Микроскопът е оптично устройство, което ви позволява да получавате увеличени изображения на малки обекти или техните детайли, които не могат да се видят с просто око.

Буквално думата „микроскоп“ означава „да наблюдаваш нещо малко“ (от гръцки „малък“ и „гледам“).

Човешко око, като всяко друго оптична система, характеризиращ се с определена резолюция. Това е най-малкото разстояние между две точки или линии, когато те все още не се сливат, а се възприемат отделно една от друга. При нормално зрение на разстояние 250 мм разделителната способност е 0,176 мм. Следователно нашето око вече не е в състояние да различи всички обекти, чийто размер е по-малък от тази стойност. Не можем да видим растителни и животински клетки, различни микроорганизми и пр. Но това може да стане с помощта на специални оптични инструменти - микроскопи.

Как работи микроскопът?

Класическият микроскоп се състои от три основни части: оптична, осветителна и механична. Оптичната част се състои от окуляри и лещи, осветителната част включва източници на светлина, кондензатор и диафрагма. Механичната част обикновено включва всички останали елементи: статив, въртящо се устройство, сцена, система за фокусиране и много други. Всичко заедно ни позволява да провеждаме изследвания в микросвета.

Какво е „микроскопска диафрагма“: нека поговорим за осветителната система

За наблюдения на микросвета добро осветлениее също толкова важно, колкото и качеството на оптиката на микроскопа. Светодиоди, халогенни лампи, огледало - различни източници на светлина могат да се използват за микроскоп. Всеки има своите плюсове и минуси. Подсветката може да бъде горна, долна или комбинирана. Местоположението му влияе върху това кои микроскопични проби могат да бъдат изследвани с помощта на микроскоп (прозрачен, полупрозрачен или непрозрачен).

Под стола, върху който се поставя пробата за изследване, има диафрагма на микроскоп. Може да бъде диск или ирис. Диафрагмата е предназначена за регулиране на интензитета на осветяване: тя може да се използва за регулиране на дебелината на светлинния лъч, идващ от осветителя. Дисковата диафрагма е малка плоча с отвори с различни диаметри. Обикновено се инсталира на любителски микроскопи. Ирисовата диафрагма се състои от много перки, с които можете плавно да променяте диаметъра на пропускащия светлина отвор. По-често се среща в професионални микроскопи.

Оптична част: окуляри и лещи

Лещите и окулярите са най-популярните резервни части за микроскоп. Въпреки че не всички микроскопи поддържат смяна на тези аксесоари. Оптичната система е отговорна за формирането на увеличено изображение. Колкото по-добра и съвършена е тя, толкова по-ясна и детайлна става картината. Но най-високо нивокачествена оптика е необходима само в професионални микроскопи. За любителски изследвания е достатъчна стандартната стъклена оптика, осигуряваща увеличение до 500-1000 пъти. Но препоръчваме да избягвате пластмасови лещи - качеството на изображението в такива микроскопи обикновено е разочароващо.

Механични елементи

Всеки микроскоп съдържа елементи, които позволяват на изследователя да контролира фокуса, да регулира позицията на изследваната проба и да регулира работното разстояние на оптичното устройство. Всичко това е част от механиката на микроскопа: механизми за коаксиално фокусиране, драйвер за лекарство и държач за лекарство, копчета за регулиране на остротата, предметна площадка и много други.

История на създаването на микроскопа

Не е известно точно кога се е появил първият микроскоп. Най-простите увеличителни устройства са двойноизпъкнали оптични лещи, са намерени при разкопки на територията на Древен Вавилон.

Смята се, че първият микроскоп е създаден през 1590 г. от холандския оптик Ханс Янсен и неговия син Захари Янсен. Тъй като лещите в онези дни бяха полирани на ръка, те имаха различни дефекти: драскотини, неравности. Дефектите по лещите са търсени с друга леща - лупа. Оказа се, че ако погледнете обект с две лещи, той се увеличава многократно. Чрез монтиране на 2 изпъкнали лещи в една тръба, Закари Янсен получи устройство, което приличаше на шпионка. В единия край на тази тръба имаше леща, която служеше за обектив, а в другия имаше леща на окуляра. Но за разлика от шпионкаУстройството на Янсен не приближава обектите, а ги увеличава.

През 1609 г. италиански учен ГалилейГалилей разработи съставен микроскоп с изпъкнал и вдлъбнати лещи. Той го нарече "occhiolino" - малко око.

10 години по-късно, през 1619 г., холандският изобретател Корнелиус Якобсон Дреббел проектира съставен микроскоп с две изпъкнали лещи.

Малко хора знаят, че микроскопът е получил името си едва през 1625 г. Терминът „микроскоп“ е предложен от приятел Галилео ГалилейНемски лекар и ботаник Джовани Фабер.

Всички микроскопи, създадени по това време, бяха доста примитивни. Така микроскопът на Галилей можел да увеличи само 9 пъти. След като подобри оптичната система на Галилей, английският учен Робърт Хук през 1665 г. създаде свой собствен микроскоп, който вече имаше 30-кратно увеличение.

През 1674 г. холандският натуралист Антони ван Льовенхук създава прост микроскоп, който използва само една леща. Трябва да се каже, че създаването на лещи е едно от хобитата на учения. И благодарение на високото му умение в шлайфането, всички лещи, които изработваше, бяха с много високо качество. Льовенхук ги нарича „микроскопия“. Те бяха малки, с размерите на нокът, но можеха да се увеличат 100 или дори 300 пъти.

Микроскопът на Льовенхук беше метална пластина с леща в центъра. Наблюдателят погледна през него образеца, фиксиран от другата страна. И въпреки че работата с такъв микроскоп не беше съвсем удобна, Льовенхук успя да направи важни открития с помощта на своите микроскопи.

По това време малко се знаеше за структурата на човешките органи. С помощта на своите лещи Льовенхук открива, че кръвта се състои от много малки частици - червени кръвни клетки, и мускул- от най-фините влакна. В решенията той видя най-малките същества различни форми, който се движел, блъскал и разпилявал. Сега знаем, че това са бактерии: коки, бацили и т.н. Но преди Льовенхук това не е било известно.

Общо учените са направили повече от 25 микроскопа. 9 от тях са оцелели до днес. Те са в състояние да увеличат изображенията 275 пъти.

Микроскопът на Льовенхук е първият микроскоп, донесен в Русия по заповед на Петър I.

Постепенно микроскопът се усъвършенства и придобива форма, близка до съвременната. Руските учени също имат огромен принос в този процес. IN началото на XVIIIвек в Санкт Петербург, подобрени проекти на микроскопи са създадени в работилницата на Академията на науките. Руският изобретател I.P. Кулибин построява първия си микроскоп, без да знае как се прави в чужбина. Той създава производството на стъкло за лещи и изобретява устройства за смилането им.

Великият руски учен Михаил Василиевич Ломоносов е първият руски учен, който използва микроскоп в своите научни изследвания.

Вероятно няма ясен отговор на въпроса „Кой е изобретил микроскопа?“ Най-добрите учени и изобретатели от различни епохи допринесоха за развитието на микроскопията.

В продължение на няколко века това оптично устройство беше не само един от двигателите на научно-техническия прогрес, но и вдъхнови изследователите да разширят границите на собственото си познание. Благодарение на него са направени много неща най-големите открития, използвани в живота на съвременния човек. Защо е необходимо? микроскоп- този въпрос е актуален и за по-младото поколение, жадно за знания и не безразлично към науката. Няма съмнение, че най-интересното тепърва предстои. Ето защо, ако мисълта за изучаване на биология дойде при вас или вашето дете, това вече е добре, тъй като расте достоен заместител, който в бъдеще ще определи вектора на развитие на цивилизацията.

Само за да видите с очите си това, което съществува до нас от хиляди години невидим свят, което е почти невъзможно да се улови без увеличителни инструменти. Нека се спрем по-подробно на основните предимства, защото в допълнение към микроорганизмите, клетките и бактериите, познатите неща също придобиват визуално нова невероятна форма, просто трябва да ги погледнете през отвора на окуляра.

Нагледно учебно помагало. Класните стаи са оборудвани с микроскопи образователни институции, например в училища, лицеи и университети. Още в дните на СССР Министерството на образованието разработи техника, при която ученикът може да види ресничеста чехълка, еуглена и амеба не само на снимката в учебника, но и в реалния живот. В същото време информацията се съхранява по-добре в главата и децата могат да избират професията си по-съзнателно.

Вълнуващо хоби. Когато купуват микроскоп за своето умно дете, родителите понякога вдигат рамене защо му е необходимо. Но щом бюрото се превърне в домашна лаборатория, не само децата, но и майките и бащите са въвлечени във впечатляващи наблюдения. В резултат на това това може да се превърне в жизнено семейно хоби! Можете да разгледате абсолютно всичко - не само микроскопични организми и тяхната на пръв поглед забавна суетна дейност в обикновена капка вода, но и всичко, което ви попадне под ръка - монети, тъкани, хартиени изделия и пластмаса, камъчета, пясък, сол и захар. Ако фантазиите и жаждата да научите нещо ново не пресъхнат, тогава въпросът „какво друго да увеличите“ ще изчезне от само себе си.

Проверка на качеството на хранителните продукти. Наистина днес се формира цял слой граждани, които искат да ръководят здрав образживот. И микроскопът е много полезен тук. Вижте месото, млякото, хляба, брашното, изобщо зърнените храни, всичко, което се консумира като храна. И въз основа на това, което виждате, можете да направите изводи - подходящо ли е за храна или диетата трябва да се коригира.

Творчески процес. В ерата на компютърните технологии микроскопията не е изоставена. С помощта на специални камери можете да правите снимки и видеоклипове на увеличени обекти! И ако получените резултати от изследването се публикуват под формата на файлове на съответните интернет ресурси или в в социалните мрежи, тогава скоро начинаещият биолог ще има кръг от почитатели необичайно творчество. Какво ще кажете за правенето на бижута и създаването на бижута с изящни малки шарки? Това също е възможно, въпреки че ще изисква инструментален модел.

Използва се за получаване на голямо увеличение при наблюдение на малки обекти. Увеличено изображение на обект в микроскоп се получава с помощта на оптична система, състояща се от две късофокусни лещи - обектив и окуляр. Обективът ще създаде наистина обърнато увеличено изображение на обекта. Това междинно изображение се наблюдава от окото през окуляр, чието действие е подобно на това на лупа. Окулярът е позициониран така, че междинното изображение да е в неговата фокална равнина; в този случай лъчите от всяка точка на обекта се разпространяват след окуляра в паралелен лъч. Инструмент, предназначен за получаване на увеличени изображения, както и за измерване на обекти или структурни детайли, които са невидими или трудни за виждане с невъоръжено око, използван за многократно увеличаване на въпросните обекти. С помощта на тези инструменти се определя размерът, формата и структурата на най-малките частици. Микроскоп– незаменимо оптично оборудване за такива области на дейност като медицина, биология, ботаника, електроника и геология, тъй като научните открития се основават на резултатите от изследванията, правилна диагнозаи се разработват нови лекарства.

Първо микроскоп, изобретени от човечеството, са били оптични, а първият изобретател не е толкова лесен за идентифициране и име. Най-ранните сведения за микроскоп датират от 1590 г. Малко по-късно, през 1624г година ГалилейГалилео представя своя композит микроскоп, който първоначално нарича "occhiolino". Година по-късно неговият приятел от Академията Джовани Фабер предлага термина за новото изобретение микроскоп.

Видове микроскопи

В зависимост от необходимата разделителна способност на разглежданите микрочастици на материята, микроскопията, микроскопите се класифицират на:

Човешко окое естествена оптична система, характеризираща се с определена разделителна способност, тоест най-малкото разстояние между елементите на наблюдавания обект (възприемани като точки или линии), при което те все още могат да се различават един от друг. За нормално окопри отдалечаване от обекта чрез т.нар. най-добро зрително разстояние (D = 250 mm), средната нормална разделителна способност е 0,176 mm. Значително по-малки от тази стойност са размерите на микроорганизмите, повечето растителни и животински клетки, малки кристали, детайли от микроструктурата на метали и сплави и др. До средата на 20 век те работят само с видимо оптично лъчение, в диапазона 400-700 nm, както и с близко ултравиолетово (флуоресцентен микроскоп). Оптичен микроскопне може да осигури разделителна способност, по-малка от полупериода на еталонната радиационна вълна (обхват на дължина на вълната 0,2-0,7 µm или 200-700 nm). По този начин, оптичен микроскопспособни да разграничават структури с разстояние между точките до ~ 0,20 μm, така че максималното увеличение, което може да бъде постигнато, е ~ 2000x.

ви позволява да получите 2 изображения на обект, гледан под лек ъгъл, което осигурява триизмерно възприятие; това е оптично устройство за многократно увеличение на разглежданите обекти, което има специална бинокулярна приставка, която ви позволява да изучавате обекта използвайки и двете очи. Това е неговото удобство и предимство пред конвенционалните микроскопи. Защото бинокулярен микроскопнай-често се използва в професионални лаборатории, медицински институции и висши учебни заведения образователни институции. Други предимства на това устройство включват високо качество на изображението и контраст, механизми за груба и фина настройка. Бинокулярният микроскоп работи на същия принцип като конвенционалните монокулярни микроскопи: обектът на изследване се поставя под лещата, където към него се насочва изкуствен светлинен поток. използвани за биохимични, патологични, цитологични, хематологични, урологични, дерматологични, биологични и общи клинични изследвания. Общо увеличение(обектив * окуляр) оптичните микроскопи с бинокулярна приставка обикновено са по-големи от тези на съответните монокулярни микроскопи.

Стереомикроскоп, подобно на други видове оптични микроскопи, ви позволяват да работите както в пропусната, така и в отразена светлина. Обикновено имат сменяеми окуляри за приставка за бинокъл и една несменяема леща (има и модели със сменяеми лещи). Мнозинство стереомикроскопидава значително по-ниско увеличение от модерния оптичен микроскоп, но има значително по-голямо фокусно разстояние, което ви позволява да разглеждате големи обекти. Освен това, за разлика от конвенционалните оптични микроскопи, които обикновено осигуряват обърнато изображение, оптичната система стереомикроскопне „обръща“ изображението. Това им позволява да бъдат широко използвани за дисекция на микроскопични обекти ръчно или с помощта на микроманипулатори. Бинокълът се използва най-широко за изследване на повърхностни нехомогенности на твърди, непрозрачни тела, като скали, метали и тъкани; в микрохирургията и др.

Спецификата на металографските изследвания се състои в необходимостта да се наблюдава повърхностната структура на непрозрачните тела. Ето защо металографски микроскопса изградени по схема на отразена светлина, където има специален осветител, монтиран от страната на обектива. Система от призми и огледала насочва светлината към обект, след което светлината се отразява от непрозрачен обект и се изпраща обратно към лещата. Модерен прав металографски микроскопхарактеризиращ се с голямо разстояние между повърхността на етапа и лещите и голям вертикален ход на етапа, което ви позволява да работите с големи проби. Максималното разстояние може да достигне десетки сантиметри. Но обикновено в материалознанието се използва обърнат микроскоп, тъй като той няма ограничения за размера на пробата (само тегло) и не изисква паралелност на опорните и работните повърхности на пробата (в този случай те съвпадат).

Въз основа на принципа на действие поляризационен микроскопвключва получаване на изображение на изследвания обект, когато той се облъчва с поляризирани лъчи, които от своя страна трябва да се получат от обикновена светлина с помощта на специално устройство - поляризатор. По същество, когато поляризираната светлина преминава през вещество или се отразява от него, равнината на поляризация на светлината се променя, което води до втори поляризационен филтъризглежда като прекомерно потъмняване. Или дават специфични реакции като двойно пречупване в мазнините. предназначени за наблюдение, фотографиране и видео прожектиране на обекти в поляризирана светлина, както и изследвания с помощта на методи за фокусно скриниране и фазов контраст. използвани за изследване на широк спектър от свойства и явления, които обикновено са недостъпни за конвенционален оптичен микроскоп. Оборудван с безкрайна оптика с професионален софтуер.

Принцип на действие флуоресцентни микроскописе основава на свойствата на флуоресцентното лъчение. Микроскопизползва се за изследване на прозрачни и непрозрачни обекти. Луминесцентното лъчение се отразява различно от различни повърхности и материали, което позволява успешното му използване за имунохимични, имунологични, имуноморфологични и имуногенетични изследвания. Благодарение на техните уникални възможности, флуоресцентен микроскопсе използват широко във фармацевтиката, ветеринарната медицина и растениевъдството, и в допълнение, в биотехнологичните индустрии. Също така е практически незаменим за работата на криминалистичните центрове и санитарно-епидемиологичните институции.

служи за точно измерване на ъглови и линейни размери на обекти. Използва се в лабораторната практика, технологията и машиностроенето. С помощта на универсален измервателен микроскоп измерванията се извършват по метода на проекцията, както и по метода на аксиалното сечение. Универсалният измервателен микроскоп е лесен за автоматизиране благодарение на характеристики на дизайна. Повечето просто решениее инсталирането на квази-абсолютен сензор за линейни премествания, което значително опростява процеса на най-често извършваните (в UIM) измервания. Модерно приложениеУниверсалният измервателен микроскоп задължително предполага наличието на поне цифрово устройство за четене. Въпреки появата на нови прогресивни измервателни инструменти, универсалният измервателен микроскоп е доста широко използван в измервателните лаборатории поради своята гъвкавост, лекота на измерване и възможността за лесно автоматизиране на процеса на измерване.

Електронният микроскоп дава възможност за получаване на изображения на обекти с максимално увеличение до 1 000 000 пъти, благодарение на използването, за разлика от оптичния микроскоп, вместо светлинен поток на електронен лъч с енергия от 200 V ÷ 400 keV или повече (например трансмисионен електронен микроскоп с висока разделителна способност с ускоряващо напрежение 1 MV). Резолюция електронен микроскоп 1000÷10000 пъти по-голяма от разделителната способност на светлинен микроскоп и за най-добрите съвременни инструменти може да бъде под един ангстрьом. За получаване на изображение електронен микроскопизползва специални магнитни лещи, които контролират движението на електроните в колоната на инструмента с помощта на магнитно поле. Електронният образ се формира от електрически и магнитни полетаприблизително същото като светлината - с оптични лещи.

Това е клас микроскопи за получаване на изображение на повърхност и нейните локални характеристики. Процесът на изобразяване се основава на сканиране на повърхността със сонда. IN общ случайви позволява да получите триизмерно изображение на повърхността (топография) с висока разделителна способност. V модерна формаизобретен от Герд Карл Биниг и Хайнрих Рорер през 1981 г. Отличителна черта на SPM е наличието на: сонда, система за преместване на сондата спрямо пробата по 2-ри (X-Y) или 3-ти (X-Y-Z) координати, система за запис. Системата за запис записва стойността на функция, която зависи от разстоянието сонда-проба. Обикновено регистрираната стойност се обработва отрицателно от системата обратна връзка, който контролира позицията на пробата или сондата по една от координатите (Z). Като система за обратна връзка най-често се използва PID регулатор.

Основни видове сканиране сондови микроскопи :

Сканиращ атомно-силов микроскоп

Сканиращ тунелен микроскоп

Оптичен микроскоп с близко поле

- устройство за изследване на много малки обекти, чиито размери са сравними с дължината на вълната на рентгеновото лъчение. Въз основа на употребата електромагнитно излъчванес дължина на вълната от 0,01 до 1 нанометър. по разделителна способност е между електронните и оптичните микроскопи. Теоретична резолюция Рентгенов микроскопдостига 2-20 нанометра, което е с порядък по-голямо от разделителната способност на оптичен микроскоп (до 150 нанометра). В момента има рентгенов микроскоп с разделителна способност около 5 нанометра.

Рентгеновият микроскоп е:

Проекционен рентгенов микроскоп.
Проекционният рентгенов микроскоп е камера, в която в противоположните краища са разположени източник на радиация и записващо устройство. За да се получи ясно изображение, е необходимо ъгловата апертура на източника да бъде възможно най-малка. Доскоро микроскопите от този тип не използваха допълнителни оптични устройства. Основният начин за постигане на максимално увеличение е да поставите обекта възможно най-близо до източника на рентгенови лъчи. За да направите това, фокусът на тръбата се намира директно върху прозореца на рентгеновата тръба или върху горната част на анодната игла, поставена близо до прозореца на тръбата. IN напоследъкРазработват се микроскопи, които използват зонови плочи на Френел за фокусиране на изображения. Такива микроскопи имат разделителна способност до 30 нанометра.

Рефлективен рентгенов микроскоп.
Този тип микроскоп използва техники за постигане на максимално увеличение, поради което линейната разделителна способност на проекционния рентгенов микроскоп достига 0,1-0,5 микрона. Те използват система от огледала като лещи. Изображенията, създадени от рефлективни рентгенови микроскопи, дори и с точния профил на техните огледала, са изкривени от различни аберации на оптичните системи: астигматизъм, кома. Извитите монокристали също се използват за фокусиране на рентгеновото лъчение. Но в същото време качеството на изображението се влияе от структурните несъвършенства на монокристалите, както и от крайната стойност на ъглите на дифракция на Bragg. Рефлективен рентгенов микроскоп не е получен широко разпространенпоради техническите трудности при производството и експлоатацията му.

Диференциалният интерференционно-контрастен микроскоп ви позволява да определите оптичната плътност на изследвания обект въз основа на принципа на интерференцията и по този начин да видите детайли, които са недостъпни за окото. Сравнително сложната оптична система позволява създаването на черно-бяло изображение на пробата на сив фон. Това изображение е подобно на полученото с фазов контрастен микроскоп, но му липсва дифракционният ореол. В контрастен икроскоп с диференциална интерференция поляризиран лъч от светлинен източник се разделя на два лъча, които преминават през пробата по различни оптични пътища. Дължините на тези оптични пътища (т.е. произведението на индекса на пречупване и геометричната дължина на пътя) са различни. Впоследствие тези лъчи пречат при сливането. Това ви позволява да създадете триизмерно релефно изображение, което съответства на промените в оптичната плътност на пробата, като подчертава линиите и границите. Тази снимка не е точна топографска снимка.