Un microscop este un instrument optic care vă permite să obțineți imagini mărite ale obiectelor mici sau ale detaliilor acestora care nu pot fi văzute cu ochiul liber.

Literal, cuvântul „microscop” înseamnă „a observa ceva mic” (din grecescul „mic” și „privi”).

Ochiul uman, ca oricare sistem optic, se caracterizează printr-o anumită rezoluție. Aceasta este cea mai mică distanță dintre două puncte sau linii, atunci când acestea nu se îmbină încă, dar sunt percepute separat unul de celălalt. Cu vedere normală la o distanță de 250 mm, rezoluția este de 0,176 mm. Prin urmare, toate obiectele a căror dimensiune este mai mică decât această valoare, ochiul nostru nu mai este capabil să distingă. Nu putem vedea celulele plantelor și animalelor, diferite microorganisme etc. Dar acest lucru se poate face cu ajutorul unor instrumente optice speciale - microscoape.

Cum funcționează un microscop

Un microscop clasic este format din trei părți principale: optic, iluminator și mecanic. Partea optică este reprezentată de oculare și lentile, partea de iluminare este sursă de lumină, un condensator și o diafragmă. Se obișnuiește să se facă referire la partea mecanică a tuturor celorlalte elemente: un trepied, un dispozitiv rotativ, o masă de obiecte, un sistem de focalizare și multe altele. Toate împreună și vă permit să efectuați cercetări despre microlume.

Ce este o „apertura de microscop”: să vorbim despre sistemul de iluminare

Pentru observații ale microlumii iluminare buna la fel de important ca calitatea opticii microscopului. LED-uri, lămpi cu halogen, oglindă - diferite surse de lumină pot fi folosite pentru un microscop. Fiecare are argumentele sale pro și contra. Iluminarea de fundal poate fi de sus, de jos sau combinată. Locația sa afectează ce lame pot fi examinate la microscop (transparente, translucide sau opace).

Sub masa de subiecte, pe care este plasată proba pentru cercetare, există o diafragmă de microscop. Poate fi disc sau iris. Diafragma este concepută pentru a regla intensitatea luminii: cu ajutorul ei, puteți regla grosimea fasciculului de lumină care vine de la iluminator. Diafragma discului este o placă mică cu găuri de diferite diametre. Este de obicei instalat pe microscoape de amatori. Diafragma irisului este formată din multe petale, cu care puteți schimba ușor diametrul găurii de transmitere a luminii. Este mai frecvent la microscoapele profesionale.

Partea optică: oculare și obiective

Obiectivele și ocularele sunt cele mai populare piese de schimb pentru microscop. Deși nu toate microscoapele acceptă schimbarea acestor accesorii. Sistemul optic este responsabil pentru formarea unei imagini mărite. Cu cât este mai bună și mai perfectă, cu atât imaginea este mai clară și mai detaliată. Dar cel mai înalt nivel calitatea optică este necesară doar la microscoapele profesionale. Pentru cercetarea amatorilor, optica standard din sticlă este suficientă, oferind o creștere de până la 500-1000 de ori. Dar vă recomandăm să evitați lentilele din plastic - calitatea imaginii în astfel de microscoape este de obicei frustrantă.

Elemente mecanice

Orice microscop conține elemente care permit cercetătorului să controleze focalizarea, să ajusteze poziția probei de testat și să ajusteze distanța de lucru a dispozitivului optic. Toate acestea fac parte din mecanica unui microscop: mecanisme coaxiale de focalizare, suport de pregătire și pregătire, butoane de reglare a clarității, scenă și multe altele.

Istoria microscopului

Când a apărut primul microscop nu se știe exact. Cele mai simple aparate de mărire sunt biconvexe lentile optice, au fost găsite în timpul săpăturilor de pe teritoriul Babilonului Antic.

Se crede că primul microscop a fost creat în 1590 de către opticianul olandez Hans Jansen și fiul său Zachary Jansen. Deoarece lentilele din acele vremuri erau lustruite manual, aveau diverse defecte: zgârieturi, lovituri. Defectele lentilelor au fost căutate folosind o altă lentilă - o lupă. S-a dovedit că dacă luați în considerare un obiect cu ajutorul a două lentile, atunci acesta este mărit de multe ori. După ce a montat 2 lentile convexe în interiorul unui tub, Zakhary Jansen a primit un dispozitiv care semăna cu o lunetă. La un capăt al acestui tub era o lentilă care acționa ca un obiectiv, iar la celălalt - o lentilă de ocular. Dar spre deosebire de ochean Dispozitivul lui Jansen nu a apropiat obiectele, ci le-a mărit.

În 1609 italianul savantul Galileo Galileo a dezvoltat un microscop compus cu convex și lentile concave. L-a numit „occhiolino” - un ochi mic.

10 ani mai târziu, în 1619, inventatorul olandez Cornelius Jacobson Drebbel a proiectat un microscop compus cu două lentile convexe.

Puțini oameni știu că microscopul și-a primit numele abia în 1625. Termenul „microscop” a fost sugerat de un prieten Galileo Galilei Medicul și botanistul german Giovanni Faber.

Toate microscoapele create la acea vreme erau multumite de cele primitive. Așadar, microscopul lui Galileo a putut mări doar de 9 ori. După ce a îmbunătățit sistemul optic al lui Galileo, omul de știință englez Robert Hooke și-a creat în 1665 propriul microscop, care avea deja o mărire de 30x.

În 1674, naturalistul olandez Anthony van Leeuwenhoek a creat cel mai simplu microscop, care folosea o singură lentilă. Trebuie spus că crearea de lentile a fost unul dintre hobby-urile omului de știință. Și datorită priceperii sale înalte în șlefuire, toate lentilele pe care le-a făcut au fost de foarte bună calitate. Leeuwenhoek le-a numit „microscopie”. Erau mici, cam de mărimea unei unghii, dar puteau mări de 100 sau chiar de 300 de ori.

Microscopul lui Leeuwenhoek era o placă de metal cu o lentilă în centru. Observatorul s-a uitat prin ea la proba fixată pe cealaltă parte. Și deși lucrul cu un astfel de microscop nu a fost foarte convenabil, Leeuwenhoek a reușit să facă descoperiri importante cu ajutorul microscoapelor sale.

În acele zile, se știa puțin despre structura organelor umane. Cu ajutorul lentilelor sale, Leeuwenhoek a descoperit că sângele este format din multe particule minuscule - eritrocite și muşchi- din cele mai fine fibre. În soluții a văzut cele mai mici creaturi forme diferite care s-au mișcat, s-au ciocnit și s-au împrăștiat. Acum știm că acestea sunt bacterii: coci, bacili etc. Dar înainte de Leeuwenhoek, acest lucru nu se știa.

În total, peste 25 de microscoape au fost realizate de oamenii de știință. 9 dintre ei au supraviețuit până astăzi. Ei sunt capabili să mărească imaginea de 275 de ori.

Microscopul lui Leeuwenhoek a fost primul microscop adus în Rusia la direcția lui Petru cel Mare.

Treptat, microscopul a fost îmbunătățit și a căpătat o formă apropiată de cea modernă. Oamenii de știință ruși au adus și ei o contribuție uriașă la acest proces. LA începutul XVIII secolului în Sankt Petersburg, în atelierul Academiei de Științe, au fost create modele îmbunătățite de microscoape. Inventatorul rus I.P. Kulibin și-a construit primul microscop fără nicio cunoștință despre cum a fost făcut în străinătate. El a creat producția de sticlă pentru lentile, a inventat dispozitive pentru șlefuirea acestora.

Marele om de știință rus Mihail Vasilevici Lomonosov a fost primul om de știință rus care a folosit un microscop în cercetările sale științifice.

Probabil că nu există un răspuns fără echivoc la întrebarea „Cine a inventat microscopul?” Cei mai buni oameni de știință și inventatori din diferite epoci au contribuit la dezvoltarea științei microscopice.

Timp de câteva secole, acest dispozitiv optic nu a fost doar unul dintre motoarele progresului științific și tehnologic, dar i-a inspirat și pe cercetători să-și extindă limitele propriilor cunoștințe. Mulțumită lui, mulți cele mai mari descoperiri folosit în viața umană modernă. De ce ai nevoie microscop- această întrebare este relevantă și pentru generația tânără, însetată de cunoaștere și nu indiferentă față de știință. Nu există nicio îndoială că cel mai interesant urmează să vină. Prin urmare, dacă gândul de a studia biologia v-a vizitat pe dumneavoastră sau pe un copil, acest lucru este deja bun, deoarece un înlocuitor demn este în creștere, care în viitor va determina vectorul dezvoltării civilizației.

Da, doar pentru a vedea cu ochii tăi ceea ce există lângă noi de milenii lume invizibilă, care este aproape imposibil de prins fără instrumente de mărire. Să ne oprim mai în detaliu asupra principalelor avantaje, deoarece, pe lângă microorganisme, celule și bacterii, lucrurile familiare capătă și o formă uimitoare vizual nouă, trebuie doar să le privim prin orificiul ocularului.

Tutorial vizual. Clasele sunt echipate cu microscoape institutii de invatamant, de exemplu, în școli, licee și universități. În vremea URSS, Ministerul Educației a dezvoltat o tehnică în care un elev poate vedea pantoful infuzorii, euglena, ameba nu numai în imaginea manualului, ci și în direct. În același timp, informațiile sunt mai bine depuse în cap, iar copiii își pot alege în mod mai conștient profesia.

Un hobby interesant. Când cumpără un microscop pentru copilul lor inteligent, părinții ridică uneori din umeri - spun ei, de ce are nevoie de el. Cu toate acestea, de îndată ce biroul se transformă într-un laborator de acasă, nu numai copiii, ci și mamele și tații sunt atrași de observații impresionante. Drept urmare, se poate transforma într-un hobby strălucit de familie! Puteți lua în considerare absolut orice - nu numai organisme microscopice și activitatea lor aparent amuzantă agitată într-o picătură obișnuită de apă, ci tot ceea ce este la îndemână - monede, țesături, produse din hârtie și plastic, pietricele, nisip, sare și zahăr. Dacă fanteziile și setea de a învăța ceva nou nu se usucă, atunci întrebarea „ce altceva să crești” va dispărea de la sine.

Verificarea calității alimentelor. Într-adevăr, astăzi s-a format un întreg strat de cetățeni care vor să conducă stil de viata sanatos viaţă. Și un microscop va fi la îndemână aici. Uită-te la carne, lapte, pâine, făină, cereale în general, tot ce se consumă în alimente. Și pe baza a ceea ce vedeți, puteți trage concluzii - este potrivit pentru mâncare sau trebuie să ajustați dieta.

Proces creativ. În era tehnologiei informatice, nici microscopia nu a stat deoparte. Cu ajutorul unor camere speciale, poți face fotografii și videoclipuri cu obiecte mărite! Și dacă rezultatele cercetării obținute sunt încărcate sub formă de fișiere pe resursele relevante de Internet sau în în rețelele sociale, atunci în curând biologul novice va avea un cerc de admiratori ai lui creativitate neobișnuită. Ce zici de fabricarea de bijuterii și crearea de bijuterii cu un model mic delicat? Acest lucru este și real, deși va necesita un model instrumental.

Folosit pentru a obține măriri mari la observarea obiectelor mici. O imagine mărită a unui obiect într-un microscop este obținută folosind un sistem optic format din două lentile cu focalizare scurtă - un obiectiv și un ocular. Obiectivul va oferi o imagine adevărată mărită inversată a subiectului. Această imagine intermediară este văzută de ochi printr-un ocular, a cărui funcționare este similară cu cea a unei lupe. Ocularul este poziționat astfel încât imaginea intermediară să fie în planul său focal, caz în care razele din fiecare punct al obiectului se propagă după ocular într-un fascicul paralel. Un dispozitiv conceput pentru a obține imagini mărite, precum și pentru a măsura obiecte sau detalii structurale care sunt invizibile sau slab vizibile cu ochiul liber, folosit pentru a multiplica obiectele luate în considerare. Cu ajutorul acestor instrumente se determină dimensiunile, forma și structura celor mai mici particule. Microscop– echipamente optice indispensabile pentru domenii de activitate precum medicină, biologie, botanică, electronică și geologie, deoarece descoperirile științifice se bazează pe rezultatele cercetării, puse diagnostic corect iar noi medicamente sunt în curs de dezvoltare.

Primul microscop, inventate de omenire, au fost optice, iar primul inventator nu este atât de ușor de identificat și de numit. Cele mai vechi informații despre microscop datează din 1590. Puțin mai târziu, în 1624 anul Galileo Galileo își prezintă compozitul microscop, pe care l-a numit inițial „occhiolino”. Un an mai târziu, prietenul său de la Academia Giovanni Faber a propus termenul microscop.

Tipuri de microscoape

În funcție de rezoluția necesară a microparticulelor considerate de materie, microscopie, microscoapele sunt clasificate în:

ochiul uman este un sistem optic natural caracterizat printr-o anumită rezoluție, adică cea mai mică distanță dintre elementele obiectului observat (percepute ca puncte sau linii), la care pot fi încă diferite unele de altele. Pentru ochi normal atunci când se îndepărtează de obiectul de pe așa-numitul. cea mai bună distanță de vedere (D = 250 mm), rezoluția medie normală este de 0,176 mm. Dimensiunile microorganismelor, majoritatea celulelor vegetale și animale, cristalele mici, detaliile microstructurii metalelor și aliajelor etc., sunt mult mai mici decât această valoare. Până la jumătatea secolului al XX-lea au lucrat doar cu radiații optice vizibile, în intervalul 400-700 nm, precum și cu ultraviolete apropiate (microscop luminiscent). microscop optic nu a putut oferi o rezoluție mai mică de o jumătate de lungime de undă a radiației de referință (interval de lungimi de undă 0,2-0,7 microni sau 200-700 nm). În acest fel, microscop optic este capabil să distingă structurile cu o distanță între puncte de până la ~ 0,20 μm; prin urmare, mărirea maximă care a putut fi atinsă a fost de ~ 2000x.

vă permite să obțineți 2 imagini ale unui obiect, vizualizat la un unghi mic, care oferă percepție volumetrică, acesta este un dispozitiv optic pentru mărirea multiplă a obiectelor în cauză, care are un atașament binocular special care vă permite să studiați obiectul cu ambele ochi. Acesta este confortul și avantajul său față de microscoapele convenționale. De aceea microscop binocular cel mai adesea folosit în laboratoare profesionale, instituții medicale și superioare institutii de invatamant. Printre alte avantaje ale acestui dispozitiv, este necesar de remarcat calitatea ridicată și contrastul imaginii, mecanismele de reglare grosieră și fină. Un microscop binocular funcționează pe același principiu ca și cel monocular convențional: obiectul de studiu este plasat sub lentilă, unde este îndreptat un flux de lumină artificială. utilizat pentru studii biochimice, patoanatomice, citologice, hematologice, urologice, dermatologice, biologice și clinice generale. Creștere generală(obiectiv * ocular) al microscoapelor optice cu atașament binocular este de obicei mai mare decât cel al microscoapelor monoculare corespunzătoare.

stereomicroscop, ca și alte tipuri microscoape optice, vă permit să lucrați atât în ​​lumină transmisă, cât și în lumină reflectată. De obicei au oculare binoculare interschimbabile și o lentilă fixă ​​(există și modele cu lentile interschimbabile). Majoritate stereomicroscoape oferă o mărire semnificativ mai mică decât un microscop optic modern, dar are o mărire semnificativ mai mare distanta focala ceea ce face posibilă vizualizarea obiectelor mari. În plus, spre deosebire de microscoapele optice convenționale, care dau de obicei o imagine inversată, sistemul optic stereomicroscop nu „întoarce” imaginea. Acest lucru le permite să fie utilizate pe scară largă pentru prepararea manuală a obiectelor microscopice sau folosind micromanipulatoare. Binoclul este cel mai larg utilizat pentru a studia neomogenitățile suprafeței corpurilor solide opace, cum ar fi rocile, metalele și țesuturile; în microchirurgie etc.

Specificul cercetării metalografice constă în necesitatea observării structurii suprafeței corpurilor opace. De aceea microscop metalografic construit după schema luminii reflectate, unde există un iluminator special instalat pe partea laterală a lentilei. Un sistem de prisme și oglinzi direcționează lumina către un obiect, apoi lumina este reflectată de un obiect opac și direcționată înapoi în lentilă. drept modern microscop metalografic se caracterizează printr-o distanță mare între suprafața scenei și obiective și o cursă verticală mare a scenei, care vă permite să lucrați cu mostre mari. Distanța maximă poate ajunge la zeci de centimetri. Dar, de obicei, în știința materialelor, se folosește un microscop inversat, deoarece nu are restricții privind dimensiunea probei (doar în ceea ce privește greutatea) și nu necesită paralelismul fețelor de referință și de lucru ale probei (în acest caz, acestea coincide).

Pe baza principiului de funcționare microscop polarizant este de a obține o imagine a obiectului studiat atunci când acesta este iradiat cu raze polarizate, care, la rândul lor, trebuie obținute din lumina obișnuită folosind un dispozitiv special - un polarizator. În esență, atunci când lumina polarizată trece printr-o substanță sau este reflectată de ea, ea schimbă planul de polarizare a luminii, drept urmare, în a doua filtru de polarizare apare sub formă de întunecare excesivă. Sau dau reacții specifice precum birefringența în grăsimi. conceput pentru observarea, fotografierea și proiecția video a obiectelor în lumină polarizată, precum și cercetarea metodelor de ecranare focală și contrast de fază. folosit pentru a studia o gamă largă de proprietăți și fenomene care sunt de obicei inaccesibile microscopului optic obișnuit. Echipat cu optică infinită cu software profesional.

Principiul de funcționare microscoape fluorescente pe baza proprietăților radiațiilor fluorescente. Microscop sunt folosite pentru studiul obiectelor transparente și opace. Radiațiile luminescente sunt reflectate diferit de diferite suprafețe și materiale, ceea ce îi permite să fie utilizat cu succes pentru studii imunochimice, imunologice, imunomorfologice și imunogenetice. Datorită capacităților lor unice, microscop fluorescent sunt utilizate pe scară largă în industriile farmaceutice, veterinare și horticole, precum și în industriile biotehnologice. de asemenea practic indispensabil pentru activitatea centrelor criminalistice și a instituțiilor sanitare și epidemiologice.

este folosit pentru a măsura cu precizie dimensiunile unghiulare și liniare ale obiectelor. Este folosit în practica de laborator, în inginerie și inginerie mecanică. Pe un microscop de măsurare universal, măsurătorile sunt efectuate prin metoda proiecției, precum și prin metoda secțiunii axiale. Microscopul de măsurare universal este ușor de automatizat datorită acestuia caracteristici de proiectare. Cel mai solutie simpla este instalarea unui senzor de deplasare liniară cvasi-absolută, care simplifică foarte mult procesul de măsurători efectuate cel mai frecvent (la UIM). Aplicație modernă microscopul universal de măsurare implică în mod necesar prezența a cel puțin un dispozitiv digital de citire. În ciuda apariției noilor instrumente de măsurare progresivă, microscopul universal de măsurare este utilizat pe scară largă în laboratoarele de măsurare datorită versatilității, ușurinței de măsurare și capacității de a automatiza cu ușurință procesul de măsurare.

Un microscop electronic face posibilă obținerea unei imagini a obiectelor cu o mărire maximă de până la 1.000.000 de ori, datorită utilizării, spre deosebire de microscopul optic, în locul unui fascicul de lumină al unui fascicul de electroni cu energii de 200 V ÷ 400 keV și mai mult (de exemplu, un microscop electronic cu transmisie de înaltă rezoluție cu o tensiune de accelerare de 1 MV) . Rezoluţie microscop electronic depășește rezoluția unui microscop cu lumină de 1000÷10000 de ori și pentru cele mai bune instrumente moderne poate fi mai mică de un angstrom. Pentru a obține o imagine microscop electronic folosește lentile magnetice speciale care controlează mișcarea electronilor în coloana dispozitivului folosind un câmp magnetic. O imagine electronică este formată din electrice și campuri magnetice cam la fel ca lumina - lentile optice.

aceasta este o clasă de microscoape pentru imaginea suprafeței și a caracteristicilor sale locale. Procesul de imagistică se bazează pe scanarea suprafeței cu o sondă. LA caz general vă permite să obțineți o imagine tridimensională a suprafeței (topografie) cu rezoluție înaltă. în formă modernă inventat de Gerd Karl Binnig și Heinrich Rohrer în 1981. O caracteristică distinctivă a SPM este prezența: a unei sonde, a unui sistem de deplasare a sondei în raport cu probă de-a lungul a 2-a (X-Y) sau a 3-a (X-Y-Z) coordonate, un sistem de înregistrare. Sistemul de înregistrare fixează valoarea funcției care depinde de distanța vârf-eșantion. În mod normal, valoarea înregistrată este gestionată de sistemul negativ părere, care controlează poziția probei sau a sondei într-una dintre coordonatele (Z). Cel mai frecvent utilizat sistem de feedback este controlerul PID.

Principalele tipuri scanare microscoape cu sondă :

Microscop cu forță atomică de scanare

Microscop tunel de scanare

Microscop optic în câmp apropiat

- un dispozitiv pentru studiul obiectelor foarte mici, ale căror dimensiuni sunt comparabile cu lungimea undei de raze X. Bazat pe utilizare radiatie electromagnetica cu o lungime de undă de la 0,01 la 1 nanometru. din punct de vedere al rezoluției, este între microscoapele electronice și cele optice. Rezoluție teoretică microscop cu raze X ajunge la 2-20 nanometri, ceea ce este cu un ordin de mărime mai mare decât rezoluția unui microscop optic (până la 150 nanometri). Există în prezent microscop cu raze X cu o rezoluție de aproximativ 5 nanometri.

Microscopul cu raze X sunt:

Microscop cu raze X de proiectie.
Un microscop cu raze X de proiecție este o cameră cu o sursă de radiații și un dispozitiv de înregistrare la capete opuse. Pentru a obține o imagine clară, este necesar ca deschiderea unghiulară a sursei să fie cât mai mică. Până de curând, dispozitivele optice suplimentare nu au fost folosite la microscoape de acest tip. Principala modalitate de a obține mărirea maximă este plasarea obiectului cât mai aproape de sursa de raze X. Pentru a face acest lucru, focarul tubului este situat direct pe fereastra tubului cu raze X sau pe partea superioară a acului anodului plasat lângă fereastra tubului. LA timpuri recente sunt dezvoltate microscoape care folosesc plăci de zonă Fresnel pentru a focaliza imaginea. Un astfel de microscop are o rezoluție de până la 30 de nanometri.

Microscop cu raze X reflectorizante.
Acest tip de microscop folosește tehnici pentru a obține o mărire maximă, datorită cărora rezoluția liniară a microscopului cu raze X de proiecție ajunge la 0,1-0,5 microni. Ei folosesc un sistem de oglinzi ca lentile. Imaginile create de microscoapele cu raze X reflectorizante, chiar și cu profilul exact al oglinzilor lor, sunt distorsionate de diverse aberații ale sistemelor optice: astigmatism, comă. Cristalele unice curbate sunt, de asemenea, folosite pentru a focaliza razele X. Cu toate acestea, calitatea imaginii este afectată de imperfecțiunile structurale ale monocristalelor, precum și de valoarea finită a unghiurilor de difracție Bragg. Microscopul cu raze X reflectorizante nu a primit răspândită din cauza dificultăţilor tehnice ale fabricării şi exploatării acestuia.

Microscopul diferenţial de interferenţă-contrast vă permite să determinaţi densitatea optică a obiectului studiat pe baza principiului interferenţei şi astfel să vedeţi detalii care sunt inaccesibile ochiului. Un sistem optic relativ complex vă permite să creați o imagine alb-negru a probei pe un fundal gri. Această imagine este similară cu cea obținută cu un microscop cu contrast de fază, dar nu are haloul de difracție. Într-un microscop cu interferență diferențială cu contrast, un fascicul polarizat de la o sursă de lumină este împărțit în două fascicule care trec prin eșantion pe căi optice diferite. Lungimea acestor căi optice (adică produsul indicelui de refracție și lungimea căii geometrice) este diferită. Ulterior, aceste fascicule interferează la îmbinare. Acest lucru vă permite să creați o imagine tridimensională în relief corespunzătoare unei modificări a densității optice a probei, subliniind liniile și marginile. Această imagine nu este o imagine topografică exactă.