Lichtmikroskop: Aufbau und Vergrößerung

Einstieg: Was steckt in einem Blatt?

Nimm ein Blatt vom Baum und halte es gegen das Licht. Du siehst die grüne Fläche und die Blattadern. Mit einer Lupe erkennst du feinere Adern und vielleicht ein paar Härchen. Mehr zeigt dir eine Lupe aber nicht. Woraus das Blatt wirklich besteht, bleibt unsichtbar.

Um 1600 bauten niederländische Brillenmacher, vermutlich zuerst Hans und Zacharias Janssen, die ersten Mikroskope aus zwei Linsen. Der Engländer Robert Hooke betrachtete 1665 eine dünne Scheibe Kork und sah viele kleine Kammern. Er nannte sie „cells“, also Zellen. Heute wissen wir: Alle Lebewesen bestehen aus Zellen. Um sie zu sehen, brauchst du ein Lichtmikroskop.

Erklärung: Der Aufbau des Lichtmikroskops

Ein Lichtmikroskop arbeitet mit zwei Linsensystemen hintereinander. Das Licht kommt von unten, durchstrahlt das dünne Präparat und gelangt dann durch das Objektiv und das Okular in dein Auge. Deshalb muss ein Präparat so dünn sein, dass Licht hindurchgeht.

Bauteil	Aufgabe
Okular	Linse, durch die du schaust. Es vergrößert das Bild des Objektivs noch einmal.
Tubus	Rohr, das Okular und Objektiv verbindet.
Objektivrevolver	Drehscheibe, mit der du zwischen den Objektiven wechselst.
Objektive	Linsen direkt über dem Präparat, meist mit 4-, 10- und 40-facher Vergrößerung.
Objekttisch mit Klammern	Ablage für den Objektträger. Die Klammern halten ihn fest.
Blende	Regelt, wie viel Licht durch das Präparat fällt. Weniger Licht macht durchsichtige Zellen oft kontrastreicher.
Beleuchtung	Lampe im Fuß des Mikroskops.
Grobtrieb und Feintrieb	Stellräder, mit denen du das Bild scharf stellst. Der Grobtrieb bewegt viel, der Feintrieb nur ganz wenig.
Stativ und Fuß	Tragen das Mikroskop und sorgen für einen sicheren Stand.

Die Gesamtvergrößerung

Auf jedem Okular und jedem Objektiv steht eine Zahl mit einem „x“, zum Beispiel 10x. Die Gesamtvergrößerung erhältst du, wenn du beide Zahlen multiplizierst:

$\text{Gesamtvergrößerung} = \text{Okularvergrößerung} \cdot \text{Objektivvergrößerung}$

Ein häufiger Fehler ist das Addieren. Ein Okular 10x und ein Objektiv 40x ergeben nicht 50-fach, sondern 400-fach.

Wie klein ist klein?

Zellen misst man in Mikrometern (µm). Es gilt: $1\,\text{mm} = 1000\,\mu\text{m}$. Viele Pflanzenzellen sind einige Zehntel Millimeter lang, Zellen aus deiner Mundschleimhaut etwa 50 bis 60 µm groß. Selbst das beste Lichtmikroskop kann Einzelheiten nur bis etwa 0,2 µm voneinander unterscheiden, ein Schulmikroskop meist etwas weniger. Feinere Strukturen bleiben auch bei stärkerer Vergrößerung verschwommen.

Mikroskopieren in der richtigen Reihenfolge

Warum diese Reihenfolge? Mit dem kleinsten Objektiv siehst du den größten Ausschnitt und findest dein Objekt leichter. Außerdem ist der Abstand zwischen Objektiv und Präparat hier am größten. Bei den starken Objektiven ist er sehr klein. Wenn du dort am Grobtrieb drehst, kann das Objektiv das Deckglas zerdrücken.

Beispiele

Beispiel 1: Gesamtvergrößerung berechnen Lea benutzt ein Okular 10x und schwenkt das Objektiv 40x ein. Rechnung: $10 \cdot 40 = 400$. Lea sieht das Präparat 400-fach vergrößert.

Beispiel 2: Das passende Objektiv finden Tom möchte mit einem Okular 15x eine Gesamtvergrößerung von 150-fach erreichen. Rechnung: $150 : 15 = 10$. Er muss das Objektiv 10x einschwenken.

Beispiel 3: Ein Fehler beim Scharfstellen Mira sieht bei 400-facher Vergrößerung nur graues Licht. Sie dreht kräftig am Grobtrieb, bis es knackt. Was ist passiert? Bei einem starken Objektiv ist der Abstand zum Präparat sehr klein. Mira hat das Objektiv auf das Deckglas gedreht. Richtig wäre gewesen: zurück zum kleinsten Objektiv, Objekt suchen, in die Mitte schieben, dann wechseln und nur den Feintrieb benutzen.

Merksatz

Das Lichtmikroskop vergrößert mit Objektiv und Okular. Die Gesamtvergrößerung ist das Produkt beider Zahlen. Du beginnst immer mit dem kleinsten Objektiv und stellst bei starken Objektiven nur mit dem Feintrieb scharf.

Übungen

Grundlagen

1. Berechne die Gesamtvergrößerung: a) Okular 10x, Objektiv 4x b) Okular 10x, Objektiv 10x c) Okular 12x, Objektiv 40x.
2. Ordne zu: Welches Bauteil a) wechselt die Objektive, b) regelt die Lichtmenge, c) stellt bei starker Vergrößerung scharf?
3. Rechne um: a) 0,5 mm in µm b) 80 µm in mm.

Weiter

4. Bringe die Schritte in die richtige Reihenfolge: Feintrieb benutzen, Präparat festklemmen, kleinstes Objektiv einschwenken, Objekt in die Bildmitte schieben, stärkeres Objektiv einschwenken.
5. Ein Präparat ist zu dick, sodass kaum Licht hindurchgeht. Erkläre, warum du dann auch mit einer stärkeren Lampe keine Zellen gut erkennst.
6. Erkläre, warum man ein Präparat zuerst mit dem kleinsten Objektiv sucht. Nenne zwei Gründe.

Knobeln

7. Ein Mikroskop hat Okulare 10x und 25x sowie Objektive 4x, 10x und 40x. Gib alle möglichen Gesamtvergrößerungen an. Welche davon ist die größte?
8. Jonas meint: „Mit einem Okular 100x und einem Objektiv 100x sehe ich zehntausendfach vergrößert. Dann kann ich jedes Teilchen in der Zelle erkennen.“ Nimm Stellung.

Lösungen

1. a) $10 \cdot 4 = 40$-fach b) $10 \cdot 10 = 100$-fach c) $12 \cdot 40 = 480$-fach.
2. a) Objektivrevolver b) Blende c) Feintrieb.
3. a) $0{,}5\,\text{mm} = 500\,\mu\text{m}$ b) $80\,\mu\text{m} = 0{,}08\,\text{mm}$.
4. Präparat festklemmen, kleinstes Objektiv einschwenken (beides geht auch in umgekehrter Reihenfolge), Objekt in die Bildmitte schieben, stärkeres Objektiv einschwenken, Feintrieb benutzen.
5. Das Lichtmikroskop braucht Licht, das durch das Präparat hindurchgeht. In einer dicken Schicht liegen viele Zellen übereinander. Ihre Umrisse überdecken sich, und es kommt wenig Licht an. Mehr Licht macht das Bild nur heller, aber nicht klarer.
6. Erstens zeigt das kleinste Objektiv den größten Ausschnitt, sodass du das Objekt leichter findest. Zweitens ist der Abstand zwischen Objektiv und Präparat am größten, sodass du das Deckglas beim Scharfstellen nicht beschädigst.
7. Okular 10x: 40-, 100- und 400-fach. Okular 25x: 100-, 250- und 1000-fach. Die größte Gesamtvergrößerung ist 1000-fach.
8. Die Rechnung stimmt: $100 \cdot 100 = 10\,000$. Trotzdem sieht Jonas nicht mehr Einzelheiten. Das Lichtmikroskop kann Strukturen nur bis etwa 0,2 µm unterscheiden. Darüber hinaus wird das Bild nur größer, aber unscharf. Man spricht von leerer Vergrößerung. Für kleinere Strukturen braucht man ein Elektronenmikroskop.