Нелюминесцирующие объективы, или «неофлюоры» (новые флюоритовые системы), представляют собой новый класс объективов, отличающихся улучшенной коррекцией вторичного спектра и кривизны изображения по сравнению с ахроматическими объективами, простотой оптической конструкции и, что самое важное, отсутствием собственной люминесценции [Иванова, 1979, 1980]. Последнее достигается тем, что эти объективы создаются на основе нелюминесцирующих разностей природного флюорита. Этот тип объективов используется при исследовании в свете люминесценции особо тонких биологических структур, требующих высокой разрешающей способности, какими являются, например, хромосомы. Схема ряда разработанных в СССР нелюминесцирующих объективов приведена на рис. 27, ж, з. Это только основные типы флюоритовых объективов, главные особенности которых определяются именно особыми свойствами флюорита как оптического материала. Кроме того, флюоритовые детали используются в объективах-монохроматах, объективах для ИК-области спектра, зеркальных и зеркально-линзовых объективах, в окулярах и других оптических системах.
Объективами с флюоритовой оптикой комплектуются различные классы современных микроскопов: биологические, металлографические, минералогические и петрографические поляризационные и многие другие. В последнее время широкое распространение получили универсальные микроскопы, приспособленные для исследования любых объектов. Среди них наиболее известны микроскопы Nu-2E и Neophot-2 производства предприятия «Карл Цейс Йена» в ГДР. Они снабжены всеми типами флюоритовых объективов и окуляров.
Наиболее полно широкие возможности флюоритовой оптики раскрываются при исследовании биологических объектов и явлений. Биологические микроскопы имеются не только в биологических, но и в медицинских, химических, физических и других лабораториях.
Отечественная промышленность на базе Ленинградского оптико-механического объединения им. В. И. Ленина в настоящее время выпускает биологические микроскопы серии «Биолам» четырех классов: С — студенческие, Д — дорожные, Р — рабочие и Л — лабораторные. Каждый из них изготовляется в нескольких вариантах.
Микроскопы «Биолам-С,-Д,-Р» относительно упрощенные и укомплектованы в основном ахроматическими объективами. Однако в комплекте рабочей модели «Биолам Р-17», который применяется в основном в клинических лабораториях, есть четыре апохроматических объектива, резко расширивших его возможность. Столь богатое оснащение крупносерийного рабочего прибора оказалось возможным благодаря хорошо налаженной индустрии искусственных кристаллов флюорита. Более совершенные агрегатные лабораторные микроскопы «Биолам Л-211» и «Биолам Л-212» имеют по шесть апохроматических объективов ×10—90.
Микроскопом наиболее широких возможностей является универсальный исследовательский биологический микроскоп МБИ-15, хорошо оснащенный разнообразной флюоритовой оптикой (как апохроматами, так и планапохроматами), в том числе и обеспечивающей наблюдение в свете видимой люминесценции, которая возбуждается сине-фиолетовым участком спектра 400—440 нм и ультра-фиолетовыми лучами 360 нм. Апохроматическими объективами укомплектованы также исследовательские микроскопы МБИ-6 и МББ-1А.
Создание новых биологических микроскопов с флюоритовой оптикой позволило внедрить в практику биологических и медицинских исследований ряд новых эффективных методов. Благодаря применению высококачественной апохроматической оптики микроскопов значительно повысилась роль клинико-лабораторных анализов, при которых выясняется теперь не только характер заболеваний, но и устанавливаются стадии и фазы болезни, определяется оптимальность выбранного способа лечения в зависимости от защитных реакций организма.
В современных научных исследованиях широкое развитие получила люминесцентная (флюоресцентная) микроскопия. Благодаря исключительно высокой чувствительности и пространственной избирательности, позволяющей исследовать объекты размером около 0,25 мкм, этот метод применяется в биологии, медицине, минералогии, геохимии. В минералогических препаратах по характеру люминесценции диагностируются микровыделения различных минералов, изучается внутреннее строение минеральных зерен и кристаллов, структура горных пород. С помощью люминесцентного анализа определяется содержание, состав и природа битумов.
Однако наиболее мощным исследовательским средством люминесцентная микроскопия стала в биологии. Многие ткани и органы живых организмов являются люминесцирующими или легко окрашиваются флюоресцирующими веществами. Под люминесцентным микроскопом их можно изучать не разрушая. Более того, разработаны методики и аппаратура для микролюминесцентного изучения живых биологических объектов. Люминесцентная микроскопия эффективно используется для экспресс-диагностики ряда заболеваний, а также в бактериологии, онкологии, иммунопатологии и других областях.
Для люминесцентных исследований на базе нелюминесцирующей флюоритовой оптики создана и выпускается серия люминесцентных микроскопов «Люмам» различного назначения. Для наблюдения и фотографирования изображений биологических и других объектов в свете их люминесценции, возбуждаемой излучением 360—440 нм, предназначены рабочие модели «Люмам-Р1, -Р2, -Р3». Специальные рабочие модели микроскопов «Люмам-Р4, -Р5» приспособлены для изучения вирусов гриппа и гриппоподобных заболеваний. Микроскопы «Люмам И-1, -2, -3» являются исследовательскими и отличаются более широкими возможностями. Для исследования структуры тканей органов человека и животных разработан контактный люминесцентный микроскоп МЛК-1 с оптической головкой, которую можно вводить в малодоступные для исследования органы, проводить их наблюдение и фотографирование во время операции и после нее. Другой контактный люминесцентный микроскоп «Люмам К-1» предназначен для прижизненных исследований клеток и тканей на различной глубине в органах экспериментальных животных. Он позволяет изучать живые объекты в свете собственной люминесценции и в поляризованном свете методами светлого и темного поля. У микроскопов серии «Люмам» спектральная область исследуемой люминесценции 450—650 нм, область возбуждения люминесценции 360—440 нм. Кроме того, промышленность выпускает микроскопы-флюориметры «Люмам-ИУФ-1» и «Люмам-ИУФ-3», позволяющие измерять интенсивность люминесценции. У них область исследуемой люминесценции шире — от 300 до 750 нм.
Спектрофотометрия и микроспектрофотометрия — еще одна очень крупная область потребления флюорита.
Любой современный прибор для записи спектров газообразных, жидких и твердых веществ в широком спектральном диапазоне не может обойтись без флюоритовых кювет или окон (фото 20, см. вкл.). Только в номенклатуру инфракрасного спектрофотометра Specord 75IR производства «Карл Цейс Йена» в ГДР входит около 20 различных газовых и жидкостных кювет с окошками из флюорита и около десятка отдельных флюоритовых окошек. Микроспектрофотометрические методы позволяют получать очень важную количественную информацию о структуре и функциях микрообъектов.
Однако для проведения высокоточных спектральных измерений микрообъектов требуются объективы не только с низким уровнем коррекции хроматических аберраций, в том числе и за пределами видимой области спектра, но и с повышенной прозрачностью, особенно в ультрафиолетовой части спектра. Потери света на поглощение в оптическом приборе, как известно, определяются в основном прозрачностью оптических сред и их толщиной в оптической системе. Эти потери уменьшают величину полезного сигнала, особенно в ультрафиолетовой области, и влияют тем самым на точность измерений.
Высокая прозрачность в интервале до 200 нм искусственных кристаллов, выращенных из природного флюорита, позволила создать класс объективов для ультрафиолетовой и видимой областей спектра, отличающихся повышенной точностью измерений. На их основе были разработаны и освоены в серийном производстве такие высокоточные приборы, как микроспектрофотометр МУФ-5, цитофотометры для видимой области спектра МЦФВ-1, видимой и УФ-области МЦФУ-1.
