1 · Präparat und Arbeitsplatz vorbereiten
Stelle das Mikroskop standsicher auf. Verwende zunächst ein geeignetes Dauerpräparat oder ein dünnes Frischpräparat. Halte Objektträger und Deckglas sauber; berühre optische Flächen nicht mit den Fingern.
Biologie · Verstehen und üben
Mikroskopieren und Größenmaßstäbe
Wie findest du Zellen im Mikroskop, was verändert die Vergrößerung und wie bestimmst du ihre wirkliche Größe? Lerne den sicheren Arbeitsablauf und rechne mit Gesichtsfeld und Maßstabsbalken.
Das kannst du danach
Mikroskop bedienenVergrößerung und Auflösung trennenZellgrößen berechnen
Vergrößern, scharfstellen und Details erkennen
Mit einem Lichtmikroskop untersuchst du Strukturen, die für das bloße Auge zu klein sind. Beim Durchlichtmikroskop gelangt Licht durch ein dünnes Präparat zum Objektiv und anschließend zum Okular. Die Probe muss deshalb ausreichend lichtdurchlässig sein.
Drei Eigenschaften helfen dir, das Bild zu beurteilen: Vergrößerung beschreibt, wie groß etwas erscheint. Auflösung beschreibt, ob nahe beieinanderliegende Strukturen getrennt erkennbar sind. Kontrast beschreibt, wie gut sich Strukturen voneinander und vom Hintergrund abheben.
- 1 · OkularHier blickst du hinein. Es vergrößert das vom Objektiv erzeugte Zwischenbild.
- 2 · Objektiv und RevolverDas Objektiv liegt nahe am Präparat. Am Revolver wählst du die Vergrößerungsstufe.
- 3 · ObjekttischEr trägt den Objektträger; Klemmen oder Kreuztisch halten und bewegen ihn.
- 4 · Kondensor und BlendeSie beeinflussen die Beleuchtung des Präparats und den Lichtkegel.
- 5 · LichtquelleSie beleuchtet die Probe von unten.
- 6 · Grob- und FeintriebSie verändern den Abstand zwischen Präparat und Objektiv zur Scharfstellung.
Größer ist nicht automatisch detailreicher. Wird ein unscharfes Bild nur digital vergrößert, entstehen keine neuen aufgelösten Strukturen. Eine hohe Zahl auf dem Okular allein garantiert daher kein besseres Bild.
So gehst du beim Mikroskopieren vor
2 · Mit dem kleinsten Objektiv beginnen
Wähle etwa das 4×- oder 10×-Objektiv. Das große Gesichtsfeld erleichtert das Finden der Probe. Stelle die Beleuchtung passend ein und bringe die interessante Stelle in die Mitte.
3 · Abstand kontrollieren und scharfstellen
Beobachte beim Annähern des Objektivs den Abstand von der Seite. Das Objektiv darf das Deckglas nicht berühren. Stelle bei kleiner Vergrößerung nach der Geräteanleitung grob und danach fein scharf.
4 · Erst zentrieren, dann stärker vergrößern
Drehe das nächste Objektiv ein. Bei hoher Vergrößerung arbeitest du vor allem mit dem Feintrieb und passt die Beleuchtung an. Der betrachtete Ausschnitt wird kleiner; eine Stelle am Rand kann aus dem Bild verschwinden.
5 · Beobachten und dokumentieren
Notiere Probe, Präparation, Vergrößerung und erkennbare Strukturen. Eine biologische Zeichnung zeigt tatsächlich Beobachtetes, mit klaren Linien und sachlichen Beschriftungen. Ergänze keine Organellen nur deshalb, weil sie im Lehrbuch stehen.
6 · Geordnet abschließen
Stelle das kleinste Objektiv ein, entferne das Präparat nach Geräteanleitung und schalte die Beleuchtung aus. Reinige Linsen nur mit geeignetem Material und nach Anleitung.
Ein einfaches Frischpräparat
Lege beispielsweise eine sehr dünne, glatte Zwiebelhaut in einen Wassertropfen auf einen Objektträger. Setze eine Kante des Deckglases an den Tropfen und senke es vorsichtig schräg ab. So lassen sich Luftblasen oft vermeiden. Überschüssige Flüssigkeit wird am Rand vorsichtig aufgenommen.
Eine dicke, gefaltete Probe zeigt überlagerte Strukturen. Runde Formen mit dunklem Rand können Luftblasen sein. Die Epidermis einer gewöhnlichen Zwiebel-Speicherschuppe besitzt normalerweise keine Chloroplasten – eine Pflanzenzelle muss also nicht grün aussehen.
Deckgläser sind zerbrechlich. Präparate, Färbemittel und Reinigung werden im Unterricht nach Anleitung der Lehrkraft verwendet.
Mikroskop-Labor: Was ändert das Objektiv?
Das Okular bleibt bei 10×. Wähle ein Objektiv und vergleiche die Gesamtvergrößerung mit dem Durchmesser des sichtbaren Ausschnitts.
Gesamtvergrößerung
Gesichtsfeld
Das Modell setzt eine Okular-Sehfeldzahl von 18 mm voraus. Ohne zusätzliche Zwischenvergrößerung gilt: Gesichtsfelddurchmesser in der Probe = Sehfeldzahl ÷ Objektivvergrößerung. Reale Geräte können andere Werte haben.
Überlege: Bei 100× passen ungefähr zwölf unserer Modellzellen nebeneinander über den Durchmesser. Wie viele sind es bei 400×?
Lösung anzeigen
Das Gesichtsfeld sinkt von 1,80 mm auf 0,45 mm. Bei 0,15 mm pro Modellzelle passen bei 400× noch ungefähr drei nebeneinander. Die Zellen selbst sind nicht gewachsen.
Vergrößerung und wirkliche Größe berechnen
1 · Gesamtvergrößerung
Okularvergrößerung × Objektivvergrößerung = Gesamtvergrößerung
Beispiel: 10× am Okular und 40× am Objektiv ergeben 400×, nicht 50×. Diese Rechnung gilt für den üblichen Aufbau ohne zusätzliche Zwischenvergrößerung. Sie ist keine feste Größenangabe für ein später skaliertes Bildschirmfoto.
2 · Einheiten umrechnen
| Gleiche Länge | Umrechnung |
|---|---|
| 1 mm | 1.000 µm |
| 1 µm | 0,001 mm = 1.000 nm |
| 0,15 mm | 150 µm |
| 200 nm | 0,2 µm |
µm bedeutet Mikrometer, nm bedeutet Nanometer. Schreibe bei jeder Rechnung die Einheiten dazu. Ein Fehler um den Faktor 1.000 entsteht schnell, wenn Millimeter und Mikrometer verwechselt werden.
3 · Größe mit einem Maßstabsbalken bestimmen
Wirkliche Länge = (Bildlänge des Objekts ÷ Bildlänge des Balkens) × Balkenwert
Die beiden Bildlängen müssen in derselben Einheit gemessen werden, beispielsweise beide in Millimetern oder beide in Pixeln. Der Quotient ist ein Verhältnis. Beispiel: 60 mm Zelllänge auf einer Abbildung ÷ 20 mm Balkenlänge × 50 µm = 150 µm.
Nur wenn der Abbildungsmaßstab für genau die vorliegende Ausgabe bekannt ist, kannst du alternativ rechnen: wirkliche Größe = Bildgröße ÷ Abbildungsmaßstab. Eine danebenstehende optische Mikroskopvergrößerung genügt bei einem beliebig vergrößerten Foto dafür nicht.
Was ein Schulmikroskop zeigen kann
Im geeigneten Präparat lassen sich etwa Zellgrenzen, Chloroplasten oder ein gefärbter Zellkern erkennen. Eine Zellmembran ist als einzelne dünne Schicht normalerweise nicht auflösbar. Auch Ribosomen und die Feinstruktur der DNA werden im gewöhnlichen Schul-Lichtmikroskop nicht sichtbar.
Unter günstigen Bedingungen liegt die Auflösungsgrenze konventioneller Lichtmikroskopie in der Größenordnung von 0,2 µm. Ein einfaches Schulgerät oder ein kontrastarmes Präparat kann deutlich weniger Details zeigen. Für feinere Strukturen nutzt man andere Verfahren, etwa Elektronenmikroskopie.
Kurzer Wissenscheck
Ein Bild samt Maßstabsbalken wird doppelt so groß ausgedruckt. Was passiert mit der aus dem Balken berechneten Zellgröße?
Wähle eine Antwort und begründe sie zunächst selbst.
12 Aufgaben: verstehen, anwenden und begründen
Versuche jede Aufgabe zuerst selbst. Nutze bei Bedarf den Tipp und vergleiche erst danach mit der Lösung.
1 · Welche Aufgaben haben Objektiv und Okular?
Tipp
Die Linsen wirken nacheinander.
Lösung mit Erklärung
Das Objektiv erzeugt ein vergrößertes Zwischenbild der Probe. Das Okular vergrößert dieses für die Betrachtung. Bei einem üblichen Mikroskop werden ihre Vergrößerungszahlen multipliziert.
2 · Warum startest du mit kleiner Vergrößerung?
Tipp
Denke an den sichtbaren Ausschnitt.
Lösung mit Erklärung
Das Gesichtsfeld ist größer. Dadurch lässt sich die Probe leichter finden und die gewünschte Stelle zentrieren, bevor man zu einer höheren Vergrößerung wechselt.
3 · Berechne: Okular 10×, Objektiv 20×.
Tipp
Multiplizieren, nicht addieren.
Lösung mit Erklärung
10 × 20 = 200. Die Gesamtvergrößerung beträgt 200×, sofern kein weiterer Vergrößerungsfaktor hinzukommt.
4 · Warum ergänzt digitaler Zoom keine neuen Zelldetails?
Tipp
Vergrößerung und Auflösung unterscheiden.
Lösung mit Erklärung
Digitaler Zoom vergrößert vorhandene Bildinformationen. Zwei zuvor nicht getrennt aufgelöste Strukturen werden dadurch nicht zu zuverlässig getrennten neuen Details.
5 · Wandle 0,08 mm in µm um.
Tipp
Ein Millimeter entspricht 1.000 Mikrometern.
Lösung mit Erklärung
0,08 × 1.000 = 80 µm.
6 · Wandle 2,5 µm in nm um.
Tipp
Ein Mikrometer entspricht 1.000 Nanometern.
Lösung mit Erklärung
2,5 × 1.000 = 2.500 nm.
7 · Ein 50-µm-Balken ist im Bild 10 mm lang, die Zelle 24 mm. Wie lang ist sie wirklich?
Tipp
Bilde zuerst das Verhältnis der Bildlängen.
Lösung mit Erklärung
24 mm ÷ 10 mm × 50 µm = 120 µm. Die Millimeter kürzen sich im Verhältnis heraus.
8 · Eine Aufnahme wird doppelt so groß dargestellt. Kann ihr alter Maßstabsbalken verwendet werden?
Tipp
Wurde der Balken mitvergrößert?
Lösung mit Erklärung
Ja, wenn Bild und Balken gemeinsam gleichmäßig skaliert wurden. Wird nur die Zellaufnahme vergrößert, der Balken aber nicht, ist die Zuordnung falsch.
9 · Bei Objektiv 10× beträgt das Gesichtsfeld 1,8 mm. Wie groß ist es bei 40×?
Tipp
Die Objektivvergrößerung wird vervierfacht.
Lösung mit Erklärung
Bei sonst unveränderter Optik beträgt der Durchmesser ein Viertel: 1,8 ÷ 4 = 0,45 mm. Die Fläche wäre sogar nur noch ein Sechzehntel.
10 · Warum können in einem Pflanzenpräparat Chloroplasten fehlen?
Tipp
Nicht jede Pflanzenzelle betreibt Fotosynthese.
Lösung mit Erklärung
Beispielsweise besitzen Zellen der üblichen Zwiebel-Speicherschuppe normalerweise keine Chloroplasten. Die Zellart und das verwendete Gewebe sind entscheidend.
11 · Was gehört in eine biologische Zeichnung?
Tipp
Beobachtung zuerst, Interpretation getrennt.
Lösung mit Erklärung
Klare Konturen und tatsächlich erkennbare Strukturen, sachliche Beschriftungen sowie Angaben zur Probe und zur Beobachtung. Nicht sichtbare Organellen werden nicht aus dem Lehrbuch ergänzt.
12 · Ein Präparat ist dunkel und zeigt übereinanderliegende Zellschichten. Was würdest du prüfen?
Tipp
Es muss genügend Licht hindurchgelangen.
Lösung mit Erklärung
Prüfe, ob die Probe zu dick oder gefaltet ist und ob Beleuchtung und Blende passend eingestellt sind. Ein dünneres Präparat kann helfen; bloß stärker zu vergrößern beseitigt das Problem nicht.
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- Nikon MicroscopyU: Auflösung und ihre Grenzen
- Nikon MicroscopyU: Vergrößerung
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