Mikroszkópia.

Az előadások a következő témára: "Mikroszkópia."— Előadás másolata:

1 Mikroszkópia

2 Mikroszkópia története
mikron = kicsi szkopein = nézni Mikroszkópia: szemmel láthatatlan tárgyak mikroszkópos vizsgálata Első mikroszkóp: ~ 1600: Hans Lippershey, Hans Janssen, Zacharias Janssen

3 Mikroszkópok fajtái: Optikai elméletet használó:
Mintán áthaladó/visszaverődő sugarakat egy optikai rendszer felnagyítja Binokuláris/szimpla Fajtái: összetett fénymikroszkópok (max kb. 1500X, elméleti felbontóképesség 0,2 mikrométer ), szetereomikroszkópok, Elektronmikroszkópok (vákuum kell)

4 A: szemlencse vagy okulár
E: tárgylemez leszorító (nem mindig van) I: tükör vagy beépített lámpa B: tubus F: tárgylemez J: talp C: revolverfoglalat G: tárgyasztal K: élesség finombeállító csavar D: tárgylencse vagy objektív H: kondenzor L: élesség durvabeállító csavar

5

6 Sztereomikroszkóp Elektronmikroszkóp

7 Mikroszkópok fajtái Speciális fénymikroszkópok: Ultraibolya-mikroszkóp
Ultramikroszkóp Fáziskontraszt-mikroszkóp Lumineszcencia-mikroszkóp Konfokális pásztázó mikroszkóp Polarizációs mikroszkóp Binokuláris mikroszkóp Sztereomikroszkóp

8 Mikroszkópok fajtái Elektronmikroszkópok: Pásztázó elektronmikroszkóp
Transzmissziós elektronmikroszkóp

9 Mikroszkópok fajtái: Pásztázószondás mikroszkópok
mikroszkopikus sugárszondát használnak a felület feltérképezésére : szondasugár + detektor: kölcsönhatás alapján: Atomerő mikroszkóp Elektrosztatikus mikroszkóp Mágneses erőmikroszkóp Alagútelektron-mikroszkóp Közeli mező optikai mikroszkópia Pásztázó elektronmikroszkóp Egyéb: akusztikus mikroszkóp: Hanghullámmal, minta hangvezetését méri

10 Fénymikroszkópia Látható fény segítségével
Optikai lencse használatával Felfogó: szem, fotolemez, digitális képalkotó eszköz Korlátok: sötét vagy erős fényvisszaverésű vizsgálandó felület kell Diffrakció miatt: max felontóképesség 0,2 mikrométer Fókuszsíkól kieső pontok csökkentik a kép tisztaságát

11 Egy eljárás menetének bemutatása mikroorganizmusokra:
1. Tárgylemez tisztítása: zsírtalanítás 96%-os alkohollal, majd hőkezelés (max °C-on) 2. Preparátum rögzítése (sejtek megtapadása a tárgylemezen) Sok rögzítési eljárás ismeretes; egyik legegyszerűbb: hővel való rögzítés Megjegyzés: finom ultracellulális részletek vizsgálatakor nem alkalmazható, mert a sejt ezen részében durva változásokat okoz a hő 3. Festés: egyszerű vagy összetett festési eljárással Pozitív vagy negatív festés Egyszerű: Polikróm festés, mikroanalitikai festések és indikáló festések Összetet: Differenciáló festések

12 Festési eljárások Láthatóbbá tehetőek velük a minták
Fluoreszcens festékek: Immunfestés Zöld fluoreszcens fehérje pH alapján (mikroorganizmusok festéséhez): Bázikus színezőanyagok (metilénkék, fukszin, malahitzöld, kristályibolya, neutrálvörös) Savas színezőanyagok (eozin) Semleges színezőanyagok (rhodamin B)

13 Konkrét alkalmazás: mikroorganizmusok kimutatása: Bacillus cereus és Pseudomonas fluorescens
A megfelelően előkészített tárgylemezre 1 csepp vizet cseppentünk Ebben szuszpendálunk 1-1 kacsnyit az előre kitenyésztett baktériumtenyészetekből (Bacillus cereus és Pseudomonas fluorescens) Alapos elkeverés, és a tárgylemezen minél vékonyabb rétegben történő szélesztés után a készítményt láng felett rögzítjük. Kihűlés után a festést az alábbi séma szerint végezzük: Festés genciánibolya-oldattal 1 percen át Vizes öblítés Pácolás Lugol-oldattal 1 percen át Színtelenítés 96 %-os alkohollal 0,5 percen át Kontrasztfestés szafraninnal 1 percen át Vizes öblítés, szárítás

14 A készítményt immerziós objektívvel vizsgáljuk.
Benne a Bacillus cereus baktériumok kék színű (Gram-pozitív), a Pseudomonas fluorescens sejtek pedig piros színű (Gram-negatív) pálcikaként mutatkoznak. A preparátum értékelésekor tekintettel kell lenni arra a tényre,hogy a festés eredménye függ a tenyészet korától is. Gram-pozitív baktériumok idősebb tenyészete néha Gram-negatív jelleget mutathat.

15 Távcsövek

16 Távcsövek története optikai lencséket ismerték az arabok és a perzsák is Leonard Digges angol földmérő 1540 körül már készített olyat - 2–3-szoros nagyítást ért el Leonardo da Vinci jegyzetei között szerepel egy nagyon pontosan leírt távcső

17 Távcsövek története első, biztosan létező távcsöveket Hollandiában készítették 1608 körül távcső feltalálása Hans Lippershey; október 2-án kérte meg a szabadalmi védettséget Galileo Galilei is megépítette saját, jobb távcsövét (60× nagyítás)

18 Távcsövek története Elsőként Galilei használta csillagászati megfigyelésekhez: felfedezte a Jupiter négy holdját, a Vénusz fázisváltozásait és a Hold hegyeit Johannes Kepler elsőként írta le az optikai lencsék tulajdonságait és használatát újfajta, két domború lencsét tartalmazó távcsövet épített, fordított állású képet adott, de csillagászati célokra alkalmasabb volt

19 Távcsövek

20 Távcsövek távcső távoli tárgyak látószögének felnagyítására szolgáló eszköz (teleszkóp, messzelátó) a görög tele = „messze", „távol” és szkopein = „látni”, „nézni” Optikai távcső = a látható fény tartományába eső elektromágneses sugárzást gyűjtik össze lencsékkel vagy tükrökkel lencsés távcsövek összefoglaló neve refraktor, mivel ezek a fénytöréssel (refrakcióval) állítják elő a képet

21 Távcsövek rádióhullámú tartományokban működő eszközöket rádiótávcsöveknek nevezik nem csak a látható, hanem az emberi szem számára láthatatlan (infravörös, rádió-, röntgen-, gamma-) sugárzások megfigyelésére is kifejlesztettek távcsövek különösen a csillagászatban nélkülözhetetlenek, de gyakran alkalmazzák őket más műszerekben (pl. éjjellátó készülékekben)

22

23 Kepler

24 Nagyítás 8x42 vagy 15x70: az eszköz legfontosabb paramétereire utalnak, melyek közül az első érték (8x illetve 15x) a nagyítását adja meg 7-15x35. Ebben az esetben zoom binokulárral van dolgunk, melynek nagyítása 7x és 15x értékek között változtatható és az átmérője 35 mm kis nagyítás - szűk látómező; nagy nagyítás - kapott kép meglehetősen fényszegény

25 Átmérő másik legfontosabb paramétere az objektív átmérő; számpár második értéke utal, vagyis a 8x42 és 15x70-es binokulárok esetében az objektív átmérője 42 mm illetve 70 mm átmérő nagyon fontos a fénygyűjtő-képesség szempontjából, különösen gyenge fényviszonyok közepette Természetmegfigyelésre általában mm-es távcsövek

26 Objektív a kiváló képminőséget ez az optikai elem alapozza meg; objektív lencse a párhuzamosan érkező fénysugarakat megtöri és mögötte a fókuszpontban egyesíti őket a látómező széle felé számos torzítással kell szembenézni, pl. romlik a képélesség, az egyenes vonalak meggörbülnek stb a hibák csökkenthetőek, ha az objektív nem kettő, hanem három vagy négy lencsetagból épül fel

27 Prizmák Nélkülük fordított állású képet kapnánk, vagyis fejjel lefelé látnánk mindent kétféle prizmarendszer: Porro prizmák és tetőél prizmák tetőélprizmák a távcső belsejében egy vonalban helyezkednek el, kompaktabb, technikai okok miatt elkészítésük drágább Porro prizmát használó binokulárok felismerhetőek a két "eltolt" tubus révén

28 Prizmák

29 Prizmák drágább és jobb minőségű BAK4 (barium-crown) és az olcsóbb BK7 (borosilicate) jelzésű prizmák üveganyagukban különböznek BAK4-es prizmák élesebb, kontrasztosabb képet adnak lényeges a prizmák tokozása, ha nem kellően masszív, a prizmák a használat során könnyen elmozdulhatnak, megszüntetve a két tubus optikai tengelyeinek párhuzamosságát – agy kompenzál, fej- és szemfájás nagy mértékű eltérés esetén a binokulár kettőz

30 Látómező értékét kétféle mértékegységben szokták megadni, fokban és méterben fokban kifejezett érték elsősorban csillagászok számára bír jelentőséggel, megadja a látcső által leképzett égterület nagyságát, 15x70-es binokulár látómezeje 4.4°, az az érték fontosabb, mely megadja, hogy 1000 m-en mekkora a látómező átmérője méterben kifejezve: egy átlagos 8x42-es távcső esetében ez kb. 120 m

31 Látómező

32 Bioindikáció / vízminősítés A városi környezet indikálása, indikátor élőlények.

33 Bioindikátorok bioindikátorok olyan élőlények ill. élőlényközösségek, melyek életfunkciói adott környezeti faktorokkal szoros korrelációban állnak, így ezek kimutatására alkalmazhatóak; passzív monitoringnál egy adott hely, adott élővilágából választják ki a tesztpéldányokat. Ennek előnye, hogy így a helyspecifikus flóra illetve fauna vizsgálható; aktív monitoring alkalmával bizonyos kritériumok alapján kiválasztott pontokra adott időtartamra indikátornövényeket helyeznek ki;

34 Bioindikátornak lehetnek
Szenzitív akkumulációs

35 Szennyezések kimutatása, monitorozása
In situ monitorozásra a legmegfelelőbb megoldás bioindikátorok, biomarkerek, bioszenzorok alkalmazása

36 Szennyezések kimutatása, monitorozása
bioindikátorok ép szervezetek, melyek természetesen előfordulnak az adott környezetben, és a populációjukban történő változás ad információt a környezetet ért szennyezés hatásáról biomarkerek egy szervezet fiziológiai, biokémiai, vagy molekuláris jellemvonásai, melyekre hat a szennyezés bioszenzorok módosított, vagy specifikus enzimek, akár teljes (esetleg genetikailag módosított) katabolikus utak vagy aktív mikroorganizmusok

37 Monitorozás A szennyezések kimutatása mellett, a kármentesítő folyamatokban résztvevő mikróbákat is figyelemmel kell kísérnünk, valamint az ökológiai hatásokat is meg kell vizsgálnunk Mikroorganizmusok detektálása, monitorozása: gyakran alkalmazunk laborban felszaporított mikroorg-kat (bioaugmentáció), melyek (különösen, ha genetikailag módosított) jelenlétének, aktivitásának nyomonkövetése fontos a hatékonyság megállapítása érdekében. Gyakran a mikróbák jelölésével segítik a detektálást Ökológiai hatások vizsgálata: a bioremediációs eljárás alkalmazható-e az adott környezetben, a technológia lépései, és a keletkező intermedierek nem veszélyesek-e az ökoszisztémára, az alkalmazandó mikróba nem termel-e a növények, a környezet számára toxikus anyagokat

38 Indikálása a városi környezetnek
aktív monitoringnál: alkalmazott tesztélőlényeknél annak alapján, hogy az a légszennyezésre külső jól látható elváltozással pl. foltosodással vagy bizonyos anyag felhalmozásával reagál, beszélhetünk 1. reakciós- vagy hatásindikátorokról és 2. akkumulációsindikátorokról; reakciós indikátor: standardizált zuzmóexpozíció – SO2 paradicsom – etilén kardvirág – fluor

39 Bioindikátorok 2. Akkumulációs indikátor:
zöld káposzta – nehezen illó szerves vegyületek, standardizált fűkultúra – fluor, kén, nehézfémek; bioindikátor lehet: szervezet, szövet, sejttenyészet, sejtmentes kivonat, enzim, sejtalkotórészek;

40 Indikálása a városi környezetnek
zuzmók kitűnően jelzik a levegőminőséget, az egyes légszennyező anyagok koncentrációját; zuzmótérkép: áll sivatagi, I. küzdelmi, II. küzdelmi és normál zónából; zuzmó indikátorszervezet, nem él meg olyan helyen, ahol kén-dioxiddal szennyezett a levegő; a szélsőséges környezeti feltételek többségével szemben ellenállók, de a zuzmók egy része - különösen a fák kérgén élő leveles telepű fajok - nagyon érzékenyek a szennyezésekre;

41 Az ózon kimutatása alkalmas növények: dohány, bokros bab, kis csalán,
spenót, nyárfa – Populus x euramericana var. Gelrica, valamint a búza, a mályva és a lóhere;

42 Az ózon kimutatása dohányt ózonindikátorként Európában a ’60-as évek eleje óta alkalmazzák, érzékenységét mutatja, hogy már 40 ppb-s koncentráció esetén a leveleken világos, foltok – klorózisok jelennek meg, melyek hosszabb ideig tartó ózonterhelés esetén, a levélszövet elhalásával sötét színű nekrózisokká változnak;

43 Az ózon kimutatása károsodás elsőként az idősebb leveleken jelenik meg, majd a felsőbb, fiatalabb levelekre is kiterjed. Az ózonhatást mutató kékeszöld vízfolthoz hasonlító károsodási szimptómák még visszafordítható elváltozások; elparásodott nekrózisfoltok viszont már végleges károsodást jelentenek elöregedés; a nem ózon által okozott nekróziskárok megállapítására az indikátorállomáson dohány Bel W3 fajta mellett sokszor a dohány egy másik változatát, a Bel B-t is telepítik; ózonra érzéketlenebb, de a vírusokra, gombákra ugyanúgy reagál;

44 Az ózon kimutatása a dohány túlzott ózonérzékenysége miatt jelentős ózonterhelés mellett esetleg nem lehet különbséget tenni az egyes állomások között, emiatt gyakran elhelyeznek babpalántákat is; indikátornövények közül több nem csak az ózonra érzékeny, Pinto bab akkor reagál érzékenyen az ózonra, ha az nitrogénoxidokkal keveredett; kis csalán ózonra és peroxiacetylnitrátra, míg a vörös here ózonra és kéndioxidra érzékeny. Ezen növények kombinációjával tehát a teljes légszennyezettségi szituációra is következtethetni lehet;

45 Magyar Makrozoobenton Család Pontrendszer
Bentonban élő makroszkópikus gerinctelen állatok családszintű meghatározásán alapul. Ennek alapja, hogy ezen élőlények: - környezet változásait jól jelzik (bioindikátorok) - jellemezhető segítségükkel a víz minősége (térben) - szennyezés időbeli lefutására is alkalmasak, mivel több fejlődési stádiumuk van - szemléletesek pl. 10 pont: kérészek, szitakötők 5 pont: pajzscsigák, tegzes bolharákok 1 pont: kevéssertéjű gyűrűsférgek

46 A begyűjtés során fel kell jegyezni az összes talált családot pontszámaikkal. Ki kell számítani: - a minta összpontszámát, - a családonkénti átlagpontszámot. Ebből a két pontszámból megadható a vízminőségi index, amelyből következtetni lehet a víz minőségére.

47 Belga Biotikus Index BISEL (Biotix Index at Secondary Education Level) -módszer a középiskolásoknak kifejlesztett belga módszer Előnyei: gyors, helyszínen végezhető, olcsó, nem kell hozzá nagy szaktudás, számokkal leírható eredményt ad. Lépései: 1. Mintavételezés: Kézihálóval - aljzatról, vízben lévő és a vízbe nyúló növényzetről, kövekről.

48 2. Határozás szeres sztereomikroszkóppal történik cél: a mintában lévő rendszertani egységek számának és a legérzékenyebb csoportok jelenlétének 3. Értékelés és minősítés értékelés egy standard táblázat segítségével történik: - függőleges egységei: a taxonok érzékenységét és mennyiségét tartalmazzák - vízszintes egységei: a megfigyelt faunisztikus csoportoknak felelnek meg, 1-től 7-ig sorba rendezve.

49 Azt a sort választjuk ki, amely a legjobban utal a legérzékenyebb faunacsoportok jelenlétére az adott mintában ig terjedő biotikus indexeket 5 vízminőségi osztályba sorolják, és színekkel jelölik. osztály Biotikus Index Szín Megnevezés I. 10-9 kék nem szennyezett II. 8-7 zöld enyhén szennyezett III. 6-5 sárga mérsékelten szennyezett – - kritikus helyzet IV. 4-3 narancs erősen szennyezett V. 2-1 vörös nagyon erősen szennyezett

50 Vízminősítés sokféle, rendszerint egyidejűleg lejátszódó fizikai, kémiai és biológiai folyamatok alakítják. meghatározásához ismernünk kell a vízminőséget befolyásoló, alakító folyamatokat és komponenseket, azok konkrét értékeit, változásuk mértékét.

51 mérési módszerek csoportosítása
Tájékoztató jellegű a szennyezettség nagyságrendjének becsléséhez Gyors vizsgálatok a mennyiség közepes biztonságú meghatározásához Helyszíni vizsgálatok a közel pontos mennyiségi meghatározásokra Laboratóriumi vizsgálatok a pontos mennyiségi meghatározásokhoz

52 víz fizikai jellemzői Szín: elszíneződést az oldható és oldhatatlan anyagok okozzák Zavarosság: oldhatatlan és kolloidális szervetlen és szerves eredetű anyagok okozzák Szag: vízben lévő illékony anyagok okozzák, melyek szagérzés észlelését váltják ki Íz: Természetes módon vagy szennyezéssel bekerülő anyagok befolyásolják

53 víz kémiai jellemzői Oldott oxigén: vízben oldott oxigén az élő szervezetek számára Lúgosság: oldott alkáli- és alkáliföldfémek hidroxidjai, hidrogén-karbonátjai és karbonátjai okozzák pH: hidrogénionok koncentrációjáról ad információt Vezetőképesség: felszíni vizek szempontjából az ionos vezetők a fontos mutatók

54 Nitrogénformák: elemi nitrogéngáz, ammónia, illetve ammóniumion, nitrit ion nitrát ion, Foszforformák: növényi plankton növekedését limitáló egyik leggyakoribb elem Keménység: oldott kalcium- és magnéziumionok okozzák, melyek mennyiségét geológiai jellemzők határozzák meg

55 víz biológiai jellemzői
vizek biológia tulajdonságait a fizikai és kémiai tulajdonságok befolyásolják. halobitás a víz biológiai szempontból fontos szervetlen kémiai tulajdonsága. Trofitásnak nevezzük a szervesanyag-termelő képességét a víznek. toxicitás a mérgezőképesség.

56 Vízmintavétel Pontminta: egy pontról, egyszerre vesszük, vizet az adott ponton, egyetlen pillanatban jellemzi Átlagminta: több, ugyanazon helyről meghatározott időközönként vett pontmintákat vagy a vizsgált rendszer különböző helyeiről egy időben vett pontmintákat összeöntjük Sorozatminta: egy vízfolyás adott helyén, annak különböző mélységeiből vagy egy meghatározott mélységből a vízfolyás különböző helyeinél Periodikus és folyamatos minta: fix időintervallum alatt vagy rögzített áramlási sebességeknél

57 Vízminősítés A vízminőségi paraméterek mindig az adott meteorológiai, geológiai, antropogén stb. viszonyok által befolyásoltak, értékeik folyamatosan változnak. I. osztály: kiváló víz (kék szín) Mesterséges szennyezőanyagoktól mentes, tiszta, természetes állapotú víz, amelyben az oldottanyag-tartalom kevés, közel teljes az oxigéntelítettség, a tápanyagterhelés csekély és szennyvízbaktérium gyakorlatilag nincs. II. osztály: jó víz (zöld szín) Külső szennyezőanyagokkal és biológiailag hasznosítható tápanyagokkal kismértékben terhelt víz. III. osztály: tűrhető víz (sárga szín) Mérsékelten szennyezett (pl. tisztított szennyvizekkel már terhelt) víz, amelyben a szerves és a szervetlen anyagok, valamint a biológiailag hasznosítható tápanyagterhelés eutrofizálódást eredményezhet. Szennyvízbaktériumok következetesen kimutathatók. IV. osztály: szennyezett víz (piros szín) Külső eredetű szerves és szervetlen anyagokkal, illetve szennyvizekkel terhelt, biológiailag hozzáférhető tápanyagokban gazdag víz. V. osztály: erősen szennyezett víz (fekete szín) Különféle eredetű szerves és szervetlen anyagokkal, szennyvizekkel erősen terhelt, esetenként toxikus víz. Szennyvízbaktérium-tartalma közelít a nyers szennyvízekéhez.

58 Levegő és légszennyezés

59 A levegő tisztasága határozza meg az aerob élő rendszerek létfenntartó funkcióit.
Az atmoszféra biológia jelentőségei gazdasági jelentősége

60 Légszennyezés csoportosítása
Forrása szerint: spontán és mesterséges Minősége szerint: fizikai és/vagy kémiai Terjedésüket befolyásolja: illékonyságuk, biológiai stabilitásuk, méretük Hatásaik szerint

61 levegőszennyezés hatásait főbb csoportra oszthatjuk fel
Lokális hatások Regionális hatások Kontinentális hatások Globális hatások

62 Por Nagyság tekintetében megkülönböztetünk Fajtái:
ülepedő por (10 μm fölöttiek); szálló por (10 μm alattiak) Fajtái: pernye, korom (CaSO4, SiO2, CaO, CaCO3) szénpor; szállópor ipari por (szulfátok, kloridok, műanyagszemcsék) szálanyagok pora (cellulóz, pamutporok) pollen

63 üvegházhatásért felelős legfontosabb gázok
Átlagos koncentráció a Föld légkörében (ppm) Éghajlati kényszer (az adott gáz üvegházhatása a CO2 -hoz viszonyítva) Iparositás előtt 1980 1993 Becslés 2030-ra szén-dioxid 290 339 363 450 1 metán 0,7 1,55 1,70 2,4-2,9 21 nitrogén-oxidok 0,28 0,30 0,31 0,50 206 freonok - 0,0015 0,0017-0,0030 0,0035-0,0060 25000 ózon 0,03 0,035 0,04 2000

64 Ózonlyuk CFC Kémiai reakció Feltételek
használata sztratoszférabeli sorsa Kémiai reakció Feltételek Szélsőségesen alacsony sztratoszférikus T Cl2 molekula stabil ClO vegyület forrásai km-nél magasabban vannak

65 Fotokémiai (Los Angeles-típusú, oxidáló) szmog Téli (London típusú, redukáló) szmog

66 SAVAS ESŐ A savas eső az egyik legösszetettebb környezeti problémánk. Érinti az egészségügyet, a környezetvédelmet, a politikát, a gazdaságot, az etikát és a törvénykezést.

67

68 Detektálás A; un. bioindikációs vizsgálatok
bokros, leveles és kéreg zuzmók