Richi´s Lab

Mikroskop-Objektive für Öl-Immersion

Wie im Rahmen der Mikroskop-Objektive bereits beschrieben, kann man mit gewöhnlicher Lichtmikroskopie keine höhere numerische Apertur als 0,95 erreichen. Für grünes Licht entspricht das einem Auflösungsvermögen von 0,35µm. Nutzt man die Technik der Öl-Immersion, so kann man eine numerische Apertur von 1,5 erreichen. Das erlaubt ein Auflösungsvermögen von 0,22µm. Bei der Öl-Immersions-Mikroskopie bringt man zwischen dem Objektiv und dem Objekt ein spezielles Öl ein. Das Objektiv muss selbstverständlich dafür ausgelegt sein. Der höhere Brechungsindex des Öls erlaubt es Objektive mit einer größeren numerischen Apertur zu konstruieren.

 

U1525FC007 Zeiss Primo Plan-Achromat 100x 1,25

Das hier zu sehende Zeiss Primo Plan-Achromat 100x 1,25 ist ein typisches biologisches Objektiv, das auf Öl-Immersion ausgelegt ist. Neben dem NA-Wert findet sich entsprechend der Hinweis "Oil". Dieses Objektiv hat einige Nachteile. Zeiss-Objektive sind zwar unendlich korrigiert, besitzen aber üblicherweise noch kleinere optische Schwächen, die innerhalb eines Zeiss-Mikroskops korrigiert werden. Dadurch ergibt sich in einem Olympus-Mikroskop eine etwas schlechtere Bildqualitäten. Dazu kommt eine geringere Sehfeldzahl. Damit wird der Sensor der Kamera nicht mehr bestmöglich ausgeleuchtet. Der Arbeitsabstand beträgt 0,14mm. Wenn man auf ein Deckglas verzichtet, dann kann man dessen Dicke von 0,17mm addieren.

 

Öl-Immersion

Ein solches Objektiv setzt man folgendermaßen ein: Man bringt man einen Tropfen Immersions-Öl auf das Objekt und bewegt dann das Objektiv in diesen Tropfen. Die Oberflächenspannung sorgt dafür, dass das Öl zwischen Objektiv und Objekt verbleibt, auch wenn man andere Stellen des Objekts anfährt. Man muss darauf achten, dass trockene Objektive nicht in Kontakt mit dem Öl kommen, da es dort in den Innenraum vordringen und die Bildqualität verschlechtern kann.

 

U1525FC007 Zeiss Primo Plan-Achromat 100x 1,25

Auch ohne Deckglas ergibt sich ein sehr interessantes Bild. An den Bildrändern verschlechtert sich die Bildqualität deutlich. Das ist auf Grund der geringen Sehfeldzahl nicht verwunderlich.

 

U1525FC007 Zeiss Primo Plan-Achromat 100x 1,25 vs LMPlanFl 100x 0,80 BD

Im direkten Vergleich mit dem LMPlanFl 100x 0,80 BD liefert das Zeiss 100x 1,25 nicht viel mehr Details. Teilweise erscheint es sogar unschärfer. Es fällt aber auf, dass sich die Durchkontaktierungen in der Metalllage deutlich unterschiedlich darstellen. Sie werden größer abgebildet und so sind darin Strukturen zu erkennen, die vorher nicht sichtbar waren. Bei unregelmäßigen Oberflächen liefert die Immersions-Mikroskopie oft bessere Bilder, da das Öl Zwischenräume ausfüllt und dessen Brechungsindex dem von Glas sehr ähnlich ist.

 

Olympus MPlanApo 100x 1,40

Olympus hat mit dem MPlanApo 100x 1,40 ein Öl-Immersions-Objektiv im Programm, dass für die Auflicht-Mikroskopie entwickelt wurde. Man benötigt folglich für ein optimales Bild kein Deckglas und die Optik ist darauf ausgelegt möglichst wenig des von oben eingeleiteten Lichts zu reflektieren. Das Auflösungsvermögen dieses Objektiv liegt mit 0,24µm sehr nah an der Auflösungsgrenze der Lichtmikroskopie. Der Arbeitsabstand beträgt dabei nur noch 0,1mm.

 

Immersions-Öle

Für die Öl-Immersion-Mikroskopie kommen spezielle Öle zum Einsatz. Links ist ein günstigeres Öl zu sehen. Für das MPlanApo 100x 1,40 wird das von Olympus vertriebene IMMOIL-F30CC empfohlen. Dieses Öl ist deutlich teurer, nur drei Jahre haltbar und sollte im Kühlschrank aufbewahrt werden. Vor der Verwendung muss es dann zuerst auf Raumtemperatur gebracht werden. Der Brechungsindex des IMMOIL-F30CC liegt mit 1,518 etwas höher als der des günstigeren Öls.

 

Objektfixierung

Vor allem wenn man ein kleines Die mit Öl-Immersion untersuchen will, muss man es auf irgendeine Art fixieren. Ein gewöhnlicher, wasserlöslicher Klebestift eignet sich sehr gut dafür. Als Träger kann man ein Deckglas verwenden. Isopropanol und Aceton beeinflussen derartige Klebestoffe üblicherweise nicht, so dass man das Die weiterhin problemlos reinigen kann. Mit Wasser lässt sich die Verbindung aber schnell und einfach wieder lösen.

 

Objektfixierung

Das Deckglas kann man dann mit Klebeband auf dem Positioniertisch fixieren.

 

Vergleich Immersions-Öle ATA6663

Die obigen Bilder zeigen einen Ausschnitt des LIN-Transceivers ATA6663. Da die Schärfentiefe nur sehr klein ist, bestehen beide Bilder aus jeweils 70 Einzelbilder. Es ist schwierig optimale Einstellungen für das Focus-Stacking zu finden. An manchen Stellen sind deswegen Artefakte zu finden. Das linke Bild wurde mit dem günstigeren Immersions-Öl, das rechte mit dem IMMOIL-F30CC aufgenommen. Bereits in der Übersicht ist deutlich zu erkennen, das das rechte Bild mehr Details bietet.

Beide Bilder sind in voller Auflösung verfügbar: 27MB / 27MB

 

Vergleich Immersions-Öle ATA6663

Vergleich Immersions-Öle ATA6663

Die hier zu sehenden Ausschnitte bilden einen Bereich von 83µm x 57µm ab. Die Vias, die sich in der Metalllage abzeichnen besitzen einen Durchmesser von ungefähr 0,7µm. Das günstigere Immersion-Öl (oben) erzeugt ein deutlich unschärferes Bild. Mit dem IMMOIL-F30CC (unten) treten dagegen sogar die Strukturen auf den Metalllagen deutlich hervor.

 

In der Beschreibung des IMMOIL-F30CC steht, dass man das Objektiv nach dem Einsatz mit einem in Alkohol getränkten Tuch reinigen sollte.

 

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