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Mikroskopie: Wie fängt man an und mit was?

Von / 10. Januar 2018 / 12 Kommentare / Seite 2 von 3 / Auf einer Seite lesen
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Arbeitsabstand

Den Arbeitsabstand unterschätzt man immer – mir geht das auch oft so. Jedes Objektiv hat einen eigenen Abstand, bei dem es ein scharfes Bild liefert. Je höher die Vergrößerung des Objektivs, je näher muss man an die Probe heran. Bei Objektiven mit einer Vergrößerung von 40x kann das bereits unterhalb eines Millimeters sein. In meiner Doktorarbeit habe ich mit einem 100x Objektiv gearbeitet, dessen Arbeitsabstand im Bereich von 200µm war.

Arbeitsabstand

Der Arbeitsabstand

Wenn man eine hohe Vergrößerung will muss man davon ausgehen, dass man nah an seine Probe ran muss. Das kann bedeuten, dass man zunächst einiges an Arbeit in die Probenpräparation stecken muss. Das sollte man im Hinterkopf behalten.

Schärfentiefe

Ich sage im Vortrag “Tiefenschärfe”. Meistens sagt man Schärfentiefe. Wie es “korrekt” heißt, darüber wird sich schon lang gestritten (kann man hier nachlesen).

Die Schärfentiefe ist ein Maß für den Bereich in dem die Abbildung eines Objekts scharf ist. Ähnlich wie beim Arbeitsabstand hat die Vergrößerung eines Objektivs auch Auswirkungen auf die Schärfentiefe. Je größer die Vergrößerung eines Ojektivs ist, je geringer ist die Schärfentiefe. Das heißt, man sollte eine Probe, die man mit hoher Vergrößerung betrachten oder abbilden möchte, so dünn präparieren, dass sie innerhalb der Schärfentiefe liegt. Das kann für ein 40fach Objektiv bedeuten, dass man dünne Schnitte von 10µm herstellen sollte – zugegeben, nicht ganz einfach. Ein paar Bilder mit unterschiedlichen Objektiven (aus dem Vortrag) machen das deutlicher. Hier sieht man einen kleinen Staub-Faden auf der Probe liegen, ca. 170µm von der eigentlichen Probe entfernt. Mit höherer Vergrößerung wird das Fädchen immer unschärfer – es liegt nicht mehr im Bereich der Schärfentiefe. Der kleine Kringel im Bild des 40x Objektivs ist ein anderes Stück Staub, dass sich irgendwo ins Linsenssystem des Mikroskops geschlichen hat.

Schärfentiefe verschiedener Objektive.

Schärfentiefe verschiedener Objektive. Klick für vollständige Grüße.

Für sein eigenes Mikroskopie-Vorhaben sollte man sich merken: Wenn ich etwas mit hoher Vergrößerung betrachten oder abbilden will, dann werde ich wohl um eine Präparation (Dünnschnitt oder Ähnliches) nicht herum kommen – oder ich akzeptiere das ich meine Probe nie vollständig scharf sehen werde.

Mikroskop-Typen

Für den Einstieg in die Mikroskopie kommen meiner Meinung nach drei verschiedene Mikroskop-Typen in Frage: Stereo-Mikroskop, “normales” Mikroskop (Auflicht/Durchlicht) oder günstiges(!) USB-Mikroskop. Jeder einzelne Typ bietet einen guten Start in die Mikroskopie mit Vor- und Nachteilen.

  • Stereo-Mikroskop: oft keine Präparation nötig, großer Arbeitsabstand, Probe einfach drunter legen, keine sehr hohe Vergrößerung. Zellen wird schwierig
  • “normales” Mikroskop (oder auch Schülermikroskop): Man muss öfter mal schneiden und Objektträger und Deckgläschen benutzen, manche Dinge kann man auch einfach drunter legen, hohe Vergrößerungen möglich, benötigt dann aber unter Umständen Anfärbemethoden.
  • günstiges(!) USB-Mikroskop (für <20€): Der größte Nachteil ist, dass man nicht durchschauen kann – ist aber OK, wenn man nicht mehr als 20€ investiert. Auf jeden Fall über ein Stativ nachdenken – gute Bilder während man es in der Hand hält ist ein schöner Traum, wird aber nicht funktionieren.

Ein Stereo-Mikroskop habe ich mir bisher nicht im Detail angesehen, ich habe aber einen Artikel über die günstigen USB-Mikroskope geschrieben (hier) und zwei Rezensionen für Schülermikroskope: KOSMOS Experimentierkasten und BRESSER JUNIOR Biolux. Diese Geräte habe ich eingehend getestet. Dies hier ist keine Kaufempfehlung, bitte lest euch die Rezensionen durch – bei Fragen gerne auch Fragen.

Abraten möchte ich von jeder Art von “Ansteckmikroskop für das Smartphone” – das führt zu Frust und Ärger. Genau so wie Kombigeräte mit integrierter Kamera und Display. Warum ich davon abrate und einige Empfehlungen gibt es weiter unten im Text.

Verschiedene Mikroskop-Typen

Verschiedene Mikroskop-Typen

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Kommentare (12)

  1. #1 Markus
    10. Januar 2018

    Interessanter Beitrag. Ich hätte da noch ein paar Fragen:

    a) wieso kommt man bis 0,1µm? Grünes Licht ist zB bei 550nm, das wäre dann ja Faktor 5 besser als die Wellenlänge. ich dachte immer, man kommt nur etwa bis zur Wellenlänge.

    b) Wenn der scharfe Bereich so klein ist, ist der dann nicht schwer zu treffen? Ich hatte mal ein Discounter USB-Mikroskop (30€), bei dem war die Höhenverstellung des Tisches nicht so toll. Da Du das Thema nicht ansprichst, gehe ich mal davon aus, dass die getesteten Mikroskope diesbezüglich unkritisch waren?

    c) Wegen der geringen Tiefenschärfe wäre doch sicherlich auch Fokusbracketing interessant? Oder sind die Proben so dünn, dass das keine Rolle spielt?

    d) Das Allerwichtigste: Was schaut man sich denn auf Dauer so an? Bei den Makrofotografen scheinen Insekten sehr beliebt zu sein, das finde ich jetzt weniger spannend.

    • #2 André Lampe
      11. Januar 2018

      Hallo Markus,
      freut mich! Die Fragen beantworte ich gerne:
      a) Man kann sagen das es ungefähr bis zur halben Wellenlänge des Lichts geht. Das hab ich im Artikel Ernst Abbe war ein faszinierender Mensch genauer erklärt. Aber Auflösung hat nicht unbedingt etwas mit der Pixelgröße zu tun. Nur weil man keine Details ausmachen kann, die kleiner als 0,25µm sind, muss man nicht deswegen das Pixelraster in dieser Größe wählen. Ich habe in der Hochauflösungsmikroskopie gearbeitet, an einer Methode die SD-dSTORM heißt. Dort haben wir Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 655nm abgebildet in einem Setup, in dem die Pixel eine Größe von 0,1µm hatten, um nacher mit den beugungsbegrenzten “Flecken” ein bisschen Mathe zu machen. Wenn man zu so hohen Vergrößerungen geht, egal ob es jetzt mit dieser Technik ist oder mit etwas anderem, dann will man das letzte kleine Detail, dass man noch sehen kann, vielleicht in mehr als einem Pixel abbilden. Vielleicht um damit rumzurechnen oder damit es schöner aussieht. Es war eher als Richtwert gemeint à la “viel kleine Pixelgrößen machen keinen Sinn”.

      b) Man braucht schon etwas Fingerspitzengefühl beim Scharfstellen und etwas Übung, aber alle erwähnten Mikroskope sind da sehr komfortabel. Beim USB-Mikroskop an einem Halter ohne Schraube zum verstellen kann es schon etwas fummelig werden, das stimmt. Wenn es eine Mechanik gibt, die schlecht verarbeitet ist, wie du es beschreibst, dann kann ich mir vorstellen, dass das frustrierend ist.

      c) Ja, das stimmt, man kann mehrere Bilder machen an unterschiedlichen Schärfepunkten und die dann “stapeln”. Das Problem: Hohe Vergrößerung heißt immer geringer Arbeitsabstand und die Objektive sind schon recht breit, verglichen mit dem teilweise kleinen Arbeitsabstand von weniger als 1mm. Da bekommt man dann nur mit hohem technischen Mehraufwand Licht von vorne drauf, also muss man die Probe dünner präparieren damit man Licht durchschicken kann. Aber auch dabei könnte man das “stapeln” benutzen. Nur ist es gerade so, dass man bei hohen Vergrößerungen keine Alltagserfahrung hat wie das Objekt eigentlich aussieht, und bei so einer Bildmanipulation könnte man (ohne böse Absicht) etwas produzieren, dass so aussieht wie man meint das es aussieht und nicht wie es tatsächlich aussieht. Aber die Möglichkeit besteht. Ich habe es nicht erwähnt, weil dass für einen Anfänger schon eine ordentliche Hürde sein kann.

      d) Neben den vielen Präparaten die man zB online kaufen kann, gibt es auch tolle Anleitungen wie man selbst Präparate herstellt, meistens aus der Biologie. Auf dem 34c3 hat mir ein sehr netter Mensch ein Buch gezeigt (sorry, hab deinen Namen vergessen, sorry!), das beschreibt wie man im frühen 20. Jahrhundert chemische Prozesse unter dem Mikroskop angeschaut hat, weil man noch nicht so tolle Dinge wie Massenspektrometer oder ähnliches hatte. Aber Grundsätzlich kann man alles Mögliche drunter legen. Gewürze, Staub, Dreck, Klettverschluss, Asche, Elektronik – ich hab da eine kleine Serie zu: Dinge unter’m Mikroskop.

      Hab ich im Kern die Fragen beantwortet, oder habe ich einen Aspekt vergessen?

      Liebe Grüße, André

  2. #3 rolak
    10. Januar 2018

    Im Hintergrund läuft grad [!Autostart!] ne Doku über alle möglichen Besiedeler des menschlichen Körpers und prompt kam das übliche ~”hier in xfacher Vergrößerung” – – das generiert jetzt nurmehr ein leichtes Grinsen als sichtbare Auswirkung des in Gedanken inszenierten, aufspringenden, gestikulierenden “Dat sachisch dem André!“

    • #4 André Lampe
      10. Januar 2018

      da könnt ich mich echt aufregen – manno 🙂

  3. #5 Markus
    11. Januar 2018

    (Anscheinend kann Ich hier nicht direkt Antworten – dies ist also meine Antwort auf #2.)

    Hallo André,
    vielen Dank für die ausführliche Antwort.

    a) Mir gings dabei um zwei Sachen:
    1. Wieviel besser ist ein Mikroskop im Vergleich zu meinem Fotoapparat? Man kann recht günstig mit einem Retroadapter (20€) ein Weitwinkelobjektiv verkehrt herum montieren und bekommt dann so etwa eine 4fache Vergrößerung. Bei 4µm Pixelgröße kann man also etwa 1µm auf 1 Pixel abbilden. Wenn man mit einem Mikroskop auf die halbe Wellenlänge kommt und berücksichtigt, dass das Objektiv ja auch nicht perfekt ist, dann ist da also noch etwa Faktor 5-10 an Auflösung drin. Das würde sich lohnen.
    2. Du hast bei Deinem Größenvergleich auch Bilder von Blütenpollen drin. Das hat mich fasziniert. Die Bilder sind zwar wahrscheinlich mit einem REM gemacht, aber wenn man große Pollen (100µm) hat und man 0,1µm Auflösung hätte, dann wären das ja trotzdem 1000 Pixel. Auch wenn man mit der Auflösung “nur” bis 250µm kommt, dann wären das trotzdem noch tolle Bilder (falls man man mit einem normalen Lichtmikroskop überhaupt vergleichbare Bilder machen kann).

    c) Interessantes Problem. Ich hatte das Problem eher darin gesehen, dass man eine motorisierte Höhenverstellung braucht, damit die Schrittweite konstant bleibt. Wobei ich noch gar nicht weiß, ob ich in die “unbekannte Welt” absteigen will.

    d) Ich wollte abschätzen, wie oft ich ein Mikroskop benutzen würde. Werde ich es ein Wochenende intensiv benutzen und alles drunter halten was mir in den Sinn kommt und danach landet es im Regal und wird nie wieder angefasst? Oder ist es eher so wie bei der Fotografie, die mich seit über 15 Jahren begeistert. Meinen Fotoapparat benutze ich immer noch regelmäßig. Deswegen die Frage nach der Anwendung. Deine “Dinge unter’m Mikroskop”-Serie kenne ich schon, aber da sieht man halt auch, dass Du da 2016 keinen Artikel hattest und 2017 nur zwei. Das ist schon ein starkes Indiz für die Regalthese.

    Gruß
    Markus

    • #6 André Lampe
      11. Januar 2018

      Hallo Markus, bitte gerne!

      a)1: Ich würde schätzen, dass du mit einem Umgedrehten Foto-Objektiv längst nicht so eine Hohe Auflösung (nicht Vergrößerung) hast. Wie man die Auflösung berechnet ist auch von der nummerischen Apartur des Objektivs abhängig, wobei die Formel von Abbe sich immer nur auf Mikroskope bezieht (NA vom Objektiv, NA vom Kondensor). Daher würde ich schätzen, dass du mit einem Mikroskop noch deutlich mehr Details ausmachen kannst. Aber das ist nur eine Schätzung. Vielleicht wäre mal ein direkter Vergleich hier im Blog spannend, mal sehen.
      a)2: Ja, richtig, das waren Elektronenmikroskop-Bilder. Ich hab noch nie versucht Pollen zu mikroskopiren – klingt nach einem lohnenden Versuch.

      c) Auch das mit dem konstanten Abstand ist ein Problem, stimmt – es gibt dabei so einiges an Schwierigkeiten. 🙂

      d) Kurz zu den Zeit: Ich hab 2016 sehr viel Zeit mit dem Schreiben meiner Doktorarbeit verbracht und im Bereich 2016/2017 auch zum ersten mal richtig Reflektiert was ich denn jetzt genau tue, wenn ich über Mikroskope schreibe und nicht mehr jeden Tag im Labor stehe. Man könnte sagen, ich habe das Hobby gerade erst richtig begonnen – nimm mich da also nicht als Maßstab bitte. Was die Regalthese an geht: Bevor du selbst kaufst, könntest du auch mal schauen ob es irgendwo bei dir in der Nähe einen Verein oder eine Gesellschaft für Mikroskopie gibt. Oft sind die an Unis oder auch an Lehr-Krankenhäusern und die haben eigentlich immer auch eigene Mikroskope, so dass man selbst erstmal kein Gerät braucht. Das würde einem die Chance geben ein bisschen zu spielen ohne direkt was zu kaufen. Aber grundsätzlich würde ich sagen: Ein Mikroskop benutzt man eher zu Hause und drinnen, eine Kamera nimmt man oft mit – ich glaube da hat man schon eine Möglichkeit einzuschätzen wie hoch das Regal-Potential ist 😉

      Danke für deine ausführlichen Kommentare, ich freue mich immer über einen Austausch!

  4. #7 Markus
    11. Januar 2018

    zu #6:

    Hallo André,
    a)1: Mir ist schon klar, dass Auflösung und Anzahl Pixel zweierlei sind, aber ich wüsste jetzt nicht, wie ich das sinnvoll messen könnte. Anhand realer Motive ist das schwer zu beurteilen und ich wüßte jetzt nicht, wo man zB einen Siemensstern oder ein Auflösungstestchart in der Auflösung (bezahlbar) herbekommt.

    c) Makroobjektive (nicht in Retrostellung) haben ja gerne einen Motor(auto)fokus, den man vom PC aus steuern kann. Damit ist gleichmäßiger Abstand kein Problem, aber dabei komm ich nur auf einen Abbildungsmaßstab von 1:1 (dafür gibts dann aber Testberichte mit Auflösungswerten).

    d) Die Gegend hier ist recht ländlich. Ich habe noch nie von irgendwas mikroskopartigem hier in der Gegend gehört. Die nächste Uni ist mit dem Auto >1h entfernt. Wahrscheinlich werde ich noch etwas googlen müssen, bevor ich mich entscheide.

    Gruß
    Markus

  5. #8 hmann
    14. Januar 2018

    Markus,
    die hohe Vergrößerung verspricht keinen Sinnengenuss.
    Kaufe Dir ein Auflichtmikroskop. Du glaubst gar nicht, was man bei 30x Vergrößerung alles entdecken kann.

  6. #9 Markus
    17. Januar 2018

    Hallo hmann,

    ja, ich denke auch, dass ich eher der “Auflichttyp” bin. 30fache Vergrößerung ist etwa das, was man mit dem Fotoapparat und einem Weitwinkelobjektiv in Retrostellung hinbekommt. Das habe ich vor 10 Jahren gemacht und deswegen weiß ich etwa, was mich da erwartet.

    Bei 30x ist der Sichtbereich etwa 4mm (jedenfalls bei dem Bresser Junior Mikroskop), da entspricht ein Bild noch sehr den Alltagserfahrungen. Deswegen will ich schon gerne stärker vergrößern.

  7. #10 rolak
    18. Januar 2018

    Heute wurden wieder einmal die Erinnerungen an den Talk ‘nach vorne geholt’: im aktuellen ArbeitspausenBuch von Becky Chambers, “Der lange Weg zu einem kleinen zornigen Planeten”, kam

    Wieso wird diese Debatte immer noch geführt, obwohl die Beweise so offensichtlich sind?
    Die Antwort muss natürlich lauten, dass biologische Gesetzmäßigkeiten kaum überprüft werden können, und Wissenschaftlern ist so etwas zuwider.

    Kontext wirrd nicht verrraten!

    • #11 André Lampe
      18. Januar 2018

      Kontext wirrd nicht verrraten!

      Warum…? Das klingt so spannend!

  8. #12 rolak
    19. Januar 2018

    Warum…?

    Unbezahlte KöderWerbung ;·)
    Nee, ob das Buch letztendlich so gut beurteilt wird, wie sein Eindruck es bisher nahelegt, kann bei erst⅓-½gelesen noch nicht abgeschätzt werden, doch der erste Teil stellte sich recht unterhaltsam und frei von abschreckend grotesken Fehlern dar.
    Und außerdem mußte das Filmzitat mal wieder gebracht werden, von dem ich nicht sicher bin, ob es überhaupt eines aus DGD ist, auch wenn es sich noch so ‘da gehört’ anfühlt.

    Es ging speziell um die Prognostik Umweltbedingung(Planet) ⇒ Phänotypen(Lebewesen), die teils jahrtausendelangen Untersuchungen dazu und warum die nichts geklärt haben; konvergente Evolution im Allgemeinen und Seitenhiebe auf die bis in die ferne Zukunft überlebt habenden VTartigen NichterklärungsModelle von Panspermie bis SaatZivilisation.