Инструменты микроскоп рассказ о них. Доклад по биологии "микроскоп"
Наверное, каждый из нас, хоть один раз в жизни, имел возможность поработать с таким прибором как микроскоп - кто в школе на уроке биологии, а кто-то, возможно, в силу своей профессии. С помощью микроскопа мы можем наблюдать за мельчайшими живыми организмами, частицами. Микроскоп достаточно сложный прибор, и к тому же, имеет длинную историю, которую полезно будет узнать. Давайте разберемся, что такое микроскоп?
Определение
Слово «микроскоп» происходит от двух греческих слов «micros» - «маленький», «skopeo» - «смотрю». То есть, предназначение данного прибора – рассматривание маленьких объектов. Если давать более точное определение, то микроскоп – оптический прибор (с одной или несколькими линзами), используемый для получения увеличенных изображений неких объектов, которые не видны невооруженным глазом.
К примеру, микроскопы, используемые в сегодняшних школах, способны увеличивать в 300-600 крат, этого вполне достаточно, чтобы разглядеть живую клетку в подробностях – можно увидеть стенки самой клетки, вакуоли, её ядро и т.д. Но для этого всего он прошел довольно длинный путь открытий, и даже разочарований.
История открытия микроскопа
Точное времени открытия микроскопа до сих пор не установлено, так как самые первые устройства для наблюдений маленьких объектов находили археологи в различных эпохах. Они выглядели как обычная лупа, то есть это была двояковыпуклая линза, дающая увеличение изображения в несколько раз. Уточню, что самые первые линзы были изготовлены не из стекла, а из некого прозрачного камня, поэтому говорить о качестве изображений не приходится.
В дальнейшем были уже изобретены микроскопы, состоящие из двух линз. Первая линза – это объектив, она обращалась к изучаемому предмету, а вторая линза – окуляр, в который смотрел наблюдатель. Но изображение объектов всё равно было сильно искажено, вследствие сильных сферических и хроматических отклонений – свет преломлялся неравномерно, и из-за этого картинка была нечеткая и окрашенная цветом. Но все же, даже тогда увеличение микроскопа было в несколько сот крат, что немало.
Система линз в микроскопах была значительно усложнена только в самом начале 19-го века, благодаря работе таких физиков как Амичи, Фраунгофера и др. В устройстве объектива уже применялась сложная система, состоящая из собирающих и рассеивающих линз. Причем, эти линзы были из разных видов стекла, компенсировавших недостатки друг друга.
Микроскоп ученого из Голландии, Левенгука имел уже предметный столик, куда складывались все изучаемые объекты, а также был винт, который позволял этот столик плавно перемещать. Потом уже было добавлено зеркало – для лучшего освещения объектов.
Строение микроскопа
Существуют простые и сложные микроскопы. Простой микроскоп представляет собой одну систему линз, именно такой является обычная лупа. Сложный же микроскоп сочетает в себе две простые линзы.
Сложный микроскоп, соответственно, дает большее увеличение, и к тому же, он обладает большей разрешающей способностью. Именно наличие данной способности (разрешающей) дает возможность различать детали образцов. Увеличенное же изображение, где не различить подробности, даст немного полезной нам информации.
Сложные микроскопы имеют двухступенчатые схемы. Одна система линз (объектив) подносится близко к объекту – она, в свою очередь, создает разрешенное и увеличенное изображение объекта. Потом, изображение уже увеличивается другой системой линз (окуляром), она помещается, непосредственно, ближе к глазу наблюдателя. Данные 2 системы линз располагаются на противоположных концах тубуса микроскопа.
Современные микроскопы
Современные же микроскопы могут давать колоссальное увеличение – до 1500-2000 крат, при этом качество изображения будет прекрасное. Также имеют довольно большую популярность бинокулярные микроскопы, в них изображение от одного объектива раздваивается, при этом на него можно смотреть сразу двумя глазами (в два окуляра). Это позволяет еще намного лучше различать зрительно мелкие детали. Подобные микроскопы используются обычно в разных лабораториях (в т.ч и в медицинских) для исследований.
Электронные микроскопы
Электронные же микроскопы помогают нам «рассмотреть» изображения отдельных атомов. Правда, слово «рассмотреть» применено здесь относительно, так как глазами напрямую мы не смотрим - изображение объекта появляется вследствие сложнейшей обработки компьютером полученных данных. Устройство микроскопа (электронного) основывается на физических принципах, а также способе «ощупывания» поверхностей объектов тончайшей иглой, у которой кончик толщиной всего лишь в 1 атом.
USB-микроскопы
В настоящее время, во время развития цифровых технологий, каждый человек может приобрести насадку-объектив на камеру своего мобильного телефона, и делать фотографии любых микроскопических объектов. Еще есть очень мощные USB-микроскопы, при подключение к домашнему компьютеру, позволяющие рассмотреть получившееся изображение на мониторе. Большинство цифровых фотоаппаратов способны делать снимки в режиме макросъёмки, с помощью нее Вы сможете сделать фото мельчайших объектов. А если поместить небольшую собирающую линзу перед объективом вашего фотоаппарата, то можно легко получить увеличение фотографии до 500 крат.
Сегодня новые технологии помогают увидеть то, что буквально сто лет назад было недоступно. Части микроскопа на протяжение всей его истории постоянно усовершенствовались, и в настоящее время мы видим микроскоп уже в законченном варианте. Хотя, научный прогресс не стоит на месте, и в недалеком будущем, возможно, будут появляться еще более усовершенствованные модели микроскопов.
Сегодня трудно представить себе научную деятельность человека без микроскопа. Микроскоп широко применяется в большинстве лабораторий медицины и биологии, геологии и материаловедения.
Полученные с помощью микроскопа результаты необходимы при постановке точного диагноза, при контроле над ходом лечения. С использованием микроскопа происходит разработка и внедрение новых препаратов, делаются научные открытия.
Микроскоп - (от греческого mikros - малый и skopeo - смотрю), оптический прибор для получения увеличенного изображения мелких объектов и их деталей, не видимых невооруженным глазом.
Глаз человека способен различать детали объекта, отстоящие друг от друга не менее чем на 0,08 мм. С помощью светового микроскопа можно видеть детали, расстояние между которыми составляет до 0,2 мкм. Электронный микроскоп позволяет получить разрешение до 0,1-0,01 нм.
Изобретение микроскопа, столь важного для всей науки прибора обусловлено, прежде всего, влиянием развития оптики. Некоторые оптические свойства изогнутых поверхностей были известны еще Евклиду (300 лет до н.э.) и Птоломею (127-151 гг.), однако их увеличительная способность не нашла практического применения. В связи с этим первые очки были изобретены Сальвинио дели Арлеати в Италии только в 1285 г. В 16 веке Леонардо да Винчи и Мауролико показали, что малые объекты лучше изучать с помощью лупы.
Первый микроскоп был создан лишь в 1595 году Захариусом Йансеном (Z. Jansen). Изобретение заключалось в том, что Захариус Йансен смонтировал две выпуклые линзы внутри одной трубки, тем самым, заложив основы для создания сложных микроскопов. Фокусировка на исследуемом объекте достигалось за счет выдвижного тубуса. Увеличение микроскопа составляло от 3 до 10 крат. И это был настоящий прорыв в области микроскопии! Каждый свой следующий микроскоп он значительно совершенствовал.
В этот период (XVI в.) датские, английские и итальянские исследовательские приборы постепенно начали свое развитие, закладывая фундамент современной микроскопии.
Быстрое распространение и совершенствование микроскопов началось после того, как Галилей (G. Galilei), совершенствуя сконструированную им зрительную трубу, стал использовать ее как своеобразный микроскоп (1609-1610), изменяя расстояние между объективом и окуляром.
Позднее, в 1624 г., добившись изготовления более короткофокусных линз, Галилей значительно уменьшил габариты своего микроскопа.
В 1625 г. членом Римской "Академии зорких" ("Akudemia dei lincei") И. Фабером был предложен термин "микроскоп" . Первые успехи, связанные с применением микроскопа в научных биологических исследованиях, были достигнуты Гуком (R. Hooke), который первым описал растительную клетку (около 1665 г.). В своей книге "Micrographia" Гук описал устройство микроскопа.
В 1681 г. Лондонское королевское общество в своем заседании подробно обсуждало своеобразное положение. Голландец Левенгук
(A. van Leenwenhoek) описывал изумительные чудеса, которые открывал своим микроскопом в капле воды, в настое перца, в иле реки, в дупле собственного зуба. Левенгук с помощью микроскопа обнаружил и зарисовал сперматозоиды различных простейших, детали строения костной ткани (1673-1677).
"С величайшим изумлением я увидел в капле великое множество зверюшек, оживленно двигающихся во всех направлениях, как щука в воде. Самое мелкое из этих крошечных животных в тысячу раз меньше глаза взрослой вши."
Лучшие лупы Левенгука увеличивали в 270 раз. С ними он увидел впервые кровеносные тельца, движение крови в капиллярных сосудах хвоста головастика, полосатость мускулов. Он открыл инфузории. Он впервые погрузился в мир микроскопических одноклеточных водорослей, где лежит граница между животным и растением; где движущееся животное, как зеленое растение, обладает хлорофиллом и питается, поглощая свет; где растение, еще прикрепленное к субстрату, потеряло хлорофилл и заглатывает бактерии. Наконец, он видел даже бактерии и в великом разнообразии. Но, разумеется, тогда не было еще и отдаленной возможности понять ни значение бактерий для человека, ни смысла зеленого вещества - хлорофилла, ни границы между растением н животным.
Открывался новый мир живых существ, более разнообразный и бесконечно более оригинальный, чем видимый нами мир.
В 1668 г. Е. Дивини, присоединив к окуляру полевую линзу, создал окуляр современного типа. В 1673 г. Гавелий ввел микрометрический винт, а Гертель предложил под столик микроскопа поместить зеркало. Таким образом, микроскоп стали монтировать из тех основных деталей, которые входят в состав современного биологического микроскопа.
В середине 17 столетия Ньютон
открыл сложный состав белого света и разложил его призмой. Рёмер доказал, что свет распространяется с конечной скоростью, и измерил ее. Ньютон высказал знаменитую гипотезу - неверную, как вам известно,- о том, что свет есть поток летящих частиц такой необычайной мелкости и частоты, что они проникают через прозрачные тела, как стекло через хрусталик глаза, и, поражая ретину ударами, производят физиологическое ощущение света. Гюйгенс впервые заговорил о волнообразной природе света и доказал, как естественно она объясняет и законы простого отражения и преломления, и законы двойного лучепреломления в исландском шпате. Мысли Гюйгенса и Ньютона встретились в резком контрасте. Таким образом, в XVII в. в остром споре действительно встала проблема о сущности света.
Как разгадка вопроса сущности света, так и усовершенствование микроскопа подвигались вперед медленно. Спор между идеями Ньютона и Гюйгенса продолжался целое столетие. К представлению о волновой природе света примкнул знаменитый Эйлер. Но решен был вопрос лишь через сто с лишним лет Френелем талантливым исследователем, какого знала наука.
Чем отличается поток распространяющихся волн - идея Гюйгенса - от потока несущихся мелких частиц - идея Ньютона? Двумя признаками:
1. Встретившись, волны могут взаимно уничтожиться, если горб одной ляжет на долину другой. Свет + свет, сложившись вместе, могут дать темноту. Это явление интерференции , это кольца Ньютона, непонятые самим Ньютоном; с потоками частиц этого быть не может. Два потока частиц - это всегда двойной поток, двойной свет.
2. Через отверстие поток частиц проходит прямо, не расходясь в стороны, а поток волн непременно расходится, рассеивается. Это дифракция .
Френель доказал теоретически, что расхождение во все стороны ничтожно, если волна мала, но все же и эту ничтожную дифракцию он обнаружил и измерил, а по ее величине определил длину волны света. Из явлений интерференции, которые так хорошо известны оптикам, полирующим до "одного цвета", до "двух полос", он также измерил длину волны - это полмикрона (половина тысячной доли миллиметра). И отсюда стали неоспоримыми волновая теория и исключительная тонкость и острота проникновения в сущность живого вещества. С тех пор все мы в разных модификациях подтверждаем и применяем мысли Френеля. Но и не зная этих мыслей, можно усовершенствовать микроскоп.
Так это и было в XVIII столетии, хотя события развивались очень медленно. Сейчас трудно даже представить себе, что первая труба Галилея, в которую он наблюдал мир Юпитера, и микроскоп Левенгука были простыми неахроматическими линзами.
Огромным препятствием в деле ахроматизации было отсутствие хорошего флинта. Как известно, ахроматизация требует двух стекол: крона и флинта. Последний представляет стекло, в котором одной из основных частей является тяжелая окись свинца, обладающая непропорционально большой дисперсией.
В 1824 г. громадный успех микроскопа дала простая практическая идея Саллига, воспроизведенная французской фирмой Шевалье. Объектив, раньше состоявший из одной линзы, расчленен на части, его начали изготовлять из многих ахроматических линз. Так умножено число параметров, дана возможность исправления ошибок системы, и стало впервые возможным говорить о настоящих больших увеличениях - в 500 и даже 1000 раз. Граница предельного видения передвинулась от двух к одному микрону. Далеко позади оставлен микроскоп Левенгука.
В 70-х годах 19 века победоносное шествие микроскопии двинулось вперед. Сказавшим был Аббе (Е. Abbe).
Достигнуто было следующее:
Во-первых, предельное разрешение передвинулось от полумикрона до одной десятой микрона.
Во-вторых, в построении микроскопа вместо грубой эмпирики введена высокая научность.
В-третьих, наконец, показаны пределы возможного с микроскопом, и эти пределы завоеваны.
Сформирован штаб ученых, оптиков и вычислителей, работающих при фирме Цейсса. В капитальных сочинениях учениками Аббе дана теория микроскопа и вообще оптических приборов. Выработана система измерений, определяющих качество микроскопа.
Когда выяснилось, что существующие сорта стекол не могут удовлетворить научным требованиям, планомерно созданы были новые сорта. Вне тайн наследников Гинана - Пара-Мантуа (наследники Бонтана) в Париже и Ченсов в Бирмингаме - созданы были вновь методы плавки стекла, и дело практической оптики развито до такой степени, что можно сказать: Аббе оптическим снаряжением армии почти выиграл мировую войну 1914-1918 гг.
Наконец, призвав на помощь основы волновой теории света, Аббе впервые ясно показал, что каждой остроте инструмента соответствует свой предел возможности. Тончайший же из всех инструментов - это длина волны. Нельзя видеть объекты меньше полудлины волны - утверждает дифракционная теория Аббе,- и нельзя получить изображения меньше полудлины волны, т.е. меньше 1/4 микрона. Или с разными ухищрениями иммерсии, когда мы применяем среды, в которых длина волны меньше,- до 0,1 микрона. Волна лимитирует нас. Правда, лимиты очень мелкие, но все же это лимиты для деятельности человека.
Физик-оптик чувствует, когда на пути световой волны вставлен объект толщиной в тысячную, в десятитысячную, в отдельных случаях даже в одну стотысячную длину волны. Сама длина волны измерена физиками с точностью до одной десятимиллионной своей величины. Можно ли думать, что оптики, соединившие свои усилия с цитологами, не овладеют той сотой длины волны, которая стоит в поставленной ими задаче? Найдутся десятки способов обойти предел, поставленный длиной волны. Вам известен один из таких обходов, так называемый метод ультрамикроскопии. Если невидимые в микроскоп микробы расставлены далеко друг от друга, то можно осветить их сбоку ярким светом. Как бы они малы ни были, они заблестят, как звезда на темном фоне. Форму их нельзя определить, можно лишь констатировать их присутствие, но и это часто чрезвычайно важно. Этим методом широко пользуется бактериология.
Труды английского оптика Дж. Сиркса (1893) положили начало интерференционной микроскопии. В 1903 г. Р. Жигмонди (R. Zsigmondy) и Зидентопф (Н. Siedentopf) создали ультрамикроскоп, в 1911 г. Саньяком (М. Sagnac) был описан первый двухлучевой интерференционный микроскоп, в 1935 г. Зернике (F. Zernicke) предложил использовать метод фазового контраста для наблюдения в микроскопах прозрачных, слабо рассеивающих свет объектов. В середине XX в. был изобретен электронный микроскоп, в 1953 г. финским физиологом Вильской (A. Wilska) был изобретен аноптральный микроскоп.
Большой вклад в разработку проблем теоретической и прикладной оптики, усовершенствование оптических систем микроскопа и микроскопической техники внесли М.В. Ломоносов, И.П. Кулибин, Л.И. Мандельштам, Д.С. Рождественский, А.А. Лебедев, С.И. Вавилов, В.П. Линник, Д.Д. Максутов и др.
Литература:
Д.С. Рождественский Избранные труды. М.-Л., "Наука", 1964.
Рождественский Д.С. К вопросу об изображении прозрачных объектов в микроскопе. - Тр. ГОИ, 1940, т. 14
Соболь С.Л. История микроскопа и микроскопических исследований в России в XVIII веке. 1949.
Clay R.S., Court T.H. The history of the microscope. L., 1932; Bradbury S. The evolution of the microscope. Oxford, 1967.
Применяют для получения больших увеличений при наблюдении мелких предметов. Увеличенное изображение предмета в микроскопе получается с помощью оптической системы, состоящей из двух короткофокусных линз – объектива и окуляра. Объектив даст действительное перевернутое увеличенное изображение предмета. Это промежуточное изображение рассматривается глазом через окуляр, действие которого аналогично действию лупы. Окуляр располагают так, чтобы промежуточное изображение находилось в его фокальной плоскости, в этом случае лучи от каждой точки предмета распространяются после окуляра параллельным пучком. Прибор, предназначенный для получения увеличенных изображений, а также измерения объектов или деталей структуры, невидимых или плохо видимых невооружённым глазом, используемые для многократного увеличения рассматриваемых объектов. С помощью этих приборов определяются размеры, форма и строение мельчайших частиц. Микроскоп – незаменимое оптическое оборудование для таких сфер деятельности, как медицина, биология, ботаника, электроника и геология, так как на результатах исследований основываются научные открытия, ставится правильный диагноз и разрабатываются новые препараты.
История создания микроскопа
Первый микроскоп
,
изобретённый человечеством, были
оптическими, и первого изобретателя не
так легко выделить и назвать. Самые ранние
сведения о микроскопе относят к 1590 году. Чуть позже, в 1624-ом году Галилео Галилей представляет свой составной
микроскоп
, который он первоначально назвал «оккиолино». Годом спустя его друг по Академии Джованни Фабер предложил для нового изобретения термин
микроскоп
.
Виды микроскопов
В зависимости от требуемой величины разрешения рассматриваемых микрочастиц материи, микроскопии, микроскопы классифицируются на:
Человеческий глаз представляет собой естественную оптическую систему, характеризующуюся определённым разрешением, то есть наименьшим расстоянием между элементами наблюдаемого объекта (воспринимаемыми как точки или линии), при котором они ещё могут быть отличны один от другого. Для нормального глаза при удалении от объекта на т. н. расстояние наилучшего видения (D = 250 мм), среднестатистическое нормальное разрешение составляет 0,176 мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и животных клеток, мелких кристаллов, деталей микроструктуры металлов и сплавов и т. п. значительно меньше этой величины. До середины XX века работали только с видимым оптическим излучением, в диапазоне 400-700 нм, а также с ближним ультрафиолетом (люминесцентный микроскоп). Оптически микроскоп не мог давать разрешающей способности менее полупериода волны опорного излучения (диапазон длин волн 0,2-0,7 мкм, или 200-700 нм). Таким образом, оптический микроскоп способен различать структуры с расстоянием между точками до ~0,20 мкм, поэтому максимальное увеличение, которого можно было добиться, составляло ~2000 крат.
позволяет получать 2 изображения объекта,
рассматриваемые под небольшим углом, что
обеспечивает объёмное восприятие, это оптический прибор для многократного увеличения рассматриваемых объектов, который обладает специальной бинокулярной насадкой, позволяющей вести изучение объекта при помощи обоих глаз. В этом и заключается его удобство и преимущество перед обычными микроскопами. Именно поэтому
бинокулярный микроскоп
чаще других применяется в профессиональных лабораториях, медицинских
учреждениях и высших учебных заведениях. В числе других преимуществ данного прибора необходимо отметить высокое качество и контрастность изображения, механизмы грубой и точной настройки. Бинокулярный микроскоп работает по тому же принципу, что и обычные монокулярные: объект изучения помещают под объектив, где на него направляется искусственный световой поток.
применяется для биохимических, патологоанатомических, цитологических, гематологических, урологических, дерматологических, биологических и общеклинических исследований. Общее увеличение (объектив*окуляр) оптических микроскопов с бинокулярной насадкой обычно больше, чем у соответствующих монокулярных микроскопов.
Стереомикроскоп
Стереомикроскоп
, как и другие виды
оптических микроскопов
, позволяют работать как в проходящем, так и в отражённом свете. Обычно они имеют сменные окуляры бинокулярной насадки и один несменный объектив (есть и модели со сменными объективами). Большинство
стереомикроскопов
дает существенно меньшее увеличение, чем современный оптический микроскоп, однако имеет существенно большее фокусное расстояние, что позволяет рассматривать крупные объекты. Кроме того, в отличие от обычных оптических микроскопов, которые дают, как правило, инвертированное изображение, оптическая система
стереомикроскопа
не «переворачивает» изображение. Это позволяет широко использовать их для препарирования микроскопических объектов вручную или с использованием микроманипуляторов.
Наиболее широко бинокуляры используются для исследования неоднородностей поверхности твёрдых непрозрачных тел, таких как горные породы, металлы, ткани; в микрохирургии и пр.
Специфика металлографического исследования заключается в необходимости наблюдать структуру поверхности непрозрачных тел. Поэтому
металлографический микроскоп
построены по схеме отраженного света, где имеется специальный осветитель установленный со стороны объектива. Система призм и зеркал направляет свет на объект, далее свет отражается от не прозрачного объекта и направляется обратно в объектив.
Современный прямой металлографический микроскоп
характеризуются большим
расстоянием между поверхностью столика и объективами и большим вертикальным
ходом столика, что позволяет работать с крупными образцами. Максимальное
расстояние может достигать десятки сантиметров. Но обычно в материаловедении
используются инвертированный микроскоп, как не имеющие ограничения на размер
образца (только на вес) и не требующие параллельности опорной и рабочей граней
образца (в этом случае они совпадают).
В основе принципа действия поляризационного микроскопа
лежит получение изображения исследуемого объекта при его облучении поляризованными лучами, которые в свою очередь должны быть получены из обычного света с помощью специального прибора - поляризатора. В сущности при прохождении поляризованного света через вещество либо отраженное от него меняет плоскость поляризации света в результате чего на втором поляризационном фильтре выявляется в виде излишнего затемнения. Либо дают специфичные реакции как двойное лучепреломление в жирах.
предназначен для наблюдения, фотографирования и видеопроекции объектов в поляризованном свете, а также исследований по методам фокального экранирования и фазового контраста.
используется для исследования широкого круга тех свойств и явлений, которые обычно недоступны для привычного оптического микроскопа.
снабжается бесконечной оптикой с
профессиональным программным обеспечением.
Принцип действия люминесцентных микроскопов
основывается на свойствах флюоресцентного излучения.
Микроскоп
используются для исследования прозрачных и непрозрачных объектов. Люминесцентное излучение, по-разному отражается различными поверхностями и материалами, что и позволяет успешно применять его для проведения иммунохимических, иммунологических, иммуноморфологических и иммуногенетических исследований. Благодаря их уникальным возможностям,
люминесцентный микроскоп
широко используются в фармацевтике, ветеринарии и растениеводстве, а, кроме того, в биотехнологических отраслях промышленности.
также практически незаменим для работы экспертно-криминалистических центров и санитарно-эпидемиологических учреждений.
служит для точного измерения угловых и линейных размеров объектов. Используется в лабораторной практике, в технике и машиностроении. На универсальном измерительном микроскопе проводятся измерения проекционным методом, а также методом осевого сечения. Универсальный измерительный микроскоп отличается простотой автоматизации благодаря своим конструктивным особенностям. Наиболее простым решением является установка квазиабсолютного датчика линейных перемещений, благодаря чему значительно упрощается процесс наиболее часто проводимых (на УИМ) измерений. Современное применение универсального измерительного микроскопа обязательно подразумевает наличие как минимум цифрового отсчетного устройства. Несмотря на появление новых прогрессивных средств измерения, универсальный измерительный микроскоп достаточно широко используется в измерительных лабораториях благодаря своей универсальности, простоте измерения, а также возможности легко автоматизировать процесс проведения измерения.
Электронный микроскоп позволяют получать изображение объектов с максимальным увеличением до 1000000 раз, благодаря использованию, в отличие от оптического микроскопа, вместо светового потока пучка электронов с энергиями 200 В ÷ 400 кэВ и более (например, просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения с ускоряющим напряжением 1 МВ). Разрешающая способность электронного микроскопа в 1000÷10000 раз превосходит разрешение светового микроскопа и для лучших современных приборов может быть меньше одного ангстрема. Для получения изображения электронный микроскоп использует специальные магнитные линзы, управляющие движением электронов в колонне прибора при помощи магнитного поля. Электронное изображение формируется электрическими и магнитными полями примерно так же, как световое - оптическими линзами.
Сканирующий зондовые микроскоп
это класс микроскопов для получения изображения поверхности и её локальных характеристик. Процесс построения изображения основан на сканировании поверхности зондом. В общем случае позволяет получить трёхмерное изображение поверхности (топографию) с высоким разрешением.
в современном виде изобретен Гердом Карлом Биннигом и Генрихом Рорером
в 1981 году. Отличительной СЗМ особенностью является наличие:
зонда,
системы перемещения зонда относительно образца по 2-м (X-Y) или 3-м (X-Y-Z) координатам,
регистрирующей системы.
Регистрирующая система фиксирует значение функции, зависящей от расстояния зонд-образец. Обычно регистрируемое значение обрабатывается системой отрицательной обратной связи, которая управляет положением образца или зонда по одной из координат (Z). В качестве системы обратной связи чаще всего используется ПИД-регулятор.
Основные типы сканирующих зондовых микроскопов :
Сканирующий атомно-силовой микроскоп
Сканирующий туннельный микроскоп
Ближнепольный оптический микроскоп
Рентгеновский микроскоп
- устройство для исследования очень малых объектов, размеры которых сопоставимы с длиной рентгеновской волны. Основан на использовании электромагнитного излучения с длиной волны от 0,01 до 1 нанометра.
по разрешающей способности находится между электронными и оптическими микроскопами. Теоретическая разрешающая способность
рентгеновского микроскопа
достигает 2-20 нанометров, что на порядок больше разрешающей способности оптического микроскопа (до 150 нанометров). В настоящее время существуют
рентгеновский микроскоп
с разрешающей способностью около 5 нанометров.
Рентгеновский микроскоп бывают:
Проекционный рентгеновский микроскоп.
ППроекционный рентгеновский микроскоп представляет собой камеру, в противоположных концах которой располагаются источник излучения и регистрирующее устройство. Для получения чёткого изображения необходимо, чтобы угловая апертура источника была как можно меньше.
В микроскопах такого типа до недавнего времени не использовались дополнительные оптические приборы. Основным способом получить максимальное увеличение является размещение объекта на минимально возможном расстоянии от источника рентгеновского излучения. Для этого фокус трубки располагается непосредственно на окне рентгеновской трубки либо на вершине иглы анода, помещенной вблизи окна трубки. В последнее время ведутся разработки микроскопов, использующих зонные пластинки Френеля для фокусировки изображения.
Такой микроскоп имеют разрешающую способность до 30 нанометров.
Отражательный рентгеновский микроскоп.
В микроскопе этого типа используются приёмы, позволяющие добиться максимального увеличения, благодаря чему линейное разрешение проекционного рентгеновского микроскопа достигает 0,1-0,5 мкм. В качестве линз в них используется система зеркал. Изображения, создаваемые отражательными рентгеновскими микроскопами даже при точном выполнении профиля их зеркал искажаются различными аберрациями оптических систем: астигматизм, кома.
Для фокусировки рентгеновского излучения применяются также изогнутые монокристаллы. Но при этом на качество изображения сказываются структурные несовершенства монокристаллов, а также конечная величина брэгговских углов дифракций.
Отражательный рентгеновский микроскоп не получил широкого распространения из-за технических сложностей
его изготовления и эксплуатации.
Дифференциальный интерференционно-контрастный микроскоп позволяет определить оптическую плотность исследуемого объекта на основе принципа интерференции и таким образом увидеть недоступные глазу детали. Относительно сложная оптическая система позволяет создать чёрно-белую картину образца на сером фоне. Это изображение подобно тому, которое можно получить с помощью фазово-контрастного микроскопа, но в нём отсутствует дифракционное гало.
В дифференциальном интерференционно-контрастном икроскопе поляризованный луч из источника света разделяется на два луча, которые проходят через образец разными оптическими путями. Длина этих оптических путей (т. е. произведение показателя преломления и геометрической длины пути) различна. Впоследствии эти лучи интерферируют при слиянии. Это позволяет создать объемное рельефное изображение, соответствующее изменению оптической плотности образца, акцентируя линии и границы. Эта картина не является точной топографической картиной.
МИКРОСКОП
оптический прибор с одной или несколькими линзами для получения увеличенных изображений объектов, не видимых невооруженным глазом. Микроскопы бывают простые и сложные. Простой микроскоп - это одна система линз. Простым микроскопом можно считать обычную лупу - плосковыпуклую линзу. Сложный микроскоп (который часто называют просто микроскопом) представляет собой комбинацию двух простых. Сложный микроскоп дает большее увеличение, чем простой, и обладает большей разрешающей способностью. Разрешающая способность - это возможность различения деталей образца. Увеличенное изображение, на котором неразличимы подробности, дает мало полезной информации. Сложный микроскоп имеет двухступенчатую схему. Одна система линз, называемая объективом, подводится близко к образцу; она создает увеличенное и разрешенное изображение объекта. Изображение далее увеличивается другой системой линз, называемой окуляром и помещающейся ближе к глазу наблюдателя. Эти две системы линз расположены на противоположных концах тубуса.
Работа с микроскопом.
На иллюстрации представлен типичный биологический микроскоп.
Штативная подставка выполняется в виде тяжелой отливки, обычно подковообразной формы. К ней на шарнире прикреплен тубусодержатель, несущий все остальные части микроскопа. Тубус, в который вмонтированы линзовые системы, позволяет перемещать их относительно образца для фокусировки. Объектив расположен на нижнем конце тубуса. Обычно микроскоп снабжен несколькими объективами разного увеличения на револьверной головке, которая позволяет устанавливать их в рабочее положение на оптической оси. Оператор, исследуя образец, начинает, как правило, с объектива, имеющего наименьшее увеличение и наиболее широкое поле зрения, находит детали, интересующие его, а затем рассматривает их, пользуясь объективом с большим увеличением. Окуляр вмонтирован в конец выдвижного держателя (который позволяет изменять длину тубуса, когда это необходимо). Весь тубус с объективом и окуляром можно передвигать вверх и вниз, наводя микроскоп на резкость. Образец обычно берется в виде очень тонкого прозрачного слоя или среза; его кладут на прямоугольную стеклянную пластинку, называемую предметным стеклом, и накрывают сверху более тонкой стеклянной пластинкой меньших размеров, называемой покровным стеклом. Образец часто окрашивают химическими веществами, чтобы увеличить контраст. Предметное стекло кладут на предметный столик так, чтобы образец находился над центральным отверстием столика. Столик обычно снабжается механизмом для плавного и точного перемещения образца в поле зрения. Под предметным столиком находится держатель третьей системы линз - конденсора, который концентрирует свет на образце. Конденсоров может быть несколько, и здесь же располагается ирисовая диафрагма для регулировки апертуры. Еще ниже расположено осветительное зеркало, устанавливаемое в универсальном шарнире, которое отбрасывает свет лампы на образец, за счет чего вся оптическая система микроскопа и создает видимое изображение. Окуляр можно заменить фотоприставкой, и тогда изображение будет формироваться на фотопленке. Многие исследовательские микроскопы оснащаются специальным осветителем, так что в осветительном зеркале нет необходимости.
Увеличение.
Увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива на увеличение окуляра. Для типичного исследовательского микроскопа увеличение окуляра равно 10, а увеличение объективов - 10, 45 и 100. Следовательно, увеличение такого микроскопа составляет от 100 до 1000. Увеличение некоторых микроскопов достигает 2000. Повышать увеличение еще больше не имеет смысла, так как разрешающая способность при этом не улучшается; наоборот, качество изображения ухудшается.
Теория.
Последовательную теорию микроскопа дал немецкий физик Эрнст Аббе в конце 19 в. Аббе установил, что разрешение (минимально возможное расстояние между двумя точками, которые видны по отдельности) определяется выражением
где R - разрешение в микрометрах (10-6 м), l - длина волны света (создаваемого осветителем), мкм, n - показатель преломления среды между образцом и объективом, а a - половина входного угла объектива (угла между крайними лучами конического светового пучка, входящего в объектив). Величину Аббе назвал числовой апертурой (она обозначается символом NA). Из приведенной формулы видно, что разрешаемые детали исследуемого объекта тем меньше, чем больше NA и чем меньше длина волны. Числовая апертура не только определяет разрешающую способность системы, но и характеризует светосилу объектива: интенсивность света, приходящаяся на единицу площади изображения, приблизительно равна квадрату NA. Для хорошего объектива величина NA составляет примерно 0,95. Микроскоп обычно рассчитывают так, чтобы его полное увеличение составляло ок. 1000 NA.
Объективы.
Существуют три основных типа объективов, различающихся степенью исправления оптических искажений - хроматических и сферических аберраций. Хроматические аберрации связаны с тем, что световые волны с разной длиной волны фокусируются в разных точках на оптической оси. В результате изображение оказывается окрашенным. Сферические аберрации обусловлены тем, что свет, проходящий через центр объектива, и свет, идущий через его периферийную часть, фокусируется в разных точках на оси. В результате изображение оказывается нечетким. Ахроматические объективы в настоящее время являются наиболее распространенными. В них хроматические аберрации подавляются благодаря применению стеклянных элементов с разной дисперсией, обеспечивающих схождение крайних лучей видимого спектра - синих и красных - в одном фокусе. Небольшая окрашенность изображения остается и проявляется иногда в виде слабых зеленых полос вокруг объекта. Сферическая аберрация может быть скорректирована только для одного цвета. Во флюоритовых объективах используются добавки к стеклу, улучшающие цветовую коррекцию до такой степени, что окрашенность изображения почти полностью устраняется. Апохроматические объективы - это объективы с самой сложной цветовой коррекцией. В них не только почти полностью устранены хроматические аберрации, но и коррекция сферических аберраций выполнена не для одного, а для двух цветов. Увеличение апохроматов для синего цвета несколько больше, чем для красного, и поэтому для них нужны специальные "компенсирующие" окуляры. Большинство объективов являются "сухими", т.е. они рассчитаны на работу в таких условиях, когда промежуток между объективом и образцом заполнен воздухом; величина NA для таких объективов не превышает 0,95. Если между объективом и образцом ввести жидкость (масло или, что бывает реже, воду), то получится "иммерсионный" объектив с величиной NA, достигающей 1,4, и с соответствующим улучшением разрешения. В настоящее время промышленность выпускает и различного рода специальные объективы. К ним относятся объективы с плоским полем для микрофотографирования, объективы без внутренних напряжений (релаксированные) для работы в поляризованном свете и объективы для исследования непрозрачных металлургических образцов, освещаемых сверху.
Конденсоры.
Конденсор формирует световой конус, направляемый на образец. Обычно в микроскопе предусматривается ирисовая диафрагма для согласования апертуры светового конуса с апертурой объектива, чем обеспечиваются максимальное разрешение и максимальный контраст изображения. (Контраст в микроскопии имеет столь же важное значение, как и в телевизионной технике.) Самый простой конденсор, вполне подходящий для большинства микроскопов общего назначения, - это двухлинзовый конденсор Аббе. Для объективов с большей апертурой, особенно иммерсионных масляных, нужны более сложные конденсоры с коррекцией. Масляные объективы с максимальной апертурой требуют специального конденсора, имеющего иммерсионный масляный контакт с нижней поверхностью предметного стекла, на котором лежит образец.
Специализированные микроскопы.
В связи с различными требованиями науки и техники были разработаны микроскопы многих специальных видов. Стереоскопический бинокулярный микроскоп, предназначенный для получения трехмерного изображения объекта, состоит из двух отдельных микроскопических систем. Прибор рассчитан на небольшое увеличение (до 100). Обычно применяется для сборки миниатюрных электронных компонентов, технического контроля, хирургических операций. Поляризационный микроскоп предназначен для исследования взаимодействия образцов с поляризованным светом. Поляризованный свет нередко позволяет выявлять структуру объектов, лежащую за пределами обычного оптического разрешения. Отражательный микроскоп снабжен вместо линз зеркалами, формирующими изображение. Поскольку изготовить зеркальный объектив затруднительно, полностью отражательных микроскопов очень мало, и зеркала в настоящее время применяются в основном лишь в приставках, например, для микрохирургии отдельных клеток. Люминесцентный микроскоп - с освещением образца ультрафиолетовым или синим светом. Образец, поглощая это излучение, испускает видимый свет люминесценции. Микроскопы такого типа применяются в биологии, а также в медицине - для диагностики (особенно рака). Темнопольный микроскоп позволяет обойти трудности, связанные с тем, что живые материалы прозрачны. Образец в нем рассматривается при столь "косом" освещении, что прямой свет не может попасть в объектив. Изображение формируется светом, дифрагированным на объекте, и в результате объект выглядит очень светлым на темном фоне (с очень большим контрастом). Фазово-контрастный микроскоп применяется для исследования прозрачных объектов, особенно живых клеток. Благодаря специальным устройствам часть света, проходящего через микроскоп, оказывается сдвинутой по фазе на половину длины волны относительно другой части, чем и обусловлен контраст на изображении. Интерференционный микроскоп - это дальнейшее развитие фазово-контрастного микроскопа. В нем интерферируют два световых луча, один из которых проходит сквозь образец, а другой отражается. При таком методе получаются окрашенные изображения, дающие очень ценную информацию при исследовании живого материала. См. также
ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП ;
ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ;
ОПТИКА .
ЛИТЕРАТУРА
Микроскопы. Л., 1969 Проектирование оптических систем. М., 1983 Иванова Т.А., Кирилловский В.К. Проектирование и контроль оптики микроскопов. М., 1984 Кулагин С.В., Гоменюк А.С. и др. Оптико-механические приборы. М., 1984
Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .
Синонимы :Смотреть что такое "МИКРОСКОП" в других словарях:
Микроскоп … Орфографический словарь-справочник
МИКРОСКОП - (от греч. mikros малый и skopeo смотрю), оптический инструмент для изучения малых предметов, недоступных непосредственному рассмотрению невооруженным глазом. Различают простой М., или лупу, и сложный М., или микроскоп в собственном смысле. Лупа… … Большая медицинская энциклопедия
микроскоп - а, м. microscope m.<гр. mikros малый + skopeo смотрю. Оптический прибор с системой сильно увеличивающих стекол для рассматривания предметов или частей их, не видимых вооруженным глазом. БАС 1. Микроскоп, мелкозор. 1790. Кург. // Мальцева 54.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
МИКРОСКОП (Microscopus), небольшое созвездие южного неба. Самая яркая его звезда имеет звездную величину 4,7. МИКРОСКОП, оптический прибор, позволяющий получить увеличенное изображение мелких предметов. Первый микроскоп был создан в 1668 г.… … Научно-технический энциклопедический словарь
- (греч., от mikros маленький, и skopeo смотрю). Физический снаряд для рассматривания самых малых предметов, которые представляются, при посредстве его, в увеличенном виде. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н.,… … Словарь иностранных слов русского языка
- (от микро... и...скоп) инструмент, позволяющий получать увеличенное изображение мелких объектов и их деталей, не видимых невооруженным глазом. Увеличение микроскопа, достигающее 1500 2000, ограничено дифракционными явлениями. Невооруженным… … Большой Энциклопедический словарь
Микротекстил, ортоскоп Словарь русских синонимов. микроскоп сущ., кол во синонимов: 11 биомикроскоп (1) … Словарь синонимов
МИКРОСКОП, а, муж. Увеличительный прибор для рассматривания предметов, неразличимых простым глазом. Оптический м. Электронный м. (дающий увеличенное изображение с помощью пучков электронов). Под микроскопом (в микроскоп) рассматривать что н. |… … Толковый словарь Ожегова
- (от греч. mikros малый и skopeo смотрю), оптич. прибор для получения сильно увеличенных изображений объектов (или деталей их структуры), не видимых невооружённым глазом. Различные типы М. предназначаются для обнаружения л изучения бактерий,… … Физическая энциклопедия
МИКРОСКОП, микроскопа, муж. (от греч. mikros маленький и skopeo смотрю) (физ.). Оптический прибор, с системой сильно увеличивающих стекол, для рассматривания предметов, которые не могут быть видимы невооруженным глазом. Толковый словарь Ушакова.… … Толковый словарь Ушакова
Оптический прибор для получения увеличенного изображения объектов, не различимых невооруженным глазом. В микробиол. используется световой и электронный М. Один из основных показателей М. – разрешение – возможность различать два соседних объекта… … Словарь микробиологии
На протяжении нескольких столетий этот оптический прибор являлся не только одним из двигателей научно-технического прогресса, но и воодушевлял исследователей на расширение границ собственного познания. Благодаря ему сделано множество величайших открытий, используемых в современной жизнедеятельности человека. Зачем нужен микроскоп - этот вопрос актуален и для молодого поколения, жаждущего знаний и не равнодушного к науке. Нет никаких сомнений, что самое интересное - еще впереди. Поэтому, если вас или ребенка посетила мысль о занятиях биологией - это уже хорошо, так как растет достойная смена, которая в будущем определит вектор развития цивилизации.
Да просто увидеть своими глазами, что рядом с нами тысячелетиями существует невидимый мир, который практически нереально уловить без увеличительных инструментов. Остановимся подробнее на основных преимуществах, ведь помимо микроорганизмов, клеток и бактерий, привычные вещи также обретают зрительно новую удивительную форму, стоит лишь посмотреть на них сквозь отверстие окуляра.
Наглядное обучающее пособие. Микроскопами оборудуются классы в общеобразовательных учреждениях, например, в школах, лицеях и ВУЗах. Министерство образования еще во времена СССР разработало методику, при которой ученик может лицезреть инфузорию туфельку, эвглену, амебу не только на картинке учебника, но и вживую. При этом информация лучше откладывается в голове, а ребятишки могут более осознано выбирать свою профессию.
Увлекательное хобби. Приобретая микроскоп для своего смышленого чада, родители иногда пожимают плечами - мол, зачем он ему нужен. Однако, как только письменный стол превращается в домашнюю лабораторию, во впечатляющие наблюдения втягиваются не только дети, но и мамы и папы. В итоге это может превратиться в яркое семейное увлечение! Рассматривать можно абсолютно все - не только микроскопические организмы и их на первый взгляд забавную суетливую деятельность в обычной капле воды, но и все, что попадается под руку - монеты, ткани, бумажные изделия и пластик, камушки, песок, соль и сахар. Если фантазии и жажда узнать что-то новенькое не иссякают - то вопрос «что еще увеличить» отпадет сам собой.
Проверка продуктов питания на качество. Действительно, сегодня сформировалась целая прослойка граждан, желающих вести здоровый образ жизни. И микроскоп тут пригодится как нельзя кстати. Смотрите на мясо, молоко, хлеб, муку, злаки в общем на все, что потребляется в пищу. И на основе увиденного можно делать выводы - пригодно это для еды или надо подкорректировать рацион.
Творческий процесс. В век компьютерных технологий микроскопия также не осталась в стороне. С помощью специальных камер можно снимать фотографии и видео увеличенных предметов! А если полученные результаты исследований в виде файлов выкладывать на соответствующих Интернет-ресурсах или в социальных сетях, то в скором времени у биолога-новичка появится круг поклонников его необычного творчества. А как насчет ювелирного дела и создания украшений с изящным маленьким узором? Это тоже реально, правда для этого понадобится инструментальная модель.
