Как работает микроскоп?
Чуть-чуть истории
Галилей не изобрел телескоп, но был первым, кто открыл огромную Вселенную, направив телескоп вверх. Также и Антон ван Левенгук – он не изобрел микроскоп, но открыл вселенную очень малого, когда посмотрел через микроскоп туда, куда до него еще никто не смотрел. Левенгук исследовал микромир, открывал крошечных животных, растения и бактерии в капле воды. Изучал клетки крови и их движение, развитие и жизненный цикл насекомых. Поэтому Левенгука часто называют «отцом микроскопии».
Как это работает
В микроскопе используется то же явление, что и в телескопе-рефракторе – световые лучи преломляются при прохождении сквозь стекло. Цель телескопа – собрать пучок параллельных лучей от очень далекого объекта в маленькую точку – фокус, а уже оттуда через окуляр свет попадет в глаз. В микроскопе же сначала расходящийся пучок световых лучей превращается в параллельный, а потом он преломляется в окуляре, чтобы сфокусироваться в глазе наблюдателя.
Чтобы было более понятно, давайте что-нибудь увеличим. Например, пылевого клеща – крошечного жучка (точнее, паукообразное), который живет в вашей подушке и питается отмершими чешуйками вашей кожи.
Для начала нужно клеща подсветить. Сделаем это с помощью зеркальца в нижней части микроскопа. Свет отражается от зеркальца, проходит через клеща и стекло вокруг него и попадает в объектив. Объектив собирает часть расходящихся лучей от клеща в параллельный пучок световых лучей, который идет вверх по тубусу микроскопа и достигает линзы окуляра. Окуляр преломляет лучи и собирает их на сетчатке глаза, и мы может видеть клеща как будто бы «вблизи» и очень подробно.
Увеличение микроскопа зависит от того, насколько сильно каждая линза преломляет свет. Обычно увеличение написано прямо на корпусе прибора. Например, надпись «40х» означает, что изображение в микроскопе в 40 раз крупнее, чем при наблюдении невооруженным глазом.
Немного подробностей
В большинстве микроскопов объектив и окуляр состоят не из одной линзы, а из двух или более. Таким способом можно ослабить влияние так называемой хроматической аберрации – оптического искажения изображения, которое связано с тем, что разные цвета преломляются в линзе немного по-разному.
Наше тело (как и тела всех других живых существ) состоит из маленьких частичек, называемых клетками. Это стало известно, когда Роберт Гук рассмотрел под микроскопом срезы пробкового дуба. Пробковая древесина имеет очень выраженные клеточные стенки, и выглядит как будто сделанной из множества маленьких комнат или клеток. Различные типы микроскопов помогали наблюдать клетки тела человека, определять минералы, раскрывать преступления, видеть, как замораживание влияет на пищевые продукты, изучать металлы и находить причины заболеваний растений. И в медицине микроскоп – незаменимый инструмент. Он помог определить причины множества смертельных болезней, как, например, малярия или туберкулез. Часто микроскоп помогает определить, от чего умер человек или животное. Ученые могут при помощи микроскопа определить происхождение наркотических веществ. В частности, рассматривая кристаллы опиума с большим увеличением, можно заметить, что их форма различна для разных мест произрастания мака.
Пища для ума
Также как астрономы используют для исследования космоса не только лучи видимого света, так и исследователи микромира не ограничиваются только светом. К примеру, можно использовать электроны. Прибор, называемый электронным микроскопом, может «увидеть» отдельные атомы, что в принципе невозможно сделать с помощью световых лучей.
Также как световые лучи, электронные пучки тоже могут преломляться. В отличие от света, электроны не преломляются в стекле, для этой цели используются магниты. Объекты, «рассматриваемые» под сканирующим электронным микроскопом, должны обладать высокой электропроводностью и выдерживать вакуум. Для удовлетворения этим требованиям образцы для электронной микроскопии нередко покрывают тонким слоем золота.
Конечно, необязательно иметь электронный микроскоп и горшок золота, чтобы делать удивительные открытия. Даже простой, с малым увеличением, микроскоп может открыть целый новый мир. Попробуйте посмотреть на растения, бумагу, ткань, сахар, воду из пруда или случайную букашку. В магазинах, где продают товары для аквариумистов, часто имеются маленькие рачки – артемии, которые очень интересно выглядят под микроскопом. Возможности применения микроскопа практически не поддаются перечислению, и, как знать, может быть, именно Вы сможете найти что-то новое, что назовут потом Вашим именем!
Настройка светового микроскопа и исследование образцов
Область применения приборов для микроскопии настолько обширна, что указывать все сферы их использования не имеет смысла. Микроскоп давно уже перестал быть устройством для изучения образцов в лабораториях и учебных заведениях. Сегодня на рынке без труда можно найти даже детские приборы для микроскопии, которые, хотя и являются увлекательной игрушкой, все же выполняют свою задачу — помогают разглядывать увеличенное изображение мелких предметов. Что касается типов микроскопов, то их всего несколько, и самым распространенным является микроскоп, работающий в светлом поле. Особенно такие приборы для микроскопии популярны в учебных заведениях, ибо стоят относительно недорого, просты в обслуживании, а обходиться с ними можно научиться буквально за несколько минут.
Краткую пошаговую инструкцию по началу работы с описываемым микроскопом можно тезисно изложить примерно следующим образом:
- разместить исследуемый образец на предметный столик и включить источник света. Чтобы получить необходимое для работы количество света, следует настроить ширину светового пучка и само количество света, которое будет попадать на исследуемый препарат. Для этого необходимо отрегулировать, расположенный под предметным столиком конденсор, путем вращения ручки настройки на нем;
- наблюдение за исследуемым образом всегда необходимо начинать с минимального его увеличения.
Общая увеличивающая способность микроскопа — это увеличение объектива, умноженное на увеличение окуляра; - отрегулировать положение окуляра таким образом, чтобы через него было удобно наблюдать за исследуемым образцом. Если взять за пример бинокулярный световой микроскоп, то четкое изображение исследуемого предмета должно наблюдаться обеими глазами. В современных моделях микроскопов для работы в светлом поле, окуляры можно развести вручную на удобное для глаз расстояние.
По завершении указанных настроек светового микроскопа, можно непосредственно приступать к изучению исследуемого образца. И чтобы сделать это качественно, необходимо придерживаться следующих инструкций:
- поместить образец препарата на предметный столик и хорошо закрепить его, после чего рассмотреть образец на минимальном увеличении;
- фокусировку микроскопа на образце следует производить с помощью ручки грубой настройки. Поскольку световой микроскоп позволяет наблюдать за всеми слоями исследуемого образца, то делать это можно с помощью все той же грубой настройки, как-бы «перемещаясь» между различными слоями препарата;
- обнаружив требуемый для работы слой образца, необходимо повысить увеличение. Дальнейшие действия зависят от типа объектива светового микроскопа: не парфокальны — при каждой смене увеличения необходимо подстраивать резкость изображения; парфокальны — подстройка резкости не требуется, ибо при подъеме увеличения, изображение всегда остается в фокусе;
- достигнув высокого увеличения исследуемого образца, использовать тонкую настройку фокуса, так как грубая пригодна только для контроля резкости при смене увеличения и работы на малых значениях увеличения.
Как видим, особых сложностей в работе со световым микроскопом нет. В заключении стоит отметить, что подготовка к работе и исследование образцов в монокулярных приборах для микроскопии ничем не отличается от работы с бинокулярными микроскопами, которые мы рассматривали в качестве примера.
Как пользоваться световым микроскопом
Мир, увиденный невооруженным глазом, интересен сам по себе. Это было место многих необъяснимых явлений, которые досовременники приписывали колдовству или магии.
Изобретение одного простого инструмента, а именно увеличительной линзы, которое по сегодняшним меркам считается само собой разумеющимся, открыло совершенно новое измерение реальности, изменившее понимание человечеством природы и самого себя.
В конце концов, мифическая вселенная человека была заменена развивающимися научными методами, а также появился столь же развивающийся инструмент выбора — микроскоп.
Сегодня микроскопы широко используются во многих современных отраслях человеческой деятельности.
Поскольку они являются основным путем к пониманию мельчайших структур от клеток до минералов, они остаются важным инструментом в научных исследованиях, материаловедении, биофизике, медицине, схемотехнике, инженерии и криминалистике, среди прочего.
Самым основным микроскопическим арсеналом человека является световой микроскоп.
Что такое световой микроскоп?
Световой микроскоп — это оптический прибор, используемый для наблюдения за объектами, размер которых слишком мал, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. Он назван так потому, что использует белый или видимый свет для освещения интересующего объекта, чтобы его можно было увеличить и рассмотреть через одну или несколько линз.
Таким образом, микроскопию можно назвать технической областью использования микроскопа для визуализации мелких деталей образцов и объектов, слишком мелких, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом.
Микроскопы используют комбинацию знаний о материалах, подготовки образцов и глубокого понимания микроскопа для исследования широкого спектра материалов от сложных биологических образцов до неодушевленных объектов, чтобы понять их структуру, поведение и потенциальные области применения.
Практическое применение света
Световая микроскопия широко используется в научных исследованиях. Многие рабочие места в области науки и техники используют микроскоп как часть своего рабочего процесса.
Световая микроскопия в биологии
Микробиолог — любимое оружие микробиолога. Они регулярно используют световые микроскопы для изучения микроскопических организмов, таких как бактерии и колонии грибков. Наряду с более совершенными электронными микроскопами и компьютерным программным обеспечением для обработки изображений они раскрывают тайны жизни за пределами того, что может увидеть человеческий глаз.
Специальность биохимика и биофизика — исследование процессов, происходящих в живых системах. Они ежедневно работают с биокомпонентами, такими как ферменты, чтобы понять, как их взаимодействие отвечает на некоторые практические вопросы. Для этой задачи наряду с мощными электронными микроскопами и компьютерными программами используются оптические или световые микроскопы.
Специалисты-биологи, в задачи которых входит подготовка биологических образцов, таких как кровь и культуры бактерий, для лабораторного анализа, должны обладать глубокими знаниями в области использования микроскопа.
Световая микроскопия в криминалистике
Ученые, работающие в правоохранительных органах, должны проанализировать различные образцы улик с места преступления. Эти образцы могут варьироваться от мельчайших волокон одежды до ДНК в волосяных фолликулах. Результаты этих анализов имеют решающее значение для решения тысяч дел в год.
Световая микроскопия в геммологии
Ювелиры и геммологи используют микроскопы для определения ценности драгоценного камня, изучения его мелких деталей и обеспечения надлежащей полировки изделий. Определение вида драгоценного камня и определение его качества занимает центральное место в работе геммолога или оценщика драгоценных камней. В такой работе микроскоп становится основным инструментом проверки.
Световая микроскопия в науках об окружающей среде
Исследователи в области наук о Земле и окружающей среде используют световую микроскопию в самых разных областях. Например, исследование загрязнителей в источнике воды требует изучения микробиоты, присутствующей в его образцах. Геологи работают в тесном контакте с полезными ископаемыми. Только при рассмотрении деталей можно их точно идентифицировать и атрибутировать.
Световая микроскопия в школах
Учитывая жизненно важную роль микроскопов в науке, учащихся учат пользоваться световым микроскопом в классе. Раннее знакомство с таким инструментом и приобретение навыка обращения с микроскопом:
- служит для подготовки к будущей карьере в науке или смежных областях;
- помогает им заниматься собственными научными исследованиями; и
- помогает в текущих научных исследованиях в школе.
Изучение световой микроскопии и того, что с ней связано, открывает перед учащимися совершенно новый мир академических и практических возможностей.
Части светового микроскопа
- Основание — плоская конструкция микроскопа, служащая его основанием
- Кронштейн — соединяет основание микроскопа с револьверной головкой и окуляром; используется для переноски микроскопа
- Сцена — плоская площадка, на которой слайд устанавливается для просмотра; регулируется с помощью ручек грубой и точной настройки
- Осветитель — постоянный источник света
- Диафрагма/диафрагма – регулируемый прибор, расположенный под предметным столиком, который можно вручную модифицировать для изменения интенсивности света, попадающего на образец
- Тубус корпуса — соединяет окуляр с линзами объектива
- Конденсорная линза — собирает свет от осветителя и фокусирует его на образце
- Линза окуляра/окуляра — линзы, через которые смотрит зритель
- Ручки регулировки окуляра — используются для фокусировки образца
- Зажимы предметного столика — используются для удержания слайда на месте
Типы светового микроскопа
Светлопольный микроскоп (лучше всего подходит для учащихся)
Большинство микроскопов, используемых в классах, — это светлопольные микроскопы. Микроскопия светлого поля является простейшей формой методов освещения оптической микроскопии.
Этот термин происходит от того факта, что образец кажется более темным по сравнению с ярким фоном.
Свет от осветителя собирается конденсором и фокусируется на образце, установленном в пространстве. Свет, проходящий через образец, затем проходит через линзы объектива и, наконец, через окуляр.
Образец может быть либо окрашенным, либо бесцветным. Пигментация создает контраст, который позволяет зрителю увидеть изображение наблюдаемого объекта.
Этот традиционный метод лучше всего подходит для наблюдения за естественными цветами образца. Однако с помощью этого метода не так просто увидеть клеточные органеллы.
Фазово-контрастный микроскоп
Для изучения структур (например, органелл) внутри микроскопических живых клеток используется фазово-контрастный микроскоп. Этот оптический метод усиления контраста использует мельчайшие различия в фазе для создания высококонтрастных изображений неокрашенного образца.
В фазово-контрастной микроскопии используются специальные фазово-контрастные объективы и конденсоры, позволяющие использовать изменения показателя преломления.
В результате просматриваемое изображение образца кажется ярче или темнее его фона.
Ультрафиолетовый микроскоп
Ультрафиолетовый микроскоп использует ультрафиолетовый свет для просмотра образцов с разрешением, которое невозможно с помощью обычного светлопольного микроскопа. Он использует УФ-оптику, источники света, а также камеры.
Из-за более короткой длины волны УФ-излучения (180–400 нм) изображение получается более четким и отчетливым при увеличении примерно в два раза по сравнению с использованием только видимого света (400–700 нм).
Флуоресцентный микроскоп
Флуоресцентная микроскопия, считающаяся одним из самых универсальных методов оптической визуализации, использует флуоресцентное вещество (например, флуорохромы или флуорофоры) для маркировки или маркировки интересующего образца. Флуоресцентный микроскоп использует осветитель высокой интенсивности, который затем возбуждает флуорофоры в интересующих участках. В результате возбужденные области, в свою очередь, излучают свет с большей длиной волны, что делает его видимым для наблюдения. Фильтры помогают создать окончательное изображение.
Поскольку проведение флуоресцентной микроскопии обходится дороже, ее обычно используют для важных исследований, таких как изучение веществ в низких концентрациях.
Практическое применение флуоресцентной микроскопии включает изучение пористости керамики, изучение полупроводников и изучение нервных клеток.
Конфокальный микроскоп
Конфокальная микроскопия считается превосходным методом визуализации, позволяющим получать высококонтрастные изображения с высоким разрешением. Он использует флуоресценцию, фокусируя лазер на образце и собирая данные об излучении для восстановления окончательного изображения.
Распространенной проблемой при просмотре биологических образцов с помощью обычной световой микроскопии является блики, захваченные из нескольких фокальных плоскостей, создающие световой шум, который может искажать изображение, особенно если образец толще, чем плоскость фокуса.
В конфокальной микроскопии пространственная фильтрация используется для устранения этого блика путем фокусировки света в одной точке в пределах определенной фокальной плоскости. Это позволяет получать впечатляюще четкие изображения.
Шаги по использованию светового микроскопа
- Шаг 1 : Подключите световой микроскоп к источнику питания. Если в вашем микроскопе вместо осветителя используется зеркало, этот шаг можно пропустить. Вместо этого найдите место, где естественный свет легко доступен
- Шаг 2 : Поверните револьверную головку так, чтобы самая нижняя линза объектива оказалась на своем месте.
- Шаг 3 : Установите образец на предметный столик. Но прежде чем сделать это, позаботьтесь о том, чтобы ваш образец был надлежащим образом защищен, поместив на него покровное стекло.
- Шаг 4 : Используйте металлические зажимы, чтобы зафиксировать слайд на месте.
- Шаг 5 : Посмотрите в окуляр и медленно вращайте ручку грубой настройки, чтобы сфокусировать образец. Следите за тем, чтобы слайд не касался линзы.
- Шаг 6 : Настройте конденсор на максимальное количество света. Поскольку вы находитесь на объективе с низким увеличением, вам, возможно, придется уменьшить освещенность. Используйте диафрагму под предметным столиком для регулировки.
- Шаг 7 : Теперь медленно вращайте ручку точной настройки, пока не получите более четкое изображение образца.
- Шаг 8 : Изучите образец.
- Шаг 9 : После того, как вы закончите просмотр с объективом с наименьшим увеличением, переключитесь на объектив со средним увеличением и повторно отрегулируйте фокус с помощью ручки точной настройки.
- Шаг 10 : Перейдите к мощной цели, как только вы ее сфокусируете.
Правильная очистка и обслуживание микроскопа
Микроскоп хорошего качества стоит недешево. Правильный уход и техническое обслуживание гарантируют, что ваше устройство будет работать наилучшим образом. Вот важные советы о том, как обращаться со световым микроскопом.
- Никогда не держите микроскоп по частям. Поддерживайте подставку и держите руку при переноске инструмента.
- Всегда носите микроскоп вертикально, так как окуляр может упасть.
- Всегда выключайте облучатель после его использования.
- Во избежание повреждения линз используйте чистящий раствор, не содержащий растворителей.
- Для удаления пыли и грязи с линз используйте салфетку из микрофибры. Существуют наборы для чистки микроскопа, которые вы можете приобрести, чтобы сделать чистку микроскопа более безопасной и адекватной.
- Когда микроскоп не используется, накрывайте его суперобложкой.
- При использовании микроскопа не торопитесь с просмотром.
Будьте осторожны при обращении с ручками и не поворачивайте револьверную головку без необходимости, так как они могут изнашиваться.
Как пользоваться микроскопом
Как пользоваться микроскопом
Микроскоп — это высококачественный инструмент, который должен прослужить 25-30 лет при правильном и бережном обращении. Соблюдение этих простых инструкций не только поможет вам ухаживать за микроскопом и поддерживать его в хорошем рабочем состоянии, но и поможет вам максимально эффективно использовать свой микроскоп.
- При перемещении микроскопа всегда держите его обеими руками (рис. 1 слева). Возьмитесь за руку одной рукой, а другую руку положите под основание для поддержки.
- Поверните револьверную головку так, чтобы линза объектива с наименьшим увеличением зафиксировалась на месте (это также самая короткая линза объектива).
- Предметное стекло для микроскопа следует подготовить, поместив на образец покровное стекло или покровное стекло. Это поможет защитить линзы объектива, если они коснутся предметного стекла. Поместите предметное стекло микроскопа на предметный столик и закрепите его зажимами предметного столика. Вы можете нажать на заднюю часть сценического зажима, чтобы открыть его.
- Посмотрите на линзу объектива и предметный столик сбоку (рис. 2, справа) и поверните ручку грубой фокусировки так, чтобы линза объектива двигалась вниз (или предметный столик, если он движется, поднимался вверх). Двигай как можно дальше , не касаясь слайда !
- Теперь посмотрите в окуляр и отрегулируйте осветитель (или зеркало) и диафрагму (рис. 3, слева) на максимальное количество света.
- Медленно поверните грубую регулировку так, чтобы линза объектива прошла от до (от слайда). Продолжайте, пока изображение не станет четким. Используйте точную настройку, если она доступна, для точной фокусировки. Если у вас есть микроскоп с подвижным столиком, поверните грубую ручку, чтобы столик переместился вниз или в сторону от линзы объектива.
- Переместите предметное стекло микроскопа так, чтобы изображение оказалось в центре поля зрения, и отрегулируйте зеркало, осветитель или диафрагму для получения наиболее четкого изображения.
- Теперь вы сможете перейти на следующий объектив с минимальным использованием настройки фокусировки. Используйте точную настройку, если она доступна. Если вы не можете сфокусироваться на образце, повторите шаги с 4 по 7, установив объектив с более высоким увеличением. Не допускайте касания предметного стекла объективом!
- Правильный способ использования монокулярного микроскопа – смотреть в окуляр одним глазом, а другой держать открытым (это помогает избежать напряжения глаз). Если вам приходится закрывать один глаз, когда вы смотрите в микроскоп, это нормально. Помните, все вверх ногами и наоборот. При перемещении слайда вправо изображение перемещается влево!
- Не касайтесь стеклянных частей линз пальцами. Для очистки линз используйте только специальную бумагу для линз.