnis zur Brennweite des Kondensors, die etwa 8 bis 10 mm beträgt, ziemlich weit entfernt find, so können die vom Planspiegel reflektierten Strahlen als nahezu untereinander parallel angesehen werden. Diese Strahlen werden also immer ungefähr in der oberen Brennebene des Kondensors zur Vereinigung gebracht. Es entsteht in dieser Ebene daher ein Bild der Lichtquelle. Dieses Bild mutz zur Erzielung einer möglichst großen Helligkeit genau in der Ebene des Objektes liegen. Die nicht weit von der unteren Kondensorbrennebene liegende Jrisblende wird durch den Kondensor in großer Entfernung über der Gbjektebene abgebildet. Vas Bild der Irisblende kann also durch das Mikroskop nicht deutlich gesehen werden. Durch verengern der Blendenöffnung wird an der Größe des Gesichtsfeldes nichts geändert. Cs wird vielmehr lediglich eine Änderung

NNuG 678: Lhringhaus, Vas Mikroskop

der Hpertur der aus betn Kondensor austretendenZtrah len herb eigeführt. Je nach der Größe der Blende Kondensor wird einem breiteren oder engeren Licht-strahlenbündel der Eintritt in den Kon* Lmm irisblende densor gestattet. Dementsprechend ändert zentnsch sich die Neigung der äußersten aus dem Kondensor kommenden Strafen zur optischen Hchse oder die Hpertur des Kondensors. vgl. den Verlauf der beleuchtenden Strahlen bei der Öffnung 11' und 22' der Irisblende in flbb. 34. Die nahe der unteren Kondensorbrennebene sitzende Irisblende bezeichnet man deshalb als Hperturblende. Die Veränderung der Hpertur der beleuchtenden Strahlen dient dazu, die Helligkeitskontraste im mikroskopischen Präparat für jeden $all möglichst günstig abzustimmen. Eine ähnliche Wirkung erzielt man durch heben und Senken des ganzen Kondensors vermittels des Eriebknopfes J. In der Praxis pflegt man beide Möglichkeiten zu vereinigen. Um den Kondensor gegen andere Beleuchtungs-Vorrichtungen auswechseln zu können, läßt sich der ganze Kondensorträger in seiner untersten Stellung seitlich aus der Mikroskopachse herausklappen. Solange das Zentrum der Irisblende mit der optischen Hchse zusammenfällt, haben wir den Fall dergeradenBeleuchtung des Objektes. Um auch fchiefeBeleuchtung anwenden zu können, die ja, wie wir Seite 45 gesehen haben, eine Verdoppelung des Huflösungsvermögens der Objektive mit sich bringt, läßt sich die Irisblende durch Drehen des Knopfes Sch seitlich aus der optischen Hchse herausbewegen. Die am Stativ Hbb. 32 befindliche Hperturirisblende hat die größtmögliche exzentrische Stellung. Die Verstellung der Blendenöffnung erfolgt durch den Stift Sti. Je nach dem Grade der Exzentrizität der Blende ändert sich die Neigung der Hchse des beleuchtenden Strahlenbüschels gegen die optische Hchse, vgl. Hbb. 35, die den Gang der beleuchtenden Lichtstrahlen bei stark irisblende exzentrischer Stellung der Irisblende exzentrisch darstellt. Die Kombination des Kondensors mit der nach der Seite verstellbaren Irisblende wurde von Hbbe eingeführt

Objektebene

2"    1” Hbb. 34.

Objektebene

Kondensor

Hbb. 35.

und heißt der Abb escheBeleuchtungsap parat.

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Stellt des zweisachenRondensors mit der numerifchen Apertur 1,2 kann auch ein dreifacher mit der numerischen Apertur 1,4 angewandt werden. Die bei diesem mögliche größere Belechtungsschiefe ist für (Ölimmerfionen höchster Apertur sowie für Dunkelfeldbeleuchtung (S. 84) wichtig. Bei schwachen Vergrößerungen ist die vom Kondensor beleuchtete Gb-jektstelle kleiner wie das Gesichtsfeld der (Objektive. Tr Damit das Präparat bei diesen Vergrößerungen in genügend großer Ausdehnung gleichmäßig beleuchtet ist, wird der Ronden-for aus feinem Träger Herausgenom-men unddie Beleuchtung nur mit dem ^    ^

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abb. 36.

Spiegel ausgeführt. Zur Vermeidung von Überstrahlung und zur Herbeiführung eines günstigen Kontrastes im Bilde kann an Stelle des Kondensors eine Fassung eingesteckt werden, in welche verschiedene feste Diaphrag- s~ men, dieS.30 erwähnten Zylinder- , blenden. (vgl. Abb. 36 Bl) aus- ¹—-wechselbar gegeneinander eingesetzt Kl werden können. Die Größe der Zy-linderblendenöfsnungen soll das jeweilige Gesichtsfeld nur wenig überschreiten. Eine weitere Regulierung des Lichtkontrastes kann durch Senken und heben der Zylinderblenden erzielt werden, genau wie dies mit dem Kondensor möglich ist. Die Zylinderblenden werden vielfach auch ersetzt durch eine unmittelbar unter dem Mikroskoptisch fest eingesetzte Kugel5 irisblende, die sog. Tischirisblende. Diese gestattet die Einengung der beleuchtenden Strahlen auf das Gesichtsfeld in stetiger Abstufung. An dem Stativ Abb. 32 wird sie durch den Stift U betätigt.

Bei Öen besseren Kondensoren läßt sich zur Erzielung einer gleichmäßigen Beleuchtung bei schwachen Vergrößerungen auch die untere Konbenforlinfe

allein verwenden. Zu diesem Zweck ist die obere Rondensorlinse abschraubbar. Diese Beleuchtungsart wird besonders bei der Mikrophotographie und Mikroprojektion mit schwachen und mittleren Vergrößerungen angewandt.

Billige Stative sind an Steile des Kondensors häufig nur mit Zylinder-blenden ausgerüstet. Ein solches für Teilnehmer an Einführungskursen in die Zoologie und Botanik sowie für Naturliebhaber überhaupt recht brauchbares Instrument zeigt Rbb.36. Die Einzelteile, von denen wir einige schon früher kurz kennen gelernt haben, tragen hierbei dieselbe Buchstabenbezeichnung wie am Stativ Rbb. 32. hier werden die Zylinderblenden auch zur Regulierung der Beleuchtung bei starken Vergrößerungen benutzt, wegen der eintretenden Lichtschwäche empfiehlt es sich im allgemeinen nicht, die Zylinderblenden bei Vergrößerungen über 500 noch anzuwenden. Ein Kondensor ist dann nicht gut zu entbehren. Um auch bei den einfachen Stativen schiefe Beleuchtung anwenden zu können, ist der den Spiegel tragende Rrm H, wie in der Rbb. 36 ersichtlich, oben sowohl wie unten mit je einem Gelenk versehen. hierdurch kann der Spiegel aus der optischen Achse heraus verstellt werden.

12. Praktische Winke für den Gebrauch und die Behandlung des Mikroskopes.

Das Einstellen des Mikroskopes auf ein Untersuchungsobjekt, d. h. die Bewegung des Tubus mit Hilfe des Triebes, bis beim hineinschauen in bas Okular ein deutliches Bild erscheint, wird am sichersten zunächst immer mit einer schwachen Vergrößerung ausgeführt. Das große Gesichtsfeld der schwachen Objektive erlaubt hierbei ein leichtes Finden und Zurechtrücken des Objekts. Ruch läßt sich bei dem zugehörigen weiten Objektabstand ein Rufrennen des Objektives auf Deckglas und Objektträger und damit eine Beschädigung von Präparat und Objektiv leicht vermeiden. Bei schwachen Vergrößerungen genügt zur völligen Scharfeinstellung meist der Trieb.

vor dem Übergehen zu stärkeren Vergrößerungen rückt man die für die genauere Untersuchung in Frage kommende Stelle des Präparates in die Mitte des Gesichtsfeldes. Dabei ist zu beachten, daß wegen der umgekehrten Lage des mikroskopischen Bildes zum Objekt jede Bewegung des Präparates ebenfalls in umgekehrter Richtung vorgenommen werden muß, wie es im Bilde erscheint. Die letzte Scharfeinstellung wird bei den stärkeren Vergrößerungen mit der Mikrometerschraube herbeigeführt. Da bei den stärksten Objektiven der Abstand der Frontlinse vom Deckglase nur etwa 0,1—0,2 mm beträgt, so muß die Einstellung mit diesen besonders vorsichtig geschehen. Man verfährt am besten so, daß man den Mikroskoptubus, unter Beobachtung von der Seite her, vorsichtig so weit senkt, bis der untere Fassungsrand das Deckglas fast berührt. Erst

jetzt schaut man ins Okular und bewegt den Tubus mit der Mikrometerschraube langsam aufwärts, bis das Bild scharf erscheint. Bei der Einstellung mit Immersionsobjektiven ist die Bildung von Luftblasen in dem Immersionsmittel (Wasser, Zedernholzöl) zu vermeiden, da jede Blase, welche in den Bereich der das Gesichtsfeld ausfüllenden Strahlenbüschel gelangt, durch Licht- oder Schattenwirkungen Störungen im Bilde hervorruft. Man verhütet die Bildung von Luftblasen durch langsames Eintauchen der Gbjektiv-front in den auf dem Deckglase ausgebreiteten Tropfen der Immersionsflüssigkeit. Sind zufällig dennoch Blasen entstanden, so können sie durch langsam wiederholtes Aus- und Eintauchen des Objektives entfernt werden.

Um ein Mikroskop dauernd in gutem Zustande zu halten, ist es in erster Linie vor Verstaubung zu schützen. Der Staub schädigt mit der Zeit nicht nur die Linsenoberflächen, sondern gibt auch Veranlassung zu Störungen an den beweglichen Teilen des Mikroskopes. So können die Führungen für die Grob- und Feinbewegung durch hineingeratenen Staub, je nach den Umständen, einem Ausleiern oder verschmieren unterliegen. Außer dem jedem Mikroskop beigegebenen Rasten oder Schrank sind als Staubschutz besonders Glasglocken geeignet, welche über das am Arbeitsplatz stehende Instrument gestülpt werden.

Das Reinigen verstaubter oder beschmutzter Linsenflächen geschieht am besten mit altem, oft gewaschenen Leinen. Bei fettigen oder klebrigen Schmutzflecken tränkt man das Leinen mit etwas Alkohol oder Üther. Die den Immersionsobjektiven anhaftende Flüssigkeit mutz unmittelbar nach Beendigung der Beobachtung durch Abtupfen mit reinem Fließpapier und Uachreiben mit Leinewand beseitigt werden. Eintrocknende wassertropfen können die Politur der Frontfläche anfressen und hierdurch Flecke hervorrufen, welche die Leistung des Objektives mit der Zeit beeinträchtigen. . Das für die homogenen Immersionen benutzte Zedernholzöl verharzt durch Sauerstoffaufnahme aus der Luft ziemlich schnell und bildet dann einen harten Überzug auf der Objektivfront und dem Deckglas, der nur durch Abwischen mit reichlich in Benzin, £t)lol oder einem anderen Lösungsmittel getränkter Leinwand zu entfernen ist. Das kstneingeraten von Zedernholzöl in Gewindegänge der Gbjektivfassungen oder gar in Führungsteile des Mikroskopes ist unbedingt zu vermeiden, da durch das verharzende Ol die Bewegungen vollkommen gehemmt werden.

Zur Ersparnis des teuren Zedernholzöles kann bei Benutzung eines Konöenfors der numerischen Apertur 1,2 der optische Kontakt zwischen Objektträger und oberer Kondensorlinse einfach mit destilliertem Wasser hergestellt werden. Auch bei einem Kondensor von der numerischen Apertur 1,4 ist dies in den meisten Fällen vollkommen ausreichend.

\3. Die Objektive.

Die Objektive stellen den kostbarsten und wichtigsten optischen Bestandteil der Mikroskopes dar. Ihre Einteilung nach der Art des Mittels, das sich zwischen Frontlinse und Deckglas befindet, in Tro cken-spsteme und Immersionen haben wir bei Besprechung der nume-

rischen Apertur schon kennen gelernt. Eine weitere Einteilung der Mikroskopobjektive bezieht sich auf den Grad ihrer chromatischen Korrektion. Man unterscheidet danach Achromate, Apochromate und Semi-Apochromate oder Zluoritsyfteme.

Die Achromate sind die am längsten bekannten Mikroskopobjektive und bestehen aus sehr haltbaren, altbewährten Glassorten. Bei diesen Gläsern ist die chromatische Korrektion nur bis auf den Rest des sekundären Spektrums durchführbar. Alle Achromate zeigen deshalb an scharfen Konturen im Präparat, besonders nach dem Rande des Gesichtsfeldes zu und bei starken Vergrößerungen, die das sekundäre Spektrum darstellenden lichten, einerseits purpur bis rosa, andererseits grünlich gelb gefärbten Zarbsäume. Altere Objektive waren vielfach aus mehreren in sich achromatischen Einzellinsen zusammengesetzt. Durch An- und Abschrauben dieser 3—5 Linzellinsen konnten ebenso viele Brennweiten und diesen entsprechende Vergrößerungen erzeugt werden, heute wird dieser Wechsel der Vergrößerung nur noch in beschränktem Maße bei verhältnismäßig schwachen Systemen angewandt. Ein solches System ist an das Stativ Abb. 36 (ABC) angeschraubt. Für manche Untersuchungen bei schwachen Vergrößerungen von wert ist auch ein Mikroskopobjektiv, bei dem durch Drehen eines Ringes die Entfernung zweier achromatischer Linsen so verkürzt werden kann, daß die Vergrößerung stetig auf das Dreifache gesteigert wird. Alle stärkeren Systeme hingegen werden heute so gebaut, daß sie nur im ganzen ein fehlerfreies Bild liefern. Ein schwächeres achromatisches Objektiv befindet sich auf Abb. 16. Die achromatischen Trockensysteme werden ausgeführt bis zur numerischen Apertur von 0,90. Zür Untersuchungen bei höheren Aperturen kommen die achromatischen Wasser-immersionen bis zu Aperturen von 1,2 und weiter die achromatischen Olimmersionen oder homogenen Immersionen bis zu Aperturen von 1,30 in Betracht. Zur Bezeichnung der Objektive benützt man seit alters her entweder einfach mit der Verkürzung der Brennweite steigende Uummerir oder die Buchstaben des Alphabets. Bei den später aufgekommenen Typen hat man zur Bezeichnung in rationeller weise die Brennweiten eingeführt. Dies war auch schon früher bei den Olimmersionen gebräuchlich. Man bezeichnete sie mit der in englischen Zoll ausgedrückten Brennweite. Eine Olimmerfion ^ hat demnach eine Brennweite von 1,8 mm. heute werden in Deutschland die Brennweiten meist nur noch in mm angegeben.

Die Apochromate zeichnen sich vor den Achromaten dadurch aus, daß bei ihnen auch das sekundäre Spektrum so gut wie vollkommen beseitigt ist. (Es gelang dies zuerst nach den Berechnungen von E. Abbe in der optischen Werkstätte vonE.Zeiß. Ausschlaggebend für die Möglichkeit, derartige Systeme zu verwirklichen, war die Erfindung besonderer Glassorten durch Schott, den Begründer der Jenaer Glasschmelzerei. Diese Glassorten gestatten, in Verbindung mit einem isotropen Mineral, dem Flußspat, achromatische Linsenkombinationen herzustellen, bei denen statt zweier Farben des Spektrums deren drei in einem Punkt vereinigt werden, hierdurch sind praktisch alle Farben sehr nahe in einem Punkt vereinigt. Außerdem ist es möglich geworden, die sphärische Aberration statt für eine, für zwei Farben vollkommen zu beheben, so daß die chromatische Differenz der sphärischen Aberration beseitigt ist. Da dies nicht nur für die Nähe der optischen Achse, sondern auch für alle Zonen bis zum Rande des Gesichtsfeldes erreicht ist, übertrifft die Güte des Bildes bei den Apochromaten auch außerhalb der optischen Achse bedeutend diejenige des Bildes bei den Achromaten, wegen der, gegenüber den Achromaten gleicher Brennweite recht hohen Apertur der Apochromate, macht sich bei diesen die Krümmung der Bildfläche in stärkerem Maße bemerkbar als bei den Achromaten. Dies ist für subjektive Beobachtungen kein Nachteil, da durch Nachstellen mit der Mikrometerschraube Rand und Mitte des Gesichtsfeldes leicht und schnell nacheinander scharf eingestellt werden können. Bei photographischen Ausnahmen mit dem Mikroskop bewirkt die Bildkrümmung allerdings einen merklichen Schärfeabfall nach dem Rande des Photogramms zu. Die Aperturen der apochromatischen Trockensysteme gehen bis zum Wert 0,95, die der apochromatischen Glimmersionen bis zum wert 1,40.

Die Zemi-Apochromate oder Zluoritsysteme sind Objektive, bei denen zwar durch die Verwendung von Flußspatlinsen eine bessere Farbenkorrektion erzielt ist als bei den Achromaten, die aber noch einen ganz geringen Rest des sekundären Spektrums aufweisen. Dieser Rest ist allerdings so wenig auffällig, daß diese Systeme für viele Zwecke der Praxis die Apochromate ersetzen können. Immerhin machen sich besonders bei schiefer Beleuchtung und bei feinsten Strukturen noch geringe Farbensäume geltend, die bei den Apochromaten vollkommen ausbleiben.

Die stärkeren Trockensysteme und Wasserimmersionen, besonders die Apochromate, sind häufig mit einer Einrichtung versehen, die eine

Einstellung des Objektives auf verschiedene Deckglasdicken ermöglicht. Durch Drehung eines Ringes wird die Entfernung der unteren Linsen dieser Objektive von den oberen in solchem Maße verändert, daß die durch verschiedene Deckglasdicken hervorgerufene Aber-ration der Lichtstrahlen kompensiert werden kann. Hrt einer auf der Fassung dieser sog. Rorrektionsspsteme angebrachten Lkala kann die Einstellung aus eine bestimmte Deckglasdicke unmittelbar abgelesen werden.

Das Auswechseln der verschiedenen Objektive gegeneinander geschieht im einfachsten Fall durch Rn- und Abschrauben. Um das Wechseln schneller und bequemer ausführen zu können, hat man Objektivrevolver konstruiert, auf welche zwei bis vier Objektive gleichzeitig aufgeschraubt werden können. Durch einfaches Drehen des Revolverkopfes kann ein Objektiv nach dem anderen in die optische Achse gebracht werden. Ein dreifacher Revolver (Re) befindet sich an dem in Abb. 32 dargestellten Stotm. Er trägt drei Objektive. Die Einführung des Revolvers hat dazu geführt, sämtliche Objektive, mit Ausnahme der allerschwächsten, in der Länge der Fassungen so gegeneinander abzustimmen, daß beim Wechseln der Objektive die Lcharf-einstellung auf das Objekt nahezu erhalten bleibt. Zur völligen Lcharf-einftellung ist dann nur ein geringes Nachstellen mit der Mikrometerschraube erforderlich. Andere Vorrichtungen zum wechseln der Objektive sind der Gbjektivschlitten und die Gbjektivzange.

Die Okulare.

Die für das Mikroskop am meisten gebrauchte Okularform ist das huyghensscheOkular. Es besteht aus zwei Plankonvexlinsen, welche beide ihre konvexe Leite dem Objektiv zuwenden. Die optische Bedingung, welche ein solches einfaches Okular erfüllen muß, besteht darin, daß seine Brennweiten für die verschiedenen Lpektralfarben gleich groß gemacht werden. Dies ist theoretisch möglich, wenn der Abstand D der beiden Einzellinsen das arithmetische Mittel ihrer

Brennweiten ist: D

Brennweite der Rollektivlinse größer als die der Augenlinse, meist im Verhältnis 2 : 1. Die untere Brennebene und die Bildebene des Okulars kommen dadurch zwischen die Linsen zu liegen. An dem Orte

— -y~2 ^. Beim huyghensschen Gkular ist die

der Bilbebene trägt die Gkularfassung die schon genannte Gesichtsfeldblende (Rbb. 16). Die Okulare werden einfach in den Tubus eingesteckt und passen beim Mikroskop im Gegensatz zum Fernrohr ganz leicht, damit ein schneller Wechsel ohne starke Zerstörung der Einstellung des Mikroskopes durch Erschütterungen möglich ist.

EinigeTypen der Mikroskopokulare, besonders diestärkerenUummern und die zu manchen Meßzwecken dienenden Okulare, sind auch nach der Rrt der Ramsdenschen Okulare gebaut. Die obengenannte Bedingung zur Vereinigung der Brennweiten für verschiedene Farben ist bei diesen Okularen dadurch erfüllt, daß die Brennweiten der beiden Linzellinsen annähernd gleich gemacht sind. Der Abstand der Augenlinse von der Kollektivlinse wird also gleich der Brennweite der ersten. In der Praxis nimmt man den Abstand jedoch etwas kürzer, damit die Bildebene und die Brennebene des Okulares ein wenig unter die Kollektivlinse zu liegen kommen, hierdurch ist einmal erreicht, daß die Staubteilchen, welche sich auf die Flächen der Kollektivlinse aufsetzen, nicht gleichzeitig mit dem Bild deutlich gesehen werden, und zum anderen, daß Fadenkreuze, Skalen und andere Hilfsvorrichtungen zum Messen unter dem Okular, also unabhängig von der Okularfassung, angebracht werden können.

Die gewöhnlichen Mikroskopokulare der besprochenen beiden Arten lassen einen Fehler der Objektive bestehen, der sich durch die Objektiv-konstruktion selbst nicht aufheben läßt. Er besteht in der Ungleichheit der Vergrößerung für verschiedene Spektralfarben und macht sich bei den starken Achromaten, noch mehr aber bei den sonst sehr vollkommen korrigierten Apochromaten dadurch geltend, daß gewisse Farbensäume in nach dem Rande des Gesichtsfeldes hin zunehmendem Maße auftreten. Um diesen Fehler zu beseitigen, berechnete Abbe Okulare, welche den gleichen Fehler, aber im entgegengesetzten Sinne, aufweisen, während die Objektive für Rot schwächer vergrößern wie für Blau, findet bei solchen Okularen das Umgekehrte statt. Diese Okulare von kompliziertem Bau, welche Kompensationsokulare genannt werden, geben ein merklich farbenreineres Bild wie die gewöhnlichen Mikroskopokulare. Man erkennt sie daran, daß sie an der Blende einen gelblichen bis gelblichroten Saum zeigen.

Um die für photographische Aufnahmen und Projektionen mit dem Mikroskop störende Krümmung der Bildfläche möglichst unschädlich zu machen, hat man besondere Okulare, die orthoskopischen oder komplanatischen Gkulare gebaut, welche ein nahezu ebenes Gesichtsfeld aufweisen, allerdings etwas auf Kosten der Farbenkorrektion nach dem Rande des Gesichtsfeldes zu.

15. Die AuflSsungsfähigkeit der verschiedenen Mikroskopobjektive.

wie wir gesehen haben, ist dem Auflösungsvermögen des Mikroskops durch die Deugung und Interferenz des Lichtes eine Grenze gesetzt, welche

für schiefe Gbjektbeleuchtung gegeben ist, durch die Formel a =    •

Die Wellennatur des Lichtes, welche dieInterferenzen hervorruft, ist also in letzter Linie die Ursache dafür, dah der Sichtbarmachung der Gestalt kleinster Teilchen eine Schranke gezogen ist, die nach den heutigen Kenntnissen nicht überschritten werden kann. Setzen wir für die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes im Mittel den wert X = 0,55 ju, so ergeben sich aus der angeführten Formel die bei verschiedenen Aperturen der Objektive auflösbaren Strukturen, welche in Kolumne 2 der folgenden Tabelle zusammengestellt sind. Mit Hilfe von Trockenspstemen, deren Aperturen bis zu 0,90 betragen, lassen sich hiernach zwei Teilchen optisch voneinander trennen, deren Abstand 0,31 ju, also ungefähr die halbe Wellenlänge des angewandten Lichtes betragen.

A = n • sina a in n

e = 2'

e = 4'

F mm

F mm

o o o o o o o o cf cd o «-7 «-7 «-7

Ist N vO W OM'* t— O'

Nod’ö'ddd

53

159

317

476

635

741

847

00000^4* O vO tO vO 00 tO

106

2,36

cn

952

1270

1481

1693

0,79

0,39

0,26

0,20

0,17

0,15

Durch Anwendung einer homogenen Glimmersion der Apertur 1,40 wird diese Grenze bis auf 0,19 ju hinaus geschoben.

Die nach Abbes Rechnungen gebaute Monobromnaphthalin-Immersion vergrößert, wie aus der Tabelle ersichtlich, das Auflösungsvermögen im Verhältnis zur Steigerung der Apertur nur noch wenig. Da ein ge-

Grenze des Auflösungsvermögens. Normalvergrößerung

59

eignetes Einbettungsmittel von höherem Vrechungsexponenlen noch unbekannt ist, muß das als Immersionsflüssigkeit bei diesem Objektiv benutzte Monobromnaphthalin vom Vrechungsexponenlen 1,66 auch zur Einbettung der Präparate dienen. Leider ist dies bisher aber nur bei den aus Kieselsäure bestehenden Diatomeenschalen möglich, da alle organischen Substanzen durch das Monobromnaphthalin entweder gelöst oder auf andere weise zerstört werden. Dieser Nachteil sowie die Unbequemlichkeit, Deckgläser und Objektträger von höherem Vrechungsexponenlen wie normal benutzen zu müssen, haben dazu beigetragen, daß die Monobromnaphthalin-Immersion, die übrigens in der Farbenkorrektion als Zemi-Apochromat anzusprechen ist, nur in wenigen Fällen und zwar hauptsächlich bei Erforschung der Diatomeen angewandt worden ist.

Damit eine Gbjektstruktur für bas Buge wirklich sichtbar wirb, genügt es nicht allein, baß bas zur Auflösung benutzte Mikroskop objektiv ein e hinreich enbe numerische Apertur besitzt, vielmehr ist autzerbem noch eine solche Vergrößerung bes mikroskopischen Btlbes erforberlich, baß bie feinsten Ztruktureinzelheiten unter einem Winkel erscheinen, ber bie Grenze bes Zehwinkels etwas überschreitet. Diese Vergrößerung wirb Normalvergrößerung genannt. Nach ben praktischen Erfahrungen muß bei mikroskopischen Beobachtungen ber beutliche Zehwinkel für ein eben bequemes Zehen annähernb gleich zwei Winkel-minuten, für ein ganz bequemes Sehen wenigstens gleich vier Winkelminuten sein. Es sei e ber erforberliche beutliche Grenzsehwinkel, N bie Normalvergrößerung, l bie beutliche Sehweite imb a wie früher ber kleinste trennbare Abstanb. Ist e im Bogenmaß ausgebrückt, so ist bie Größe bieses Bogenmaßes in ber Entfernung l gleich e • /. Dieser Bogen e • l kann bei ber Nleinheit bes Winkels gleich ber zugehörigen Zehne gesetzt werben (Hbb. 37). Die Länge bieser Zehne

--->

flbb. 37.

stellt bie Strecke bar, auf welche bie kleine Größe a in ber Entfernung / vergrößert ist. Die Normalvergrößerung ist also N= Rechnen wir hieraus a aus unb setzen btes in unsere obige Formel ein, so folgt N — —— • e. Die hiernach sich ergebenben werte für bie Normal-

vergrößerung ber verschiebenen Aperturen sinb für e=2' in Kolumne 3 unb für e = 4' m Kolumne 5 ber vorigen Tabelle eingetragen. Man

erkennt an diesen Zahlen, daß die Auflösung der kleinsten sichtbar zu machenden Strukturen eine gar nicht unmäßig hohe Vergrößerung erfordert. Die Normalvergrößerung kann anderseits auch durch die Lupenformel von $.16 ausgedrückt werden, als das Verhältnis von deutlicher

Sehweite/ zur Aquivalentbrennweite^ des ganzen Mikroskops: N= y

Da wir N kennen, können wir hieraus F berechnen. Die Ergebnisse dieser Rechnung zeigen die Kolumnen 4 und 6 unserer Tabelle. Es ist von besonderem Interesse zu sehen, wie kleine Brennweiten sich durch das zusammengesetzte Mikroskop noch nutzbringend anwenden lassen, die bei Einzellinsen technisch überhaupt nicht herstellbar sein würden.

Die obige Tabelle für das Auflösungsvermögen gilt nur, wenn die wirksame Apertur Ak der Beleuchtung gleich der Apertur A₀ des Objektives ist. Ist Ak<A₀ so gilt für das Auflösungsvermögen die schon

A₀ÄTÄk' folgt hieraus, daß

Seite 45 angeführte Formel a =

zur vollständigen Ausnutzung des Auflösungsvermögens eines Mikroskopobjektives der Kondensor wenigstens die Apertur des Objektives erreichen soll. Bei Trockensystemen muß also die numerische Apertur des Kondensors den wert 1 haben. Bet Immersionssystemen hingegen muß sie die Einheit übertreffen. Damit hier die beleuchtenden Strahlen in das Präparat eintreten können, müssen alle Lufträume, von der Kondensoroberfläche beginnend bis zur Frontlinse der Immersion, mit einem Mittel von mindestens gleicher Brechung wie die numerischeApertur des benutztenSystemes ausgefüllt werden. Es müssen also sowohl die Präparate in einem solchen Mittel eingebettet sein, als auch die Räume zwischen Kondensoroberfläche und Objektträger und zwischen Deckglas und Objektiv mit demselben ausgefüllt werden. Andernfalls werden alle Strahlen von größerer Apertur als 1 an der ersten Grenze Glas gegen Luft total reflektiert und scheiden von der Mitwirkung bei der Beleuchtung oder bei der Abbildung aus. vielfach kommt man auch mit geringerer Apertur der Beleuchtung aus und kann auch bei Immersionssystemen die Flüssigkeitsschicht zwischen Objektträger und Kondensoroberfläche oft ohne Nachteil fortlassen.

Kondensor und Auflösungsvermögen. Okularmikrometer

61

IV. Messungen an mikroskopischen Präparaten.

\. Längenmessungen.

Bringt man an dem Ort der Gesichtsfeldblende des HTifroffopes, also in der Ebene der Okularblende, eine durchsichtige Skala cm, so werden deren Striche gleichzeitig mit dem mikroskopischen Bild deutlich gesehen. Man kann auf diese weise die Länge einer bestimmten Strecke im mikroskopischen Bild ohne weiteres in Einheiten der Okular-skala angeben. Eine solche Okularmikrometer genannte Skala ist meist in zehntel Millimeter geteilt und 5 oder 10 mm lang (Bbb. 38). Sie trägt schwarze Striche auf glasklarem Grund. Um uns über die wahre Große der zu messenden Strecke im Bilde klar zu werden, müssen wir berücksichtigen, daß das mikroskopische Bild durch die vergrößernde Wirkung von Objektiv und Okular zustande kommt, das Okularmikrometer, das zwischen den beiden Okularlinsen liegt, aber nur durch die Bugenlinse vergrößert gesehen wird. Die am Okularmikrometer abgelesene Länge einer bestimmten Strecke im Bilde mutz demnach noch mit einem gewissen Faktor, dem sog.Mikrometerwert des Okulares multipliziert werden, um die wahre Größe in Millimetern zu erhalten. Der Mikrometerwert ist die Länge eines Skalenteiles des Okularmikrometers ausgedrückt in yi000 mm = 1 |u. Er ändert sich für jede Kombination eines Okulars mit einem Objektiv. Die Ermittelung dieses wertes    2 2

flbb. 38.

Mikrometer genannte Skala enthält ein Intervall von 2 mm in 200 Teile geteilt oder 1 mm in 100 Teile geteilt. Jeder Teil ist also 0,01 mm lang. Stellt man das Mikroskop auf ein solches Objektmikrometer ein, so kann man leicht feststellen, wieviel Intervalle des Okularmikrometers sich mit einer bestimmten Bnzahl von Intervallen des Objektmikrometers decken. Fallen k Intervalle des Okularmikrometers mit b Intervallen des Objektmikrometers gleich b • 0,01 mm zusammen, so ist der wert eines Intervalles aus dem Okularmikro-

meter oder der Mikrometerwert m = y • 0,01 mm p b

maueren

i/ —

_1    = -£• • 10 ju. Er wird von den Fabrikanten für ihre

-r!    verschiedenen Okulare in den Katalogen angegeben.

Man kann diesen Angaben aber nur die Rolle von

P-

_j Durchschnittswerten beimessen, da die Brennweiten der

ctbb. 39.

Objektive sowohl wie der Okulare praktisch unvermeidliche kleine Schwankungen aufweisen, welche die genauen Größen der Mikrometerwerte entsprechend beeinflussen. Jeder Mikroskopiker muß für wirklich genaue Messungen seinen Mikrometerwert selbst bestimmen. 3um bequemen Auswechseln und Einlegen der Okularmikrometer hat man besondere Okulare konstruiert, welche Mikrometerokulare (Abb. 39) heißen. Bei diesen läßt sich die Fassung an ber Stelle 0 auseinanderschrauben. In die hierdurch sichtbar werdende Eindrehung des unteren Okularteiles paßt das Mikrometerplättchen P hinein und kann ebenso leicht eingelegt, wie herausgenommen werden und in einem andern Mikrometerokular Verwendung finden. Um das Okularmikrometer leicht für jedes Buge scharf einstellen zu können, ist die Augenlinse der Mikrometerokulare in eine besondere hülse H gefaßt, die sich mit etwas Reibung gegen die Skala verstellen läßt.

2. Dickenmessungen.

Die Dicke von manchen mikroskopischen Objekten, wie haaren, Fasern, Poren, Rriställchen u. dgl. läßt sich, wie bei Längenmessungen beschrieben, mit dem Okularmikrometer messen. Außer diesen Dicken in Richtung parallel zum Objekttisch lassen sich mit dem Mikroskop auch Dicken senkrecht zum Gbjekttisch, also in Richtung der optischen Achse, messen, hierzu dient die Mikrometerschraube. Um ein für die mikroskopische Praxis nützliches Beispiel zu bringen, wollen wir die Messung der Dicke eines Deckgläschens beschreiben. Erstes Verfahren: Auf dem Gbjekttisch wird ein leerer Objektträger festgeklammert. Mit mittelstarker Vergrößerung stellen wir das Mikroskop auf ein an der Oberfläche des Objektträgers liegendes Staubkörnchen scharf ein und lesen die Stellung der Mikrometerschraube ab. Das zu messende Deckgläschen legen wir dann aus den Objektträger und heben den Tubus mit Hilfe der Mikrometerschraube so lange, bis

die auf der Oberfläche der Deckglases sitzenden Stäubchen scharf eingestellt sind. Die Differenz zwischen der zugehörigen Ablesung der Mikrometerschraube und der vorigen ergibt unter Berücksichtigung der ganzen Umdrehungen der Schraube unmittelbar die Dicke des Deckglases. Da es vorkommt, daß die Deckgläschen, namentlich bei großem Format, eine merkliche Krümmung aufweisen, so ist zur Erzielung eines möglichst genauen Meßergebnisses das Glasplättchen mit der konvex gekrümmten Seite nach unten auf den Objektträger zu legen. Man kann mit diesem Verfahren auch die Dicke undurchsichtiger Plättchen messen. Das zweite Verfahren läßt sich nur auf durchsichtige Platten anwenden und erfordert die Kenntnis des Brechungsverhält-nisses des Plattenmaterials. Um ein loses Deckgläschen zu messen, machen wir auf seine beiden Flächen je einen kleinen Tuscheklecks, so daß beide Kleckse säst übereinander liegen, wir legen das Gläschen auf den Gbjekttisch und stellen mit einem stärkeren Erockensystem zuerst auf den Rand des unteren Kleckses und hierauf auf den Rand des oberen Kleckses scharf ein. Die Differenz der beiden Einstellungen der Mikrometerschraube würde recht genau die Dicke des Deckgläschens ergeben, wenn es nahezu den Brechungsexponenten 1 besäße. Da aber der Klecks an der Unterseite durch das Glas, also durch ein Mittel von höherem Brechungsexponenten hindurch gesehen wird, so scheint er um eine bestimmte Strecke a höher zu liegen wie in Wirklichkeit. Diese Strecke a heißt Bildhebung. Die scheinbare Dicke d' ist also gleich der wirklichen Dicke d vermindert um den wert a; oder d' = d — a. Die Bildhebung ist gleich der scheinbaren Dicke multipliziert mit dem Unterschied der Brechungsexponenten zwischen Glas und Luft, also a = d' (n — 1). Setzt man dies in die vorige Formel ein, so erhält man d = n • cT. Die wirkliche Dicke wird also erhalten durch Multiplikation der gemessenen scheinbaren Dicke mit dem Brechungsexponenten n des Glases, n kann für die gebräuchlichen Deckgläser gleich 1,5 gesetzt werden. Das zweite Verfahren erlaubt natürlich auch die Messung von Deckglasdicken an fertigen Präparaten, hierbei wird allerdings vorausgesetzt, daß das Deckglas ohne wesentliche Zwischenschicht unmittelbar auf dem Objekt aufliegt. Man hat dann nur nacheinander auf die Oberfläche des Objektes und auf die Oberfläche (Staub) des Deckglases einzustellen, um die scheinbare Dicke dr zu bekommen.

3. Zahlen.

Das Kbzählen mikroskopischer Teilchen kann einen doppelten Zweck haben. (Es kann zunächst dazu dienen, die Mengenverhältnisse verschiedenartiger Teilchen in einem Untersuchungsobjekt festzustellen. Lin Beispiel für diesen $all ist die Ermittelung des Mengenverhältnisses der roten und weißen Blutkörperchen. Man grenzt einen leicht zu übersehenden Teil des Gesichtsfeldes durch eine Blende in der Bildebene des ©Mars ab, zählt an möglichst vielen Stellen des Präparates die roten und weißen Blutkörperchen und nimmt das arithmetische Mittel aus den erhaltenen Zahlen. Nach den Gesetzen der Wahrscheinlichkeit wird das Endresultat dabei um so sicherer, an je mehr Präparatstellen man zählt. Je gleichmäßiger andererseits das Präparat hergestellt ist, mit desto weniger Zählungen kommt man aus. Die wahre Größe des durch eine Blende im ©Mar abgegrenzten Gesichtsfeldteiles muß mit Hilfe eines ©bjektmikrometers für jedes Objektiv besonders ermittelt werden. Für sehr spärlich im Präparat verteilte Partikelchen kann man die ©kularblende selbst als Abgrenzung benutzen. Ein Beispiel hierfür ist die Zählung vereinzelter Bakterienkolonien.

Zweitens kann das Zählen den Zweck haben, die mittlere Anzahl von Teilchen in einem bekannten abgegrenzten Volumen des Präparates zu bestimmen. Man kann hierzu natürlich auch die im vorigen genannte Blende im ©Mar benutzen, wenn man gleichzeitig die höhe des abgegrenzten Gesichtsfeldteiles kennt. Diese kann man mit der Mikrometerschraube messen, indem man nacheinander auf ein am Objektträger und ein am Deckglase adhärierendes Teilchen einstellt. Zur Ausrechnung des wahren höhenwertes ist, wie wir Seite 63 sahen, die Kenntnis des Brechungsexponenten erforderlich. Genauere Resultate erhält man mit Hilfe der sog. Zählkammern, die zur Auszählung von Teilchen in Flüssigkeiten dienen. Eine bestimmte Flüssigkeitshöhe ist bei diesen gegeben durch ein quadratisches Glasplättchen, das in der Mitte eine zylindrische Durchbohrung besitzt. Dieses Glasplättchen ist auf einen gut ebenen Objektträger ausgekittet. Auf dem Boden des so entstehenden niedrigen Hohlzylinders ist ein rundes Plättchen von etwas kleinerem Durchmesser als der hohlraum ausgekittet, das auf der ©berfläche eine mit Diamant geritzte Ouadratteilung trägt. Die höhe dieses Plättchens ist bei den

meisten Zählkammern um genau 0,1 mm geringer wie die des Hohlzylinders, so daß beim Ruflegen eines Deckglases auf diesen ein Raum von 0,1 mm höhe abgegrenzt wird. Damit die Deckgläschen durch die verschiedene Rdhäsion an der Flüssigkeit und am Glase sich nicht durchbiegen, werden sie besonders dick gewählt. Bet stärkeren Vergrößerungen, wo dies wegen des kleinen Gbjektabftandes der Objektive nicht zulässig ist, werden dünnereDeckgläschenbenutzt, diegegenDurchbiegung durch einen aufgeklebten Glasring geschützt sind. Man kann auf diese weise noch Deckgläschen bis zu 0,18 mm herunter benutzen. Da die Rnzahl der weißen Blutkörperchen oder Leukocyten im Blut bedeutend geringer ist wie die der roten oder Erythrocyten, so ist es vorteilhaft, die Ruszählung in verschieden großen (Querschnitten vorzunehmen. Deshalb sind die gebräuchlichen Zählkammern, wie die nach Thoma oder Bürker, mit einer Netzteilung versehen, in der verschieden große Ouadratfelder für das Rüge leicht unterscheidbar abgegrenzt sind. Die roten Blutkörperchen werden in kleinen V400 Qmm großen Quadraten, die weißen in größeren gezählt, wenn die Zahl der auszuzählenden Teilchen so groß ist wie im Blut, wo 4V₂—5 Millionen Blutkörperchen auf 1 cmm Flüssigkeit kommen, so liegen die Partikelchen in der Zählkammer zu dicht oder überlagern sich sogar. Die Flüssigkeit muß deshalb mit einer geeigneten Flüssigkeit auf ein bekanntes Volumen verdünnt werden, hierzu dienen genau kalibrierte Mischpipetten. Das Blut wird z. B. mit der hayemschen Lösung 200fach verdünnt.

4. Winkelmessungen.

Besitzt das Mikroskop einendrehbaren Gbjekttisch, so können Winkel-messungen zwischen zwei Konten eines Objektes ohne weiteres ausgeführt werden, wenn eine Kreisteilung auf dem Rand des Tisches aufgetragen ist, Rbb. 33. RIs feste Marke zur Einstellung der Kanten dient gewöhnlich der eine Faden eines Fadenkreuzes, das in der Ebene der Okularblende ausgespannt ist. hat das Mikroskop einen festen Objekttisch, so lassen sich Winkel durch ein drehbares, mit Teilkreis und Fadenmarke versehenes Goniometer-Okular ausmessen.

V. Die Bestimmung der optischen Konstanten des NNKrosKopes.

Die Messung der Brennweiten optischer Systeme.

Die Brennweiten der optischen Systeme des Mikroskopes werden von den optischen Werkstätten in ihren Verzeichnissen angegeben. Bei einer rationellen technischen Herstellung der Mikroskopoptik ist es nicht

möglich, die t Brennweiten mit

mathematischer Genauigkeit eilt5 y-zuhalten. 3n den Fällen, wo der Mikroskopikerdie Konstanten seiner Optik mög-

/•

TI

---

■y*

-----x-----X-----}

abb. 40. F’

a    x p f

lichst genau zu kennen wünscht, muß er imstande sein, die dazu notigen Messungen selbst vorzunehmen.

Bezeichnen wir in Bbb. 40 die Strecke, welche auf der optischen Bchse zwischen der Objektebene Gl mb der Brennebene FF liegt, mit x, das Objekt Gl mit y und das Bild BI mit y', so gilt die Beziehung

!" = ;£•. Das Verhältnis ~ ist die durch das optische System bewirkte lineare Vergrößerung N des Objektes. Für eine bestimmte Objekt-

1 x

stellung sei die reziproke Vergrößerung ^ = j. vergrößern wir die Entfernung x auf x + a, vgl. G'II in Bbb. 40, so erhalten wir analog    . Bus beiden Gleichungen folgt    ⁼ T oder

n₂ nx

Um die Brennweite eines Linsensystems zu ermitteln, hat man nach dieser letzten Gleichung nur nötig, bei feststehendem System die Vergrößerungen eines Objektes für zwei verschiedene, um eine gemessene Strecken voneinander entfernte Stellungen zu bestimmen. Diese Methode eignet sich sowohl für kleine wie auch für große Brennweiten. Die Bestimmung der Vergrößerung geschieht mittels eines hilfsmikroskopes. Bis solches tann der Okularauszug benutzt werden, in dessen unteres Ende man ein schwaches Objektiv 0 oder 1 einschraubt, und den man mit einem mittelstarken Mikrometerokular versieht. Nach der Beschreibung von Seite 61 stellt man ein für allemal den Mikrometerwert der Okularskala dieses hilfsmikroskopes fest. (Es sei gesunden m =^--0,01 mm.

— ~ • m, mo m der obige

Mikrometerwert ist. Zur Verschiebung der Millimeterskala um eine konstante Strecke a benutzen wir ein Okular, etwa Nr. I, dessen Länge wir genau mit einem Millimeterstab ermitteln, wir entfernen die Objekt-Millimeterskala aus der vorigen Lage und bringen das Okular an ihre Stelle. Die Skala legen wir parallel zur ersten Lage auf das Okular und heben nun unser Hilfsmikroskop so weit, bis wieder parallaxenfreie Einstellung der beiden Skalen aufeinander erreicht ist. wir

Durch Unterlegen zweier gleich hoher Ulotze erhöht man das Mikroskop-stativ etwa 20—25 cm über die Fläche des Rrbeitstisches. Das zu messende optische System wird, unter Zwischenfügen eines Objektträgers, möglichst zentriert aus den Objekttisch gebracht. RIs Gbjekt-skala dient eine einfache Millimeterskala, welche am besten schwarze Striche aus Hellem Grunde trägt. Diese Dbjektskala wird zunächst zwischen die beiden Klötze aus den Rrbeitstisch gelegt, so daß die Mikroskopachse ungefähr aus der Mitte der Skala senkrecht steht. Nachdem Beleuchtungsspiegel und Kondensor zur Seite geklappt sind, hebt oder senkt man das Hilfsmikroskop mittels der Grobeinstellung oder nötigenfalls durch verschieben des Ruszuges so lange, bis die Striche der Millimeterskala zusammen mit den Strichen des Okularmikrometers scharf erscheinen. Um zu erkennen, ob das Bild der unteren Skala sich genau in der Ebene der Okularskala befindet, bewegt man das beobachtende Rüge über dem Okular ein wenig hin und her. Bei richtiger Einstellung darf dabei keine Verschiebung der beiden Bilder gegeneinander stattfinden. Man sagt, Millimeterskala und Gkularskala müssen ohne Parallaxe auseinander eingestellt sein, wir finden, Intervalle der Objektskala decken sich mit o₁ Intervallen der Okularskala. Die Vergrößerung beträgt also Nx

s₂

erhalten als Vergrößerung jetzt N₂ = ^--Tn. Die gesuchte Brennweite

68 V. Die Bestimmung der optischen Konstanten des Mikroskopes

ist dann

m * a

m\o₁ oj ox

i___i_ i

0z

N, N,

Rn Stelle des Okulars Nr. 1 können wir ein an beiden Enden gerade abgedrehtes Stück Messingrohr oder dgl. verwenden. $ür kleine Brennweiten genügt eine Verschiebung a von 5—10 cm, für größere muß man entsprechend längere Rohre nehmen.

2. Bestimmung -er Lage von Brennebenen.

Um mit Hilfe der gemessenen Brennweiten der Okulare und Objektive die Vergrößerung jeder Kombination berechnen zu können, mutz die jeweilige optische Tubuslänge A bekannt fein. Diese ist gegeben, wenn wir die sage der Hinteren Brennebene des Objektives und der vorderen des Okulares kennen. Rls Grundebene, von welcher aus wir die Entfernung der Hinteren Brennebene des Objektives messen wollen, nehmen wir die Ebene des unteren Eubusrandes. wir drücken gegen diesen Rand einen Objektträger an und befestigen ihn mit etwas wachs in dieser sage. Ruf die Stäubchen an der Oberfläche des Objektträgers stellen wir das vorerwähnte hilfsmikrofkop (f.S.67) ein. Die zugehörige Stellung z₀ bes hilfsmikroskopes lesen wir an der Teilung des Ruszuges ab. hierauf schrauben wir (nach Entfernen des Objektträgers) das Objektiv, bei welchem wir die sage der Hinteren Brennebene messen wollen, an seine gewöhnliche Stelle in das untere Tubusende ein. Das von einem entfernten Gegenstände (Schornstein, Baum) kommende ficht spiegeln wir mit Hilfe des Planspiegels bei ausgeschaltetem Kondensor in das Objektiv, welches ein Bild dieses Gegenstandes in feiner Hinteren Brennebene entwirft, wenn wir also unser Hilfsmikroskop auf dieses Bild parallaxenfrei einstellen, so erhalten wir eine tiefere oder höhere Einstellung z* wie vorher, je nachdem die Brennebene unterhalb oder oberhalb des unteren Tubusendes liegt. Die Differenz beider Einstellungen ± (z₀ — zj ist entsprechend zu der mechanischen Tubuslänge Am zu addieren oder subtrahieren.

Um die untere Brennebene eines Gkulars zu finden, bringen wir dieses mit der Rugenlmfe nach unten möglichst zentrisch auf den Gbjekt-tisch. Mit dem Hilfsmikroskop stellen wir bann nacheinander auf die Stäubchen an der unteren Fläche der Kollektivlinse (Einstellung z₂) und auf das durch das Okular entworfene Bild weit entfernter Gegen-

Feststellung der Brennebenen. Messung der Vergrößerung

69

stände (Einstellung z₃) ein. Die Differenz z₃ — z₂ ist von dem Abstand s der unteren Kolleklivlinsenfläche von dem oberen Ende des Gkularrohres abzuziehen, also s — (z₃ — z₂). Da bei normalem Gebrauch dieses Ende mit dem oberen Ende des Auszuges zusammenfällt, so ist diese letzte Differenz die Entfernung der unteren Brennebene des Okulars vom oberen Eubusende. Die optische Eubuslänge erhalten wir jetzt zu A = Am ± (z₀ — zx) — [s — (z₃ — z₂)]. haben wir die Brennweiten eines Objektives und eines Okulares ermittelt, so können wir nach der Formel von S. 20 die Vergrößerung des Mikroskopes für diese optische Kombination berechnen.

3. Direkte Bestimmung der Vergrößerung eines Mikroskopes.

Auf Grund der Definition der Vergrößerung eines Mikroskopes als das Größenverhältnis zwischen dem im Mikroskop gesehenen Bilde und dem in deutlicher Zehweite befindlichen Objekt lassen sich die Vergrößerungs-Zahlen auch direkt bestimmen. Man kann dies benutzen, um die durch Messung der Brennweiten und optischen Tubuslänge und anschließende Rechnung mit Hilfe der eben erwähnten Formel erhaltenen werte zu kontrollieren oder auch, um die Vergrößerung ohne den Umweg über die anderen optischen Konstanten zu bestimmen. Die direkte Bestimmung der Vergrößerung verlangt den vergleich der Größe eines Objektes von bekannten Ausmaßen mit einem in der Entfernung der deutlichen Zehweite befindlichen Vergleichsmaßstab, wir stellen das Mikroskop (nach Herstellen der richtigen Tubuslänge Am eint Auszug) auf ein Objektmikrometer 0 m (Abb. 41) scharf ein. Das Mikrometer drehen wir so, daß die Ztriche von links nach rechts verlaufen, die Stola also in Richtung vorn hinten zu liegen kommt, wie dies in der Abb. 41 rechts unten zu sehen ist. Als Vergleichsmaßstab dient ein guter Millimeterstab M. Diesen legen wir parallel zu dem Gbjektmikrometer seitlich vom Mikroskop (etwa links) auf eine Unterlage von Holzklötzen oder Büchern. Die höhe dieser Unterlage ist so zu wählen, daß der Millimeterstab von der Pupille des einen Auges (in unserem Fall also des linken) des in das Mikroskop hineinschauenden Beobachters genau um die normale deutliche Sehweite von 25 cm entfernt ist (/ in Abb. 41). Während man nun mit dem einen Auge in das Mikroskop hineinsieht, blickt man gleichzeitig mit dem anderen nach dem Vergleichs-

maßstab und findet, daß aus eine bestimmte Strecke von st mm im Mikroskop s₂ mm des Vergleichsmaßstabes kommen. Die Vergrößerung ist

dann F = In dem in 5lbb. 41 unten an-

gedeuteten Beispiel fallen 20 mm des Vergleichsmaßstabes mit 0,20 mm des Gbjektmikrometers zusammen. Die Vergrößerung ist in diesem Falle

also — lOOx. Voraussetzung für die Bestimmung ist, daß beide Rügen des Beobachters ungefähr normal find, fei es an sich oder durch Brillengläser korrigiert. (Es ist vorteilhaft, den Vergleichsmaßstab ziemlich dicht an das Mikroskop heranzuschieben, weil man dann nach kurzer Übung es erreichen kann, daß das Gesichtsfeld des Mikroskopes fast unmittelbar in das Gesichtsfeld des frei blickenden Ruges überzugehen scheint, hierdurch wird die Beurteilung des Zufammenfallens der Teilstriche sehr erleichtert.

(Etwas bequemer und auch bei mangelnder Übung sicherer auszuführen ist die vorige Methode bei Rnwendung eines Zeichenapparates, z. B. desjenigen nach Abbe, welchen wir später beschreiben werden.

4. Messung der Aperturen der Mikroskopobjektive.

Wenn die Brennweite eines Objektives bekannt ist, so kann man seine numerische Apertur leicht durch eine kleine weitere Messung erhalten.

Es läßt sich nämlich zeigen, daß der (Quotient aus dem halben Durchmesser p des aus dem Objektiv austretenden Ltrahlenkegels in der Hinteren Brennebene und der Brennweite f des Objektives gleich der

Augen

Okular

l = 25 cm

Objektiv J

Qm

mm Rbb. 4L mm

numerischen Apertur A ist:    p

A = r

Man hat also nur den Durchmesser des austretenden Strahlenkegels nahe über der Hinteren Gbjektivlinse bei voller Beleuchtung des Objektives zu

messen und seinen halben wert p durch f zu dividieren, um die numerische Apertur zu erhalten. Zur Messung von 2 p kann man sich des beschriebenen hilfsmikroskopes bedienen. Bet Erockensyftemen ist die Apertur der beleuchtenden Strahlen wenigstens gleich oder besser etwas großer zu machen wie die des Objektives. Cs muß also ein Kondensor von mindestens gleicher oder höherer Apertur wie der der zu messenden Objektive vorhanden sein. Bei Immersionssystemen muß man, um den Durchmesser 2 p zu finden, welcher der gewöhnlichen mikroskopischen Beleuchtung entspricht, auf ein in Balsam eingebettetes Präparat einstellen und dann das Präparat so verschieben, daß eine vom Objekt freie, mit Balsam erfüllte Stelle das ganze Gesichtsfeld einnimmt.

will man die numerischen Aperturen unmittelbar messen, so bedient man sich am besten des Abbeschen ApertoMeters, das Aperturen von 0—1,5 etwa durch einfache Einstellung zweier Zeiger und Ablesung ihrer Stellung auf einer Skala zu messen erlaubt, hierzu wird von der Zeißschen Werkstätte eine genaue Gebrauchsanweisung geliefert.

VI. Prüfung der Leistung eines Mikroskopes.

Die Leistungsfähigkeit eines Mikroskopes bei der Erschließung feiner Strukturen nähert sich um so mehr dem theoretischen Wert des Auflösungsvermögens, je besser die Strahlenvereinigung der Mikroskopoptik ist. Diese ist hauptsächlich von der Korrektion des Objektives abhängig. Die Prüfung der Gbjektivspsteme erstreckt sich 1. aus die Güte ihrer Korrektion und 2. auf das Auflösungsvermögen. Die erste Prüfung wird am besten mit Hilfe der Abbeschen Testplatte vorgenommen. Diese stellt ein künstliches Objekt dar, das durch Einreißen von Gruppen paralleler gerader Linien in eine undurchsichtige Silberschicht erhalten ist. Bei der neuesten Form ist die Silberschicht an der Unterseite eines langen, schmalen, in der Längsrichtung keilförmigen Deckglases niedergeschlagen. Die Abstünde der einzelnen Linien sind so groß bemessen, daß sie mit den schwächsten mikroskopischen Vergrößerungen noch auflösbar sind. Das Bild, welches die Abbesche Testplatte bei stärkerer Vergrößerung unter dem Mikroskop bietet, ist in 6bb. 42 wiedergegeben. Jeder Silberstreifen erscheint dabei als zackig begrenztes dunkles Band. Die Dicken des keilförmigen Deckglases sind in Intervallen von Vivo mm von etwa 0,09—0,24 mm direkt

ablesbar auf dem Objektträger aufgetragen. Es sind also alle gebräuchlichen Deckglasdicken vertreten. Durch verschieben der Testplatte unter dem Mikroskop kann man diejenige Deckglas-dicke bestimmen, für welche diesphärischeAb-weichung eines Objektives am günstigsten korrigiert ist. Man erkennt diesen Fehler an nebligen Zäumen und unscharfen Konturen an den dunklen Silberstreifen. Ferner muß bei guter sphärischer Korrektion die Scharfeinstellung des Mikroskopes auf einen durch die Mitte des Gesichtsfeldes gehenden Silberstreifen erhalten bleiben, wenn man von gerader zu schiefer Beleuchtung übergeht. Vieprüfung der chromatischenKorrektiongeschiehtdurch Beobachten der Farbensäume, die bei schiefer Beleuchtung an den Silber-streifen auftreten. Bei Achromaten dürfen in der Mitte des Gesichtsfeldes nur schmale Säume des sekundären Spektrums in den Komplementärfarben hellgrün bis Apfelgrün auf der einen und Purpur bis Rosa auf der anderen Seite der Silberstreifen sichtbar werden. 3nt Falle mangelhafter chromatischer Korrektion treten andere Farben auf. Bei den Apochromaten dürfen in der Mitte des Gesichtsfeldes bei schiefer Beleuchtung auch die Farben des sekundären Spektrums nicht mehr auftreten. Die Prüfungen mit der Festplatte setzen außer einer hellen Beleuchtung die Anwendung starker Okulare voraus. Die schiefe Beleuchtung muß so gerichtet sein, daß die Neigung der Lichtstrahlen in einer.zu der Richtung der Silberlinien senkrechten Ebene stattfindet, wenn kein Abbescher Beleuchtungsapparat am Mikroskop vorhanden ist, kann man die schiefe Beleuchtung auch durch verstellen des Beleuchtungsspiegels aus der optischen Achse hervorrufen.

Rbb. 42.

Die Prüfung des Rufi ö jung s Vermögens geschieht durch künstliche oder natürliche Probeobjekte mit Strukturen von abgestufter Feinheit. AIs künstliches Probeobjekt dient die NobertfcheEe ft platte oder Nobertfches Gitter. Es besteht aus einer großen Zahl (etwa 10—30) von Liniengruppen, welche mit einem Diamanten, in von Gruppe zu Gruppe immer feiner werdenden Abständen, auf Glas gezogen sind. Man hat also in einem Nobertschen Gitter eine Skala von Objekten mit nahe linear steigender Auflösungsschwierigkeit. Durch Angabe der Nummer der noch aufgelösten Liniengruppe kann man danach das Auflösungsvermögen eines Objektives charakterisieren. Lei-

Benutzung von Abbescher Testplatte und Probeobjekten 73

der lassen sich die mit verschiedenen Probeplatten erhaltenen Resultate wegen derverschiedenheit entsprechenderLiniengruppenselbstnichtohne weiteres miteinander vergleichen. HIs aufgelöst ist eine Gruppe nur dann zu betrachten, wenn alle ihre Linien deutlich voneinander getrennt erscheinen. Eine Streifung, die durch das hervortreten einzelner scharf gezogener Linien einer Gruppe verursacht wird, darf nicht als Auflösung dieser Gruppe angesehen werden.

Als natürliche Probeobjekte können sehr verschiedene Präparate dienen. Brauchbar ist jedes Objekt mit feiner hervorstechender Struktur, das dem Mikroskopiker besonders vertraut ist. Als allgemein anerkannte Probeobjekte geeignet find z. B. Insektenschüppchen. Man nimmt dazu meist Schüppchen von Schmetterlingen, wie z. B. von Pieris brassicae (Kohlweißling), weitere im Handel leicht erhältliche Probeobjekte sind dieKieselschalenderDiatomeen. Diese tragen feine Zeichnungen, welche sich als Systeme feiner paralleler Linien oder als Liniennetz darstellen. Diatomeenpräparate von steigender Feinheit der Zeichnung für Objektive verschieden hoher Apertur werden von den verschiedenen Instituten für Mikroskopie angefertigt. Die meist benutzten Diatomeen seien in folgender Tabelle aufgeführt.

Test-Diatomeen.

Art

mm

Für Objektivsysteme von numer. Apertur gerade schiefe Beleucht. Beleucht.

Brenn- Streifenweite abstand in p

0.20

20-30 6—12

0.70—0.80 0.55—0.60    5—10

Navicula viridis Pleurosigma balticum „ angulatum Surirella gemma

a)    (Querftreifung, welche . Q den (Querrippen parallel geht

b)    zarte Längsstreifen \

senkrecht zu den 1.25—1.40    1.0

(Querstreisen    *

Amphipleura pellucida, groß klein

0.45

0.40

ppr

0.65    1,8—4    0.41

1,4-2,5    0.30

1.15 2 etwa 0.25 1.25 1,8 etwa ^ 0.2£

VII. Hilssapparale zum Mikroskop. V Lichtquellen.

Das von hellen weißen Wolken zerstreute Tageslicht ist für die meisten mikroskopischen Untersuchungen bas idealste. Das blaue Himmelslicht verändert durch seine Färbung die Tone der gefärbten Präparate. Rts künstliche Lichtquellen dienen Gaslicht oder elektrisches Glühlicht. Da die Lichtquellen durch den Kondensor in der Objektebene abgebildet werden, so erscheint die Struktur der glühenden, Licht aussendenden Oberfläche, also z. B. die Maschen des Glühstrumpfes oder die Fäden der Glühlampe, mit im mikroskopischen Bild. Es ist deshalb nötig, die Lichtquelle praktisch strukturlos zu machen. Dies geschieht bei Gasglühlicht durch Rufsetzen eines matt geschliffenen Zylinders oder durch Zwischenschalten einer Mattscheibe zwischen Mikroskop und Lampe. Bei Rnwendung von elektrischem Licht benutzt matt matte Glühbirnen. Das von der Lichtquelle nach oben unmittelbar in das Rüge des Beobachters fallende Licht blendet man durch einen paffend angebrachten Schirm ab.

Die künstlichen Lichtquellen enthalten im Verhältnis zum Tageslicht mehr Rot wie Blau. Um ihr Licht dem Tageslicht möglichst ähnlich zu machen, schaltet man ein schwach blau gefärbtes Robaltglas ein. Ein solches Blaufilter läßt sich einfach und bequem in den Blendenträger des Rbbeschen Beleuchtungsapparates einlegen.

2. Mechanische Nebenapparate.

a) Gbjektfiihrapparate. wie wir bei Beschreibung des Mikroskopes S. 46 gesehen haben, läßt sich an diesem Instrument mit Hilfe eines Ureuztifches das Rbsuchen von Präparaten mittels zweier senkrecht zueinander gerichteten Bewegungen mechanisch ausführen. Um eine mechanische Objektführung auch an solchen Mikroskopstativen ausführen zu können, welche nicht mit einem Rreuztisch ausgerüstet sind, kann man sich eines Objektführapparates bedienen, wie er in Rbb. 43 abgebildet ist. Er wird mittels zweier Stifte in die Bohrungen des Objekttisches für die Tischfedern eingesetzt. Zwischen den Stiftlöchern wird eine Bohrung mit Gewinde in dem Gbjekttisch angebracht, in welche eine am Objektführapparat befindliche Schraube eingeschraubt wird. Durch Rnziehen dieser Schraube wird der Rpparat auf dem

Tisch festgeklemmt. Die Objektträger werden mittels

zweier Klammern r (in der Abbildung l oben links und i

rechts) von den _

schmalenSeitenher 3^?,II,IIIII¹I°, gehalten. Die eine '80} ! ! dieser Klammern — (links),

.........I'.......

.2,0    .    30

itak

50(

welche durch Anziehen einer Schraube festgeklemmt werden kann, dient als Anschlag, gegen welchen die eine Schmalseite des Objektträgers angelegt wird. Die andere Klammer

flbb. 43.

kann durch einfaches verschieben gegen die andere Schmalseite des Objektträgers gepreßt werden. Zwei an dem Objektführapparat angebrachte Teilungen mit Nonien erlauben, den Apparat in ähnlicher weise wie den Kreuztisch als Ander zu benutzen. Die Anschlagklammer ist zu diesem Zweck immer in dieselbe Stellung zu bringen, bzw. in dieser Stellung zu belassen. Um eine bestimmte Stellung dieser Klammer für Objektträger einer Große leicht und sicher wiederfinden zu können, markiert man sich die Mitte eines Objektträgers der fraglichen Größe durch ein eingeritztes Kreuz. Man braucht dann die Anschlagklammer bei anliegendem Objektträger nur so weit zu versetzen, daß das Kreuz in der Mitte des Gesichtsfeldes erscheint. Bet manchen Objektführungen ist die Stellung der Anschlagklammer durch eine besondere dritte Skala und Nonius genau ablesbar. Ist der Objektführapparat auf einem zentrierbaren Drehtisch befestigt, so ist bei Aufsuchung einer gewünschten Objektstelle mit Hilfe der Skalen der Drehtisch jedesmal genau zu zentrieren, hierzu kann man einen beliebigen hervorstechenden Prä-paratpunkt benutzen. Man verrückt den ins Auge gefaßten Punkt so lange, bis er beim Drehen des Tisches keinen Kreis mehr beschreibt, sich also im Ruhepunkt des Drehtisches befindet. Durch verstellen der Zentrierschrauben bringt man dann den so eingestellten Punkt in die Mitte des Gesichtsfeldes.

b) Okular-Zchraubeninikroineter. Bei den Mikrometerokularen ist man für die Messung der feinsten Unterabteilungen des Millimeters auf eine Schätzung der Intervalle angewiesen. Zur Ausführung sehr genauer Messungen kann man an Stelle eines Okularmikrometers ein Gkular-Schraubenmikrometer anwenden. Bei diesem geschieht die Messung durch eine feine Schraube, deren ganze Umdrehungen durch eine Skala, und deren Teilumdrehungen durch eine geteilte Trommel abgelesen werden können. Die Schraube bewegt einen mit einem länglichen Ausschnitt versehenen Schlitten, der ein Fadenkreuz trägt. Dieses wird nacheinander auf den Anfangs- und Endpunkt einer zu messenden Strecke eingestellt und die zugehörigen Einstellungen der Schraube voneinander abgezogen. Die Differenz ergibt die Länge der Strecke zunächst in Einheiten der Schraubenumdrehung. Um die wahre Länge zu finden, muß man in derselben Meise wie beim Okularmikrometer den wahren Wert einer Schraubenumdrehung mit Hilfe eines Objektmikrometers ermitteln. Mit dem erhaltenen Faktor ist die in Einheiten der Schraubenumdrehung ausgedrückte Länge zu multiplizieren.

3. Optische Nebenapparate.

a) polarisationrvorrichtung, Untersuchungen optisch anisotroper Stosse. Fällt ein Strahl natürlichen Lichtes, das im allgemeinen transversale Schwingungen in fortwährend wechselnden Richtungen ausführt, durch eine aus Kalkspat hergestellte und Nicolsches Prisma oder einfach Nicol genannte Vorrichtung (tob. 44), so erweist er sich beim wiederaustritt als seitenverschieden oder polarisiert. Dies erkennt man, wenn man den austretenden Strahl nach Durchgang durch ein zweites Nicol ins Auge gelangen läßt. Dreht man nämlich dieses zweite Nicol um den Lichtstrahl rt als Achse von 0—360°, so erscheint das Gesichtsfeld in zwei diametralen Stellungen dunkel und in zwei hiervon um 90° verschiedenen Stellungen hell. Der Übergang von Dunkel zu Hell findet dabei während des Drehens allmählich statt. Das erste Nicol wählt aus den Schwingungen des natürlichen Lichtes nur solche aus, welche parallel zu der langen Diagonale ss feiner

Gkularschraubenmikrometer. Untersuchungen im pol. Licht

77

Endflächen schwingen (Bbb. 44 unten). Blle anderen Schwingungsrichtungen werden nicht hindurchgelassen. Daß tatsächlich eine entsprechende seitliche Änderung des Lichtstrahles stattfindet, wird durch sein oben erwähntes Verhalten nach dem Passieren des zweiten Nicols bewiesen. Die transversal in einer bestimmten Richtung schwingenden Lichtwellen aus dem ersten Nicol werden nur dann vollkommen durchgelassen, wenn seine Schwingungsebene parallel zu der des ersten, nicht dagegen, wenn diese Ebene senkrecht dazu steht. Bus der Möglichkeit der Erzeugung von polarisiertem Licht folgt, wie schon früher erwähnt, daß die Lichtschwingungen nickt longitudinal, sondern transversal sind. Das zur Herstellung

des polarisierten Lichtes dienende Nicol wird Polarisator, .. das zur Prüfung dieses Lichtes dienende Nicol Bnalysator s / genannt. Sind beide Vorrichtungen zueinander in Dunkel-

Rbb. 44.

stellung, so sagt man, die Nicols seien gekreuzt.

Die Untersuchung zwischen gekreuzten Nicols spielt eine großeNolle für alle anisotropen Rörper, d.h.für solcheRörper, in welchen das Licht sich, im Gegensatz zudenisotropenRörpern,in verschiedenen Richtungen ungleich schnell fortpflanzt. Diese Eigenschaft äußert sich unter anderem darin, daß jede Lichtwelle beim hindurchtreten durch einen anisotropen Rörper in zwei Wellen mit senkrecht zueinander stehenden Schwingungsrichtungen zerlegt wird. Es entstehen also aus einer einfachen eintretenden Welle zwei austretende, welche senkrecht zueinander polarisiert sind. Dringt man isotrope Rorper zwischen gekreuzte Nicols, so bleibt das Gesichtsfeld immer dunkel, wie man die Rorper auch drehen mag. Bnisotrope Rörper lassen das Gesichtsfeld unter den gleichen Umständen nur dann dunkel, wenn ihre Schwingungsrichtungen parallel zu denen der Nicols liegen. Dreht man einen solchen anisotropen Rorper mit Hilfe eines Drehtisches so, daß seine Schwingungsrichtungen schief zu denen der Nicols lausen, so wird das Gesichtsfeld aufgehellt. Jede der beiden aus der polarisatorwelle im Rorper entstehenden, senkrecht zueinander polarisierten Lichtwellen erfährt im Bnalysator eine abermalige doppelte Zerlegung, wobei die senkrecht zur Schwingungsebene des Bnalyfators liegenden Komponenten sich gegenseitig vernichten, die parallel dazu schwingenden austreten. Diese zuletzt austretenden Wellen haben in dem anisotropen Rörper verschiedene Lichtgeschwindigkeit angenommen und

kommen deshalb im Analysator mit einem bestimmten Wegeunterschied an. Da sie in derselben Richtung schwingen, interferieren sie. Bei Beleuchtung mit weißem Licht werden durch die Interferenz immer solche Farben vernichtet, welche mit einer Phasendifferenz von einer halben Wellenlänge zusammentreffen. Alle anderen Farben hingegen können austreten und addieren sich zu einer bestimmten Mischfarbe. Aniso-trope Körper zeigen daher zwischen gekreuzten Nicols int allgemeinen bestimmte Farben. Diese sog. Interferenz-farben ändern sich mit den physikalischen Eigenschaften der Körper, so daß aus der Art der Farben ganz bestimmte Schlüsse auf den Zustand wie auf die Struktur solcher Körper gemacht werden können. Polarisator und Analysator können als Zusatzapparate zu jedem Mikroskop bezogen werden, um nötigenfalls mikroskopische Untersuchungen im polarisierten Licht, meist zwischen gekreuzten Nicols, anstellen zu können. Die Untersuchungen im polarisierten Licht werden bis jetzt in der Histologie der Tiere und Pflanzen nur wenig angewandt, sie spielen dagegen eine ganz hervorragende Rolle in der Mineralogie bei der Untersuchung vonKristallen und inderpetrographie bei der Untersuchung von kristallinen Gesteinen.

Weiteres siehe Kapitel XV, 5.

b) Oberslächenbeleuchtung, Untersuchung undurchsichtiger Objekte. Will man mit dem Mikroskop undurchsichtige Objekte untersuchen, z. B. die Oberfläche einer Münze oder das Fazettenauge der Stubenfliege, so reicht für schwache Vergrößerungen meist das gewöhnliche auffallende Licht zur Objektbeleuchtung aus. Bei Anwendung starker Vergrößerungen muß das Objektiv dem Präparat aber so sehr genähert werden, daß nur wenig ganz schräg auffallendes Licht auf das Objekt fallen und kaum etwas davon ins Objektiv gelangen kann. Man muß sich dann eines besonderen Beleuchtungsapparates bedienen, der Licht in annähernd senkrechter Richtung von oben her auf das opake, d.h.undurchsichtige Objekt, fallenläßt. ZolcheBeleuchtungsapparate nennt man Opak- oder Vertikalilluminatoren. Sie werden in zwei verschiedenen Arten angefertigt, welche in einer Rohrfassung zwischen das untere Ende des Mikrofkoptubus und das Objektiv eingefügt werden. Bei der einen Art (Abb. 45) dient zur Beleuchtung des Objektes ein kleines totalreflektierendes Prisma, das die Hälfte des Tubusquerfchnittes bedeckt. Das Licht fällt durch eine seitliche Öffnung der Illuminatorfassung auf das Prisma und wird von dessen Hypotenusenfläche durch das Objektiv hindurch tz ^ auf das Objekt geworfen. Ziehe die gestrichelten Strah- 3 * len in Hbb. 45. Die das Objekt abbildenden Strahlen ^ E gelangen durch die vom Prisma freie Objektivhälfte I | zum Okular, vgl. die ausgezogenen Strahlen in der Abbildung. Die Beleuchtung des Präparates ist am günstigsten, wenn die obere Linse des Objektives möglichst nahe an das Prisma herantritt. Deshalb werden die stärkeren Objektive für Beobachtung bei Oberflächenbeleuchtung in kurze Fassungen eingesetzt. Sind die Präparate mit Deckglas versehen, so treten an diesen bei Benutzung von Trockensystemen störende Reflexe aus. Die Deckgläser müssen deshalb vermieden werden. Da die gewöhnlichen Objektive auf eine bestimmte Deckglasdicke korrigiert sind, so ergibt sich die Notwendigkeit, für diese Fälle die stärkeren Objektive zur Benutzung ohne Deckglas zu korrigieren. Zur Beobachtung im durchfallenden Licht an mit Deckglas bedeckten Präparaten find solche Objektive dann nicht brauchbar. Bei Benutzung von homogenen Immersionen fällt der Deckglasreflex fort. Die einseitige Bedeckung des Tubusquerschnittes durch das Prisma verursacht natürlich einen Lichtverlust und eine Abblendung einzelner Beugungs-maxima in der Hinteren Brennebene des Objektives, hierdurch tritt, besonders bei starken Systemen, eine Verminderung des Auflösungsvermögens ein. Dies wird vermieden durch Anwen- | düng eines dünnen, planparallelen Glasplätt- ^ chens, das an Stelle des Prismas das Licht auf das °

y Irisblende

■<--

V'

Objektiv

Objekt

Nbb. 45.

Irisblende

Präparat reflektiert. (Ein solches Glasplättchen reflek- | tiert nur einen Teil der auffallenden Lichtstrahlen.

/£--»-y.'-----

Da es aber den ganzen Strahlenquerschnitt symmetrisch ausfüllt, können alle abbildenden Strahlen durch das Plättchen hindurch und zum Auge gelangen.

rr

V

Objekt

Objektiv

abb. 46.

Siehe Abb. 46, wo die beleuchtenden Strahlen wieder gestrichelt, die abbildenden aus- Glasplatte' gezogen dargestellt sind. (Es ist wichtig, daß der beleuchtete Teil des Präparates nicht größer ist wie das objektive Sehfeld. Man bildet hierzu im Präparat nicht unmittelbar die Lichtquelle selbst, sondern die Oberfläche einer zwischen Lichtquelle und

Vertikalilluminator aufgestellten Beleuchtungslinse mit Irisblende ab. Durch verstellen der Irisblende läßt sich dann die Größe des beleuchteten Gesichtsfeldes regeln. Um die Kontraste im Präparat möglichst günstig abzustimmen, kann dieUpertur der beleuchtenden strahlen durch eine unmittelbar vor dem Vertikalilluminator angebrachte 3rts* blende verändert werden (Ubb. 45 u. 46).

Zeichenprisma

I ugenlinse

ctbb. 47.

c) Zeichenokulare und Zeichenapparate. 5a$ Zeichnen mikroskopischer Objekte. Um die Beobachtungen, welche man mit dem Mikroskop anstellt, dem Gedächtnis einzuprägen, oder anderen mitzuteilen, werden die mikroskopischen Bilder nachgezeichnet. Dies läßt sich zunächst ohne besondere Apparate dadurch leicht ermöglichen, daß man mit dem linken Buge ins Mikroskop hineinsieht und gleichzeitig mit dem rechten auf eine rechts vom Instrument liegende Zeichenfläche. Bei einiger Übung im Zeichnen gelangt man so zu einer recht guten Wiedergabe vieler Objekte. Diese Methode ist besonders zur Schulung von Unfängern im systematischen mikroskopischen Beobachten zu empfehlen. Für die zeichnerische Wiedergabe von komplizierteren Strukturen und für Zeichnungen von möglichst objektiv wissenschaftlichem Wert sind besondere Vorrichtungen ersonnen worden, welche das Bild der Zeichenfläche in das mikroskopische Bild hineinprojizieren, so daß der unmittelbar im Gesichtsfeld des Mikroskopes sichtbare Zeichenstift bequem den Konturen des Objektes nachgeführt werden kann. Die einfachste Vorrichtung, welche diese Uufgabe löst, ist das Zeichenprisma. Ein solches Prisma (siehe Ubb. 47) wird so über dem Gkular angebracht, daß die Uustrittspupille des Mikroskopes oder der Uugen-kreis von der einen prismenkante gerade halbiert wird. Durch die vom Prisma freie Hälfte des Uugenkreises sieht man dann das mikroskopische Objekt und durch doppelte Totalreflexion an zwei Flächen des Zeichenprismas die Zeichenfläche. Da bei stärkeren Vergrößerungen das Bild gegen die Zeichenfläche sehr dunkel und matt erscheint, läßt man das von dieser kommende Licht durch passend abgestufte, auswechselbare Rauchgläser gehen, um die Helligkeit von Bild und Zeichenpapier in Einklang zu bringen. Die Zeichenfläche muß senk-

Das Zeichnen mikroskopischer Btiber

81

recht zu den austretenden Zentralstrahlen liegen. Je nach der Konstruktion des Zeichenprismas find diese strahlen etwa 25—45° gegen die vertikale geneigt. Dementsprechend ist auch die Zeichenfläche um denselben Winkel gegen die horizontale zu neigen (Bbb. 47). Anstatt die Zeichenfläche zu neigen, kann man das Mikroskop auch mit Hilfe der Kippe in eine schräge Lage bringen und aus horizontal liegender Fläche zeichnen. Die Zeichenfläche würde hierbei hinter das Mikroskop zu liegen kommen. Man dreht daher das Mikroskop um 90° gegen die gewöhnliche Stellung, so daß die Neigungsebene parallel zur Front des Beobachters und die Zeichenfläche nach rechts verlegt wird. Okulare, an welchen ein Zeichenprisma fest angebracht ist, werden unter dem Namen Zeichenokulare hergestellt.

Augenlinse

flbb. 48.

Zeichenfläche

Da das Zeichenprisma nur die halbe Nustrittspupille frei läßt, so bewirkt es eine Verminderung der Bildhelligkeit, die besonders bei starken Vergrößerungen ins Gewicht fällt. Diese Nachteile werden vermieden durch den Nbbeschen Zeichenapparat. Die Übereinanderlagerung von Bild und Zeichenfläche wird hier durch das Nbbesche würfelchen (Bbb. 48 A) in Verbindung mit einem großen Spiegel SP erreicht. Dieses würfelchen besteht aus zwei rechtwinkligen, mit der Hypotenusenfläche zusammengekitteten Glasprismen. Das obere Prisma ist auf der Hypotenusenfläche mit einem Silberbelag sp versehen, von welchem in der Mitte ein ellipsenförmiger Teil von etwa 1 —2 mm kleinstem Durchmesser weggenommen ist. Diese Öffnung, welche sich dem Buge als Kreis projiziert, ist groß genug, daß die ganze Bustrittspupille des Mikroskopes frei bleibt. Das von der Zeichenfläche kommende Licht wird durch Reflexion an dem großen in der Neigung verstellbaren Spiegel SP und durch weitere Neflexion an dem Silberbelag sp m das Buge geworfen. Zur Bbftufung der Helligkeit der Zeichenfläche gegen das mikroskopische Bild A v sind zwei Sätze von Rauchgläsern auswechselbar angebracht. Der eine Satz Rt reguliert die Helligkeit des mikroskopischen Bildes, der andere R2 diejenige der Zeichenfläche. Um bei starken Vergrößerungen das mikroskopische Bild voll auf die Zeichen-

NNuG 678: Chrlnghaus, Vas Mikroskop

fläche zu bekommen, ist hier die Neigung des großen Spiegels entsprechend zu verändern. Dann muß auch die Zeichenfläche gegen die Horizontale wieder so geneigt werden, daß der Zentralstrahl aus ihr senkrecht steht, will man die auf Seite 69 beschriebene Bestimmung der Vergrößerung des Mikroskopes mit Hilfe eines Nbbefchen Zeichenapparates ausführen, so ist zu beachten, daß die Summe der Entfernungen zwischen Kuge und sp, zwischen sp und SP und zwischen SP und Zeichenfläche gleich der deutlichen Sehweite sein muß.

d)    Vorrichtungen zur Umkehrung des mikroskopischen Bildes. Der Umstand, daß das mikroskopische Bild eine umgekehrte Lage hat wie das Objekt, ist hinderlich, wenn man an diesem irgendwelche Eingriffe vornehmen will. Klle Bewegungen, die man mit der Präpariernadel oder einem anderen Werkzeug machen muß, sind in umgekehrter Nichtung wie gewöhnlich auszuführen. Obgleich man durch Übung sich bald hieran gewöhnt, ist es in vielen Fällen doch vorzuziehen, das Bild durch Spiegelung in die richtige Stellung zu bringen. Eine leicht auf jedes Okular aufsetzbare Vorrichtung, welche diesen Zweck erfüllt, ist das bildumkehrende Prisma, welches von Nach et nach Umicis Vorschlägen konstruiert ist. Hierbei wird durch mehrfache Spiegelung das mikroskopische Bild in die natürliche Lage gebracht. Die Zentralstrahlen verlassen das Prisma mit 30° Neigung zur vertikalen, so daß der Üopf des Beobachters eine bequeme Haltung annehmen kann. Nutzer diesem Prisma kann zur Umkehrung des mikroskopischen Bildes auch das porrosche prismensr) stein benutzt werden, welches bei den binokularen Prismenfeldstechern zur Aufrichtung des Bildes benutzt wird.

e)    veleuchtungseinrichtung für einfarbiges Licht. Zur Untersuchung von mikroskopischen Präparaten in einfarbigem oder monochromatischem Licht dienen Monochromatoren, die das weiße Licht, bevor es auf den Beleuchtungsspiegel fällt, spektral zerlegen. Durch einen verstell- und verschiebbaren Spalt kann man aus dem Spektrum die gewünschte Farbe ausblenden und mit dem Beleuchtungsspiegel in das Mikroskop reflektieren. Für die Mikrophotographie werden, zur Erzielung kontrastreicher Bilder aus Farblösungen, oder gefärbten Platten bestehende Filter angewandt.

f)    Vas Spektralokular. Die Beobachtung von Absorptionsspektren mikroskopischer Objekte kann durch ein Spektralokular geschehen. Bei einem solchen Okular befindet sich in in der Blendenebene ein Spalt,

Umkehrprismen. Einfarbiges Licht. Vildumkehrendes Mikroskop 83

der sowohl in ferner Brette wie in seiner Länge verstellbar ist. Mittels dieses Spaltes kann die zu untersuchende Objektstelle vollkommen herausgeblendet werden. Nach Einschalten eines geradsichtigen Prismas über dem Gkular erblickt man dann das Abforptionsfpeftrum der ausgeblendeten Stelle.

VIII. Das bildumkehrende Mikroskop.

Zur Beobachtung von mikroskopischen Objekten in natürlicher Stellung sind außer dem erwähnten bildumkehrenden Prisma besondere Mikroskope gebaut worden, bei denen die bildaufrichtende Vorrichtung zwischen Objektiv und Gkular eingeschaltet wird. Als solche Vorrichtung dient das schon erwähnte Porrosche prismensystem, bei welchem durch vierfache Spiegelung eine vollständige Bildumkehr erreicht wird. Das bildumkehrende Mikroskop wird für Beobachtung mit einem wie auch mit beiden Rügen ausgeführt. Beide dienen zur Aus5 führung von Präparationen an mikroskopischen Objekten und letzteres insbesondere zu Untersuchungen und Demonstrationen an körperlichen mikroskopischen Gegenständen wie Foraminiferen, Uadiolarien, kleinen Insekten, Kristallen usw. Das zur Beobachtung mit beiden Rügen hergerichtete Mikroskop führt den Namen bin okular esMikroskop(Rbb.49).

i

Rbb. 49.

Es besteht aus zwei getrennten, vollständigen Mikroskopen, deren optische Achsen unter einem bestimmten Winkel gegeneinander geneigt sind. hierdurch wird erreicht, daß genau wie beim gewöhnlichen Stereoskop das Objekt in zwei etwas verschiedenen Stellungen gesehen wird und hierdurch dem Auge körperlich erscheint. Der Abstand der Okulare kann bei dem binokularen Mikroskop für alle normalen Augenabstände zwischen 56 und 76mm beliebig eingestellt werden.

IX. DunKelfeldbeleuchlung.

Die Beleuchtung der mikroskopischen Präparate nach den bisher beschriebenen Methoden ergibt immer dunkle Bilder auf Hellem Grund, wobei die Einzelheiten durch Brechungs- oder Absorptions-unterschiede sichtbar werden. Die Beleuchtung läßt sich aber auch so einrichten, daß gar kein direktes Licht vom Kondensor, sondern nur das vom Objekte abgebeugte Licht in das Objektiv eintreten kann. Zu diesem Zweck muß das hauptmaximum der Veugungsbilder in der Hinteren Brennebene des Objektives von der Abbildung und Beleuchtung ausgeschlossen werden, d. h. alles unmittelbar durch geradlinige Fortpflanzung aus dem Kondensor in das Objektiv eintretende Licht muß abgeblendet werden, so daß das mikroskopische Bild ausschließlich durch die Zusammenwirkung der im Objekt abgebeugten strahlen entsteht.

Die Beleuchtung geschieht also mit Strahlen der numerischen Apertur Afcr-r-A₀, wenn wie früher, Ak die numerische Apertur des Kondensors und A₀ die numerische Apertur des Objektives bedeutet, wir haben dann den

daß Aa> A₀ wird.

A +Az

Da A₀ im vorliegenden Fall den wert 1 in der Praxis nicht überschreiten kann, so kann der wert der Summe A₀ + Ak niemals größer werden wie bei der Hellfeldbeobachtung. Eine Steigerung des Auflösungsvermögens des Objektives ist also auf diesem Wege nicht zu erzielen.

Fall der Seite 45 mitgeteilten Formel a

Man nennt diese Art der Beobachtung Beobachtung im Dunkel-feld und die hierzu erforderliche Veleuchtungsart Dunkelfeldbeleuchtung. Da nämlich kein direktes Licht in das Objektiv eintreten kann, erscheint der Untergrund im Gesichtsfeld dunkel.

Ohne weitere Hilfsmittel läßt sich die Beobachtung im Dunkel-feld ermöglichen mit dem Abbeschen Veleuchtungsapparat. hierzu hat man die ziemlich eng zugezogene Irisblende so weit seitlich aus der optischen Achse des Mikroskopes heraus zu verstellen, bis die Neigung der schief einfallenden Büschel die der in das Objektiv eintretenden Randstrahlen übertrifft. Siehe Abb. 50, wo das abbildende Büschel gestrichelt schraffiert ist. Zur praktischen Herstellung dieser Beleuchtungsart entfernt man das Dkular und beobachtet das in der Hinteren Brennebene des Objektives erscheinende runde Bild der fast zugezogenen Irisblende. Die seitliche Verschiebung dieses Bildes ist dann so weit zu treiben, daß es gerade ganz hinter

dem Rande der Objektivblende verschwindet (vgl. Abb. 50 unten). Recht einfach läßt sich auch eine Dunkelfeldbeleuchtung erreichen, wenn man x zentrisch unter dem Abbeschen Kondensor eine runde Metallscheibe Kondensor mit freier Randzone, eine sog.

Objektiv

Objekt

Irisblende

Abb. 50.

Objektiv

> Objekt

Kondensor

Sternblende ■

Sternblende (Abb. 52) von solcher Große befestigt, daß nur Strahlen höherer Apertur aus* treten können, als sie das Mikroskopobjektiv be-sitzt. Diese Art der Dunkelfeldbeleuchtung ist in Abb. 51 schematisch dargestellt, wo die beleuch- / tenden Strahlen eine ringförmige Zone ausfüllen ' und das abbildende, durch gestrichelte Schraffierung hervorgehobene Strahlenbüschel innerhalb dieser Zone liegt. Man kann eine solche Sternblende geeigneter Größe schon unter den am meisten verbreiteten zweifachen Rondenforen der numerischen Apertur 1,2 anbringen. Beobachtet man nur mit Objektiven von geringerer numerischer Apertur als 0,7, so können die aus dem Kondensor in Luft austretenden Strahlen von der Apertur 1,0—0,7 etwa zur Beleuchtung dienen. Um eine größere Intensität der Dunkelfeldbeleuchtung zu erzielen, muß man den Strahlen von höherer numerischer Apertur als 1,0 durch Zwischenfügen eines Mittels von höherer Brechung als Luft den Austritt aus dem Kondensor und den Eintritt in das Präparat ermöglichen. Man benutzt hierzu am einfachsten destilliertes Wasser, das blasenfrei zwischen Kondensor und Objektträger eingefügt wird. Die Technik dieser Dunkelseldbeleuchtung ist dieselbe wie wir sie im folgenden bei dem dreifachen Kondensor beschreiben werden.    /

Abb. 51.

Eine nur durch Totalreflexion entstehende, recht / helle Dunkelfeldbeleuchtung läßt sich beim \ dreifachen Abbeschen Kondensor von der > numerischen Apertur 1,4 verwirklichen. Durch eine Sternblende, Abb. 52, werden hier alle beleuch-

tenben Strahlen bis zur numerischen Apertur 1,1 abgeblendet. Zur Beleuchtung dienen die durch die äußere ringförmige Zone des Kondensors (entsprechend Rbb. 51) irrt Aperturintervall von 1,1 —1,4 eintretenden Strahlen. An jeder Grenze Glas gegen Luft werden die Strahlen dieser Neigung total reflektiert. Damit diese Totalreflexion nicht schon vor dem Eintritt in das Präparat stattfindet, und die Strahlen also aus dem Kondensor überhaupt aus- und in das Präparat eintreten können, müssen alle Lufträume zwischen Kondensoroberfläche und Deckglas mit einem Mittel von höherem Brechungsexponenten ausgefüllt sein. Das Präparat selbstmuß also entweder in Wasser oder in einem Mittel noch höherer Brechung liegen. 3nt ersten Fall genügt zur Verbindung des Kondensors mit dem Objektträger ebenfalls Wasser, im zweiten Fall wendet man Zedernholzöl an. Der Flüssigkeitstropfen muß möglichst blasenfrei auf die Oberfläche des etwas gesenkten Kondensors gebracht werden, woraus der Kondensor durch vorsichtiges heben ebenfalls blasenfrei mit dem Objektträger in Berührung gebracht wird. Die nun in das Präparat eintretenden Lichtstrahlen werden an der Grenze Deckglas gegen Luft alle total reflektiert und können also nicht in das Objektiv gelangen. Solange demnach das Objekt aus einem homogenen Mittel von konstantem Bre-chungsexponenten besteht, erscheint das Gesichtsfeld vollkommen dunkel. Sowie aber Inhomogenitäten im Präparat vorliegen, wie es meist der Fall ist, tritt infolge von Brechungs- und Absorptionsunterschieden eine Zerstreuung und Beugung des Lichtes nach allen Seiten ein. Der Teil der abgebeugten Strahlen, welcher in dem Aperturbereich von 0—1 liegt, kann durch das Deckglas austreten und, soweit wie es die Apertur des Objektives zuläßt, in das Mikroskop gelangen. Die Objekte werden also gleichsam selbstleuchtend und erscheinen hell auf dunklem Grunde. Man nennt diese Art der Abbildung positive Abbildung oder Abbildung im Dunkelfeld. Sie hat vor der negativen Abbildung oder Abbildung im Hellfeld den Vorzug, daß sie das Auge weniger ermüdet. Auch fehlen im Dunkelfeld die sog. entop-tischen Erscheinungen, welche bei Beobachtung mit starker Vergrößerung im Hellfeld unangenehm stören. Unter diesen entoptischen Erscheinungen versteht man schlangenförmige Figuren, die in stetem Wechsel durch das Gesichtsfeld ziehen. (Es sind dies die Schatten, welche

flbb. 52.

von den Schlieren der Rugenflüssigkeiten auf die Netzhaut geworfen werden.

Teller

wirksame k J    Blende

^ | oberste Linse I im Objektiv

Nbb. 53.

Um die Beobachtung im Dunkelfeld möglichst günstig zu gestalten, ist es wichtig, daß ein starker Kontmft zwischen den helleuchtenden Teilchen und dem dunkleren Untergrund besteht. Deshalb ist dafür zu sorgen, daß bei ausreichend Hellem Leuchten der Teilchen der Untergrund so schwarz wie möglich erscheint. Dieser wird aber durch die zahlreichen Neflexe, welche sowohl zwischen den drei Linsen des Rbbefchen Kondensors als auch zwischen den noch zahlreicheren Linsen des Objektives entstehen, mit einem Hellen Schleier überflutet. Zur Beseitigung dieses Übelstandes blendet man alle Objektive auf die Apertur 0,8 ab. hierzu dienen die Einhängeblenden. Dies sind zylindrische Böhren, welche an ihrem unteren Ende eine kreisförmige Blende und am oberen Ende einen tellerförmigen Rnfatz tragen (Rbb. 53). Die zu jedem Objektiv gehörige Blende ist so abgestimmt, daß beim Ruflegen des Tellers auf die Objektivblende die wirksame ringförmige Blende unmittelbar über der Hinteren Objektivlinse sitzt (vgl. die Rb-bildung). Die Öffnung dieser Blende ist so berechnet, daß alle Strahlen von größerer Rpertur als 0,8 abgefangen werden. Rite Trocken-fysteme von größerer als der genannten Rpertur sind zur Beobachtung im Dunkelfeld also mit passenden Einhängeblenden zu versehen.

Die Methode der Dunkelfeldbeleuchtung erfordert meist künstliches Licht. Sie gibt besonders gute Resultate bei dünnen flächenhasten Objekten, deren Struktur sich durch Verschiedenheit im Brechungsexponenten auszeichnet, hervorragend brauchbar ist sie auch zur Beobachtung von linearen Objekten roie Kanten, Rissen, Bakterien, Geißeln u.dgl., ja es ist sogar möglich, im Dunkelfeld Teilchen sichtbar zu machen, deren Größe erheblich unter dem Ruflösungsvermögen des Mikroskopes liegt. Rller-dings läßt sich die Gestalt der Teilchen hierbei nicht mehr erkennen, sondern immer nur die von ihnen hervorgerufene Beugungsfigur, hierauf werden wir beim Ultramikroskop noch näher eingehen, wir werden dabei außerdem einige verbesserten Methoden der hier besprochenen Dunkfeldbeleuchtung kennen lernen.

X. Erweiterung der Grenze des mikroskopischen kluslösungsvermögens mit Hilfe des Ultraviolett-MiKrosKopes. Das Fluoreszenz-Mikroskop.

Wie aus der Formel für die Grenze des Auflösungsvermögens für das Mikroskop (S. 44) folgt, gibt es zwei Wege, die Buflösungsfähig-keit der Mikroskopoptik zu steigern. Der eine besteht in der Vergrößerung der numerischen Bpertur der Objektive, der andere in der Verwendung von Licht mit möglichst kleiner Wellenlänge. Bbbe hat in der Mono-bromnaphthalin-Immersion die Bpertur bis an die Grenze gesteigert, welche mit den heutigen Glassorten zu erreichen ist. Eine weitere erhebliche Steigerung ist wohl für längere Zeiten schwerlich zu erwarten. Der andere weg hat dagegen zu einer bedeutenden Steigerung des mikroskopischen Auflösungsvermögens über die Grenze der Monobromnaphthalin-Immersion hinaus geführt. Außerhalb des sichtbaren Spektrums, jenseits der Grenze des violetten Lichtes von etwa 400 jujli Wellenlänge abwärts, existieren noch Btherschwingungen von kürzerer Wellenlänge, das ultraviolette Licht. Dieses ist allerdings dem Buge nicht sichtbar, verrät seine Existens jedoch durch die Wirkung auf die photographische Platte oder durch Hervorrufen von sichtbarem Fluore-szenzlicht an geeigneten Stoffen wie Uranglas. Zur Busnutzung dieses kurzwelligen Lichtes wurde vonRöhler beiZeiß ein besonderes Mikroskop gebaut, mit welchem mikrophotographische Bufnahmen von Objekten im ultravioletten Licht gemacht werden können. Da Glas für das ultraviolette Licht so gut wie undurchlässig ist, sind die Linsen aller optischen Systeme dieses Mikroskopes aus Ouarz geschliffen, der ultraviolett-durchlässig ist. Die von M. von Rohr berechneten Ouarzobjektive sind nur für die eine Wellenlänge von 275 juju korrigiert und heißen deshalb Monochromate. Bis Lichtquelle zur Beleuchtung des Mikroskopes dient der elektrische Funke eines Induktoriums, den man zwischen Elektroden aus Radmium oder Magnesium überspringen läßt. Die Präparate müssen auf Objektträger von Ouarz gebracht und mit Deckgläsern aus demselben Material bedeckt werden. Man stellt von den Präparaten mikrophotographische Bufnahmen her und kann die Untersuchungen nachher auf der photographischen Platte anstellen. Der

Mikroskopische Untersuchungen im ultravioletten Licht

89

stärkste Monochromat, eine Glyzerin-Immersion, hat die numerische Apertur 1,25. Sein Auflösungsvermögen berechnet sich bei schiefer Beleuchtung zu 0,00011 mm. (Ein Objektiv für subjektive Beobachtung im weißen Licht müßte die enorme numerische Apertur von 2,5 haben, um ein gleich hohes Auflösungsvermögen aufzuweisen wie dieser Mono-chromat bei ultraviolettem Licht. Die Durchlässigkeit für ultraviolettes Licht ändert sich bei einer großen Reihe von Stoffen in ganz anderem Matze als für weißes Licht. Daher kommt es, daß namentlich viele organische Stoffe, die in weißem Licht farblos find und nur geringe Kontraste zeigen, bei Beleuchtung mit ultraviolettem Licht erhebliche Unterschiede in der Durchlässigkeit aufweisen können. Sie verhalten sich dem ultravioletten Licht gegenüber demnach wie verschieden gefärbte Stoffe. Um das Bild im Ultraviolett-Mikroskop zur Einstellung subjektiv beobachten zu können, projiziert man dasselbe auf eine Uranglasplatte. Diese fluoresziert unter der Einwirkung des ultravioletten Lichtes, d. h. sie verändert dies Licht in sichtbares Licht von größerer Wellenlänge. Die Platte ist in der Bildebene eines Okulares angebracht. Die ganze Vorrichtung bezeichnet man als S u ch e r - oder Fluorefzenz-okular zum Ultraviolett-Mikroskop.

Da zahlreiche Objekte bei Beleuchtung mit ultraviolettem Licht fluoreszieren, so lassen sich bei dieser Beleuchtung auch subjektive Beobachtungen ohne Fluoreszenzokular anstellen, hierzu dient das Fluoreszenz- oder Lumineszenz-Mikroskop nach h. Lehmann. Es besitzt den aus Ouarzlinsen aufgebauten Beleuchtungsapparat des Ultraviolett-Mikroskopes. Zur Beobachtung des in den Präparaten auftretenden Fluoreszenzlichtes werden aber an Stelle der Monochromate die normalen Mikroskopobjektive aus Glaslinsen benutzt. Um einen möglichst dunkeln Untergrund im Gesichtsfeld zu haben, bedeckt man die Präparate mit Deckgläsern aus einem nichtfluoreszierenden Glase, dem Cuphosglase. Die Beobachtung der Fluoreszenzerscheinungen im ultravioletten Licht erreichen nur den Grad der Auflösung wie bei gewöhnlichem Licht. Ihr wert besteht in der Erkennung und Unterscheidung vieler Stoffe an der Art ihres Fluoreszenzlichtes. Sie bilden u. a. ein sehr empfindliches Hilfsmittel zur Prüfung von Ehemikalien, Kristallen usw.

XI. UllramiKrosKopie und verbesserte Methoden der vunkelfeldbeleuchtung.

im Fensterladen in ein dunkles Zimmer, so erkennen wir ihren weg an dem Aufleuchten der in der Luft schwebenden Staubteilchen. Innerhalb des Strahlen-

Scfyon bei der Beschreibung der einfachen Methoden der Beobachtung im Vunkelfeld ist kurz auf die Möglichkeit hingewiesen worden, kleine Teilchen noch sichtbar zu machen, deren Größe unterhalb der Grenze der mikroskopischen Auflösungsvermögens liegt. Dies wurde zum ersten Male in bewußter weise erstrebt und erreicht in dem Ultramikroskop vonSiedentopf und Zsigmondp. werden sehr kleine Teilchen von Hellem Licht getroffen, so tritt an diesen Teilchen eine Zersplitterung des Lichtes nach allen Leiten ein. Sie verhalten sich wie kleine selbstleuchtende Lonnen, die nach allen Leiten eigenes Licht aussenden (Ubb.5 4). Sorgt man nun dafür, daß diese Sonnen auf möglichst dunklem Grunde dem Auge dargeboten werden, so können selbst Teilchen von erheblich weniger als Viooo mm Größe durch den Kontrast sichtbar werden. Die Teilchen, welche in dem gewöhnlichen Mikroskop unsichtbar bleiben, heißen ultramikroskopische Teilchen. Diese ultramikroskopischen Teilchen werden nur durch ihre Beugungserscheinungen sichtbar. Da sie sich wie selbstleuchtende punktförmige Objekte verhalten, ist die Form des Beugungsbildes nicht von der wahren Gestalt der Teilchen, sondern, wie wir S. 36 gesehen haben, nur von der Form der bei der Mikroskopoptik wirksamen Blenden abhängig. DasUltramikroskop kann uns also wohl die Existenz von Teilchen erkennen lassen, die unterhalb der Grenze des Auflösungsvermögens des gewöhnlichen Mikroskopes liegen; die Gestalt dieser Teilchen kann uns aber auch dieses Instrument nicht enthüllen. Das Prinzip des Ultramikroskopes ist im täglichen Leben leichtzu beobachten. Dringt ein Bündel Sonnenstrahlen durch eine schmale Öffnung * v;

i ¹ \ J stbb. 54.

bündels ist selbst das kleinste Staubteilchen deutlich sichtbar, während außerhalb davon die Luft vollkommen staubleer erscheint.

Bei dem Ultramikroskop von Siedentopf und Zsigmondy wird zur Beleuchtung der ultramikroskopischen Teilchen Sonnen- oder Bogenlicht

F,

feT

4-

#a

Bio"

ctbb. 55.

benutzt. Das Licht ber Bogenlampe B (Abb. 55) wirb burch eine Fernrohrlinse auf einen Spalt S von veränderlicher Breite unb höhe konzentriert. Durch eine zweite FernrohrlinseF₂ wirb ber hell beleuchtete Spalt in ber Btlbebene eines mittelstarken Mkroskopobjektives K verkleinert abgebilbet. Das Mkroskopobjektiv entwirft ein abermals verkleinertes Spaltbilb im Präparat, hierburch wirb nur eine bünne Schicht bes Präparates beleuchtet, b. h. es wirb auf optischem Wege ein für bte mikroskopische Beobachtung geeigneter Dünnschnitt hergestellt. Senkrecht zur Richtung ber optischen Achse ber be-leuchtenben Strahlen ist bas Beobachtungs-mikroskop M angebracht (Abb. 55). Don ben beleuchtenben Strahlen kann also keiner ins Rüge gelangen (vgl. bie schematische Darstellung Abb. 56), unb ber Gesichtsfelbgrunb erscheint bunkel. Überall ba, wo burch ein -f Teilchen mit gegen bte Umgebung abstechenbem I Brechungsexponenten eine Lichtzerfplitterung i eintritt, erscheinen in bem bunklen Grunbe | leuchtenbe, von schmalen

Beugungsringen umgebene ___

Punkte. Damit biese Punkte einzeln gesehen werben Lichtquelle können, müssen ihre Abstänbe

Okular

•s

ctbb. 56.

Beobachtungs

objektiv

Objekt

innerhalb bes Auflösungsvermögens ber benutzten Rtikroskopoptik liegen. Als Untersuchungsobjekte bienen nicht bie üblichen bünnen slächenhasten Präparate, sonbern parallelepipebisch begrenzte Aus-

92 XI. Ullrainikroskopie u. verbesserte Methoden d. Vunkelfeldbeleuchtung

schnitte des Untersuchungsmaterials. Siehe Abb. 56, Objekt. Bei festen Körpern, wie dem von Siedentopf und Zsigmondy untersuchten Gold-rubinglas, genügt es, zwei zueinander senkrechte Flächen anzupolieren, so daß durch die eine Fläche das beleuchtende Licht eintreten, durch die andere die Beobachtung angestellt werden kann. Flüssigkeiten und Gase werden in einer parallelepipedisch begrenzten, mit einer Einund Ausströmungsöffnung versehenen Küvette nach Biltz untersucht, welche in Abb. 55 an dem Mikroskop zu sehen ist. Siedentopf und Zsigmondy konnten in kolloidalen Losungen von Gold und anderen Metallen bei Anwendung von Sonnenlicht noch Teilchen von 6 juju, d. h. 6 Millionstel mm wahrnehmen. (Es ist auf verschiedene weise versucht worden, diese Grenze nach unten zu überschreiten. Durch Konstruktion desImmersions-Ultramikroskopes gelang es Zsigmondy im Iahre 1913, die obige Sichtbarkeitsgrenze auf 4 Millionstel mm herunterzusetzen. Bei diesem von K.Winkel gebauten Mikroskop werden sowohl als Beleuchtungs- wie auch als Beobachtungs-system, Wasserimmersionen von höherer Apertur (etwa 1,05) benutzt. Die Beobachtungsküvette ist nach oben und vorn offen und wird unmittelbar auf die Frontlinsenfassung des beleuchtenden Systems aufgesteckt. Durch einen Trichter, der mittels Schlauch und Schlauchansatz mit der Küvette verbunden ist, können die zu untersuchenden Flüssigkeiten bequem eingefüllt werden.

Andere Methoden zur Steigerung der Helligkeit der Beleuchtung bei ultramikroskopischen Beobachtungen bedienen sich an Stelle der orthogonalen, d. h. senkrecht zur Beobachtungsrichtung stattfindenden Beleuchtung, der konzentrischen Beleuchtung durch geeignete Dunkelfeldkondensoren. Solche Beleuchtungsmethoden wurden bald nach der Erfindung des ersten Ultramikroskopes bekannt. Die eine Methode, welche mit Benutzung des Abbeschen Kondensors ausgeführt werden kann, wurde Seite 85 erläutert. Sie war schon 1837 von Keade entdeckt worden, dann aber in Vergessenheit geraten. Erst die Entdeckung des Ultramikroskopes lenkte die Aufmerksamkeit wieder auf sie. wegen der starken chromatischen Aberration des Abbeschen Kondensors findet bei dieser Methode eine farbige Beleuchtung der Teilchen statt. Auch tritt bei diesem Kondensor infolge der inneren Keflexionen zwischen seinen Linsenflächen eine Aufhellung des dunklen Untergrundes statt.

Diese Fehler werden vermieden bei den Spiegelkondensoren, welche eine praktisch streng punktförmige Strahlenvereinigung auf-

Immersions-Ultramikroskop, paraboloidkondensor

93

Nbb. 57.

weisen. Hm einfachsten gebaut ist der paraboloidkondensor. Dieser wurde zum erstenmal von wenham 1856 angegeben, wurde aber in der Praxis in wenig leistungsfähiger Form hergestellt. Erst die feit 1908 nach den Eingaben von Siedentopf in der Zeißschen werkstätte hergestellten paraboloid-kondensoren sind von einer solchen Güte der Hus-führung, daß die theoretische Leistungsfähigkeit auch praktisch erreicht wird. Die Reflexion der Lichtstrahlen findet hierbei an einer paraboloid-fläche statt und die einfallenden Strahlen schneiden sich alle im Brennpunkt dieser Fläche (siehe Hbb. 57). Die undurchsichtige runde Scheibe B blendet alle Strahlen von kleinerer Hpertur als 1,1 ab. Um die größtmögliche Helligkeit zu erzielen, ist die auf der Fassung der paraboloidkondensoren aufgravierte Objektträgerdicke von meist 1,1 mm innerhalb eines Spielraums von 0,2 mm genau einzuhalten, da nur dann die Strahlenvereinigung genügend genau in der Ebene des Präparates stattfindet. Die optische Verbindung des Objektträgers mit der Rondensorober-fläche kann durch Wasser, bei in Wasser befindlichen Objekten oder durch Zedernholzöl, bei in Ranadabalsam eingebetteten Objekten geschehen. werden Trockensysteme von höherer Hpertur als 0,8 zur Beobachtung benutzt, so ist es auch hier erforderlich, zur Erzielung eines möglichst dunklen Untergrundes die schon erwähnten Einhängeblenden zu benützen, welche die Strahlen höherer Hpertur im Objektiv abblenden.

Zur Beobachtung im Dunkelfeld sind im allgemeinen nur Trockensysteme zu empfehlen, denn bei ihnen entsteht das Dunkelfeld durch Totalreflexion und ist deshalb recht vollkommen. Da man aber außerdem vunkelfeldbeleuchtung durch geeignetes Hbblenden erzielen kann, so lassen sich auch Immersionssysteme zur Beobachtung im Dunkelfeld benutzen. Bei diesen entsteht das Dunkelfeld dadurch, daß man alle Strahlen von höherer Apertur als theoretisch 1 oder praktisch etwa 0,8 durch passende Einhängeblenden abschneidet. Bei einem Aperturbereich des paraboloidkondensors von 1,1 bis 1,4 können dann keine direkten Strahlen in das Immersionsobjektiv eintreten. Da die homogene Immersion aus sehr zahlreichen Linsen besteht, macht sich die Verschleierung des vunkelseldes durch innere Reflexionen im Objektiv besonders ausfallend bemerkbar. Die besten Resultate erzielt man bei der Beobachtung mit Immersion im Dunkelfeld,wenn außer der Einhängeblende über der Hinteren Linse des Objektives noch mehrere andere Blenden zwischen den Linsen angebracht werden.

Bei Anwendung von Bogenlicht von 3—5 flmp. Stromstärke ist der mit dem Paraboloidkondensor erzielte Dunkelfeldkontrast hinreichend, um lebende, ungefärbteBakterien bequem beobachten, ja bei sorgfältiger EinhaltungsämtlicherBedingungensogarkinematographisch aufnehmen zu können. Besonders bequem läßt sich mit dem paraboloidkondensor auch die Beobachtung des Sqphiliserregers, der Spirochaete pallida, im lebenden Zustand ausführen, welche bei Hellfeldbeobachtung nur durch vorangehende Färbung oder Imprägnierung mit Silber möglich ist. Für subjektive Beobachtung größerer Bakterien genügt auch Helles Gasglühlicht oder elektrisches Glühlicht.

I i 5lbb. 58.

scheidet, wegen der streng aplanatifchen Strahlenvereinigung ist die Lichtstärke des Rardioidkondenfors von Zeiß sowohl wie die des in der Ronstruktion gleichen Spiegelkondensors von Leitz eine sehr hohe und übertrifft bei Anwendung von starkem Bogenlicht die Lichtstärke des ursprünglichen Ultramikroskopes von Siedentopf und Zsigmondq um

Die beste Strahlenvereinigung und die größte Helligkeit werden erzielt in dem aplanatifchen vunkelfeldkondensor nach von Jgnatowskq und in dem Rardioidkondensor. Die Strahlen werden hierbei nach doppelter Reflexion an zwei Üugelflächen (Abb. 58) sehr genau in einem Punkte vereinigt. Theoretisch müßte nach Siedentopf die Fläche, an welcher die zweite Reflexion stattfindet, eine schmale Zone einer Rardioidfläche sein. Diese schwer herstellbare Fläche kann in praxi aber durch eine Rugel-fläche ersetzt werden, da sie sich in dem schmalen in Frage kommenden Aperturintervall von 1,1 bis 1,3 nur wenig von einer solchen unter«

etwa bas Zwanzigfache. Damit diese Lichtstärke wirklich ausgenutzt werben kann, ist eine äußerst peinliche Einstellung des Kondensors in die optische Achse des Mikroskopes und eine sehr genaue Einhaltung der richtigen Objektträgerdicke erforderlich. Das Arbeiten mit dem Kat5 dioidkondenfor ist demnach, wenn man seine Lichtstärke voll ausnutzen will, bedeutend mühsamer wie das mit dem paraboloidkondenfor. In allen Fällen, wo es nicht auf die Erzielung der höchsten erreichbaren Helligkeit ankommt, wird man daher den paraboloidkondenfor seiner einfacheren Handhabung wegen vorziehen.

Bei Beobachtung im Dunkelfeld sind die benutzten Objektträger sowohl wie die Deckgläser besonders sorgfältig zu säubern, da jede Verunreinigung, jedes Staubkorn durch abgebeugtes Licht das Dunkelfeld verschleiern. Zur vollen Ausnutzung der guten Eigenschaften des Kardioidkondenfors ist vonSiedentopf eine besondere Ouarzkammer konstruiert worden. Diese läßt sich durch Entfetten in heißer, mit konzentrierter Schwefelsäure versetzter Kaliumbichromatlosung, nachfolgendes Übspülen mit destilliertem Wasser und Alkohol und schließliches Ausglühen in der Bunsenflamme besonders vollkommen reinigen. Zehr wichtig ist auch die genaue Einhaltung der richtigen Deckglasdicke, da die hell leuchtenden Teilchen im Dunkelfeld alle Fehler der Strahlenvereinigung

Deckglas:

zu dünn

richtig

zu dick

Einstellung:

ZU hoch

<§>

richtig'

:3§:

ZU tief

im Mikroskop in verstärktem Maße hervortreten lassen. Deshalb sind auch die Apochromate bei Dunkelseldbeleuchtung vorzuziehen, da die Achromate hierbei merklich bunte Bilder liefern. Die richtige Deckglasdicke läßt sich durch Beobachtung der Veugungserscheinung eines punktförmigen Teilchens nachprüfen. Die hierbei stattfindenden Erscheinungen können aus Abb. 59 ersehen werden, die einer Abhandlung von Siedentopf entnommen ist.

XII. Die Zurichtung mikroskopischer Objekte für die Beobachtung.

Die Objekte, welche unter dem Mikroskop beobachtet werden sollen, müssen besonderen Anforderungen genügen, die wir hier nur ganz kurz besprechen wollen, da eine ausführliche Darstellung der mikroskopischen präparationsmethodenineinembesonderenBändchen,Nr.765 dieser Sammlung, gegeben wird. Die Mikroskop-Objektive haben eine um so geringere Tiefenschärfe, je stärker sie sind. Alle Objektteile, welche im Präparat über oder unter der dünnen Schicht, welche auf einmal scharf gesehen wird, liegen, verursachen eine gewisse Verschleierung des Gesichtsfeldes. Für subjektive Beobachtung macht dies noch am wenigsten aus, da durch ein dauerndes Spiel der Mikrometerschraube die Schicht der Tiefenschärfe in der höhe fortwährend verlegt werden kann. Durch Kombination des Gesehenen kann man sich hiernach ein Bild von dem räumlichen Aufbau des Objektes verschaffen. Entwirft man das mikroskopische Bild auf einem projektionsschirm oder auf der Mattscheibe einer photographischen Kamera, so stört die Verschleierung durch zu dicke Präparate erheblich mehr wie bei subjektiver Beobachtung. 3m allgemeinen gilt daher die Regel, daß die mikroskopischen Präparate in möglichst dünnen Schichten ausgebreitet werden müssen. Bei zahlreichen Objekten ist dies um so mehr erforderlich, als sie hierdurch erst die nötige Durchsichtigkeit für die Untersuchung im durchfallenden Licht annehmen. Bakterien, Protozoen, Algen und andere kleine Lebewesen kann man einfach in eine dünne Schicht einer Flüssigkeit zwischen Objektträger und Deckglas bringen. Größere pflanzliche und tierische Objekte werden auf die verschiedenste Art und weise in geeignet dünne, durchsichtige Teilchen zerlegt. Mittels Pinzette und Präpariernadel werden die Gewebe in feine Fäserchen zerzupft.

Zurichtung und Einbettung mikroskopischer Objekte

97

Durch Einlegen in geeignete Flüssigkeiten wie Salzsäure u. dgl. wird der Zellverband bei Eier- und Pflanzenstoffen gelockert, so daß die einzelnen Zellen oder Gewebebestandteile durch leichten Druck mit der Präpariernadel auseinanderfallen. Man nennt dies Verfahren Mazerieren. Ferner werden mit Hilfe des Rasiermessers oder besonderer mechanischer Dünnschneidevorrichtungen, der sog. Mikrotome, von pflanzlichen und tierischen Geweben Dünnschnitte hergestellt, welche entweder unmittelbar oder nach Behandlung mit den verschiedensten Reagenzien und Farbstoffen, zwischen Objektträger und Deckglas untersucht werden. Die Reagenzien und Farbstoffe haben den Zweck, bestimmte Teile des zu untersuchenden Präparates entweder stärker hervortreten zu lassen oder überhaupt erst sichtbar zu machen. So werden 3. B. die den Bakterien als Bewegungsorgane dienenden Geißeln im durchfallenden Licht erst nach starker Färbung der Bakterien erkennbar. Objekte, welche so hart sind, daß sie dem Rasiermesser zu großen widerstand bieten, werden durch Schleifen zu dünnen Querschnitten verarbeitet. Dieses Verfahren der Herstellung von Dünnschliffen wird besonders angewandt bei derUnterfuchungvonhartenhölzern,Knochen, Mineralien, Gesteinen und Versteinerungen.

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Rbb. 60.

Die Sichtbarkeit der mikroskopischen Einzelheiten ist außer von der Vorbehandlung der Präparate auch von der Rrt der Einbettung des Objektes abhängig, will man die äußeren Konturen der Objekte besonders gut hervortreten lassen, so muß man sie mit einem Mittel von möglichst abweichender Brechung umgeben. Beabsichtigt man mehr die inneren Einzelheiten zu untersuchen, so bettet man die Objekte in ein Mittel von nahezu gleicher Brechung ein, weil dann die Brechung und Zerstreuung des Lichtes an den äußeren Begrenzungen möglichst gering und die Objekte also besser durchsichtig werden. Um die äußeren Umrisse gut sichtbar zu machen, werden die Objekte einfach trocken in Luft einge-

ailu©678: Ehringhaus, Vas Mikroskop

bettet. Dgl. die Rfpamghv friftalle in Rbb. 60, an denen die Umrisse gut zu erkennen sind. Bis (Embettungsmittel mit höheren Brechungsexpo-nenten dienen je nach den Umständen Glyzerin, Nelkenöl, Xylol, Kanababalfant ober andere Stoffe, werden die Rfparagmtnftalle statt in Lust in Kanababalfant eingebettet (Rbb. 61), so verschwinden die äußeren Umrisse fast vollständig, dagegen treten dievor-her unsichtbaren Einzelheiten im Innern der Kristalle gut hervor. Da die meisten (Einbettungsftoffe sich mit Wasser nicht mischen, muß dieses bei wasserhaltigen Objekten stufenweise durch Rlkohol von steigender Konzentration verdrängt werden. Erst hiernach kann das Einbettungsmittel vollständig und ohne Trübung in das Präparat eindringen.

■ :>

flbb. 61.

XIII. Die mikroskopische Wahrnehmung.

Der int vorigen schon erwähnte Umstand, daß die Tiefenschärfe der stärkeren Mikroskopobjektive nur gering ist, hat zur $o!ge, daß die mikroskopische Wahrnehmung sich in ganz charakteristischer weise von der Wahrnehmung mit dem bloßen Rüge oder mit Instrumenten größerer Tiefenschärfe, wie dem Fernrohr, unterscheidet. Beim Mikroskop erscheinen nur die in der dünnen Schicht der Scharfeinstellung liegenden Gbjektteile vollkommen scharf. Die außerhalb dieser Schicht befindlichen Objektteile, also die darüber und darunter liegenden Schichten, rufen nur undeutliche Licht- und Schattenwirkungen hervor. Dies macht sich besonders auffällig bei solchen Objekten geltend, welche infolge von Brechungsunterschieden gegen die Umgebung sichtbar werden. Über das Zustandekommen der hierbei auftretenden Erscheinungen muß sich der Mikroskopiker klar sein, um zu einer richtigen Deutung seiner Beobachtungen zu kommen, wir wollen deshalb diese Erscheinungen hier ganz kurz an einfachen, übersichtlichen Fällen erläutern.

(Einbettungsmittel. Lichtbrechung an mikroskopischen Einschlüssen 99

/ Objek front

tiv-

linse

(Es kommen in der Hauptsache zwei verschiedene Fälle in Betracht. Der erste bezieht sich auf die Beobachtung durch sichtig er Körper, welche in einem Mittel geringerer Brechung, und der zweite auf die Beobachtung solch er Körper, N welche in einem Mittel höherer Brechung eingebettet sind.

fuß

na

all

Bis Beispiel für den ersten Fall nehmen wir eine in Luft liegende Kugel von Kanadabalsam. Diese verhält sich wie eine Sammellinse. Ein einfallendes Parallelstrahlenbündel wird also nach dem oberen Brennpunkt der Kugel hin gebrochen (Bbb. 62).

Rbb. 62.

Objek

front

Uv-

linse

Mnadabcdsam

Da das Objektiv von diesem Brennpunkt relativ weit absteht, so gelangen vom Bande der Kugel keine Lichtstrahlen in das Mikroskop. Die Kugel erscheint also als Heller Kreis, der von einem dunklen Rand umgeben ist. Der Helle Kreis hat den kleinsten Durchmesser, wenn man das Mikroskop auf den oberen Teil der Kugel scharf einstellt,- denn hier ist der Querschnitt des die Kugel durchsetzenden Lichtstrahlenbüschels am geringsten (Bbb. 62). Senkt man den Mikroskoptubus bis zur Scharfeinstellung auf den unteren Teil der Kugel, so vergrößert sich der helle Kreis. Der dunkle Rand wird dabei schmäler. Bis Beispiel für den zweiten Fall sei eine in Kanadabalsam befindliche Luftblase von kugelförmiger Gestalt gewählt. Eine solche Luftblase wirkt wie eine Linse von negativer Brechung und zerstreut ein Bündel einfallender parallelstrahlen so, daß diese von dem unteren Brennpunkt der Blase herzukommen scheinen (Bbb. 63). Buch hier kann nur der mittlere Teil der gebrochenen Strahlen, soweit deren Neigung nicht die Bpertur des Objektives übertrifft, in das Mikroskop eintreten, und der Rand der Luftblase erscheint ebenfalls dunkel. Beim Senken des Tubus von der Einstellung auf die Oberseite der Luftblase aus wird der Rand aber breiter, da der Querschnitt des gebrochenen Strahlenbüschels.

7*

jetzt nach unten hin geringer wird, wie Rbb. 63 erkennen läßt. Durch dies verschiedene Verhalten läßt sich in vielen Fällen unzweifelhaft feststellen, ob ein mikroskopischer Einschluß stärkere oder schwächere Brechung hat' wie seine Umgebung. Einschlüsse, die wie positive Linsen wirken, entwerfen von der Lichtquelle bei Benutzung des Planspiegels ein oberhalb des Einschlusses liegendes Bild, solche, die wie Negativlinsen wirken, ein unterhalb desselben liegendes Bild. Rtan muß also, von der Lcharfeinstellung auf den Körper selbst aus, bei diesen den Tubus senken, bei jenen den Tubus heben, um die Lichtquelle scharf zu sehen. Ruch dieses Verhalten kann zur Feststellung von Brechungsunterschieden dienen. Es ist hierbei nicht notig, daß der fragliche Körper genau Linsen- oder Kugelgestalt besitzt. Selbst so unregelmäßig gestaltete Körper wie 5tärke- oder Kristallkorner entwerfen noch ein erkennbares Bild der Lichtquelle. Läßt sich dieses Bild nicht mehr erzeugen, so ist eine Entscheidung über das Vorzeichen der Brechung gegenüber der Umgebung noch möglich bei Rnwendung schiefer Beleuchtung mit eng gestellter Irisblende oder mit aus der Rtikroskop-achse verstelltem Planspiegel. Fällt das beleuchtende Lichtbüschel von rechts her ein, so erscheint bei einem stärker brechenden Körper der rechte Band dunkel, da die von hier ausgehenden Lichtstrahlen zum größten Teil am Objektiv vorbeigehen (Rbb. 64). Bei einem schwächer brechenden Körper erscheint aus demselben Grunde der linke Band dunkel (Rbb. 65).

Zu den besprochenen, durch Brechung hervorgerufenen Erscheinungen kommen noch weitere hinzu, welche durch Interferenz der gebrochenen sowohl wie der reflektierten Ztrahlen zustande kommen. Diese zeigen

/Objek

front

tw-

/ Objek front

tiv-

linse

linse

sich in engen Hellen und dunklen farbig gesäumten Bingen, welche sich sowohl um die Einschlüsse herum wie an der Grenze zwischen der Hellen Hütte und dem dunklen Rande zeigen. Die äußeren Interferenzringe geben leicht zu Täuschungen über die wahre Größe des Einschlusses Rnlaß. Im ganzen sind also schon bei so

Pt,

flbb. 66.

flbb. 67.

einfachen Körpern wie Kugeln die Erscheinungen im durchfallenden Licht recht kompliziert und erfordern zu ihrer genauen Deutung eingehende physikalische Kenntnisse. Bet feineren und komplizierteren Strukturen ist es selbst für geübte, wissenschaftlich gebildete Mikroskopier mitunter sehr schwierig oder sogar unmöglich, zu einer einwandfreien Deutung zu gelangen. So ist es zu verstehen, daß über die räumliche Struktur verschiedener oft untersuchter Diatomeen heute noch Meinungsverschiedenheiten unter den Fachgelehrten bestehen.

Besondere Sorgfalt erheischt auch die Beobachtung mikroskopischer linearer Gebilde wie Kanten, Bisse, Bakterien u. dgl. Die Sichtbarkeit dieser Gebilde ist abhängig vom Bzimut der Beleuchtung, d. h. von der Richtung des einfallenden beleuchtenden Lichtbüschels zu der Längsrichtung des. Gebildes. Die Abbildung ist dabei am besten, wenn das Bzimut der Beleuchtung rechtwinklig zum Bzimut des linearen Gebildes liegt. Die Wirkung einer solchen einseitigen Beleuchtung zeigt Bbb. 66. (Es folgt daraus, daß für eine Sichtbarmachung aller möglichen Kantenrichtungen in einem mikroskopischen Bild möglichst allseitig zur optischen Bchse symmetrische Beleuchtung angewandt werden muß. Der Bbbesche Kondensor muß hierbei in der höhe so eingestellt werden, daß das Bild, welches er von der Lichtquelle entwirft, möglichst genau in der Gbjektebene liegt. Ist dies nicht der Fall, so bleibt die Mitte des Gesichtsfeldes dunkel und nur die Bußenzone wird konzentrisch beleuchtet. (Es entsteht das sog. Karussellbild der Bbb. 67. Bei richtiger

~~    Stellung des Kondensors er

gibt sich das Bild der Rbb. 68.

Pi

Rbb. 68.

Die größte Zuverlässigkeit haben vom optischen Standpunkte aus solche mikroskopischen Bilder, bei denen die Einzelheiten durch Absorp-tionsunterschiede sichtbar gemacht werden, hieraus find auch die großen Erfolge zu verstehen, welche namentlich die zoologische und medizi-nischewissenfchaftmit derAn-wendung der mikroskopischen Zärbetechnik auf ihre Untersuchungsobjekte erzielt hat.

XIV. Rnroenbung des Mikroskopes in Wissenschaft und Technik.

Nachdem wir bis jetzt die Wirkungsweise und den Gebrauch des Mikroskopes nebst seiner verschiedenen Abarten, soweit es im Nahmen dieses Bändchens möglich ist, kennen gelernt haben, wollen wir im folgenden einen Überblick darüber gewinnen, welche Anwendungen dieses wichtige Hilfswerkzeug für das menschliche Auge in den verschiedenen Gebieten der Wissenschaft und Technik findet und gefunden hat. wir wollen hierbei nicht nur den äußeren, rein praktischen wert des Mikroskopes ins Auge fassen, sondern auch den höheren ideellen wert, den das Mikroskop für unsere moderne Weltanschauung nach der phpsi-kalisch-chemischen sowohl wie nach der biologischen Richtung besitzt. Nehmt der Menschheit das Mikroskop, und verschwunden ist für sie der Mikrokosmos, eine ganze Welt für sich, klein zwar, sehr klein in ihren Einzelwesen und Cinzelmaßen, groß aber und gewaltig in ihrem Üm-sang und tief eingreifend in ihrer Wirkung auf den Ablauf des Weltgeschehens und auf die Entwicklung des Menschengeschlechtes, war die Erfindung des Mikroskopes die optische und wesentliche Vorbedingung zur Entdeckung der Welt der Mikronen, so erweisen sich die

(Erfolge der mikroskopischen Forschung in den verschiedenen Bereichen dieser Welt außerdem noch von der Auffindung und Anwendung ganz bestimmter mikroskopischer Arbeitsmethoden abhängig. Die exakt arbeitende wissenschaftliche Mikroskopie wird natürlich auf ein vorliegendes Unterfuchungsobjekt grundsätzlich alle ihr zur Verfügung stehenden Methoden anwenden. Die in den verschiedenen Gebieten gesammelten praktischen Erfahrungen haben jedoch zu speziellen Untersuchungsmethoden mit entsprechenden speziellen Mikroskoptypen und Hilfsapparaten geführt, die in erster Linie zur Anwendung kommen. Angaben hierüber sollen bei den folgenden Einzelbesprechungen der Wissensgebiete eingeflochten werden.

\. Vas Mikroskop als physikalisches Meßinstrument.

In den physikalischen Laboratorien sowohl wie in den Sternwarten dient das Mikroskop zur Ermittelung der feinsten Unterabteilungen von Skalen der verschiedensten Art. hierzu wird es in Form der Meßoder Schätzmikroskope ausgeführt. Diese stellen in kleinen Dimensionen ausgeführte Mikroskope von 25—50facher Vergrößerung dar, welche in der Bildebene des meist nach der Kamsdenschen Art gebauten Gkulares entweder eine kurze feste Hilfsskala oder einen mittels Schraube und Trommel meßbar beweglichen Faden oder ein Fadenpaar tragen. Die Gesamtlänge der festen Hilfsskala ist so gewählt, daß das Bild eines Skalenteils der Hauptteilung der Länge nach sich mit ihr deckt. Falls nun die hilfsteilung 10 Intervalle enthält, kann man an ihnen noch den 10. Teil des Intervalles der Hauptteilung direkt und den hundertsten Teil davon durch Schätzung ablesen. So würde die Ablesung in Abb. 69 lauten: 2,57. Bei Anwendung der Meßschraube statt der festen Hilfsskala werden die Unterabteilungen der hauptskala auf einer geteilten Trommel abgelesen. In der messenden Physik benutzt man die Ablese-und Schätzmikroskope zu den genauesten Ables ungen an Teilmas chinen, Barometern,

Thermometern, Mikrowagen, Elektrometern u. dgl.

Die früher bei den Teilkreisen üblichen Nonien zur Ermittelung der Unterabteilungen von Gradteilungen werden in

neuester Zeit immer mehr durch Schätz- oder Ablesemikroskope verdrängt. Dies gilt insbesondere für die feinen Winkelmessungen in der Astronomie.

von Siedentopf und Zsigmondy wurde das Ultramikroskop zur Ausmessung submikroskopischer Teilchen angewandt. Sie bedienten sich hierbei derselben Methode, wie wir sie in dem Abschnitt über Zählen beschrieben haben, wenn die Anzahl der Teilchen in einem bekannten Volumen Flüssigkeit von bestimmtem Gewichtsinhalt ermittelt ist, so lassen sich bei bekanntem spezifischen Gewicht der Teilchen ihre wahren Durchmesser berechnen. Nach dieser Methode sind Teilchen bis herab zur Größenordnung von nur wenigen Millionstel Millimetern gemessen worden.

2. Entdeckung und Untersuchung der mikroskopischen

Lebewelt.

Die Entdeckung der Aufgußtierchen durch Leeuwenhoek um 1673 bedeutet für die Menschheit gleichzeitig die Entdeckung der Welt der Mikroorganismen. Nur die Anwendung von Mikroskopen mit genügend starker Vergrößerung und entsprechendem Auflösungsvermögen reicht hin, um die große Mehrzahl dieser frei in Flüssigkeiten lebenden Organismen zusehen. Keinwunder, daß der ersten Entdeckung Leeuwen-hoeks bald zahlreiche weitere folgten, welche sich dann bei der überaus großen Mannigfaltigkeit dieser Organismen noch bis in die neueste Zeit hinein fortsetzen. Die Auffindung neuer Lebewesen, welche beim Stehenlassen von Heu, Stroh, Pfeffer u. dgl. mit Wasser sich so leicht und schnell bilden, brachte mit einer neuen Welt auch neue Probleme. Uralte Probleme, wie das der Urzeugung, der Entstehung lebender Wesen aus totem, anorganischem Stoff, wurden von neuem lebendig. Leeuwenhoek selbst hatte zwar im Gegensatz zu den meisten seiner Zeitgenossen die durchaus richtige Ansicht, daß seine Infusionstierchen aus vorhandenen Keimen ihren Ursprung genommen hätten, konnte aber keinen Beweis dafür erbringen. Erst durch die versuche des Physikers Tyndall wurde die Frage nach der Entstehung der Mikroorganismen näher beleuchtet und durch die Untersuchungen von Pasteur endgültig gelöst. Der letzte Forscher konnte nachweisen, daß die Keime der Mikroorganismen überall auf der Erde verbreitet sind und mit dem Wasser oder der Luft in Nährlösungen gebracht werden müssen, damit Leben in ihnen entstehen kann, werden die Lösungen durch Kochen keimfrei

gemacht und durch Abschluß mit Wattepfropfen oder mehrfach gebogenen Glasröhren vor dem Eindringen neuer Keime geschützt, so bleibt jede Entwicklung von Leben aus. Die leichte Verbreitungsmöglichkeit der Mikrobenkeime, welche durch die pasteurschen versuche dargetan wird, erklärt die Allgegenwart der Kleinlebewelt auf unserem Erdball, wir können kaum eine wasserhaltige Speise der Luft aussetzen, ohne daß sie bald eine Deute der Mikroorganismen wird, die durch ihre Lebenstätigkeit in ihr Gärungs- oder Fäulnisprozesse hervorrufen. Die hierdurch gegebene bequeme Zugänglichkeit der Kleinlebewesen macht es verständlich, warum heute gerade die Welt der kleinsten Wesen wohl am besten erforscht ist. Durch die außerordentliche Fülle von Material, welche die mikroskopische Beobachtung in den letzten Jahrzehnten geliefert hat, haben sich innerhalb der Wissenschaft von den Kleinlebewesen wieder eine Reihe ganz spezieller Wissenszweige herausgebildet. Jeder dieser Zweige enthält eine solche Menge Untersuchungsstoff, daß er die Lebensarbeit einzelner Forscher auf sich zu konzentrieren vermag. Als bekanntes Beispiel für solche gründliche Forscherarbeit seien die Beobachtungen der Radiolarien durch haeckel genannt, welche in dem Buch „Kunftformen der Natur" der Allgemeinheit auszugsweise bekannt geworden sind. Andere spezielle Zweige bilden die Protozoen-, Diatomeen-, Bakterienkunde u. a. Die in den letzten Jahrzehnten mächtig aufgeblühte Wissenschaft von ben im Wasser schwebenden und durch feine Siebe abfiltrierbaren Lebewesen ist zu einer besonderen Disziplin, der Planktonkunde, zusammengefaßt worden. Die hier zutage geförderten Resultate spielen eine große Rolle für die rationelle Bewirtschaftung und Ausbeutung unserer Binnengewässer.

3. Untersuchung des Zeinbaues von Tier und pflanze.

während die systematische Erforschung fast der ganzen Kleinlebe-welt, ausgenommen eine Reihe sehr kleiner Bakterien, mit der denkbar einfachsten Herstellung der Präparate auskommt, ist für die Untersuchung des feineren Baues der Organe der höheren Tiere und pflanzen eine schwierige Präparationstechnik erforderlich. Reben den früher genannten Methoden der Mazeration und Zergliederung spielt die Hauptrolle die Anfertigung von Dünnschnitten aus den zu untersuchenden Organen. Die Untersuchung solcher Dünnschnitte bildet die Wissenschaft der Histologie oder mikroskopischen Anatomie. Für die hierher gehörigen mikroskopischen Untersuchungen kommt das gewöhnliche

Mikroskop von den schwächsten bis zu den stärksten Vergrößerungen in Frage. Die Anwendung von polarisiertem Licht spielt eine untergeordnete Rolle. Die Methoden der Dunkelfeldbeleuchtung sind bisher nur wenig angewandt worden.

Tine der ersten grundlegenden Erkenntnisse, welche die mikrosko-skopische Forschung in der Zoologie und Botanik zutage forderte, war die heute jedem Gebildeten bekannte Tatsache, daß der Tierkörper sowohl wie der Pflanzenkörper aus Geweben und Zellen aufgebaut ist. Die Begründer dieser Zellenlehre waren Schleiden auf dem Gebiet der Botanik und Schwann auf dem der Zoologie. Die Anwendung von Färbe- und Imprägnationsmethoden führte weiter zu einem tieferen Einblick in die geheimnisvolle Werkstatt der Zelle. So konnte das Verhalten der Zelle gegenüber äußeren und inneren Kräften sowohl im Leben wie im Tode studiert werden. Man erkannte das Verhalten des Zellinhaltes bei einer der wichtigsten Lebenstätigkeiten der Zelle, der Zellteilung oder Fortpflanzung und fand in den Thromosomen, welche aus der Zellkernsubstanz bei der Teilung hervorgehen, die Träger der Eigenschaften, welche sich von Individuum zu Individuum vererben.

4. Medizin.

Dieselben Methoden, welche in der Zoologie zur Kenntnis des Feinbaues des Tierkörpers geführt haben, wurden mit Erfolg angewandt, um die feinere Anatomie des menschlichen Körpers zu erkennen. Eine besonders große Rolle spielt die Erforschung der Krankheitserscheinungen und ihrer Ursachen, hierbei führte das Studium der Zelle und der Zellverbände im gesunden und kranken Zustand zu hervorragenden Erfolgen. So vermochte man z. B. bei Nervenerkrankungen im mikroskopischen Bild der Nervenzelle degenerative Veränderungen festzustellen, deren Kenntnis zu einer zielbewußten Behandlung solcher Erkrankungen verwertet werden konnte. Die Diagnose von mehr oder weniger anomaler Blutbeschaffenheit wurde durch die Zählung der roten und weißen Blutkörperchen auf eine fast mathematisch sichere Basis gestellt. Ebenfalls konnte die Rolle, welche die roten und weißen Blutkörperchen für die Ernährung des Körpers und seinen Schutz vor eindringenden Giften spielen, durch mikroskopische Studien aufgeklärt werden. Durch Untersuchung verschiedener Infektionskrankheiten an Insekten und Pflanzen wurden die Grundlagen geschaffen zur Er-

Botanik, Zoologie, Medizin. Polarisationsmikroskop

107

kennung der Ursachen der ansteckenden Krankheiten de§ Menschen. Die Entdeckung der Milzbrandstäbchen irrt Blut milzkranker Tiere durch den Tierarzt pollender und der schließliche einwandfreie Nachweis, der von Koch geführt wurde, daß tatsächlich nichts anderes als jene Milzbrandstäbchen die Ursache dieser Krankheit bilden, führte die Medizin auf den richtigen weg zur Auffindung der Erreger der meisten Infektionskrankheiten des Menschen und von Mitteln zu ihrer Bekämpfung. Koch, irrt volksmund Bazillenvater genannt, entdeckte spezifische Bakterien als Erreger der Tholera, der Tuberkulose und anderer Krankheiten. Rußer den Bakterien lehrte das Mikroskop auch die Protozoen als Erreger einer Reihe ansteckender Krankheiten kennen, hierher gehören das gelbe Fieber, die Malaria, das Kückfallfieber, die Schlafkrankheit und die Syphilis. RIs Erreger der Malaria, die vor der Entdeckung ihrer wahren Ursache in den heißen Ländern ungeheure Opfer forderte, wurde von dem französischen Forscher Laveran ein amöbenartiges Protozoon gefunden. Die außerordentlich verschlungenen Pfade, auf welchen die Übertragung dieser Krankheit von Mensch zu Mensch durch Vermittlung einer Stechmückenart stattfindet, wurde in jahrelanger, mühsamer mikroskopischer Forscherarbeit von dem englischen Stabsarzt Roß aufgedeckt. Diese Beispiele mögen genügen, um in rohen Umrissen ein Bild von der Bedeutung des Mikroskopes für die Medizin zu geben.

5. Untersuchung und Bestimmung von Mineralien und Gesteinen in Mineralogie und Petrographie.

Durch die erfolgreiche Tätigkeit von h. Rosenbusch und seinen Schülern wurden für die Untersuchung von Mineralien sowohl wie von Gesteinen elegante optische Methoden ausgearbeitet, welche sich des Polarisationsmikroskopes als Beobachtungsinstrument bedienen. Tin solches Mikroskop unterscheidet sich von dem gewöhnlichen Mikroskop in der Hauptsache durch eine in besonderer weise eingebaute Vorrichtung zur Beobachtung irrt polarisierten Licht, meist zwischen gekreuzten Nicols. Unter dem in seinen Rusmaßen erheblich kleiner wie gewöhnlich gehaltenen Kondensor befindet sich ein Polarisationsprisma Nicolscher oder anderer Konstruktion. Unmittelbar über dem Objektiv ist der Rnalysator angebracht, der sich mittels eines Schiebers in den Strahlengang ein- und ausschalten läßt. Die obere Kondensorlinse

läßt sich durch einen Klappmechanismus ob. dgl. aus dem Strahlengang entfernen. Die Beleuchtung des Objektes geschieht gewöhnlich durch die untere Kondensorlinse mit Lichtbüscheln von geringer Apertur. Diese Veleuchtungsart wird angewandt zur Beobachtung der Interferenzfarben doppelbrechender Kristalle im polarisierten Licht, hauptsächlich zwischen gekreuzten Nicols. Die Kristalle werden hierbei wie bei der Beobachtung mit dem gewöhnlichen Mikroskop aus der Netzhaut des Buges abgebildet und erscheinen dem Beobachter in bunten Farben leuchtend im dunklen Gesichtsfeld, weil bei dieser Hrt der Beobachtung die Interferenzfarben sichtbar werden, welche durch die Zerlegung nahezu parallel einfallender Lichtstrahlen in der doppelbrechenden Kristallplatte entstehen, so wird das Polarisationsmikroskop in dieser Unordnung Orthoskop genannt.

4/f\

Bei einer zweiten Veobachtungsart wird nicht der Kristall selbst, sondern die Interferenzerscheinung in der Hinteren Brennebene eines Trockenspstemes von großer Upertur auf der Netzhaut abgebildet. Diese Interferenzerscheinung kommt hier nicht durch Beugung des Lichtes am Objekt zustande, da dieses praktisch frei von feinerer mikroskopischer Struktur ist, sondern sie entsteht durch Interferenz von engen Parallelstrahlenbündeln, welche in der Hinteren Brennebene mit einem bestimmten Gangunterschied zusammentreffen, den sie durch die Doppelbrechung im Kristall erhalten haben. Beleuchtet man hierbei den Kristall mit Lichtbüscheln hoher Apertur durch Einschalten der oberen Kondensorlinse, so kreuzen sich in der Hinteren Brennebene enge Parallelstrahlenbündel der verschiedensten Neigung von kontinuierlich wechselnden, den entsprechenden Nichtungen in der Kristallplatte zugehörigen Gangunterschieden. Man erblickt demgemäß in der Hinteren Objektivbrennebene bei herausgenommenem Okular verschiedenartig gestaltete Interferenzkurven, welche für die optische Untersuchung eines Kristalles und seine Bestimmung in einem vorliegenden Dünnschliff von ausschlaggebender Wichtigkeit sind. Eine solche Interferenzerscheinung beim Kalkspat zeigt Nbb. 70. Man nennt diese Urt der Beobachtung, Beobachtung im konvergenten Licht oder Beobachtung im Konoskop. Die Beobachtungen im Orthoskop, Konoskop und gewöhnlichen Mikroskop

werden in der Mineralogie zur Erkennung von Kristallen an ihren optischen Eigenschaften vereinigt angewandt. Die Petrographie bedient sich derselben Methoden, um die Bestandteile von Gesteinen aus optischem Wege zu bestimmen. Aus den Gesteinen werden durch Schleifen etwa 0,02 — 0,05 mm dicke Schnitte, sog. Dünnschliffe hergestellt. Diese sind dünn genug, um Untersuchungen im durchfallenden Licht ausführen zu können. Bei orthoskopischer Beobachtung zeigt ein Gesteinsdünnschliff ein buntfarbiges Mosaik von Kristallen und Kristallbruchstücken. Diese auf optischem Wege erzielte Färbung enthüllt, in zum Teil ähnlicher weise wie die Färbung von tierischen und pflanzlichen Geweben mit chemischen Farbstoffen, die feinere Struktur der Gesteine sowohl wie der einzelnen Kristalle. Die kono-skopische Beobachtung wird bei Kristallen im Dünnschliff nach Möglichkeit zu Kate gezogen.

6. Die Benutzung chemischer Reaktionen bei mikroskopischen Untersuchungen.

Außer den physikalisch-chemischen Methoden der Färbung und Imprägnation dienen eine ganze Reihe chemischer Reaktionen zur Erkennung mikroskopischer Teilchen. Diese sog.mikrochemischenReak-tionen bestehen entweder in dem hervorrufen charakteristischer Färbungen oder charakteristisch geformter Gebilde durch chemische Reagenzien. Beispiele der ersten Art sind die Blaufärbung der Stärke durch Jod, die Gelb- bis Vraunfärbung von Gerbstoff durch Kalium-bichromat, die Schwärzung von Fetten durch Osmiumsäure u. dgl. AIs Beispiele für die zweite Art von Reaktionen sei die Erzeugung charakteristischer mikroskopisch kleiner Kristalle genannt. So wird die Anwesenheit von Kalium, Rubidium, Eaesium und Ammonium durch Zusetzen von Platinchlorid festgestellt. Es entstehen dadurch nämlich scharf ausgebildete, gelb gefärbte Oktaeder der entsprechenden Metall-Platindoppelverbindung. Ebenso bilden die kieselfluorwasserstoffsauren Salze zahlreicher Metallbasen sehr charakteristisch geformte, leicht zu identifizierende Kriställchen. Für die säurebildenden Elemente werden analoge Fällungsreaktionen herangezogen, durch welche charakteristische, unlösliche mikroskopische Kristalle entstehen. So wird z. V. die Anwesenheit von Schwefel durch Überführen desselben in Schwefelsäure und Zusetzen eines löslichen Kalziumsalzes nachgewiesen. Es bilden sich hierbei die leicht erkennbaren, monoklinen Gipskristalle.

7. wissenschaftliche und technische Untersuchung von Metallen und anderen undurchsichtigen Stössen.

Für undurchsichtigeStoffe kommt nur die Beob achtung im reflektierten Licht in Frage, jebes gewöhnliche Mikroskop, bas mit einem der Seite 78 beschriebenen Opak- ober Vertikalilluminatoren ausgerüstet wird, ist zu solchen Untersuchungen geeignet, handelt es sich z. B. um die Ermittelung des Feinbaus eines Meteoreisens, so wird eine ebene Fläche angeschliffen, welche möglichst vollkommen poliert wird. Um die Struktur sichtbar zu machen, wird dann die Oberfläche mit einem geeigneten Ätzmittel wie Salpetersäure ober Eisenchlorid behandelt. Durch die verschiedenartige Wirkung des Ätzmittels auf die verschiedenen Bestandteile des Meteoreisens tritt seine kristalline Struktur deutlich zutage und kann unter dem Mikroskop in ihren feinsten Einzelheiten erkannt werden. Für die Untersuchung ist das Seite 79 Äusgeführte zu beachten. Um Ärbeit zu sparen, wird an den Metallen meist nur eine Seite eben geschliffen und poliert, die andere Seite behält ihre unregelmäßige Gestalt. Damit nun die angeschliffene Fläche senkrecht zur Mikroskopachse zu liegen kommt, kann man verschiedene Verfahren einschlagen. Man legt z. B. das Metall mit der ebenen Seite auf eine ebene Unterlage und stülpt einen etwas höheren, beiderseits offenen, zylindrischen Ring darüber, hierauf drückt man in den Ring so viel Rlebwachs hinein, daß man es an der Oberseite mit einem Objektträger glatt streichen kann. Legt man das so zugerichtete Präparat umgekehrt auf den Objekttisch, so steht die zu untersuchende Fläche genügend genau senkrecht zur Mikroskopachse.

Metall

schliff

b--> -p⁷

Objektiv

Für die häufig sich wiederholen-] objekttisch den Untersuchungen der Metalle in der Technik hat man besondere Metallmikroskope konstruiert, bei denen das Mikroskop unter dem Objekttisch angebracht ist (Äbb. 71). Die Metalle können dann mitderebenenFläche unmittelbar auf den Objekttisch gelegt

werden. Um bequem in ein solches Metallmikroskop hineinsehen zu können, ist zwischen Objektiv und Okular ein rechtwinkliges total5 reflektierendes Prisma P (Abb. 71) eingeschaltet, das die Strahlen um 90° ablenkt. Der Beobachter kann also in ein horizontal liegendes Okular hineinschauen. Durch das kleine Prisma bei B wird der Metallschliff beleuchtet. Die mikroskopische Untersuchung der feinen Strukturen der Metalle hat zur wissenschaftlichen Erklärung zahlreicher Vorgänge bei der Metallgewinnung und Bearbeitung geführt. Der Vorgang des Härtens und Anlassens des Stahles konnte z.B. durch den Nachweis ganz bestimmter Verbindungen zwischen Eisen und Kohlenstoff erklärt werden, heute sind die metallographischenUntersuchungsmethoden so gut durchgearbeitet, daß sie eine bequeme und sichere Kontrolle für die Güte und Gleichmäßigkeit der Metallfabrikate bieten. Kein modernes Metallwerk wird ohne diese Methoden auf die Dauer auskommen können, von großer Bedeutung ist auch, daß bei einem Bruch eines Maschinenteiles, z. B. einer Kadachfe, mit Hilfe der metallographischen Methoden in vielen Fällen nachträglich einwandfrei festgestellt werden kann, ob schlechte Beschaffenheit des Materials die Ursache des Schadens war.

8. Untersuchung von Nahrungs-, Genuß- und Heilmitteln sowie anderen Handelsprodukten.

Alle tierischen und pflanzlichen Stoffe sowohl wie die Kunstprodukte, welche den Menschen zur Nahrung und Kleidung dienen oder sonst in Form von Genuß- oder Heilmitteln menschlichen Zwecken dienstbar gemacht werden, lassen sich unter dem Mikroskop bequem auf ihre Zusammensetzung und Reinheit untersuchen. Eine der verbreitetsten hierher gehörigen Anwendungen des Mikroskopes ist die Untersuchung des Schlachtfleisches auf Trichinen und Finnen. Das zu beschauende Fleisch wird in dünne Scheibchen zerschnitten. Damit diese Scheibchen genügend durchsichtig werden, kommen sie zwischen zwei starke Spiegelglasplatten, welche durch zwei Mutterfchraaben kräftig gegeneinander gepreßt werden können, so daß die Scheibchen durch den Druck flach ausgearbeitet werden. Man nennt diese Vorrichtung, welche auf dem Gbjekttisch des Mikroskopes in Abb. 72 zu sehen ist, ein Kompressorium. Zur Trichinenschau dienen einfach und solide gebaute Mikroskope mit schwacher, etwa 40—100facher

Vergrößerung (flbb. 72). weitere Beispiele sind die mikroskopische Untersuchung von Mahlprodukten, Drogen, Backwaren und dgl. Entweder ist es schon das mikroskopische Bild, welches die Anwesenheit bestimmter Stoffe verrät, z. B. die Stärke irrt Mehl oder Fetttröpfchen in der Milch, oder es müssen mikrochemische Reaktionen zur Hilfe genommen werden, um die Anwesenheit von Stoffen festzustellen. hierher gehört z. B. die Blaufärbung von Stärke durch Job in solchen Fällen, wo die Struktur durch zu starkes Quellen (wie in Backwaren) verloren gegangen ist. Die charakteristischen Unterschiede von Baumwolle-, wolle-, Seiden-,

GünfmÜI

tt"

Leinen- und anderen Fasern spielen eine wichtige Rolle bei der Untersuchung und Prüfung der Roh- sowohl wieder Fertigwaren der Textilindustrie, m

[ Hbb. 72.

9. Das Mikroskop in der Uolloidchemie.

Die Uolloidchemie bedient sich zur optischen Untersuchung kolloidaler Sub- jd stanzen des Ultramikro-fkopes. Durch Anwendung SäliäL dieses Instrumentes fanden /

Zsigmondi) und andereZor-scher, daß alle kolloidalen Lösungen und Stoffe eine mehr oder weniger starke Inhomogenität ausweisen. Diese macht sich im Ultramikroskop zum Teil durch das Auftreten von sichtbaren Einzelteilchen, zum Teil durch das Erscheinen eines nicht mehr auflösbarenLichtkegels erkennbar. Die Teilchen der ersten Arthaben eine Größe, welche meist weit unter der Grenze des Auflösungsvermögens des gewöhnlichen Mikroskopes liegt. Sie werden deshalb submikroskopische Teilchen oder kurz Submikronen genannt. Die Teilchen der zweiten Art, welche auch im Ultramikroskop nicht mehr

einzeln sichtbar gemacht werden können, heißen amikroskopische Teilchen oderUmikronen. wie Zsigmondy an den kolloidalen Goldlösungen gezeigt hat, ist mit Hilfe der Ultramikroskopes eine ziemlich sichere Messung der Teilchengröße kolloidal verteilter Substanzen möglich. Durch Herstellung von Goldlösungen mit Teilchen von abgestufter Kleinheit konnte gezeigt werden, daß alle Übergänge zwischen einer Suspension, deren Teilchen sich unter der Wirkung der Schwerkraft absetzen und einer molekularen Lösung, in welcher die Teilchen schweben, auftreten. Die Entdeckung Grahams, daß kolloidale Lösungen wie Leim, Eiweiß und andere, int Gegensatz zu kristalloiden Stoffen, nicht durch Pergamentmembranen hindurchdiffundieren, ist nach den ultramikroskopischen Untersuchungen der kolloidalen Goldlösungen und anderer Lösungen z. T. durch die Größenunterschiede der Teilchen erklärlich. Stoffe, welche der Größe ihrer Teilchen nach im Bereich der Submikronen liegen, verhalten sich bei der Diffusion wie die Grahamschen Kolloide. Die Benutzung der Ultramikroskope in der Kolloidchemie beschränkt sich bisher in der Hauptsache nur auf wissenschaftliche Untersuchungen. Bei der großen Verbreitung der Kolloide in der Natur und in der Technik ist aber zu erwarten, daß auch die Laboratorien der Praxis sich mehr und mehr der ultramikroskopischen Untersuchungsmethoden bedienen werden. Gehören doch dieUufgaben, welche die Kolloidchemie zu lösen hat, zu den wichtigsten fragen der Wissenschaft und Technik überhaupt. Die Bedeutung dieser Uufgaben erhellt aus der Tatsache, daß wesentliche Baustoffe des Tier- und Pflanzenkörpers, nämlich Stärke, Zellulose und Eiweiß, zu den Kolloiden gehören. Sie ergibt sich ferner aus dem Umstande, daß die Fähigkeit des Uckerbodens, Nährsalze zurückzuhalten, der Unwesenheit von kolloidalen Stoffen, den sog. Humusstoffen, zuzuschreiben ist. Sie läßt sich endlich ermessen an der ausgedehnten Verwendung und Herstellung kolloidaler Stoffe in sehr wichtigen Zweigen der chemisch-technischen Industrie, wie Leim-, Gummi-, Sprengstoff-Industrie, Photographie, Gerberei, Färberei und vielen andern.

XV. Einiges aus der Geschichte des Mikroskopes.

Das Mikroskop ist eine verhältnismäßig junge Erfindung. Sie geschah in der Form des aus zwei einfachen Bikonvexlinsen zusammengesetzten Instrumentes zwischen 1590 und 1610 in Middelburg (Uieder-

KNuG 678: Ehringhaus, Das Mikroskop

lanbe). Bis Erfinder sind mit großer Wahrscheinlichkeit die beiden Brillenschleifer Hans und Zacharias Jansen zu nennen. 3n dem langen Zeitraum vor dieser Erfindung hat es die Menschheit auf dem Gebiete derLinsenoptiknurbiszur Entdeckung und Entwicklung der Brillen gebracht. Die stärkeren, als Lupen brauchbaren Brillengläser bilden gewissermaßen die Vorläufer des Mikroskopes. Eine größere Verbreitung gewann es zunächst nicht in der Gestalt des zusammengesetzten, sondern in der des einfachen Mikro-~~    skopes, weil für längere Zeit

flbb.73.

nur dieses die für wissenschaftliche Untersuchungen erforderlichen starken Vergrößerungen bei genügender Klarheit und Schärfe der Bilder zuließ.

Einer der ersten, welche dem einfachen Mikroskop eine zu wissenschaftlichen Beobachtungen brauchbare Form gab, war der holländische^ Naturliebhaber Anton van Leeuwenhoek (1632—1723 in Delft), der schon als Entdecker der Aufgußtierchen erwähnt wurde. Er fertigte sowohl die Linsen wie auch den mechanischen Teil seiner Instrumente selbst an. Diese bestanden (Bbb. 73) aus dem Objekthalter S, der seitlichen Schraube E zur Einstellung des Objektes in die richtige Entfernung von der Linse L, der zur Höhenverstellung dienenden Schraube// und der die Einzelteile tragenden Metallplatte. Die Leistungsfähigkeit dieser Mikroskope, welche einfach gegen das Licht gehalten wurden, ist durch die zahlreichen Entdeckungen ihres Verfertigers verbürgt. Bußer den Aufgußtierchen entdeckte er unter vielem andern die ersten Bakterien. Er fand sie in dem Zahnbelag aus der Mundhöhle des Menschen.

Angespornt durch solche Erfolge widmeten viele Naturforscher und Instrumentenbauer ihre Brbeits- und Erfindungskraft dem einfachen Mikroskop. So entstand allmählich eine Form, welche der unserer heute noch gebräuchlichen Lupen oder Präparierstative ganz ähnlich war

vom einfachen zum zusammengesetzten Mikroskop

115

MN»

(Bbb. 74). Nach diesem Muster sind die meisten Mikroskope in der letzten Hälfte des 18. Jahrhunderts mit nur unwesentlichen Abweichungen ausgeführt.

Mährend der Zeit der Entwicklung des einfachen Mikroskopes war man in der Verbesserung deszusammengesetzten Mikroskopes nicht müßig gewesen.

abb. 74

Obwohl dieses Instrument anfangs das ein-1 fache Mikroskop

an Leistungsfähigkeit nicht einmal erreichte, stellte sich doch von einem bestimmten Zeitpunkt an seine Überlegenheit so schlagend heraus, daß es für alle mittleren und starken Vergrößerungen das einfache Mikroskop vollständig verdrängte. Das erste zusammengesetzte Mikroskop, von welchem wir eine Abbildung und Beschreibung besitzen, ist das in Abb. 75 wiedergegebene Instrument des englischen Naturforschers Robert hooke (1667). Aus den zahlreichen mit vorbildlichen ZllustrationenverfehenenVeobachtungsergebnissenkonnen wirschließen, daß sein Mikroskop recht brauchbar war. Der Zeitpunkt der Überlegenheit des zusammengesetzten Mikroskopes trat erst ein, als es gelang, seine optischen Leistungen ganz wesentlich zu heben. Zwei durch Zusammenwirken von Theorie und Praxis entstandene und ausgebaute Erfindungen führten dies herbei, nämlich die Konstruktion der achromatischen Linsen durch John Dollond (1757) und ihre Berechnung

eCqii

Rbb. 75.

MH

durch Euler (1771) sowie die Ausführung von Mikroskopobjektiven durch Chevalier in Paris (1824), welche nach den Angaben von Selligue aus mehreren achromatischen Zinsen zusammengesetzt waren, hierdurch wurde eine so erhebliche Verringerung der sphärischen Aberration bei guter achromatischer Korrektion erzielt, daß Vergrößerungen bis zu 1200 fach mit Erfolg angewandt werden konnten. Die Überlegenheit des zusammengesetzten Mikroskopes war damit gegeben, und die Fortschritte erfolgten durch die emsige Arbeit von Theoretikern und Praktikern so schnell, daß das Instrument bald eine Stufe hoher Vollkommenheit erreichte. Diese Epoche brachte uns außer der Erfindung der Immersionsobjektive durch Amici als einen gewissen Abschluß in der Entwicklung der Optik die Konstruktion der Apochromate durch Ernst Abbe. In seiner Lehre von der Bildentstehung im Mikroskop schenkte dieser uns eine vollendete Darstellung der Theorie dieses Instrumentes.

Sachregister.

Abbe, <E. 13. 37. 39. 51. 71.81.116 Abbildung, primäre 36, sekundäre 36, positive 86, negative 86 Aberration, sphärische 12 —, — Prüfung der 72 —, chromatische 12 —, — Prüfung der 72 — im Deckglase 26 —, chromatische Differenz der sphärischen 13 Achromat 14. 54 Achse, optische 10 Alaun 12 Algen 18 Amici 116 Amikronen 113 Amphipleura pellucida 73 Amplitude 32 Analysator 77

Anatomie, mikroskopische 105 Anisotrope Körper, mikroskopische Untersuchung von 77 Apertometer, Abbesches 71 Apertur, numerische 20 —, Messung der 70 Aperturblende 30 Apochromat 55

Astronomie, Mikroskop als Meßinstrument in der 104 Aufbewahren des Mikroskopes 53 Aufgußtierchen 104 Auflösungsvermögen 44. 58 Augenkreis 29 Augenlinse im Gkular 25 Austrittspupille 29 Azimut der Beleuchtung 101

Bakterien 94. 96. 105. 114 Bakterienkolonien, Zählung von 64 Behandlung des Mikroskopes 52

Beleuchtung, gerade 45. 50 —. schiefe 45. 50

Beleuchtungsapparat, Abbescher 51 Beleuchtungsspiegel 25. 30. 49 Benzin 53

Beugung bes Lichtes 34 Bild, reelles 11 —, virtuelles 16

Bildhebung durch planparallele Glasplatten 63

Bildumkehr, durch Prisma von Nachet 82

—    durch porro-prisma 82. 83 Bildumkehrendes Mikroskop 83 Vinokular-Mikroskop 83 Blaufilter für künstliches Licht 74 Blutkörperchen, Zählung von 64 Brechung des Lichtes 8

—    ---an Linsen 9

Brechungsgesetz 9 Vrechungsverhältnis 9 Brennebene 10

Brennebenen, Bestimmung der Lage von 68

Brennpunkt 10 Brennweite 10 —, Messung der 66 Bremftcr 17 Brillen 114 Brillengläser 114 Brückesche Lupe 18 Bürker, Zählkammer nach 65

Chevalier 116 Cholera 107

Deckglas 21. 24. 31 —, Aberration im 26 Deckglasdicke, Messung der 62 Definition des Mikroskopes 8

von

Diatomeen 43. 73 Dickenmessungen mit dem Mikroskop

62

Diffraktionsplatte nach Ubbe 39 Dispersion der optischen Mittel 14 Dollond 115

Drehtisch, zentrierbarer 48 Dunkelfeldbeleuchtung 84. 90 V unkelfeldkondensoren 92 Dünnschliffe 97. 109 Dünnschnitte 97

Einbettungsmittel für mikroskopische Präparate 98 Einfallsebene 9 Einfallslot 9 Einfallswinkel 9 Einfarbiges Licht 82 Einhängeblenden 87 Eintrittspupille 28 Einrichtung des Mikroskopes 45 Einschlüsse, mikroskopische 100 Einstellen des Mikroskopes 52 Eiweiß 113

Entoptifche Erscheinungen 86 Entwässern der Präparate 98

Fadenkreuz 65 Färben 97. 109 Farbfilter 82

Feinbau von Tier und Pflanze 105 Feinverstellung 46 Fieber, gelbes 107 Finnen 111 Fluoreszenzlicht 88 Fluoreszenzmikroskop 88 Fluoreszenzokular 89 Fluoritsystem 55 Zlüssigkeitsfilter 82 Flußspat 12. 55 Fortpflanzungsgeschwindigkeit Lichtwellen 32 Fraunhofer 17

Genußmittel, Untersuchung von 111 Gerbstoff, Ueakion auf 109 Geschichte des Mikroskopes, einiges aus der 113

Gesichtsfeldblende 27    ->

Gesteine, Untersuchung von 78. 109

Gitter 37

Gitterspektrum 38

©las, optisches 13

Glasglocke 53

Glyzerin 98

—-Immersion 89

Goldrubinglas 92

Goniometerokular 65

Graham 113

Grenzwinkel der Totalreflexion 22 Grobverstellung des Mikroskopes 47 Größe, scheinbare 8 Grundbestandteile eines zusammengesetzten Mikroskopes 18 Grundgesetze, optische 8

haeckel 105

Handelsprodukte, Untersuchung von 111

Hauptebene 10 Hauptmaximum 39. 41. 84 Hayemjche Losung 65 Heilmittel, Untersuchung von 111 Hilfsapparate zum Mikroskop 74 Histologie 105

Hölzer, Untersuchung der 97 Homogene Immersion 24 Hooke, K. 115 Huyghenssche Okulare 56

Ignatowsky, von 94 Immersionsobjektive 23. 54. 55 Immersions-Ultramikroskop 92 Infektionskrankheiten 107 Interferenz 32 Interferenzerscheinungen 34 Interferenzfarben 78 Irisblende 30. 49 Isotrope Stoffe 77

Jansen, Hans und Zacharias 114 Jod, Reagenz auf Stärke 109. 112

Uadmiumfunke 88 Ualiumbichromat 95 Uanadabalsam 71. 98. 99

—, — nichtselbstleuchtenber 36 —, lineare 101

—, Zurichtung mikroskopischer 96 Objektführung, mechanische 49. 74

Uanadabalsamkugel in Luft 99

Kanten, Sichtbarkeit von 101

Karbtoibfonbenfor 94

Karuffelbtlb 101

Kippe bes Mikroskopstativ^s 45

Kobaltglas 74

Koch 107

Kohärente Schwingungen 36 Köhler 88

Kollektivlinse bes Gkulares 25. 56. 57

Kolloibchemie 112 Kollotbe 112

—, Bebeutung für bie Technik 113 Kompensationsokulare 57 Komplanatische Okulare 58 Kompressorium 111 Konbensor 29 Konoskop 108

Konstanten, Bestimmung optischer66 Konvergentes Licht 108 Korrektion ber Objektive 13. 71 Korrektionssysteme 27. 56 Kreuztisch 48

Kristalle, Untersuchung von 78.108.

109

Kugelirisblenbe 51 Küvette nach Biltz 92

Längenmessungen 61 Laveran 107

Lebewelt, mikroskopische 104 Leeuwenhoek 104. 114 Lehmann 89 Leim 113

Leistung, Prüfung ber, bes Mikroskopes 71

Licht, einfarbiges 82 Lichtbrechung 8 Lichtfilter 82

Lichtfortpflanzung, gerablinige 8 Lichtquellen 74. 94 Lichtstrahl 8

Lineare Objekte, Hbbtlbmtg von 101 Linsen 9

—, achromatische 14 Linsenfehler 12

Linsensysteme, korrigierte 13. 24.

Longitubinalwellen 31 Luftblasen in Kanababalfant 99 Lumineszenzmikroskop s. Zluoreszenz-mikroskop Lupe 15

—, aplanatische 17 Lupenformen 16

Magnesiumfunken 88 Malaria 107 Mazerieren 97 Mebizin 106 Meßmikroskop 103 Messungen mit ben Mikroskop 61 Metallmikroskop 110 Metallographie 110 Meteoreisen 110 Mikrochemische Reaktionen 109 Mikrometerokular 62 Mikrometerwert 61 Mikrophotographie 82 Mikroprojektionen 82 Mikroskop, bilbumkehrenbes 83 Mikroskopstativ 45 Mikrotom 97 Milzbranbstäbchen 107 Mineralien, Untersuchung von 75. 109

Monobromnaphtalin-Immersion 23. 58

Monochromate 88

Nahrungsmittel, Untersuchung von 111

Navicula viridis 73 Nebenmaximum 39 Nicolsches Prisma 76 Nobertsche Testplatte 72 Normalvergrößerung 59 Numerische Apertur 20. 58

Oberflächenbeleuchtung 78 Objekte, Bbbtlbung selbstleuchtenber

31

Objektive 18. 55 Gbjektivschlitten 56 Gbjektivzange 56 Objektmikrometer 61. 69. 76 Objekttisch 19. 47. 111 Objektträger 23. 31 Gffnungswinkel 20 Gkularblende 25. 27 Okulare 19. 56 —, Huyghensfche 56 —, Rompensations- 57    Radiolarien 105

Probeobjekte 72 Protozoen 18. 96. 105. 107 Prüfung der Leistungsfähigkeit des Mikroskopes 71 Pupille, Rustritts- 29 — Eintritts- 28

Huarz 12

Ouarzkammer nach Siedentopf 95

—, komplanatische 58    Ramsdensches Okular 57

—, orthoskopische 57    Rasiermesser 97

Okularkreis 25. 29    Reade 92

Okularmikrometer 61    Reflexionsgesetz 9

Olimmersion, homogene 24    Reflexionswinkel 9

Gpakilluminator 78    Reinigung von Linsenflächen 53

Rohr, von 88 Rosenbusch 107 Roß 107

Rückfallfieber 107

Optik des IRikrofkopes 18. 24. 53 Revolverblenden 31 Orthoskop 108 Orthoskopische Okulare 57 Gsmiumsäure 109

paraboloidkondensor 93 Parallaxe 67

108

parallelstrahlen 10 Pasteur 104

Schätzmikroskop 103 paralleles Licht, Untersuchung im Schlachtfleisch, Untersuchung des NI

Schlafkrankheit 107 Schleiden 106 Schmetterlingsschuppen 73 Petrographie, das Mikroskop in der Schwann 106

78

Phase 32

Schwingungen, kohärente 36 Schwingungsdauer 32

Sehwinkel 7

Sekundäre Rbbildung 36

Physik, das Mikroskop als Meßin- Sehweite, normale 7. 8 strument in der 103 Planktonkunde 105

Pleurosigma angulatum 43.    73    Selligue 116

— balticum 73    Semi-Rpochromat 55

Polarisationsmikroskop 107    Siedentopf 90. 93—95. 104

Polarisator 77    Sinusbedingung 13

polarisiertes Licht 31. 76    Skalen, Messung der Unterabteipollender 107    langen von 103

porro-prismen 82. 83    Spektralokular 82

Präparate, Herstellung mikrosko-    Spektrum, Gitter- 38

pischer 96    —, sekundäres 14. 54. 55

Präparierstativ 18    Sphärische Rberralion 12

Präpariersysteme 15    --, Prüfung der 72

primäre Rbbildung 36    Spiegel, Objektbeleuchtung durch 29

Prisma, bildumkehrendes 82. 83    ; Spiegelkondensoren 92

—, totalreflektierendes 78. 111    < Spirochaete pallida 94

Zählen mikroskopischer Objekte 64 Zählkammer nach Bürker 65

--Thoma 65

Zahnbelag, Bakterien im 114 3ahn- und Triebbewegung beim Mikroskop 47

Tubuslänge, optische 20. 47. 68. 69 Zedernholzöl 23. 24. 53. 86 —, mechanische 47    Zeichenapparat nach Abbe    81

Tyndall 104    Zeichenokular 81

Zeichenprisma 80

Ultramikroskop 90    Zeichnen mikroskopischer Objekte 80

Ultramikroskopische Teilchen 90    Zelle 106

Ultraviolettes Licht 88    Zentrahlstrahlen 11

Ultraviolett-Mikroskop 88    Zentrieren des Drehtisches    48

Umkehr des mikroskopischen Bildes Zsigmondy 90. 92. 104. 113

Zurichtung mikroskopischer Objekte96 Zwischenträger des Mikroskopes 46 Zylinderblende 30. 51

Sporn 46 Stanhope 17

Stärke, Reaktion auf 109. 112 Stativ öes Mikroskopes 45 Steinheil 17 Sternblende 85

Strahlenbegrenzung im Mikroskop

27

Strahlengang in der Lupe 15 — im Mikroskop 19. 24 Submikronen 112 —, Ausmessung von 104 Surirella gemma 73 Syphilis 94. 107

Technik, das Mikroskop in der 102 Testplatte, Abbesche 71 —, Uobertsche 72 Thoma, Zählkammer nach 65 Tiefenschärfe 96 Tischfedern 47 Tischirisblende 51 Totalreflexion 22 —, Winkel der 22 Transversalwellen 31 Trichinen, Untersuchung auf 111 Triebbewegung 47 Trockensysteme 23 Tuberkulose 107 Tubusauszug 47

82

Umkehrprisma von Uachet 82 — nach porro 82. 83

Undurchsichtige Stoffe, Untersuchung von 78

Urzeugung 104

Vergrößerung der Lupe 16 — des Mikroskopes 20

---, Bestimmung der 69

—, chromatische Differenz der 13 Versteinerungen 97 Vertikalilluminator 78

Wahrnehmung, mikroskopische 98

Wasserimmersion 23

Wellen, longitudinale 31

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Wellenlänge 32

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(Äurj.Verzeichnis v.V erlag in Leipzig.) Oebe Karte TR. -.10. Reihe von 12 Karten in UmschlsZ TR. 1.-, jede Karte unter Gla» mit schwarzer Einfassung u. Schnur eckig oder oval.

Die mit * bezeichneten Reihen auch in seinen ovalen Holzrahmchen eckig oder oval. Teubners Künstlersteinzeichnungenta i2Reihen. Teubners Kürst tlerpojtkarte« nach Gemälden neuerer Meister. 1. Macco» Maienzeit. 2. Köseiih, Sonnrnblick. 3. Butte,sack, Sommer im Moor. 4. Hartmann, Sommerweide. 5. Kühn ft* 9m weißen Zimmer. 9n Umschlag TR.—.50. ^Diesenbach» Schattenbilder in 7 Reihen. Ktu» dem Kinderleben, 6 Karlen nach Bleistiftzeichn. von Heia Peter». I.Der gut« Bmder. 2. Der böse Bruder. 3.Wo druckt d« Schuh? 4. Schmeichelkätzchen. 5. Püppcken» aufgepaßt! 6. Große Wäsche. 3a Umschlag TR. —.50. *Schatte«riß karten von Gerda Luise Schmidt: 1. Reihe: Spiel und Tam, Stl im Gatten, Blumenorakel, Die kleine Schäfettn, Belauschter Dichter» Rattenfänger von Hameln. 2. Reiher Die Freund«, De, Besuch, 9m Grünen, Reifensprel, Ein Frühlings-strauß, Der Liebesbttei. 3. Reihe: Der vttef an .9hn', Annäherungsversuch, Äm Sptnett, Leim Wein, Ein Märchen, Der Geburtstag. Jede Reihe in Umschlag M. —.50

Rudolf Schäfers Bilder nach der Heiligen Schrift

De, barmherzige Samattter» Jesus der Kinderfreund, Da» Ädendmahl, Hochreit z« Kana, Weihnachten, Die Bergpredigt (75X55 bzw. 60X 50 cm). TR. 7.50 bzw. TR. 6.—.

Diese 6 Blätter in Format    ttifh*«» in Mappe TR. 4.50, als

28 X 36 unter dem Titel OSOltfqK OtlOCt Einzeldiatt je TR. -.75 (Ruch als.Kirchliche Gedentblätter' und als .Glückwunsch- u. Einlabungskatten' erhältlich.)

Karl Bauers Federzeichnungen

CharatterkSpfe zur deutsche« Geschichte. Mappe, 92 Bl. (98X36 cm) TR. 5.—

12 Bl............................ TR, 2.—

Mus Deutschlands großer galt 1813. Sn Mappe, 16 Bl. (28X36 cm) TR. 2.50 Führe, und Helden im Weltkrieg. Einzeln« Blätter (28X36 cm) TR. —.so 2 Mappen, enthaltend je 12 Blätter» je . . .    ...    . TR.

Katalog über künstlerischen Wandschmuck gegen Voreinsendung de» Betrage« (Höh, ist gegen Rückporto zu erfragen) oder gegen Nachnahme vom Verlag in Leipzig, poststraßeS, erhältlich j.

Biblioteka Politechniki Krakowskiej

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