Hilfe, meine Mikrofotos sind partiell unscharf

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle,

meist ist uns gar nicht bewußt, wie gering die Tiefenschärfe unserer Augen ist.

Schauen Sie mal auf Ihren Daumen in ca. 30 cm Abstand. Der ist scharf, aber rundherum ist alles völlig unscharf. Schauen Sie dann auf den Hintergrund, so stellen sich Ihre Augen blitzschnell darauf ein, er ist dann scharf und Ihr Daumen wird unscharf.

In der Fotografie ist Unschärfe durchaus ein wichtiges Gestaltungselement. Bei einem Portrait zum Beispiel, wählt man gerne bewußt einen unscharfen Hintergrund, um die Aufmerksamkeit des Betrachters ganz auf die abgebildete Person zu lenken.

Bei dem Blick durch das Okular unseres Mikroskops  stellen wir, beinahe unbewußt, mit dem Scharfeinstellknopf den Bereich scharf, der uns gerade interessiert. Ist die Mitte scharf, und der Rand unscharf, müssen wir nur wenig am Feintrieb drehen, und schon wird der Rand scharf. Beim Mikroskopieren stört das kaum.

Bei einem Mikrofoto, das  zum Rand hin unscharf wird, wirkt die Unschärfe störend. Es gibt natürlich Mikroskope, ausgerüstet mit Planachromaten, die diese Randunschärfen nicht zeigen. Sie sind aber ziemlich teuer.

Neben der Randunschärfe, zurückzuführen auf die Eigenschaften des optischen Systems, kann die Tiefenschärfe ein Grund für partielle Unschärfe sein. Insbesondere wenn man Mikrokristalle auf dem Objektträger ohne Deckglas züchtet, übersteigt die Schichtdicke des Objekts manchmal erheblich die Tiefenschärfe. Dann werden die Aufnahmen nicht durchgehend scharf.

In beiden Fällen kann ein sehr behutsam eingesetztes „Stacking“ helfen. Wir kennen das Stacking aus der Makrofotografie. Reicht die Tiefenschärfe nicht aus, um einen Gegenstand vollständig scharf abzubilden, fertigt man mehrere Aufnahmen mit unterschiedlichem Fokus an. Mit einer speziellen Software werden die Aufnahmen dann zusammengesetzt. Dabei verwendet die Software nur die jeweils scharfen Bereiche der Aufnahmen. Die so entstandene Aufnahme ist über den gesamten Bereich scharf.

Bei den 3 folgenden Aufnahmen erfolgte die Kristallisation auf dem Objektträger unter einem Deckglas. Die Schichttdicke ist also sehr gering. Die Ursache der Randschärfe liegt im optischen System, nicht in der zu geringen Tiefenschärfe.

Die erste Aufnahme wurde auf die Mitte scharf gestellt. Zu den Rändern hin, fällt die Schärfe deutlich ab.

A Rand unscharf.

A Rand unscharf.

In der nächsten Aufnahme wurde auf den Rand scharf gestellt, die Mitte ist unscharf.

B Mitte unscharf.

B Mitte unscharf.

 

Beide Bilder wurden mit der Stacking Software Helicon Focus zusammengesetzt:

 

Aus A+B zusammengesetzt.

Aus A+B zusammengesetzt.

Im folgenden Beispiel wurde die Mikrokristallisation auf einem Objektträger ohne Deckglas durchgeführt, die Tiefenschärfe reichte nicht aus, um das gesamte Objekt scharf abzubilden. Auch hier wurden 2 Aufnahmen angefertigt:

A

A

 

B

B

Nach dem Zusammensetzen der beiden Bilder mit der Software Helicon Focus:

A+B

A+B

Man sollte das Stacking bei der Durchlicht-Mikroskopie aber nicht übertreiben. Durchfährt man ein Objekt in sehr kleinen Schritten und setzt diese Aufnahmen dann zusammen, kann man manchmal auch ein weniger überzeugendes Ergebnis  erhalten, wie das folgende Beispiel zeigt. Das Foto ist aus 20 Einzelaufnahmen zusammengesetzt:

20 Aufnahmen

Aus 20 Aufnahmen zusammengesetzt.

Die beste Einzelaufnahme:

Beste Einzelaufnahme.

Beste Einzelaufnahme.

Helico Focus ist wohl das Standardprogramm für das Stacking. Es ist nicht ganz billig. 2011 hat die Downloadversion 126 Euro gekostet. Es gibt aber auch kostenlose Programme im Internet, wie z.B. Combine ZP.

Soviel für heute, liebe Freunde der Mikrokristalle.

Im nächsten Blogbeitrag werden wir uns keine Kopfschmerzen über die Schärfe unserer Bilder machen müssen. Paracetamol, ein Kopfschmerzmittel mit einem für unsere Zwecke interessanten Wirkstoff wird das Thema sein.

Bis dahin wünsche ich eine gute Zeit.

H-D-S

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Ein Trinokulares Mikroskop im unteren Preissegment

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle,

Mikroskope namhafter Hersteller sind bekanntlich nicht billig. Neue Instrumente beginnen bei ca. 2000 Euro, nach oben ist die Skala offen. Diese Preise sind durchaus berechtigt. Eine Alternative sind gebrauchte Mikroskope von seriösen Händlern.

Es werden aber auch Mikroskope von deutschen Unternehmen angeboten, die z.B. mit chinesischen Herstellern zusammenarbeiten. Diese Geräte kosten teilweise wenige hundert Euro. Hier soll ein solches Mikroskop vorgestellt werden. Es ist das Bresser Researcher Trino. Zum Zeitpunkt des Kaufs, 2011, lag der Preis bei 294 Euro.

Dieser Blogbeitrag ist kein Test des Mikroskops, dazu ist der Autor nicht berufen. Hier wird über Erfahrungen und subjektive Eindrücke berichtet.

Bresser Researcher Trino

Bresser Researcher Trino

Das Instrument besitzt einen trinokularen Aufsatz, so daß eine Kamera adaptiert werden kann. Der Kreuztisch hat leider einen kleinen Mangel, man kann ein Objekt nicht in der ganzen Breite des Objektträgers ansehen, da  beim Verschieben nach hinten der Kreuztisch am Stativ anstößt und der Objektträger umgedreht werden muß. Keine Katastrophe, aber nicht schön. Der Feintrieb könnte etwas feiner sein, bei Vergrößerungen ab 400 x wird das Durchfahren durch das Objekt etwas schwierig.

Die Halogenbeleuchtung (20W) ist über einen Dimmer regelbar. Leider besitzt sie keine Leuchtfeldblende, köhlern ist also nicht möglich. Der Kondensor, ausgerüstet mit einer Aperturblende und einem Filterhalter ist zentrierbar und kann in der Höhe verstellt werden.

Die optische Ausrüstung besteht aus 2 DIN WF 10x Okularen und 4 Objektiven DIN 4x/10x/40x/100x.

Der Kameratubus kann homofokal eingestellt werden.

Insgesamt macht das Mikroskop einen durchaus soliden Eindruck.

Eine Polarisationseinrichtung gibt es für das Mikroskop nicht, hier muß etwas improvisiert werden. Nimmt man den Aufsatz ab, man muß nur die linke Schraube im unteren Bild lösen, findet sich im Stativ genügend Platz für ein Polarisationsfilter oder eine zurecht geschnittenen Polarisationsfilterfolie:

Das hier verwendete Filter hat einen Außendurchmesser von 30 mm und ist 8 mm dick.

Das zweite Polarisationsfilter kann man auf die Lampenfassung legen. Leider wird die Lampe schnell sehr warm, sie muß zwischendurch immer mal wieder ausgestellt werden, sonst wird das Polarisationsfilter zu heiß. Es empfiehlt sich, einen Distanzhalter zu basteln.

Man muß also überhaupt keinen großen Aufwand betreiben, um Aufnahmen mit diesem Mikroskop im polarisierten Licht zu machen.

Für das Mikroskop gibt es bei Bresser einen Fotoadapter mit Okular. Zusätzlich benötigt man für eine Spiegelreflexkamera einen für die Kamera spezifischen T2-Ring. (Über Kamera-Adaption wurde in früheren Blogbeiträgen berichtet).

Das Foto- Okular wird in den Adapter gesteckt. Achtung! Wenn man den Adapter über den T2-Ring an die Kamera anschließt, aufpassen, daß das Okular nicht in das Kameragehäuse rutscht! Kamera immer senkrecht halten!

So und schon kann es mit dem Fotografieren losgehen.

Das folgende Foto wurde mit einer Nikon D610 Spiegelreflex-Kamera, (CMOS-Sensor 35,9 x 24,0 mm), aufgenommen:

Nikon D610

Nikon D610 an Bresser Researcher Trino mit Bresser-Adapter

Man erkennt deutlich, daß das Format nicht vollständig ausgefüllt wird.

Die nächste Aufnahme entstand mit einer Nikon D300s Spiegelreflex-Kamera, CCMOS-Sensor 23,6 x 15,8 mm):

Nikon D300s

Nikon D300s an Bresser Researcher Trino mit Bresser-Adapter

Das Format wird weitgehend ausgefüllt, an den Rändern kommt es aber zu Abschattungen und Unschärfe.

Das folgende Foto wurde mit einer Nikon Coolpix 4500 Digitalkamera (CCD-Sensor 7,2 x 5,3 mm) und Fremdadapter aufgenommen:

Nikon Coolpix 4500

Nikon Coolpix 4500 an Bresser Researcher Trino mit Fremdadapter

Die Aufnahme füllt das ganze Format aus. Es kommt zu keinen Randabschattungen.

An diesen Aufnahmen ist zu erkennen, daß die Sensorgröße der Kamera einen maßgebenden Einfluß auf das Bildergebnis hat.

Bresser schreibt in der Betriebsanleitung zu dem Mikroskop: „Das Researcher Trino ist für den Einsatz mit einem Bresser MikrOkular konzipiert worden. Beim Einsatz einer Spiegelreflexkamera kommt es aufgrund der großen Aufnahmefläche zu einer sog. Abschattung. Die Abschattung wird stärker, je höher das Objekt vergrößert wird.“

Manche Digitalkameras liefern durchaus ansehnliche Ergebnissen. Hier einige Aufnahmen mit der Nikon Coolpix 4500 und Fremdadapter. Alle Aufnahmen sind Originalaufnahmen ohne jegliche Nachbearbeitung:

Schwefel-Kristalle

Schwefel-Kristalle
Nikon Coolpix 4500
Bresser Researcher Trino
Fremdadapter

Schwefel-Kristalle

Schwefel-Kristalle
Nikon Coolpix 4500
Bresser Researcher Trino
Fremdadapter

Schwefel-Kristalle

Schwefel-Kristalle
Nikon-Coolpix 4500
Bresser Researcher Trino
Fremdadapter

Die folgenden Aufnahmen, ebenfalls vollkommen unbearbeitet wurden mit Bresser-Adapter und der Nikon D 300s Spiegelreflex-Kamera, CMOS-Sensor 23,6 x 15,8 mm,  bei fünfzig- und hundertfacher Vergrößerung aufgenommen:

Nikon D300s

Schwefel-Kristalle
Nikon D300s
50x

Nikon D300s

Schwefel-Kristalle
Nikon D300s
100x

Nikon D300s

Schwefel-Kristalle
Nikon D300s
100x

Besonders an der letzten Aufnahme erkennt man gut die leichten Abschattungen. Das Bild ist aber ansonsten über einen weiten Bereich scharf.

Fazit:

Wegen der kleinen Sensorgröße liefern Digitalkameras hinreichen scharfe Bilder ohne Randabschattung. Es muß aber betont werden, daß aus Gründen der Objektiv-Konstruktion nicht jede Digitalkamera adaptiert werden kann.

Sogenannte Vollformat-Spiegelreflexkameras sind für dieses Mikroskop völlig ungeeignet, da das Format nicht vollständig gefüllt wird.

Spiegelreflexkamera mit kleineren Sensoren (23,6 x 15,8 mm) liefern Bilder mit leichten Abschattungen und werden zu den Rändern hin etwas unscharf. Die Adaption von Spiegelreflexkameras ist völlig unproblematisch, da nur der Kamerakörper ohne Objektiv benötigt wird.

Mit wenigen Handgriffen kann das Mikroskop für Aufnahmen im polarisierten Licht eingerichtet werden.

Es fehlt die Leuchtfeldblende, so daß man nicht die Köhlersche Beleuchtung einstellen kann.

Es macht Spaß mit diesem Mikroskop zu arbeiten, wer aber Wert auf gestochen scharfe Bilder von der Mitte bis zum Rand legt, muß schon sehr viel tiefer in den Geldbeutel greifen.

Für den Preis erhält man ein solides Instrument, das besonders auch für Einsteiger interessant ist.

Soviel für heute, liebe Freunde der Mikrokristalle.

Wie man mit Mikroskopen, die zum Rand hin zu Unschärfe neigen, doch noch einigermaßen gute Resultate erzielen kann, wir das Thema des nächsten Blogbeitrags sein.

Bis dahin wünsche ich eine gute Zeit.

H-D-S

Mit Schwefel fantastische Mikrokristalle erzeugen

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle,

nach den vielen Zuckern, die teilweise doch etwas schwer zu kristallisieren waren, hier ein echter Hingucker, der auch noch völlig problemlos Mikrokristalle bildet, und leicht zu beschaffen ist, der Schwefel. Man kann ihn in Apotheken oder z.B. über Amazon kaufen.

Schwefel ist eines der 98 natürlichen Elemente. Er ist in keinem der uns zugänglichen Lösungsmitteln löslich. Aus Schwefelkohlenstoff kristallisiert er in rhombischen Kristallen. Da dieses Lösungsmittel aber sehr leicht entzündlich ist, furchtbar schlecht riecht und sehr giftig ist, kommt es für unsere Arbeiten absolut nicht in Frage. Das ist aber überhaupt kein Problem, da Schwefel auch sehr schön aus der Schmelze kristallisiert. Da Schwefel ein Element ist, kann er sich beim Erhitzen auch nicht zersetzen. Schwefel organisiert sich in der Schmelze, abhängig von der Temperatur, zu sehr unterschiedlichen Strukturen. Dadurch erhält man beim Abkühlen auch die verschiedensten Kristallbilder. Hier ist also breiter Raum für Experimente gegeben.

Vorbemerkungen für Experimente in der Küche: Auch in kleinen Mengen erhitzt, riecht Schwefel etwas unangenehm, also Dunstabzugshaube anstellen. Den Schwefeldampf der beim Erhitzen entsteht, nicht einatmen. Daher auch nicht zuviel Schwefel auf die Objektträger geben.

Um variantenreiche Kristallbilder zu erhalten, kann man folgendermaßen vorgehen:

Auf 3 Objekträger je eine kleine Messerspitze Schwefel geben und mit einem Deckglas bedecken. Die 3 Proben auf einer Heizplatte erwärmen. Ab ca. 120 Grad Celsius beginnen die Proben zu schmelzen. Eine Probe sofort von der Platte nehmen. Sie beginnt meist schnell beim Abkühlen zu kristallisieren.

Die anderen Proben weiter erhitzen. Man erkennt eine Farbveränderung von gelblich nach rötlich. Nach einiger Zeit, bei stärkerer Hitze, werden die Proben wieder fest und bei weiterem Erhitzen schmelzen sie wieder. Hitze abstellen und eine Probe sofort von der Heizplatte nehmen, die andere auf der abgestellten Heizplatte langsam abkühlen lassen.

Zum Kristallisieren unter Umständen über Nacht stehen lassen, meist erfolgt die Kristallisation aber schnell.

Unter dem Mikroskop im polarisierten Licht erhält man sehr interessante Kristallbilder:

Schwefel

Schwefel, nach dem Schmelzen schnell abgekühlt.

Schwefel

Schwefel, stark erhitzt und danach schnell abgekühlt.

Schwefel

Schwefel stark erhitzt, danach langsam abkühlen lassen.

Man kann hier nach Herzenslust experimentieren, und man wird immer wieder aufs Neue erfreut und überrascht sein, welch vielfältiger Farben- und Formenreichtum durch Variation von Temperatur, Abkühlzeit und Schwefelmege auf dem Objektträger erzielt werden kann.

Soviel für heute, liebe Freunde der Mikrokristalle.

Im nächsten Blogbeitrag wird über Erfahrungen mit einem trinokularen Mikroskop berichtet, das im unteren Preissegment angesiedelt ist.

Bis dahin wünsche ich erfolgreiche Experimene mit dem Schwefel.

H-D-S

D-Ribose: Ein kleiner Trost für alle, die mit der Zucker-Kristallisation Probleme haben

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle,

eigentlich war für diesen Blogbeitrag der Schwefel angekündigt. Aber hier ein kleiner Einschub, der nochmal das Thema Zucker aufgreift, angeregt durch eine gerade gefundene Veröffentlichung zur Kristallstruktur der D-Ribose.

Im letzten Beitrag wurden die 4 möglichen Ringstrukturen der Arabinose besprochen. (Alpha- und Beta-Pyranose- sowie Alpha- und Beta-Furanose-Form). Die gleichen Strukturen kann auch die D-Ribose bilden, sie unterscheidet sich ja nur in der räumlichen Anordnung der OH-Gruppen von der Arabinose. Die D-Ribose, es wurde erwähnt, ist Bestandteil unserer RNA (Ribonukleinsäure), spielt also eine ganz ausserordentliche Rolle in der belebten Natur. Hier noch einmal die Formeln der verschiedenen Formen:

D-Ribose

D-Ribose

Alpha-Ribofuranose Beta-Ribofuranose

Alpha-D-Ribofuranose             Beta-D-Ribofuranose

Ribopyranose

Alpha-D-Ribopyranose                                                                Beta-D-Ribopyranose

Es war lange Zeit eine offene Frage, in welcher dieser Formen D-Ribose kristallisiert. In Lösung liegt sie als Gemisch vor.
Erst im Jahre 2010 ist es einer Gruppe von Forschern in der Schweiz und in Deutschland gelungen, diese Frage durch Röntgenbeugungsanalysen und kernresonanzspektroskopischen Untersuchungen zu klären.

Für die Röntgenbeugungsanalyse benötigt man die D-Ribose in kristalliner Form. Und hier lag das Problem.  Weil sie so schlecht kristallisiert, hat es letztlich bis 2010 gedauert, diese Frage zu klären.
Das Ergebnis der Forschungsarbeiten: D-Ribose kristallisiert in einer Mischform aus Alpha- und Beta-D-Ribopyranose.

Mehr Informationen findet man unter http://www.organische-chemie.ch/chemie/2010/jul/ribose.shtm

Es ist hoffentlich doch für alle, die sich mit der Mikrokristallisation von Zuckern beschäftigen ein Trost, daß wir mit dem Problem der schlechten Kristallisation mancher Zucker nicht alleine stehen. Aber vielleicht ist die D-Ribose auch eine besondere Herausforderung zu versuchen, sie zu kristallisieren und eindrucksvolle Mikrofotos davon zu schießen. Man kann D-Ribose problemlos im Internet kaufen, da sie als Nahrungsergänzungsmittel gilt. Über Erfolg oder Misserfolg wird in absehbarer Zeit ein Blogbeitrag folgen, aber zunächst ist wie angekündigt der Schwefel an der Reihe.

Bis dahin, liebe Freunde der Mikrokristalle

wünsche ich eine gute Zeit.
H-D-S

 

Mikrokristalle aus L-(+)-Arabinose

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle,

unser Haushaltszucker, die Saccharose, bildet aus dest. Wasser kristallisiert, sehr schöne Kristalle. Aber man benötigt Zeit, aus den im vorigen Blogbeitrag genannten Gründen. Schneller geht es mit der Arabinose.

Die Arabinose ist auch ein Zucker, besitzt aber nur 5 Kohlenstoff-Atome und ist also eine Pentose. Eine sehr ähnliche Verbindung, nur in der räumlichen Anordnung der OH-Gruppen etwas anders, ist die D-Ribose. Sie ist Bestandteil unserer RNA (Ribonukleinsäure), die eine tragende Rolle in unserem Zellgeschehen spielt. Hier die beiden Formeln in der Fischer-Projektion:

L-(+)-Arabinose D-Ribose

L-(+)-Arabinose D-Ribose

Auch die Arabinose liegt in einer ringförmigen Struktur vor. Sie kann, bei der Glucose wurde es nicht erwähnt, genau wie diese, sogar zwei ringförmige Strukturen, nämlich einen Fünfring und einen Sechsring bilden. Hier wird es am Beispiel der D-Arabinose gezeigt:

Alpha-D-Arabinopyranose Beta-D-Arabinopyranose

Alpha-D-Arabinopyranose Beta-D-Arabinopyranose

Bei dem Ringschluß entsteht wie früher bei der Glucose besprochen ein neues Asymmetriezentrum (ganz rechtes C-Atom), so daß wir wiederum eine Alpha- und eine Beta-Form erhalten. Neben dem Pyranosering mit 6 C-Atomen, kann auch ein Fünfring, der Furanosering genannt wird, entstehen:

Alpha-D-Arabinofuranose Beta-D-Arabinofuranose

Alpha-D-Arabinofuranose Beta-D-Arabinofuranose

Auch hier entsteht ein neues Asymmetriezentrum, daher auch wieder die zwei Formen.

So kompliziert die Arabinose auch erscheinen mag, sie kristallisiert sehr leicht aus destilliertem Wasser.

Man gibt einige wenige Körnchen auf einen sauberen Objektträger und löst sie mit einem Tropfen dest. Wasser. Schon nach kurzer Zeit, spätestens über Nacht ist die Probe vollständig kristallisiert. Hier einige Aufnahmen der L-(+)-Arabinose:

L-(+)-Arabinose

L-(+)-Arabinose

L-(+)-Arabinose

L-(+)-Arabinose

L-(+)-Arabinose

L-(+)-Arabinose

Woher bekommt man diesen fotogenen Zucker? Manchmal hilft ein Apotheker, wenn man ihm erklärt, was man damit anfangen will. Arabinose ist aber nicht ganz billig. 5 g kosten ca. 10 EURO.

Soviel für heute, liebe Freunde der Mikrokristalle. Im nächsten Blogbeitrag geht es um ein chemisches Element, das sich ausgezeichnet für die Mikrokristallisation eignet, dem Schwefel.

Bis dahin wünsche ich eine gute Zeit.

H-D-S