Grundlagen der Licht- und Elektronenmikroskopie (eBook, PDF)

• Format: PDF

Produktbeschreibung

Grundlagenwissen für Studierende, Doktoranden und Praktiker: Mikroskopie lernen, verstehen und erleben. Dieses Lehrbuch bietet eine umfangreiche Einführung in die Grundlagen der Licht- und Elektronenmikroskopie. Der Aufbau der Mikroskope, ihre Bedienung, Funktionsweise sowie deren Anwendung werden ausführlich beschrieben. Komplexe physikalische Zusammenhänge werden anhand aussagekräftiger Illustrationen verständlich. Zusätzliche Infoboxen stellen Sonderaspekte heraus. Vom Ersteiger bis zum erfahrenen Anwender: dieses bislang einzigartige Mikroskopie-Lehrbuch eignet sich durch seine ausführliche Darstellung und seinen modularen Aufbau sowohl zum aufbauenden Wissenserwerb als auch zum Lernen einzelner Einheiten.

Produktdetails

• Verlag: UTB GmbH
• Seitenzahl: 399
• Erscheinungstermin: 4. Dezember 2017
• Deutsch
• ISBN-13: 9783838548647
• Artikelnr.: 71188913

Inhaltsangabe

Danksagung11 Vorwort und Einführung15 I Von der Strahlenoptik zum einfachen Mikroskop19 1 Optische Grundlagen – Strahlenoptik 20 1.1 Was ist Licht? – Ein historischer Überblick20 1.2 Lichtquellen: Selbst- und Nichtselbstleuchter26 1.2.1 Wie entsteht Licht?26 1.3 Begriffe der Strahlenoptik27 1.3.1 Lichtstrahl und Strahlenbündel27 1.3.2 Punktlichtquellen zur einfachen grafischen Darstellung von Strahlengängen28 1.4 Axiome der Strahlenoptik29 1.4.1 Erstes Axiom der Strahlenoptik30 1.4.2 Zweites Axiom der Strahlenoptik30 1.4.3 Drittes Axiom der Strahlenoptik36 1.4.4 Viertes Axiom der Strahlenoptik36 1.5 Brechung des Lichts beim Durchgang durch verschiedene optische Bauelemente 37 1.5.1 Planparallele Platte37 1.5.2 Brechung an kugelförmigen Grenzflächen 38 1.5.3 Brechung an Linsen 40 1.6 Wie entstehen Bilder?45 1.6.1 Abbildungen durch Linsen45 1.6.2 Abbildungen durch Prismen55 1.6.3 Abbildungen durch Spiegel 57 1.7 Zusammenfassung58 2 Auge, Lupe und einfaches Mikroskop59 2.1 Das Auge 59 2.1.1 Der Aufbau des menschlichen Auges 59 2.1.2 Netzhaut 60 2.1.3 Dioptrik des Auges62 2.2 Optische Instrumente und Vergrößerung72 2.2.1 Lupe73 2.2.2 Vergrößerungsglas, Lupe und einfaches Mikroskop 75 2.3 Zusammenfassung80 II Das zusammengesetzte Mikroskop81 3 Allgemeines zum Mikroskop 82 3.1 Der Strahlengang eines Mikroskops82 3.2 Die Vergrößerung durch das Mikroskop 85 3.3 Das zusammengesetzte und das einfache Mikroskop im Vergleich 89 3.4 Zusammenfassung91 4 Der Aufbau eines Mikroskops92 4.1 Allgemeiner Aufbau eines Mikroskops 92 4.2 Die mechanischen Bestandteile eines Mikroskops 92 4.2.1 Stative92 4.2.2 Mikroskoptuben 96 4.2.3 Objekttische100 4.3 Zusammenfassung103 5 Mikroskopobjektive104 5.1 Objektive mit endlicher und unendlicher Bildweite 104 5.1.1 Objektive mit endlicher Bildweite104 5.1.2 Objektive mit unendlicher Bildweite 106 5.2 Vergrößerung und Abbildungsmaßstab107 5.3 Die numerische Apertur110 5.3.1 Bedeutung der numerischen Apertur111 5.3.2 Numerische Apertur und Öffnungswinkel112 5.3.3 Numerische Apertur und Immersion 113 5.4 Homogene Immersion114 5.5 Immersionsmittel und -objektive 116 5.5.1 Immersionsmittel 116 5.5.2 Anwendung eines Immersionsobjektivs118 5.6 Numerische Apertur und förderliche Vergrößerung119 5.7 Abbildungsfehler und deren Korrektion120 5.7.1 Abbildungsfehler120 5.7.2 Monochromatische Aberrationen120 5.7.3 Chromatische Aberration 124 5.8 Korrektionsklassen oder Objektivklassen125 5.8.1 Der Achromat125 5.8.2 Fluoritobjektive oder Semiapochromate 127 5.8.3 Der Apochromat 127 5.8.4 Planobjektiv129 5.9 Spezialobjektive 130 5.9.1 Objektive mit Quarzglas130 5.9.2 Phasenkontrastobjektive131 5.9.3 Objektive für die Polarisationsmikroskopie131 5.10 Deckglasdicke131 5.11 Korrektionsring bei Objektiven 133 5.12 Federfassung zum Schutz der Frontlinse133 5.13 Objektive mit Irisblende134 5.14 Zusammenfassung136 6 Mikroskopokulare137 6.1 Allgemeines zum Okular137 6.2 Okulartypen 141 6.3 Okularangaben und ihre Bedeutung 144 6.3.1 Vergrößerung144 6.3.2 Sehfeldzahl144 6.3.3 Großfeld- oder Weitwinkelokulare 147 6.3.4 Dioptrienausgleich147 6.3.5 Brillenträgerokular147 6.4 Okulare für Demonstrations-, Zähl- oder Messzwecke 148 6.5 Zusammenfassung152 7 Die Beleuchtungseinrichtung eines Mikroskops 153 7.1 Die Beleuchtung 153 7.2 Lichtquellen und ihre optimale Einstellung154 7.3 Der Kondensor155 7.3.1 Allgemeiner Aufbau eines Kondensors 155 7.3.2 Funktion des Kondensors: Ausleuchtung des Präparats 155 7.3.3 Funktion des Kondensors: Beleuchtungsapertur157 7.3.4 Einstellung der Kondensorblende158 7.3.5 Bauformen von Kondensoren161 7.4 Mikroskopbeleuchtungen 163 7.4.1 Die kritische Beleuchtung163 7.4.2 Die Köhlersche Beleuchtung164 7.5 Zusammenfassung174 8 Einteilung der Mikroskope175 8.1 Kursmikroskope 175 8.2 Routine- oder Labormikroskope178 8.3 Forschungsmikroskope oder Universalmikroskope178 8.4 Zusammenfassung180 9 Stereomikroskope und Makroskope181 9.1 Stereomikroskope 181 9.1.1 Greenough-Systeme oder Greenough-Mikroskope183 9.1.2 Teleskop- oder Fernrohrsysteme 184 9.1.3 Beleuchtung 185 9.1.4 Anwendungsgebiete185 9.2 Makroskope186 9.3 Zusammenfassung187 III Theorie der mikroskopischen Abbildung189 10 Grundlagen der Wellenoptik190 10.1 Der dunkle Raum: Warum die Wellenoptik zum Verständnis des Mikroskops so bedeutend ist 190 10.2 Optische Beugung und Interferenz194 10.3 Schwingungen198 10.4 Wellen 199 10.4.1 Mathematische Beschreibung von Wellen 201 10.4.2 Wasserwellen als Modell für Transversalwellen 203 10.4.3 Ausbreitung von Lichtwellen 204 10.5 Interferenz von Wellen 205 10.5.1 Wasserwellen205 10.5.2 Lichtwellen206 10.6 Modelle zur Lichtwellenausbreitung: Huygens-Fresnelsches Prinzip und Fresnelsche Beugung 209 10.7 Fresnelsche und Fraunhofersche Beugungen218 10.8 Zusammenfassung220 11 Beugung im Mikroskop221 11.1 Beobachtung von Beugungsbildern222 11.1.1 Die Beugung von Licht in der Fraunhofer-Versuchsanordnung222 11.1.2 Die Beugung von Licht im Abbeschen Diffraktionsapparat223 11.1.3 Möglichkeiten zur Beobachtung des primären Beugungsbildes im normalen, aufrechten Mikroskop224 11.2 Einfachspalt, Doppelspalt und optische Gitter 225 11.2.1 Di Beugung von Licht am Einfachspalt226 11.2.2 Beugung am Doppelspalt und am Strichgitter 230 11.2.3 Kreuzgitter234 11.3 Mikroskopische Präparate als Beugungsgitter 236 11.4 Bedeutung der Lichtbeugung für die Bild-entstehung: Ausblenden der Nebenmaxima 237 11.5 Zusammenfassung239 12 Die Theorie der Bildentstehung nach Abbe240 12.1 Die Abbesche Theorie der mikroskopischen Abbildung 241 12.2 Auflösungsvermögen eines Mikroskops nach Abbe244 12.3 Abbe-Formel für das Auflösungsvermögen eines Mikroskops249 12.4 Auflösungsgrenze des Lichtmikroskops (Abbe-Limit)252 12.5 Das Auflösungsvermögen eines Mikroskops nach von Helmholtz 254 12.6 Auflösungsvermögen und förderliche Vergrößerung254 12.7 Theorie der mikroskopischen Abbildung nach Abbe und der dunkle Raum 258 12.8 Ausblick258 12.9 Zusammenfassung259 IV Elektronenmikroskopische Verfahren261 13 Das Transmissionselektronen-mikroskop262 13.1 Elektronen zur Abbildung von Strukturen prägen die Vorstellungswelt der Biologen263 13.2 Die Geschichte der Elektronenmikroskopie beginnt mit dem Transmissionselektronen-mikroskop 266 13.3 Aufbau und Funktionsweise eines Transmissionselektronenmikroskops274 13.4 Korrektoren zur Minimierung von Linsenfehlern im TEM279 13.5 Bildentstehung im TEM 281 13.6 Möglichkeiten eines Energiefilters im TEM284 13.7 Probenpräparation für TEM289 13.7.1 Objektträger für Untersuchungen im TEM 291 13.7.2 Präparation von Einzelpartikeln für TEM292 13.7.3 Gibt es eine ideale Fixierungsmethode?293 13.7.4 Herstellung von Proben-Dünnschnitten296 13.7.5 Kontrastierung der Proben298 13.7.6 Probenpräparation für analytische EFTEM-Methoden298 13.8 TEM-Anwendungen in den Lebenswissenschaften298 13.8.1 Visualisierung von Ultrastrukturen und subzellulärer Lokalisation von Molekülen im TEM298 13.8.2 Analyse von biologischen Proben durch Kryo-TEM299 13.8.3 Einsatz des TEM in der Strukturbiologie 300 13.8.4 3D im TEM – TEM-Tomographie 301 13.9 Die Interpretation von TEM Aufnahmen 303 13.10 Limits und Trends in der Transmissionselektronenmikroskopie304 13.11 Zusammenfassung305 14 Das Rasterelektronenmikroskop307 14.1 Rasterelektronenmikroskopie – Fortsetzungsreise ins Reich der kleinen Dinge307 14.1.1 Allgemeines Funktionsprinzip des REM308 14.1.2 Die Geschichte der Rasterelektronenmikroskopie 308 14.2 Aufbau eines Rasterelektronenmikroskops313 14.2.1 Elektronenstrahlerzeugende Systeme und Elektronenemitter313 14.2.2 Linsen322 14.2.3 Rastereinheit326 14.3 Bildentstehung im REM: Wechselwirkungen zwischen Elektronenstrahl und Probe und ihr Informationsgehalt328 14.4 Detektion und Kontraste337 14.4.1 Everhart-Thornley-Detektor (ETD)338 14.4.2 Dedizierte Rückstreuelektronendetektoren341 14.4.3 Spezielle Detektoren und Abbildungsverfahren 343 14.4.4 Die Bedeutung von Kontrast, Signal und Rauschen 348 14.5 Wie kommt man zu einem guten Bild? – Probenpräparation und Einstellungen am REM 350 14.6 Trends in der Rasterelektronenmikroskopie 354 14.7 Zusammenfassung357 Literaturverzeichnis 359 Kapitel 1–12 359 Kapitel 13365 Kapitel 14368 Anhang 371 Symbole und Konstanten 371 Grundgrößen und abgeleitete Größen 372 Brechungsindizes wichtiger Immersionsmittel und Luft372 Formeln373 Konventionen374 Quellennachweis375 Tabellen375 Abbildungen 375 Sachverzeichnis381 Autorenverzeichnis396

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Danksagung11Vorwort und Einführung15I Von der Strahlenoptik zum einfachen Mikroskop191 Optische Grundlagen - Strahlenoptik 201.1 Was ist Licht? - Ein historischer Überblick201.2 Lichtquellen: Selbst- und Nichtselbstleuchter261.2.1 Wie entsteht Licht?261.3 Begriffe der Strahlenoptik271.3.1 Lichtstrahl und Strahlenbündel271.3.2 Punktlichtquellen zur einfachen grafischen Darstellung von Strahlengängen281.4 Axiome der Strahlenoptik291.4.1 Erstes Axiom der Strahlenoptik301.4.2 Zweites Axiom der Strahlenoptik301.4.3 Drittes Axiom der Strahlenoptik361.4.4 Viertes Axiom der Strahlenoptik361.5 Brechung des Lichts beim Durchgang durch verschiedene optische Bauelemente 371.5.1 Planparallele Platte371.5.2 Brechung an kugelförmigen Grenzflächen 381.5.3 Brechung an Linsen 401.6 Wie entstehen Bilder?451.6.1 Abbildungen durch Linsen451.6.2 Abbildungen durch Prismen551.6.3 Abbildungen durch Spiegel 571.7 Zusammenfassung582 Auge, Lupe und einfaches Mikroskop592.1 Das Auge 592.1.1 Der Aufbau des menschlichen Auges 592.1.2 Netzhaut 602.1.3 Dioptrik des Auges622.2 Optische Instrumente und Vergrößerung722.2.1 Lupe732.2.2 Vergrößerungsglas, Lupe und einfaches Mikroskop 752.3 Zusammenfassung80II Das zusammengesetzte Mikroskop813 Allgemeines zum Mikroskop 823.1 Der Strahlengang eines Mikroskops823.2 Die Vergrößerung durch das Mikroskop 853.3 Das zusammengesetzte und das einfache Mikroskop im Vergleich 893.4 Zusammenfassung914 Der Aufbau eines Mikroskops924.1 Allgemeiner Aufbau eines Mikroskops 924.2 Die mechanischen Bestandteile eines Mikroskops 924.2.1 Stative924.2.2 Mikroskoptuben 964.2.3 Objekttische1004.3 Zusammenfassung1035 Mikroskopobjektive1045.1 Objektive mit endlicher und unendlicher Bildweite 1045.1.1 Objektive mit endlicher Bildweite1045.1.2 Objektive mit unendlicher Bildweite 1065.2 Vergrößerung und Abbildungsmaßstab1075.3 Die numerische Apertur1105.3.1 Bedeutung der numerischen Apertur1115.3.2 Numerische Apertur und Öffnungswinkel1125.3.3 Numerische Apertur und Immersion 1135.4 Homogene Immersion1145.5 Immersionsmittel und -objektive 1165.5.1 Immersionsmittel 1165.5.2 Anwendung eines Immersionsobjektivs1185.6 Numerische Apertur und förderliche Vergrößerung1195.7 Abbildungsfehler und deren Korrektion1205.7.1 Abbildungsfehler1205.7.2 Monochromatische Aberrationen1205.7.3 Chromatische Aberration 1245.8 Korrektionsklassen oder Objektivklassen1255.8.1 Der Achromat1255.8.2 Fluoritobjektive oder Semiapochromate 1275.8.3 Der Apochromat 1275.8.4 Planobjektiv1295.9 Spezialobjektive 1305.9.1 Objektive mit Quarzglas1305.9.2 Phasenkontrastobjektive1315.9.3 Objektive für die Polarisationsmikroskopie1315.10 Deckglasdicke1315.11 Korrektionsring bei Objektiven 1335.12 Federfassung zum Schutz der Frontlinse1335.13 Objektive mit Irisblende1345.14 Zusammenfassung1366 Mikroskopokulare1376.1 Allgemeines zum Okular1376.2 Okulartypen 1416.3 Okularangaben und ihre Bedeutung 1446.3.1 Vergrößerung1446.3.2 Sehfeldzahl1446.3.3 Großfeld- oder Weitwinkelokulare 1476.3.4 Dioptrienausgleich1476.3.5 Brillenträgerokular1476.4 Okulare für Demonstrations-, Zähl- oder Messzwecke 1486.5 Zusammenfassung1527 Die Beleuchtungseinrichtung eines Mikroskops 1537.1 Die Beleuchtung 1537.2 Lichtquellen und ihre optimale Einstellung1547.3 Der Kondensor1557.3.1 Allgemeiner Aufbau eines Kondensors 1557.3.2 Funktion des Kondensors: Ausleuchtung des Präparats 1557.3.3 Funktion des Kondensors: Beleuchtungsapertur1577.3.4 Einstellung der Kondensorblende1587.3.5 Bauformen von Kondensoren1617.4 Mikroskopbeleuchtungen 1637.4.1 Die kritische Beleuchtung1637.4.2 Die Köhlersche Beleuchtung1647.5 Zusammenfassung1748 Einteilung der Mikroskope1758.1 Kursmikroskope 1758.2 Routine- oder Labormikroskope1788.3 Forschungsmikroskope oder Universalmikroskope1788.4 Zusammenfassung1809 Stereomikrosko