Amplitudenobjekte & Phasenobjekte - das Problem mit dem Kontrast in der Mikroskopie

Ausgansproblematik

Wozu benutzt man ein Mikroskop? 
Diese Frage wird sicherlich einige Verwunderung hervorrufen, und natürlich wird die Antwort darauf lauten, dass man ein Mikroskop einsetzt, um Objekte unter Vergrößerung zu betrachten. 

Was sieht man allerdings in seinem Mikroskop, wenn das Objekt durchsichtig ist?
Darauf könnte man nun wieder entgegnen, dass dies doch wohl nur bei sehr exotischen Dingen der Fall sein würde. Hier liegt allerdings ein Irrtum vor, denn leider sind viele, wenn nicht die meisten mikroskopischen Präparate tatsächlich mehr oder weniger durchsichtig, absorbieren also nur sehr wenig Licht. Solche Objekte erscheinen bei normaler mikroskopischer Betrachtung derart kontrastarm, dass sie tatsächlich auch durch das Mikroskop kaum sichtbar werden.

Amplituden- und Phasenobjekte

  Amplitudenobjekte:

Enthält das mikroskopische Untersuchungsobjekt natürliche Pigmente, wie etwa die grünen Chloroplasten der pflanzlichen Zellen, oder handelt es sich beispielsweise um gefärbte histologische Schnitte, so entsteht auch im Hellfeld-Mikroskop eine kontrastreiche Abbildung. Derartige Präparate absorbieren zumindest bestimmte Anteile des sichtbaren Lichtspektrums. Die Schwächung der Helligkeit basiert dabei auf einer Verkleinerung der Amplitude der Lichtwellen. Diese Objekte werden deshalb auch als Amplitudenobjekte bezeichnet.

	Eine Lichtwelle beim Durchgang durch ein Amplitudenobjekt
Die verminderte Amplitude der Lichtwelle wird vom Auge als reduzierte Helligkeit registriert.

  Phasenobjekte:

Bakterien, viele Zellorganellen, bzw. ganz allgemein das Cytoplasma sind weitgehend transparent, haben also so gut wie keinen Einfluss auf die Amplitude einer Lichtwelle. Dennoch beeinflussen auch derartige Objekte das Licht durch ihren vom umgebenden Medium abweichenden Lichtbrechungsindex. Der Brechungsindex (n) von Wasser  beträgt etwa 1,33. Cytoplasma hat dagegen einen geringfügig höheren Brechungsindex von ca. 1,35. Der höhere Brechungsindex wirkt auf ein Licht quasi bremsend. Dadurch befindet  sich eine Lichtwelle nach Austritt aus dem Objekt auf einer anderen Phase als eine vergleichbare Welle, welche nur das Einschlussmedium durchläuft. Deshalb werden diese Objekte als Phasenobjekte bezeichnet. Phasenverschiebungen sind vom menschlichen Auge jedoch nicht wahrnehmbar und das mikroskopische Bild eines Phasenobjektes ist sehr kontrastarm.

	Eine Lichtwelle beim Durchgang durch ein Phasenobjekt
Die Lichtwelle wird beim Passieren des Objekts gebremst - die Amplitude bleibt unverändert.

Das Problem des fehlenden Kontrasts von Phasenobjekten hat die Mikroskopiker schon immer geärgert und eine Reaktion darauf war beispielsweise auch die Entwicklung diverser Färbetechniken, um dem mikroskopischen Präparat künstlich zu einem verstärkten Kontrast zu verhelfen. Färbungen sind jedoch einerseits oftmals recht kompliziert in der Durchführung, andererseits reagieren viele Organismen sehr "ungehalten" auf eine Färbung und eine Beobachtung normaler Lebensprozesse ist nicht mehr möglich. Deshalb hat man schon frühzeitig nach Methoden gesucht, um eine Kontrastierung im mikroskopischen Bild auf rein optischem Weg zu erreichen. 

Im Phasenkontrast-Mikroskop werden nun durch geschickte Eingriffe in den Strahlengang Phasenverschiebungen sichtbar gemacht. Das mikroskopische Bild eines Phasenobjekts wird so verändert, dass es dem Bild eines Amplitudenobjekts ähnlich wird. Dadurch wird die Beobachtung von Lebensvorgängen in Zellen sehr erleichtert.

Unter dem Mikroskop ist dieser "Glasscheiben-Effekt" typisch für die meisten lebenden Zellen. Trotz ausreichender Vergrößerung sind sie durch ihre Transparenz nur schwer zu erkennen.