Ультрафиолетовая микроскопия
Поскольку крайний предел разрешения, достижимый с наилучшей линзой, равен половине длины волны применяемого света, единственным возможным путем увеличения разрешения может быть использование света более коротких длин волн, чем видимый. Таким светом является ультрафиолетовое излучение. Длина волны зеленого света составляет 5000 А. Из соображений, обусловленных источниками света и используемыми для линз материалами, самый коротковолновый реально применимый на практике ультрафиолетовый свет — это мощное излучение ртутной дуги, длина волны которого очень близка к 2500 А, т. е. как раз к половине длины волны зеленого света. В самом лучшем случае использование этого ультрафиолетового света может только удвоить ра-зрешающую способность; достижение не такое уж значительное, тем не менее достаточно желательное.
Однако существует иное и, может быть, большее основание пользоваться ультрафиолетовым светом в микроскопии, оеобенно в применении к биологическим объектам. Было найдено, что различные участки образца могут (на самом деле это совсем но редкий случай) логлощать ультрафиолетовый свет по-разному. Вследствие этого прохождение света через объект может выявить совершенно новые контрасты и обнаружить области различной структуры при условии, что существует какое-нибудь устройство, позволяющее наблюдателю «увидеть» ультрафиолетовое изображение.
В наше время ультрафиолетовые микроскопы изготовляются оптической промышленностью. При этом «приходится решать три задачи. Во-первых, необходимо создать безвредные для здоровья интенсивные источники ультрафиолетового излучения, которые не излучали бы видимого света; в противном случае видимый свет будет маскировать искомые эффекты. В настоящее время этой цели служит ртутная дуга в кварцевой оболочке, поскольку кварц прозрачен в требуемой области длин волн (обычное стекло для такого света непрозрачно). Источник помещается в контейнер из специального стекла, которое обладает нужным свойством задерживать видимый свет, но пропускать значительную часть ультрафиолета.
Флуоресценция
Вторую задачу с технической точки зрения было осуществить труднее. Так как стекло поглощает ультрафиолетовый свет, то на всем оптическом пути от источника через объектив к окуляру или камере стекла не должно было быть. В обыкновенном микроскопе свет сперва выходит из стеклянной лампы, затем он концентрируется на объекте толстым стеклянным конденсором (объект обычно находится на предметном стекле), а затем свет проходит через толстую стеклянную линзу объектива и, наконец, через стеклянный окуляр идет или к глазу, или к регистрирующей камере. В целом путь света в стекле оказывается весьма значительным. В ультрафиолетовой микроскопии такого быть не может. К счастью, проблему можно решить, поскольку кварц, в естественном кристаллическом состоянии или расплавленный в кварцевое стекло, прозрачен для ультрафиолета вплоть до требуемой длины волны (хотя немного ниже этого предела он также начинает сильно поглощать: в этом;одна иа причин, почему им вее же непрактично пользоваться для более коротких волн). Таким образом, источник должен быть кварцевой лампой, конденсор— кварцевой линзой, предметное стекло — кварцевой пластинкой, илинзы должны быть не из стекла. Не очень-то хБрОшо иметь объектив микроскопа, сделанный из одного кварца. Хорошие линзы как минимум должшй быть сделаны из двух сортов стекла с различными коэффициентами преломления, только таким путем можно преодолеть хроматическую аберрацию и получить хорошую четкость изображения в некотором диапазоне длин волн. Так называемый ахромат, а. позднее его улучшенный вариант — апохромат — еостоит ив компонент, сделанных 1иа .различного стекла: обе компоненты обеспечивают высокую степень коррекции для различных длин воля, эффективно сводя различные цвета в одну фокальную плоскость.
К счастью, кристаллический флюорит оптически очень хорошо сочетается с кварцем, и можно для их комбинации рассчитать составную линзовую систему, которая является приемлемо ахроматической в ультрафиолетовой области. Флюорит прозрачен для ультрафиолетового света и имеет подходящий коэффициент преломления; главная трудность при работе с ним состоит в том, что найти чистые, оптически пригодные образцы нелегко. Но здесь уже вступила в игру оптическая промышленность и предложила способ выращивания довольно больших высококачественных кристаллов различного рода, пригодных для оптики. Между прочим, выращивание кристаллов стало по праву второй отраслью оптической промышленности.
Итак, линза объектива в нашем ультрафиолетовом микроскопе состоит из двух компонент — кварца и флюорита. В конце оптического пути окуляр также должен пропускать ультрафиолет; этолодводит нас к третьей проблеме. Возможно, когда-нибудь мы захотим сфотографировать ультрафиолетовый свет через окуляр, но прежде чем сделать это, надо знать, находится ли ультрафиолетовое изображение в фокусе. Помимо того, мы, конечно, хотим «видеть», что там получается. Но по своей, природе ультрафиолетовый свет н е в и д ем для наших глаз. Правда, он сильно воздействует на фотографическую пластинку, так что нетрудно в конце концов получить картину, во картину чего? И кан фокусировать? Бесполезно пытаться сфокусировать обычный белый свет, а аатем перейти к ультрафиолету, так как всегда существует неизвестная разница в положениях фокуса для белого света и ультрафиолета, обусловленная большим изменением показателя преломления кварца с Изменением длины волны. Эта проблема разрешена, хотя и не полностью, благодаря изобретению флуоресцентного окуляра. Ниже мы посвятим целую главу флуоресценции. Но здесь как раз уместно отметить, Что определенные кристаллы, если освещать их невидимым ультрафиолетовым светом, Испускают видимый голубой или зеленый Свет. Флуоресцентные окуляры делают из обычного стекла, причём так,. что плоскость объекта находится перед окуляром. В этой плоскости, где возникает ультрафиолетовое изображение, помещена тонкая пластинка, покрытая флуоресцентными кристаллами. Ультрафиолетовое изображение, падая на эту пластинку, заставляет ее светиться видимым светом, хотя и довольно слабо. Тем не менее можно получить видимое изображение и отфокусировать микроскоп. Эта система имеет определенные недостатки. Флуоресценция обычно бывает слабая, неизбежная «зернистость» структуры кристаллов экрана влияет на четкость изображения, и, наконец, изображение появляется только одноцветное. Тем не менее система все же работает, и, обеспечив фокус, можно не спеша получать ультрафиолетовые снимки.