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

U članku se govori o tome što je mikroskop, zašto 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 privukla sudbina običnog seljaka ili ribara, poput istog Lomonosova.

Najviše široku upotrebu razne discipline primljene su u renesansi, kada su ljudi počeli shvaćati važnost proučavanja svijeta oko sebe i drugih stvari. Osobito su im u tome pomogli razni optički uređaji, teleskopi i mikroskopi. Dakle, što je mikroskop? Tko ga je stvorio i gdje se ovaj uređaj danas koristi?

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 bliskih objekata, a ne svemirskih udaljenosti. Zasigurno, ime autora ovog izuma nije poznato, ali u povijesti postoje reference na nekoliko ljudi koji su ga prvi koristili i dizajnirali. Prema njima, 1590. 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, ali kako je to utjecalo na znanost? Gotovo isti kao njegov "rođak" teleskop. Iako primitivan, ovaj je uređaj omogućio prevladavanje nesavršenosti ljudskog oka i pogled u mikrokozmos. Uz pomoć njega kasnije su napravljena mnoga otkrića na 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: pomoću njih se dolazi do otkrića, utvrđuju vrste bolesti, infekcija, a nedavno su uspjeli i “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 uključuje i forenziku kojoj su ti uređaji potrebni za identifikaciju dokaza, detaljnu usporedbu otisaka prstiju i drugo.

Nemojte bez mikroskopa i istraživača drevni svijet kao što su paleontolozi i arheolozi. Potrebni su im za detaljno proučavanje ostataka biljaka, životinjskih kostiju s ljudima i umjetnih proizvoda prošlih vremena. I usput, snažan laboratorijski mikroskop možete slobodno kupiti za vlastitu upotrebu. Istina, ne može ih svatko priuštiti. Pogledajmo pobliže vrste ovih uređaja.

Vrste

Prva, glavna i najstarija je optička svjetlost. Slični uređaji još uvijek su dostupni u svakoj školi na satu biologije. To je set leća s podesivim razmakom i ogledalom 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 govoriti prostim jezikom, tada je valna duljina vidljive svjetlosti 390 do 750 nm. A ako je objekt, na primjer, stanica virusa ili drugog živog organizma, manji, tada će svjetlost jednostavno obići oko njega, takoreći, i neće se moći normalno reflektirati. A takav uređaj zaobilazi takva ograničenja: magnetskim poljem čini "tanjim" valove svjetlosti, što omogućuje da se vide i najsitniji objekti. To je osobito istinito u znanosti kao što je biologija. Mikroskop ove vrste daleko je bolji 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 desetke ili tisuće puta, što vam omogućuje provođenje istraživanja koja se ne mogu dobiti pomoću druge opreme ili uređaja.

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, sličnost mikroskopa stvorio je 1538. talijanski liječnik Girolamo Fracastoro, koji je odlučio instalirati u seriju dva optičke leće, slične onima koje se koriste u naočalama, dalekozorima, dalekozori i budale. Na usavršavanju mikroskopa radio je Galileo Galilei, kao i deseci svjetski poznatih znanstvenika.

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 uzastopnih staklenih leća. 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 jedan poveća predmet za 2 puta, sljedeći će povećati zadanu projekciju još više, i tako sve dok se predmet ne prikaže na površini zadnje 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, neće biti moguće postići jasno povećanje slike. Ovisno o karakteristikama leće, duljina cijevi u kojoj je leća zatvorena može varirati. Zapravo, što je viši, 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 objektivu. Okular ima dvije leće. Prvi se nalazi bliže oku i naziva se oko, a drugi je 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 u percepciji vida, jer svaka osoba fokusira na različitu udaljenost. Terenska leća omogućuje prilagodbu mikroskopa ovoj značajki.

Sustav rasvjete

Da biste vidjeli predmet koji se proučava, potrebno ga je osvijetliti, jer leća pokriva prirodno svjetlo. Kao rezultat toga, gledajući kroz okular, uvijek možete vidjeti samo crnu ili sivu sliku. Za to je posebno razvijen sustav rasvjete. Može se izraditi u obliku lampe, LED ili drugog izvora svjetlosti. Najviše jednostavni modeli svjetlosne zrake primaju iz vanjskog izvora. Oni su usmjereni na predmet proučavanja uz pomoć zrcala.

Predmetna tablica

Posljednji važan i najlakši dio mikroskopa za izradu je postolje. Leća je usmjerena prema njoj, jer je na njoj fiksiran predmet proučavanja. Stol ima ravnu površinu, što vam omogućuje da popravite predmet bez straha da će se pomaknuti. Čak i najmanji pomak predmeta proučavanja pod povećanjem bit će ogroman, pa neće biti lako ponovno pronaći izvornu točku koja je proučavana.

Vrste mikroskopa

Tijekom duge povijesti postojanja ovog uređaja razvijeno je više mikroskopa koji se međusobno bitno razlikuju po principu rada mikroskopa.

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

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

Optički

Optički mikroskop je najproračunskiji i najjednostavniji uređaj. Ova oprema vam omogućuje povećanje slike za 2000 puta. Ovo je prilično velik pokazatelj koji vam omogućuje proučavanje strukture stanica, površine tkiva, pronalaženje nedostataka u umjetno stvorenim objektima itd. Treba napomenuti da je 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 upravo optičkim. To je zbog njihove niže cijene, kao i ne prevelikog povećanja.

Tipično, optički mikroskop ima nekoliko objektiva koji se mogu pomicati na postolju. Svaki od njih ima svoj stupanj povećanja. Kada ispitujete predmet, leću možete pomaknuti u radni položaj i pregledati ga uz određeno povećanje. Ako se želite još više približiti, samo trebate prijeći na još veći objektiv. Ovi uređaji nemaju ultraprecizno podešavanje. Na primjer, ako trebate samo malo zumirati, tada prelaskom na drugu leću možete zumirati desetke puta, što će biti pretjerano i neće vam omogućiti da ispravno percipirate uvećanu sliku i izbjegnete nepotrebne detalje.

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 leži u činjenici da umjesto snopa svjetlosti, poput optičkih, šalju snop elektrona. Snimanje slike provodi se korištenjem posebnih magnetskih leća koje reagiraju na kretanje elektrona u stupcu uređaja. Smjer snopa se podešava pomoću . Ovi uređaji pojavili su se 1931. Početkom 2000-ih počeli su kombinirati računalnu opremu i elektronske mikroskope, što je značajno povećalo faktor povećanja, raspon podešavanja i omogućilo snimanje rezultirajuće slike.

Elektronički uređaji, usprkos svim svojim prednostima, imaju visoku cijenu i zahtijevaju posebne uvjete za rad. Da bi se dobila visokokvalitetna jasna slika, potrebno je da predmet proučavanja bude u vakuumu. To je zbog činjenice da molekule zraka raspršuju elektrone, što remeti jasnoću slike i ne dopušta fino podešavanje. U tom smislu, ova oprema se koristi u laboratorijskim uvjetima. Također 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 sondni mikroskop omogućuje vam dobivanje slike s predmeta ispitivanjem posebnom sondom. 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 složeni sustav registrira i snima, nakon čega nastaje topografska slika uvećanih objekata. Sonda je opremljena osjetljivim senzorima koji reagiraju na kretanje elektrona. Postoje i sonde koje rade prema optičkom tipu povećanjem zbog ugradnje leća.

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

Za ovu metodu karakteristična 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 je laboratorijska oprema koristi se za proučavanje objekata čije su dimenzije usporedive s valnom duljinom X-zraka. Učinkovitost povećanja ovog uređaja nalazi se 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 objekta, takva oprema omogućuje ne samo dobivanje podataka o strukturi objekta, 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 konstruirano je 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 dimenzije mnogo manje. Da bi vidio, promatrao i proučavao takve objekte, osoba koristi poseban optički uređaj tzv mikroskop, što omogućuje više stotina puta povećanje slike objekata koji nisu vidljivi ljudskom oku. Sam naziv uređaja, koji se sastoji od dvije grčke riječi: mali i izgled, govori o njegovoj namjeni. Dakle, optički mikroskop može povećati sliku predmeta 2000 puta. Ako je predmet koji se proučava, poput virusa, premalen i optički mikroskop nije dovoljan da ga poveća, moderna znanost koristi elektronski mikroskop, što vam omogućuje povećanje promatranog objekta za 20000-40000 puta.

Izum mikroskopa povezan je prvenstveno s razvojem optike. Moć povećanja zakrivljenih površina bila je poznata još 300. pr. e. Euklid i Ptolomej (127-151), međutim, ta optička svojstva tada nisu našla primjenu. Tek 1285. Talijan Salvinio deli Arleati izumio je prve naočale. Postoje dokazi da je prvi mikroskopski uređaj izradio Z. Jansen u Nizozemskoj oko 1590. godine. Uzimanje dva konveksne leće, montirao ih je unutar jedne cijevi, zahvaljujući cijevi koja se uvlači, postignuto je fokusiranje na predmet koji se proučava. Uređaj je deseterostruko povećao subjekt, što je bilo pravo postignuće na području mikroskopije. Jansen je napravio nekoliko takvih mikroskopa, značajno poboljšavajući svaki sljedeći uređaj.

Godine 1646. objavljen je rad A. Kirchera, u kojem je opisao izum stoljeća - najjednostavniji mikroskop, nazvan "staklo od buha". Povećalo je umetnuto u bakrenu podlogu na koju je pričvršćen stol s predmetima. Proučavani predmet postavljen je na stol ispod kojeg se nalazila konkavna odn ravno ogledalo reflektiranje sunčevih zraka na predmet i osvjetljavanje odozdo. Povećalo se pomicalo pomoću vijka sve dok slika predmeta nije postala jasna.

Složeni mikroskopi napravljeni od dvije leće pojavili su se početkom 17. stoljeća. Mnoge činjenice govore da je izumitelj složenog mikroskopa Nizozemac K. Drebel koji u službi engleskog kralja Jakova I. Drebelov mikroskop imao je dva stakla, jedno (objektiv) bilo je okrenuto prema predmetu koji se proučava, drugo (okular) bilo je okrenuto prema oku promatrača. Godine 1633. engleski fizičar R. Hooke poboljšao je mikroskop Drebel, dopunivši ga trećom lećom, nazvanom kolektiv. Takav je mikroskop stekao veliku popularnost, većina mikroskopa s kraja 17. i početka 18. stoljeća izrađena je prema njegovoj shemi. Proučavajući tanke dijelove životinjskog i biljnog tkiva pod mikroskopom, Hooke je otkrio stanična struktura organizmi.

A 1673.-1677 nizozemski prirodoslovac A. Leeuwenhoek je pomoću mikroskopa otkrio do tada 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, dobivene iz staklene kugle. Sama kugla je polirana na jednostavnom stroju za brušenje. Jedan od tih mikroskopa, koji daje povećanje od 300 puta, pohranjen je 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 izradio, 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 znanstvenu djelatnost čovjeka bez upotrebe mikroskopa. Pronađen mikroskop najširu primjenu u biološkim, medicinskim, geološkim i laboratorijima za znanost o materijalima.

Koristi se za dobivanje velikih povećanja pri promatranju male predmete. Povećana slika predmeta u mikroskopu dobiva se pomoću optičkog sustava koji se sastoji od dvije kratkofokusne leće – objektiva i okulara. Objektiv će dati pravu obrnuto uvećanu sliku subjekta. Ovu međusliku promatra oko kroz okular, čiji je rad sličan onom povećala. Okular je postavljen tako da je međuslika u njegovoj žarišnoj ravnini, pri čemu se zrake iz svake točke predmeta šire za okularom u paralelnom snopu. Uređaj dizajniran za dobivanje uvećanih slika, kao i za mjerenje objekata ili strukturnih detalja, nevidljivih ili slabo vidljivih golim okom, koristi se za množenje dotičnih objekata. Uz pomoć ovih instrumenata određuju se veličina, oblik i struktura najsitnijih čestica. Mikroskop– nezamjenjiva optička oprema za područja djelovanja kao što su medicina, biologija, botanika, elektronika i geologija, budući da se na rezultatima istraživanja temelje znanstvena otkrića, postavlja se ispravna dijagnoza i razvijaju novi lijekovi.

Povijest mikroskopa

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

Vrste mikroskopa

Ovisno o potrebnoj razlučivosti razmatranih mikročestica tvari, 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 vidna udaljenost (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., mnogo su 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 (luminiscentni mikroskop). optički mikroskop nije mogao dati rezoluciju manju od polovice valne duljine referentnog zračenja (raspon valne duljine 0,2-0,7 mikrona, ili 200-700 nm). Na ovaj način, optički mikroskop sposoban je razlikovati strukture s udaljenosti između točaka do ~0,20 μm; stoga je maksimalno povećanje koje se moglo postići bilo ~2000x.

omogućuje vam da dobijete 2 slike objekta, gledanog pod malim kutom, što pruža volumetrijsku percepciju, ovo je optički uređaj za višestruko povećanje predmetnih objekata, koji ima poseban binokularni dodatak koji vam omogućuje proučavanje objekta s oba oči. To je njegova pogodnost i prednost u odnosu na konvencionalne mikroskope. Zato binokularni mikroskop najčešće se koristi u stručnim laboratorijima, medicinskim ustanovama i više obrazovne ustanove. Od ostalih prednosti ovog uređaja, potrebno je istaknuti visoku kvalitetu i kontrast slike, mehanizme grubog i finog podešavanja. Binokularni mikroskop radi na istom principu kao i konvencionalni monokularni: predmet proučavanja se postavlja ispod leće, gdje se na njega usmjerava umjetni svjetlosni tok. koristi se za biokemijske, patoanatomske, citološke, hematološke, urološke, dermatološke, biološke i opće kliničke studije. Sveukupno povećanje(objektiv * okular) optičkih mikroskopa s binokularnim nastavkom obično je veći od onog kod odgovarajućih monokularnih mikroskopa.

stereomikroskop

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

Specifičnost metalografskih istraživanja leži u potrebi promatranja strukture površine neprozirnih tijela. Zato metalografski mikroskop izgrađen prema shemi reflektiranog svjetla, gdje se na bočnoj strani leće nalazi poseban iluminator. Sustav prizmi i zrcala usmjerava svjetlost na predmet, zatim se svjetlost odbija od neprozirnog predmeta i usmjerava natrag u leću. moderni straight metalografski mikroskop karakterizira veliki razmak između površine pozornice i objektiva i 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 na težinu) i ne zahtijeva paralelnost referentne i radne površine uzorka (u ovom slučaju one se podudaraju ).

Na temelju principa rada polarizacijski mikroskop leži u dobivanju 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, ona mijenja ravninu polarizacije svjetlosti, uslijed čega na drugom polarizacijski filter pojavljuje se u obliku pretjeranog zatamnjenja. Ili daju specifične reakcije poput dvoloma u mastima. namijenjen za promatranje, fotografiranje i video projekciju objekata u polariziranoj svjetlosti, kao i istraživanje metoda žarišnog zaslona i faznog kontrasta. koristi se za proučavanje širokog spektra onih svojstava i pojava koji su obično nedostupni uobičajenom optičkom mikroskopu. Opremljen beskonačnom optikom s profesionalnim softverom.

Princip rada fluorescentni mikroskopi na temelju svojstava fluorescentnog zračenja. Mikroskop koriste se za proučavanje prozirnih i neprozirnih objekata. Luminescentno zračenje različito se reflektira od raznih površina i materijala, što omogućuje njegovo uspješno korištenje u imunokemijskim, imunološkim, imunomorfološkim i imunogenetičkim studijama. Zbog svojih jedinstvenih mogućnosti, fluorescentni mikroskop naširoko se koriste u farmaceutskoj, veterinarskoj i hortikulturnoj industriji, kao iu biotehnološkoj industriji. također praktički neizostavan za rad forenzičkih centara i sanitarno-epidemioloških ustanova.

koristi se za precizno mjerenje kutnih i linearnih dimenzija objekata. Koristi se u laboratorijskoj praksi, u tehnici i strojarstvu. Na univerzalnom mjernom mikroskopu 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 ima široku primjenu u mjernim laboratorijima zbog svoje svestranosti, jednostavnosti mjerenja i mogućnosti jednostavne automatizacije procesa mjerenja.

Elektronski mikroskop omogućuje dobivanje slike predmeta s maksimalnim povećanjem do 1.000.000 puta, jer se, za razliku od optičkog mikroskopa, umjesto svjetlosnog snopa koristi elektronski snop s energijama od 200 V ÷ 400 keV i više (npr. transmisijski elektronski mikroskop visoke rezolucije s akcelerirajućim naponom od 1 MV) . Rezolucija elektronski mikroskop prelazi razlučivost svjetlosnog mikroskopa za 1000÷10000 puta i za najbolje suvremene instrumente može biti manja od jednog angstrema. Da dobijete sliku elektronski mikroskop koristi posebne magnetske leće koje pomoću magnetskog polja kontroliraju kretanje elektrona u stupcu uređaja. Elektroničku sliku formiraju električni i magnetska polja otprilike isto kao svjetlo - optičke leće.

Skenirajući mikroskop sa sondom

ovo je klasa mikroskopa za oslikavanje površine i njezinih lokalnih karakteristika. Proces snimanja temelji se na skeniranju površine sondom. NA opći slučaj omogućuje dobivanje trodimenzionalne slike površine (topografije) visoke rezolucije. izumili su ga u svom modernom obliku 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 fiksira vrijednost funkcije koja ovisi o udaljenosti vrh-uzorak. Obično se snimljena vrijednost obrađuje sustavom negativne povratne sprege koji kontrolira položaj uzorka ili sonde duž jedne od koordinata (Z). Najčešće korišten sustav povratne sprege je 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 duljinom rendgenskog vala. Na temelju upotrebe 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 s izvorom zračenja i uređajem za snimanje na suprotnim krajevima. Za dobivanje jasne slike potrebno je da kutni otvor izvora bude što manji. Donedavno se u mikroskopima ove vrste nisu koristili dodatni optički uređaji. 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. NA novije vrijeme razvijaju se mikroskopi koji koriste Fresnelove ploče za fokusiranje slike. Takav mikroskop ima razlučivost 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 rendgenskih zraka. Međutim, 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 principa interferencije i na taj način vidite detalje koji su nedostupni oku. Relativno složen optički sustav omogućuje vam stvaranje crno-bijele slike uzorka na sivoj pozadini. Ova je slika slična onoj dobivenoj mikroskopom s faznim kontrastom, ali nema difrakcijski halo. U diferencijalnom interferencijsko-kontrastnom mikroskopu, polarizirana zraka iz izvora svjetlosti se dijeli na dvije zrake koje prolaze kroz uzorak različitim optičkim putevima. Duljina tih optičkih staza (tj. umnožak indeksa loma i geometrijske duljine staze) je različita. Naknadno, te grede ometaju pri spajanju. To vam omogućuje stvaranje trodimenzionalne reljefne slike koja odgovara promjeni optičke gustoće uzorka, naglašavajući linije i granice. Ova slika nije točna topografska slika.

Iz povijesti mikroskopa

U priči Vasilija Šukšina "Mikroskop", seoski stolar Andrej Jerin kupio je svoj životni san - mikroskop - od plaće svoje supruge, i postavio sebi za cilj da pronađe način da istrijebi sve mikrobe na zemlji, jer je iskreno vjerovao da, bez njih bi čovjek mogao 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 obavljati mnoge istraživačke 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 nipošto nije dizajnirao profesionalni znanstvenik, već "amater", manufakturni trgovac Anthony Van Leeuwenhoek, koji je živio u Nizozemskoj u 17. stoljeću. Upravo je taj radoznali samouk prvi kroz spravu koju je sam izradio pogledao kap vode i ugledao tisuće najmanjih bića koje je nazvao latinskom riječju animalculus ("životinjice"). Tijekom života Leeuwenhoek je uspio opisati više od dvjesto vrsta "životinja", 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 kasnije je postao i akademik Francuske akademije znanosti.

Leeuwenhoekovi mikroskopi, kojih je osobno izradio više od tri stotine za života, sastojali su se od 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 ovi optički instrumenti nisu imali stalak ili tronožac - morali su se držati u rukama. Sa stajališta današnje optike, uređaj nazvan "Levenhoekov mikroskop" nije mikroskop, već vrlo moćno povećalo, budući da se njegov optički dio sastoji od samo jedne leće.

Tijekom vremena, uređaj mikroskopa je značajno evoluirao, pojavili su se mikroskopi novog tipa, 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 dizajniran za proučavanje 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 za biološka istraživanja, imaju tri leće s različitim žarišnim duljinama i rotacijski mehanizam dizajniran za njihovu brzu promjenu - turret, često zvan turret. Tuba se nalazi na vrhu masivnog stalka, uključujući držač tube. Nešto ispod objektiva (ili kupole s više objektiva) nalazi se pozornica za objekt na koju se postavljaju slajdovi s ispitnim uzorcima. Oštrina se podešava pomoću vijka za grubo i fino podešavanje, koji vam omogućuje promjenu položaja pozornice u odnosu na objektiv.

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 preparat za ispitivanje. U klasičnim svjetlosnim mikroskopima, dizajn iluminatora (ugrađenog ili vanjskog) uključuje niskonaponsku žarulju s debelom žarnom niti, konvergentnom lećom i dijafragmom koja mijenja promjer svjetlosne točke na uzorku. Kondenzor, koji je konvergentna leća, dizajniran je za fokusiranje zraka iluminatora na uzorak. Kondenzator također ima iris dijafragmu (polje i otvor blende), koja kontrolira intenzitet osvjetljenja.

Pri radu s objektima koji propuštaju svjetlost (tekućine, tanki dijelovi biljaka i sl.), oni su osvijetljeni propuštenom svjetlošću - iluminator i kondenzator nalaze se ispod pozornice predmeta. Neprozirne uzorke treba 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 oboje. Najjednostavniji mikroskopi nemaju lampe za osvjetljavanje uzoraka. Ispod stola imaju dvostrano ogledalo, kod kojeg je jedna strana ravna, a druga konkavna. Na dnevnom svjetlu, ako je mikroskop blizu prozora, možete dobiti prilično dobro osvjetljenje pomoću konkavnog zrcala. Ako je mikroskop u tamnoj prostoriji, za osvjetljavanje se koristi ravno zrcalo i vanjski iluminator.

Povećanje mikroskopa jednako je umnošku povećanja objektiva i okulara. S povećanjem okulara od 10 i povećanjem objektiva od 40 ukupni omjer povećanje je 400. Tipično, pribor za istraživački mikroskop uključuje objektive s povećanjem od 4 do 100. Tipični pribor za mikroskopski objektiv 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 govori se 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 nepovoljno utjecati na jasnoću i kontrast slike. Dakle, granica korisnog povećanja svjetlosnog mikroskopa nije ograničena ukupnim faktorom povećanja objektiva i okulara - po želji se može učiniti proizvoljno velikim - 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 najvećom točnošću. Osvjetljujući dio mikroskopa s propuštenom svjetlošću nalazi se iza predmeta ispod objektiva kod direktnih mikroskopa, a ispred predmeta iznad objektiva kod invertiranih.
Rasvjetni dio uključuje izvor svjetla (svjetiljku i napajanje) i optičko-mehanički sustav (kolektor, kondenzator, polje i otvor blende / iris dijafragme).

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

3. Vizualizirajući dio
Dizajniran za dobivanje stvarne slike objekta na mrežnici, filmu ili ploči, na ekranu televizijskog ili računalnog monitora s dodatnim povećanjem (drugi stupanj povećanja).

Slikovni dio nalazi se između slikovne ravnine leće i očiju promatrača (kamera, kamera).
Dio za snimanje uključuje monokularni, binokularni ili trinokularni vizualni dodatak sa sustavom za promatranje (okulari koji rade poput povećala).
Osim toga, ovaj dio uključuje sustave dodatnog povećanja (sustavi veleprodaje / promjena povećanja); projekcijske mlaznice, uključujući raspravne mlaznice za dva ili više promatrača; uređaji za crtanje; sustavi za analizu slika i dokumentiranje s odgovarajućim elementima podudaranja (foto kanal).

Osnovne metode rada s mikroskopom

Metoda svijetlog polja u prolaznom svjetlu. Prikladno za proučavanje prozirnih objekata s nehomogenim inkluzijama (tanki dijelovi biljnih i životinjskih tkiva, protozoe u tekućinama, tanke polirane ploče nekih minerala). Iluminator i kondenzator nalaze se ispod pozornice. Slika nastaje prolaskom svjetlosti kroz prozirni medij i apsorbiranom gušćim inkluzijama. Za povećanje kontrasta slike često se koriste bojila 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 mikropreparata (nakit, umjetnička djela i sl.) Osvjetljenje dolazi odozgo, obično kroz leća, koja u ovom slučaju ima i ulogu kondenzora.

Metoda kosog osvjetljenja i metoda tamnog polja Metode za ispitivanje uzoraka s vrlo niskim kontrastom, na primjer, praktički prozirne žive stanice. Propušteno svjetlo 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 leću (uzorak se tada osvjetljava samo kosim zrakama u odnosu na transmisiju), može se u okularu mikroskopa na crnom promatrati bijeli predmet. pozadina (metoda tamnog polja). Obje su metode prikladne samo za mikroskope čiji dizajn omogućuje pomicanje kondenzora u odnosu na optičku os mikroskopa.

Vrste modernih mikroskopa

Osim svjetlosnih, postoje i elektronski i atomski mikroskopi koji se uglavnom koriste za znanstvena istraživanja. Konvencionalni prijenosni elektronski mikroskop sličan je svjetlosnom mikroskopu, s tom iznimkom što se objekt ne obasjava svjetlosnim tokom, već elektronskim snopom koji stvara poseban elektronički projektor. 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 čvrsto tijelo, biologije i drugih znanosti.

Svjetlosni mikroskopi su također različiti i mogu se klasificirati prema nekoliko kriterija, kao što je broj optičkih jedinica (monokularni/binokularni ili stereo) ili vrsta osvjetljenja (polarizirajuće i fluorescentno, interferencijsko i fazno kontrastno). 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 uskim područjima znanosti. Kao posebna vrsta izdvajaju se stereomikroskopi koji su neophodni za mikrokirurške operacije i proizvodnju mikroelektroničkih komponenti, a nezaobilazni su i u genetskom inženjerstvu.

I. P. Kulibin bavio se proizvodnjom optičkih instrumenata u Nižnjem Novgorodu prije odlaska 1769. u St. Petersburg. Tu je 1764.-1766. neovisno dizajnirao Gregoryev zrcalni teleskop, mikroskop i električni stroj na temelju uzoraka engleskih instrumenata donesenih u Nižnji Novgorod trgovac Izvolsky. Sam Kulibin je napisao o ovom djelu: "Tada je počeo tražiti različita iskustva kako polirati stakla teleskopa, s kojima je napravio poseban kolos i kroz to je pronašao poliranje. Prema ovom izumu načinio sam dva teleskopa duga tri aršina i jedan osrednji mikroskop sastavljen od pet stakala ... traži zapaljive točke prema suncu i pucaj zapaljive točke daleko od tih zrcala i stakala. Mjera kojom bi se biti moguće znati kakva će vrsta konkavnosti i izbočine za stakla i ogledala biti potrebna za izradu bakrenih kalupa za okretanje ogledala i stakla na pijesku i s tim je napravio crtež cijelog tog teleskopa ... Zatim je počeo izvoditi pokuse, kao ako li je protiv toga, staviti metal u razmjer; a kad sam im počeo nalikovati tvrdoćom i bjelinom, izlio sam od toga zrcala po modelu, počeo ih brusiti u pijesku na konveksnim oblicima koji su bili već napravljeni i već napravljeni, i počeo raditi pokuse na tim klesanim zrcalima. , na koji sam način mogao pronaći, isto tako čisto poliranje, koje je trajalo dosta vremena. Napokon sam isprobao jedno ulašteno ogledalo na bakrenom kalupu, trljajući ga spaljenim kositrom i uljem za drvo. I tako s tim iskustvom, od mnogih napravljenih ogledala, jedno veliko ogledalo i drugo gadno malo ogledalo izašlo je u proporciji ... ". Iz gornjeg ulomka iz Kulibinove autobiografije vidi se da je svojim radoznalim umom uspio doći do određivanja žarišnih duljina leća i zrcala, otkriti tajnu legure za izradu metalnog zrcala, izumiti i izgraditi stroj za brušenje i poliranje leća 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 tokarenje stakla, izrada metalnih ogledala i prekrasnih mehanizama u Nižnjem Novgorodu bez ikakve pomoći i modela znači izmišljanje načina za te konstrukcije" . Godine 1768. Nižnji Novgorod posjetila je Katarina II.; "darovani" su joj Kulibinovi instrumenti koji su, po svoj prilici, na nju ostavili pozitivan dojam, budući da. sljedeće, 1769. godine, poželjela ih je ponovno vidjeti, ali već u Petrogradu. Nažalost, ti optički instrumenti nisu sačuvani, iako "registar njegovih izuma" koji je sastavio Kulibin sadrži unos da su "sada pohranjeni u Kunstkameri Akademije znanosti, što je objavljeno u Akademicheskie Vedomosti, s posebnim dodatkom iz 1769." Po nalogu Katarine II, I. P. Kulibin je angažiran od strane Akademije znanosti kao mehaničar i voditelj akademskih radionica. U skladu s "Uvjetima pod kojima Nižnji Novgorod Posad Ivan Kulibin ulazi u akademsku službu," njegove su dužnosti uključivale: "1., imati glavni nadzor nad instrumentalom, vodovodom, tokarstvom, stolarijom i nad komorom u kojoj se nalaze optički instrumenti, termometri izrađeni su i barometri, tako da se svi radovi izvode uspješno i pristojno, prepuštajući izravno promatranje instrumentalne komore Cezarovoj ruci... dovršiti astronomske i druge satove, teleskope, spektile i druge, osobito fizičke instrumente, koji se nalaze na akademija...“. Te je uvjete Kulibin potpisao 2. siječnja 1770., ali je na Akademiji počeo raditi već 1769. i u toj službi ostao više od trideset godina. U osobnim i službenim dokumentima Kulibina za 1770-1777. dostupno veliki broj"Izvještaji akademskoj komisiji" o izradi i popravku teleskopa (uglavnom zrcalnih - prema Gregorijevoj shemi), mikroskopa, astrolaba. U „Registru raznih mehaničkih, fizikalnih i optičkih izuma Petrogradske carske akademije znanosti, mehaničara Ivana Petroviča Kulibina” postoji zapis: „U međuvremenu sam izradio i ispravio sam u Akademiji znanosti i poslao do carskih palača raznih 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 o njemu. Kulibin briljantno razumije sve zamršenosti dizajna optičkih instrumenata. U svojoj bilješci "Do sljedećeg crteža potražite naočale ..." on izvještava o metodi pronalaženja fokusa sfernog zrcala za određivanje položaja okulara i istovremeno daje crtež popraćen sljedeći tekst: "... Cijev s naočalama može se dovesti do samog fokusa, prelomljena od malog ravnog zrcala, koje cijev promjera više ne može učiniti unutarnjim slijepim a i risom, kako ne bi blokirala lom u zrake koje upadaju u oba zrcala blizu središta". Kulibinov dizajnerski talent očituje se i u njegovoj bilješci "O cijevi ili Herschelovom teleskopu": "Postavite veliko zrcalo ovako: umetnite na kraj rupe krug s drškom u koju je površinsko zrcalo zavrnuto u najgrubljem središtu , a na mjestu gdje se, dok se gleda, donosi, a zatim, umetnuvši veliko zrcalo, gleda kroz rub spomenute površine kruga odozgo do donjeg ruba velikog zrcala na četiri mjesta poprečno, a zatim u osmi dionici, dovodeći ga tako da unutrašnjost cijevi izgleda posvuda jednaka. stakla temeljne cijevi, umetanjem kruga sa središnjom rupom u nju, postavite prospekt cijevi blizu površinskog zrcala u svim smjerovima jednako ". Predodžbu o prirodi rada I. P. Kulibina u akademskim radionicama daje i "Popis stvari i alata izrađenih u alatnici u skladištu", priložen osobnom dosjeu njegovog nasljednika, mehaničara Akademije. P. Kesarev, koji navodi “Gregorijanski teleskop 14-inčnog fokusa”, napravljen za eksperiment prema uputama pokojnog profesora D. Eulera, složeni prozirni mikroskop ...” itd. . Da bi poboljšao kvalitetu alata koje je proizvodila optička radionica, Kulibin je 1771. godine poduzeo izradu novih brusnih formi, jer su stare brusne forme, kako je napisao, "sve dotrajale i nema ni jednog para pravih". ." Obavijestio je Akademijsku komisiju, koja je bila zadužena za poslove radionica, da namjerava napraviti "za tokarenje i glačanje stakla i metalnih zrcala nekoliko pari oblika različite veličine, dobivajući od linije do palca" od palca. do stope, od stope do nekoliko stopa, dodajući još nekoliko jedni drugima, pomoću kojih bi bilo moguće izraditi solarne i složene mikroskope raznih proporcija, spektile, teleskope raznih veličina i druge teleskope raznih fokusa. 30. kolovoza 1796. Kulibin piše bilješku "O izradi prvog stroja za staklo" s podcrtanim "Pročitaj opširnije", u kojoj izvještava o svom projektu izgradnje stroja za brušenje i poliranje zrcala i mogućnosti njegove uporabe za izradu staklenih predmeta. U preživjelim crtežima Kulibina postoji nekoliko crteža strojeva koje je on dizajnirao za brušenje i poliranje leća. U svojoj bilješci "O brušenju i poliranju krivocrtnog zrcala", Kulibin opisuje metode poliranja zrcala pomoću šmirgla i jastučića za poliranje od crvenog bakra: u dršku stroja za poliranje i podešeno na istom vertolugu ili na ovako, kao što je gore opisano, i zajedno samljeti čestice u središtu takve stvari koja bi točno odgovarala konkavnom zrcalu. Primjer bi bilo ogledalo s promjerom od 6 inča, i napravite ovu česticu crvenog bakra samo jedan inč ili manje, ali nemojte učiniti više, tako da ogledalo bude strmije u središtu, a kada rubovi polirane stvari su u središtu zrcala, tada se neće čvrsto pritisnuti, za što bi trebao biti izrađen od crvenog bakra za komade čak manje od jednog inča u promjeru, a kako je izbrušen vrlo čisto i ispravno, tada, nakon lijepljenja tafta na takve čestice bakra s garnusom, uglačati s cinnage ".

Ivan Petrovič Kulibin (1735-1818) Stroj za brušenje i poliranje optičkih leća. Ručno nacrtao I.P. Kulibin

U "Mišljenju o krivocrtnim zrcalima" Kulibin uspoređuje relativnu složenost obrade sfernih i asferičnih zrcala. On detaljno razmatra proizvodni proces konkavnog zrcala, od brušenja diska do poliranja, uključujući. Formulacija legura za proizvodnju metalnih zrcala, metode taljenja i formulacija kremenog stakla privukli su Kulibinovu pozornost. U svom radu izumitelj se oslanja na iskustvo i tradiciju koju su sakupili zaposlenici najstarije akademske radionice (optička radionica osnovana je 1726.), gdje je od vremena Lomonosova uspostavljena proizvodnja mnogih optičkih instrumenata i gdje najiskusniji i najvještiji optičari-mehaničari radili su, primjerice, obitelj Belyaev. Zajedno s I. I. Beljajevim, I. P. Kulibin podigao je rad optičke radionice na veliku visinu. Količina i kvaliteta optičkih instrumenata koje je ona proizvodila značajno su porasli.Ne samo akademici i profesori same Akademije znanosti, nego i vanjski ljudi počeli su se obraćati optičkoj radionici s narudžbama za leće i optičke instrumente. Kulibinovi crteži su od velikog interesa. Na jednom od njegovih crteža prikazan je Kulibinov crtež koji prikazuje optičke sheme mikroskopa, polemoskopa i spektila. 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 objektiva, tj. učiniti nepotrebnim produljiti cijev mikroskopa ako je postavljena izravno između objektiva i okulara, Kulibin je, međutim, "sljedio drugačiji cilj: kompenzirati smanjenje slike uzrokovano kolektivom. Ako je tako, onda je ovo je njegova izvorna ideja. Objektiv ovog Kulibinovog mikroskopa je plankonveksan i okrenut je ravnom stranom prema predmetu. Već smo vidjeli da je Köff prvi upotrijebio takav objektiv u svom mikroskopu. Euler je kasnije istaknuo korisnost ovu tehniku. Vjerojatno je Kulibin samostalno došao na ovu ideju, koja je kasnije, počevši od 20-30-ih godina XIX stoljeća, široko korištena 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. Sferična zrcala, koja imaju duge radijuse i žarišta u obrazloženju lomljenih zraka, zbog malenosti promjera zrcala i duljine fokusa u jednoj točki, zrake se ne mogu sakupiti, jer u zrcalu, iako će jedna dlaka na rubu biti sferne strmine, tada će u žarištu biti onoliko laži, koliko je puta dulji fokus i pola promjera zrcala. ... 2. jednu točku je teško utvrditi. Dakle, Kulibin je imao jasno razumijevanje sferne aberacije konkavnog sfernog zrcala. U svom Mišljenju o krivocrtnim zrcalima, on predlaže smanjenje vrijednosti sferna aberacija konkavno zrcalo dajući ovom zrcalu asferični oblik, zahvaljujući kojem je "... lakše pronaći paralelizam između velikog i malog zrcala, a fokusne točke na jednoj liniji lakše će konvergirati" U bilješci "O staklu objektiva " Kulibin uspoređuje optička svojstva objektiva teleskopa s tri leće oko metalnog konkavnog zrcala. Istodobno na marginama rukopisa bilježi: "Smatraj ovo pristojnijim." On provodi ovaj plan u svojoj bilješci od 3. rujna 1796., "O poticanju rada na staklu:" U usporedbi s akromatskim teleskopima, kod kojih je staklo objektiva sastavljeno od 3 stakla, stoga treba polirati 6 strana stakala i polirano, dakle, kao da nije točno izračunato, međutim, u takvom kompletu trebala bi biti tri puta veća pogreška u poliranju nego u jednom staklu. U prvom slučaju, krivocrtni, iako će zbog neispravnosti linije i poliranja imati grešku tri puta veću od jednog akromatskog stakla, tada može biti čak i ravan trostaklenoj leći akromatskog teleskopa. Istog 3. rujna 1796. god. Tijekom svog rada na Peterburškoj akademiji znanosti Kulibin je nakupio odlično iskustvo u dizajnu i proizvodnji 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 projekata lampiona za 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 razni pribori i strojeve potrebne za izradu lampiona. Veliku važnost u razvoju Kulibinova rada na području projektiranja raznih optičkih instrumenata imala 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 trosveščanu dioptriju koja sadrži osnove teorije i izračuna složenih akromatskih leća teleskopa i mikroskopa. Pod izravnim vodstvom Kulibina u optičkim i instrumentalnim radionicama Akademije znanosti u Sankt Peterburgu, izgradnja prvog ruskog akromatskog mikroskopa na svijetu odvijala se prema uputama L. Eulera i N. Fussa. Međutim, jedna okolnost izaziva iznenađenje: u tisku se nije pojavio niti jedan izvještaj o novom mikroskopu. To je vjerojatno zbog činjenice da se ovaj alat nije pokazao posve uspješnim. Razlog neuspjeha očito se sastojao u iznimnoj težini izrade akromatskog objektiva mikroskopa s tri leće. Svaka od leća ovog objektiva morala je biti promjera oko 3,5 mm (1/7 inča) i s polumjerom zakrivljenosti izračunatim na tisućinke inča. U ovom slučaju, ukupna debljina leće trebala bi biti oko 1,4 mm, a razmaci između leća - oko 0,4 mm. Prevoditelj knjige N. Fussa na njemački, G. S. Klugel, napisao je 1778. godine da "Ovako tanke leće kakve su ovdje potrebne teško da bi mogao napraviti čak i najvještiji majstor." Doista, na razini optičke tehnologije koja je postojala 70-ih godina 18. stoljeća, bilo je nevjerojatno teško, gotovo nemoguće, točno implementirati Euler-Fussov akromatski mikroskop. Godine 1784., nakon Eulerove smrti, akademik F. T. W. Epinus dizajnirao je i proizveo u St. Petersburgu prvi akromatski mikroskop na svijetu. U zapadnoj Europi prvi akromatski mikroskopi pojavili su se tek 1807. godine. Zaključno, treba napomenuti da je Kulibinova aktivnost u području instrumentalne optike uvijek ispunjavala prioritetne zadatke razvoja ruske znanosti i tehnologije i dala 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 sv. 3. Zbornik radova Instituta za prirodoslovlje Akademije znanosti SSSR-a. T. 1. M.-L., 1947. 4. Arhiv Ruske akademije nauka, f. 296, ol. 1, br. 517, ilustr. 1-1 sv. 5.Euler L. Pisma... pisana nekoj 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. Moskva: Nauka, 1993. 8. Gurikov V. A. Prvi akromatski mikroskop. Priroda. 1981. br. 6.