Što je biološki mikroskop? Istraživački rad na temu: „Što je mikroskop? Skenirajući mikroskop sa sondom

U članku se govori o tome što je mikroskop, za što je potreban, koje vrste postoje i povijest njegovog stvaranja.

Drevna vremena

U povijesti čovječanstva uvijek je bilo onih koji nisu bili zadovoljni biblijskim opisom ustrojstva svijeta, koji su htjeli sami razumjeti prirodu stvari i njihovu bit. Ili koga nije zavela sudbina običnog seljaka ili ribara, poput istog Lomonosova.

Najviše široku upotrebu razne discipline primile su tijekom renesanse, kada su ljudi počeli shvaćati važnost proučavanja svijeta oko sebe i drugih stvari. U tome su im posebno pomogli razni optički uređaji, - teleskopi i mikroskopi. Dakle, što je mikroskop? Tko ga je stvorio i gdje se ovaj uređaj koristi u naše vrijeme?

Definicija

Prvo, pogledajmo samu službenu definiciju. Prema njemu, mikroskop je uređaj za dobivanje uvećanih slika ili njihove strukture. Razlikuje se od istog teleskopa po tome što je potreban za proučavanje malih i obližnjih objekata, a ne dalekih svemirskih udaljenosti. Ime autora ovog izuma nije pouzdano poznato, ali povijest sadrži reference na nekoliko ljudi koji su ga prvi koristili i dizajnirali. Prema njima, 1590. godine stanoviti Nizozemac po imenu John Lippershey predstavio je svoj izum široj javnosti. Njegovo se autorstvo također pripisuje Zacharyju Jansenu. A 1624. godine, poznati Galileo Galilei također je dizajnirao sličan uređaj.

Shvatili smo što je mikroskop, no kako je utjecao na znanost? Gotovo isti kao njegov "rođak" teleskop. Iako primitivan, ovaj je uređaj omogućio prevladavanje nesavršenosti ljudskog oka i pogled u mikrosvijet. Uz njegovu pomoć kasnije su napravljena mnoga otkrića u području biologije, entomologije, botanike i drugih znanosti.

Sada je jasno što je mikroskop, ali gdje se još koriste?

Znanost

Biologija, fizika, kemija - sva ta područja znanosti ponekad zahtijevaju pogled u samu bit stvari koje naše oko ili obično povećalo ne mogu vidjeti. Teško je zamisliti suvremenu medicinu bez ovih uređaja: uz njihovu pomoć dolazi se do otkrića, utvrđuju vrste bolesti i infekcija, a nedavno je čak moguće “fotografirati” lanac ljudske DNK.

U fizici je sve nešto drugačije, posebno u onim područjima koja se bave proučavanjem elementarnih čestica i drugih malih objekata. Tu je laboratorijski mikroskop nešto drugačiji od uobičajenih, a obični malo pomažu, odavno su ih zamijenili elektronički i najnoviji sondirajući. Potonji omogućuju ne samo postizanje impresivnog povećanja, već čak i registraciju pojedinačnih atoma i molekula.

To također uključuje forenzičku znanost kojoj su ovi uređaji potrebni za identifikaciju dokaza, detaljne usporedbe otisaka prstiju i tako dalje.

Istraživači također ne mogu bez mikroskopa. drevni svijet, kao što su paleontolozi i arheolozi. Potrebni su im za detaljno proučavanje ostataka biljaka, kostiju životinja i ljudi te umjetnih proizvoda prošlih razdoblja. I usput, snažan laboratorijski mikroskop možete slobodno kupiti za vlastitu upotrebu. Istina, ne može ih svatko priuštiti. Pogledajmo detaljnije vrste ovih uređaja.

Vrste

Prva, glavna i najstarija je optička svjetlost. Slični uređaji još uvijek su dostupni na bilo kojem školskom satu biologije. Sastoji se od seta leća s podesivim razmakom i zrcala za osvjetljavanje objekta. Ponekad se zamjenjuje neovisnim izvorom svjetlosti. Bit ovakvog mikroskopa je promjena valne duljine vidljivog optičkog spektra.

Drugi je elektronički. Mnogo je kompliciranije. Ako razgovaramo jednostavnim jezikom, tada je valna duljina vidljive svjetlosti 390 do 750 nm. A ako je objekt, na primjer, manja stanica virusa ili drugog živog organizma, tada će se svjetlost jednostavno saviti oko njega i neće se moći normalno reflektirati. A takav uređaj zaobilazi takva ograničenja: pomoću magnetskog polja čini svjetlosne valove "tanjima", zbog čega se mogu vidjeti i najsitniji objekti. To je osobito istinito u znanosti kao što je biologija. Ova vrsta mikroskopa je mnogo bolja od optičkih svjetlosnih mikroskopa.

I treći je tip sondiranja. Pojednostavljeno rečeno, radi se o uređaju u kojemu se sondom “ispipa” površina određenog uzorka i na temelju njezinih pokreta i vibracija sastavlja trodimenzionalna ili rasterska slika.

Mikroskop je uređaj dizajniran za povećanje slike predmeta proučavanja kako bi se vidjeli detalji njihove strukture skriveni golom oku. Uređaj omogućuje povećanje od nekoliko desetaka ili tisuća puta, što omogućuje istraživanja koja se ne mogu postići niti jednom drugom opremom ili uređajem.

Mikroskopi imaju široku primjenu u medicini i laboratorijska istraživanja. Uz njihovu pomoć inicijaliziraju se opasni mikroorganizmi i virusi kako bi se odredila metoda liječenja. Mikroskop je nezamjenjiv i stalno se usavršava. Po prvi put, privid mikroskopa stvorio je 1538. godine talijanski liječnik Girolamo Fracastoro, koji je odlučio ugraditi dva optičke leće, slične onima koje se koriste u naočalama, dalekozorima, teleskopi i povećala. Galileo Galilei, kao i deseci svjetski poznatih znanstvenika, radili su na usavršavanju mikroskopa.

Uređaj

Postoje mnoge vrste mikroskopa koji se razlikuju po dizajnu. Većina modela dijeli sličan dizajn, ali s manjim tehničkim značajkama.

U velikoj većini slučajeva mikroskopi se sastoje od postolja na kojem su fiksirana 4 glavna elementa:

• Leće.
• Okular.
• Sustav rasvjete.
• Predmetna tablica.

Leće

Leća je složen optički sustav koji se sastoji od staklenih leća koje idu jedna za drugom. Leće su izrađene u obliku cijevi unutar kojih se može učvrstiti do 14 leća. Svaki od njih povećava sliku, uzimajući je s površine ispred stojeća leća. Dakle, ako netko poveća predmet 2 puta, sljedeći će povećati ovu projekciju još više, i tako sve dok se objekt ne prikaže na površini posljednje leće.

Svaka leća ima vlastitu udaljenost fokusa. U tom smislu, oni su čvrsto fiksirani u cijevi. Ako se bilo koji od njih pomakne bliže ili dalje, nećete moći dobiti jasno povećanje slike. Ovisno o karakteristikama leće, duljina cijevi u kojoj je leća zatvorena može varirati. Zapravo, što je veći, to će slika biti više uvećana.

Okular

Okular mikroskopa također se sastoji od leća. Dizajniran je tako da operater koji radi s mikroskopom može staviti oko na njega i vidjeti uvećanu sliku na leći. Okular ima dvije leće. Prvo se nalazi bliže oku i naziva se okularno, a drugo polje. Uz pomoć potonjeg, slika uvećana lećom podešava se za ispravnu projekciju na mrežnicu ljudskog oka. To je potrebno kako bi se prilagodbom uklonili nedostaci vizualne percepcije, budući da svaka osoba fokusira na različitu udaljenost. Terenska leća omogućuje prilagodbu mikroskopa ovoj značajki.

Sustav rasvjete

Da biste promatrali predmet koji se proučava, potrebno ga je osvijetliti, jer leća blokira prirodno svjetlo. Kao rezultat toga, gledajući kroz okular uvijek možete vidjeti samo crnu ili sivu sliku. Sustav rasvjete razvijen je posebno za tu svrhu. Može se izraditi u obliku lampe, LED ili drugog izvora svjetlosti. Najviše jednostavni modeli svjetlosne zrake primaju iz vanjskog izvora. Upućeni su da predmet proučavaju pomoću ogledala.

Predmetna tablica

Posljednji važan i najlakši dio mikroskopa je postolje. Objektiv je usmjeren na njega, jer je na njemu fiksiran predmet koji se proučava. Stol ima ravnu površinu, što vam omogućuje da popravite predmet bez straha da će se pomaknuti. Čak i najmanji pomak objekta istraživanja pod povećanjem bit će ogroman, tako da pronalaženje izvorne točke koja je ponovno ispitivana neće biti lako.

Vrste mikroskopa

Tijekom ogromne povijesti postojanja ovog uređaja razvijeno je nekoliko mikroskopa koji se značajno razlikuju u principima rada.

Među najčešće korištenim i traženim vrstama ove opreme su sljedeće vrste:

• Optički.
• Elektronička.
• Sonde za skeniranje.
• X-zraka.

Optički

Optički mikroskop je najjeftiniji i najjednostavniji uređaj. Ova oprema vam omogućuje povećanje slike 2000 puta. Ovo je prilično velik pokazatelj koji vam omogućuje proučavanje strukture stanica, površine tkiva, pronalaženje nedostataka u umjetno stvorenim objektima itd. Vrijedno je napomenuti da za postizanje takvog veliko povećanje uređaj mora biti vrlo kvalitetan, pa je skup. Velika većina optičkih mikroskopa napravljena je puno jednostavnije i ima relativno malo povećanje. Obrazovne vrste mikroskopa predstavljene su optičkim. To je zbog njihove niže cijene, kao i ne previsokog faktora povećanja.

Tipično, optički mikroskop ima nekoliko leća koje su postavljene na pomično postolje. Svaki od njih ima svoj stupanj povećanja. Tijekom pregleda predmeta možete pomaknuti leću u radni položaj i proučavati ga uz određeno povećanje. Ako želite još više približiti sliku, samo trebate prijeći na leću s još većim povećanjem. Ovi uređaji nemaju ultraprecizno podešavanje. Na primjer, ako trebate samo malo povećati sliku, prebacivanjem na drugu leću možete je zumirati desetke puta, što će biti pretjerano i neće vam omogućiti da ispravno percipirate uvećanu sliku i izbjegnete nepotrebno pojedinosti.

Elektronski mikroskop

Elektronički je napredniji dizajn. Omogućuje povećanje slike od najmanje 20.000 puta. Maksimalno povećanje takvog uređaja moguće je 10 6 puta. Posebnost ove opreme je da umjesto snopa svjetlosti poput optičkih, šalju snop elektrona. Slika se dobiva korištenjem posebnih magnetskih leća koje reagiraju na kretanje elektrona u stupcu instrumenta. Smjer snopa se podešava pomoću . Ovi uređaji pojavili su se 1931. Početkom 2000-ih počeli su se kombinirati računalna oprema i elektronski mikroskopi, što je značajno povećalo faktor povećanja, raspon podešavanja i omogućilo snimanje rezultirajuće slike.

Elektronički uređaji, uza sve svoje prednosti, skuplji su i zahtijevaju posebne uvjete rada. Za dobivanje kvalitetne, jasne slike potrebno je da predmet proučavanja bude u vakuumu. To je zato što molekule zraka raspršuju elektrone, utječući na jasnoću slike i sprječavajući precizna podešavanja. U tom smislu, ova oprema se koristi u laboratorijskim uvjetima. Drugi važan uvjet za korištenje elektronskih mikroskopa je odsutnost vanjskih magnetskih polja. Zbog toga laboratoriji u kojima se koriste imaju vrlo debele izolirane zidove ili se nalaze u podzemnim bunkerima.

Takva se oprema koristi u medicini, biologiji, kao iu raznim industrijama.

Skeniranje sonda mikroskop s

Skenirajući mikroskop sa sondom omogućuje vam dobivanje slike s predmeta ispitivanjem pomoću posebne sonde. Rezultat je trodimenzionalna slika s točnim podacima o karakteristikama objekata. Ova oprema ima visoku rezoluciju. Ovo je relativno nova oprema koja je nastala prije nekoliko desetljeća. Umjesto leće, ovi uređaji imaju sondu i sustav za njeno pomicanje. Slika dobivena iz njega se registrira složenim sustavom i snima, nakon čega se stvara topografska slika uvećanih objekata. Sonda je opremljena osjetljivim senzorima koji reagiraju na kretanje elektrona. Postoje i sonde koje djeluju optički povećavajući ih zbog ugradnje leća.

Sonde se često koriste za dobivanje podataka o površini objekata sa složenim reljefom. Često se spuštaju u cijevi, rupe i male tunele. Jedini uvjet je da promjer sonde odgovara promjeru predmeta koji se proučava.

Za ovu metodu tipična je značajna pogreška mjerenja, jer je rezultirajuću 3D sliku teško dešifrirati. Postoje mnogi detalji koje računalo iskrivi tijekom obrade. Početni podaci obrađuju se matematički pomoću specijaliziranog softvera.

rendgenski mikroskopi

Rendgenski mikroskop pripada laboratorijska oprema, koristi se za proučavanje objekata čije su dimenzije usporedive s valnom duljinom x-zraka. Učinkovitost povećanja ovog uređaja je između optičkih i elektroničkih uređaja. X-zrake se šalju na predmet koji se proučava, nakon čega osjetljivi senzori reagiraju na njihovu refrakciju. Kao rezultat toga, stvara se slika površine predmeta koji se proučava. Zbog činjenice da X-zrake mogu proći kroz površinu predmeta, takva oprema omogućuje ne samo dobivanje podataka o strukturi predmeta, već i njegov kemijski sastav.

Za procjenu kvalitete tankih premaza obično se koristi rendgenska oprema. Koristi se u biologiji i botanici, kao i za analizu praškastih smjesa i metala.

Ljudsko oko je dizajnirano na način da ne može jasno vidjeti predmet i njegove detalje ako su njegove dimenzije manje od 0,1 mm. Ali u prirodi postoje različiti mikroorganizmi, stanice biljnih i životinjskih tkiva i mnogi drugi objekti, čije su veličine mnogo manje. Da bi vidio, promatrao i proučavao takve objekte, osoba koristi poseban optički uređaj tzv mikroskop, koji vam omogućuje da povećate sliku objekata nevidljivih ljudskom oku mnogo stotina puta. Sam naziv uređaja, koji se sastoji od dvije grčke riječi: mali i izgledam, govori o njegovoj namjeni. Dakle, optički mikroskop može povećati sliku predmeta 2000 puta. Ako je predmet koji se proučava, na primjer virus, premalen i optički mikroskop nije dovoljan da ga poveća, moderna znanost koristi elektronski mikroskop, koji vam omogućuje povećanje promatranog objekta za 20 000-40 000 puta.

Izum mikroskopa prvenstveno je povezan s razvojem optike. Moć povećanja zakrivljenih površina bila je poznata još 300. pr. e. Euklid i Ptolomej (127-151), no ta se optička svojstva u to vrijeme nisu koristila. Tek 1285. godine prve naočale izumio je Talijan Salvinio degli Arleati. Postoje podaci da je prvi uređaj tipa mikroskopa stvorio Z. Jansen u Nizozemskoj oko 1590. godine. Uzimanje dva konveksne leće, montirao ih je unutar jedne cijevi, koristeći cijev koja se uvlači kako bi postigao fokusiranje na predmet koji se proučava. Uređaj je omogućio deseterostruko povećanje predmeta, što je bilo pravo postignuće na području mikroskopije. Jansen je izradio nekoliko ovih mikroskopa, značajno poboljšavajući svaki sljedeći uređaj.

Godine 1646. objavljen je esej A. Kirchera u kojem je opisao izum stoljeća - jednostavan mikroskop, nazvan "staklo od buha". Povećalo je bilo umetnuto u bakrenu podlogu na koju je bila postavljena pozornica. Predmet koji se proučava postavljen je na stol, ispod kojeg se nalazila konkavna odn ravno ogledalo, koji je reflektirao sunčeve zrake na objekt i obasjavao ga odozdo. Povećalo se pomicalo pomoću vijka sve dok slika predmeta nije postala jasna.

Složeni mikroskopi, stvoreni od dvije leće, pojavili su se početkom 17. stoljeća. Mnoge činjenice govore da je izumitelj složenog mikroskopa Nizozemac K. Drebel, koji je u službi engleskog kralja Jamesa I. Drebelov mikroskop imao je dva stakla, jedno (leća) okrenuto prema predmetu koji se proučava, drugo (okular) okrenuto prema oku promatrača. Godine 1633. engleski fizičar R. Hooke poboljšao je Drebelov mikroskop, dodavši mu treću leću, nazvanu kolektivna. Ovaj je mikroskop postao vrlo popularan; većina mikroskopa s kraja 17. i ranog 18. stoljeća napravljena je prema njegovom dizajnu. Proučavajući tanke dijelove životinjskog i biljnog tkiva pod mikroskopom, Hooke je otkrio stanična struktura organizmi.

A 1673.-1677 nizozemski prirodoslovac A. Levenguk je pomoću mikroskopa otkrio dosad nepoznat golemi svijet mikroorganizama. Tijekom godina, Leeuwenhoek je napravio oko 400 jednostavnih mikroskopa, koji su bili male bikonveksne leće, neke od njih manje od 1 mm u promjeru, izrađene od staklene kugle. Sama lopta je brušena na jednostavnom stroju za mljevenje. Jedan od tih mikroskopa, koji daje povećanje od 300x, čuva se u Utrechtu u sveučilišnom muzeju. Istražujući sve što mu je zapelo za oko, Leeuwenhoek je nizao velika otkrića jedno za drugim. Inače, tvorac teleskopa Galileo, usavršavajući teleskop koji je stvorio, otkrio je 1610. godine da kada se izvuče, značajno povećava male predmete. Mijenjajući razmak između okulara i leće, Galileo je tubus koristio kao svojevrsni mikroskop. Danas je nemoguće zamisliti ljudsku znanstvenu djelatnost bez upotrebe mikroskopa. Pronađen mikroskop najširu primjenu u biološkim, medicinskim, geološkim i laboratorijima za znanost o materijalima.

Koristi se za dobivanje velikih povećanja tijekom promatranja male predmete. Povećana slika predmeta u mikroskopu dobiva se pomoću optičkog sustava koji se sastoji od dvije kratkofokusne leće – objektiva i okulara. Leća će proizvesti istinski obrnuto uvećanu sliku objekta. Tu međusliku oko promatra kroz okular, čije je djelovanje slično lupi. Okular je postavljen tako da je međuslika u njegovoj žarišnoj ravnini; u ovom slučaju, zrake iz svake točke objekta šire se nakon okulara u paralelnom snopu. Instrument dizajniran za dobivanje uvećanih slika i mjerenje objekata ili strukturnih detalja koji su nevidljivi ili teško vidljivi. golim okom, koji se koristi za višestruko povećanje predmetnih objekata. Uz pomoć ovih instrumenata utvrđuje se veličina, oblik i struktura najsitnijih čestica. Mikroskop– nezamjenjiva optička oprema za područja kao što su medicina, biologija, botanika, elektronika i geologija, budući da se na rezultatima istraživanja temelje znanstvena otkrića, postavljaju točne dijagnoze i razvijaju novi lijekovi.

Povijest stvaranja mikroskopa

Prvi mikroskop, koje je izumilo čovječanstvo, bili su optički, a prvog izumitelja nije tako lako identificirati i imenovati. Najranije informacije o mikroskopu datiraju iz 1590. godine. Nešto kasnije, 1624. god godine Galileo Galileo predstavlja svoj spoj mikroskop, koji je izvorno nazvao "occhiolino". Godinu dana kasnije njegov prijatelj na Akademiji Giovanni Faber predložio je termin za novi izum mikroskop.

Vrste mikroskopa

Ovisno o potrebnoj razlučivosti mikročestica tvari koje se razmatraju, mikroskopi se dijele na:

Ljudsko oko je prirodni optički sustav kojeg karakterizira određena rezolucija, odnosno najmanja udaljenost između elemenata promatranog objekta (percipiranih kao točke ili linije), na kojoj se oni još mogu međusobno razlikovati. Za normalno oko, prilikom udaljavanja od predmeta tzv. najbolja udaljenost vida (D = 250 mm), prosječna normalna razlučivost je 0,176 mm. Veličine mikroorganizama, većina biljnih i životinjskih stanica, mali kristali, detalji mikrostrukture metala i legura itd. su znatno manji od ove vrijednosti. Sve do sredine 20. stoljeća radilo se samo s vidljivim optičkim zračenjem, u rasponu od 400-700 nm, kao i s bliskim ultraljubičastim (fluorescentni mikroskop). Optički mikroskop nije mogao pružiti rezoluciju manju od poluciklusa referentnog vala zračenja (raspon valne duljine 0,2-0,7 µm ili 200-700 nm). Tako, optički mikroskop sposoban razlikovati strukture s razmakom točaka do ~0,20 μm, tako da je maksimalno povećanje koje se moglo postići bilo ~2000x.

omogućuje vam dobivanje 2 slike objekta, gledano pod blagim kutom, što pruža trodimenzionalnu percepciju; ovo je optički uređaj za višestruko povećanje predmeta koji se razmatra, koji ima poseban binokularni dodatak koji vam omogućuje proučavanje objekta koristeći oba oka. To je njegova pogodnost i prednost u odnosu na konvencionalne mikroskope. Iz tog razloga binokularni mikroskop najčešće se koristi u stručnim laboratorijima, medicinskim ustanovama i visokoškolskim ustanovama obrazovne ustanove. Ostale prednosti ovog uređaja uključuju visoku kvalitetu slike i kontrast, mehanizme grubog i finog podešavanja. Binokularni mikroskop radi na istom principu kao i konvencionalni monokularni mikroskopi: predmet proučavanja postavlja se ispod leće, gdje se na njega usmjerava umjetni svjetlosni tok. koristi se za biokemijske, patološke, citološke, hematološke, urološke, dermatološke, biološke i opće kliničke studije. Sveukupno povećanje(objektiv * okular) optički mikroskopi s binokularnim nastavkom obično su veći od onih odgovarajućih monokularnih mikroskopa.

Stereomikroskop

Stereomikroskop, kao i druge vrste optički mikroskopi, omogućuju vam rad u propuštenoj i reflektiranoj svjetlosti. Obično imaju izmjenjive okulare za binokularni nastavak i jednu nezamjenjivu leću (postoje i modeli s izmjenjivim lećama). Većina stereomikroskopi pruža znatno manje povećanje od modernog optičkog mikroskopa, ali ima znatno veću žarišnu duljinu, što omogućuje promatranje velikih objekata. Osim toga, za razliku od konvencionalnih optičkih mikroskopa, koji obično daju obrnutu sliku, optički sustav stereomikroskop ne "okreće" sliku. To im omogućuje široku upotrebu za seciranje mikroskopskih objekata ručno ili pomoću mikromanipulatora. Dalekozori se najčešće koriste za proučavanje površinskih nehomogenosti čvrstih, neprozirnih tijela, kao što su stijene, metali i tkanine; u mikrokirurgiji itd.

Specifičnost metalografskih istraživanja leži u potrebi promatranja površinske strukture neprozirnih tijela. Zato metalografski mikroskop izgrađeni su prema shemi reflektirane svjetlosti, gdje se na strani leće nalazi poseban iluminator. Sustav prizmi i zrcala usmjerava svjetlost na objekt, zatim se svjetlost reflektira od neprozirnog predmeta i šalje natrag u leću. Moderno ravno metalografski mikroskop karakterizira velika udaljenost između površine pozornice i leća te veliki okomiti hod pozornice, što vam omogućuje rad s velikim uzorcima. Maksimalna udaljenost može doseći desetke centimetara. Ali obično se u znanosti o materijalima koristi invertni mikroskop, budući da nema ograničenja na veličinu uzorka (samo težinu) i ne zahtijeva paralelnost potporne i radne površine uzorka (u ovom slučaju one se podudaraju).

Na temelju principa rada polarizacijski mikroskop uključuje dobivanje slike predmeta koji se proučava kada je ozračen polariziranim zrakama, koje se pak moraju dobiti iz običnog svjetla pomoću posebnog uređaja - polarizatora. U biti, kada polarizirana svjetlost prolazi kroz tvar ili se reflektira od nje, ravnina polarizacije svjetlosti se mijenja, što rezultira sekundarnim polarizacijski filter pojavljuje se kao prekomjerno tamnjenje. Ili daju specifične reakcije poput dvoloma u mastima. dizajniran za promatranje, fotografiranje i video projekciju objekata u polariziranom svjetlu, kao i istraživanja metodama žarišnog skrininga i faznog kontrasta. koristi se za proučavanje širokog spektra svojstava i fenomena koji su obično nedostupni konvencionalnom optičkom mikroskopu. Opremljen beskrajnom optikom s profesionalnim softverom.

Princip rada fluorescentni mikroskopi temelji se na svojstvima fluorescentnog zračenja. Mikroskop koristi se za ispitivanje prozirnih i neprozirnih predmeta. Luminescentno zračenje različito se reflektira od različitih površina i materijala, što omogućuje njegovu uspješnu primjenu u imunokemijskim, imunološkim, imunomorfološkim i imunogenetičkim studijama. Zahvaljujući njihovim jedinstvenim mogućnostima, fluorescentni mikroskop naširoko se koriste u farmaceutici, veterini i proizvodnji usjeva, a osim toga iu biotehnološkoj industriji. Također je praktički neophodan za rad forenzičkih centara i sanitarno-epidemioloških ustanova.

služi za točno mjerenje kutnih i linearnih dimenzija predmeta. Koristi se u laboratorijskoj praksi, tehnologiji i strojarstvu. Korištenjem univerzalnog mjernog mikroskopa mjerenja se provode metodom projekcije, kao i metodom aksijalnog presjeka. Univerzalni mjerni mikroskop lako je automatizirati zahvaljujući značajke dizajna. Najviše jednostavno rješenje je ugradnja kvazi-apsolutnog linearnog senzora pomaka, koji uvelike pojednostavljuje proces najčešće provođenih (na UIM) mjerenja. Suvremena uporaba univerzalnog mjernog mikroskopa nužno podrazumijeva prisutnost barem digitalnog uređaja za očitavanje. Unatoč pojavi novih progresivnih mjernih instrumenata, univerzalni mjerni mikroskop prilično je široko korišten u mjernim laboratorijima zbog svoje svestranosti, jednostavnosti mjerenja i mogućnosti jednostavne automatizacije procesa mjerenja.

Elektronski mikroskop omogućuje dobivanje slika objekata s maksimalnim povećanjem do 1.000.000 puta, zahvaljujući upotrebi, za razliku od optičkog mikroskopa, elektronske zrake s energijama od 200 V ÷ 400 keV ili više umjesto svjetlosni tok (primjerice transmisijski elektronski mikroskop visoke rezolucije s akcelerirajućim naponom od 1 MV) . Rezolucija elektronski mikroskop 1000÷10000 puta veća od rezolucije svjetlosnog mikroskopa i za najbolje moderne instrumente može biti manja od jednog angstrema. Za dobivanje slike elektronski mikroskop koristi posebne magnetske leće koje pomoću magnetskog polja kontroliraju kretanje elektrona u stupcu instrumenta. Elektroničku sliku tvore električni i magnetska polja približno isto kao i svjetlo – s optičkim lećama.

Skenirajući mikroskop sa sondom

Ovo je klasa mikroskopa za dobivanje slike površine i njezinih lokalnih karakteristika. Proces snimanja temelji se na skeniranju površine sondom. U opći slučaj omogućuje dobivanje trodimenzionalne slike površine (topografije) visoke rezolucije. u svom modernom obliku, koji su izumili Gerd Karl Binnig i Heinrich Rohrer 1981. Posebnost SPM-a je prisutnost: sonde, sustava za pomicanje sonde u odnosu na uzorak duž 2. (X-Y) ili 3. (X-Y-Z) koordinate, sustava za snimanje. Sustav za snimanje bilježi vrijednost funkcije koja ovisi o udaljenosti sonde od uzorka. Obično se snimljena vrijednost obrađuje sustavom negativne povratne sprege koji kontrolira položaj uzorka ili sonde duž jedne od koordinata (Z). Kao sustav povratne sprege najčešće se koristi PID regulator.

Glavne vrste skenirajući mikroskopi sa sondom:

Skenirajući mikroskop atomske sile

Skenirajući tunelski mikroskop

Optički mikroskop bliskog polja

rendgenski mikroskop

- uređaj za proučavanje vrlo malih objekata čije su dimenzije usporedive s valnom duljinom x-zraka. Na temelju korištenja elektromagnetska radijacija s valnom duljinom od 0,01 do 1 nanometar. po rezoluciji je između elektronskih i optičkih mikroskopa. Teorijska rezolucija rendgenski mikroskop doseže 2-20 nanometara, što je za red veličine veće od razlučivosti optičkog mikroskopa (do 150 nanometara). Trenutno postoje rendgenski mikroskop s rezolucijom od oko 5 nanometara.

Rendgenski mikroskop je:

Projekcijski rendgenski mikroskop.
Projekcijski rendgenski mikroskop je komora u kojoj su izvor zračenja i uređaj za snimanje smješteni na suprotnim krajevima. Za dobivanje jasne slike potrebno je da kutni otvor izvora bude što manji. Sve donedavno mikroskopi ove vrste nisu koristili dodatne optičke uređaje. Glavni način za postizanje maksimalnog povećanja je postavljanje objekta što je moguće bliže izvoru X-zraka. Da biste to učinili, fokus cijevi se nalazi izravno na prozoru rendgenske cijevi ili na vrhu anodne igle postavljene blizu prozora cijevi. U U zadnje vrijeme Razvijaju se mikroskopi koji koriste Fresnelove ploče za fokusiranje slika. Takvi mikroskopi imaju rezoluciju do 30 nanometara.

Reflektivni rendgenski mikroskop.
Ova vrsta mikroskopa koristi tehnike za postizanje maksimalnog povećanja, zbog čega linearna rezolucija projekcijskog rendgenskog mikroskopa doseže 0,1-0,5 mikrona. Kao leće koriste sustav zrcala. Slike stvorene reflektirajućim rendgenskim mikroskopima, čak i uz točan profil njihovih zrcala, iskrivljene su raznim aberacijama optičkih sustava: astigmatizam, koma. Zakrivljeni monokristali također se koriste za fokusiranje rendgenskog zračenja. Ali u isto vrijeme, na kvalitetu slike utječu strukturne nesavršenosti monokristala, kao i konačna vrijednost Braggovih difrakcijskih kutova. Reflektivni rendgenski mikroskop nema široku primjenu zbog tehničkih poteškoća u njegovoj proizvodnji i radu.

Diferencijalni interferencijsko-kontrastni mikroskop omogućuje vam određivanje optičke gustoće predmeta koji se proučava na temelju interferencijskog principa i na taj način vidite detalje koji su nedostupni oku. Relativno složen optički sustav omogućuje stvaranje crno-bijele slike uzorka na sivoj pozadini. Ova je slika slična onoj dobivenoj mikroskopom s faznim kontrastom, ali joj nedostaje difrakcijski halo. U diferencijalnom interferencijskom kontrastnom ikroskopu, polarizirana zraka iz izvora svjetlosti podijeljena je u dvije zrake koje putuju kroz uzorak duž različitih optičkih putanja. Duljine tih optičkih putova (tj. umnožak indeksa loma i geometrijske duljine puta) su različite. Naknadno, te grede ometaju pri spajanju. To vam omogućuje stvaranje trodimenzionalne reljefne slike koja odgovara promjenama optičke gustoće uzorka, naglašavajući linije i granice. Ova slika nije točna topografska slika.

Iz povijesti mikroskopa

U priči "Mikroskop" Vasilija Šukšina, seoski stolar Andrej Erin kupio je svoj životni san - mikroskop - uz plaću koju je "zadržala" njegova žena i postavio si je kao cilj pronaći način da eliminira sve mikrobe na zemlji, budući da je iskreno vjerovao da bi bez njih osoba mogla živjeti više od stotinu i pedeset godina. I samo ga je nesretan nesporazum spriječio u ovom plemenitom cilju. Za ljude mnogih profesija, mikroskop je neophodna oprema, bez koje je jednostavno nemoguće provesti mnoge studije i tehnološke operacije. Pa u “kućnim” uvjetima ovaj optički uređaj omogućuje svakome da proširi granice svojih mogućnosti gledajući u “mikrokozmos” i istražujući njegove stanovnike.

Prvi mikroskop nije dizajnirao profesionalni znanstvenik, već "amater", trgovac tekstilom po imenu Anthony Van Leeuwenhoek, koji je živio u Nizozemskoj u 17. stoljeću. Upravo je taj radoznali samouk prvi kroz spravu koju je sam izradio pogledao u kap vode i ugledao tisuće sićušnih bića koje je nazvao latinskom riječju animalculus ("životinjice"). Tijekom svog života Leeuwenhoek je uspio opisati više od dvjesto vrsta “životinjica”, a proučavajući tanke dijelove mesa, voća i povrća otkrio je staničnu strukturu živog tkiva. Za zasluge u znanosti Leeuwenhoek je 1680. izabran za punopravnog člana kraljevsko društvo, a nešto kasnije postao je akademik Francuske akademije znanosti.

Leeuwenhoekovi mikroskopi, kojih je tijekom života osobno izradio više od tri stotine, bili su male sferične leće veličine zrna graška umetnute u okvir. Mikroskopi su imali postolje, čiji se položaj u odnosu na leću mogao podešavati pomoću vijka, ali ti optički instrumenti nisu imali stalak ili tronožac - morali su se držati u rukama. Sa stajališta današnje optike, uređaj koji se zove “Leeuwenhoekov mikroskop” nije mikroskop, već vrlo jako povećalo, budući da se njegov optički dio sastoji od samo jedne leće.

Tijekom vremena, dizajn mikroskopa značajno je evoluirao, pojavile su se nove vrste mikroskopa, a metode istraživanja su poboljšane. Međutim, rad s amaterskim mikroskopom do danas obećava mnoga zanimljiva otkrića za odrasle i djecu.

Uređaj za mikroskop

Mikroskop je optički instrument namijenjen pregledu uvećanih slika mikroobjekata koji su nevidljivi golim okom.

Glavni dijelovi svjetlosni mikroskop(Sl. 1) su leća i okular zatvoreni u cilindričnom tijelu – tubusu. Većina modela dizajnirana za biološka istraživanja, opremljeni su s tri leće s različitim žarišnim duljinama i rotirajućim mehanizmom dizajniranim za njihovu brzu promjenu - kupolom, često zvanom kupolom. Tubus se nalazi na vrhu masivnog stativa, koji uključuje držač tubusa. Neposredno ispod leće (ili kupole s nekoliko leća) nalazi se pozornica na kojoj su montirani dijapozitivi s uzorcima koji se proučavaju. Oštrina se podešava pomoću vijka za grubo i fino podešavanje, koji vam omogućuje promjenu položaja pozornice u odnosu na leću.

Kako bi uzorak koji se proučava imao dovoljnu svjetlinu za udobno promatranje, mikroskopi su opremljeni s još dvije optičke jedinice (slika 2) - iluminatorom i kondenzatorom. Iluminator stvara struju svjetlosti koja osvjetljava lijek koji se proučava. Kod klasičnih svjetlosnih mikroskopa, dizajn iluminatora (ugrađenog ili vanjskog) uključuje niskonaponsku žarulju s debelom žarnom niti, sabirnom lećom i dijafragmom koja mijenja promjer svjetlosne točke na uzorku. Kondenzor, koji je sabirna leća, dizajniran je za fokusiranje zraka iluminatora na uzorak. Kondenzator ima i iris dijafragmu (polje i otvor blende), kojom se podešava intenzitet svjetla.

Pri radu s objektima koji propuštaju svjetlost (tekućine, tanki dijelovi biljaka i sl.), oni se osvjetljavaju propuštenom svjetlošću - iluminator i kondenzator nalaze se ispod pozornice predmeta. Neprozirne uzorke potrebno je osvijetliti s prednje strane. Da biste to učinili, iluminator se postavlja iznad pozornice objekta, a njegove zrake se usmjeravaju na objekt kroz leću pomoću prozirnog zrcala.

Iluminator može biti pasivan, aktivan (svjetiljka) ili se sastoji od oba elementa. Najjednostavniji mikroskopi nemaju lampe za osvjetljavanje uzoraka. Ispod stola imaju dvosmjerno ogledalo, čija je jedna strana ravna, a druga konkavna. Na dnevnom svjetlu, ako se mikroskop postavi blizu prozora, možete dobiti prilično dobro osvjetljenje korištenjem konkavnog zrcala. Ako se mikroskop nalazi u tamnoj prostoriji, za osvjetljavanje se koristi ravno zrcalo i vanjski iluminator.

Povećanje mikroskopa jednako je umnošku povećanja objektiva i okulara. S povećanjem okulara jednakim 10 i povećanjem objektiva jednakim 40 ukupni koeficijent povećanje je 400. Tipično, pribor za istraživački mikroskop uključuje objektive s povećanjem od 4 do 100. Tipičan set mikroskopskih leća za amaterska i obrazovna istraživanja (x 4, x10 i x 40) pruža povećanje od 40 do 400.

Razlučivost je još jedna važna karakteristika mikroskopa, koja određuje njegovu kvalitetu i jasnoću slike koju stvara. Što je veća razlučivost, to se više finih detalja može vidjeti pri velikom povećanju. U vezi s rezolucijom govore o "korisnom" i "beskorisnom" povećanju. "Korisno" je maksimalno povećanje pri kojem se dobivaju maksimalni detalji slike. Daljnje povećanje ("beskorisno") nije podržano rezolucijom mikroskopa i ne otkriva nove detalje, ali može negativno utjecati na jasnoću i kontrast slike. Dakle, granica korisnog povećanja svjetlosnog mikroskopa nije ograničena općim faktorom povećanja objektiva i okulara - može se učiniti koliko god se želi - već kvalitetom optičkih komponenti mikroskopa, tj. rezolucija.

Mikroskop se sastoji od tri glavna funkcionalna dijela:

1. Dio rasvjete
Dizajniran za stvaranje svjetlosnog toka koji vam omogućuje osvjetljavanje objekta na takav način da sljedeći dijelovi mikroskopa obavljaju svoje funkcije s iznimnom preciznošću. Osvjetljujući dio mikroskopa propuštene svjetlosti nalazi se iza predmeta ispod leće kod direktnih mikroskopa i ispred predmeta iznad leće kod invertnih mikroskopa.
Rasvjetni dio uključuje izvor svjetlosti (svjetiljku i električno napajanje) i optičko-mehanički sustav (kolektor, kondenzator, polje i otvor blende podesive/iris dijafragme).

2. Reprodukcijski dio
Dizajniran za reprodukciju objekta u ravnini slike s kvalitetom slike i povećanjem potrebnim za istraživanje (tj. za izradu slike koja će reproducirati objekt što je točnije moguće i sa svim detaljima uz razlučivost, povećanje, kontrast i reprodukciju boja koja odgovara optika mikroskopa).
Dio za reprodukciju pruža prvi stupanj povećanja i nalazi se iza objekta u ravnini slike mikroskopa. Reprodukcijski dio uključuje leću i srednji optički sustav.
Moderni mikroskopi najnovije generacije temelje se na sustavima optičkih leća korigiranih za beskonačnost.
To dodatno zahtijeva korištenje tzv. sustava cijevi, koji paralelne zrake svjetlosti koje izlaze iz leće “skupljaju” u ravnini slike mikroskopa.

3. Dio vizualizacije
Dizajniran za dobivanje stvarne slike predmeta na mrežnici oka, fotografskom filmu ili ploči, na ekranu televizijskog ili računalnog monitora uz dodatno povećanje (drugi stupanj povećanja).

Vizualizacijski dio nalazi se između slikovne ravnine leće i očiju promatrača (kamera, foto aparat).
Dio za snimanje uključuje monokularnu, binokularnu ili trinokularnu glavu za snimanje sa sustavom za promatranje (okulari koji rade poput povećala).
Dodatno, ovaj dio uključuje dodatne sustave povećanja (velikoprodaja/sustavi za promjenu povećanja); projekcijski dodaci, uključujući dodatke za raspravu za dva ili više promatrača; aparati za crtanje; sustavi za analizu slika i dokumentiranje s pripadajućim elementima podudaranja (foto kanal).

Osnovne metode rada s mikroskopom

Metoda svijetlog polja propuštene svjetlosti. Pogodno za proučavanje prozirnih objekata s nehomogenim inkluzijama (tanki rezovi biljnih i životinjskih tkiva, protozojski mikroorganizmi u tekućinama, tanke polirane ploče nekih minerala). Iluminator i kondenzator nalaze se ispod pozornice. Slika nastaje tako što svjetlost prolazi kroz prozirni medij i apsorbiraju je gušće inkluzije. Za povećanje kontrasta slike često se koriste boje čija je koncentracija veća što je gustoća površine uzorka veća.

Metoda svijetlog polja u reflektiranoj svjetlosti. Koristi se za proučavanje neprozirnih predmeta (metala, ruda, minerala), kao i predmeta s kojih je nemoguće ili nepoželjno uzeti uzorke za pripremu prozirnih mikroslijedova (nakit, umjetnička djela, itd.) Osvjetljenje dolazi odozgo, obično kroz leća, koja u ovom slučaju ima i ulogu kondenzora.

Metode kosog osvjetljenja i tamnog polja Metode proučavanja uzoraka s vrlo niskim kontrastom, na primjer, gotovo prozirne žive stanice. Propuštena svjetlost nanosi se na uzorak ne odozdo, već malo sa strane, zbog čega postaju vidljive sjene koje tvore guste inkluzije (metoda kosog osvjetljenja). Pomicanjem kondenzora na način da njegova izravna svjetlost uopće ne pada na objektiv (uzorak je osvijetljen samo kosim zrakama na svjetlu) može se u okularu mikroskopa promatrati bijeli objekt na crnoj pozadini (tamno polje metoda). Obje su metode prikladne samo za mikroskope čiji dizajn omogućuje pomicanje kondenzatora u odnosu na optičku os mikroskopa.

Vrste modernih mikroskopa

Osim svjetlosnih mikroskopa, postoje i elektronski i atomski mikroskopi koji se uglavnom koriste za znanstvena istraživanja. Konvencionalni transmisijski elektronski mikroskop sličan je svjetlosnom mikroskopu, osim što se objekt ne obasjava svjetlosnim tokom, već snopom elektrona koje stvara posebna elektronska reflektorka. Rezultirajuća slika projicira se na fluorescentni zaslon pomoću sustava leća. Povećanje prijenosnog elektronskog mikroskopa može doseći milijun, međutim, za mikroskope atomske sile to nije granica. Upravo atomskim mikroskopima, sposobnim za provođenje istraživanja na molekularnoj, pa čak i atomskoj razini, dugujemo mnoga najnovija dostignuća u poljima genetski inženjering, medicina, fizika čvrsta, biologije i drugih znanosti.

Svjetlosni mikroskopi također dolaze u različitim varijantama i mogu se klasificirati prema nekoliko kriterija, na primjer, broju optičkih jedinica (monokularni/binokularni ili stereo) ili vrsti osvjetljenja (polarizirajuće i fluorescentno, interferencijsko i faznokontrastno). Za amatersku praksu prikladan je jednostavan monokularni svjetlosni mikroskop s maksimalnim povećanjem od 400x. Složeniji uređaji se međusobno razlikuju po izvedbi iluminatora i kondenzatora, posebni su i koriste se u užim područjima znanosti. Posebna su vrsta stereo mikroskopi koji su neophodni za mikrokirurške operacije i proizvodnju mikroelektroničkih komponenti, a nezaobilazni su i u genetičkom inženjerstvu.

I. P. Kulibin bavio se proizvodnjom optičkih instrumenata u Nižnjem Novgorodu prije odlaska u Sankt Peterburg 1769. godine. Tu je 1764.-1766. samostalno konstruirao reflektirajući teleskop Gregoryjevog sustava, mikroskop i električni stroj na temelju uzoraka engleskih instrumenata donesenih u Nižnji Novgorod trgovac Izvolsky. Sam Kulibin je napisao o ovom djelu: "Onda je počeo gledati različita iskustva Kako polirati stakla teleskopa, oko kojih sam se posebno trudio i kroz to sam pronašao poliranje. Na temelju tog izuma izradio sam dvije cijevi za gledanje tri aršina duge i jedan osrednji mikroskop, sastavljen od pet stakala... Slučajno sam dobio na ispitivanje teleskop s metalnim zrcalima proizveden u Engleskoj, koji je, rastavivši i staklo i zrcala, postao je tražiti zapaljive točke prema suncu i uzeti mjeru udaljenu od tih zrcala i stakala do zapaljivih točaka. Mjeru po kojoj bi se moglo znati koje će konkavnosti i konveksnosti za staklo i zrcala trebati napraviti u bakrenim kalupima za okretanje zrcala i stakala na pijesku i s tim sam napravio crtež cijelog teleskopa... Zatim sam počeo izvoditi pokuse o tome kako staviti metal u proporcije; a kad im je tvrdoća i bjelina počela sličiti, onda sam od toga izlio zrcala po uzorku, počeo ih brusiti u pijesku na ocrtanim i već napravljenim konveksnim oblicima, i počeo raditi pokuse na tim tokarenim zrcalima, na koji sam način mogao pronaći, dobili su isto čisto poliranje, koje je trajalo neko vrijeme. Na kraju sam isprobao jedno ulašteno ogledalo na bakrenom kalupu, trljajući ga spaljenim kositrom i uljem za drvo. I tako je s tim iskustvom, od mnogo napravljenih ogledala, jedno veliko ogledalo i jedno gadno malo izašlo u proporciji..." Iz navedenog ulomka iz Kulibinove autobiografije jasno je da je on svojim radoznalim umom uspio odrediti žarišne duljine leća i zrcala, otkriti tajnu legure za izradu metalnog zrcala, te izumiti i izgraditi stroj za brušenje i poliranje. leće i ogledala. Kulibin je napravio jedan mikroskop i dva teleskopa u Nižnjem Novgorodu, iz kojih je "Balakhna bila vidljiva vrlo blizu, iako s mrakom, ali jasno." Ako uzmemo u obzir da se industrijski grad Balakhna nalazio 32 km od Nižnjeg Novgoroda, tada je povećanje Kulibinovih teleskopa bilo vrlo veliko. Jedan od Kulibinovih biografa, profesor A. Eršov, sredinom 19.st. je napisao da bi "Sami ovi izumi bili dovoljni da ovjekovječe ime slavnog mehaničara. Kažemo izumi jer okretanje stakla, izrada metalnih ogledala i prekrasnih mehanizama u Nižnjem Novgorodu bez ikakvog priručnika ili modela znači izmišljanje metoda za te konstrukcije." Godine 1768. Katarina II posjetila je Nižnji Novgorod; "Predstavljeni" su joj Kulibinovi instrumenti, koji su, po svoj prilici, na nju ostavili pozitivan dojam, jer. sljedeće godine 1769. poželjela ih je vidjeti drugi put, ali u Petrogradu. Nažalost, ti optički instrumenti nisu preživjeli, iako u "registru njegovih izuma" koji je sastavio Kulibin postoji zapis da su "sada pohranjeni u Kunstkameri Akademije znanosti, što je objavljeno u Akademskom glasniku, s poseban dodatak 1769. godine.” Naredbom Katarine II, I. P. Kulibin primljen je u službu u Akademiji znanosti kao mehaničar i voditelj akademskih radionica. U skladu sa “Standardima prema kojima Nižnji Novgorod Posad Ivan Kulibin ulazi u akademsku službu,” njegove su dužnosti uključivale: “1., imati glavni nadzor nad alatnicom, vodovodom, tokarstvom, stolarijom i nad komorom u kojoj se nalaze optički instrumenti i termometri. izrađeni su i barometri kako bi se sav posao odvijao uspješno i pristojno, a Cezaru prepustio izravno promatranje instrumentalne komore... 2. da akademskim umjetnicima diskretno demonstrira sve u čemu je i sam vješt. 3. da čisti te za popravak astronomskih i drugih satova, teleskopa, teleskopa i drugih, osobito fizikalnih instrumenata koji se nalaze na Akademiji...”. Te je uvjete potpisao Kulibin 2. siječnja 1770., a na Akademiji je počeo raditi još 1769. i u toj službi ostao više od trideset godina. U Kulibinovim osobnim i službenim dokumentima za 1770-1777. dostupno veliki broj"Izvješća akademskoj komisiji" o proizvodnji i popravku teleskopa (uglavnom zrcalnih - prema Gregoryjevoj shemi), mikroskopa, astrolaba. U „Registru raznih mehaničkih, fizičkih i optičkih izuma Sankt-Peterburške carske akademije znanosti mehaničara Ivana Petroviča Kulibina” postoji zapis: „U međuvremenu sam napravio i ispravio na Akademiji znanosti i razno poslao na carske palače optički instrumenti, kao što su: gregorijanski i akromatski teleskopi, koje majstori na Akademiji nisu ispravljali..." Već u prvim mjesecima svog rada na Akademiji znanosti Kulibin se uspješno nosio s izradom prototipa teleskopa od dvije stope i popravkom gregorijanskog teleskopa, o čemu svjedoči recenzija akademika S. Ya. Rumovskog. Kulibin briljantno razumije sve zamršenosti projektiranja optičkih instrumenata. U svojoj bilješci “Potražite naočale na sljedećem crtežu...” izvještava o metodi za pronalaženje fokusa sfernog zrcala za određivanje položaja okulara i daje crtež popraćen sljedeći tekst: "... Cijev s naočalama može se dovesti do samog fokusa, prelomljenog od malog ravnog zrcala, koje cijev promjera više ne čini unutarnje slijepe risove a i b, tako da ne zaklanja lom zraka u oba zrcala u blizini središta." Kulibinov dizajnerski talent očituje se iu njegovoj bilješci “O cijevi ili Herschelovom teleskopu”: “Ugradite veliko zrcalo ovako: umetnite na kraj rupe onaj krug sa stabljikom u koju je uvrnuto površinsko zrcalo u samoj sredini, i na mjestu gdje se tijekom gledanja donosi, a zatim, umetnuvši veliko zrcalo, gledati kroz rub gore spomenute površine kruga odozgo na donji rub velikog zrcala na četiri mjesta poprečno, a zatim na osmine, tako da da unutarnja strana cijevi posvuda izgleda jednaka. Zatim zavrtanjem površinskog zrcala, umetanjem stakala okulara, temeljne cijevi, umetanjem kruga u nju sa središnjom rupom, postavite cijev blizu površinskog zrcala u svim smjerovima jednako." Predodžbu o prirodi rada I. P. Kulibina u akademskim radionicama također daje "Popis izrađenih stvari i alata u sobi s instrumentima u skladištu", priložen osobnom dosjeu njegovog nasljednika, mehaničara Akademije P. Caesara, u kojem se navodi “Gregorijanski teleskop fokusa od 14 inča”, “složeni prozirni mikroskop napravljen za pokus prema uputama pokojnog profesora D. Eulera...” itd. Da bi poboljšao kvalitetu instrumenata koje je proizvodila optička radionica, Kulibin je 1771. godine poduzeo izradu novih brusnih kalupa, jer su stari oblici, kako je napisao, "svi dotrajali i nema ni jednog ispravnog para". Obavijestio je akademsku komisiju zaduženu za poslove radionica da namjerava izraditi “nekoliko pari oblika različitih veličina za tokarenje i poliranje staklenih i metalnih zrcala, u rasponu od linije do inča” od inča do stope, od stopa do nekoliko stopa, dodajući još nekoliko jedna drugoj. , pomoću kojih bi bilo moguće napraviti solarne i složene mikroskope različitih proporcija, teleskope, teleskope različitih veličina i druga stakla za gledanje različitih fokusa." 30. kolovoza 1796. Kulibin piše bilješku "O izradi prvog stroja za staklo" s podnaslovom "Pročitaj opširnije", u kojoj izvještava o svom projektu izgradnje stroja za brušenje i poliranje zrcala i mogućnosti korištenja za izradu staklenih predmeta. U preživjelim crtežima Kulibina postoji nekoliko crteža strojeva koje je dizajnirao za brušenje i poliranje leća. U svojoj bilješci "O brušenju i poliranju zakrivljenog zrcala", Kulibin daje opis metoda za brušenje zrcala pomoću šmirgla i jastučića za poliranje od crvenog bakra: "Kada je zrcalo strojno obrađeno prema uzorku na prikazanom šiljku, tada ga brusite u ravnom linijom s šmirglom, posipajući umetnute čestice crvenog bakra u ručku stroja za poliranje i podešavajući ih na istoj spirali ili na ovako, kao što je gore opisano, i zajedno samljeti čestice u središtu takve stvari koja bi točno odgovarala konkavnosti tog zrcala. Primjer bi bilo ogledalo s promjerom od 6 inča, i neka ova čestica crvenog bakra bude jedan inč ili manje, a ne više, tako da ogledalo u središtu bude strmije, a kada su rubovi stvari za poliranje na središte zrcala, onda se neće čvrsto pritisnuti, za što mora biti izrađeno od crvenih bakrenih komada čak i manje od jednog inča u promjeru, ali nakon što se izbrusi vrlo čisto i istinito, tada, lijepljenjem tafta na takve bakrene čestice s garnusom , poliranje s nijansom."

Ivan Petrovič Kulibin (1735-1818) Stroj za brušenje i poliranje optičkih leća. Osobni crtež I.P. Kulibina

U "Mišljenju o krivocrtnim zrcalima" Kulibin uspoređuje relativnu složenost obrade sfernih i asferičnih zrcala. Detaljno ispituje proces izrade konkavnog zrcala, od brušenja diska do poliranja, uključujući. Recept za legure za izradu metalnih zrcala, metode taljenja i recept za kremeno staklo privukli su Kulibinovu pozornost. U svom radu izumitelj se oslanja na iskustvo i tradiciju koju su sakupili zaposlenici najstarije akademske radionice (optička radionica osnovana 1726.), gdje je od vremena Lomonosova uspostavljena proizvodnja mnogih optičkih instrumenata i gdje je najiskusniji i najvještiji optički mehaničari radili su, primjerice, obitelj Belyaev. Zajedno s I. I. Beljajevim, I. P. Kulibin podigao je rad optičke radionice na velike visine. Kvantiteta i kvaliteta optičkih instrumenata koje je proizvodila značajno je porasla.Optičarskoj radionici s narudžbama leća i optičkih instrumenata počeli su se obraćati ne samo akademici i profesori same Akademije znanosti, već i vanjski ljudi. Kulibinovi crteži su od velikog interesa. Jedan od njegovih crteža prikazuje Kulibinov crtež koji prikazuje optičke sklopove mikroskopa, polemoskopa i teleskopa. Ovdje je posebno zanimljiv drugi crtež, koji je dijagram mikroskopa s pet leća s dvostruko konkavnom lećom smještenom između skupnog i dvolećnog okulara. Takva leća trebala bi malo povećati sliku bez odmicanja okulara od leće, t.j. da bi bilo nepotrebno produžiti mikroskopsku cijev ako je postavljena izravno između leće i okulara, Kulibin je, međutim, "sljedio drugi cilj: kompenzirati smanjenje slike koje uzrokuje kolektiv. Ako je to tako, onda ovo predstavlja njegovu originalnu ideju.Leća ovog Kulibinovog mikroskopa je plankonveksna i okrenuta je ravnom stranom prema predmetu.Već smo vidjeli da je Keff prvi koristio sličnu leću u svom mikroskopu.Korisnost ove tehnike kasnije je ukazao Euler. Vjerojatno je Kulibin samostalno došao do ove ideje, koja je kasnije, počevši od 20-30 19. stoljeća, postala široko rasprostranjena u akromatskim mikroskopima." Kulibin nije bio samo izvrstan dizajner optičkih instrumenata, već je također dobro poznavao njihovu teoriju. U “Mišljenju o sfernim zrcalima” Kulibin je napisao: “1. Sferna zrcala, koja imaju duge radijuse i žarišta u refleksiji lomljenih zraka, zbog malog promjera zrcala i duljine žarišta u jednoj točki, ne mogu prikupiti zrake, jer u zrcalu, iako će jedna dlaka na njegovom rubu biti sferična, tada će biti toliko neistine u žarištu, koliko puta duže od žarišta i polupromjera zrcala... 2. Duž ovog dužine, i od velikog zrcala i od malog prizemnog, teško je utvrditi paralelizam ili žarište u jednoj točki." Dakle, Kulibin je imao jasne ideje o sfernoj aberaciji konkavnog sfernog zrcala. U svom "Mišljenju o krivocrtnim zrcalima" predlaže smanjenje vrijednosti sferna aberacija konkavno zrcalo dajući ovom zrcalu asferični oblik, zahvaljujući kojem je "... lakše pronaći paralelizam između velikog i malog zrcala, a također će žarišne točke na jednoj liniji lakše konvergirati." U bilješci "O objektivu" Staklo,” Kulibin uspoređuje optička svojstva teleskopske leće s tri leće i metalnog konkavnog zrcala. Istodobno je na marginama rukopisa zabilježio: “Pogledaj to i to temeljitije.” Ovaj plan provodi u svojoj bilješci od 3. rujna 1796. „O poticanju stakla na rad: „U usporedbi s akromatskim teleskopima, kod kojih je staklo objektiva sastavljeno od 3 stakla, potrebno je dakle brusiti i polirati 6 strana stakla. , onda, kao, Nije točno izračunato, ali u takvom mnoštvu trebalo bi biti tri puta više pogrešaka u poliranju nego u jednoj čaši. U prvom slučaju, iako će krivocrtni zbog neispravnosti linije i poliranja imati tri puta veću pogrešku od jednog akromatskog stakla, može biti jednak trostaklenoj leći akromatskog teleskopa. Isti 3. rujna 1796." Tijekom svog rada na Peterburškoj akademiji znanosti Kulibin je nakupio odlično iskustvo u dizajnu i tehnikama proizvodnje širokog spektra optičkih instrumenata. Krajem 70-ih godina XVIII stoljeća. stvorio je lanternu sa zrcalnim reflektorom, koja je bila preteča modernog reflektora. Kulibin je doveo razvoj svog projekta do kraja: ne samo da je stvorio nekoliko dizajna za svjetiljke razne aplikacije(ulična rasvjeta, rasvjeta palača, lampioni za svjetionike, kočije, industrijska poduzeća itd.), ali i detaljno razradio tehnologiju njihove izrade. U isto vrijeme, izumitelj je dizajnirao i razne uređaje i strojeve potrebne za izradu lampiona. Od velikog značaja za razvoj Kulibinova rada na području projektiranja različitih optičkih instrumenata bila je činjenica da je radio na Akademiji u vrijeme kada su se ovdje uspješno razvijala istraživanja tehničke optike. U razdoblju od 1768. do 1771. god. L. Euler je napisao i objavio “Pisma njemačkoj princezi...” i temeljnu troslojnu dioptriju, koja sadrži osnove teorije i proračun složenih akromatskih leća za teleskope i mikroskope. Pod izravnim nadzorom Kulibina, u optičkim i instrumentalnim radionicama peterburške Akademije znanosti, odvijala se konstrukcija prvog ruskog akromatskog mikroskopa u svijetu prema uputama L. Eulera i N. Fussa. Međutim, jedna okolnost iznenađuje: u tisku se nije pojavio niti jedan izvještaj o novom mikroskopu. To je vjerojatno zbog činjenice da ovaj instrument nije bio posve uspješan. Razlog neuspjeha očito je bila iznimna poteškoća u proizvodnji akromatskog mikroskopskog objektiva s tri leće. Svaka od leća u ovoj leći imala bi oko 3,5 mm (1/7 inča) u promjeru, s polumjerima zakrivljenosti izračunatim na tisućinke inča. U tom slučaju ukupna debljina leće trebala je biti oko 1,4 mm, a razmaci između leća oko 0,4 mm. Prevoditelj knjige N. Fussa na njemački, G. S. Klügel, napisao je 1778. godine da “Tako tanke leće kakve su ovdje potrebne teško bi mogao napraviti čak i najvještiji majstor.” Zaista, na razini optičke tehnologije koja je postojala 70-ih godina 18. stoljeća, bilo je nevjerojatno teško, gotovo nemoguće, stvoriti točan akromatski Euler-Fussov mikroskop. Godine 1784., nakon Eulerove smrti, prvi akromatski mikroskop na svijetu dizajnirao je i proizveo akademik F. T. W. Epinus u St. Petersburgu. U zapadnoj Europi prvi akromatski mikroskopi pojavili su se tek 1807. godine. Zaključno, treba napomenuti da su Kulibinove aktivnosti u području instrumentalne optike uvijek ispunjavale primarne ciljeve razvoja ruske znanosti i tehnologije i dale dostojan doprinos riznici svjetske kulture, razvoju metoda za obradu i brušenje leća. Književnost 1. Rukopisni materijali I. P. Kulibina u Arhivu Akademije znanosti SSSR-a. M.-L.: Izdavačka kuća Akademije znanosti SSSR-a, 1953. 2. Arhiv Ruske akademije nauka, f. 296, ol. 1, br. 515, ilustr. 1-12; br. 512, ilustr. 1-2; br. 511, ilustr. 1-1 rev. 3. Zbornik radova Instituta za povijest prirodnih znanosti Akademije znanosti SSSR-a. T. 1. M.-L., 1947. 4. Arhiv Ruske akademije nauka, f. 296, ol. 1, br. 517, ilustr. 1-1 rev. 5.Euler L. Pisma... napisana određenoj njemačkoj princezi. Dio I. Petrograd, 1768.; Dio II, 1772, Dio 3, 1774. 6. Euler L. dioptrija. S. Pet, 1769-1771. 7. Gurikov V. A. Povijest primijenjene optike. M.: Nauka, 1993. 8. Gurikov V. A. Prvi akromatski mikroskop. Priroda. 1981. br. 6.