Изучение клеток микроорганизмов, невидимых невооруженным глазом, возможно только при помощи микроскопов. Эти приборы позволяют получать изображение исследуемых объектов, увеличенное в сотни раз (световые микроскопы), в десятки и сотни тысяч раз (электронные микроскопы).
Биологический микроскоп называется световым, так как он обеспечивает возможность изучать объект в проходящем свете в светлом и темном поле зрения.
Основными элементами современных световых микроскопов являются механическая и оптическая части (рис. 1).
К механической части относятся штатив, тубус, револьверная насадка, коробка микромеханизма, предметный столик, макрометрический и микрометрический винты.
Штатив состоит из двух частей: основания и тубусодержателя (колонки). Основание микроскопа прямоугольной формы имеет снизу четыре опорные площадки, что обеспечивает устойчивое положение микроскопа на поверхности рабочего стола. Тубусодержатель соединяется с основанием и может перемещаться в вертикальной плоскости при помощи макро- и микрометрического винтов. При вращении винтов по часовой стрелке тубусодержатель опускается, при вращении против часовой стрелки – поднимается от препарата. В верхней части тубусодержателя укреплена головка с гнездом для монокулярной (или бинокулярной) насадки и направляющей для револьверной насадки. Головка крепится винтом .
Тубус – это труба микроскопа, позволяющая поддерживать определенное расстояние между основными оптическими деталями – окуляром и объективом. Вверху в тубус вставляется окуляр. Современные модели микроскопов имеют наклонный тубус.
Револьверная насадка представляет собой вогнутый диск с несколькими гнездами, в которые ввинчиваются 3– 4 объектива. Вращая револьверную насадку, можно быстро установить любой объектив в рабочее положение под отверстие тубуса.
Рис. 1. Устройство микроскопа:
1 – основание; 2 – тубусодержатель; 3 – тубус; 4 – окуляр; 5 – револьверная насадка; 6 – объектив; 7 – предметный столик; 8 – клеммы, прижимающие препарат; 9 – конденсор; 10 – кронштейн конденсора; 11 – рукоятка перемещения конденсора; 12 – откидная линза; 13 – зеркало; 14 – макровинт; 15 – микровинт; 16 – коробка с механизмом микрометрической фокусировки; 17 – головка для крепления тубуса и револьверной насадки; 18 – винт для крепления головки
Коробка микромеханизма несет с одной стороны направляющую для кронштейна конденсора, а с другой – направляющую для тубусодержателя. Внутри коробки находится механизм фокусировки микроскопа, представляющий собой систему зубчатых колес.
Предметный столик служит для размещения на нем препарата или другого объекта исследования. Столик может быть квадратным или круглым, подвижным или неподвижным. Подвижный столик перемещается в горизонтальной плоскости при помощи двух боковых винтов, что позволяет рассматривать препарат в разных полях зрения. На неподвижном столике для обследования объекта в разных полях зрения препарат перемещают рукой. В центре предметного столика имеется отверстие для освещения снизу лучами света, направляемыми от осветителя. На столике имеются две пружинные клеммы , предназначенные для закрепления препарата.
Некоторые системы микроскопов снабжены препаратоводителем, необходимым при исследовании поверхности препарата или при подсчете клеток. Препаратоводитель позволяет производить передвижение препарата в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. На препаратоводителе имеется система линеек – нониусов, с помощью которых можно присвоить координаты любой точке исследуемого объекта.
Макрометрический винт (макровинт) служит для предварительной ориентировочной установки изображения рассматриваемого объекта. При вращении макровинта по часовой стрелке тубус микроскопа опускается, при вращении против часовой стрелки – поднимается.
Микрометрический винт (микровинт) используют для точной установки изображения объекта. Микрометрический винт является одной из наиболее легко повреждаемых частей микроскопа, поэтому с ним надо обращаться осторожно – не вращать с целью грубой установки изображения во избежание самопроизвольного опускания тубуса. При полном повороте микровинта тубус передвигается на 0,1 мм.
Оптическая часть микроскопа состоит из основных оптических деталей (объектив и окуляр) и вспомогательной осветительной системы (зеркало и конденсор).
Объективы (от лат. objektum – предмет) – наиболее важная, ценная и хрупкая часть микроскопа. Они представляют собой систему линз, заключенных в металлическую оправу, на которой указаны степень увеличения и числовая апертура. Наружная линза, обращенная плоской стороной к препарату, называется фронтальной. Именно она обеспечивает увеличение. Остальные линзы называются коррекционными и служат для устранения недостатков оптического изображения, возникающих при рассмотрении исследуемого объекта.
Объективы бывают сухие и иммерсионные, или погружные. Сухим называется объектив, у которого между фронтальной линзой и рассматриваемым объектом находится воздух. Сухие объективы обычно имеют большое фокусное расстояние и увеличение 8х или 40х. Иммерсионным (погружным) называют объектив, у которого между фронтальной линзой и препаратом находится специальная жидкая среда. Вследствие разницы между показателями преломления стекла (1,52) и воздуха (1,0) часть световых лучей преломляется и не попадает в глаз наблюдателя. В результате этого изображение получается нечетким, более мелкие структуры остаются невидимыми. Избежать рассеивания светового потока можно путем заполнения пространства между препаратом и фронтальной линзой объектива веществом, показатель преломления которого близок к коэффициенту преломления стекла. К таким веществам относятся глицерин (1,47), кедровое (1,51), касторовое (1,49), льняное (1,49), гвоздичное (1,53), анисовое масло (1,55) и другие вещества. Иммерсионные объективы имеют на оправе обозначения: I (immersion ) – иммерсия, Н I (homogen immersion ) – однородная иммерсия, OI (oil immersion ) или МИ – масляная иммерсия. В настоящее время в качестве иммерсионной жидкости чаще используют синтетические продукты, соответствующие по оптическим свойствам кедровому маслу.
Объективы различают по их увеличению. Величина увеличения объективов обозначена на их оправе (8х, 40х, 60х, 90х). Кроме того, каждый объектив характеризуется определенной величиной рабочего расстояния. Для иммерсионного объектива это расстояние составляет 0,12 мм, для сухих объективов с увеличением 8х и 40х – 13,8 и 0,6 мм соответственно.
Окуляр (от лат. okularis – глазной) состоит из двух линз – глазной (верхней) и полевой (нижней), заключенных в металлическую оправу. Окуляр служит для увеличения изображения, которое дает объектив. Увеличение окуляра обозначено на его оправе. Существуют окуляры с рабочим увеличением от 4х до 15х.
При длительной работе с микроскопом следует пользоваться бинокулярной насадкой. Корпуса насадки могут раздвигаться в пределах 55–75 мм в зависимости от расстояния между глазами наблюдателя. Бинокулярные насадки часто имеют собственное увеличение (около 1,5х) и коррекционные линзы.
Конденсор (от лат. condenso – уплотняю, сгущаю) состоит из двух-трех короткофокусных линз. Он собирает лучи, идущие от зеркала, и направляет их на объект. При помощи рукоятки, расположенной под предметным столиком, конденсор может перемещаться в вертикальной плоскости, что приводит к увеличению освещенности поля зрения при поднятом конденсоре и уменьшению его при опущенном конденсоре. Для регулировки интенсивности освещения в конденсоре имеется ирисовая (лепестковая) диафрагма, состоящая из стальных серповидных пластинок. При полностью открытой диафрагме рекомендуется рассматривать окрашенные препараты, при уменьшенном отверстии диафрагмы – неокрашенные. Под конденсором расположена откидная линза в оправе, используемая при работе с объективами малого увеличения, например, 8х или 9х.
Зеркало имеет две отражающие поверхности – плоскую и вогнутую. Оно закреплено на шарнирах в основании штатива и его можно легко поворачивать. При искусственном освещении рекомендуется пользоваться вогнутой стороной зеркала, при естественном – плоской.
Осветитель выполняет функциюискусственногоисточника света. Он состоит из низковольтной лампы накаливания, закрепляющейся на штативе, и понижающего трансформатора. На корпусе трансформатора имеется рукоятка реостата, регулирующего накал лампы и тумблер для включения осветителя.
Во многих современных микроскопах осветитель вмонтирован в основание.
Изучение морфологических признаков микробов - их формы, строения и величины клеток, способности к движению и пр. - производится с помощью оптического прибора - микроскопа (от греческого «микрос» - малый, «скопео» - смотрю). Из выпускаемых биологических микроскопов лучшими являются МБИ-1, МБИ-2, МБИ-3, МБР-1 и некоторые другие.
Основные части микроскопа: оптическая система (объектив и окуляр), осветительная оптическая система (конденсор и зеркало) и механическая часть. Оптическая система создает увеличенное изображение объекта. Механическая часть обеспечивает перемещение оптической системы и наблюдаемого объекта (предмета). Основными частями механической системы микроскопа (рис. 60) являются: штатив, предметный столик, тубусодержатель с револьвером и винты для передвижения тубуса - макрометрический и микрометрический.
Макрометрический винт (кремальера, или зубчатка) служит для грубой наводки микроскопа. Микрометрический винт является механизмом тонкой подачи и служит для окончательной, точной фокусировки микроскопа на препарат. Полный оборот микровинта передвигает тубус микроскопа на 0,1 мм. Микрометрический винт является одной из наиболее хрупких частей микроскопа, и обращаться с ним нужно особенно осторожно. Наиболее четкое и ясное изображение получают передвижением тубуса с помощью макро- и микрометрического винтов при соответствующей настройке освещения. Тубус микроскопа закреплен в верхней части штатива в тубусодержателе. Предметный столик также укреплен в верхней части штатива. У современных микроскопов предметный столик почти всегда делается подвижным. Он приводится в движение двумя винтами, расположенными по обе стороны столика. При помощи этих винтов препарат вместе со столиком передвигается в разных направлениях, что в значительной степени облегчает рассмотрение препарата в различных его точках. Закрепление препарата на столике производится двумя клеммами (зажимами).
Кроме подвижных столиков, некоторые микроскопы снабжаются крестообразными столиками. Препараты в этом случае перемещают в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Две шкалы на столике позволяют отмечать интересующие исследователя участки препарата, с тем чтобы их можно было легко отыскать при повторном микроскопировании.
В нижней части тубусодержателя находится револьвер с отверстиями, снабженными нарезкой. В эти отверстия ввинчиваются объективы. Объективы составляют наиболее важную и дорогую часть микроскопа. Это сложная система двояковыпуклых линз, заключенных в металлическую оправу. Объективы увеличивают рассматриваемый предмет, давая действительное увеличенное обратное изображение.
Все объективы делятся на ахроматы и апохроматы. Ахроматы более распространены вследствие своей простоты и дешевизны. В них имеется шесть линз, изготовленных из оптического стекла. Изображение, получаемое с помощью ахроматов, наиболее резкое в центре. Края поля вследствие хроматической аберрации часто бывают окрашены в синий, желтый, зеленый, красный и другие цвета. Апохроматы состоят из большего числа линз (до 10). Для их изготовления употребляется стекло различного химического состава: борное, фосфорное, флюорит, квасцы. В апохроматах в значительной степени устранена хроматическая аберрация.
Обычно микроскопы снабжаются тремя объективами, на которых указывается даваемое ими увеличение: объективы 8Х (малое увеличение), 40Х (среднее увеличение) и 90Х (большое увеличение). Объективы 8Х и 40X являются сухими системами, так как при работе с ними между препаратом и объективом находится слой воздуха. Лучи света, проходя сквозь среды различной плотности (показатель преломления воздуха п=1, стекла п=1,52) и попадая из среды более плотной (стекло) в менее плотную (воздух), сильно отклоняются и не полностью попадают в объектив микроскопа. Поэтому сухими объективами можно пользоваться только при сравнительно небольших увеличениях (до 500-600 раз).
Чем больше увеличение, тем меньшего диаметра должны быть линзы. Поэтому при больших увеличениях слишком малая часть лучей попадает в линзу объектива и изображение получается недостаточно отчетливое. Во избежание этого прибегают к иммерсии (погружению) объектива в среду, имеющую коэффициент преломления, близкий к коэффициенту преломления стекла. Таким иммерсионным, или погружаемым, объективом в биологических микроскопах является объектив 90X. При работе между этим, объективом ц предметным стеклом помещают каплю иммерсионного (чаще всего кедрового) масла, коэффициент преломления которого равен 1,51. Объектив погружают непосредственно в масло, световые лучи проходят через однородную систему не преломляясь и не рассеиваясь, что способствует получению четкого изображения рассматриваемого объекта.
В верхнюю часть тубуса микроскопа вставляется окуляр. Окуляр состоит из двух собирающих линз: одной, обращенной к объективу, и второй, обращенной к глазу. Между ними в окуляре имеется диафрагма, которая задерживает боковые лучи и пропускает лучи, параллельные оптической оси. Это обеспечивает более контрастное промежуточное изображение. Глазная линза окуляра увеличивает изображение, полученное от объектива. Окуляры изготовляются с собственным увеличением в 7Х, 10Х, 15Х раз. Общее увеличение микроскопа равняется произведению увеличения объектива на увеличение окуляра. При комбинировании окуляров с объективами можно получить различные увеличения - от 56 до 1350 раз.
Конденсор представляет собой двояковыпуклую линзу, которая собирает отраженный от зеркала свет в пучок и направляет его в плоскость препарата, что обеспечивает наилучшее освещение объекта. Поднятием и опусканием конденсора можно регулировать степень освещенности препарата. В нижней части конденсора расположена ирис-диафрагма, посредством которой также можно менять яркость освещения, суживая или, наоборот, полностью раскрывая ее.
Зеркало, имеющее две отражающие поверхности - плоскую и вогнутую, укреплено на качающемся рычажке, при помощи которого его можно устанавливать в любой плоскости. Вогнутой стороной зеркала пользуются редко - при работе со слабыми объективами. Зеркало отражает световые лучи и направляет их в объектив через ирис-диафрагму конденсора, конденсор и рассматриваемый объект. В нижней части оправы конденсора имеется откидная рамка, которая служит для установки светофильтров.
Микроскоп - сложный оптический прибор, он требует осторожного и бережного обращения, соответствующих навыков в работе. Надлежащий уход за прибором и тщательное соблюдение правил пользования гарантируют безупречность и долговременность его службы. Качество изображения в микроскопе в значительной степени зависит от освещения, поэтому настройка освещения является важной подготовительной операцией.
Работа с микроскопом может проводиться как при естественном, так и при искусственном освещении. При ответственных работах пользуются искусственным освещением, применяя осветитель ОИ-19. При естественном освещении нужно пользоваться рассеянным боковым, а не прямым солнечным светом.
Современные микроскопы МБИ-2, МБИ-3 снабжаются бинокулярными насадками типа АУ-12, имеющими собственное увеличение 1,5х, и прямым сменным тубусом (рис. 61). При использовании бинокулярной насадки микроскопирование облегчается, так как наблюдение производится обоими глазами и зрение не утомляется.
Первый микроскоп был оптическим прибором, который позволял получить обратное изображение микрообъектов и разглядеть очень мелкие детали строения вещества, подлежавшего изучению. По своей схеме оптический микроскоп представляет собой устройство, сходное с конструкцией рефракторного , в котором идет преломление света в момент его прохождения .
Пучок световых лучей, попадающий в микроскоп, вначале преобразуется в параллельный поток, после чего преломляется в окуляре. Затем информация об объекте исследования поступает в зрительный анализатор человека.
Для удобства объект наблюдения подсвечивают. Для этой цели предназначено зеркало, расположенное в нижней части микроскопа. Свет отражается от зеркальной поверхности, проходит через рассматриваемый объект и попадает в объектив. Параллельный поток света идет вверх, к окуляру. Степень увеличения микроскопа зависит от параметров линз. Обычно эта указывается на корпусе прибора.
Устройство микроскопа
Микроскоп имеет две основные системы: механическую и оптическую. В первую входят подставка, коробка с рабочим механизмом, стойка, держатель тубуса, грубой и тонкой наводки, а также предметный столик. Оптическая система включает в себя объектив, окуляр и блок подсветки, куда входят конденсатор, светофильтр, зеркальце и элемент освещения.
Современные оптические микроскопы имеют не одну, а две и даже более линз. Это позволяет справиться с искажением изображения, называемом хроматической аберрацией.
Оптическая система микроскопа – основной элемент всей конструкции. Объектив определяет, каким будет увеличение рассматриваемого объекта. Он состоит из линз, количество которых зависит от типа прибора и его назначения. В окуляре также используется две или даже три линзы. Чтобы определить общее увеличение конкретного микроскопа, следует умножить увеличение его окуляра на эту же характеристику объектива.
Со временем микроскоп совершенствовался, менялись принципы его работы. Оказалось, что при наблюдении микромира можно использовать не только свойство преломления света. В работе микроскопа могут быть задействованы и электроны. Современные электронные микроскопы позволяют видеть по отдельности частицы вещества, которые настолько малы, что свет их обтекает. Для преломления электронных пучков используются не увеличительные стекла, а магнитные элементы.
Микроскоп световой - это оптический инструмент, предназначенный для исследования объектов, невидимых невооруженным глазом. Световые микроскопы можно разделить на две основные группы: биологические и стереоскопические. также часто называют лабораторными, медицинскими - это микроскопы для исследования тонких прозрачных образцов в проходящем свете. Биологические лабораторные микроскопы имеют большое увеличение, наиболее распространенное - 1000х, но некоторые модели могут иметь увеличение до 1600х.
Используют для исследования непрозрачных объемных объектов (монет, минералов, кристаллов, электросхем и пр.) в отраженном свете. Стереоскопические микроскопы обладают небольшим увеличением (20х, 40х, некоторые модели – до 200х), но при этом они создают объемное (трехмерное) изображение наблюдаемого объекта. Данный эффект очень важен, например, при исследовании поверхности металла, минералов и камней, так как позволяет обнаружить углубления, трещины и прочие элементы структуры.
В данной статье мы более детально рассмотрим строение , для чего рассмотрим отдельно оптическую, механическую и осветительную системы микроскопа.
2. Насадка
4. Основание
5. Револьверная головка
6. Объективы
7. Координатный столик
8. Предметный столик
9. Конденсор с ирисовой диафрагмой
10. Осветитель
11. Переключатель (вкл./выкл.)
12. Винт макрометрической (грубой) фокусировки
13. Винт микрометрической (точной) фокусировки
Оптическая система микроскопа
Оптическая система микроскопа состоит из объективов, расположенных на револьверной головке, окуляров, также может включать в себя призменный блок. С помощью оптической системы собственно и происходит формирование изображения исследуемого образца на сетчатке глаза. Поэтому важно обращать внимание на качество оптики, используемой в оптической конструкции микроскопа. Заметим, что изображение, полученное с помощью биологического микроскопа, - перевернутое.
УВЕЛИЧЕНИЕ = УВЕЛИЧЕНИЕ ОБЪЕКТИВА Х УВЕЛИЧЕНИЕ ОКУЛЯРА.
Сегодня во многих детских микроскопах используется линза Барлоу, с коэффициентом увеличения 1.6х или 2х. Ее применение позволяет дополнительно плавно повысить увеличение микроскопа свыше 1000крат. Польза от такой линзы Барлоу весьма сомнительна. Ее практическое применение приводит к существенному ухудшению качества изображения, и в редких случаях может оказаться полезным. Но производители детских микроскопов успешно используют ее в качестве маркетингового хода по продвижению своей продукции, ведь часто родители, досконально не разобравшись в технических параметрах микроскопа, выбирают его по ошибочному принципу "чем больше увеличение, тем лучше". И, конечно же, ни один профессиональный лабораторный микроскоп не будет иметь в комплекте такой линзы, заведомо ухудшающей качество изображения. Для изменения увеличения в профессиональных микроскопах используется исключительно комбинация различных окуляров и объективов.
В случае наличия линзы Барлоу формула расчета увеличения микроскопа принимает следующий вид:
УВЕЛИЧЕНИЕ = УВЕЛИЧЕНИЕ ОБЪЕКТИВА Х УВЕЛИЧЕНИЕ ОКУЛЯРА Х КОЭФФИЦИЕНТ УВЕЛИЧЕНИЯ ЛИНЗЫ БАРЛОУ.
Механическая система микроскопа
Механическая система состоит из тубуса, штатива, предметного столика, механизмов фокусировки, револьверной головки.
Механизмы фокусировки используют для фокусировки изображения. Винт грубой (макрометрической) фокусировки используют при работе с малыми увеличениями, а винт точной (микрометрической) фокусировки – при работе с большими увеличениями. Детские и школьные микроскопы, как правило, имеют только грубую фокусировку. Однако, Вы выбираете биологический микроскоп для лабораторных исследований, наличие тонкой фокусировки является обязательным. Обратите внимание, на рисунке приведен пример биологического микроскопа с раздельными точной и грубой фокусировкой, при этом в зависимости от конструктивных особенностей многие микроскопы могут иметь коаксиальные винты макро- и микрометрической регулировки фокуса. Отметим, что стереомикроскопы имеют только грубую фокусировку.
В зависимости от конструктивных особенностей микроскопа фокусировка может осуществляться перемещением предметного столика в вертикальной плоскости (вверх/вниз) либо тубуса микроскопа с его оптическим блоком также в вертикальной плоскости.
На предметном столике размещается исследуемый объект. Существует несколько видов предметных столиков: неподвижный (стационарный), подвижный, координатный и другие. Наиболее комфортным для работы является именно координатный столик, с помощью которого Вы можете перемещать исследуемый образец в горизонтальной плоскости по осям Х и У.
На револьверной головке расположены объективы. Поворачивая ее, Вы можете выбирать тот или иной объектив, и таким образом менять увеличение. Недорогие детские микроскопы могут быть оснащены несменными объективами, в то время как в профессиональных биологических микроскопах используются сменные объективы, вкручивающиеся в револьверную головку по стандартной резьбе.
В тубус микроскопа вставляется окуляр. В случае бинокулярной или тринокулярной насадки имеется возможность регулировки межзрачкового расстояния и коррекции диоптрий для подстройки под индивидуальные анатомические особенности наблюдателя. В случае детских микроскопов в тубус сначала может быть установлена "вредительница" линза Барлоу, а уже в нее - окуляр.
Осветительная система микроскопа
Осветительная система состоит из источника света, и диафрагмы.
Источник света может быть встроенный или внешний. Биологические микроскопы имеют нижнюю подсветку. Стереоскопические микроскопы могут быть оснащены нижней, верхней и боковой подсветкой для разных типов освещения препаратов. Детские биологические микроскопы могут иметь дополнительную верхнюю (боковую) подсветку, практическое применение которой, на самом деле, как правило, является бессмысленным.
С помощью конденсора и диафрагмы можно регулировать освещение препарата. Конденсоры бывают однолинзовые, двухлинзовые, трехлинзовые. Поднимая или опуская конденсор, Вы соответственно конденсируете или рассеиваете свет, попадающий на образец. Диафрагма может быть ирисовой с плавным изменением диаметра отверстия или ступенчатой с несколькими отверстиями различных диаметров. Так уменьшая или увеличивая диаметр отверстия, Вы соответственно ограничиваете либо увеличиваете поток света, падающий на исследуемый объект. Также отметим, что конденсор может быть оснащен фильтродержателем для установки различных светофильтров.
На этом можно закончить первое знакомство с микроскопом. Надеемся, что выше изложенный материал поможет Вам определиться с для Ваших целей.
с доставкой по Харькову, Киеву или любой другой город Украины вы можете в нашем магазине OpticalMarket, предварительно получив профессиональную консультацию у наших специалистов.
Термин «микроскоп» имеет греческие корни. Он состоит из двух слов, которые в переводе означают «маленький» и «смотрю». Основная роль микроскопа заключается в его применении при рассмотрении весьма малых объектов. При этом данный прибор позволяет определить размеры и форму, строение и иные характеристики невидимых невооруженным глазом тел.
История создания
Точных сведений о том, кто являлся изобретателем микроскопа, в истории нет. По одним данным, его в 1590 г. сконструировали отец и сын Янссены, мастера по изготовлению очков. Еще один претендент на звание изобретателя микроскопа - Галилео Галилей. В 1609 г. этим ученым был представлен прибор с вогнутой и выпуклой линзами на обозрение публики в Академии деи Линчеи.
С годами система для рассмотрения микроскопических объектов развивалась и совершенствовалась. Огромным шагом в ее истории стало изобретение простого ахроматически регулировавшегося двухлинзового устройства. Представил эту систему голландец Кристиан Гюйгенс в конце 1600-х годов. Окуляры данного изобретателя находятся в производстве и сегодня. Единственным их минусом является недостаточная широта поля обзора. Кроме того, по сравнению с устройством современных приборов окуляры Гюйгенса имеют неудобное расположение для глаз.
Особый вклад в историю микроскопа внес изготовитель подобных приборов Антон Ван Левенгук (1632-1723 гг.). Именно он привлек внимание биологов к этому устройству. Левенгук изготавливал небольшие по размеру изделия, оснащенные одной, но весьма сильной линзой. Использовать такие приборы было неудобно, но они не удваивали дефекты изображений, что присутствовало в составных микроскопах. Исправить этот недостаток изобретатели смогли только спустя 150 лет. Вместе с развитием оптики улучшилось качество изображения в составных приборах.
Совершенствование микроскопов продолжается и в наши дни. Так, в 2006 г. немецкими учеными, работающими в институте биофизической химии, Мариано Босси и Штефаном Хеллем, был разработан новейший оптический микроскоп. Из-за возможности наблюдать предметы с размерами в 10 нм и трехмерные высококачественные 3D-изображения прибор назвали наноскопом.
Классификация микроскопов
В настоящее время существует большое разнообразие приборов, предназначенных для рассмотрения малых по величине объектов. Их группирование производится исходя из различных параметров. Это может быть назначение микроскопа или принятый способ освещения, строение, использованное для оптической схемы и т. д.
Но, как правило, основные виды микроскопов классифицируются по величине разрешения микрочастиц, которые можно увидеть при помощи данной системы. Согласно такому делению, микроскопы бывают:
- оптическими (световыми);
- электронными;
- рентгеновскими;
- сканирующими зондовыми.
Наибольшее распространение получили микроскопы светового типа. Их богатый выбор имеется в магазинах оптики. При помощи подобных приборов решаются основные задачи по исследованию того или иного объекта. Все другие виды микроскопов относят к специализированным. Их использование производится, как правило, в условиях лаборатории.
Каждый из вышеперечисленных видов приборов имеет свои подвиды, которые применяются в той или иной сфере. Кроме того, сегодня есть возможность купить школьный микроскоп (или учебный), который является системой начального уровня. Предлагаются потребителям и профессиональные приборы.
Применение
Для чего нужен микроскоп? Человеческий глаз, будучи особой оптической системой биологического типа, имеет определенный уровень разрешения. Другими словами, существует наименьшее расстояние между наблюдаемыми объектами, когда их еще можно различить. Для нормального глаза такое разрешение находится в пределах 0,176 мм. А вот размеры большинства животных и растительных клеток, микроорганизмов, кристаллов, микроструктуры сплавов, металлов и т. п. намного меньше этой величины. Каким же образом изучать и наблюдать подобные объекты? Вот здесь на помощь людям и приходят различные виды микроскопов. К примеру, приборы оптического типа позволяют различить структуры, у которых расстояние между элементами составляет минимум 0,20 мкм.
Как устроен микроскоп?
Прибор, с помощью которого человеческому глазу становится доступным рассмотрение микроскопических объектов, имеет два основных элемента. Ими являются объектив и окуляр. Закреплены данные части микроскопа в подвижном тубусе, располагающемся на металлическом основании. На нем же имеется и предметный столик.
Современные виды микроскопов, как правило, оснащены осветительной системой. Это, в частности, конденсор, имеющий ирисовую диафрагму. Обязательной комплектацией увеличительных приборов являются микро- и макровинты, которые служат для настройки резкости. В конструкции микроскопов предусматривается и наличие системы, управляющей положением конденсора.
В специализированных, более сложных микроскопах нередко используются и иные дополнительные системы и устройства.
Объективы
Начать описание микроскопа хотелось бы с рассказа об одной из его основных частей, то есть с объектива. Они является сложной оптической системой, увеличивающей размеры рассматриваемого предмета в плоскости изображения. Конструкция объективов включает в себя целую систему не только одиночных, но и склеенных по две или три штуки линз.
Сложность подобной оптико-механической конструкции зависит от круга тех задач, которые должны быть решены тем или иным прибором. Например, в самом сложном микроскопе предусматривается до четырнадцати линз.
В составе объектива находятся фронтальная часть и системы, последующие за ней. Что является основой для построения изображения нужного качества, а также определения рабочего состояния? Это фронтальная линза или их система. Последующие части объектива необходимы для обеспечения требуемого увеличения, фокусного расстояния и качества изображения. Однако осуществление таких функций возможно только в сочетании с фронтальной линзой. Стоит сказать и о том, что конструкция последующей части влияет на длину тубуса и высоту объектива прибора.
Окуляры
Эти части микроскопа представляют собой оптическую систему, предназначенную для построения необходимого микроскопического изображения на поверхности сетчатки глаз наблюдателя. В составе окуляров находятся две группы линз. Ближайшая к глазу исследователя называется глазной, а дальняя - полевой (с ее помощью объектив выстраивает изображение изучаемого объекта).
Осветительная система
В микроскопе предусмотрена сложная конструкция из диафрагм, зеркал и линз. С ее помощью обеспечивается равномерная освещенность исследуемого объекта. В самых первых микроскопах данную функцию осуществляли По мере усовершенствования оптических приборов в них стали применять сначала плоские, а затем и вогнутые зеркала.
С помощью таких нехитрых деталей лучи от солнца или лампы направлялись на объект исследования. В современных микроскопах более совершенна. Она состоит из конденсора и коллектора.
Предметный столик
Микроскопические препараты, требующие изучения, располагаются на плоской поверхности. Это и есть предметный столик. Различные виды микроскопов могут иметь данную поверхность, сконструированную таким образом, что объект исследования будет поворачиваться в наблюдателя по горизонтали, по вертикали или под определенным углом.
Принцип действия
В первом оптическом приборе система линз давала обратное изображение микрообъектов. Это позволяло разглядеть строение вещества и мельчайшие детали, которые подлежали изучению. Принцип действия светового микроскопа сегодня схож с той работой, которую осуществляет рефракторный телескоп. В этом приборе свет преломляется в момент прохождения через стеклянную часть.
Как же увеличивают современные световые микроскопы? После попадания в прибор пучка световых лучей происходит их преобразование в параллельный поток. Только затем идет преломление света в окуляре, благодаря чему и увеличивается изображение микроскопических объектов. Далее эта информация поступает в нужном для наблюдателя виде в его
Подвиды световых микроскопов
Современные классифицируют:
1. По классу сложности на исследовательский, рабочий и школьный микроскоп.
2. По области применения на хирургические, биологические и технические.
3. По видам микроскопии на приборы отраженного и проходящего света, фазового контакта, люминесцентные и поляризационные.
4. По направлению светового потока на инвертированные и прямые.
Электронные микроскопы
С течением времени прибор, предназначенный для рассмотрения микроскопических объектов, становился все более совершенным. Появились такие виды микроскопов, в которых был использован совершенно иной, не зависящий от преломления света принцип работы. В процессе использования новейших типов приборов задействовали электроны. Подобные системы позволяют увидеть настолько малые отдельные части вещества, что их попросту обтекают световые лучи.
Для чего нужен микроскоп электронного типа? С его помощью изучают структуру клеток на молекулярном и субклеточном уровнях. Также подобные приборы применяют для исследования вирусов.
Устройство электронных микроскопов
Что лежит в основе работы новейших приборов для рассмотрения микроскопических объектов? Чем электронный микроскоп отличается от светового? Есть ли между ними какие-либо сходства?
Принцип работы электронного микроскопа основан на тех свойствах, которыми обладают электрические и магнитные поля. Их вращательная симметрия способна оказывать фокусирующее действие на электронные пучки. Исходя из этого, можно дать ответ на вопрос: «Чем электронный микроскоп отличается от светового?» В нем, в отличие от оптического прибора, нет линз. Их роль играют соответствующим образом рассчитанные магнитные и электрические поля. Создаются они витками катушек, через которые проходит ток. При этом такие поля действуют подобно При увеличении или уменьшении силы тока происходит изменение фокусного расстояния прибора.
Что касается принципиальной схемы, то у электронного микроскопа она аналогична схеме светового прибора. Отличие заключено лишь в том, что оптические элементы замещены подобными им электрическими.
Увеличение объекта в электронных микроскопах происходит за счет процесса преломления пучка света, проходящего сквозь исследуемый объект. Под различными углами лучи попадают в плоскость объективной линзы, где и происходит первое увеличение образца. Далее электроны проходят путь к промежуточной линзе. В ней происходит плавное изменение увеличения размеров объекта. Конечную картинку исследуемого материала дает проекционная линза. От нее изображение попадает на флуоресцентный экран.
Виды электронных микроскопов
Современные виды включают в себя:
1. ПЭМ, или просвечивающий электронный микроскоп.
В этой установке изображение очень тонкого, толщиной до 0,1 мкм, объекта формируется при взаимодействии пучка электронов с исследуемым веществом и с последующим его увеличением находящимися в объективе магнитными линзами.
2. РЭМ, или растровый электронный микроскоп.
Такой прибор позволяет получить изображение поверхности объекта с большим разрешением, составляющим порядка нескольких нанометров. При использовании дополнительных методов подобный микроскоп выдает информацию, помогающую определить химический состав приповерхностных слоев.
3. Туннельный сканирующий электронный микроскоп, или СТМ.
При помощи данного прибора измеряется рельеф проводящих поверхностей, имеющих высокое пространственное разрешение. В процессе работы с СТМ острую металлическую иглу подводят к изучаемому объекту. При этом выдерживается расстояние всего в несколько ангстрем. Далее на иглу подают небольшой потенциал, благодаря чему возникает туннельный ток. При этом наблюдатель получает трехмерное изображение исследуемого объекта.
Микроскопы «Левенгук»
В 2002 году в Америке появилась новая компания, занимающаяся производством оптических приборов. В ассортиментном перечне ее продукции находятся микроскопы, телескопы и бинокли. Все эти приборы отличает высокое качество изображения.
Головной офис и отдел разработок компании располагаются в США, в городе Фримонде (Калифорния). А вот что касается производственных мощностей, то они находятся в Китае. Благодаря всему этому компания поставляет на рынок передовую и качественную продукцию по приемлемой цене.
Вам нужен микроскоп? Levenhuk предложит необходимый вариант. В ассортименте оптической техники компании находятся цифровые и биологические приборы для увеличения изучаемого объекта. Кроме того, покупателю предлагаются и дизайнерские модели, исполненные в разнообразной цветовой гамме.
Микроскоп Levenhuk обладает обширными функциональными возможностями. Например, учебный прибор начального уровня может быть присоединен к компьютеру, а также он способен выполнять видеосъемку проводимых исследований. Таким функционалом оснащена модель Levenhuk D2L.
Компания предлагает биологические микроскопы различного уровня. Это и более простые модели, и новинки, которые подойдут профессионалам.