Повідомлення про мікроскоп з біології. Доповідь з біології "мікроскоп"
У статті розповідається про те, що таке мікроскоп, навіщо він потрібний, які види бувають і історія його створення.
Стародавні часи
В історії людства завжди знаходилися ті, кого не влаштовував біблійний опис устрою світу, хто хотів сам зрозуміти природу речей та їх суть. Або ж кого не спокушала доля звичайного селянина чи рибалки, як Ломоносова.
Найбільш широке розповсюдженнярізні дисципліни отримали в Епоху Ренесансу, коли люди почали усвідомлювати важливість значення дослідження навколишнього світу та інших речей. Особливо в цьому їм допомагали різні оптичні пристрої — телескопи та мікроскопи. То що таке мікроскоп? Хто його створив і де цей прилад застосовується у наш час?
Визначення
Для початку розберемо саме офіційне визначення. Відповідно до нього, мікроскоп — це пристрій отримання збільшених зображень чи його структури. Від того ж телескопа він відрізняється тим, що необхідний вивчення дрібних і ближніх об'єктів, а чи не космічних далі. Достеменно ім'я автора цього винаходу не відоме, але в історії збереглися згадки про кількох людей, які першими його використовували та конструювали. Згідно з ними, в 1590 році якийсь голландець на ім'я Іоанн Ліпперсгей представив широкому загалу свій винахід. Його авторство також приписують Захарію Янсену. А 1624 року всім відомий Галілео Галілей також сконструював подібний прилад.
З тим, що таке мікроскоп, розібралися, але як він вплинув на науку? Майже так само, як і його родич телескоп. Нехай і примітивний, але цей пристрій дозволив подолати недосконалість людського ока та зазирнути у мікросвіт. За допомогою нього пізніше було здійснено безліч відкриттів у галузі біології, ентомології, ботаніки та інших наук.
Що таке мікроскоп тепер зрозуміло, але де вони ще застосовуються?
Наука
Біологія, фізика, хімія - всі ці галузі науки часом вимагають зазирнути в саму суть речей, яку наше око або просте збільшувальне скло розглянути не можуть. Важко уявити сучасну медицинубез цих приладів: з допомогою здійснюються відкриття, визначаються види хвороб, заражень, а нещодавно навіть вдалося «сфотографувати» ланцюжок ДНК людини.
У фізиці дещо інакше, особливо у тих її областях, які працюють над вивченням елементарних частинок та інших дрібних об'єктів. Там лабораторний мікроскоп дещо відрізняється від звичних, і звичайні допомагають мало, їм на зміну давно прийшли електронні і новітні зондуючі. Останні дозволяють не те що отримувати вражаюче збільшення, а й навіть реєструвати окремі атоми та молекули.
Сюди ж можна віднести і криміналістику, якою ці прилади потрібні для визначення доказів, детального порівняння відбитків пальців та іншого.
Не обходяться без мікроскопів та дослідники стародавнього світу, такі як палеонтологи та археологи. Їм вони потрібні для детального вивчення останків рослин, кісток тварин із людьми та рукотворних виробів минулих епох. І до речі, потужний лабораторний мікроскоп можна вільно купити для власного використання. Щоправда, не всім вони по кишені. Докладніше розберемо види цих пристроїв.
Види
Перший, основний і найдавніший - це оптичний світловий. Подібні прилади досі є у будь-якій школі у класі біології. Він є набір лінз з регульованою відстанню і дзеркало для підсвічування об'єкта. Іноді його замінює незалежне джерело світла. Суть такого мікроскопа в тому, щоб змінювати довжину хвиль видимого оптичного спектру.
Другий – це електронний. Влаштований він набагато складніше. Якщо казати простою мовоюдовжина хвилі видимого світла становить 390 до 750 нм. І якщо об'єкт, наприклад, клітина вірусу або іншого живого організму менше, то світло просто буде ніби огинати його, не зможе нормально відбитися. А подібний пристрій обходить такі обмеження: магнітним полем воно робить хвилі світла «тонше», через що можна розглянути найкрихітніші об'єкти. Особливо актуально це у такій науці, як біологія. Мікроскоп такого роду набагато перевершує оптичні світлові.
І третій – це зондуючий тип. Якщо говорити спрощено, то це пристрій, в якому поверхня того чи іншого зразка прощупується зондом і на основі його рухів і коливань складається тривимірне або растрове зображення.
12.08.2017 10:20
5488
Що таке мікроскоп і навіщо він потрібний? Мікроскоп – це прилад, який збільшує зображення предметів за допомогою лінз. Перші відомості про мікроскоп відомі ще в 16 столітті, коли майстри з виготовлення окулярів з Голландії вигадали поряд з телескопом новий пристрій, здатний збільшувати предмети завдяки двом лінзам.
Згодом мікроскопи постійно вдосконалювалися. З'явилося потужніше збільшення, що дозволяє розглянути найдрібніші речі, які не можна побачити неозброєним оком. Окрім звичайних оптичних мікроскопів на принципі збільшення лінз, існують електронні мікроскопи. Їх винайшли у 20 столітті. Замість світлового потоку на об'єкт вивчення прямує пучок електронів, які фокусуються та за допомогою спеціальної магнітної лінзи видають зображення. Електронний мікроскоп потужніший за оптичний, оскільки може більше збільшувати зображення об'єкта.
Мікроскоп потрібен вивчення найдрібніших деталей, фрагментів тіл людини і тварин, які важко побачити неозброєним оком. Мікроскопом користуються лікарі, вивчаючи зразки ДНК та аналізи крові. Вчені з різних сфернауки, проводять досліди та роблять нові відкриття. Інженери перевіряють за допомогою мікроскопа якість деталей на наявність у них дефекту.
Школярі та студенти користуються мікроскопами на уроках біології, хімії та фізики. Цікаво розглядати при мікроскопі поверхні деяких предметів, а також комах, наприклад муху або мурашки. При великому збільшенніможна добре розглянути їхні очі, щелепи та лапки.
Що таке мікроскоп? Значення та тлумачення слова mikroskop, визначення терміна
мікроскоп -
оптичний прилад з однією або декількома лінзами для отримання збільшених зображень об'єктів, які не видно неозброєним оком. Мікроскопи бувають прості та складні. Простий мікроскоп – це одна система лінз. Простим мікроскопом можна вважати звичайну лупу - плоскопуклу лінзу. Складний мікроскоп (який часто називають просто мікроскопом) є комбінацією двох простих.
Складний мікроскоп дає більше збільшення, ніж простий, і має більшу роздільну здатність. Роздільна здатність - це можливість розрізнення деталей зразка. Збільшене зображення, на якому невиразні подробиці, дає мало корисної інформації.
Складний мікроскоп має двоступінчасту схему. Одна система лінз, яка називається об'єктивом, підводиться близько до зразка; вона створює збільшене та дозволене зображення об'єкта. Зображення далі збільшується іншою системою лінз, званої окуляром і що міститься ближче до ока спостерігача. Ці дві системи лінз розташовані протилежних кінцях тубуса.
Робота із мікроскопом. На ілюстрації представлено типовий біологічний мікроскоп. Штативна підставка виконується у вигляді важкої виливки, зазвичай підковооб різної форми. До неї на шарнірі прикріплений тубусодержатель, що несе решту мікроскопа. Тубус, у який вмонтовані лінзові системи, дозволяє переміщувати їх щодо зразка для фокусування. Об'єктив розташовано на нижньому кінці тубуса. Зазвичай мікроскоп забезпечений декількома об'єктивами різного збільшення револьверної голівці, яка дозволяє встановлювати їх у робоче положення на оптичній осі. Оператор, досліджуючи зразок, починає, як правило, з об'єктива, що має найменше збільшенняі найбільш широке поле зору, знаходить деталі, що його цікавлять, а потім розглядає їх, користуючись об'єктивом з великим збільшенням. Окуляр вмонтований на кінець висувного тримача (який дозволяє змінювати довжину тубуса, коли це необхідно). Весь тубус з об'єктивом та окуляром можна пересувати вгору і вниз, наводячи мікроскоп на різкість.
Зразок зазвичай береться як дуже тонкого прозорого шару чи зрізу; його кладуть на прямокутну скляну пластинку, звану предметним склом, і накривають зверху тоншою скляною пластинкою менших розмірів, званої покривним склом. Зразок часто фарбують хімічними речовинами, щоб збільшити контраст. Предметне скло кладуть на предметний столик так, щоб зразок знаходився над центральним отвором столика. Столик зазвичай забезпечується механізмом для плавного і точного переміщення зразка в поле зору.
Під предметним столиком знаходиться власник третьої системи лінз - конденсора, який концентрує світло на зразку. Конденсорів може бути кілька, і тут розташовується ірисова діафрагма для регулювання апертури.
Ще нижче розташоване освітлювальне дзеркало, яке встановлюється в універсальному шарнірі, яке відкидає світло лампи на зразок, за рахунок чого вся оптична система мікроскопа створює видиме зображення. Окуляр можна замінити фотоприставкою, і тоді зображення формуватиметься на фотоплівці. Багато дослідних мікроскопів оснащуються спеціальним освітлювачем, так що в освітлювальному дзеркалі немає необхідності.
Збільшення. Збільшення мікроскопа дорівнює добутку збільшення об'єктиву збільшення окуляра. Для типового дослідницького мікроскопазбільшення окуляра дорівнює 10, а збільшення об'єктивів - 10, 45 і 100. Отже, збільшення такого мікроскопа становить від 100 до 1000. Збільшення деяких мікроскопів досягає 2000. Підвищувати збільшення ще більше немає сенсу, оскільки роздільна здатність при цьому не покращується; навпаки, якість зображення погіршується.
Теорія. Послідовну теорію мікроскопа дав німецький фізик Ернст Аббе наприкінці 19 ст. Аббе встановив, що роздільна здатність (мінімально можлива відстань між двома точками, які видно окремо) визначається виразом
де R - роздільна здатність в мікрометрах (10-6 м), . - Довжина хвилі світла (створюваного освітлювачем), мкм, n - показник заломлення середовища між зразком і об'єктивом, а. - половина вхідного кута об'єктива (кута між крайніми променями конічного світлового пучка, що входить до об'єктиву). Величину Аббе назвав числової апертурою (вона позначається символом NA). З наведеної формули видно, що роздільні деталі досліджуваного об'єкта тим менше, чим більше NA і чим менша довжина хвилі.
Числова апертура як визначає роздільну здатність системи, а й характеризує світлосилу об'єктива: інтенсивність світла, що припадає на одиницю площі зображення, приблизно дорівнює квадрату NA. Для хорошого об'єктиву величина NA становить приблизно 0,95. Мікроскоп зазвичай розраховують так, щоб його повне збільшення становило прибл. 1000 NA.
Об'єктиви. Існують три основні типи об'єктивів, що відрізняються ступенем виправлення оптичних спотворень - хроматичних та сферичних аберацій. Хроматичні аберації пов'язані з тим, що світлові хвилі з різною довжиною хвилі фокусуються в різних точкахна оптичній осі. В результаті зображення виявляється забарвленим. Сферичні аберації обумовлені тим, що світло, що проходить через центр об'єктива, і світло, що йде через його периферійну частину, фокусується у різних точках на осі. В результаті зображення виявляється нечітким.
Ахроматичні об'єктиви нині є найпоширенішими. У них хроматичні аберації пригнічуються завдяки застосуванню скляних елементів з різною дисперсією, що забезпечують сходження крайніх променів видимого спектра – синіх та червоних – в одному фокусі. Невелика забарвленість зображення залишається проявляється іноді у вигляді слабких зелених смуг навколо об'єкта. Сферична аберація може бути скоригована лише одного кольору.
У флюоритових об'єктивах використовуються добавки до скла, що покращують корекцію кольору настільки, що забарвленість зображення майже повністю усувається.
Апохроматичні об'єктиви - це об'єктиви з найскладнішою корекцією кольорів. У них майже повністю усунуті хроматичні аберації, а й корекція сферичних аберацій виконано задля одного, а двох кольорів. Збільшення апохроматів для синього кольорутрохи більше, ніж для червоного, і тому для них потрібні спеціальні окуляри, що "компенсують".
Більшість об'єктивів є " сухими " , тобто. вони розраховані працювати у умовах, коли проміжок між об'єктивом і зразком заповнений повітрям; величина NA таких об'єктивів вбирається у 0,95. Якщо між об'єктивом і зразком ввести рідину (масло або, що буває рідше, воду), то вийде "імерсійний" об'єктив з величиною NA, що досягає 1,4, та з відповідним поліпшенням роздільної здатності.
В даний час промисловість випускає та різного родуспеціальні об'єктиви. До них відносяться об'єктиви з плоским полем для мікрофотографування, об'єктиви без внутрішньої напруги (релаксовані) для роботи в поляризованому світлі та об'єктиви для дослідження непрозорих металургійних зразків, що висвітлюються зверху.
Конденсори. Конденсор формує світловий конус, що спрямовується на зразок. Зазвичай у мікроскопі передбачається ірисова діафрагма для узгодження апертури світлового конуса з апертурою об'єктива, що забезпечує максимальну роздільну здатність і максимальний контраст зображення. (Контраст у мікроскопії має так само важливе значення, Як і в телевізійній техніці.) Найпростіший конденсор, що цілком підходить для більшості мікроскопів загального призначення, - це дволінзовий конденсор Аббе. Для об'єктивів з більшою апертурою, особливо імерсійних масляних, потрібні складніші конденсори з корекцією. Масляні об'єктиви з максимальною апертурою вимагають спеціального конденсора, що має імерсійний масляний контакт з нижньою поверхнеюпредметного скла, де лежить зразок.
Спеціалізовані мікроскопи. У зв'язку з різними вимогаминауки і техніки розробили мікроскопи багатьох спеціальних видів.
Стереоскопічний бінокулярний мікроскоп, призначений для отримання тривимірного зображення об'єкта, складається із двох окремих мікроскопічних систем. Прилад вміщує невелике збільшення (до 100). Зазвичай застосовується для збирання мініатюрних електронних компонентів, технічного контролю, хірургічних операцій.
Поляризаційний мікроскоп призначений для дослідження взаємодії зразків із поляризованим світлом. Поляризоване світло нерідко дозволяє виявляти структуру об'єктів, що лежить поза звичайного оптичного дозволу.
Відбивний мікроскоп має замість лінз дзеркалами, що формують зображення. Оскільки виготовити дзеркальний об'єктив важко, повністю відбивних мікроскопів дуже мало, і дзеркала нині застосовуються переважно лише у приставках, наприклад, для мікрохірургії окремих клітин.
Люмінесцентний мікроскоп - з освітленням зразка ультрафіолетовим або синім світлом. Зразок, поглинаючи це випромінювання, випромінює видиме світло люмінесценції. Мікроскопи такого типу застосовуються в біології, а також у медицині – для діагностики (особливо раку).
Темнопольний мікроскоп дозволяє обійти труднощі, пов'язані з тим, що живі прозорі матеріали. Зразок у ньому розглядається при такому "косому" освітленні, що пряме світло не може потрапити в об'єктив. Зображення формується світлом, що дифраговано на об'єкті, і в результаті об'єкт виглядає дуже світлим на об'єкті. темному тлі(З дуже великим контрастом).
Фазово-контрастний мікроскоп застосовується на дослідження прозорих об'єктів, особливо живих клітин. Завдяки спеціальним пристроям частина світла, що проходить через мікроскоп, виявляється зрушеною по фазі на половину довжини хвилі щодо іншої частини, чим обумовлений контраст на зображенні.
Інтерференційний мікроскоп - це подальший розвитокфазово-контрастного мікроскопа У ньому інтерферують два світлові промені, один з яких проходить крізь зразок, а інший відбивається. При такому методі виходять забарвлені зображення, що дають дуже цінну інформацію щодо живого матеріалу. також ЕЛЕКТРОННИЙ МІКРОСКОП; ОПТИЧНІ ПРИЛАДИ; Оптика.
Мікроскоп
оптичний прилад з однією або декількома лінзами для отримання збільшених зображень об'єктів, які не видно неозброєним оком. Мікроскопи бувають прості та складні. Простий мікроскоп – це одна система лінз. Простим мікроскопом можна вважати звичайну лупу - плоскопуклу лінзу. Складний мікроскоп (який часто називають просто мікроскопом) є комбінацією двох простих. Складний мікроскоп дає більше збільшення, ніж простий, і має більшу роздільну здатність. Роздільна здатність - це можливість розрізнення деталей зразка. Збільшене зображення, на якому невиразні подробиці, дає мало корисної інформації. Складний мікроскоп має двоступінчасту схему. Одна система лінз, яка називається об'єктивом, підводиться близько до зразка; вона створює збільшене та дозволене зображення об'єкта. Зображення далі збільшується іншою системою лінз, званої окуляром і що міститься ближче до ока спостерігача. Ці дві системи лінз розташовані протилежних кінцях тубуса. Робота із мікроскопом. На ілюстрації представлено типовий біологічний мікроскоп. Штативна підставка виконується у вигляді важкої виливки, зазвичай підковоподібної форми. До неї на шарнірі прикріплений тубусодержатель, що несе решту мікроскопа. Тубус, у який вмонтовані лінзові системи, дозволяє переміщувати їх щодо зразка для фокусування. Об'єктив розташовано на нижньому кінці тубуса. Зазвичай мікроскоп забезпечений декількома об'єктивами різного збільшення револьверної голівці, яка дозволяє встановлювати їх у робоче положення на оптичній осі. Оператор, досліджуючи зразок, починає, як правило, з об'єктиву, що має найменше збільшення і найбільш широке поле зору, знаходить деталі, що його цікавлять, а потім розглядає їх, користуючись об'єктивом з великим збільшенням. Окуляр вмонтований на кінець висувного тримача (який дозволяє змінювати довжину тубуса, коли це необхідно). Весь тубус з об'єктивом та окуляром можна пересувати вгору і вниз, наводячи мікроскоп на різкість. Зразок зазвичай береться як дуже тонкого прозорого шару чи зрізу; його кладуть на прямокутну скляну пластинку, звану предметним склом, і накривають зверху тоншою скляною пластинкою менших розмірів, званої покривним склом. Зразок часто фарбують хімічними речовинами, щоб збільшити контраст. Предметне скло кладуть на предметний столик так, щоб зразок знаходився над центральним отвором столика. Столик зазвичай забезпечується механізмом для плавного і точного переміщення зразка в поле зору. Під предметним столиком знаходиться власник третьої системи лінз - конденсора, який концентрує світло на зразку. Конденсорів може бути кілька, і тут розташовується ірисова діафрагма для регулювання апертури. Ще нижче розташоване освітлювальне дзеркало, яке встановлюється в універсальному шарнірі, яке відкидає світло лампи на зразок, за рахунок чого вся оптична система мікроскопа створює видиме зображення. Окуляр можна замінити фотоприставкою, і тоді зображення формуватиметься на фотоплівці. Багато дослідних мікроскопів оснащуються спеціальним освітлювачем, так що в освітлювальному дзеркалі немає необхідності. Збільшення. Збільшення мікроскопа дорівнює добутку збільшення об'єктиву збільшення окуляра. Для типового дослідницького мікроскопа збільшення окуляра дорівнює 10, а збільшення об'єктивів - 10, 45 і 100. Отже, збільшення такого мікроскопа становить від 100 до 1000. Збільшення деяких мікроскопів досягає 2000. Підвищувати збільшення ще більше не має сенсу, оскільки роздільна здатність при цьому не покращується; навпаки, якість зображення погіршується. Теорія. Послідовну теорію мікроскопа дав німецький фізик Ернст Аббе наприкінці 19 ст. Аббе встановив, що роздільна здатність (мінімально можлива відстань між двома точками, які видно окремо) визначається виразом де R - роздільна здатність в мікрометрах (10-6 м), . - Довжина хвилі світла (створюваного освітлювачем), мкм, n - показник заломлення середовища між зразком і об'єктивом, а. - половина вхідного кута об'єктива (кута між крайніми променями конічного світлового пучка, що входить до об'єктиву). Величину Аббе назвав числової апертурою (вона позначається символом NA). З наведеної формули видно, що роздільні деталі досліджуваного об'єкта тим менше, чим більше NA і чим менша довжина хвилі. Числова апертура як визначає роздільну здатність системи, а й характеризує світлосилу об'єктива: інтенсивність світла, що припадає на одиницю площі зображення, приблизно дорівнює квадрату NA. Для хорошого об'єктиву величина NA становить приблизно 0,95. Мікроскоп зазвичай розраховують так, щоб його повне збільшення становило прибл. 1000 NA. Об'єктиви. Існують три основні типи об'єктивів, що відрізняються ступенем виправлення оптичних спотворень – хроматичних та сферичних аберацій. Хроматичні аберації пов'язані з тим, що світлові хвилі з різною довжиною хвилі фокусуються у різних точках на оптичній осі. В результаті зображення виявляється забарвленим. Сферичні аберації обумовлені тим, що світло, що проходить через центр об'єктива, і світло, що йде через його периферійну частину, фокусується у різних точках на осі. В результаті зображення виявляється нечітким. Ахроматичні об'єктиви нині є найпоширенішими. У них хроматичні аберації пригнічуються завдяки застосуванню скляних елементів з різною дисперсією, що забезпечують сходження крайніх променів видимого спектра – синіх та червоних – в одному фокусі. Невелика забарвленість зображення залишається проявляється іноді у вигляді слабких зелених смуг навколо об'єкта. Сферична аберація може бути скоригована лише одного кольору. У флюоритових об'єктивах використовуються добавки до скла, що покращують корекцію кольору настільки, що забарвленість зображення майже повністю усувається. Апохроматичні об'єктиви - це об'єктиви з найскладнішою корекцією кольорів. У них майже повністю усунуті хроматичні аберації, а й корекція сферичних аберацій виконано задля одного, а двох кольорів. Збільшення апохроматів для синього кольору дещо більше, ніж для червоного, і тому для них потрібні спеціальні окуляри, що "компенсують". Більшість об'єктивів є " сухими " , тобто. вони розраховані працювати у умовах, коли проміжок між об'єктивом і зразком заповнений повітрям; величина NA таких об'єктивів вбирається у 0,95. Якщо між об'єктивом і зразком ввести рідину (масло або, що буває рідше, воду), то вийде "імерсійний" об'єктив з величиною NA, що досягає 1,4, та з відповідним поліпшенням роздільної здатності. В даний час промисловість випускає і різноманітні спеціальні об'єктиви. До них відносяться об'єктиви з плоским полем для мікрофотографування, об'єктиви без внутрішньої напруги (релаксовані) для роботи в поляризованому світлі та об'єктиви для дослідження непрозорих металургійних зразків, що висвітлюються зверху. Конденсори. Конденсор формує світловий конус, що спрямовується на зразок. Зазвичай у мікроскопі передбачається ірисова діафрагма для узгодження апертури світлового конуса з апертурою об'єктива, що забезпечує максимальну роздільну здатність і максимальний контраст зображення. (Контраст у мікроскопії має таке ж важливе значення, як і в телевізійній техніці.) Найпростіший конденсор, що цілком підходить для більшості мікроскопів загального призначення, - це дволінзовий конденсор Аббе. Для об'єктивів з більшою апертурою, особливо імерсійних масляних, потрібні складніші конденсори з корекцією. Масляні об'єктиви з максимальною апертурою вимагають спеціального конденсора, що має імерсійний масляний контакт із нижньою поверхнею предметного скла, на якому лежить зразок. Спеціалізовані мікроскопи. У зв'язку з різними вимогами науки і техніки розробили мікроскопи багатьох спеціальних видів. Стереоскопічний бінокулярний мікроскоп, призначений для отримання тривимірного зображення об'єкта, складається із двох окремих мікроскопічних систем. Прилад вміщує невелике збільшення (до 100). Зазвичай застосовується для збирання мініатюрних електронних компонентів, технічного контролю, хірургічних операцій. Поляризаційний мікроскоп призначений для дослідження взаємодії зразків із поляризованим світлом. Поляризоване світло нерідко дозволяє виявляти структуру об'єктів, що лежить поза звичайного оптичного дозволу. Відбивний мікроскоп має замість лінз дзеркалами, що формують зображення. Оскільки виготовити дзеркальний об'єктив важко, повністю відбивних мікроскопів дуже мало, і дзеркала нині застосовуються переважно лише у приставках, наприклад, для мікрохірургії окремих клітин. Люмінесцентний мікроскоп - з освітленням зразка ультрафіолетовим або синім світлом. Зразок, поглинаючи це випромінювання, випромінює видиме світло люмінесценції. Мікроскопи такого типу застосовуються в біології, а також у медицині – для діагностики (особливо раку). Темнопольний мікроскоп дозволяє обійти труднощі, пов'язані з тим, що живі прозорі матеріали. Зразок у ньому розглядається при такому "косому" освітленні, що пряме світло не може потрапити в об'єктив. Зображення формується світлом, що дифраговано на об'єкті, і в результаті об'єкт виглядає дуже світлим на темному тлі (з дуже великим контрастом). Фазово-контрастний мікроскоп застосовується на дослідження прозорих об'єктів, особливо живих клітин. Завдяки спеціальним пристроям частина світла, що проходить через мікроскоп, виявляється зрушеною по фазі на половину довжини хвилі щодо іншої частини, чим обумовлений контраст на зображенні. Інтерференційний мікроскоп - це розвиток фазово-контрастного мікроскопа. У ньому інтерферують два світлові промені, один з яких проходить крізь зразок, а інший відбивається. При такому методі виходять забарвлені зображення, що дають дуже цінну інформацію щодо живого матеріалу. також ЕЛЕКТРОННИЙ МІКРОСКОП; ОПТИЧНІ ПРИЛАДИ; Оптика.
Термін «мікроскоп» має грецьке коріння. Він складається з двох слів, які в перекладі означають маленький і дивлюся. Основна роль мікроскопа полягає у його застосуванні при розгляді дуже малих об'єктів. При цьому даний прилад дозволяє визначити розміри та форму, будову та інші характеристики невидимих неозброєним оком тіл.
Історія створення
Точних відомостей про те, хто був винахідником мікроскопа, в історії немає. За одними даними, його в 1590 р. сконструювали батько і син Янсени, майстри з виготовлення окулярів. Ще один претендент на звання винахідника мікроскопа – Галілео Галілей. У 1609 р. цим ученим був представлений прилад із увігнутою та опуклою лінзами на огляд публіки в Академії деї Лінчеї.
З роками система для розгляду мікроскопічних об'єктів розвивалася та вдосконалювалася. Величезним кроком в її історії став винахід простого дволінзового пристрою, що ахроматично регулювався. Представив цю систему голландець Крістіан Гюйгенс наприкінці 1600-х років. Окуляри даного винахідника знаходяться у виробництві і сьогодні. Єдиним мінусом є недостатня широта поля огляду. Крім того, в порівнянні з пристроєм сучасних приладів окуляри Гюйгенса мають незручне розташування для очей.
Особливий внесок в історію мікроскопа зробив виробник подібних приладів Антон Ван Левенгук (1632-1723). Саме він привернув увагу біологів до цього пристрою. Левенгук виготовляв невеликі за розміром вироби, оснащені однією, але дуже сильною лінзою. Використовувати такі прилади було незручно, але вони не подвоювали дефекти зображень, що були присутні у складових мікроскопах. Виправити цей недолік винахідники змогли лише через 150 років. Разом з розвитком оптики покращилася якість зображення у складових приладах.
Удосконалення мікроскопів продовжується і в наші дні. Так, у 2006 р. німецькими вченими, які працюють в інституті біофізичної хімії, Маріано Боссі та Штефаном Хеллем, було розроблено новітній оптичний мікроскоп. Через можливість спостерігати предмети з розмірами 10 нм і тривимірні високоякісні 3D-зображення прилад назвали наноскопом.
Класифікація мікроскопів
В даний час існує велика різноманітність приладів, призначених для розгляду малих за величиною об'єктів. Їхнє групування проводиться виходячи з різних параметрів. Це може бути призначення мікроскопа або прийнятий спосібосвітлення, будова, використана для оптичної схеми тощо.
Але, як правило, основні види мікроскопів класифікуються за величиною роздільної здатності мікрочастинок, які можна побачити за допомогою цієї системи. Згідно з таким поділом, мікроскопи бувають:
- Оптичними (світловими);
- Електронні;
- рентгенівськими;
- скануючими зондовими.
Найбільшого поширення набули мікроскопи світлового типу. Їхній багатий вибір є в магазинах оптики. За допомогою подібних приладів вирішуються основні завдання дослідження того чи іншого об'єкта. Усі інші види мікроскопів належать до спеціалізованих. Їх використання провадиться, як правило, в умовах лабораторії.
Кожен із вищеперелічених видів приладів має свої підвиди, які застосовують у тій чи іншій сфері. Крім того, сьогодні є можливість купити шкільний мікроскоп (або навчальний), який є системою початкового рівня. Пропонуються споживачам та професійні прилади.
Застосування
Навіщо потрібен мікроскоп? Людське око, будучи особливою оптичною системою біологічного типумає певний рівень дозволу. Іншими словами, існує найменша відстань між об'єктами, що спостерігаються, коли їх ще можна розрізнити. Для нормального ока така роздільна здатність знаходиться в межах 0,176 мм. А ось розміри більшості тварин і рослинних клітин, мікроорганізмів, кристалів, мікроструктури сплавів, металів тощо набагато менше цієї величини. Яким чином вивчати і спостерігати подібні об'єкти? Ось тут на допомогу людям і приходять різноманітні види мікроскопів. Наприклад, прилади оптичного типу дозволяють розрізнити структури, які мають відстань між елементами становить мінімум 0,20 мкм.
Як влаштований мікроскоп?
Прилад, за допомогою якого людському окустає доступним розгляд мікроскопічних об'єктів, що має два основні елементи. Ними є об'єктив та окуляр. Закріплено дані частини мікроскопа в рухомому тубусі, що розташовується на металевій основі. На ньому є і предметний столик.
Сучасні види мікроскопів, як правило, оснащені освітлювальною системою. Це, зокрема, конденсор, що має ірисову діафрагму. Обов'язковою комплектацією збільшувальних приладів є мікро- та макрогвинти, які служать для налаштування різкості. У конструкції мікроскопів передбачається наявність системи, керуючої положенням конденсора.
У спеціалізованих, складніших мікроскопах часто використовуються й інші додаткові системита пристрої.
Об'єктиви
Почати опис мікроскопа хотілося б із розповіді про одну з його основних частин, тобто з об'єктива. Вони є складною оптичною системою, що збільшує розміри предмета, що розглядається в площині зображення. Конструкція об'єктивів включає цілу систему не тільки одиночних, але і склеєних по дві або три штуки лінз.
Складність подібної оптико-механічної конструкції залежить від кола тих завдань, які мають бути вирішені тим чи іншим приладом. Наприклад, у найскладнішому мікроскопі передбачається до чотирнадцяти лінз.
У складі об'єктива знаходяться фронтальна частина та системи, що йдуть за нею. Що є основою для побудови зображення потрібної якості, і навіть визначення робочого стану? Це фронтальна лінза чи їхня система. Наступні частини об'єктива необхідні для забезпечення необхідного збільшення, фокусної відстаніта якості зображення. Однак здійснення таких функцій можливе лише у поєднанні з фронтальною лінзою. Варто сказати і про те, що конструкція наступної частини впливає на довжину тубуса та висоту об'єктива приладу.
Окуляри
Ці частини мікроскопа є оптичну системупризначений для побудови необхідного мікроскопічного зображення на поверхні сітківки очей спостерігача. У складі окулярів є дві групи лінз. Найближча до ока дослідника називається очним, а далека - польовий (з її допомогою об'єктив вибудовує зображення об'єкта, що вивчається).
Освітлювальна система
У мікроскопі передбачена складна конструкція з діафрагм, дзеркал та лінз. З її допомогою забезпечується рівномірна освітленість об'єкта, що досліджується. У перших мікроскопах цю функціюздійснювали У міру вдосконалення оптичних приладів у них почали застосовувати спочатку плоскі, а потім увігнуті дзеркала.
За допомогою таких нехитрих деталей промені від сонця чи лампи прямували на об'єкт дослідження. У сучасних мікроскопах досконаліша. Вона складається з конденсора та колектора.
Предметний столик
Мікроскопічні препарати, що вимагають вивчення, розміщуються на плоскій поверхні. Це предметний столик. Різні видимікроскопів можуть мати дану поверхню, сконструйовану таким чином, що об'єкт дослідження повертатиметься у спостерігача по горизонталі, по вертикалі або під певним кутом.
Принцип дії
У першому оптичному приладі система лінз давала зворотне зображення мікрооб'єктів. Це дозволяло розглянути будову речовини та найдрібніші деталі, які підлягали вивченню. Принцип дії світлового мікроскопа сьогодні схожий на ту роботу, яку здійснює рефракторний телескоп. У цьому приладі світло заломлюється у момент проходження через скляну частину.
Як же збільшують сучасні світлові мікроскопи? Після потрапляння в прилад пучка світлових променів відбувається їх перетворення на паралельний потік. Тільки потім йде заломлення світла в окулярі, завдяки чому збільшується зображення мікроскопічних об'єктів. Далі ця інформація надходить у потрібному для спостерігача вигляді у його
Підвиди світлових мікроскопів
Сучасні класифікують:
1. За класом складності на дослідницький, робітничий та шкільний мікроскоп.
2. По галузі застосування на хірургічні, біологічні та технічні.
3. За видами мікроскопії на прилади відбитого та проходить світла, фазового контакту, люмінесцентні та поляризаційні.
4. У напрямку світлового потоку на інвертовані та прямі.
Електронні мікроскопи
З часом прилад, призначений для розгляду мікроскопічних об'єктів, ставав дедалі досконалішим. З'явилися такі види мікроскопів, в яких був використаний зовсім інший принцип, що не залежить від заломлення світла. У процесі використання нових типівприладів задіяли електрони. Подібні системи дозволяють побачити настільки малі окремі частини речовини, що їх просто обтікають світлові промені.
Для чого потрібний мікроскоп електронного типу? З його допомогою вивчають структуру клітин на молекулярному та субклітинному рівнях. Також такі прилади застосовують для дослідження вірусів.
Влаштування електронних мікроскопів
Що лежить в основі роботи нових приладівна розгляд мікроскопічних об'єктів? Чим електронний мікроскоп відрізняється від світлового? Чи є між ними якісь подібності?
Принцип роботи електронного мікроскопа заснований на тих властивостях, якими володіють електричні та магнітні поля. Їхня обертальна симетрія здатна надавати фокусуючу дію на електронні пучки. Виходячи з цього, можна дати відповідь на запитання: "Чим електронний мікроскоп відрізняється від світлового?" У ньому, на відміну оптичного приладу, немає лінз. Їхню роль відіграють відповідним чином розраховані магнітні та електричні поля. Створюються вони витками котушок, якими проходить струм. При цьому такі поля діють подібно. При збільшенні або зменшенні сили струму відбувається зміна фокусної відстані приладу.
Що ж до принципової схеми, то в електронного мікроскопа вона аналогічна схемою світлового приладу. Відмінність полягає лише в тому, що оптичні елементи заміщені подібними до них електричними.
Збільшення об'єкта в електронних мікроскопах відбувається за рахунок процесу заломлення пучка світла, що проходить крізь об'єкт, що досліджується. Під різними кутами промені потрапляють у площину об'єктивної лінзи, де відбувається перше збільшення зразка. Далі електрони проходять шлях до проміжної лінзи. У ній відбувається плавна зміна збільшення розмірів об'єкта. Кінцеву картинку досліджуваного матеріалу пропонує проекційна лінза. Від неї зображення попадає на флуоресцентний екран.
Види електронних мікроскопів
Сучасні види включають:
1. ПЕМ, або електронний мікроскоп, що просвічує.У цій установці зображення дуже тонкого, товщиною до 0,1 мкм, об'єкта формується при взаємодії пучка електронів з досліджуваною речовиною і з подальшим його збільшенням магнітними лінзами, що знаходяться в об'єктиві.
2. РЕМ або растровий електронний мікроскоп.Такий прилад дозволяє отримати зображення поверхні об'єкта з великою роздільною здатністю, що становить близько кількох нанометрів. При використанні додаткових методівподібний мікроскоп видає інформацію, що допомагає визначити хімічний складприповерхневих шарів.
3. Тунельний скануючий електронний мікроскоп або СТМ.За допомогою даного приладу вимірюється рельєф провідних поверхонь, що мають високу просторову роздільну здатність. У процесі роботи з СТМ гостру металеву голку підводять до об'єкта, що вивчається. При цьому витримується відстань всього кілька ангстрем. Далі на голку подають невеликий потенціал, завдяки чому виникає тунельний струм. При цьому спостерігач отримує тривимірне зображення об'єкта, що досліджується.
Мікроскопи «Левенгук»
2002 року в Америці з'явилася нова компаніязаймається виробництвом оптичних приладів. В асортиментному переліку її продукції знаходяться мікроскопи, телескопи та біноклі. Всі ці прилади відрізняються високою якістю зображення.
Головний офіс та відділ розробок компанії розташовуються у США, у місті Фрімонді (Каліфорнія). А от щодо виробничих потужностей, то вони знаходяться в Китаї. Завдяки всьому цьому компанія постачає на ринок передову та якісну продукцію за прийнятною ціною.
Вам потрібний мікроскоп? Levenhuk запропонує необхідний варіант. В асортименті оптичної техніки компанії знаходяться цифрові та біологічні прилади для збільшення об'єкта, що вивчається. Крім того, покупцю пропонуються і дизайнерські моделі, виконані у різноманітній кольоровій гамі.
Мікроскоп Levenhuk має великі функціональними можливостями. Наприклад, навчальний прилад початкового рівня може бути приєднаний до комп'ютера, а також він здатний виконувати відеозйомку досліджень, що проводяться. Таким функціоналом оснащена модель Levenhuk D2L.
Компанія пропонує біологічні мікроскопи різного рівня. Це і більше прості моделі, та новинки, які підійдуть професіоналам.
Мікроскоп – це оптичний прилад, що дозволяє отримати збільшені зображення дрібних предметівабо їхні деталі, які неможливо розглянути неозброєним оком.
Дослівно слово "мікроскоп" означає "спостерігати за чимось маленьким, (від грецького "малий" і "дивлюся").
Око людини, як і будь-яка оптична система, характеризується певним дозволом. Це найменша відстань між двома точками чи лініями, що вони ще зливаються, а сприймаються окремо друг від друга. При нормальному зоріна відстані 250 мм роздільна здатність становить 0,176 мм. Тому всі об'єкти, розмір яких менший за цю величину, наше око вже не в змозі розрізнити. Ми не можемо бачити клітини рослин та тварин, різні мікроорганізми та ін. Але це можна зробити за допомогою спеціальних оптичних приладів – мікроскопів.
Як влаштований мікроскоп
Класичний мікроскоп складається з трьох основних частин: оптичної, освітлювальної та механічної. Оптична частина – це окуляри та об'єктиви, освітлювальна – джерела освітлення, конденсор та діафрагма. До механічної частини прийнято відносити всі інші елементи: штатив, револьверний пристрій, предметний столик, систему фокусування та багато іншого. Все разом і дозволяє проводити дослідження мікросвіту.
Що таке «діафрагма мікроскопа»: поговоримо про освітлювальну систему
Для спостережень мікросвіту гарне освітленнятак само важливо, як і якість оптики мікроскопа. Світлодіоди, галогенні лампи, дзеркало – для мікроскопа можуть використовуватись різні джерела освітлення. У кожного є свої плюси та мінуси. Підсвічування може бути верхнім, нижнім або комбінованим. Її розташування впливає на те, які мікропрепарати можна вивчати мікроскопом (прозорі, напівпрозорі або непрозорі).
Під предметним столиком, який кладеться зразок для досліджень, розташовується діафрагма мікроскопа. Вона може бути дисковою або ірисовою. Діафрагма призначена для регулювання інтенсивності освітлення: за її допомогою можна відрегулювати товщину світлового пучка, що йде від освітлювача. Дискова діафрагма – це невелика пластина з отворами різного діаметра. Її зазвичай встановлюють на аматорські мікроскопи. Ірисова діафрагма складається з безлічі пелюсток, за допомогою яких можна плавно змінювати діаметр світлопропускного отвору. Вона найчастіше зустрічається в мікроскопах професійного рівня.
Оптична частина: окуляри та об'єктиви
Об'єктиви та окуляри – найбільш популярні запчастини для мікроскопа. Хоча далеко не всі мікроскопи підтримують зміну цих аксесуарів. Оптична система відповідає за формування збільшеного зображення. Чим вона краща і досконаліша, тим малюнок виходить чіткішим і докладнішим. Але найвищий рівеньякості оптики потрібен лише у професійних мікроскопах. Для аматорських досліджень достатньо стандартної скляної оптики, що забезпечує збільшення до 500-1000 разів. А ось пластикових лінз ми рекомендуємо уникати – якість картинки в таких мікроскопах зазвичай засмучує.
Механічні елементи
У будь-якому мікроскопі є елементи, які дозволяють досліднику керувати фокусом, регулювати положення досліджуваного зразка, налаштовувати робочу відстань оптичного приладу. Все це частина механіки мікроскопа: коаксіальні механізми фокусування, препаратоводитель і препаратоутримувач, ручки регулювання різкості, предметний столик та багато іншого.
Історія створення мікроскопа
Коли з'явився перший мікроскоп, достеменно невідомо. Найпростіші збільшувальні прилади - двоопуклі оптичні лінзи, що знаходили ще при розкопках на території Стародавнього Вавилону.
Вважається, перший мікроскоп створили в 1590 р. голландський оптик Ганс Янсен та її син Захарій Янсен. Оскільки лінзи на той час шліфували вручну, всі вони мали різні дефекти: подряпини, нерівності. Дефекти на лінзах шукали за допомогою іншої лінзи – лупи. Виявилося, що й розглядати предмет з допомогою двох лінз, відбувається його багаторазове збільшення. Змонтувавши 2 опуклі лінзивсередині однієї трубки, Захар Янсен отримав прилад, який нагадував підзорну трубу. В одному кінці цієї трубки знаходилася лінза, що виконує функцію об'єктива, а в іншому – лінза-окуляр. Але на відміну від підзорної трубиприлад Янсена не наближав предмети, а збільшував їх.
У 1609 р. італійська вчений ГалілеоГалілей розробив складовий мікроскоп з опуклою та увігнутою лінзами. Він називав його "оккіоліно" - маленьке око.
10 років потому, в 1619 р. нідерландський винахідник Корнеліус Якобсон Дреббель сконструював складовий мікроскоп із двома опуклими лінзами.
Мало хто знає, що свою назву мікроскоп отримав лише 1625 р. Термін «мікроскоп» запропонував друг Галілео Галілеянімецький лікар і ботанік Джованні Фабер.
Усі створені на той час мікроскопи були задоволені примітивними. Так, мікроскоп Галілея міг збільшувати лише у 9 разів. Удосконаливши оптичну систему Галілея, англійський вчений Роберт Гук в 1665 р. створив свій мікроскоп, який мав уже 30-кратне збільшення.
У 1674 р. нідерландський натураліст Антоні ван Левенгук створив найпростіший мікроскоп, у якому використовувалася лише одна лінза. Слід сказати, що створення лінз було одним із захоплень вченого. І завдяки його високій майстерності у шліфуванні, всі зроблені ним лінзи виходили дуже високої якості. Левенгук називав їх "мікроскопіями". Вони були маленькі, розміром з ніготь, але могли збільшувати у 100 чи навіть у 300 разів.
Мікроскоп Левенгука був металевою пластиною, в центрі якої знаходилася лінза. Спостерігач дивився на зразок, закріплений з іншого боку. І хоча працювати з таким мікроскопом було не зовсім зручно, Левенгук зміг зробити за допомогою мікроскопів важливі відкриття.
У ті часи мало відомо про будову органів людини. За допомогою своїх лінз Левенгук виявив, що кров складається з безлічі крихітних частинок – еритроцитів, а м'язова тканина- З найтонших волокон. У розчинах він побачив дрібні істоти різної форми, які рухалися, стикалися та розбігалися. Тепер ми знаємо, що це бактерії: коки, бацили та ін Але до Левенгука про це не було відомо.
Усього вченим було виготовлено понад 25 мікроскопів. 9 із них збереглися до наших днів. Вони здатні збільшувати зображення у 275 разів.
Мікроскоп Левенгука був першим мікроскопом, який завезли до Росії за вказівкою Петра I.
Поступово мікроскоп удосконалювався і набував форми, наближеної до сучасної. Вчені Росії також зробили величезний внесок у цей процес. На початку XVIII століття Петербурзі в майстерні Академії наук створювалися вдосконалені конструкції мікроскопів. Російський винахідник І.П. Кулібін збудував свій перший мікроскоп, не маючи жодних знань про те, як це робили за кордоном. Він створив виробництво скла для лінз, придумав пристрої для їх шліфування.
Великий російський вчений Михайло Васильович Ломоносов першим із російських учених став використовувати мікроскоп у наукових дослідженнях.
Однозначної відповіді на запитання «Хто ж винайшов мікроскоп?», мабуть, не існує. У розвиток мікроскопної справи внесли внесок найкращі вчені та винахідники різних епох.
