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Grundlagen der Licht- und Elektronenmikroskopie

von Linnemann, Alexander ; Kühl, Susanne Fach: Biologie/ Ökologie; Medizin/ Ernährung/ Gesundheit;

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.
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Details
ISBN 9783825248642
UTB-Titelnummer 4864
Auflagennr. 1. Aufl.
Erscheinungsjahr 2017
Erscheinungsdatum 04.12.2017
Einband Kartoniert
Formate UTB L (17 x 24 cm)
Originalverlag Ulmer
Umfang 397 S., 249 farb. Abb., 55 Tab.
Inhalt
Danksagung 11
Vorwort und Einführung 15
I Von der Strahlenoptik zum einfachen Mikroskop 19
1 Optische Grundlagen – Strahlenoptik 20
1.1 Was ist Licht? – Ein historischer Überblick 20
1.2 Lichtquellen: Selbst- und Nichtselbstleuchter 26
1.2.1 Wie entsteht Licht? 26
1.3 Begriffe der Strahlenoptik 27
1.3.1 Lichtstrahl und Strahlenbündel 27
1.3.2 Punktlichtquellen zur einfachen grafischen Darstellung von Strahlengängen 28
1.4 Axiome der Strahlenoptik 29
1.4.1 Erstes Axiom der Strahlenoptik 30
1.4.2 Zweites Axiom der Strahlenoptik 30
1.4.3 Drittes Axiom der Strahlenoptik 36
1.4.4 Viertes Axiom der Strahlenoptik 36
1.5 Brechung des Lichts beim Durchgang durch verschiedene optische Bauelemente 37
1.5.1 Planparallele Platte 37
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 Linsen 45
1.6.2 Abbildungen durch Prismen 55
1.6.3 Abbildungen durch Spiegel 57
1.7 Zusammenfassung 58
2 Auge, Lupe und einfaches Mikroskop 59
2.1 Das Auge 59
2.1.1 Der Aufbau des menschlichen Auges 59
2.1.2 Netzhaut 60
2.1.3 Dioptrik des Auges 62
2.2 Optische Instrumente und Vergrößerung 72
2.2.1 Lupe 73
2.2.2 Vergrößerungsglas, Lupe und einfaches Mikroskop 75
2.3 Zusammenfassung 80
II Das zusammengesetzte Mikroskop 81
3 Allgemeines zum Mikroskop 82
3.1 Der Strahlengang eines Mikroskops 82
3.2 Die Vergrößerung durch das Mikroskop 85
3.3 Das zusammengesetzte und das einfache Mikroskop im Vergleich 89
3.4 Zusammenfassung 91
4 Der Aufbau eines Mikroskops 92
4.1 Allgemeiner Aufbau eines Mikroskops 92
4.2 Die mechanischen Bestandteile eines Mikroskops 92
4.2.1 Stative 92
4.2.2 Mikroskoptuben 96
4.2.3 Objekttische 100
4.3 Zusammenfassung 103
5 Mikroskopobjektive 104
5.1 Objektive mit endlicher und unendlicher Bildweite 104
5.1.1 Objektive mit endlicher Bildweite 104
5.1.2 Objektive mit unendlicher Bildweite 106
5.2 Vergrößerung und Abbildungsmaßstab 107
5.3 Die numerische Apertur 110
5.3.1 Bedeutung der numerischen Apertur 111
5.3.2 Numerische Apertur und Öffnungswinkel 112
5.3.3 Numerische Apertur und Immersion 113
5.4 Homogene Immersion 114
5.5 Immersionsmittel und -objektive 116
5.5.1 Immersionsmittel 116
5.5.2 Anwendung eines Immersionsobjektivs 118
5.6 Numerische Apertur und förderliche Vergrößerung 119
5.7 Abbildungsfehler und deren Korrektion 120
5.7.1 Abbildungsfehler 120
5.7.2 Monochromatische Aberrationen 120
5.7.3 Chromatische Aberration 124
5.8 Korrektionsklassen oder Objektivklassen 125
5.8.1 Der Achromat 125
5.8.2 Fluoritobjektive oder Semiapochromate 127
5.8.3 Der Apochromat 127
5.8.4 Planobjektiv 129
5.9 Spezialobjektive 130
5.9.1 Objektive mit Quarzglas 130
5.9.2 Phasenkontrastobjektive 131
5.9.3 Objektive für die Polarisationsmikroskopie 131
5.10 Deckglasdicke 131
5.11 Korrektionsring bei Objektiven 133
5.12 Federfassung zum Schutz der Frontlinse 133
5.13 Objektive mit Irisblende 134
5.14 Zusammenfassung 136
6 Mikroskopokulare 137
6.1 Allgemeines zum Okular 137
6.2 Okulartypen 141
6.3 Okularangaben und ihre Bedeutung 144
6.3.1 Vergrößerung 144
6.3.2 Sehfeldzahl 144
6.3.3 Großfeld- oder Weitwinkelokulare 147
6.3.4 Dioptrienausgleich 147
6.3.5 Brillenträgerokular 147
6.4 Okulare für Demonstrations-, Zähl- oder Messzwecke 148
6.5 Zusammenfassung 152
7 Die Beleuchtungseinrichtung eines Mikroskops 153
7.1 Die Beleuchtung 153
7.2 Lichtquellen und ihre optimale Einstellung 154
7.3 Der Kondensor 155
7.3.1 Allgemeiner Aufbau eines Kondensors 155
7.3.2 Funktion des Kondensors: Ausleuchtung des Präparats 155
7.3.3 Funktion des Kondensors: Beleuchtungsapertur 157
7.3.4 Einstellung der Kondensorblende 158
7.3.5 Bauformen von Kondensoren 161
7.4 Mikroskopbeleuchtungen 163
7.4.1 Die kritische Beleuchtung 163
7.4.2 Die Köhlersche Beleuchtung 164
7.5 Zusammenfassung 174
8 Einteilung der Mikroskope 175
8.1 Kursmikroskope 175
8.2 Routine- oder Labormikroskope 178
8.3 Forschungsmikroskope oder Universalmikroskope 178
8.4 Zusammenfassung 180
9 Stereomikroskope und Makroskope 181
9.1 Stereomikroskope 181
9.1.1 Greenough-Systeme oder Greenough-Mikroskope 183
9.1.2 Teleskop- oder Fernrohrsysteme 184
9.1.3 Beleuchtung 185
9.1.4 Anwendungsgebiete 185
9.2 Makroskope 186
9.3 Zusammenfassung 187
III Theorie der mikroskopischen Abbildung 189
10 Grundlagen der Wellenoptik 190
10.1 Der dunkle Raum: Warum die Wellenoptik zum Verständnis des Mikroskops so bedeutend ist 190
10.2 Optische Beugung und Interferenz 194
10.3 Schwingungen 198
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 Wasserwellen 205
10.5.2 Lichtwellen 206
10.6 Modelle zur Lichtwellenausbreitung: Huygens-Fresnelsches Prinzip und Fresnelsche Beugung 209
10.7 Fresnelsche und Fraunhofersche Beugungen 218
10.8 Zusammenfassung 220
11 Beugung im Mikroskop 221
11.1 Beobachtung von Beugungsbildern 222
11.1.1 Die Beugung von Licht in der Fraunhofer-Versuchsanordnung 222
11.1.2 Die Beugung von Licht im Abbeschen Diffraktionsapparat 223
11.1.3 Möglichkeiten zur Beobachtung des primären Beugungsbildes im normalen, aufrechten Mikroskop 224
11.2 Einfachspalt, Doppelspalt und optische Gitter 225
11.2.1 Di Beugung von Licht am Einfachspalt 226
11.2.2 Beugung am Doppelspalt und am Strichgitter 230
11.2.3 Kreuzgitter 234
11.3 Mikroskopische Präparate als Beugungsgitter 236
11.4 Bedeutung der Lichtbeugung für die Bild-entstehung: Ausblenden der Nebenmaxima 237
11.5 Zusammenfassung 239
12 Die Theorie der Bildentstehung nach Abbe 240
12.1 Die Abbesche Theorie der mikroskopischen Abbildung 241
12.2 Auflösungsvermögen eines Mikroskops nach Abbe 244
12.3 Abbe-Formel für das Auflösungsvermögen eines Mikroskops 249
12.4 Auflösungsgrenze des Lichtmikroskops (Abbe-Limit) 252
12.5 Das Auflösungsvermögen eines Mikroskops nach von Helmholtz 254
12.6 Auflösungsvermögen und förderliche Vergrößerung 254
12.7 Theorie der mikroskopischen Abbildung nach Abbe und der dunkle Raum 258
12.8 Ausblick 258
12.9 Zusammenfassung 259
IV Elektronenmikroskopische Verfahren 261
13 Das Transmissionselektronen-mikroskop 262
13.1 Elektronen zur Abbildung von Strukturen prägen die Vorstellungswelt der Biologen 263
13.2 Die Geschichte der Elektronenmikroskopie beginnt mit dem Transmissionselektronen-mikroskop 266
13.3 Aufbau und Funktionsweise eines Transmissionselektronenmikroskops 274
13.4 Korrektoren zur Minimierung von Linsenfehlern im TEM 279
13.5 Bildentstehung im TEM 281
13.6 Möglichkeiten eines Energiefilters im TEM 284
13.7 Probenpräparation für TEM 289
13.7.1 Objektträger für Untersuchungen im TEM 291
13.7.2 Präparation von Einzelpartikeln für TEM 292
13.7.3 Gibt es eine ideale Fixierungsmethode? 293
13.7.4 Herstellung von Proben-Dünnschnitten 296
13.7.5 Kontrastierung der Proben 298
13.7.6 Probenpräparation für analytische EFTEM-Methoden 298
13.8 TEM-Anwendungen in den Lebenswissenschaften 298
13.8.1 Visualisierung von Ultrastrukturen und subzellulärer Lokalisation von Molekülen im TEM 298
13.8.2 Analyse von biologischen Proben durch Kryo-TEM 299
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 Transmissionselektronenmikroskopie 304
13.11 Zusammenfassung 305
14 Das Rasterelektronenmikroskop 307
14.1 Rasterelektronenmikroskopie – Fortsetzungsreise ins Reich der kleinen Dinge 307
14.1.1 Allgemeines Funktionsprinzip des REM 308
14.1.2 Die Geschichte der Rasterelektronenmikroskopie 308
14.2 Aufbau eines Rasterelektronenmikroskops 313
14.2.1 Elektronenstrahlerzeugende Systeme und Elektronenemitter 313
14.2.2 Linsen 322
14.2.3 Rastereinheit 326
14.3 Bildentstehung im REM: Wechselwirkungen zwischen Elektronenstrahl und Probe und ihr Informationsgehalt 328
14.4 Detektion und Kontraste 337
14.4.1 Everhart-Thornley-Detektor (ETD) 338
14.4.2 Dedizierte Rückstreuelektronendetektoren 341
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 Zusammenfassung 357
Literaturverzeichnis 359
Kapitel 1–12 359
Kapitel 13 365
Kapitel 14 368
Anhang 371
Symbole und Konstanten 371
Grundgrößen und abgeleitete Größen 372
Brechungsindizes wichtiger Immersionsmittel und Luft 372
Formeln 373
Konventionen 374
Quellennachweis 375
Tabellen 375
Abbildungen 375
Sachverzeichnis 381
Autorenverzeichnis 396
Autoreninfo

Kühl, Susanne

Kühl, Susanne

Dr. Susanne Kühl, Studium und Promotion in den Naturwissenschaften an der Universität Ulm. Seit vielen Jahren ist sie auf dem Gebiet der Grundlagenforschung im Bereich der Entwicklungsbiologie tätig und hat zahlreiche Abschlussarbeiten in den Life Sciences betreut. Lehrveranstaltungen führt sie in den Fächern Entwicklungsbiologie und Biochemie sowie zum Thema Lernstrategien und Prüfungsvorbereitung in den Life Sciences durch. Weiterhin ist sie an der Konzeptionierung von neuen Lehrformaten beteiligt. 2015 Abschluss des Zertifikats für Hochschuldidaktik Baden-Württemberg, derzeit Studium des Masters of Medical Education (MME) in Deutschland. Seit einigen Jahren Autorin und Reihenherausgeberin von Life Science-Lehrbüchern des Ulmer Verlags.

Linnemann, Alexander

Alexander Linnemann, Dipl.-Biol. Studium an der Biologie in Münster, Abschluss als Diplom-Biologe. Danach Tätigkeit als Ökologe mit dem Schwerpunkt in ökologische Bestandsaufnahmen, deren Auswertung und Begutachtung mit Methoden der Fernerkundung und Kartographie in verschiedenen Unternehmen und in der Selbständigkeit. Über 10 Jahre Produktentwicklung von Software und Kameras für die Lichtmikroskopie bei einem großen Hersteller für Mikroskope und medizinische Geräte. Seit 2013 wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Ulm. Methodische Schwerpunkte der Forschung sind die Mikroskopie, Bildakquisiton und Bildanalyse.
Leserbewertungen

Bewertungen

Dozentenbewertung

Bewertung

Kundenmeinung von M. Schaller

Sehr ausführlich, sehr anschaulich, reich bebildert, was den Sachverhalt noch verständlicher aufbereitet.

Dozentin aus dem Fachbereich Anatomie in der Vorklinik

Bewertung

Kundenmeinung von Dr. Martina Schmitz

Ein mikroskopisches Bild ist ein mikroskopisches Bild, ist ein mikroskopisches Bild…..!“ Dieser provokante Satz stimmt! Und doch weiß jeder/jede Studierende oder WissenschaftlerIn aus manchmal leidvoller Erfahrung, dass das nicht stimmt. Eine qualitativ hochwertige mikroskopische Aufnahme ist von vielen Faktoren abhängig, deren Komplexität bei mangelnden Kenntnissen zu sehr wechselhaften Ergebnissen führt. Die zunehmende computerbasierte Technisierung macht die Sache nicht einfacher. Mit dem jetzt im Eugen Ulmer Verlag erschienen paperback „Grundlagen der Licht- und Elektronenmikroskopie“ erfüllen Alexander Linnemann und Susanne Kühl (Hrsg.) vielen Wissenschaftlern des deutschsprachigen Raums das Bedürfnis nach einem fachlich fundiertem und didaktisch gut durchdachtem Lehrbuch für die Mikroskopie. Über 380 Seiten stellen die Autoren umfangreiches Material für die AnwenderIn zur Verfügung, das sehr unterschiedlichen Bedürfnissen genügt. Neben physikalischen Grundlagen der Optik und dem Aufbau eines Mikroskops, für deren Rekapitulation manche(r) Neueinsteigende(r) in die Licht- und Elektronenmikroskopie vermutlich dankbar ist, wird auf hohem Niveau Rüstzeug für die Akquise hochwertiger Bilder geliefert. Dabei loten Linnemann/Kühl die Möglichkeiten und Limitationen verschiedener Methoden aus, sodass LebenswissenschaftlerInnen unterschiedlicher Forschungsbereiche auch Informationen über spezielle Anwendungen (Lupe bis Rasterelektronenmikroskopie) finden können. Selbstverständlich lassen sich die dargestellten Inhalte und Erklärungen in hoher Qualität auch in anderen (Lehr)-büchern finden. Linnemann/Kühl versuchen dies jedoch mit dem Fokus auf ein neues didaktisches Konzept zu tun. Jedem Buchkapitel ist eine leicht verständliche Angabe des Kapitelinhalts und der Relevanz dieses Inhalts für die Mikroskopie vorangestellt sowie eine Zusammenfassung nachgestellt, die auf das Wiederholen von Formeln verzichtet. Dieses Konzept erleichterte mir persönlich, mich auf das jeweils folgende, oft natürlich eben doch formellastige Kapitel einzulassen. Ein Buch, welches die mühselige Einarbeitung in ein schwieriges Thema eben gerade dadurch etwas leichter gestaltet, das es darauf verzichtet, so zu tun, als sei alles eben leicht und nicht der Rede wert.

Das Buch “Grundlagen der Licht- und Elektronenmikroskopie” hält was es verspricht

Bewertung

Kundenmeinung von Lisa Wischmann

Die Autoren bieten damit ein umfassendes Werk über die Welt der Mikroskopie womit sie ein ausführliches und umfangreiches Grundlagenwerk geschaffen haben. Es trägt das Wissen von Experten der Mikroskopie und Life Sciences zusammen. Das fundierte Fachwissen spiegelt sich in diesem Buch wider. Es werden Lücken geschlossen welche sicherlich vielen Wissenschaftlern der Life Sciences bekannt sind. Darüber hinaus bietet es hilfreiche Expertentipps und Randbemerkungen. Es vermittelt sowohl ein grundlegendes Verständnis für Anfänger sowie Gelegenheitsanwender. Die Informationen gehen tief genug als dass auch ein hintergründigeres Interesse befriedigt werden kann, wenn ein umfassenderes Verständnis notwendig ist ohne ein Studium der Physik absolvieren zu müssen. Das Buch eignet sich darüber hinaus auch als Nachschlagewerk in jedem Arbeitsbereich mit Mikroskopen durch Anwendungs- und Praxisbeispiele und gut verständliche Schritt für Schritt Erklärungen. Das Werk ist auch für Laien sehr verständlich und stets nachvollziehbar geschrieben. Fachbegriffe werden ausreichend erklärt. Auch zahlreiche und übersichtliche Abbildungen helfen den Inhalt verständlich zu übermitteln und rasch zu erfassen. Die Kapitel sind gut und übersichtlich gegliedert. Zu jedem Kapitel gibt es einen einleitenden Überblick und eine abschließende Zusammenfassung. Die Abschnitte weisen Bezüge und Verweise zu anderen Abschnitten auf. Zudem sind etliche Infoboxen bei wichtigen und komplizierten Sachverhalten enthalten.
Von den physikalischen Grundlagen der Optik und den biologischen Grundlagen des Auges, über den grundlegenden Aufbau und die Bestandteile verschiedener Mikroskope hin zur Entstehung der mikroskopischen Abbildung wird alles nötige Wissen für die Mikroskopiearbeit vermittelt. Abschließend werden auch die zwei wichtigsten elektronenmikroskopischen Verfahren nicht ausgelassen. Der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und der Rasterelektronenmikroskopie (REM) ist je ein eigenes, kurzes Kapitel gewidmet.
Dieses Buch kann sehr hilfreich sein in Arbeitsbereichen in denen Mikroskopie und mikroskopische Aufnahmen grundlegen sind, die zugrundeliegenden Mechanismen aber nicht Teil der Ausbildung waren. Mit dem aufgeführten Grundlagenwissen und den nachvollziehbaren Anleitungen kann die mikroskopische Arbeit erleichtert und bestimmt an so manchem Punkt optimiert und verbessert werden.

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