Многие, наверное, слышали о таком предмете, как микроскоп. А некоторые даже знают его не понаслышке. Однако мало кто представляет себе, что существует еще ряд видов этого устройства, предназначенных для разных функций. Что такое микроскоп и микроскопия? Какие типы микроскопов существуют и что они могут делать? Ответы на эти вопросы можно найти в предлагаемой статье.
История возникновения
Микроскоп – это прибор, с помощью которого можно значительно увеличить изображение, детально изучить строение и структуры рассматриваемого объекта, а также измерить детали, трудно различимые или даже невидимые невооруженным глазом.
Методы и технологии, позволяющие использовать этот прибор в практических целях, называются микроскопией.
Самыми первыми изобретенными приборами были оптические микроскопы. Кроме того, нельзя с уверенностью сказать, кому принадлежат лавры такого изобретения. В 1538 году венецианский врач Джироламо Фракасторо предложил использовать комбинацию из двух линз для достижения наибольшего увеличения. А самые ранние упоминания о микроскопе относятся к 1590 году и уходят своими корнями в голландский город Мидделбург, где работали два мастера Джон Липперши и Закари Янсен, изготавливавшие стекла.
Около 1624 года Галилео Галилей, итальянский физик и астроном, представил свое первое составное устройство, названное «occhiolino», что в переводе с итальянского означает «маленький глаз». А всего через год его друг Джованни Фабер предложил назвать получившееся изобретение микроскопом.
Виды микроскопов
На сегодняшний день существует множество вариаций этого устройства. Микроскопы бывают: оптические и электронные, рентгеновские и зондовые. Это также дифференциально-интерференционный контрастный микроскоп.
Оптические приборы, в свою очередь, делятся на ближнепольные, конфокальные и двухфотонные лазерные микроскопы. Электронные устройства делятся на полупрозрачные устройства и растровые устройства. Сканирующие микроскопы представляют собой сочетание атомно-силового и туннельного микроскопов, а рентгеновские аппараты бывают лазерными, отражательными и проекционными.
Естественная оптическая система — человеческий глаз. В то же время он характеризуется точным разрешением. Нормальное разрешение для нормального глаза составляет около 0,2 мм. Это характерно, когда объект удален на оптимальное расстояние просмотра, которое составляет 250 мм. Стоит отметить, что размеры животных и растительных клеток, различных микроорганизмов, деталей строения металлов и различных сплавов, а также мелких кристаллов намного меньше нормального разрешения человеческого глаза.
Примерно до середины прошлого века ученые использовали в своей работе только видимое оптическое излучение, от четырехсот до семисот нанометров. Иногда использовались приборы, работающие в ближнем ультрафиолете. Оказывается, оптические микроскопы способны различать вещества с расстоянием между элементами до 0,20 мкм, а значит, могут достигать максимального увеличения в 2000 раз.
В электронных устройствах для увеличения используется пучок электронов с волновыми свойствами. В то же время электроны довольно легко сфокусировать с помощью электромагнитных линз, поскольку они являются заряженными частицами. Кроме того, электронный образ несложно перевести в видимый.
В электронных устройствах разрешающая способность в несколько тысяч раз превышает разрешающую способность светооптического микроскопа. А в современных устройствах он может быть даже меньше десяти нанометров.
Сканирующие-зондовые микроскопы — класс приборов, работа которых основана на сканировании зондом различных поверхностей. Это достаточно новые приборы, изображение которых получается за счет фиксации контактов между поверхностью и зондом. В настоящее время в таких приборах удалось зафиксировать взаимодействие зонда с некоторыми молекулами и атомами, что выводит сканирующе-зондовый микроскоп на уровень электронных приборов. А по некоторым параметрам такие устройства даже превосходят их.
Рентгеновские микроскопы — это устройства, позволяющие рассматривать очень маленькие объекты, размеры которых сравнимы с длиной рентгеновской волны. Работа такого устройства основана на электромагнитном излучении с длиной волны до одного нанометра. Разрешающая способность рентгеновских аппаратов значительно выше оптических, но ниже электронных микроскопов.
Строение микроскопа
Стандартный оптический прибор имеет в своей структуре следующие части:
- сопло;
- окуляр;
- основание и подставка;
- чечевица;
- голова башни;
- тематические и координатные таблицы;
- выключатель и осветитель;
- макрометрические и микрометрические винты фокусировки;
- диафрагменный конденсатор.
Оптическая система такого прибора состоит из линз, расположенных на турели, окуляров и, в некоторых случаях, призменного блока. С помощью оптической системы изображение исследуемого образца формируется на сетчатке глаза. Кроме того, это изображение будет инвертировано.
В настоящее время многие детские микроскопы содержат линзу Барлоу, использование которой позволяет добиться равномерного увеличения изображения до 1000 и более раз. Однако качество изображения сильно страдает, что делает использование этого объектива в таких устройствах достаточно сомнительным.
В профессиональных приборах для изменения увеличения используются только различные комбинации качественных линз и окуляров. И конечно в таких аппаратах никогда не будет использоваться объектив столь сомнительного качества.
Механическая система микроскопа представляет собой штатив, тубус, вращающуюся головку, механизмы фокусировки и предметный столик.
Механизмы фокусировки используются для фокусировки изображения. Винт макрометра используется при малых увеличениях, а микрометр — при больших увеличениях. Стандартные школьные или детские микроскопы обычно снабжены только макрометрическим винтом грубой фокусировки. Для лабораторных исследований также требуется механизм тонкой фокусировки. Оптические блоки могут иметь отдельные механизмы грубой и точной фокусировки, а также содержать коаксиальные винты для микро- и макрометрической регулировки фокуса.
Фокусировка прибора осуществляется перемещением предметного столика или тубуса прибора в вертикальной плоскости.
Объектный стол необходим для размещения на нем объекта. Их существует несколько разновидностей:
- стационарный;
- мобильный;
- координировать.
Более удобным для работы является координатный столик, позволяющий перемещать образец для исследования в горизонтальной плоскости.
Объективы микроскопа размещены непосредственно на башне. Его вращение позволяет выбрать любой из объективов, изменяя тем самым увеличение. Профессиональные установки обычно оснащены съемными линзами, которые ввинчиваются в башню. Недорогие версии микроскопов имеют встроенные линзы.
Тубус микроскопа содержит окуляр. В приборах с тринокулярной или бинокулярной оправой возможна регулировка расстояния между зрачками, а также диоптрийная коррекция, что позволяет подстроить микроскоп под индивидуальные особенности каждого наблюдателя. В детских приборах кроме окуляра в тубусе может быть еще и линза Барлоу.
Осветительная система оптического прибора представляет собой диафрагму, конденсор и источник света.
Источник света может быть как внешним, так и встроенным. Стандартный микроскоп обычно включает нижний свет. Некоторые детские устройства иногда используют боковую подсветку, но практического эффекта это не имеет.
Лучший контент месяца
- Коронавирус: SARS-CoV-2 (COVID-19)
- Антибиотики для профилактики и лечения COVID-19: насколько они эффективны
- Самые распространенные «офисные» болезни
- Убивает ли водка коронавирус
- Как остаться в живых на наших дорогах?
Конденсор и диафрагма используются для регулировки освещения микроскопа. Конденсоры могут быть одинарными, двойными или тройными. При опускании или поднятии конденсора происходит либо рассеяние, либо конденсация света, освещающего исследуемый образец.
Мембрана представлена в двух вариантах: ирисовая, с плавным изменением диаметра, и ступенчатая, состоящая из нескольких отверстий разного диаметра. Соответственно, увеличивая или уменьшая диаметр светового отверстия, можно ограничить или увеличить поток света, падающий на образец. Некоторые конденсаторы оснащены фильтродержателем, в который можно вставлять различные фильтры.
Выводы
Микроскоп — оптический прибор, позволяющий многократно увеличивать изображение изучаемого объекта, что позволяет изучать вещества, невидимые невооруженным глазом. В настоящее время существует множество различных типов современных приборов, отличающихся разрешающей способностью, что позволяет различать и изучать очень мелкие объекты.