Значение микроскопа и его возможности

 

Микроскоп представляет собой уникальный прибор, призванный увеличивать микроизображения и измерять размеры объектов или структурные образования, наблюдаемые через объектив. Эта разработка удивительна, а значение изобретения микроскопа чрезвычайно велико, ведь без него не существовало бы некоторых направлений современной науки.

Отметим, что изобретение микроскопа является, выдающимся событием в науке начиная от Средневековья и до настоящего времени, потому что при помощи устройства представилась возможность открыть множество новых предметов для научного обсуждения.

В XX в. появились различные виды микроскопов, имеющие разное назначение, конструкцию, позволяющие изучать объекты в широких диапазонах спектра. Современные микроскопы представляют собой совершенные приборы, позволяющие получать большие увеличения с высокой разрешающей способностью. Разрешающая способность определяется расстоянием, на котором два соседних элемента структуры могут быть еще видимы раздельно.

Современные разработки микроскопов позволили создать микроскопы разных видов: оптический, электронный, сканирующий зондовый, рентгеновский, дифференциальный интерференционно-контрастный.

Современный мир невозможно представить без использования микроскопа, каким образом бы развивались без него такие области человеческой деятельности как иммунология и генетика, металлургия и геология, биология и медицина, криминалистика и петрография, а также огромное число других.

Применение современных микроскопов в отраслях науки и экономики позволяет делать и осуществлять разработки и достижения невозможные без него, а именно: разрабатывать безопасные и эффективные медицинские препараты, ставить верный диагноз, помогающий излечить различные заболевания, создавать новые виды синтетических материалов, налаживать производство электронной техники и высокоточных приборов и др.

Во всех школах, университетах, академиях имеются лаборатории, оборудованные микроскопами. Микроскопы делают очень простым приобщение обучающихся к исследованиям, целью которых является активное познание окружающего нас материального мира [1]. При помощи наглядности, достигаемой только с микроскопом, освоение учебного материала получается более эффективным. Он выступает в качестве действительно незаменимого инструмента, без которого в современных условиях стало невозможно заниматься исследовательской и научной деятельностью. Любое лабораторное оборудование включает в свой перечень микроскоп.

Для выполнения практической части моей работы, целью которой является изучение микроскопа и его возможностей, мне понадобился микроскоп и опытные образцы. В качестве опытных образцов были взяты: гриб мукор, поперечный срез листа сосны, нитчатая водоросль, спороносный колосок хвоща, спорогоний кукушкиного льна, сорус папоротника, мужская шишка сосны. Я взяла образцы, поместила их под микроскоп, внимательно рассмотрела, затем сфотографировала их.

Этапы выполнения опыта:

1. Подготовка микроскопа к работе: протираем объективы и окуляр чистой ватой, выбираем объектив, включаем лампу и направляем свет в объектив микроскопа.
2. Приготовление опытных образцов: гриба мукор, поперечного среза листа сосны, нитчатой водоросли, спороносного колоска хвоща, спорогония кукушкиного льна, соруса папоротника, мужскую шишку сосны.

Подготавливаем предметное стекло, тщательно промыв его водой. Затем кладём поочередно каждый из опытных образцов на предметное стекло.

3. Исследование опытных образцов под микроскопом. Помещаем поочередно каждый из указанных готовых опытных образцов на предметный столик микроскопа под зажимы. Рассматриваем объект.

В табл. 1 представлена краткая характеристика исследуемых образцов.

 

Таблица 1

Краткая характеристика опытных образцов, рассмотренных под микроскопом

Название препарата	Краткая характеристика
1. Гриб мукор	род низших плесневых грибов класса зигомицетов, который включает около 60 видов. Широко распространены в верхнем слое почвы, также развиваются на продуктах питания и органических остатках
2. Кукушкин лен	относится к мхам. Коробочка спорогона имеет удлиненный с заостренным концом колпачок. Внешне он сходен с кукушкой, откуда и произошло название данного мха
3. Лист сосны	у сосны, как и у большинства хвойных, лист имеет особую игольчатую форму и называется хвоей.
4. Нитчатая водоросль	представляет собой тонкие зеленые нити. По текстуре они мягкие и склизкие на ощупь. При извлечении из воды сразу теряют форму и обвисают. Нитчатая водоросль — это причина цветения воды
5. Спороносный колосок хвоща	состоит из спорофиллов — видоизмененных листьев, имеющих форму многогранной пластинки в виде щитка на ножке. Хвощ — это многолетнее травянистое растение, прямостоячее, достигает в высоту иногда от 40 до 60 см.
6. Сорусы папоротников	особые структуры, расположенные обычно на нижней стороне листа.
7. Мужская шишка сосны	Шишка представляет собой видоизмененный побег. Мужские шишки сосны зеленовато-желтого цвета собраны в густые колосовидные «соцветия» у основания удлиненных молодых побегов.

 

Далее на рис. 1–7 проиллюстрированы сфотографированные в ходе выполнения опыта изображения опытных образцов под микроскопом.

Рис. 1. Гриб мукор на хлебе и под микроскопом

 

Рис. 2. Лист сосны в природе и поперечный срез листа сосны под микроскопом

 

Рис. 3. Нитчатая водоросль в природе и под микроскопом

 

Рис. 4. Спороносный колосок хвоща в природе и под микроскопом

 

Рис. 5. Спорогоний кукушкиного льна в природе и под микроскопом

 

Рис. 6. Сорус папоротника в природе и под микроскопом

 

Рис. 7. Мужская шишка сосны в природе и под микроскопом

 

Резюмируя результаты выполненного мною опыта, заключим следующее:

‒          научилась подготавливать опытные образцы для изучения их под микроскопом.

‒          научилась работать с микроскопом.

‒          увидела, как выглядят опытные образцы под микроскопом.

‒          узнала, что гриб мукор, поперечный срез листа сосны, нитчатая водоросль, спороносный колосок хвоща, спорогоний кукушкиного льна, сорус папоротника, мужская шишка сосны состоят из клеток и спор.

‒          поняла, что с помощью микроскопа можно узнать и увидеть много нового и интересного невидимого глазу человека.

На основе выше обозначенного отметим следующее:

‒          микроскопы позволяют определять размеры и форму, строение и иные характеристики невидимых невооруженным глазом тел;

‒          современные исследовательские приборы имеют мощный функционал;

‒          изобретение микроскопа подарило человечеству уникальную возможность заглянуть в микромир, увидеть своими глазами самых опасных врагов человечества — бактерий и вирусов, находить методы борьбы с ними, ставить правильные диагнозы при лечении сложных заболеваний;

‒          без наличия микроскопа научные исследования в любой отрасли науки невозможны. Более того, альтернативы микроскопу нет [2].

 

Литература:

 

1.      Какое значение имело изобретения микроскопа — URL: http://fb.ru/article/191110/kakoe-znachenie-imelo-izobretenie-mikroskopa-istoriya-izobreteniya-mikroskopa (дата обращения: 17.01.2018).
2.      Микроскопы вчера и сегодня — URL: http://www.more-letom.ru/shoping_4/mikroskopy-vchjera-i-sjegodnja.htm (дата обращения: 26.01.2018).

Микроскоп. Виды и типы. Устройство и применение. Особенности

Микроскоп – это устройство, предназначенное для увеличения изображения объектов изучения для просмотра скрытых для невооруженного глаза деталей их структуры. Прибор обеспечивает увеличение в десятки или тысячи раз, что позволяет проводить исследования, которые невозможно получить используя любое другое оборудование или приспособление.

Микроскопы широко применяются в медицине и лабораторных исследованиях. С их помощью проводится инициализация опасных микроорганизмов и вирусов с целью определения метода лечения. Микроскоп является незаменимым и постоянно совершенствуется. Впервые подобие микроскопа было создано в 1538 году итальянским врачом Джироламо Фракасторо, который решил установить последовательно две оптические линзы, подобные тем, что используются в очках, биноклях, подзорных трубах и лупах. Над усовершенствованием микроскопа трудился Галилео Галилей, а также десятки всемирно известных ученых.

Микроскоп имеет много разновидностей которые отличаются между собой по устройству. Большинство моделей объединяет похожая конструкция, но с небольшими техническими особенностями.

В подавляющем большинстве случаев микроскопы состоят из стойки, на которой закрепляется 4 главных элемента:

• Объектив.
• Окуляр.
• Осветительная система.
• Предметный столик.

Объектив

Объектив представляет собой сложную оптическую систему, которая состоит из идущих друг за другом стеклянных линз. Объективы сделаны в виде трубок, внутри которых могут быть закреплены до 14 линз. Каждая из них увеличивает изображение, снимая его с поверхности впереди стоящей линзы. Таким образом, если одна увеличит предмет в 2 раза, следующая сделает увеличение данной проекции еще больше и так до тех пор, пока предмет не отобразится на поверхности последний линзы.

Каждая линза имеет свое расстояние для фокусировки. В связи с этим они намертво закреплены в тубусе. Если любая из них будет передвинута ближе или дальше, получить отчетливое увеличение изображения не удастся. В зависимости от особенностей линзы, длина тубуса, в котором заключен объектив, может отличаться. Фактически, чем он выше, тем более увеличенным будет изображение.

Окуляр

Окуляр микроскопа также состоит из линз. Он предназначен для того чтобы оператор, который работает с микроскопом, мог приложить к нему глаз и увидеть увеличенное изображение на объективе. В окуляре имеются две линзы. Первая располагается ближе к глазу и называется глазной, а вторая полевой. С помощью последней осуществляется регулировка увеличенного объективом изображения для его правильной проекции на сетчатку глаза человека. Это необходимо для того, чтобы путем регулировки убрать дефекты восприятия зрения, поскольку у каждого человека фокусировка осуществляется на разном расстоянии. Полевая линза позволяет подстроить микроскоп под данную особенность.

Осветительная система

Чтобы рассмотреть изучаемый предмет необходимо его осветить, поскольку объектив закрывает естественный свет. В результате смотря в окуляр всегда можно видеть только черное или серое изображение. Специально для этого была разработана осветительная система. Она может быть выполнена в виде лампы, светодиода или другого источника света. У самых простых моделей осуществляется прием световых лучей из внешнего источника. Они направляются на предмет изучения с помощью зеркал.

Предметный столик

Последней важной и самой простой в изготовлении деталью микроскопа является предметный столик. На него направлен объектив, поскольку именно на нем закрепляется предмет для изучения. Столик имеет плоскую поверхность, что позволяет фиксировать объект без опаски, что он сдвинется. Даже минимальное передвижение объекта исследований под увеличением будет огромным, поэтому найти изначальную точку, которая исследовалась, заново будет непросто.

Типы микроскопов

За огромную историю существования данного прибора, было разработано несколько значительно отличающихся между собой по принципу действия микроскопов.

Среди самых часто используемых и востребованных типов этого оборудования выделяют такие виды:

• Оптические.
• Электронные.
• Сканирующие зондовые.
• Рентгеновские.

Оптические

Оптический микроскоп является самым бюджетным и простым устройством. Данное оборудование позволяет провести увеличение изображения в 2000 раз. Это довольно большой показатель, который позволяет изучать строение клеток, поверхность ткани, находить дефекты на искусственно созданных предметах и пр. Стоит отметить, что для достижения столь большого увеличения устройство должно быть очень качественно выполненным, поэтому стоит дорого. Подавляющее большинство оптических микроскопов сделано значительно проще и имеют сравнительно небольшое увеличение. Учебные типы микроскопов представлены именно оптическими. Это обусловлено их меньшей стоимостью, а также не слишком большой кратностью увеличения.

Обычно оптический микроскоп имеет несколько объективов, которые закрепляются на стойке подвижными. Каждый из них имеет свою степень увеличения. Рассматривая предмет можно передвинуть объектив в рабочее положение и изучить его под определенной кратностью. При желании еще больше приблизить изображение, нужно просто перейти на еще более увеличивающий объектив. Данные устройства не имеют сверхточной регулировки. К примеру, если необходимо лишь немного приблизить изображение, то перейдя на другой объектив, можно его приблизить в десятки раз, что будет чрезмерно и не позволит правильно воспринять увеличенную картинку и избежать ненужных деталей.

Электронный микроскоп

Электронный является более совершенной конструкцией. Он обеспечивает увеличение изображения как минимум в 20000 раз. Максимальное увеличение подобного прибора возможно в 10⁶ раз. Особенность этого оборудования заключается в том, что вместо луча света как у оптических, у них направляется пучок электронов. Получение изображения осуществляется благодаря применению специальных магнитных линз, которые реагируют на движение электронов в колоне прибора. Регулировка направленности пучка осуществляется с помощью магнитного поля. Данные устройства появились в 1931 году. В начале 2000-х годов начали совмещать компьютерное оборудование и электронные микроскопы, что значительно повысило кратность увеличения, диапазон настройки и позволило запечатлеть получаемое изображение.

Электронные устройства при всех своих достоинствах имеют большую цену, и требуют особенных условий для работы. Чтобы получать качественное четкое изображение необходимо, чтобы предмет изучения находился в вакууме. Это связано с тем, что молекулы воздуха рассеивают электроны, что нарушает четкость изображения и не позволяет проводить точную регулировку. В связи с этим данное оборудование применяют в лабораторных условиях. Также важным требованием для использования электронных микроскопов является отсутствие внешних магнитных полей. В связи с этим лаборатории, в которых их используют, имеют очень толстые изолированные стены или находятся в подземных бункерах.

Подобное оборудование используется в медицине, биологии, а также в различных отраслях промышленности.

Сканирующие зондовые микроскопы

Сканирующий зондовый микроскоп позволяет получать изображение с объекта путем его исследования с помощью специального зонда. В результате получается трехмерное изображение, с точными данными характеристики объектов. Данное оборудование имеет высокое разрешение. Это сравнительно новое оборудование, которое создали несколько десятков лет назад. Вместо объектива у данных приборов имеется зонд и система его перемещения. Получаемое из него изображение регистрируется сложной системой и записывается, после чего создается топографическая картина увеличенных объектов. Зонд оснащается чувствительными сенсорами, которые реагируют на движение электронов. Также встречаются зонды, которые работают по оптическому типу путем увеличения благодаря установке линз.

Часто зонды применяют для получения данных о поверхности предметов со сложным рельефом. Зачастую их опускают в трубу, отверстия, а также мелкие тоннели. Единственным условием является соответствие диаметра зонда диаметру объекта изучения.

Для данного метода характерна значительная погрешность измерения, поскольку получаемая в результате 3D картина сложно поддается расшифровке. Присутствует много деталей, которые искажаются компьютером при обработке. Первоначальные данные обрабатываются математическим способом с помощью специализированного программного обеспечения.

Рентгеновские микроскопы

Рентгеновский микроскоп относится к лабораторному оборудованию, применяемому для изучения объектов, размеры которых сопоставимы с длиной рентгеновской волны. Эффективность увеличения данного устройства находится между оптическими и электронными приборами. На изучаемый объект отправляются рентгеновские лучи, после чего чувствительные датчики реагируют на их преломление. В результате создается картинка поверхности изучаемого объекта. Благодаря тому, что рентгеновские лучи могут проходить сквозь поверхность предмета, подобное оборудование позволяет не только получить данные о структуре объекта, но и его химическом составе.

Рентгеновское оборудование обычно используется для оценки качества тонких покрытий. Его используют в биологии и ботанике, а также для анализа порошковых смесей и металлов.

Похожие темы:

• Видеорегистратор. Виды и работа. Применение и особенности
• Системы видеонаблюдения. Виды и применение. Устройство и работа
• Эффект Холла. Что это и как работает, виды, применения

Что такое микроскоп? Функция и увеличение

Совместное использование означает заботу!

У нас есть серия постов, посвященных всем аспектам микроскопов.

I. Общие сведения и введение
Что такое микроскоп? – Функция и увеличение
Кто изобрел микроскоп? — История микроскопии
Микроскопы одинаковы? – Типы микроскопов

II. Компоненты микроскопа
III. Специализированные микроскопы
IV. Практические руководства по работе с вашими микроскопами

В этой статье рассматривается

Микроскопы открывают дверь в маленькую страну чудес!

Клетки являются строительными блоками всех живых организмов, но они слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. С помощью микроскопов мы можем усилить способность видеть эти крошечные клетки. Есть также много крошечных существ, которых мы не можем увидеть невооруженным глазом, таких как планктон и бактерии.

Ниже представлена ​​шкала длины биологических объектов и типов микроскопов и подходов к их исследованию.

[На этом рисунке] Биологическая шкала от одного атома до человеческого тела.

---

Обзор микроскопов

Что такое микроскоп? Микроскоп — это инструмент, используемый для наблюдения за объектами, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. Микроскопы обычно используются в научных лабораториях и классах для визуализации всевозможных крошечных объектов, таких как клетки, микроорганизмы, тканевые структуры, материалы и электроника. Микроскопы обеспечивают увеличение (увеличение изображения) и придают изображениям контраст (делят их на фоне). Для этого микроскопы состоят из нескольких линз для увеличения, каждая линза имеет свою собственную силу увеличения и силу фокусировки.

[На этом рисунке] Название «микроскоп» произошло от двух слов — «микро» и «скоп».
«Микро» означает маленький или крошечный. «Область» означает просмотр или наблюдение. Следовательно, микроскоп можно понимать как инструмент для наблюдения за крошечными предметами.

---

Что могут микроскопы?

Увеличение микроскопов может помочь нам увидеть многие вещи, которые слишком малы, чтобы наблюдать их невооруженным глазом. Основное применение микроскопов — научные исследования. На самом деле микроскопы могут больше. Вот несколько примеров:

Микробиология – Микроскопы позволяют нам видеть вещи, которые мы никогда раньше не видели. Это именно то, что Антони ван Левенгук сделал в конце 1600-х годов, чтобы сделать первые наблюдения бактерий и простейших. Микроскопия с использованием специальных методов окрашивания, таких как окрашивание по Граму, позволяет нам идентифицировать патогены, вызывающие заболевания.

Биология клетки – Микроскопия является основным инструментом для изучения функционирования органелл и цитоскелета в клетках. Многие исследования дают представление о механизме заболеваний.

Физиология и медицина человека – Гистологический анализ срезов тканей органов и мазка крови позволяет диагностировать многие заболевания.

Репродуктивная медицина – Без точной инъекции под микроскопом экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО) невозможно.

[На этом рисунке] Применение микроскопов: (A) Окрашивание бактерий по Граму; (B) флуоресцентное изображение цитоскелета; (C) Гистология ткани головного мозга; (D) Мазок крови; (E) Микроинъекция для экстракорпорального оплодотворения (ЭКО).

---

Судебно-медицинская экспертиза . Микроскоп часто используется для обнаружения крошечных улик, таких как волоски.

Мониторинг окружающей среды – Для наблюдения за водной экосистемой несколько ключевых планктонов, таких как водоросли, эвглена и коловратки, являются важными индикаторами, которые можно наблюдать под полевым микроскопом.

Сельское хозяйство – Микроскоп полезен для нескольких аспектов сельского хозяйства, таких как проверка почвы и борьба с вредителями.

Оценка произведений искусства и ювелирных изделий — Портативные микроскопы являются важными инструментами для оценки стоимости произведений искусства.

[На этом рисунке] Применение микроскопов: (A) человеческие волосы; (B) проверка алмазов; (C) Металлография, показывающая микроструктуру металлических зерен.

---

Металлургия и производство – Металлографические микроскопы используются для выявления дефектов металлических поверхностей, определения качества металлических сплавов, изучения горных пород, керамики и минералов. Авиакатастрофы из-за усталости металла зависят от микроскопии, чтобы найти крошечные доказательства.

Полупроводник — Производство микроэлектроники и полупроводников в значительной степени зависит от микроскопов для обеспечения контроля качества.

Нанотехнологии – Разработка наноматериалов, таких как углеродные нанотрубки и графен, не может развиваться без электронных микроскопов.

[На этом рисунке] Применение микроскопов: (A) осмотр кремниевой пластины; (B) Лес углеродных нанотрубок под сканирующим электронным микроскопом (СЭМ)

---

Таким образом, микроскопы можно считать одним из важнейших инструментов современной техники, значение которого невозможно переоценить.

Наблюдение с увеличением и инструменты

Микроскоп представляет собой оптический прибор, используемый для наблюдения за небольшими объектами путем их увеличения с помощью выпуклых линз. В зависимости от конструкции световой микроскоп обычно имеет увеличение от 10 до 1000 крат. Более высокое увеличение требует использования электронных микроскопов.

Увеличение	Instrument	Example
1x	Naked eye	Hair (approx. 0.1 mm)
2x – 5x	Magnifying glass	Plant
10x – 20x	Стереомикроскоп	Сложные глаза насекомых
50x 0121	Daphnia, Rotifers, Water bears
100x	Compound microscope	Paramecium, Amoeba
200x	Compound microscope	Pollen, Euglena
400x	Compound микроскоп	Щечные клетки, клетки кожицы лука
800x – 1500x	Составной микроскоп	Эритроциты (8 мкм), бактерии (1 мкм)
2,000x – 1,000,000x	Electron microscope	Objects smaller than 1μm, such as a virus (100 nm) and DNA (2 nm)

---

[In this figure] Эта диаграмма относительного размера может дать вам представление о том, насколько малы вирусы.
Одна частица вируса гриппа или «гриппа» в 600 раз меньше диаметра человеческого волоса. 1 метр = 1000 миллиметров = 1 000 000 микрометров = 1 000 000 000 нанометров.

---

Структура микроскопа

Общий световой микроскоп в основном состоит из объектива, окуляра, тубуса линзы, предметного столика и источника света. Объект, помещенный на сцену, увеличивается через объектив. Когда цель сфокусирована, через окулярную линзу можно наблюдать увеличенное изображение.

Детали составного микроскопа Check Compound — маркированная схема и их функции для более подробной информации.

Принцип увеличения с помощью микроскопа

[На этом рисунке] Принципы светлопольной (световой) микроскопии. (С изменениями из Атласа RM: Принципы микробиологии, Сент-Луис, 2006 г., Мосби.)
Фото предоставлено Роль микроскопии

---

В световом микроскопе видимый свет проходит через образец, а затем через ряд линз. Линзы преломляют свет, что приводит к увеличению.

Простой микроскоп

Чтобы лучше понять, как создается увеличение, начнем только с одной выпуклой линзы. Такой инструмент называется простым микроскопом или лупой.

На изображении выше показано, как нарисовать лучевую диаграмму для объекта, находящегося ближе, чем линза F. «F» — это фокус этой выпуклой линзы.

Нижняя часть объекта размещается на главной оси. Два луча света исходят из верхней части объекта. Первый луч света параллелен главной оси. Любой луч света, параллельный главной оси, преломится, изменит направление и пересечет главную ось в фокусе.

Второй луч света выходит из верхней части объекта и проходит прямо через центр линзы. Этот луч не преломляется.

Как видите, лучи расходятся (раздвигаются) в правой части линзы. Глаз смотрит назад вместе с лучами, которые, кажется, исходят из точки позади объекта, где пересекаются два луча света. Здесь вы рисуете верхнюю часть виртуального изображения. Нижняя часть изображения по-прежнему находится на главной оси.

Изображение, полученное с помощью увеличительного стекла, виртуальное, вертикальное и больше объекта. Изображение называется виртуальным, потому что световые лучи туда никогда не попадают. Виртуальные световые лучи нарисованы пунктирными линиями.

Вы можете поэкспериментировать с увеличительными стеклами, сделанными своими руками, используя переработанную пластиковую бутылку или воздушный шар, наполненный водой.

Составной микроскоп

Теперь перейдем к составному микроскопу с двумя выпуклыми линзами (называемые объективом и окуляром).

Как вы можете видеть на изображении выше, фактический объект (1) будет расположен рядом, но вне точки фокусировки объектива. Это создает перевернутое и увеличенное изображение (2) между двумя объективами. Это изображение формируется реальными световыми лучами и находится в диапазоне фокусировки линзы окуляра. Теперь, если вы посмотрите на это изображение за линзой окуляра, оно снова увеличится. Окончательное изображение (3) является виртуальным и перевернутым с комбинированным увеличением, вносимым как объективом, так и окуляром.

[На этом рисунке] Если у вас есть два увеличительных стекла, попробуйте установить их на каждом конце рулона бумаги, чтобы сделать микроскоп своими руками.

---

[На рисунке] Увеличение кончика корня виции и клеток крови человека от малого до большого.

---

Общее увеличение составного микроскопа определяется комбинацией линз объектива и окуляра. Предполагая, что у вас есть 10-кратные окуляры и 100-кратный объектив, общее увеличение этой комбинации составляет 1000 крат (10 × 100 = 1000).

Ученые модифицировали оптические компоненты и изобрели множество специальных микроскопов для различных целей, в том числе для темнопольной, фазово-контрастной и дифференциально-интерференционно-контрастной (ДИК) микроскопии. С другой стороны, современные микроскопы больше не состоят только из двух выпуклых линз. Фактически, для улучшения оптических характеристик добавляется больше линз, конденсоров и фильтров, чтобы улучшить качество изображения.

[На этом рисунке] Один и тот же образец (окрашенный парамеций) наблюдается с разными настройками: светлое поле, темное поле и фазовый контраст.

---

Краткая информация

Микроскопы — удивительные инструменты, если вы хотите исследовать микроскопическую страну чудес. В этой статье мы узнали:

• Микроскоп — это инструмент, используемый для наблюдения за объектами, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом.
• Микроскопы являются важными инструментами для современных технологий. Нам нужны микроскопы для изучения, производства и осмотра всех крошечных объектов, включая микроорганизмы, клетки/ткани, материалы и электронику.
• Обычно оптический микроскоп имеет увеличение от 10x до 1500x. Достаточно увидеть такие маленькие объекты, как эритроциты (8 мкм) и бактерии (1 мкм).
• Увеличение микроскопов обусловлено способностью выпуклых линз преломлять и фокусировать световые лучи.
• Составные микроскопы состоят из двух выровненных выпуклых линз для многократного увеличения.

В следующей статье из этой серии мы рассмотрим историю микроскопов.

Ссылки

«ГЛАВА 6 Роль микроскопии»

«Типы микроскопов и принципы работы»

«Что такое диаграмма лучей для увеличительного стекла?»

Делиться — значит заботиться!

Анатомия микроскопа | Праймер для микроскопии

Что такое микроскоп?

Микроскопы представляют собой инструменты, предназначенные для получения увеличенных визуальных или фотографических изображений небольших объектов. Микроскоп должен выполнять три задачи: создавать увеличенное изображение, разделять детали изображения и делать эти детали видимыми человеческому глазу или камере. В эту группу инструментов входят многолинзовые конструкции микроскопов с объективами и конденсорами, а также простые однолинзовые устройства, которые часто носят в руках, например увеличительное стекло.

Части простого составного микроскопа

Микроскоп, показанный на рисунке 1 ниже, представляет собой простой составной микроскоп, изобретенный британским микроскопистом Робертом Гуком в 1660-х годах.

Части микроскопа Гука

Объектив этого красивого микроскопа расположен рядом с образцом, а фокусировка осуществляется путем поворота корпуса микроскопа, чтобы приблизить или отдалить объектив от образца. Линза окуляра вставляется в верхнюю часть микроскопа, и во многих случаях внутри тубуса имеется внутренняя полевая линза для увеличения поля зрения.

Микроскоп на рисунке 1 освещается масляной лампой и заполненным водой сферическим резервуаром (также показан на рисунке 1). Свет от лампы рассеивается, проходя через резервуар, а затем фокусируется на образце с помощью линзы, прикрепленной к резервуару. Этот ранний микроскоп страдал хроматической (и сферической) аберрацией, и все изображения, просматриваемые в белом свете, содержали «ореолы» синего или красного цвета.

Связь между микроскопами и глазом

Поскольку многие пользователи микроскопа полагаются на прямое наблюдение, важно понимать взаимосвязь между микроскопом и глазом. Наши глаза могут различать цвета в видимой части спектра: от фиолетового до синего, от зеленого до желтого, от оранжевого до красного; однако глаз не может воспринимать ультрафиолетовые или инфракрасные лучи.

Глаз также может ощущать разницу в яркости или интенсивности от черного до белого и всех промежуточных оттенков серого. Таким образом, чтобы изображение было видно глазу, оно должно быть представлено в цветах видимого спектра и/или различной степени интенсивности света.

Рецепторы, которые наши глаза используют для восприятия цвета, называются колбочками. Клетки для различения уровней интенсивности, а не цвета, являются палочками. Каждый из этих типов клеток расположен на сетчатке в задней части внутренней части глаза. Передняя часть глаза (см. рис. 2), включающая радужную оболочку, изогнутую роговицу и хрусталик, пропускает свет и фокусирует его на сетчатке.

Чтобы изображение было четким, оно должно располагаться на сетчатке под достаточным углом зрения. Если свет не падает на несмежные ряды клеток сетчатки (функция увеличения и расплывчатости изображения), мы не можем различить близко лежащие детали как отдельные (разрешенные). Кроме того, должен быть достаточный контраст между соседними деталями и/или фоном, чтобы сделать видимым увеличенное изображение с разрешением.

Человеческий глаз

Узнайте, как изображение формируется на сетчатке человеческого глаза.

Начало обучения

Поскольку хрусталик глаза ограничен в своей способности изменять форму, объекты, поднесенные очень близко к глазу, не могут сфокусироваться на сетчатке. Принятое обычное расстояние просмотра составляет 10 дюймов или 25 сантиметров.

История микроскопа

Простой микроскоп

Более 500 лет назад были разработаны простые стеклянные лупы в виде выпуклых линз (толще в центре, чем на периферии). Затем образец или объект можно было сфокусировать с помощью лупы, помещенной между объектом и глазом. Эти простые микроскопы могли распространять изображение на сетчатке путем увеличения за счет увеличения угла зрения на сетчатке.

Простой микроскоп или увеличительное стекло было усовершенствовано в 1600-х годах благодаря работе Антона фон Левенгука. Он смог увидеть одноклеточных животных (которых он назвал «анималкулами») и даже некоторых более крупных бактерий с помощью простого микроскопа, подобного тому, который показан на рисунке 3 ниже.

Изображение, полученное с помощью этой лупы, поднесенной близко к глазу наблюдателя, выглядит так, как будто оно находится на той же стороне линзы, что и объект. Этот тип изображения, видимый так, как если бы он находился на расстоянии 10 дюймов от глаза, известен как виртуальное изображение и не может быть запечатлен на пленке.

Части простого микроскопа

Составной микроскоп

Примерно в начале 1600-х годов благодаря работам, приписываемым братьям Янссен в Нидерландах и Галилею в Италии, был разработан составной микроскоп (см. микроскоп на рис. 4).

Части составного микроскопа

В своей простейшей форме составной микроскоп состоял из двух последовательно расположенных выпуклых линз: предметного стекла (объектива), расположенного ближе к объекту или образцу, и окуляра (окуляра), расположенного ближе к глаз наблюдателя (со средствами регулировки положения образца и линз микроскопа). Объектив проецирует увеличенное изображение в тубус микроскопа, а затем окуляр дополнительно увеличивает изображение, проецируемое объективом. Таким образом, составной микроскоп достигает двухступенчатого увеличения.

Составным микроскопам, разработанным в 17-м и 18-м веках, мешала оптическая аберрация (как хроматическая, так и сферическая), недостаток, который усугубляется использованием нескольких линз. Эти микроскопы на самом деле уступали однолинзовым микроскопам того периода из-за этих артефактов. Изображения, которые они производили, часто были размытыми и имели цветные ореолы, связанные с хроматическими аберрациями, которые не только ухудшали качество изображения, но и мешали разрешению.

В середине 1700-х годов производители линз обнаружили, что, комбинируя две линзы из стекла с разной цветовой дисперсией, можно уменьшить или устранить большую часть хроматических аберраций. Это открытие было впервые использовано в телескопах, линзы которых намного больше, чем у микроскопов. Только в начале 1800-х годов линзы с хроматической коррекцией стали обычным явлением в составных микроскопах.

Световые пути для микроскопии в проходящем свете

Исследуйте основные пути прохождения света с помощью микроскопа в проходящем свете.

Начало обучения

Достижения в составных микроскопах

В восемнадцатом и девятнадцатом веках значительно улучшилось механическое и оптическое качество составных микроскопов. Достижения в станкостроении позволили изготавливать более сложные детали. К середине 1800-х годов латунь стала предпочтительным сплавом для производства высококачественных микроскопов.

Многие британские и немецкие производители микроскопов процветали в это время. Их микроскопы сильно различались по дизайну и качеству изготовления, но общие принципы, определяющие их оптические свойства, оставались относительно постоянными. Микроскоп, показанный на Рисунке 5 ниже, был изготовлен Хью Пауэллом и Питером Лиландом примерно в 1850 году. Основание штатива служило надежной опорой для микроскопа, который многие люди считают самым передовым для своего времени.

Детали микроскопа Powell and Leland Схема

В конце 19 века среди производителей микроскопов возникла высокая конкуренция. В результате затраты на разработку и производство микроскопов стали важными. Латунь, используемый производителями микроскопов, очень дорогая. Также потребовалось много времени для механической обработки, полировки и лакирования корпусов микроскопов и других деталей, изготовленных из латуни. Чтобы сократить расходы, производители микроскопов сначала начали окрашивать корпус микроскопа и штатив, а также столик и другие неподвижные части.

Микроскопы 20 века

В первой четверти 20-го века многие производители микроскопов начали заменять латунь чугуном в оправах и предметных столиках микроскопов. Железо было намного дешевле, и его нельзя было отличить от латуни, когда оно было окрашено в черный цвет. Они также начали наносить гальваническое покрытие на многие важные латунные компоненты, такие как ручки, стволы объективов, револьверные насадки, окуляры и механические узлы предметного столика (показаны на рис. 6 ниже).

Эти микроскопы начала 20-го века все еще придерживались общего мотива дизайна. Они представляли собой монокуляры с зеркалом предметного столика, которое использовалось с внешней лампой для освещения образца. Типичным микроскопом того периода является лабораторный микроскоп Zeiss, изображенный на рис. 6. Микроскопы этого типа очень функциональны, и многие из них используются до сих пор.

Части лабораторного микроскопа Zeiss

Современные микроскопы

Современные микроскопы намного превосходят по своим конструктивным характеристикам те, что производились до середины 1900-х годов. Составы стекла значительно улучшились, что позволяет более эффективно исправлять оптическую аберрацию, чем когда-либо прежде. Синтетические антибликовые покрытия линз сейчас очень продвинуты. Технология интегральных схем позволила производителям производить «умные» микроскопы, в которых микропроцессоры встроены в штатив микроскопа. Микрофотографировать проще, чем когда-либо прежде, благодаря насадкам, которые отслеживают интенсивность света, рассчитывают экспозицию на основе светочувствительности пленки и автоматически выполняют сложные задачи, такие как брекетинг, мультиэкспозиция и интервальная съемка.

Сборка микроскопа

С помощью этого руководства вы узнаете, как различные детали собираются в ультрасовременный микроскоп.

Начальное руководство

Микроскоп, показанный на рис. 7, представляет собой исследовательский микроскоп Olympus Provis AX70. Выпущенный в 1990-х годах, этот микроскоп отличался сложной конструкцией, включающей несколько осветителей (эпископический и диаскопический), анализаторы и поляризаторы, призмы ДИК, флуоресцентные насадки и возможности фазового контраста. Система микрофотографии включала в себя точечное измерение, автоматическое управление экспозицией и зум-увеличение для гибкого и простого кадрирования. Y-образная рама помогла улучшить эргономику и удобство использования. Сегодня производители микроскопов продолжают разрабатывать новые микроскопические технологии для повышения удобства пользователей, простоты использования и поддержки новых исследований.

Части микроскопа Olympus Provis AX 70

Практическое использование микроскопии

Практически каждый хоть раз смотрел на мир через оптический микроскоп. Для большинства людей это происходит на уроках биологии в средней школе или колледже, хотя некоторые научные предприниматели приобретают свои собственные микроскопы либо по отдельности, либо как часть научного набора.

Фотография через микроскоп, или микрофотография, уже давно является полезным инструментом для ученых. Биологические и медицинские науки в значительной степени полагались на микроскопию для решения проблем, связанных с морфологическими особенностями образцов, а также в качестве количественного инструмента для регистрации оптических характеристик и данных. Таким образом, оптический микроскоп оказался полезным инструментом для исследования тайн жизни.

Световые пути для микроскопии в отраженном свете

Исследуйте основные пути прохождения света с помощью микроскопа в отраженном (эпископическом) свете.

Начальное руководство

Микроскопия стала популярным инструментом в физических науках и науках о материалах, а также в полупроводниковой промышленности из-за необходимости наблюдения за поверхностными особенностями новых высокотехнологичных материалов и интегральных схем. Микроскопия также оказалась полезной для судебно-медицинских экспертов, которые должны исследовать волосы, волокна, одежду, пятна крови, пули и другие предметы, связанные с преступлениями. Современные достижения в области окрашивания флуорохромом и методов моноклональных антител проложили путь к значительному росту использования флуоресцентной микроскопии как в биомедицинском анализе, так и в клеточной биологии.

Световые пути для флуоресцентной микроскопии

Исследуйте пути отраженного света и дихроичную фильтрацию во флуоресцентной микроскопии.

Начало обучения

Разница между биомедицинской микроскопией и микроскопией материалов

Основное различие между биомедицинской микроскопией и микроскопией материалов заключается в том, как микроскоп проецирует свет на образец. В классической биологической микроскопии свет проходит через очень тонкие образцы, фокусируется объективом, а затем проходит в окуляры микроскопа.

Для наблюдения за поверхностью интегральных схем (составляющих внутреннюю работу современных компьютеров) свет проходит через объектив, а затем отражается от поверхности образца обратно в объектив микроскопа. В научной терминологии микроскопия в проходящем и отраженном свете известна как диаскопическая и эпископическая освещенная микроскопия соответственно. Микрофотографии в наших фотогалереях получены в результате научных исследований как в проходящем, так и в отраженном оптическом микроскопе.

Распространенной проблемой в микроскопии является плохой контраст, возникающий при прохождении света через очень тонкие образцы или при отражении от поверхностей с высокой степенью отражения.