Микроскоп сообщение. Что такое микроскоп? Значение и толкование слова mikroskop, определение термина

12.08.2017 10:20 5488

Что такое микроскоп и зачем он нужен? Микроскоп – это прибор который увеличивает изображения предметов с помощью линз. Первые сведения о микроскопе известны ещё в 16 веке, когда мастера по изготовлению очков из Голландии придумали наряду с телескопом новое устройство, способное увеличивать предметы благодаря двум линзам.

Со временем микроскопы постоянно усовершенствовались. Появилось более мощное увеличение, позволяющее разглядеть мельчайшие вещи, которые нельзя увидеть невооружённым глазом. Кроме обычных оптических микроскопов на принципе увеличения линз, существуют электронные микроскопы. Их изобрели в 20 веке. Вместо светового потока на объект изучения направляется пучок электронов, которые фокусируются и при помощи специальной магнитной линзы выдают изображение. Электронный микроскоп мощнее оптического, поскольку может больше увеличивать изображение объекта.

Микроскоп нужен для изучения мельчайших деталей, фрагментов тел человека и животных, которые сложно увидеть невооружённым глазом. Микроскопом пользуются врачи, изучая образцы ДНК и анализы крови. Учёные из разных сфер науки, проводят опыты и делают новые открытия. Инженеры проверяют с помощью микроскопа качество деталей на наличие в них дефекта.

Школьники и студенты пользуются микроскопами на уроках биологии, химии и физики. Интересно рассматривать при микроскопом поверхности некоторых предметов, а также насекомых, например муху или муравья. При большом увеличении можно хорошо разглядеть их глаза, челюсти и лапки.

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.

Из истории микроскопа

В рассказе Василия Шукшина «Микроскоп» деревенский столяр Андрей Ерин купил на «заныканую» от жены зарплату мечту всей своей жизни – микроскоп – и поставил своей целью найти способ извести на земле всех микробов, поскольку искренне считал, что, не будь их, человек мог бы жить более ста пятидесяти лет. И только досадное недоразумение помешало ему в этом благородном деле. Для людей многих профессий микроскоп - это необходимое оборудование, без которого выполнение многих исследований и технологических операций просто невозможно. Ну а в «домашних» условиях этот оптический прибор позволяет всем желающим расширить границы своих возможностей, заглянув в «микрокосмос» и исследовав его обитателей.

Первый микроскоп был сконструирован отнюдь не профессиональным ученым, а «любителем», торговцем мануфактурой Антони Ван Левенгуком, жившим в Голландии в XVII веке. Именно этот пытливый самоучка первым взглянул через сделанный им самим прибор на капельку воды и увидел тысячи мельчайших существ, названных им латинским словом animalculus («маленькие звери»). За свою жизнь Левенгук успел описать более двухсот видов «зверушек», а изучая тонкие срезы мяса, фруктов и овощей, он открыл клеточную структуру живой ткани. За заслуги перед наукой Левенгук в 1680 году был избран действительным членом Королевского общества, а чуть позже стал академиком и Французской Академии наук.

Микроскопы Левенгука, которых за свою жизнь он собственноручно изготовил более трех сотен, представляли собой небольшую, величиной с горошину, сферическую линзу, вставленную в оправу. Микроскопы имели предметный столик, положение которого относительно линзы можно было настраивать с помощью винта, а вот подставки или штатива у этих оптических приборов не было – их нужно было держать в руках. С точки зрения сегодняшней оптики, прибор, который называется «микроскопом Левенгука», является не микроскопом, а очень сильной лупой, поскольку его оптическая часть состоит только из одной линзы.

С течением времени устройство микроскопа заметно эволюционировало, появились микроскопы нового типа, были усовершенствованы методы исследования. Однако работа с любительским микроскопом и по сей день сулит немало интересных открытий и взрослым, и детям.

Устройство микроскопа

Микроскоп – это оптический прибор, предназначенный для исследования увеличенных изображений микрообъектов, которые невидны невооруженным глазом.

Основными частями светового микроскопа (рис. 1) являются объектив и окуляр, заключенные в цилиндрический корпус – тубус. Большинство моделей, предназначенных для биологических исследований, имеют в комплекте три объектива с разными фокусными расстояниями и поворотный механизм, предназначенный для их быстрой смены – турель, часто называемую револьверной головкой. Тубус располагается на верхней части массивного штатива, включающего тубусодержатель. Чуть ниже объектива (или турели с несколькими объективами) находится предметный столик, на который устанавливаются предметные стекла с исследуемыми образцами. Резкость регулируется с помощью винта грубой и точной настройки, который позволяет изменять положение предметного столика относительно объектива.

Для того чтобы исследуемый образец имел достаточную для комфортного наблюдения яркость, микроскопы снабжаются еще двумя оптическими блоками (рис. 2) – осветителем и конденсором. Осветитель создает поток света, освещающий исследуемый препарат. В классических световых микроскопах конструкция осветителя (встроенного или внешнего) предполагает низковольтную лампу с толстой нитью накала, собирающую линзу и диафрагму, изменяющую диаметр светового пятна на образце. Конденсор, представляющий собой собирающую линзу, предназначен для фокусировки лучей осветителя на образце. Конденсор также имеет ирисовую диафрагму (полевую и апертурную), с помощью которой регулируется интенсивность освещения.

При работе с пропускающими свет объектами (жидкостями, тонкими срезами растений и т. п.), их освещают проходящим светом – осветитель и конденсор располагаются под предметным столиком. Непрозрачные же образцы нужно освещать спереди. Для этого осветитель располагают над предметным столиком, и его лучи с помощью полупрозрачного зеркала направляются на объект через объектив.

Осветитель может быть пассивным, активным (лампа) или состоять из обоих элементов. Самые простые микроскопы не имеют ламп для подсветки образцов. Под столиком у них располагается двустороннее зеркало, у которого одна сторона плоская, а другая – вогнутая. При дневном освещении, если микроскоп стоит у окна, получить довольно неплохое освещение можно при помощи вогнутого зеркала. Если же микроскоп находится в темном помещении, для подсветки используются плоское зеркало и внешний осветитель.

Увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива и окуляра. При увеличении окуляра равном 10 и увеличении объектива равном 40 общий коэффициент увеличения равен 400. Обычно в комплект исследовательского микроскопа входят объективы с увеличением от 4 до 100. Типичный комплект объективов микроскопа для любительских и учебных исследований (х 4, х10 и х 40), обеспечивает увеличение от 40 до 400.

Разрешающая способность – другая важнейшая характеристика микроскопа, определяющая его качество и четкость формируемого им изображения. Чем больше разрешающая способность, тем больше мелких деталей можно рассмотреть при сильном увеличении. В связи с разрешающей способностью говорят о «полезном» и «бесполезном» увеличении. «Полезным» называется предельное увеличение, при котором обеспечивается максимальная деталировка изображения. Дальнейшее увеличение («бесполезное») не поддерживается разрешающей способностью микроскопа и не выявляет новых деталей, зато может негативно повлиять на четкость и контраст изображения. Таким образом, предел полезного увеличения светового микроскопа ограничивается не общим коэффициентом увеличения объектива и окуляра - его при желании можно сделать сколь угодно большим, - а качеством оптических компонентов микроскопа, то есть, разрешающей способностью.

Микроскоп включает в себя три основные функциональные части:

1. Осветительная часть
Предназначена для создания светового потока, который позволяет осветить объект таким образом, чтобы последующие части микроскопа предельно точно выполняли свои функции. Осветительная часть микроскопа проходящего света расположена за объектом под объективом в прямых микроскопах и перед объектом над объективом в инвертированных.
Осветительная часть включает источник света (лампа и электрический блок питания) и оптико-механическую систему (коллектор, конденсор, полевая и апертурная регулируемые/ирисовые диафрагмы).

2. Воспроизводящая часть
Предназначена для воспроизведения объекта в плоскости изображения с требуемым для исследования качеством изображения и увеличения (т.е. для построения такого изображения, которое как можно точнее и во всех деталях воспроизводило бы объект с соответствующим оптике микроскопа разрешением, увеличением, контрастом и цветопередачей).
Воспроизводящая часть обеспечивает первую ступень увеличения и расположена после объекта до плоскости изображения микроскопа. Воспроизводящая часть включает объектив и промежуточную оптическую систему.
Современные микроскопы последнего поколения базируются на оптических системах объективов, скорректированных на бесконечность.
Это требует дополнительно применения так называемых тубусных систем, которые параллельные пучки света, выходящие из объектива, «собирают» в плоскости изображения микроскопа.

3. Визуализирующая часть
Предназначена для получения реального изображения объекта на сетчатке глаза, фотопленке или пластинке, на экране телевизионного или компьютерного монитора с дополнительным увеличением (вторая ступень увеличения).

Визуализирующая часть расположена между плоскостью изображения объектива и глазами наблюдателя (камерой, фотокамерой).
Визуализирующая часть включает монокулярную, бинокулярную или тринокулярную визуальную насадку с наблюдательной системой (окулярами, которые работают как лупа).
Кроме того, к этой части относятся системы дополнительного увеличения (системы оптовара/смены увеличения); проекционные насадки, в том числе дискуссионные для двух и более наблюдателей; рисовальные аппараты; системы анализа и документирования изображения с соответствующими согласующими элементами (фотоканал).

Основные методы работы с микроскопом

Метод светлого поля в проходящем свете. Подходит для изучения прозрачных объектов с неоднородными включениями (тонкие срезы растительных и животных тканей, простейшие микроорганизмы в жидкостях, тонкие полированные пластинки некоторых минералов). Осветитель и конденсор располагаются ниже предметного столика. Изображение формирует свет, проходящий через прозрачную среду и поглощаемый более плотными включениями. Для повышения контраста изображения часто используются красители, концентрация которых тем больше, чем больше плотность участка образца.

Метод светлого поля в отраженном свете. Используется для изучения непрозрачных объектов (металлов, руд, минералов), а также объектов, из которых невозможно или нежелательно брать образцы для приготовления полупрозрачных микропрепаратов (ювелирных изделий, произведений искусства и пр.) Освещение поступает сверху, обычно через объектив, который в данном случае играет также роль конденсора.

Метод косого освещения и метод темного поля.Методы для исследования образцов с очень низким контрастом, например, практически прозрачных живых клеток. Проходящий свет подают на образец не снизу, а немного сбоку, благодаря чему становятся заметны тени, которые образуют плотные включения (метод косого освещения). Сместив конденсор таким образом, что его прямой свет вообще не будет попадать на объектив (образец при этом освещается только косыми лучами на просвет), в окуляре микроскопа можно наблюдать белый объект на черном фоне (метод темного поля). Оба метода подходят только для микроскопов, конструкция которых допускает перемещение конденсора относительно оптической оси микроскопа.

Виды современных микроскопов

Помимо световых микроскопов, существуют также электронные и атомные, которые в основном используются для научных исследований. Обычный просвечивающий электронный микроскоп похож на световой, за тем исключением, что объект облучается не световым потоком, а пучком электронов, генерируемым специальным электронным прожектором. Полученное изображение проецируется на люминесцентный экран с помощью системы линз. Увеличение просвечивающего электронного микроскопа может достигать миллиона, однако, для атомно-силовых микроскопов и это не предел. Именно атомным микроскопам, способным вести исследования на молекулярном и даже атомном уровне, мы обязаны многим последним достижениям в областях генной инженерии, медицины, физики твердого тела, биологии и других наук.

Световые микроскопы тоже бывают разными и могут классифицироваться по нескольким признакам, например, количеству оптических блоков (монокулярные/бинокулярные или стерео) или типу освещения (поляризационные и люминесцентные, интерференционные и фазо-контрастные). Для любительской практики подойдет простой монокулярный световой микроскоп с максимальным увеличением 400х. Более сложные аппараты отличаются друг от друга конструкцией осветителя и конденсора, являются специальными и используются в узких областях науки. В особый вид выделяются стереомикроскопы, которые необходимы при проведении микрохирургических операций и производстве микроэлектронных компонентов, а также незаменимы в генной инженерии.

Изготовлением оптических приборов И. П. Кулибин занимался еще в Нижнем Новгороде до отъезда в 1769 г. в Петербург. Там он в 1764-1766 гг. самостоятельно сконструировал зеркальный телескоп системы Грегори, микроскоп и электрическую машину по образцам английских инструментов, привезенным в Нижний Новгород купцом Извольским. Сам Кулибин так писал об этой работе: "Потом стал искать разными опытами, как полировать стекла зрительных труб, которым сделал особливую махину и чрез то сыскал оным полировку. По сем изобретении сделал две трубки зрительные длиною по три аршина, да один посредственный, собранный из пяти стекол, микроскоп... По случаю получил я для рассмотрения телескоп с метальными зеркалами аглийския работы, который разобрав, как в стеклах, так и в зеркалах стал искать к солнцу зажигательные точки и снимать отдаленную от тех зеркал и стекол до зажигательных точек.меру, по которым бы можно было познать, каковые и вогнустию и выпуслостию для стекол и зеркал потребно будет сделать медные формы для точения на песке зеркал и стекол оных и со всего того телескопа сделал рисунок... Потом стал делать опыты, как бы против того составить и металл в пропорцию; а когда твердостию и белостию стал у меня выходить на оных сходственен, то из того по образцу налил я зеркал, стал их точить на песке на реченных и уже сделанных выпуклистых формах, и над теми точеными зеркалами начал делать опыты, каким бы мне способом найти, им такую ж чистую полировку, в чем и продолжалось немалое время. Наконец выпробовал одно зеркало в полировке на медной форме, натирая оную со жженым оловом и деревянным маслом. И так с тем опытом из многих сделанных зеркал вышло одно большое зеркало и другое противное малое в пропорцию..." . Из приведенного выше отрывка автобиографии Кулибина видно, что он своим пытливым умом сумел дойти до определения фокусных расстояний линз и зеркал, раскрыть секрет сплава для изготовления металлического зеркала, придумать и построить станок для шлифовки и полировки линз и зеркал. Кулибин изготовил в Нижнем Новгороде один микроскоп и два телескопа, из которых "видна была Балахна весьма близко, хотя и с темнотою, но чисто" . Если при этом учесть, что промышленный город Балахна находился в 32 км от Нижнего Новгорода, то увеличение телескопов Кулибина было весьма большим. Один из биографов Кулибина, профессор А. Ершов, в середине XIX в. писал, что "Одних этих изобретений было бы достаточно для увековечения имени славного механика. Мы говорим изобретений, потому, что обтачивать стекла, делать металлические зеркала и чудные механизмы в Нижнем Новгороде без всякого пособия и образца, - это значит изобретать способы для этих построений". В 1768 г. Нижний Новгород посетила Екатерина II; ей были "представлены" инструменты Кулибина, произведшие, по всей вероятности, на нее положительное впечатление, так как. в следующем 1769 г. она пожелала увидеть их вторично, но уже в Петербурге. К великому сожалению эти оптические инструменты не сохранились, хотя в составленном Кулибиным "реестре его изобретений" имеется запись, что они "ныне хранятся в Кунсткамере Академии Наук, о чем опубликовано было в Академических ведомостях, особым прибавлением 1769г." По распоряжению Екатерины II И. П. Кулибин был принят на службу в Академию Наук в качестве механика и руководителя академическими мастерскими. В соответствии с "Кондициями, на которых нижегородский посадский Иван Кулибин вступает в академическую службу" в его обязанности входило: "1-е, иметь главное смотрение над инструмент альною, слесарною, токарною, столярною и над тою палатою, где делаются оптические инструменты, термометры и барометры, чтоб все работы о успехом и порядочно производимы были, оставя непосредственное смотрение над инструментальною палатою елеву Кесареву... 2-е, делать не скрытное показание академическим художникам во всем том, в чем он сам искусен. 3-е, чистить и дочинивать астрономические и другие при Академии находящиеся часы, телескопы, зрительные трубы и другие, особливо физические инструменты..." . Эти кондиции были подписаны Кулибиным 2 января 1770 г., начал же он работать в Академии еще в 1769 г. и оставался на этой службе более тридцати лет. В личных и служебных документах Кулибина за 1770- 1777 гг. имеется большое количество "Рапортов в Академическую комиссию" об изготовлении и ремонте телескопов (в основном зеркальных - по схеме Грегори), микроскопов, астролябий. В "Реестре разных механических, физических и оптических изобретений Санкт-Петербургской имп. Академии Наук механика Ивана Петровича Кулибина" имеется запись: "Между тем сделано и исправлено мною при Академии Наук и присылаемых для императорских дворцов разных оптических инструментов, как то: грегорианских и ахроматических телескопов, каковых находящиеся при Академии мастера не исправляли..." . Уже в первые месяцы своей работы в Академии Наук Кулибин успешно справляется с изготовлением опытного образца двухфутового телескопа и ремонтом грегорианского телескопа, о чем свидетельствует отзыв о нем академика С. Я. Ру-мовского. Кулибин блестяще разбирается во всех тонкостях конструирования оптических инструментов. В своей заметке "К следующему чертежу оглазные стекла искать..." он сообщает о методе нахождения фокуса сферического зеркала для определения местоположения окуляра и приводит при этом рисунок сопровождаемый следующим текстом: "... Трубку же со оглазными стеклами можно доводить до самого фокуса, преломленного от малого плоского приземного зеркала, которую трубку дияметром больше не делать внутренних слепых а и б рысей, чтобы не загораживала преломлению в падающих во обеих зеркалах около центров лучам" . Конструкторский талант Кулибина проявляется и в его заметке "О тубусе или гершелевом телескопе": "Большое зеркало устанавливать так: вставить в конец отверстия тот кружок со стеблем, в который привинчивается приземное зеркало в самом грубы центре, и на том месте, где во время смотрения приводится, а потом, вставя большое зеркало, смотреть чрез край помянутого приземного кружка сверху на исподний край большого зеркала в четырех местах крестообразно, а потом и на осьмых долях приведя так, чтобы внутренности трубы везде казались равны. Потом, привинтя приземное зеркало, вставя оглазных стекол фундаментальную трубку, в нее вставя кружок о центровой скважинкой, установить преспект трубы около приземного зеркала во все стороны равно" . Представление о характере работы И. П. Кулибина в Академических мастерских дает также "Опись сделанным вещам и инструментам в инструментальной палате в хранении", приложенная к личному делу его преемника механика Академии П. Кесарева, в которой перечисляются "грегорианский телескоп 14-ти дюймового фокуса", "сделанный для опыту по наставлению покойного профессора Д. Эйлера сложный прозрачный микроскоп..." и т. д. . С целью повысить качество изготовляемых оптической мастерской инструментов Кулибин предпринял в 1771 г. изготовление новых шлифовальных форм, так как старые формы, как он писал, "все источены и ни одной пары верной не имеется". Он сообщил Академической комиссии, ведавшей делами мастерских, что намерен изготовить "для точения и полирования стекол и метальных зеркал несколько пар форм разной величины, набирая от линии до дюйма" от дюйма до фута, от фута до несколько футов, прибавляя по нескольку одна другой больше, чрез которыя можно было бы делать микроскопы солнечный и сложныя разных пропорций, зритель-ныя трубы, разной величины телескопы и протчия зрительныя стекла разных фокусов" . 30 августа 1796 г. Кулибин пишет заметку "О делании первой машины для стекол" с поддетой "Прочесть обстоятельнее" , в которой сообщает о своем проекте постройки станка для шлифовки и полировки зеркал и возможности его использования для изготовления стеклянных объектовов. В сохранившихся чертежах Кулибина имеется несколько рисунков, сконструированных им станков для шлифовки и полировки линз. В своей заметке "О шлифовке и полировке криволинейного зеркала" Кулибин дает описание методов шлифовки зеркал при помощи наждака и полировальника из красной меди: "Когда на показанном шпиле выточено будет по лекалу зеркало, тогда шлифовать его прямолинейным движением наждаком, насыпая на частицы красной меди вставленные в рукоятку полира и приноровленные на таком же вертолуге или на подобном тому, как описано выше, а частицы со-шлифовывать в центре такой штуки, которая бы была точно согласна с конкавом того зеркала. Примером палагая быть зеркалу в дияметре 6 дюймов, а сию из красной меди частицу сделать во один только дюйм или и меньше, а больше не делать, для того что в центре зеркало круче, а когда края у полирной штучки будут на центре зеркальном, то уже плотно не прижмется, для чего должно быть из красной меди штукам еще менее дюйма диаметром, а как сошлифовано будет очень чисто и верно, то, на такие медные частицы наклея гарнусом тафту, полировать с цинажем" .

Иван Петрович Кулибин (1735-1818) Станок для шлифовки и полировки оптических линз. Собственноручный рисунок И.П.Кулибина

В "Мнении о криволинейных зеркалах" Кулибин приводит сравнение относительной сложности обработки сферических и асферических зеркал. Он подробно рассматривает процесс изготовления вогнутого зеркала начиная от заготовки диска до полировки включительно. Рецептура сплавов для изготовления металлических зеркал, способы варки и рецептура флинтового стекла привлекали внимание Кули-бина. В своей работе изобретатель опирается на опыт и традиции, накопленные сотрудниками старейшей академической мастерской (оптическая мастерская была основана в 1726 г.), где со времени Ломоносова было налажено производство многих оптических инструментов и где работали опытнейшие и искуснейшие оптики-механики, например семья Беляевых. Совместно с И. И. Беляевым И. П.Кулибин поднял работу оптической мастерской на большую высоту. Количество и качество выпускавшихся ею оптических инструментов значительно повысилось, В оптическую мастерскую стали обращаться с заказами на линзы и оптические инструменты не только академики и профессора самой Академии Наук, но и посторонние лица. Большой интерес представляют чертежи Кулибина. На одном из его рисунков приведен чертеж Кулибина с изображением оптических схем микроскопа, полемоскопа и зрительной трубы. Здесь особенно интересен второй чертеж, представляющий собой схему пятилинзового микроскопа с двояко-вогнутой линзой, помещенной между коллективом и друхлинзовым окуляром. Такая линза должна несколько увеличивать изображение без отодвигания окуляра от объектива, т.е. делать излишним удлинение тубуса микроскопа, если ее поместить непосредственно между объективом и окуляром, Кулибин, однако, "преследовал другую цель: компенсировать то уменьшение изображения, которое вызывается коллективом. Если это так, то это представляет собой его оригинальную идею. Объектив этого микроскопа Кулибина плосковыпуклый, причем он повернут плоской стороной к объекту. Мы уже видели, что Кёфф впервые применил подобный объектив в своем микроскопе. На полезность этого приема указывал позже Эйлер. Вполне вероятно, что Кулибин самостоятельно пришел к этой идее, которая впоследствии, начиная с 20-30-х годов XIX в., получила широкое распространение в ахроматических микроскопах" . Кулибин был не только великолепным конструктором оптических инструментов, но и хорошо разбирался в их теории. В "Мнении о сферических зеркалах", Кулибин писал: "1-е. Сферические зеркала, имея длинные радиусы и фокусы в рассуждении преломляющихся лучей, по малости дияметра зеркального и по длине фокуса во одной точке лучи собрать не могут, ибо в зеркале хотя на один волос в краю его будет крутости сферической, то в фокусе выйдет фальши столько больше, во сколько раз длиннее фокус и полудияметра зеркального... 2-е. По такой длине как от большого зеркала, так и малого приземного, параллельности или фокусы верно во один пункт установить трудно" . Таким образом, Кулибин имел четкие представления о сферической аберрации вогнутого сферического зеркала. В своем "Мнении о криволинейных зеркалах" он предлагает уменьшить величину сферической аберрации вогнутого зеркала за счет придания этому зеркалу асферической формы, благодаря которой "... параллельность между большим и малым зеркалом сыскать легче, также и пункты фокусов на одной линее сойдутся удобнее" В заметке "О объективном стекле" Кулибин проводит сравнение оптических свойств трехлинзового объектива телескопа о металлическим вогнутым зеркалом. При этом на полях рукописи им делается помета: "Рассмотреть и сие попорядочнее" . Этот замысел он осуществляет в своей заметке от 3 сентября 1796 г. "О поощрении к делу стекла: "В сравнении ахроматических телескопов, у коих объективное стекло собрано из 3-х стекол, следственно должно вышлифовать и выполировать 6 сторон у стекол, то как бы верно ни вычисленно было, однако в таком множестве должно быть втрое более погрешности в полировке, нежели в одном стекле. На первый же случай у криволинейного хотя и будет от неверности линии и полировки погрешности втрое более одного ахроматического стекла, то и тем может с трех стекольным объективом ахроматического телескопа сравняться. Того же 3-го сентября 1796-го года" . Во время своей работы в Петербургской Академии Наук Кулибин накопил большой опыт в проектировании и технике изготовления самых различных оптических приборов. В конце 70-х годов XVIII в. им было создан фонарь с зеркальным отражателем, явившийся предшественником современного прожектора. Кулибин довел разработку своего проекта до конца: он не только создал несколько проектов фонарей для различных применений (уличного освещения, освещения дворцов, фонарей для маяков, экипажей, промышленных предприятий и т. д.), но и детально разработал технологию их изготовления. При этом изобретатель конструировал и различные приспособления и станки, необходимые для изготовления фонарей. Огромное значение в развитии работ Кулибина в области конструирования различных оптических инструментов сыграло то обстоятельство, что он работал в Академии в тот период, когда здесь успешно развивались исследования по технической оптике. В период с 1768 по 1771 гг. Л. Эйлером были написаны и опубликованы "Письма к немецкой принцессе..." и фундаментальная трехтомная диоптрика , содержащая основы теории и расчета сложных ахроматических объективов телескопов и микроскопов. Под непосредственным руководством Кулибина в оптической и инструментальных мастерских Петербургской Академии Наук происходило конструирование первого в Мире русского ахроматического микроскопа по указаниям Л. Эйлера и Н. Фусса . Вызывает, однако, удивление одно обстоятельство: в печати не появилось ни одного сообщения о новом микроскопе. Вероятно это было связано с тем, что этот инструмент получился не совсем удачным. Причина неудачи по-видимому состояла в исключительной трудности изготовления ахроматического трехлинзового объектива микроскопа. Каждая из линз этого объектива должна была быть диаметром около 3,5 мм (1/7 дюйма) и с радиусами кривизны, рассчитанными до тысячных долей дюйма. При этом общая толщина объектива должна была составлять около 1,4 мм, а промежутки между линзами - около 0,4 мм. Переводчик книги Н. Фусса на немецкий язык Г. С. Клюгель в 1778 г. писал, что "Столь тонкие линзы, какие здесь требуются, вряд ли могли быть изготовлены даже самым искусным мастером" . Действительно, при том уровне оптической технологии, который был в 70-х годах XVIII в., осуществить в точности ахроматический микроскоп Эйлера-Фусса было невероятно трудно, практически невозможно. В 1784 г., уже после смерти Эйлера, в Петербурге академиком Ф. Т. У. Эпину-сом был расчитан и изготовлен первый в мире ахроматический микроскоп . в Западной Европе первые ахроматические микроскопы появились лишь в 1807 г. В заключение необходимо отметить, что деятельность Кулибина в области инструментальной оптики всегда отвечала первоочередным задачам развития русской науки и техники и внесла достойный вклад в сокровищницу мировой культуры, в дело развития методов обработки и шлифовки линз. Литература 1. Рукописные материалы И. П. Кулибина в Архиве АН СССР. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1953. 2. Архив РАН, ф. 296, ол. 1, № 515, ил. 1-12; № 512, ил. 1-2; № 511, ил. 1-1 об. 3. Труды Ин-та истории естествознания АН СССР. Т. 1. М.-Л., 1947. 4. Архив РАН, ф. 296, ол. 1, № 517, ил. 1-1 об. 5. Ейлер Л . Письма... писанные к некоторой немецкой принцессе. Ч. I. СПб., 1768; ч. II, 1772, ч. 3, 1774. 6. Euler L . Dioptrica. S. Pet, 1769-1771. 7. Гуриков В. А. История прикладной оптики. М.: Наука, 1993. 8. Гуриков В. А . Первый ахроматический микроскоп. Природа. 1981. № 6.

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.

В статье рассказывается о том, что такое микроскоп, для чего он нужен, какие виды бывают и история его создания.

Древние времена

В истории человечества всегда находились те, кого не устраивало библейское описание устройства мира, кто хотел сам понять природу вещей и их суть. Или же кого не прельщала судьба обычного крестьянина или рыбака, как того же Ломоносова.

Наиболее широкое распространение различные дисциплины получили в Эпоху Ренессанса, когда люди стали осознавать важность значения исследования окружающего мира и прочих вещей. Особенно в этом им помогали различные оптические устройства, — телескопы и микроскопы. Так что такое микроскоп? Кто его создал и где этот прибор применяется в наше время?

Определение

Для начала, разберем само официальное определение. Согласно ему, микроскоп — это устройство для получения увеличенных изображений или их структуры. От того же телескопа он отличается тем, что нужен для изучения мелких и ближних объектов, а не космических далей. Доподлинно имя автора этого изобретения не известно, но в истории сохранились упоминания о нескольких людях, которые первыми его использовали и конструировали. Согласно им, в 1590 году некий голландец по имени Иоанн Липперсгей представил широкой общественности свое изобретение. Его авторство также приписывают и Захарию Янсену. А в 1624 году всем известный Галилео Галилей также сконструировал подобный прибор.

С тем, что такое микроскоп, разобрались, но как он повлиял на науку? Почти так же, как и его «родственник» телескоп. Пусть и примитивное, но это устройство позволило преодолеть несовершенство человеческого глаза и заглянуть в микромир. С помощью него позже было совершено множество открытий в области биологии, энтомологии, ботаники и прочих наук.

Что такое микроскоп, теперь понятно, но где они еще применяются?

Наука

Биология, физика, химия — все эти области науки порой требуют заглянуть в саму суть вещей, которую наш глаз или же простое увеличительное стекло рассмотреть не могут. Сложно представить современную медицину без этих приборов: с их помощью совершаются открытия, определяются виды болезней, заражений, а недавно даже удалось «сфотографировать» цепочку ДНК человека.

В физике все несколько иначе, особенно в тех ее областях, которые работают над изучением элементарных частиц и прочих мелких объектов. Там микроскоп лабораторный несколько отличается от привычных, и обычные помогают мало, им на смену давно пришли электронные и новейшие зондирующие. Последние позволяют не то что получать впечатляющее увеличение, но и даже регистрировать отдельные атомы и молекулы.

Сюда же можно отнести и криминалистику, которой эти приборы нужны для определения улик, детального сравнения отпечатков пальцев и прочего.

Не обходятся без микроскопов и исследователи древнего мира, такие как палеонтологи и археологи. Им они нужны для детального изучения останков растений, костей животных с людьми и рукотворных изделий минувших эпох. И кстати, мощный микроскоп лабораторный можно свободно купить для собственного использования. Правда, не всем они по карману. Подробнее разберем виды этих устройств.

Виды

Первый, основной и самый древний — это оптический световой. Подобные приборы до сих пор есть в любой школе в классе биологии. Он представляет собой набор линз с регулируемым расстоянием и зеркало для подсветки объекта. Иногда его заменяет независимый источник света. Суть микроскопа такого в том, чтобы изменять длину волн видимого оптического спектра.

Второй — это электронный. Устроен он гораздо сложнее. Если говорить простым языком, то длина волны видимого света составляет 390 до 750 нм. И если объект, к примеру, —клетка вируса или иного живого организма меньше, то свет просто будет как бы огибать его, не сможет нормально отразиться. А подобное устройство обходит такие ограничения: магнитным полем оно делает волны света «тоньше», из-за чего можно рассмотреть самые крошечные объекты. Особенно актуально это в такой науке, как биология. Микроскоп подобного рода намного превосходит оптические световые.

И третий — это зондирующий тип. Если говорить упрощенно, то это устройство, в котором поверхность того или иного образца «прощупывается» зондом и на основе его движений и колебаний составляется трехмерное или растровое изображение.