[재료실험] 금속미세조직 관찰을 위한 시편 준비 (2) 광학현미경 관찰 (Optical Microscopy)

2. 광학 현미경 관찰 (Optical Microscopy)

 

[1] 광학현미경 구성요소

광학현미경의 주요 구성요소는 광원(illumination system), 집광장치(condencer), 광필터(light filter), 대물렌즈(objective lens), 대안렌즈(eyepiece), 스테이지, 스텐드 등이다.

① 분해능
현미경의 분해능이라 함은 “현미경으로 두 점을 관찰할 떄 두 점이 명확하게 보이는 최근접거리”라고 할 수 있으며 이 말은 현미경을 통해 우리 눈으로 볼 수 있는 가장 작은 점이라는 의미와는 다른 것이다. 현미경의 모든 렌즈들이 완전하여 상의 변형이 일어나지 않더라도 분해능은 빛의 회절 현상 떄문에 제한을 받게 된다.

② 배율
위에서 말한 대로 광학현미경의 분해능은 150 nm이고 정상적인 사람이 식별할 수 있는 크기가 0.2 mm정도라고 보면 광학현미경의 최대 배율은 1300배 정도이며 그 이상 크게 하는 것은 단지 흐린 상을 크게 하는 것 뿐이다.

③ 심도
심도는 “현미경으로 관찰할 때 동시에 초점이 맞는 최대 깊이 차이”인데 분해능, 배율 등이 크게 영향을 받는다.

④ 수차
렌즈의 공식은 렌즈의 축에 가까운 근축광선의 경우 근사적으로 성립하는데, 근축광선이 아닌 경우 렌즈를 지난 광선이 한 점에 모이지 않아 선명한 상을 얻을 수 없는 수차현상이 나타난다. 수차에는 일정한 파장의 단색광을 사용했을 때 광학계의 형태 때문에 나타나는 넓은 의미의 구면수차(자이델의 5수차: 구면 수차, 코마, 비점 수차, 만곡 수차, 왜곡 수차)와 광학계의 굴절률이 빛의 파장에 따라 다르기 때문에 나타나는 색수차가 있다. 색수차는 색깔에 따라 빛의 속력이 다르고, 속력이 다르면 굴절률도 달라지므로 발생한다. 한 개의 프리즘과 같이 단순한 렌즈에서 빨간 빛과 파란 빛이 굴절하는 정도가 다르게 나타나기 때문에 그 결과 두 빛은 같은 위치에 모이지 못하게 된다. 이는 다른 종류의 단순렌즈를 결합한 색지움 렌즈(achromatic lens)를 이용하여 교정할 수 있다.

 

 

[2] 광학현미경의 구조

• 재물대 : 슬라이드 글라스를 고정하는 장치. 스테이지라고도 부름.
  
  
• 광원(Light Source) : 시료를 통과한 빛이 렌즈를 통하여 상이 맺히는 것을 관찰하는 기기. 전구를 사용하며, 이 전구의 밝기는 전압조절기로 조절됨.
  
  
• 렌즈시스템 : 접안렌즈, 대물렌즈, 콘덴서로 구성
  - 접안렌즈 : 눈과 가장 가까운 렌즈 시스템.
  대게의 경우, ×10배율의 대안렌즈를 사용하며,
  특수한 경우, ×5, ×15 배율을 사용함.
  - 대물렌즈 :
  1) 배율이 다른 3~4개가 노즈피스에 부착되어 있으며, 빙글빙글 돌아가도록 되어있다.
  2) 실험이 끝난 후에는 항상 가장 낮은 배율의 대안렌즈가 정위치에 놓여 있어야 한다.
  3) 대물렌즈들은 배율은 다르지만 축은 항상 일치하도록 만들어졌으며, 초점거리도 비슷하게 되어있다.
  4) 저배율로 초점을 맞춘 후에 고배율의 대안렌즈로 볼 경우 초점거리는 약간 이동하면서 맞춰진다.
  - 콘덴서 : 재물대 밑에 붙어있으며 광원으로 나온 빛을 모으고 광도를 조절하는 역할을 한다.
• 초점조절나사 : 대물렌즈와 시료간의 거리를 조절하는 조동조절나사와 미동조절나사로 구성되어있다. 조동조절나사는 저배율로 관찰할 때, 미동조절나사는 정확한 초점을 찾을 때 사용한다.

 

 

[3] 광학현미경 사용시 주의사항

• 운반할 때
  : 현미경을 운반할 때에는 반드시 양손을 사용.
  : 오른손으로는 현미경의 손잡이(arm)를 단단히 잡고 왼손으로는 몸통 바닥(base)을 단단하게 받들어 주어야 한다.
  : 한손으로 들고 가면 현미경이 흔들리면서 렌즈 등 부착된 것들이 떨어질 수 있음
  : 본체가 다른 물체에 부딪혀 훼손될 수가 있다. 현미경은 한 번에 한 개만 운반.
• 먼지 방어
  : 현미경은 정밀기기이며 고배율로 확대하여 보는 기기이므로 먼지는 깨끗한 상을 얻는 데에 방해가 된다. 사용이 끝나고 보관 중일 때에는 항상 먼지 덮개로 덮어서 보관하여야 한다.

 

 

 

[4] 광학현미경 사용방법

• 저배율(10X) 사용
  시료를 볼 때 가장 먼저 사용하는 것이 바로 이 배율이다. 저배율이므로 슬라이드의 큰 부분이 보이고 초점 맞추기도 쉽다. 그리고 어느 부분을 볼 것인가도 확인이 된다. 그 다음 고배율로 관찰이 가능하다.
  
  1. 현미경의 재물대에 시료가 들어있는 슬라이드 글라스를 올려놓는다. (반드시 시료가 위로 향하여야 한다.)
  2. 광원의 전원을 켠다. 이 때 전압은 반드시 최저 상태이어야 한다. 전압이 높은 상태로 되어 있으면 램프의 수명이 짧아진다. 슬라이드 글라스를 광원의 중심에 놓도록 이동한다.
  3. 콘덴서를 가장 높은 위치로 이동한다.
  4. 10×의 대물렌즈를 정위치에 있는가를 확인한다.
  5. 조동 조절 나사를 돌려 대물렌즈와 시료를 가장 가까운 위치에 놓도록 조절한다.
  6. 미동 조절 나사를 이용하여 대물렌즈를 시료 반대쪽으로 움직여 초점을 맞추고 보고자 하는 부분으로 슬라이드 글라스를 이동한다. 눈이 렌즈에 닿아 있어 시료와 대물렌즈의 거리를 확인할 수가 없다. 만일 대물렌즈와 시료가 떨어진 상태에서 서로 가깝게 되도록 나사를 돌리면 렌즈와 슬라이드 글라스가 충돌하면서 렌즈가 깨질 수 있다. 계속 눈으로 확인하면서 위치조절.
  7. 초점이 맞춰지면 광원의 조리개와 전압, 콘덴서의 위치와 조리개를 조절하여 깨끗하고 명확한 상을 얻도록 한다. 광량을 줄이면 음영대비(contrast)가 명확하게 되고 심도(depth of field)가 커져 좋은 상을 얻을 수 있다. 그러나 해상력은 떨어지므로 광량을 잘 조정하여야 한다.
  8. 슬라이드 글라스를 움직여 가장 좋은 상을 찾는다.
  9. 접안렌즈의 청결을 다시 확인한다.
  10. 배율을 높일 때에는 40×짜리 그 다음에 100× 렌즈로 바꾼다.
  (저배율에서 고배율로)
  
  
• 광학현미경 정리
  
  1. 재물대에서 슬라이드 글라스를 빼 낸다.
  2. 이머젼 오일을 사용한 경우, 반드시 렌즈와 재물대에 묻은 오일을 깨끗하게 닦아야 한다. 오일이 묻은 슬라이드 글라스는 그대로 보관하여도 된다.
  3. 10× 대물렌즈를 정위치 한다.
  4. 현미경 높이를 원래의 위치로 한다(모델에 따라 높이를 조절할 수 있다).
  5. 광원 램프가 이동 가능한 모델인 경우 램프를 가장 높은 위치에 놓는다.
  6. 전기코드를 잘 접어 바닥 몸통 근처에 놓는다.
  7. 재물대를 가운데에 오도록 놓는다.
  8. 먼지 덮개를 덮는다.
  9. 별도의 전압기가 있는 경우 분리하여 지정된 위치에 놓는다.
  10. 정해진 보관함에 넣는다.

 

참고문헌

광학현미경.pdf

0.96MB