顯微鏡物鏡的油鏡和水鏡有什么區別?

所謂的油鏡、水鏡，其實是指物鏡的浸漬介質不同。

為了獲得高分辨率，物鏡的數值孔徑(NA)需要大于1。還需要折射率大于1的浸漬介質，即空氣以外的介質。常見的浸漬介質有油、水和甘油。物鏡上標明了必須與該物鏡一起使用的浸漬介質。

有些物鏡只能使用對應的一種浸漬介質，但也有一些物鏡適用于多種浸漬介質。具體涉及到顯微成像的對應要求。其中最重要的考慮參數是——折射率。

物鏡前透鏡前面的所有光學相關元件（浸漬介質、蓋玻片、樣本）都會對圖像質量產生重大影響。理想狀態下，所有這些光學層的折射率都應與物鏡設計的折射率相匹配。實際上，這幾乎是不可能的，因為樣本通常不均勻，蓋玻片的厚度不夠精確且圖像采集過程中溫度會發生變化。

在為特定應用選擇物鏡和浸漬介質時，必須牢記這些因素。

物鏡的數值孔徑越高，樣本內部結構越復雜，樣本和浸漬介質的折射率匹配就越重要。不同的折射率會導致球差和畸變。這會導致對比度和清晰度降低，使結構看起來被壓縮或拉伸。

下表為一些常用浸漬介質的折射率

哪些情況適用油鏡（油浸物鏡）？

油浸物鏡適用于與油的折射率相匹的樣本，即通常觀察封在樹脂、加拿大香脂或甘油明膠中的固定樣本，或者在蓋玻片下的樣本（小于幾微米）。如果折射率不匹配，離蓋玻片位置太遠，圖像亮度和分辨率會下降。

徠卡N型和F型浸油的折射率為1.518（23℃和546納米條件下），即與標準冕牌玻璃（n=1.518）相同。進行多色成像時，浸油的色散度也很重要。這通常稱為阿貝數，應該與物鏡設計的阿貝數相匹配，否則會出現色差。例如，徠卡N型浸油的阿貝數為42.1，而 F 型浸油的阿貝數為 46，非常適合熒光成像。N型不適合熒光成像。

進行活細胞成像，即在含水樣本中成像時，我們強烈建議使用水或甘油浸漬。

孔徑非常高的油浸物鏡只能在比較窄的溫度區間內提供其全部光學性能，因為油浸的折射率在很大程度上取決于溫度。自由工作距離越大，油層越厚，因此溫度引起的像差對圖像質量的影響越大。這種溫度效應隨自由工作距離線性變化，但取決于 NA 的四次方。

如果實驗溫度與室溫不同，建議采用水浸法，因為水的折射率對溫度的依賴性明顯較小，而且許多水浸泡物鏡都有校正環，因此可以補償。

哪些情況適用水鏡（水浸物鏡）？

在研究級顯微鏡（通常是共聚焦顯微鏡）上有一種不太常見的浸沒式物鏡是“水浸"物鏡，通常在物鏡筒上縮寫為“WI"或“W"。當對細胞培養基中的活細胞成像時，強烈建議使用水浸式物鏡。

水浸物鏡特別適合觀察水介質中的活細胞，因為這種浸漬介質和樣本的折射率比浸漬油等介質更匹配。然而，水在 37℃ 時會迅速蒸發。徠卡水鏡自動加水裝置在執行實驗期間會自動加水，以提供穩定的水浸。

水浸式物鏡通常與正置顯微鏡配置一起使用，用于直接浸入水或水基介質/緩沖液中。水澆蘸物鏡則可提供很長的工作距離。這種物鏡在生產時還配有十分曲折的彎角轉盤，使用惰性材料如陶瓷等制作而成。水浸物鏡的使用方式與油浸物鏡類似，但要用水代替油。

使用水浸式物鏡的優點之一是簡單地將水作為浸沒介質。很明顯，這種介質很容易清洗。此外，您不需要根據正在進行的成像使用特定的浸沒油，也不需要使用顯微鏡和物鏡制造商指定的浸沒介質。但使用水浸式物鏡時有一些缺點。與水性物鏡相比，油浸物鏡具有更高的分辨率。此外，由于水的粘度（與油相比），使用水浸式物鏡容易受到振動和小空氣運動的影響。

哪些情況試用甘油物鏡？

甘油是另一種浸沒介質。很多固定樣本都使用Mowiol、Vectashield或類似的甘油基封片劑封片。這些介質的折射率接近于80/20 甘油/水混合溶液的折射率（RI=1.45）。對于此類封片劑封片標本，甘油物鏡是好的選擇。

目前，大多數固定樣本，如培養細胞、厚樣本的組織切片以及全胚胎，都封閉在 Mowiol、Vectashield 或類似的 含有水和甘油以及各種化學物質（如防變色和防腐物質）的混合物中。這些介質的折射率接近 80%/20% 甘油/水混合物的折射率(n=1.45)。甘油物鏡非常適用于封閉在折射率接近 1.45–1.46 的任何介質中的樣本。

有的徠卡甘油物鏡會配有一個校正環，用于根據封閉介質成分的變化或者蓋玻片厚度或溫度的變化來調整光學元件的折射率。

而大多數多浸漬 (IMM)物鏡可用于甘油以及水和油浸漬。

常用甘油浸漬的徠卡物鏡型號：

HC PL APO 63x/1.30 GLYC CORR CS2

HC PL APO 40x/1.25 GLYC CORR CS2

HC PL APO 40x/1.25 GLYC motCORR CS2

HC PL APO 93x/1.30 GLYC motC STED W