Mikroskop świetlny jest niezbędnym narzędziem bakteriologa. Bakterie są po prostu zbyt małe, aby można je było zobaczyć bez pomocy. Niektóre bakterie są tak małe, że bez niewielkiej pomocy – niewielkiej pomocy w postaci olejkowej soczewki immersyjnej – nie można ich zobaczyć nawet pod silnym mikroskopem świetlnym. Soczewki wymagające zanurzenia w olejku są klasyfikowane jako obiektywy o dużym powiększeniu.
Powiększenie oka
Twoje oko zawiera powierzchnie, które zaginają światło, aby skupić je na siatkówce. Pozycja plamki światła na siatkówce zależy od kąta, pod jakim światło wpada do oka. Twoje oko skupia światło pod dwoma różnymi kątami w dwóch różnych punktach. Oddzielenie plamek zależy od różnicy kąta. Jeśli dwa miejsca są wystarczająco blisko siebie, aby stymulować te same komórki na siatkówce, nie będziesz w stanie ich odróżnić. Dlatego nie możesz zobaczyć bakterii: kąt pomiędzy światłem pochodzącym z dwóch stron bakterii jest tak mały, że twoje oko łączy je z innym światłem.
Jak działa mikroskop
Mikroskop jest jak dodatkowa soczewka przed twoim okiem. Cały cel to powiększenie kąta padania światła z obiektu, więc mikroskop działa jak jedno duże szkło powiększające, wyginając światło, aby wyglądało, jakby obiekt był rozłożony. Ale użycie jednej dużej soczewki do tego zadania spowoduje powstanie przyciemnionych i zniekształconych obrazów, więc mikroskop wykorzystuje kilka małych soczewek: obiektyw blisko próbki i okular lub okular blisko oka. Każdy z tych obiektywów ma własne powiększenie. Powiększenie całego mikroskopu jest wynikiem powiększenia obu soczewek. Okular 10X – taki, który powiększa dziesięciokrotnie – z obiektywem 20X daje ogólne powiększenie 200X.
Zginanie światła
Światło ugina się, gdy przechodzi z jednej powierzchni na drugą. Potrzebne są dwie rzeczy: światło musi padać na interfejs pod kątem, a „gęstość” dwóch materiałów musi być różna. W rzeczywistości nie jest to gęstość wagowa, ale rodzaj gęstości optycznej zwanej współczynnikiem załamania.
Im większe powiększenie, tym większy kąt padania światła, jaki obiektyw musi zebrać z próbki. Zwykle bakterie znajdują się w kropli wody znajdującej się na szkiełku i światło ugina się, gdy opuszcza szkiełko. Powoduje to, że stożek światła pochodzącego od bakterii rozprzestrzenia się na jeszcze większy stożek. Przy dużych powiększeniach stożek światła musi być duży – tak duży, że może całkowicie przeoczyć obiektyw. I tu właśnie pojawia się olejowa immersja.
Soczewki immersyjne w olejku
Stożek świetlny ze szkiełka rozchodzi się z dwóch powodów: ponieważ jest ustawiony pod kątem w stosunku do powierzchni i ponieważ współczynnik załamania powietrza jest niższy niż współczynnik załamania szkło. Olej ma taki sam współczynnik załamania światła jak szkło, dzięki czemu stożek światła nie rozchodzi się zbytnio. Zamiast tego światło pozostaje pod tym samym kątem, dopóki nie dotrze do soczewki obiektywu.
Soczewka obiektywu musi być specjalnie zaprojektowana, aby skupiać się na próbce przez olej, ale wiele soczewek jest zaprojektowanych w ten sposób. Ogólnie rzecz biorąc, obiektywy 60X lub większe mogą zużywać olej – i na pewno będą, zanim osiągniesz 100X. Ponieważ okulary są zwykle 10X, do oglądania bakterii przy powiększeniu 1000X niezbędny jest olej.