Čo je biologický mikroskop. Výskumná práca na tému: „Čo je mikroskop? Mikroskop so skenovacou sondou

Článok hovorí o tom, čo je mikroskop, prečo je potrebný, aké typy existujú a o histórii jeho vzniku.

Dávne časy

V dejinách ľudstva vždy boli takí, ktorí sa neuspokojili s biblickým opisom štruktúry sveta, ktorí chceli pre seba pochopiť podstatu vecí a ich podstatu. Alebo koho nelákal osud obyčajného roľníka alebo rybára, ako ten istý Lomonosov.

Väčšina široké využitie rôzne disciplíny boli prijaté v renesancii, keď si ľudia začali uvedomovať dôležitosť štúdia sveta okolo seba a iných vecí. Najmä v tomto im pomáhali rôzne optické zariadenia, teleskopy a mikroskopy. Čo je teda mikroskop? Kto ho vytvoril a kde sa dnes toto zariadenie používa?

Definícia

Najprv sa pozrime na samotnú oficiálnu definíciu. Mikroskop je podľa neho zariadenie na získavanie zväčšených obrazov alebo ich štruktúry. Od rovnakého teleskopu sa líši tým, že je potrebný na štúdium malých a blízkych objektov, a nie kozmických vzdialeností. Meno autora tohto vynálezu s určitosťou nie je známe, no v histórii existujú zmienky o niekoľkých ľuďoch, ktorí ho ako prví použili a navrhli. Podľa nich v roku 1590 Holanďan menom John Lippershey predstavil svoj vynález širokej verejnosti. Jej autorstvo sa pripisuje aj Zacharymu Jansenovi. A v roku 1624 skonštruoval podobné zariadenie aj známy Galileo Galilei.

Prišli sme na to, čo je mikroskop, ale ako to ovplyvnilo vedu? Takmer rovnaký ako jeho „relatívny“ ďalekohľad. Hoci je toto zariadenie primitívne, umožnilo prekonať nedokonalosť ľudského oka a pozrieť sa do mikrokozmu. Pomocou nej neskôr prišlo k mnohým objavom v oblasti biológie, entomológie, botaniky a iných vied.

Čo je mikroskop je teraz jasné, ale kde inde sa používajú?

Veda

Biológia, fyzika, chémia – všetky tieto oblasti vedy si niekedy vyžadujú pohľad do samotnej podstaty vecí, ktoré naše oko ani obyčajná lupa nevidí. Je ťažké si predstaviť modernú medicínu bez týchto zariadení: používajú sa na objavy, určovanie typov chorôb, infekcií a nedávno sa im dokonca podarilo „odfotografovať“ reťazec ľudskej DNA.

Vo fyzike je všetko trochu iné, najmä v tých oblastiach, ktoré pracujú na štúdiu elementárnych častíc a iných malých objektov. Tam sa laboratórny mikroskop trochu líši od bežných a obyčajný pomáha málo, dávno ich nahradili elektronické a najnovšie sondovacie. Tie umožňujú nielen dosiahnuť pôsobivý nárast, ale dokonca aj zaregistrovať jednotlivé atómy a molekuly.

Patrí sem aj forenzná, ktorá tieto zariadenia potrebuje na identifikáciu dôkazov, podrobné porovnanie odtlačkov prstov a ďalšie veci.

Nezaobídete sa bez mikroskopov a výskumníkov staroveký svet ako sú paleontológovia a archeológovia. Potrebujú ich na podrobné štúdium zvyškov rastlín, zvieracích kostí s ľuďmi a umelých produktov z minulých dôb. A mimochodom, výkonný laboratórny mikroskop sa dá voľne kúpiť pre vlastnú potrebu. Pravda, nie každý si ich môže dovoliť. Pozrime sa bližšie na typy týchto zariadení.

Druhy

Prvým, hlavným a najstarším je optické svetlo. Podobné zariadenia sú stále dostupné v ktorejkoľvek škole na hodine biológie. Ide o sadu šošoviek s nastaviteľnou vzdialenosťou a zrkadlom na osvetlenie objektu. Niekedy je nahradený nezávislým zdrojom svetla. Podstatou takéhoto mikroskopu je zmena vlnovej dĺžky viditeľného optického spektra.

Druhá je elektronická. Je to oveľa zložitejšie. Ak hovoriť jednoduchý jazyk, potom je vlnová dĺžka viditeľného svetla 390 až 750 nm. A ak je objekt, napríklad bunka vírusu alebo iného živého organizmu, menší, svetlo ho jednoducho obíde, ako keby, a nebude sa môcť normálne odrážať. A takéto zariadenie takéto obmedzenia obchádza: s magnetickým poľom „tenšie“ vlny svetla, vďaka čomu je možné vidieť aj tie najmenšie predmety. To platí najmä vo vede, ako je biológia. Mikroskop tohto druhu je oveľa lepší ako optické mikroskopy.

A tretí je typ sondovania. Zjednodušene povedané, ide o zariadenie, v ktorom sa povrch konkrétnej vzorky „sonduje“ sondou a na základe jej pohybov a vibrácií sa zostavuje trojrozmerný alebo rastrový obraz.

Mikroskop je zariadenie určené na zväčšovanie obrazu predmetov štúdia s cieľom zobraziť detaily ich štruktúry skryté voľným okom. Zariadenie poskytuje desaťnásobné alebo tisícnásobné zvýšenie, čo vám umožňuje vykonávať výskum, ktorý nie je možné získať pomocou žiadneho iného zariadenia alebo zariadenia.

Mikroskopy sú široko používané v medicíne a laboratórny výskum. S ich pomocou sa inicializujú nebezpečné mikroorganizmy a vírusy, aby sa určil spôsob liečby. Mikroskop je nepostrádateľný a neustále sa zdokonaľuje. Prvýkrát bola podobizeň mikroskopu vytvorená v roku 1538 talianskym lekárom Girolamom Fracastorom, ktorý sa rozhodol nainštalovať v sérii dva optické šošovky podobné tým, ktoré sa používajú v okuliaroch, ďalekohľadoch, ďalekohľady a hlupákov. Na vylepšení mikroskopu pracoval Galileo Galilei, ako aj desiatky svetoznámych vedcov.

Zariadenie

Existuje mnoho typov mikroskopov, ktoré sa líšia dizajnom. Väčšina modelov zdieľa podobný dizajn, ale s menšími technickými vlastnosťami.

Vo veľkej väčšine prípadov pozostávajú mikroskopy zo stojana, na ktorom sú upevnené 4 hlavné prvky:

• Objektív.
• Okulár.
• Systém osvetlenia.
• Predmetová tabuľka.

Objektív

Šošovka je komplexný optický systém, ktorý pozostáva z po sebe nasledujúcich sklenených šošoviek. Šošovky sú vyrobené vo forme tubusov, do ktorých je možné upevniť až 14 šošoviek. Každý z nich zväčšuje obrázok tým, že ho vezme z povrchu vpredu stojaca šošovka. Ak teda jeden zväčší objekt 2-krát, ďalší zväčší danú projekciu ešte viac a tak ďalej, až kým sa objekt nezobrazí na ploche poslednej šošovky.

Každá šošovka má svoju vlastnú zaostrovaciu vzdialenosť. V tomto ohľade sú pevne upevnené v trubici. Ak sa ktorýkoľvek z nich posunie bližšie alebo ďalej, nebude možné dosiahnuť výrazné zväčšenie obrazu. V závislosti od vlastností šošovky sa môže meniť dĺžka tubusu, v ktorom je šošovka uzavretá. V skutočnosti, čím je vyššia, tým bude obraz zväčšený.

Okulár

Zo šošoviek sa skladá aj okulár mikroskopu. Je navrhnutý tak, aby operátor, ktorý pracuje s mikroskopom, mohol naň priložiť oko a vidieť zväčšený obraz na objektíve. Okulár má dve šošovky. Prvý sa nachádza bližšie k oku a nazýva sa oko a druhý je pole. Pomocou posledne menovaného sa obraz zväčšený šošovkou upraví tak, aby sa správne premietal na sietnicu ľudského oka. Je to potrebné na odstránenie defektov vo vnímaní zraku úpravou, keďže každý človek zaostruje na inú vzdialenosť. Poľná šošovka umožňuje prispôsobiť mikroskop tejto funkcii.

Systém osvetlenia

Ak chcete pozorovať skúmaný objekt, je potrebné ho osvetliť, pretože šošovka pokrýva prirodzené svetlo. Výsledkom je, že pri pohľade cez okulár vždy vidíte iba čierny alebo sivý obraz. Na to bol špeciálne vyvinutý osvetľovací systém. Môže byť vyrobený vo forme lampy, LED alebo iného svetelného zdroja. Väčšina jednoduché modely svetelné lúče sú prijímané z vonkajšieho zdroja. Sú nasmerované k predmetu štúdia pomocou zrkadiel.

Predmetová tabuľka

Poslednou dôležitou a najjednoduchšou časťou mikroskopu na výrobu je stolík. Šošovka je nasmerovaná na ňu, pretože práve na nej je upevnený predmet na štúdium. Stôl má rovný povrch, ktorý umožňuje fixovať predmet bez strachu, že sa pohne. Dokonca aj najmenší pohyb predmetu pri zväčšení bude obrovský, takže nebude ľahké znovu nájsť pôvodný bod, ktorý sme študovali.

Typy mikroskopov

Za dlhú históriu existencie tohto prístroja bolo vyvinutých niekoľko mikroskopov, ktoré sa od seba výrazne líšia princípom fungovania mikroskopov.

Medzi najčastejšie používané a vyhľadávané typy tohto zariadenia patria tieto typy:

• Optické.
• Elektronické.
• Skenovacie sondy.
• röntgen.

Optické

Optický mikroskop je najlacnejšie a najjednoduchšie zariadenie. Toto zariadenie vám umožňuje zväčšiť obraz 2000-krát. Ide o pomerne veľký ukazovateľ, ktorý vám umožňuje študovať štruktúru buniek, povrch tkaniva, nájsť defekty v umelo vytvorených objektoch atď. Treba poznamenať, že na dosiahnutie takéhoto veľké zväčšenie zariadenie musí byť veľmi kvalitné, preto je drahé. Prevažná väčšina optických mikroskopov je vyrobená oveľa jednoduchšie a má relatívne malé zväčšenie. Náučné typy mikroskopov sú zastúpené práve optickými. Je to spôsobené ich nižšou cenou, ako aj nie príliš veľkým zväčšením.

Optický mikroskop má zvyčajne niekoľko objektívov, ktoré sú pohyblivé na stojane. Každý z nich má svoj vlastný stupeň zväčšenia. Pri skúmaní objektu môžete šošovku presunúť do pracovnej polohy a skúmať ju pri určitom zväčšení. Ak sa chcete ešte viac priblížiť, stačí prejsť na ešte väčší objektív. Tieto zariadenia nemajú ultra presné nastavenie. Napríklad, ak potrebujete len trochu priblížiť, potom prepnutím na iný objektív môžete priblížiť desiatky krát, čo bude nadmerné a neumožní vám správne vnímať zväčšený obrázok a vyhnúť sa zbytočným detailom.

Elektrónový mikroskop

Elektronický je pokročilejší dizajn. Poskytuje zväčšenie obrazu najmenej 20 000 krát. Maximálne zväčšenie takéhoto zariadenia je možné 10 6 krát. Zvláštnosť tohto zariadenia spočíva v tom, že namiesto lúča svetla, ako sú optické, vysielajú lúč elektrónov. Získavanie obrazu sa vykonáva pomocou špeciálnych magnetických šošoviek, ktoré reagujú na pohyb elektrónov v stĺpci zariadenia. Smer lúča sa nastavuje pomocou . Tieto zariadenia sa objavili v roku 1931. Začiatkom roku 2000 začali kombinovať počítačové vybavenie a elektrónové mikroskopy, čo výrazne zvýšilo faktor zväčšenia, rozsah nastavenia a umožnilo zachytiť výsledný obraz.

Elektronické zariadenia majú pre všetky svoje prednosti vysokú cenu a vyžadujú špeciálne podmienky na prevádzku. Pre získanie kvalitného jasného obrazu je potrebné, aby bol predmet štúdia vo vákuu. Je to spôsobené tým, že molekuly vzduchu rozptyľujú elektróny, čo narúša čistotu obrazu a neumožňuje jemné nastavenie. V tomto ohľade sa toto zariadenie používa v laboratórnych podmienkach. Dôležitou požiadavkou pre použitie elektrónových mikroskopov je tiež absencia vonkajších magnetických polí. Výsledkom je, že laboratóriá, v ktorých sa používajú, majú veľmi hrubé izolované steny alebo sa nachádzajú v podzemných bunkroch.

Takéto zariadenie sa používa v medicíne, biológii, ako aj v rôznych priemyselných odvetviach.

skenovanie sondový mikroskop s

Mikroskop skenovacej sondy umožňuje získať obraz z objektu jeho skúmaním špeciálnou sondou. Výsledkom je trojrozmerný obraz s presnými údajmi o vlastnostiach objektov. Toto zariadenie má vysoké rozlíšenie. Ide o relatívne nové zariadenie, ktoré bolo vytvorené pred niekoľkými desaťročiami. Namiesto šošovky majú tieto zariadenia sondu a systém na jej pohyb. Obraz získaný z neho je zaregistrovaný zložitým systémom a zaznamenaný, po čom sa vytvorí topografický obraz zväčšených objektov. Sonda je vybavená citlivými senzormi, ktoré reagujú na pohyb elektrónov. Existujú aj sondy, ktoré pracujú podľa optického typu zvýšením v dôsledku inštalácie šošoviek.

Sondy sa často používajú na získanie údajov o povrchu objektov so zložitým reliéfom. Často sa spúšťajú do potrubia, dier, ako aj do malých tunelov. Jedinou podmienkou je, aby priemer sondy zodpovedal priemeru skúmaného objektu.

Pre túto metódu je charakteristická významná chyba merania, pretože výsledný 3D obraz je ťažko dešifrovateľný. Existuje veľa detailov, ktoré sú skreslené počítačom počas spracovania. Počiatočné údaje sú spracované matematicky pomocou špecializovaného softvéru.

Röntgenové mikroskopy

Röntgenový mikroskop je laboratórne vybavenie používa sa na štúdium objektov, ktorých rozmery sú porovnateľné s vlnovou dĺžkou röntgenového žiarenia. Účinnosť zväčšenia tohto zariadenia leží medzi optickými a elektronickými zariadeniami. Na skúmaný objekt sa posiela röntgenové lúče, po ktorých citlivé senzory reagujú na ich lom. V dôsledku toho sa vytvorí obraz povrchu skúmaného objektu. Vzhľadom na to, že röntgenové lúče môžu prechádzať povrchom objektu, takéto zariadenie umožňuje nielen získať údaje o štruktúre objektu, ale aj o jeho chemickom zložení.

Na hodnotenie kvality tenkých povlakov sa bežne používa röntgenové zariadenie. Používa sa v biológii a botanike, ako aj na analýzu práškových zmesí a kovov.

Ľudské oko je konštruované tak, že nie je schopné jasne vidieť predmet a jeho detaily, ak sú jeho rozmery menšie ako 0,1 mm. Ale v prírode existujú rôzne mikroorganizmy, bunky rastlinných aj živočíšnych tkanív a mnoho ďalších predmetov, ktorých rozmery sú oveľa menšie. Na videnie, pozorovanie a štúdium takýchto predmetov človek používa špeciálne optické zariadenie tzv mikroskop, čo umožňuje mnohonásobne zväčšiť obraz objektov, ktoré nie sú viditeľné pre ľudské oko. Už samotný názov zariadenia, pozostávajúci z dvoch gréckych slov: malý a vzhľad, hovorí o jeho účele. Optický mikroskop je teda schopný zväčšiť obraz objektu 2000-krát. Ak je skúmaný objekt, napríklad vírus, príliš malý a optický mikroskop na jeho zväčšenie nestačí, moderná veda používa elektrónový mikroskop, ktorý umožňuje zväčšiť pozorovaný objekt 20000-40000 krát.

Vynález mikroskopu je spojený predovšetkým s vývojom optiky. Zväčšovacia sila zakrivených plôch bola známa už v roku 300 pred Kristom. e. Euklides a Ptolemaios (127-151), tieto optické vlastnosti však v tom čase nenašli uplatnenie. Až v roku 1285 Talian Salvinio deli Arleati vynašiel prvé poháre. Existujú dôkazy, že prvé zariadenie mikroskopického typu vytvoril v Holandsku Z. Jansen okolo roku 1590. Prijatie dvoch konvexné šošovky, namontoval ich do jedného tubusu, vďaka výsuvnému tubusu sa dosiahlo zaostrenie na skúmaný objekt. Zariadenie poskytlo desaťnásobný nárast subjektu, čo bol skutočný úspech v oblasti mikroskopie. Jansen vyrobil niekoľko takýchto mikroskopov, čím výrazne zlepšil každé nasledujúce zariadenie.

V roku 1646 vyšla práca A. Kirchera, v ktorej opísal vynález storočia – najjednoduchší mikroskop, nazývaný „blšie sklo“. Lupa bola vložená do medeného podstavca, na ktorom bol pripevnený stolík na predmety. Skúmaný objekt bol umiestnený na stole, pod ktorým sa nachádzala konkávna resp ploché zrkadlo odrážať slnečné lúče na predmet a osvetľovať ho zdola. Lupa sa posúvala skrutkou, kým sa obraz predmetu nerozlišoval.

Zložené mikroskopy vyrobené z dvoch šošoviek sa objavili na začiatku 17. storočia. Mnohé fakty naznačujú, že vynálezcom zloženého mikroskopu bol Holanďan K. Drebel, ktorý v službách anglického kráľa Jakuba I. Drebelov mikroskop mal dve sklá, jedno (objektív) bolo otočené k skúmanému objektu, druhé (okulár) bolo otočené k oku pozorovateľa. V roku 1633 anglický fyzik R. Hooke vylepšil Drebelov mikroskop a doplnil ho o tretiu šošovku, nazývanú kolektív. Takýto mikroskop si získal veľkú obľubu, väčšina mikroskopov z konca 17. a začiatku 18. storočia bola vyrobená podľa jeho schémy. Pri skúmaní tenkých rezov živočíšnych a rastlinných tkanív pod mikroskopom Hooke objavil bunkovej štruktúry organizmov.

A v rokoch 1673-1677 Holandský prírodovedec A. Leeuwenhoek pomocou mikroskopu objavil dovtedy neznámy obrovský svet mikroorganizmov. V priebehu rokov Leeuwenhoek vyrobil asi 400 jednoduchých mikroskopov, čo boli malé bikonvexné šošovky, niektoré z nich s priemerom menším ako 1 mm, získané zo sklenenej gule. Samotná guľa bola vyleštená na jednoduchej brúske. Jeden z týchto mikroskopov s 300-násobným zväčšením je uložený v Utrechte v univerzitnom múzeu. Pri skúmaní všetkého, čo ho zaujalo, Leeuwenhoek jeden po druhom urobil veľké objavy. Mimochodom, tvorca ďalekohľadu Galileo pri zdokonaľovaní pozorovacieho ďalekohľadu, ktorý vytvoril, v roku 1610 zistil, že po vysunutí výrazne zväčšuje malé objekty. Zmenou vzdialenosti medzi okulárom a šošovkou Galileo použil tubus ako druh mikroskopu. Dnes si už nemožno predstaviť vedeckú činnosť človeka bez použitia mikroskopu. Mikroskop nájdený najširšie uplatnenie v biologických, medicínskych, geologických a materiálových laboratóriách.

Používa sa na získanie veľkých zväčšení pri pozorovaní drobné predmety. Zväčšený obraz objektu v mikroskope sa získa pomocou optického systému pozostávajúceho z dvoch šošoviek s krátkym ohniskom - objektívu a okuláru. Objektív poskytne skutočne prevrátený zväčšený obraz objektu. Tento medziobraz je pozorovaný okom cez okulár, ktorého činnosť je podobná ako pri lupe. Okulár je umiestnený tak, že medziobraz je v jeho ohniskovej rovine, v tomto prípade sa lúče z každého bodu objektu šíria za okulárom v rovnobežnom lúči. Zariadenie určené na získanie zväčšených obrázkov, ako aj na meranie neviditeľných alebo slabo viditeľných objektov alebo konštrukčných detailov voľným okom, ktorý sa používa na znásobenie predmetných objektov. Pomocou týchto prístrojov sa určujú veľkosti, tvar a štruktúra najmenších častíc. Mikroskop– nepostrádateľné optické vybavenie pre také oblasti činnosti, ako je medicína, biológia, botanika, elektronika a geológia, keďže vedecké objavy sú založené na výsledkoch výskumu, robí sa správna diagnóza a vyvíjajú sa nové lieky.

História mikroskopu

najprv mikroskop, vynájdené ľudstvom, boli optické a prvého vynálezcu nie je také ľahké vybrať a pomenovať. Najstaršie informácie o mikroskope pochádzajú z roku 1590. O niečo neskôr, v roku 1624 rok Galileo Galileo predstavuje svoj kompozit mikroskop, ktorý pôvodne pomenoval „occhiolino“. O rok neskôr jeho priateľ z akadémie Giovanni Faber navrhol termín mikroskop.

Typy mikroskopov

V závislosti od požadovaného rozlíšenia uvažovaných mikročastíc hmoty, mikroskopie, sa mikroskopy delia na:

Ľudské oko je prirodzený optický systém charakterizovaný určitou rozlišovacou schopnosťou, to znamená najmenšou vzdialenosťou medzi prvkami pozorovaného objektu (vnímanými ako body alebo čiary), pri ktorej sa ešte môžu navzájom líšiť. Pre bežné oko, pri vzďaľovaní sa od objektu tzv. najlepšia vzdialenosť videnia (D = 250 mm), priemerné normálne rozlíšenie je 0,176 mm. Veľkosti mikroorganizmov, väčšiny rastlinných a živočíšnych buniek, malých kryštálov, detailov mikroštruktúry kovov a zliatin atď., sú oveľa menšie ako táto hodnota. Do polovice 20. storočia pracovali len s viditeľným optickým žiarením, v rozsahu 400-700 nm, ako aj s blízkym ultrafialovým (luminiscenčný mikroskop). optický mikroskop nedokázal poskytnúť rozlíšenie menšie ako polovica vlnovej dĺžky referenčného žiarenia (rozsah vlnových dĺžok 0,2-0,7 mikrónov alebo 200-700 nm). teda optický mikroskop je schopný rozlíšiť štruktúry so vzdialenosťou medzi bodmi až ~0,20 μm; preto maximálne zväčšenie, ktoré bolo možné dosiahnuť, bolo ~2000x.

umožňuje získať 2 obrázky objektu pri pohľade pod malým uhlom, ktorý poskytuje objemové vnímanie, je to optické zariadenie na viacnásobné zväčšenie predmetných objektov, ktoré má špeciálny binokulárny nástavec, ktorý vám umožňuje študovať objekt oboma oči. To je jeho pohodlie a výhoda oproti bežným mikroskopom. Preto binokulárny mikroskop najčastejšie používané v odborných laboratóriách, zdravotníckych zariadeniach a vyššie vzdelávacie inštitúcie. Medzi ďalšie výhody tohto zariadenia je potrebné poznamenať vysokú kvalitu a kontrast obrazu, hrubé a jemné nastavovacie mechanizmy. Binokulárny mikroskop funguje na rovnakom princípe ako klasické monokulárne: skúmaný objekt je umiestnený pod šošovkou, kde naň smeruje umelý svetelný tok. používa sa na biochemické, patoanatomické, cytologické, hematologické, urologické, dermatologické, biologické a všeobecné klinické štúdie. Celkový nárast(objektív * okulár) optických mikroskopov s binokulárnym nástavcom je zvyčajne väčší ako u zodpovedajúcich monokulárnych mikroskopov.

stereomikroskop

stereomikroskop, ako iné typy optické mikroskopy, umožňujú pracovať v prechádzajúcom aj odrazenom svetle. Zvyčajne majú vymeniteľné binokulárne okuláre a jednu pevnú šošovku (existujú aj modely s vymeniteľnými šošovkami). Väčšina stereomikroskopy poskytuje výrazne menšie zväčšenie ako moderný optický mikroskop, ale má oveľa väčšiu ohniskovú vzdialenosť, čo umožňuje uvažovať o veľkých objektoch. Navyše, na rozdiel od bežných optických mikroskopov, ktoré zvyčajne poskytujú prevrátený obraz, optický systém stereomikroskop„neprevráti“ obrázok. To umožňuje ich široké využitie na prípravu mikroskopických predmetov ručne alebo pomocou mikromanipulátorov. Ďalekohľady sa najčastejšie používajú na štúdium nehomogenít povrchu pevných nepriehľadných telies, ako sú kamene, kovy a tkanivá; v mikrochirurgii atď.

Špecifikum metalografického výskumu spočíva v potrebe sledovania štruktúry povrchu nepriehľadných telies. Preto metalografický mikroskop postavené podľa schémy odrazeného svetla, kde je na boku šošovky inštalovaný špeciálny iluminátor. Systém hranolov a zrkadiel nasmeruje svetlo na objekt, potom sa svetlo odráža od nepriehľadného objektu a smeruje späť do šošovky. moderný rovný metalografický mikroskop sa vyznačujú veľkou vzdialenosťou medzi povrchom stolíka a objektívmi a veľkým vertikálnym zdvihom stolíka, čo umožňuje prácu s veľkými vzorkami. Maximálna vzdialenosť môže dosiahnuť desiatky centimetrov. Zvyčajne sa však vo vede o materiáloch používa inverzný mikroskop, pretože nemá obmedzenia týkajúce sa veľkosti vzorky (iba hmotnosti) a nevyžaduje rovnobežnosť referenčných a pracovných plôch vzorky (v tomto prípade zhodovať sa).

Na princípe fungovania polarizačný mikroskop je získať obraz skúmaného objektu pri jeho ožiarení polarizovanými lúčmi, ktoré je zase potrebné získať z bežného svetla pomocou špeciálneho zariadenia – polarizátora. V podstate, keď polarizované svetlo prechádza látkou alebo sa od nej odráža, mení rovinu polarizácie svetla, v dôsledku čoho na 2. polarizačný filter sa objavuje vo forme nadmerného stmavnutia. Alebo dávajú špecifické reakcie, ako je dvojlom v tukoch. určený na pozorovanie, fotografovanie a videoprojekciu objektov v polarizovanom svetle, ako aj výskum metód fokálneho skríningu a fázového kontrastu. používa sa na štúdium širokého spektra tých vlastností a javov, ktoré sú zvyčajne nedostupné pre bežný optický mikroskop. Vybavený nekonečnou optikou s profesionálnym softvérom.

Princíp fungovania fluorescenčné mikroskopy na základe vlastností fluorescenčného žiarenia. Mikroskop sa používajú na štúdium priehľadných a nepriehľadných predmetov. Luminiscenčné žiarenie je rôzne odrážané rôznymi povrchmi a materiálmi, čo umožňuje jeho úspešné využitie na imunochemické, imunologické, imunomorfologické a imunogenetické štúdie. Vďaka svojim jedinečným schopnostiam, fluorescenčný mikroskop sú široko používané vo farmaceutickom, veterinárnom a záhradníckom priemysle, ako aj v biotechnologickom priemysle. tiež prakticky nepostrádateľný pre prácu forenzných centier a hygienických a epidemiologických ústavov.

sa používa na presné meranie uhlových a lineárnych rozmerov predmetov. Používa sa v laboratórnej praxi, v strojárstve a strojárstve. Na univerzálnom meracom mikroskope sa merania vykonávajú projekčnou metódou, ako aj metódou axiálneho rezu. Univerzálny merací mikroskop sa vďaka jeho ľahko automatizuje dizajnové prvky. Väčšina jednoduché riešenie je inštalácia kvázi absolútneho lineárneho snímača posunu, ktorý výrazne zjednodušuje proces najčastejšie vykonávaných (na UIM) meraní. Moderné použitie univerzálneho meracieho mikroskopu nevyhnutne znamená prítomnosť aspoň digitálneho čítacieho zariadenia. Napriek vzniku nových progresívnych meracích prístrojov je univerzálny merací mikroskop široko používaný v meracích laboratóriách vďaka svojej všestrannosti, jednoduchosti merania a schopnosti jednoducho automatizovať proces merania.

Elektrónový mikroskop umožňuje získať obraz predmetov s maximálnym až 1 000 000-násobným zväčšením vďaka použitiu na rozdiel od optického mikroskopu namiesto svetelného lúča elektrónového lúča s energiami 200 V ÷ 400 keV a viac (napríklad transmisný elektrónový mikroskop s vysokým rozlíšením s urýchľovacím napätím 1 MV) . Rozhodnutie elektrónový mikroskop presahuje rozlíšenie svetelného mikroskopu 1000÷10000 krát a pre najlepšie moderné prístroje to môže byť menej ako jeden angstrom. Ak chcete získať obrázok elektrónový mikroskop používa špeciálne magnetické šošovky, ktoré riadia pohyb elektrónov v stĺpci zariadenia pomocou magnetického poľa. Elektronický obraz je tvorený elektrickým a magnetické polia približne rovnako ako svetlo - optické šošovky.

Mikroskop so skenovacou sondou

ide o triedu mikroskopov na zobrazovanie povrchu a jeho miestnych charakteristík. Proces zobrazovania je založený na skenovaní povrchu pomocou sondy. AT všeobecný prípad umožňuje získať trojrozmerný obraz povrchu (topografie) s vysokým rozlíšením. v modernej podobe ho vynašli Gerd Karl Binnig a Heinrich Rohrer v roku 1981. Charakteristickým znakom SPM je prítomnosť: sondy, systému na pohyb sondy vzhľadom na vzorku pozdĺž 2. (X-Y) alebo 3. (X-Y-Z) súradnice, záznamového systému. Záznamový systém fixuje hodnotu funkcie, ktorá závisí od vzdialenosti hrot-vzorka. Typicky je zaznamenaná hodnota spracovaná systémom negatívnej spätnej väzby, ktorý riadi polohu vzorky alebo sondy pozdĺž jednej zo súradníc (Z). Najčastejšie používaným systémom spätnej väzby je PID regulátor.

Hlavné typy skenovacie sondové mikroskopy:

Skenovací mikroskop atómovej sily

Rastrovací tunelový mikroskop

Optický mikroskop blízkeho poľa

Röntgenový mikroskop

- prístroj na štúdium veľmi malých predmetov, ktorých rozmery sú porovnateľné s dĺžkou röntgenovej vlny. Na základe použitia elektromagnetická radiácia s vlnovou dĺžkou od 0,01 do 1 nanometer. z hľadiska rozlíšenia je medzi elektrónovým a optickým mikroskopom. Teoretické rozlíšenie Röntgenový mikroskop dosahuje 2-20 nanometrov, čo je rádovo väčšie ako rozlíšenie optického mikroskopu (až 150 nanometrov). V súčasnosti existuje Röntgenový mikroskop s rozlíšením asi 5 nanometrov.

Röntgenové mikroskopy sú:

Projekčný röntgenový mikroskop.
Projekčný röntgenový mikroskop je komora so zdrojom žiarenia a záznamovým zariadením na opačných koncoch. Na získanie jasného obrazu je potrebné, aby uhlová apertúra zdroja bola čo najmenšia. Až donedávna sa v mikroskopoch tohto typu nepoužívali prídavné optické zariadenia. Hlavným spôsobom, ako dosiahnuť maximálne zväčšenie, je umiestniť objekt čo najbližšie k zdroju röntgenového žiarenia. Za týmto účelom je ohnisko trubice umiestnené priamo na okienku röntgenovej trubice alebo na hornej časti anódovej ihly umiestnenej v blízkosti okienka trubice. AT nedávne časy vyvíjajú sa mikroskopy, ktoré na zaostrenie obrazu využívajú doštičky Fresnelovej zóny. Takýto mikroskop má rozlíšenie až 30 nanometrov.

Reflexný röntgenový mikroskop.
Tento typ mikroskopu využíva techniky na dosiahnutie maximálneho zväčšenia, vďaka čomu lineárne rozlíšenie projekčného röntgenového mikroskopu dosahuje 0,1-0,5 mikrónu. Ako šošovky používajú systém zrkadiel. Obrazy vytvorené reflexnými röntgenovými mikroskopmi aj s presným profilom ich zrkadiel sú skreslené rôznymi aberáciami optických systémov: astigmatizmus, kóma. Zakrivené monokryštály sa tiež používajú na zaostrenie röntgenových lúčov. Kvalitu obrazu však ovplyvňujú štrukturálne nedokonalosti monokryštálov, ako aj konečná hodnota Braggových difrakčných uhlov. Reflexný röntgenový mikroskop nie je široko používaný kvôli technickým ťažkostiam pri jeho výrobe a prevádzke.

Diferenciálny interferenčne-kontrastný mikroskop umožňuje na princípe interferencie určiť optickú hustotu skúmaného objektu a vidieť tak detaily, ktoré sú oku nedostupné. Pomerne zložitý optický systém umožňuje vytvoriť čiernobiely obraz vzorky na sivom pozadí. Tento obrázok je podobný tomu, ktorý sa získal pomocou mikroskopu s fázovým kontrastom, ale chýba mu difrakčné halo. V diferenciálnom interferenčnom kontrastnom mikroskope sa polarizovaný lúč zo svetelného zdroja rozdelí na dva lúče, ktoré prechádzajú cez vzorku v rôznych optických dráhach. Dĺžka týchto optických dráh (t.j. súčin indexu lomu a dĺžky geometrickej dráhy) je rôzna. Následne tieto lúče pri spájaní interferujú. To vám umožní vytvoriť trojrozmerný reliéfny obraz zodpovedajúci zmene optickej hustoty vzorky, zdôrazňujúc čiary a okraje. Tento obrázok nie je presný topografický obraz.

Z histórie mikroskopu

V príbehu Vasilija Shukshina „Mikroskop“ si dedinský tesár Andrey Yerin kúpil svoj celoživotný sen – mikroskop – za plat svojej manželky a stanovil si za cieľ nájsť spôsob, ako vyhladiť všetky mikróby na Zemi, pretože úprimne veril, že bez nich by človek mohol žiť viac ako stopäťdesiat rokov. A len nešťastné nedorozumenie mu zabránilo v tejto ušľachtilej veci. Pre ľudí mnohých profesií je mikroskop nevyhnutným vybavením, bez ktorého je jednoducho nemožné vykonávať mnohé výskumné a technologické operácie. Nuž a v „domácich“ podmienkach toto optické zariadenie umožňuje každému rozširovať hranice svojich možností pohľadom do „mikrokozmu“ a skúmaním jeho obyvateľov.

Prvý mikroskop nenavrhol v žiadnom prípade profesionálny vedec, ale „amatér“, obchodník s manufaktúrou Anthony Van Leeuwenhoek, ktorý žil v Holandsku v 17. storočí. Práve tento zvedavý samouk si ako prvý prezrel zariadenie, ktoré vlastnoručne vyrobil pri kvapke vody, a uvidel tisíce najmenších tvorov, ktoré nazval latinským slovom animalculus („malé zvieratká“). Leeuwenhoek počas svojho života stihol opísať viac ako dvesto druhov „zvierat“ a štúdiom tenkých rezov mäsa, ovocia a zeleniny objavil bunkovú štruktúru živého tkaniva. Za zásluhy o vedu bol Leeuwenhoek v roku 1680 zvolený za riadneho člena. Kráľovská spoločnosť, a neskôr sa stal akademikom Francúzskej akadémie vied.

Leeuwenhoekove mikroskopy, ktorých osobne za svoj život vyrobil viac ako tristo, boli malé sférické šošovky veľkosti hrášku vložené do rámu. Mikroskopy mali stolík na predmety, ktorého poloha voči šošovke sa dala nastavovať skrutkou, no tieto optické prístroje nemali stojan ani statív – bolo ich treba držať v rukách. Z pohľadu dnešnej optiky prístroj s názvom „Levenhoekov mikroskop“ nie je mikroskop, ale veľmi výkonná lupa, keďže jeho optickú časť tvorí len jedna šošovka.

V priebehu času sa zariadenie mikroskopu výrazne vyvinulo, objavili sa mikroskopy nového typu, zlepšili sa metódy výskumu. Práca s amatérskym mikroskopom však dodnes sľubuje veľa zaujímavých objavov pre dospelých aj deti.

Mikroskopické zariadenie

Mikroskop je optický prístroj určený na štúdium zväčšených obrázkov mikroobjektov, ktoré sú voľným okom neviditeľné.

Hlavné časti svetelný mikroskop(obr. 1) sú šošovka a okulár uzavreté vo valcovom tele - tubuse. Väčšina modelov pre biologický výskum, majú tri šošovky s rôznou ohniskovou vzdialenosťou a otočný mechanizmus určený na ich rýchlu výmenu – vežička, často nazývaná aj vežička. Rúrka je umiestnená na vrchu masívneho stojana, vrátane držiaka tubusu. Kúsok pod objektívom (alebo vežičkou s viacerými objektívmi) je stolík na predmety, na ktorý sú umiestnené sklíčka s testovacími vzorkami. Ostrosť sa nastavuje pomocou skrutky hrubého a jemného nastavenia, ktorá umožňuje meniť polohu stolíka vzhľadom na objektív.

Aby mala skúmaná vzorka dostatočnú svetelnosť pre pohodlné pozorovanie, sú mikroskopy vybavené ďalšími dvoma optickými jednotkami (obr. 2) - iluminátorom a kondenzorom. Iluminátor vytvára prúd svetla, ktorý osvetľuje testovací prípravok. V klasických svetelných mikroskopoch konštrukcia iluminátora (vstavaného alebo externého) zahŕňa nízkonapäťovú lampu s hrubým vláknom, zbiehajúcu sa šošovku a clonu, ktorá mení priemer svetelného bodu na vzorke. Kondenzátor, ktorý je zbiehavou šošovkou, je určený na zaostrenie lúčov iluminátora na vzorku. Kondenzor má tiež irisovú clonu (pole a clonu), ktorá riadi intenzitu osvetlenia.

Pri práci s predmetmi prepúšťajúcimi svetlo (tekutiny, tenké rezy rastlín a pod.) sú osvetlené prechádzajúcim svetlom - iluminátor a kondenzor sú umiestnené pod stolom predmetov. Nepriehľadné vzorky by mali byť osvetlené spredu. Na tento účel je iluminátor umiestnený nad stolíkom objektu a jeho lúče sú nasmerované na objekt cez šošovku pomocou priesvitného zrkadla.

Iluminátor môže byť pasívny, aktívny (lampa) alebo oboje. Najjednoduchšie mikroskopy nemajú lampy na osvetlenie vzoriek. Pod stolíkom majú obojstranné zrkadlo, v ktorom je jedna strana plochá a druhá konkávna. Za denného svetla, ak je mikroskop blízko okna, môžete získať celkom dobré osvetlenie pomocou konkávneho zrkadla. Ak je mikroskop v tmavej miestnosti, na osvetlenie sa používa ploché zrkadlo a externý iluminátor.

Zväčšenie mikroskopu sa rovná súčinu zväčšenia objektívu a okuláru. So zväčšením okuláru 10 a zväčšením objektívu 40 celkový pomer zväčšenie je 400. Súprava výskumného mikroskopu zvyčajne obsahuje objektívy so zväčšením 4 až 100. Typická súprava objektívov mikroskopu pre amatérsky a vzdelávací výskum (x 4, x 10 a x 40) poskytuje zväčšenie od 40 do 400.

Rozlíšenie je ďalšou dôležitou charakteristikou mikroskopu, ktorá určuje jeho kvalitu a jasnosť obrazu, ktorý vytvára. Čím vyššie rozlíšenie, tým viac jemných detailov je možné vidieť pri veľkom zväčšení. V súvislosti s rozlíšením sa hovorí o „užitočnom“ a „zbytočnom“ zväčšení. „Užitočné“ je maximálne zväčšenie, pri ktorom sa poskytuje maximálny detail obrazu. Ďalšie zväčšenie („neužitočné“) rozlíšenie mikroskopu nepodporuje a neodhalí nové detaily, ale môže nepriaznivo ovplyvniť jasnosť a kontrast obrazu. Hranica užitočného zväčšenia svetelného mikroskopu teda nie je obmedzená celkovým faktorom zväčšenia objektívu a okuláru - na želanie môže byť ľubovoľne veľký - ale kvalitou optických komponentov mikroskopu, tj. uznesenie.

Mikroskop obsahuje tri hlavné funkčné časti:

1. Svetelná časť
Navrhnuté na vytvorenie svetelného toku, ktorý vám umožní osvetliť objekt takým spôsobom, aby nasledujúce časti mikroskopu vykonávali svoje funkcie s maximálnou presnosťou. Osvetľovacia časť mikroskopu v prechádzajúcom svetle je umiestnená za objektom pod objektívom v priamych mikroskopoch a pred objektom nad objektívom v inverzných.
Osvetľovacia časť obsahuje zdroj svetla (lampa a elektrický zdroj) a opticko-mechanický systém (kolektor, kondenzor, pole a apertúru nastaviteľné / irisové clony).

2. Prehrávacia časť
Navrhnuté tak, aby reprodukovali objekt v rovine obrazu s kvalitou obrazu a zväčšením potrebným na výskum (t. j. na vytvorenie takého obrazu, ktorý reprodukuje objekt čo najpresnejšie a vo všetkých detailoch s rozlíšením, zväčšením, kontrastom a reprodukciou farieb zodpovedajúcim optika mikroskopu).
Reprodukčná časť poskytuje prvý stupeň zväčšenia a je umiestnená za objektom do roviny obrazu mikroskopu. Reprodukčná časť obsahuje šošovku a medziľahlý optický systém.
Moderné mikroskopy najnovšej generácie sú založené na optických systémoch šošoviek korigovaných na nekonečno.
To si navyše vyžaduje použitie takzvaných trubicových systémov, ktoré „zbierajú“ paralelné lúče svetla vychádzajúce z objektívu v obrazovej rovine mikroskopu.

3. Vizualizačná časť
Navrhnuté na získanie skutočného obrazu objektu na sietnici, filme alebo doske, na obrazovke televízora alebo počítačového monitora s dodatočným zväčšením (druhý stupeň zväčšenia).

Zobrazovacia časť sa nachádza medzi obrazovou rovinou šošovky a očami pozorovateľa (fotoaparát, kamera).
Súčasťou zobrazovacej časti je monokulárny, binokulárny alebo trinokulárny vizuálny nástavec s pozorovacím systémom (okuláre, ktoré fungujú ako lupa).
Okrem toho táto časť obsahuje systémy dodatočného zväčšenia (systémy veľkoobchodníka / zmena zväčšenia); projekčné dýzy, vrátane diskusných dýz pre dvoch alebo viacerých pozorovateľov; kresliace zariadenia; systémy na analýzu obrazu a dokumentáciu s príslušnými zodpovedajúcimi prvkami (fotokanál).

Základné metódy práce s mikroskopom

Metóda jasného poľa v prechádzajúcom svetle. Vhodné na štúdium priehľadných predmetov s nehomogénnymi inklúziami (tenké rezy rastlinných a živočíšnych tkanív, prvoky v tekutinách, tenké leštené platne niektorých minerálov). Iluminátor a kondenzor sú umiestnené pod stolíkom. Obraz je tvorený svetlom prechádzajúcim priehľadným médiom a absorbovaným hustejšími inklúziami. Na zvýšenie kontrastu obrazu sa často používajú farbivá, ktorých koncentrácia je tým väčšia, čím väčšia je hustota plochy vzorky.

Metóda jasného poľa v odrazenom svetle. Používa sa na štúdium nepriehľadných predmetov (kovy, rudy, minerály), ako aj predmetov, z ktorých je nemožné alebo nežiaduce odoberať vzorky na prípravu priesvitných mikropreparátov (šperky, umelecké diela a pod.) Osvetlenie prichádza zhora, zvyčajne cez šošovku, ktorá v tomto prípade plní aj úlohu kondenzoru.

Metóda šikmého osvetlenia a metóda tmavého poľa Metódy na skúmanie vzoriek s veľmi nízkym kontrastom, napríklad prakticky priehľadných živých buniek. Prepustené svetlo sa na vzorku neaplikuje zdola, ale mierne zboku, vďaka čomu sú viditeľné tiene, ktoré tvoria husté inklúzie (metóda šikmého osvetlenia). Posunutím kondenzora tak, aby jeho priame svetlo vôbec nedopadalo na šošovku (vzorka je potom osvetlená len šikmými lúčmi do priesvitu), je možné v okulári mikroskopu pozorovať biely predmet na čiernom pozadie (metóda tmavého poľa). Obe metódy sú vhodné len pre mikroskopy, ktorých konštrukcia umožňuje pohyb kondenzora vzhľadom na optickú os mikroskopu.

Typy moderných mikroskopov

Okrem svetelných mikroskopov existujú aj elektrónové a atómové mikroskopy, ktoré sa využívajú najmä na vedecký výskum. Bežný transmisný elektrónový mikroskop je podobný svetelnému mikroskopu s tým rozdielom, že objekt nie je ožarovaný svetelným tokom, ale elektrónovým lúčom generovaným špeciálnym elektronickým projektorom. Výsledný obraz sa premieta na fluorescenčné plátno pomocou systému šošoviek. Zväčšenie transmisného elektrónového mikroskopu môže dosiahnuť milión, avšak pre mikroskopy s atómovou silou to nie je limit. Práve atómovým mikroskopom, ktoré sú schopné vykonávať výskum na molekulárnej a dokonca aj atómovej úrovni, vďačíme za mnohé z najnovších pokrokov v oblasti genetické inžinierstvo, medicína, fyzika pevné telo, biológia a iné vedy.

Svetelné mikroskopy sú tiež rôzne a možno ich klasifikovať podľa niekoľkých kritérií, napríklad podľa počtu optických jednotiek (monokulárne / binokulárne alebo stereo) alebo typu osvetlenia (polarizačné a fluorescenčné, interferenčné a fázový kontrast). Pre amatérsku prax je vhodný jednoduchý monokulárny svetelný mikroskop s maximálnym zväčšením 400x. Zložitejšie zariadenia sa navzájom líšia dizajnom iluminátora a kondenzátora, sú špeciálne a používajú sa v úzkych oblastiach vedy. Špeciálnym typom vynikajú stereomikroskopy, ktoré sú nevyhnutné pre mikrochirurgické operácie a výrobu mikroelektronických komponentov a sú nepostrádateľné aj v genetickom inžinierstve.

I. P. Kulibin sa pred odchodom v roku 1769 do Petrohradu zaoberal výrobou optických prístrojov v Nižnom Novgorode. Tam bol v rokoch 1764-1766. nezávisle navrhol Gregoryho zrkadlový ďalekohľad, mikroskop a elektrický stroj na základe vzoriek anglických nástrojov prinesených do Nižný Novgorod obchodníka Izvolského. Sám Kulibin o tomto diele napísal: „Potom začal hľadať rôzne skúsenosti ako leštiť sklá ďalekohľadov, s ktorými vyrobil špeciálny kolos a cez to našiel leštenie. Podľa tohto vynálezu som vyrobil dva teleskopy dlhé tri arshiny a jeden priemerný mikroskop zostavený z piatich skiel ... hľadajte zápalné body smerom k slnku a strieľajte ďaleko od týchto zrkadiel a skiel k zápalným bodom. možné zistiť, aký druh konkávnosti a výstupku na okuliare a zrkadlá bude potrebné na výrobu medených foriem na otáčanie zrkadiel a skiel na piesku a pomocou nákresu celého toho ďalekohľadu ... Potom začal robiť experimenty, ako keby proti tomu dať kov do pomeru; a keď som sa im tvrdosťou a belosťou začal podobať, vylial som z toho zrkadlá podľa predlohy, začal som ich brúsiť v piesku na už vyrobené a už vyrobené vypuklé formy a začal som robiť pokusy na tých vytesaných zrkadlách. , akým spôsobom som našiel, ich rovnaké čisté leštenie, ktoré trvalo značnú dobu. Nakoniec som vyskúšal jedno vyleštené zrkadlo na medenej forme, potreté páleným cínom a olejom na drevo. A tak s touto skúsenosťou z mnohých vyrobených zrkadiel vyšlo v pomere jedno veľké zrkadlo a druhé škaredé malé zrkadlo ... “. Z uvedeného úryvku z Kulibinovej autobiografie je vidieť, že svojou zvedavou mysľou dokázal určiť ohniskové vzdialenosti šošoviek a zrkadiel, objaviť tajomstvo zliatiny na výrobu kovového zrkadla, vynájsť a zostrojiť stroj na brúsenie a leštenie šošoviek a zrkadiel. Kulibin vyrobil v Nižnom Novgorode jeden mikroskop a dva teleskopy, z ktorých „bol Balakhna viditeľný veľmi blízko, aj keď s tmou, ale zreteľne“. Ak vezmeme do úvahy, že priemyselné mesto Balakhna sa nachádzalo 32 km od Nižného Novgorodu, potom bolo zväčšenie Kulibinových ďalekohľadov veľmi veľké. Jeden z Kulibinových životopiscov, profesor A. Ershov, v polovici 19. storočia. napísal, že "samotné tieto vynálezy by stačili na zvečnenie mena slávneho mechanika. Hovoríme vynálezy, pretože otáčanie skla, výroba kovových zrkadiel a úžasných mechanizmov v Nižnom Novgorode bez akejkoľvek pomoci a modelu znamená vynájsť spôsoby pre tieto konštrukcie." V roku 1768 Nižný Novgorod navštívila Katarína II. bola „obdarovaná“ Kulibinovými nástrojmi, čo na ňu s najväčšou pravdepodobnosťou urobilo pozitívny dojem, od r. na budúci rok 1769 ich chcela opäť vidieť, ale už v Petrohrade. Žiaľ, tieto optické prístroje sa nezachovali, hoci Kulibinom zostavený „register jeho vynálezov“ obsahuje záznam, že „sú teraz uložené v Kunstkamere Akadémie vied, ktorá vyšla v Akademicheskie Vedomosti, s osobitným dodatkom z roku 1769“. Na príkaz Kataríny II bol I.P. Kulibin najatý Akadémiou vied ako mechanik a vedúci akademických dielní. V súlade s „Podmienkami, za ktorých Nižnonovgorodský Posad Ivan Kulibin vstupuje do akademickej služby“ jeho povinnosti zahŕňali: „1. mať hlavný dozor nad prístrojovým, inštalatérskym, sústružníckym, stolárskym a nad komorou, kde sú optické prístroje, teplomery. vyrobené a barometre, aby všetky práce prebehli úspešne a slušne, pričom priame pozorovanie prístrojovej komory prenechali Caesarovej ruke... až po kompletizáciu astronomických a iných hodín, ďalekohľadov, ďalekohľadov a iných, najmä fyzikálnych prístrojov, umiestnených na Akadémia...“. Tieto podmienky podpísal Kulibin 2. januára 1770, no na Akadémii začal pôsobiť už v roku 1769 a v tejto službe zotrval viac ako tridsať rokov. V osobných a úradných dokumentoch Kulibina za roky 1770-1777. k dispozícii veľké množstvo"Správy Akademickej komisii" o výrobe a opravách ďalekohľadov (hlavne zrkadlových - podľa Gregoryho schémy), mikroskopov, astrolábov. V „Registri rôznych mechanických, fyzikálnych a optických vynálezov Petrohradskej cisárskej akadémie vied od mechanika Ivana Petroviča Kulibina“ je záznam: „Medzitým som urobil a opravil mnou v akadémii vied a odoslal na cisárske paláce rôznych optické prístroje, ako napríklad: gregoriánsky a achromatický ďalekohľad, ktoré majstri na Akadémii neopravili ... “. Kulibin sa už v prvých mesiacoch svojho pôsobenia na Akadémii vied úspešne vyrovnal s výrobou prototypu dvojstopového ďalekohľadu a opravou gregoriánskeho ďalekohľadu, o čom svedčí aj posudok akademika S. Ya. Rumovského o ho. Kulibin brilantne rozumie všetkým zložitostiam dizajnu optických prístrojov. Vo svojej poznámke „K ďalšej kresbe hľadajte okuliare...“ referuje o spôsobe nájdenia ohniska guľového zrkadla na určenie polohy okuláru a zároveň podáva kresbu sprevádzanú nasledujúci text: "... Tubus s okuliarmi je možné priviesť až do ohniska, lámaného od malého plochého zrkadla, ktoré tubus s priemerom už nedokáže urobiť vnútornú slepú a a rysa, aby neblokoval lom v lúče dopadajúce v oboch zrkadlách blízko stredov“. Kulibinov dizajnérsky talent sa prejavuje aj v jeho poznámke „Na trubici alebo na Herschelovom teleskope“: je prinesený a potom, vložením veľkého zrkadla, sa pozrieť cez okraj vyššie uvedeného povrchového kruhu zhora na spodný okraj veľkého zrkadla v štyri miesta krížom krážom a potom na ôsme diely tak, aby sa vnútro fajky zdalo všade rovnaké.. poháre základnej fajky, do nej vložte kruh so stredovým otvorom, umiestnite fajku do blízkosti povrchového zrkadla vo všetkých smeroch rovnako“. Predstavu o povahe práce I.P. Kulibina v Akademických dielňach dáva aj „Inventár vecí a nástrojov vyrobených v sklade v nástrojárni“, priložený k osobnému spisu jeho nástupcu, mechanika akadémie. P. Kesarev, ktorý uvádza „gregoriánsky ďalekohľad so 14-palcovým ohniskom“, vyrobený pre experiment podľa pokynov zosnulého profesora D. Eulera, komplexný priehľadný mikroskop ... atď. Aby sa zlepšila kvalita nástrojov vyrábaných v optickej dielni, Kulibin sa v roku 1771 pustil do výroby nových brúsnych foriem, pretože staré formy, ako napísal, „sú všetky opotrebované a nie je k dispozícii jediný pár pravých ." Informoval Akademickú komisiu, ktorá mala na starosti záležitosti dielní, že má v úmysle vyrobiť „na sústruženie a leštenie skiel a kovových zrkadiel niekoľko párov tvarov rôznych veľkostí, získavajúcich od čiary po palec“ od palca. na nohu, od nohy po niekoľko stôp, pričom sa k sebe pridávajú ďalšie, pomocou ktorých by bolo možné vyrobiť slnečné a zložité mikroskopy rôznych rozmerov, ďalekohľady, ďalekohľady rôznych veľkostí a iné ďalekohľady rôzneho zamerania“. Kulibin píše 30. augusta 1796 poznámku „O zhotovení prvého sklárskeho stroja“ s podčiarknutím „Čítať podrobnejšie“, v ktorej referuje o svojom projekte zostrojenia stroja na brúsenie a leštenie zrkadiel a možnosti jeho využitia. na výrobu sklenených predmetov. Na dochovaných Kulibinových kresbách je niekoľko nákresov ním navrhnutých strojov na brúsenie a leštenie šošoviek. Kulibin vo svojej poznámke „O brúsení a leštení krivočiareho zrkadla“ opisuje metódy leštenia zrkadiel pomocou šmirgľa a červenej medenej lešticej podložky: do rukoväte leštičky a nastavenej na rovnakom vertolu alebo na ako to, ako je opísané vyššie, a spoločne rozdrviť častice v strede takej veci, ktorá by presne zodpovedala konkávnemu zrkadlu. Príkladom by mohlo byť zrkadlo s priemerom 6 palcov a urobiť z tejto častice červenej medi iba jeden palec alebo menej, ale nerobiť viac, aby bolo zrkadlo strmšie v strede a keď okraje leštiace veci sú v strede zrkadla, potom už nebude pevne tlačiť, na čo by malo byť vyrobené z červenej medi na kusy s priemerom aj menším ako palec, a keď je zbrúsené veľmi čisto a správne, potom po nalepení taftu na takéto medené častice s garnusom vyleštite cinnažom “.

Ivan Petrovič Kulibin (1735-1818) Stroj na brúsenie a leštenie optických šošoviek. Ručne kreslil I.P. Kulibin

V "Názore na krivočiare zrkadlá" Kulibin porovnáva relatívnu zložitosť spracovania sférických a asférických zrkadiel. Podrobne zvažuje výrobný proces konkávneho zrkadla, od zaslepovania kotúča až po leštenie, vrátane. Kulibina zaujala formulácia zliatin na výrobu kovových zrkadiel, spôsoby tavenia a formulácia flintového skla. Vynálezca sa pri svojej práci opiera o skúsenosti a tradície nazbierané pracovníkmi najstaršej akademickej dielne (optická dielňa bola založená v roku 1726), kde sa od čias Lomonosova etablovala výroba mnohých optických prístrojov a kde sa najviac skúsení a šikovní optici-mechanici pracovali napríklad v rodine Beljajevovcov. Spolu s I. I. Beljajevom I. P. Kulibin pozdvihol prácu optickej dielne do veľkej výšky. Výrazne vzrástlo množstvo a kvalita ňou vyrábaných optických prístrojov.Objednávky na šošovky a optické prístroje začali optickej dielni adresovať nielen akademici a profesori samotnej akadémie vied, ale aj outsideri. O Kulibinove kresby je veľký záujem. Jedna z jeho kresieb zobrazuje Kulibinovu kresbu, ktorá ukazuje optické schémy mikroskopu, polemoskopu a pozorovacieho ďalekohľadu. Tu zaujme najmä druhý nákres, ktorým je schéma päťšošovkového mikroskopu s dvojito konkávnou šošovkou umiestnenou medzi kolektívom a dvojšošovkovým okulárom. Takáto šošovka by mala mierne zväčšiť obraz bez toho, aby sa okulár vzďaľoval od objektívu, t.j. aby nebolo potrebné predlžovať tubus mikroskopu, ak je umiestnený priamo medzi objektívom a okulárom, Kulibin však sledoval iný cieľ: kompenzovať pokles obrazu spôsobený kolektívom. Ak áno, tak tento je jeho pôvodný nápad. Objektív tohto Kulibinovho mikroskopu je plankonvexný a je otočený plochou stranou k objektu. Už sme videli, že Köff prvýkrát použil takýto objektív vo svojom mikroskope. Euler neskôr poukázal na užitočnosť Je pravdepodobné, že Kulibin nezávisle prišiel s touto myšlienkou, ktorá sa následne od 20. do 30. rokov 19. storočia široko používala v achromatických mikroskopoch. Kulibin bol nielen vynikajúcim konštruktérom optických prístrojov, ale dobre sa vyznal aj v ich teórii. Kulibin v "Názore na sférické zrkadlá" napísal: "1. sférické zrkadlá, ktoré majú dlhé polomery a ohniská pri zdôvodňovaní lomených lúčov, kvôli malému priemeru zrkadla a dĺžke ohniska v jednom bode, lúče sa nedajú zbierať, pretože v zrkadle, hoci na jednom vlase na jeho okraji bude guľový, potom v ohnisku bude toľko klamstva, koľkokrát je ohnisko a polovičný priemer zrkadla. .. 2. je ťažké určiť jeden bod. Kulibin teda jasne pochopil sférickú aberáciu konkávneho sférického zrkadla. Vo svojom Stanovisku ku krivočiarym zrkadlám navrhuje znížiť hodnotu sférická aberácia konkávne zrkadlo tým, že tomuto zrkadlu dáva asférický tvar, vďaka čomu „...je ľahšie nájsť rovnobežnosť medzi veľkým a malým zrkadlom a zaostrovacie body na jednej línii sa budú pohodlnejšie zbiehať“ V poznámke „Na objektívovom skle "Kulibin porovnáva optické vlastnosti trojšošovkového objektívu ďalekohľadu s kovovým konkávnym zrkadlom. Zároveň si na okraj rukopisu robí poznámku: "Zvážte to slušnejšie." Tento plán realizuje vo svojej poznámke z 3. septembra 1796 „O povzbudení k sklárskej práci:“ V porovnaní s achromatickými ďalekohľadmi, v ktorých je sklo objektívu zostavené z 3 skiel, preto musí byť 6 strán skiel vyleštených a vyleštených. , teda akoby to nebolo správne vypočítané, avšak v takejto súprave by malo byť trikrát viac chýb pri leštení ako v jednom pohári. V prvom prípade krivočiara, hoci bude mať chybu trikrát viac ako jedno achromatické sklo z dôvodu nesprávnosti čiary a leštenia, potom sa môže rovnať aj trojsklennej šošovke achromatického ďalekohľadu. To isté 3. septembra 1796. Počas svojho pôsobenia v Petrohradskej akadémii vied sa Kulibin nahromadil skvelá skúsenosť pri navrhovaní a výrobe širokého spektra optických prístrojov. Na konci 70-tych rokov XVIII storočia. vytvoril lampáš so zrkadlovým reflektorom, ktorý bol predchodcom moderného svetlometu. Kulibin dotiahol vývoj svojho projektu do konca: vytvoril nielen niekoľko projektov lampiónov pre rôzne aplikácie(pouličné osvetlenie, osvetlenie palácov, lampáše pre majáky, kočiare, priemyselné podniky a pod.), ale dopodrobna vyvinula aj technológiu ich výroby. Vynálezca zároveň navrhol a rôzne prípravky a stroje potrebné na výrobu svietidiel. Veľký význam pre rozvoj Kulibinovho diela v oblasti navrhovania rôznych optických prístrojov mal fakt, že na Akadémii pôsobil v čase, keď sa tu úspešne rozvíjal výskum technickej optiky. V rokoch 1768 až 1771. L. Euler napísal a vydal „Listy nemeckej princeznej...“ a základnú trojobjemovú dioptriu obsahujúcu základy teórie a výpočtu zložitých achromatických šošoviek ďalekohľadov a mikroskopov. Pod priamym vedením Kulibina v optických a inštrumentálnych dielňach Akadémie vied v Petrohrade prebehla konštrukcia prvého ruského achromatického mikroskopu na svete podľa pokynov L. Eulera a N. Fussa. Jedna okolnosť však spôsobuje prekvapenie: v tlači sa neobjavila ani jedna správa o novom mikroskope. Pravdepodobne to bolo spôsobené tým, že tento nástroj sa ukázal ako nie úplne úspešný. Príčina zlyhania zrejme spočívala vo výnimočnej náročnosti výroby achromatického trojšošovkového mikroskopového objektívu. Každá zo šošoviek tohto objektívu musela mať priemer približne 3,5 mm (1/7 palca) a polomery zakrivenia vypočítané na tisíciny palca. V tomto prípade by celková hrúbka šošovky mala byť asi 1,4 mm a medzery medzi šošovkami - asi 0,4 mm. Prekladateľ knihy N. Fussa do nemčiny G. S. Klugel v roku 1778 napísal, že „tak tenké šošovky, aké sa tu vyžadujú, by sotva mohol vyrobiť aj ten najzručnejší remeselník“. Na úrovni optickej technológie, ktorá existovala v 70. rokoch 18. storočia, bolo skutočne neuveriteľne ťažké, takmer nemožné implementovať presne Euler-Fussov achromatický mikroskop. V roku 1784, po Eulerovej smrti, navrhol a vyrobil v Petrohrade prvý achromatický mikroskop na svete akademik F. T. W. Epinus. V západnej Európe sa prvé achromatické mikroskopy objavili až v roku 1807. Na záver treba poznamenať, že Kulibinova činnosť v oblasti inštrumentálnej optiky vždy spĺňala prioritné úlohy rozvoja ruskej vedy a techniky a dôstojne prispela do pokladnice svetovej kultúry, k rozvoju metód spracovania a brúsne šošovky. Literatúra 1. Ručne písané materiály I. P. Kulibina v Archíve Akadémie vied ZSSR. M.-L.: Vydavateľstvo Akadémie vied ZSSR, 1953. 2. Archív Ruskej akadémie vied, f. 296, ol. 1, č. 515, ill. 1-12; č. 512, ill. 1-2; č. 511, ill. 1-1 sv. 3. Zborník Prírodovedného ústavu Akadémie vied ZSSR. T. 1. M.-L., 1947. 4. Archív Ruskej akadémie vied, f. 296, ol. 1, č. 517, ill. 1-1 sv. 5.Euler L. Listy... napísané nejakej nemeckej princeznej. I. diel Petrohrad, 1768; Časť II, 1772, Časť 3, 1774. 6. Euler L. Dioptrica. S. Pet, 1769-1771. 7. Gurikov V. A. História aplikovanej optiky. Moskva: Nauka, 1993. 8. Gurikov V. A. Prvý achromatický mikroskop. Príroda. 1981. Číslo 6.