Микроскоп

Реферат Микроскоп

1. Микроскоп Оптический прибор с одной или несколькими линзами для получения увеличенных изображений объектов, не видимых невооруженным глазом. Микроскопы бывают простые и сложные. Простой микроскоп — это одна система линз. Простым микроскопом можно считать обычную лупу — плосковыпуклую линзу. Сложный микроскоп (который часто называют просто микроскопом) представляет собой комбинацию двух простых. Сложный микроскоп дает большее увеличение, чем простой, и обладает большей разрешающей способностью. Разрешающая способность — это возможность различения деталей образца. Увеличенное изображение, на котором неразличимы подробности, дает мало полезной информации. Сложный микроскоп имеет двухступенчатую схему. Одна система линз, называемая объективом, подводится близко к образцу; она создает увеличенное и разрешенное изображение объекта. Изображение далее увеличивается другой системой линз, называемой окуляром и помещающейся ближе к глазу наблюдателя. Эти две системы линз расположены на противоположных концах тубуса.

ТИПИЧНЫЙ МИКРОСКОП с одним окуляром и двумя сменными объективами на револьверной головке. Увеличение в пределах от 100 до 1000. 1 — штативная подставка; 2 — шарнир для наклона; 3 — тубусодержатель; 4 — ручка микрометренной регулировки; 5 — ручка грубой регулировки; 6 — окуляр; 7 — держатель окуляра; 8 — тубус; 9 — револьверная головка; 10 — объективы; 11 — предметный столик; 12 — конденсор; 13 — нижний держатель; 14 — зеркало

2. История создания микроскопа

Невозможно точно определить, кто изобрёл микроскоп. Считается, что голландский мастер очков Ханс Янсен и его сын Захарий Янсен изобрели первый микроскоп в 1590, но это было заявление самого Захария Янсена в середине XVII века. Дата, конечно, не точна, так как оказалось, что Захарий родился около 1590 г.

Считается, что следующее существенное усовершенствование микроскопа англичанин Р. Гук сделал спустя 75 лет. При этом совершенно упускается из виду вклад, внесенный в развитие микроскопии знаменитым итальянцем Галилео Галилеем… Когда в 1609 году распространились слухи, что в Голландии появилось удивительное устройство, Галилей начал размышлять о нем. Всего день понадобился ученому, чтобы понять существо дела и соорудить образец собственной конструкции. Новая область исследований увлекла Галилея, и в 1612 году, экспериментируя с линзами, он самостоятельно, независимо от Янсена, изобрел микроскоп. И не только изобрел, но и стал изготавливать эти приборы, чтобы дарить знатным покровителям.

Он разработал «occhiolino» («оккиолино»), или составной микроскоп с выпуклой и вогнутой линзами в 1609 г. Галилей представил свой микроскоп публике в Академии деи Линчеи, основанной Федерико Чези в 1603 г. Изображение трёх пчел Франческо Стеллути было частью печати Папы Урбана VIII и считается первым опубликованным микроскопическим символом (см. «Stephen Jay Gould, The Lying stones of Marrakech, 2000»).

Таким образом, Галилею принадлежит честь если не первого, то, по крайней мере, самостоятельного изобретения микроскопа и применения его к изучению органического мира. Но сам он не продолжил работ в этой новой н весьма перспективной области исследований, предпочтя ей более сродное с его гением изучение неба с помощью телескопа.

Десятью годами позже Галилея, Корнелиус Дреббель изобретает новый тип микроскопа, с двумя выпуклыми линзами. Кристиан Гюйгенс, другой голландец, изобрел простую двухлинзовую систему окуляров в конце 1600-х, которая ахроматически регулировалась и, следовательно, стала огромным шагом вперед в истории развития микроскопов. Окуляры Гюйгенса производятся и по сей день, но им не хватает широты поля обзора, а расположение окуляров неудобно для глаз по сравнению с современными широкообзорными окулярами. В 1665 году англичанин Роберт Гук сконструировал собственный микроскоп и опробовал его на пробке. В результате этого исследования появилось название «клетки». Антон Ван Левенгук (1632—1723) считается первым, кто сумел привлечь к микроскопу внимание биологов, несмотря на то, что простые увеличительные линзы уже производились с 1500-х годов, а увеличительные свойства наполненных водой стеклянных сосудов упоминались ещё древними римлянами (Сенека). Изготовленные вручную, микроскопы Ван Левенгука представляли собой относительно небольшие изделия с одной очень сильной линзой. Они были неудобны в использовании, однако позволяли очень детально рассматривать изображения лишь из-за того, что не перенимали недостатков составного микроскопа (несколько линз такого микроскопа удваивали дефекты изображения). Понадобилось около 150 лет развития оптики, чтобы составной микроскоп смог давать такое же качество изображения, как простые микроскопы Левенгука. Так что, хотя Антон Ван Левенгук был великим мастером микроскопа, он не был его изобретателем вопреки широко распространённому мнению.

3. Работа с микроскопом На иллюстрации представлен типичный биологический микроскоп. Штативная подставка выполняется в виде тяжелой отливки, обычно подковообразной формы. К ней на шарнире прикреплен тубусодержатель, несущий все остальные части микроскопа. Тубус, в который вмонтированы линзовые системы, позволяет перемещать их относительно образца для фокусировки. Объектив расположен на нижнем конце тубуса. Обычно микроскоп снабжен несколькими объективами разного увеличения на револьверной головке, которая позволяет устанавливать их в рабочее положение на оптической оси. Оператор, исследуя образец, начинает, как правило, с объектива, имеющего наименьшее увеличение и наиболее широкое поле зрения, находит детали, интересующие его, а затем рассматривает их, пользуясь объективом с большим увеличением. Окуляр вмонтирован в конец выдвижного держателя (который позволяет изменять длину тубуса, когда это необходимо). Весь тубус с объективом и окуляром можно передвигать вверх и вниз, наводя микроскоп на резкость. Образец обычно берется в виде очень тонкого прозрачного слоя или среза; его кладут на прямоугольную стеклянную пластинку, называемую предметным стеклом, и накрывают сверху более тонкой стеклянной пластинкой меньших размеров, называемой покровным стеклом. Образец часто окрашивают химическими веществами, чтобы увеличить контраст. Предметное стекло кладут на предметный столик так, чтобы образец находился над центральным отверстием столика. Столик обычно снабжается механизмом для плавного и точного перемещения образца в поле зрения. Под предметным столиком находится держатель третьей системы линз — конденсора, который концентрирует свет на образце. Конденсоров может быть несколько, и здесь же располагается ирисовая диафрагма для регулировки апертуры. Еще ниже расположено осветительное зеркало, устанавливаемое в универсальном шарнире, которое отбрасывает свет лампы на образец, за счет чего вся оптическая система микроскопа и создает видимое изображение.

Окуляр можно заменить фотоприставкой, и тогда изображение будет формироваться на фотопленке. Многие исследовательские микроскопы оснащаются специальным осветителем, так что в осветительном зеркале нет необходимости.

объектив призма стекло оптический

4. Увеличение Увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива на увеличение окуляра. Для типичного исследовательского микроскопа увеличение окуляра равно 10, а увеличение объективов — 10, 45 и 100. Следовательно, увеличение такого микроскопа составляет от 100 до 1000. Увеличение некоторых микроскопов достигает 2000. Повышать увеличение еще больше не имеет смысла, так как разрешающая способность при этом не улучшается; наоборот, качество изображения ухудшается.

Последовательную теорию микроскопа дал немецкий физик Эрнст Аббе в конце 19 в. Аббе установил, что разрешение (минимально возможное расстояние между двумя точками, которые видны по отдельности) определяется выражением

<="" >

где R — разрешение в микрометрах (10−6 м), l — длина волны света (создаваемого осветителем), мкм, n — показатель преломления среды между образцом и объективом, а a — половина входного угла объектива (угла между крайними лучами конического светового пучка, входящего в объектив). Величину Аббе назвал числовой апертурой (она обозначается символом NA). Из приведенной формулы видно, что разрешаемые детали исследуемого объекта тем меньше, чем больше NA и чем меньше длина волны. Числовая апертура не только определяет разрешающую способность системы, но и характеризует светосилу объектива: интенсивность света, приходящаяся на единицу площади изображения, приблизительно равна квадрату NA. Для хорошего объектива величина NA составляет примерно 0,95. Микроскоп обычно рассчитывают так, чтобы его полное увеличение составляло ок. 1000 NA.

5. Объективы Существуют три основных типа объективов, различающихся степенью исправления оптических искажений — хроматических и сферических аберраций. Хроматические аберрации связаны с тем, что световые волны с разной длиной волны фокусируются в разных точках на оптической оси. В результате изображение оказывается окрашенным. Сферические аберрации обусловлены тем, что свет, проходящий через центр объектива, и свет, идущий через его периферийную часть, фокусируется в разных точках на оси. В результате изображение оказывается нечетким. Ахроматические объективы в настоящее время являются наиболее распространенными. В них хроматические аберрации подавляются благодаря применению стеклянных элементов с разной дисперсией, обеспечивающих схождение крайних лучей видимого спектра — синих и красных — в одном фокусе. Небольшая окрашенность изображения остается и проявляется иногда в виде слабых зеленых полос вокруг объекта. Сферическая аберрация может быть скорректирована только для одного цвета. Во флюоритовых объективах используются добавки к стеклу, улучшающие цветовую коррекцию до такой степени, что окрашенность изображения почти полностью устраняется. Апохроматические объективы — это объективы с самой сложной цветовой коррекцией. В них не только почти полностью устранены хроматические аберрации, но и коррекция сферических аберраций выполнена не для одного, а для двух цветов. Увеличение апохроматов для синего цвета несколько больше, чем для красного, и поэтому для них нужны специальные «компенсирующие» окуляры. Большинство объективов являются «сухими», т. е. они рассчитаны на работу в таких условиях, когда промежуток между объективом и образцом заполнен воздухом; величина NA для таких объективов не превышает 0,95. Если между объективом и образцом ввести жидкость (масло или, что бывает реже, воду), то получится «иммерсионный» объектив с величиной NA, достигающей 1,4, и с соответствующим улучшением разрешения.

В настоящее время промышленность выпускает и различного рода специальные объективы. К ним относятся объективы с плоским полем для микрофотографирования, объективы без внутренних напряжений (релаксированные) для работы в поляризованном свете и объективы для исследования непрозрачных металлургических образцов, освещаемых сверху.

6. Конденсоры Конденсор формирует световой конус, направляемый на образец. Обычно в микроскопе предусматривается ирисовая диафрагма для согласования апертуры светового конуса с апертурой объектива, чем обеспечиваются максимальное разрешение и максимальный контраст изображения. (Контраст в микроскопии имеет столь же важное значение, как и в телевизионной технике.) Самый простой конденсор, вполне подходящий для большинства микроскопов общего назначения, — это двухлинзовый конденсор Аббе. Для объективов с большей апертурой, особенно иммерсионных масляных, нужны более сложные конденсоры с коррекцией. Масляные объективы с максимальной апертурой требуют специального конденсора, имеющего иммерсионный масляный контакт с нижней поверхностью предметного стекла, на котором лежит образец.

7. Специализированные микроскопы В связи с различными требованиями науки и техники были разработаны микроскопы многих специальных видов. Стереоскопический бинокулярный микроскоп, предназначенный для получения трехмерного изображения объекта, состоит из двух отдельных микроскопических систем. Прибор рассчитан на небольшое увеличение (до 100). Обычно применяется для сборки миниатюрных электронных компонентов, технического контроля, хирургических операций. Поляризационный микроскоп предназначен для исследования взаимодействия образцов с поляризованным светом. Поляризованный свет нередко позволяет выявлять структуру объектов, лежащую за пределами обычного оптического разрешения. Отражательный микроскоп снабжен вместо линз зеркалами, формирующими изображение. Поскольку изготовить зеркальный объектив затруднительно, полностью отражательных микроскопов очень мало, и зеркала в настоящее время применяются в основном лишь в приставках, например, для микрохирургии отдельных клеток. Люминесцентный микроскоп — с освещением образца ультрафиолетовым или синим светом. Образец, поглощая это излучение, испускает видимый свет люминесценции. Микроскопы такого типа применяются в биологии, а также в медицине — для диагностики (особенно рака). Темнопольный микроскоп позволяет обойти трудности, связанные с тем, что живые материалы прозрачны. Образец в нем рассматривается при столь «косом» освещении, что прямой свет не может попасть в объектив. Изображение формируется светом, дифрагированным на объекте, и в результате объект выглядит очень светлым на темном фоне (с очень большим контрастом). Фазово-контрастный микроскоп применяется для исследования прозрачных объектов, особенно живых клеток. Благодаря специальным устройствам часть света, проходящего через микроскоп, оказывается сдвинутой по фазе на половину длины волны относительно другой части, чем и обусловлен контраст на изображении.

Интерференционный микроскоп — это дальнейшее развитие фазово-контрастного микроскопа. В нем интерферируют два световых луча, один из которых проходит сквозь образец, а другой отражается. При таком методе получаются окрашенные изображения, дающие очень ценную информацию при исследовании живого материала.

8. Виды микроскопов

8.1 Монобинотринокулярные микроскопы

Изображение, сформированное объективом, может быть непосредственно подано в окуляр или разделено на несколько идентичных изображений. Микроскопы без деления называются монокулярными, в них смотрят одним глазом. Удобство наблюдения двумя глазами предопределило широкое распространение бинокулярных микроскопов с двумя идентичными окулярами. Кроме того, микроскоп может оснащаться фотоаппаратурой, которая может монтироваться либо вместо штатных окуляров либо в отдельный оптический порт. Такие микроскопы именуются тринокулярными.

Некоторые микроскопы позволяют освещать объект через объектив микроскопа. В этом случае используется специальный объектив, выполняющий также функции конденсера света. В оптическом тракте микроскопа устанавливается полупрозрачное зеркало и порт источника света. Чаще всего такой механизм освещения используется при люминесцентной микроскопии в ультрафиолетовых лучах.

8.2 Стереомикроскопы

Оптическая схема современного стереомикроскопа: A — объектив; B поворачивающиеся объективы; C — регулятор увеличения; D — внутренний объектив; E — призма; F — оборачивающая система линз; G — окулярная сетка; H — окуляр Стереомикроскопы предназначены для тонких работ под микроскопом, например в часовом деле, микроэлектронике, микромоделизме, нейрохирургии и т. п. Для таких работ нужно правильно оценивать положение наблюдаемых объектов под микроскопом в трех координатах, для чего требуется стереовидение, большая глубина резкости (глубина зрения) и значительное пространство под объективом для работы. Стереомикроскопы имеют невысокое увеличение (несколько единиц или десятков), большое рабочее расстояние объектива (расстояние от оптики до точки наблюдения, обычно несколько сантиметров), в них нет регулируемых столиков и встроенных систем освещения. Для удобства работы стереомикроскоп не «переворачивает» изображение. Объектив стереомикроскопа чаще всего несменный.

8.3 Металлографические микроскопы

Специфика металлографического исследования заключается в необходимости наблюдать структуру поверхности непрозрачных тел. Поэтому микроскоп построен по схеме отражённого света, где имеется специальный осветитель, установленный со стороны объектива. Система призм и зеркал направляет свет на объект, далее свет отражается от непрозрачного объекта и направляется обратно в объектив.

Современные прямые металлургические микроскопы характеризуются большим расстоянием между поверхностью столика и объективами и большим вертикальным ходом столика, что позволяет работать с крупными образцами. Максимальное расстояние может достигать десятки сантиметров[7]. Но обычно в материаловедении используются инвертированные микроскопы, как не имеющие ограничения на размер образца (только на вес) и не требующие параллельности опорной и рабочей граней образца (в этом случае они совпадают).

8.4 Поляризационные микроскопы

При отражении света от объектов его поляризация может изменяться. Чтобы визуально выявить такие объекты, их освещают поляризованным светом, полученным после специального поляризационного фильтра. Отразившись, свет проходит через оптический тракт поляризационного микроскопа, в котором установлен второй поляризационный фильтр. Таким образом, через эту пару фильтров пройдет только тот свет, который соответствующим образом изменит свою поляризацию при отражении от наблюдаемого препарата. Остальные участки препарата окажутся затемнены.

8.5 Люминесцентные микроскопы

Некоторые вещества обладают люминесцентными свойствами, то есть способны светиться в видимом спектре при облучении ультрафиолетом. Люминесцентные микроскопы — это микроскопы, снабженные ультрафиолетовым осветителем для наблюдения свечения таких препаратов. Поскольку свечение возникает со стороны ультрафиолетового освещения, то максимально эффективна будет подсветка ультрафиолетом со стороны наблюдателя, то есть прямо через объектив микроскопа. Люминесцентные микроскопы содержат ультрафиолетовый источник и специальную оптическую схему для подсветки через объектив. Кроме того, они снабжаются специальными объективами, пропускающими ультрафиолет и не имеющими собственной паразитной люминесценции в ультрафиолете. Такие объективы маркируются FLUOR или аналогично. Люминесцентные микроскопы применяются для проведения иммунохимических, иммунологических, иммуноморфологических и иммуногенетических исследований.

8.6 Измерительные микроскопы

Измерительные микроскопы служат для точного измерения угловых и линейных размеров наблюдаемых объектов. Для оценки размеров в оптическом тракте микроскопа имеется образцовый рисунок (штриховка или другие знаки) с известным проецируемым размером. Используются в лабораторной.

8.7 Биологические Биологический микроскоп предназначен для наблюдения в проходящем свете в светлом поле окрашенных и неокрашенных мазков крови, препаратов костного мозга, осадков мочи, клеточных концентратов, тканевых биотипов, гистологических срезов в специальных камерах и др.

При применении фазово-контрастных устройств, конденсоров темного поля и косого освещения возможно наблюдение малоконтрастных препаратов, обзорный просмотр препаратов крови и костного мозга, дифференцирование клеток крови по форме, структуре ядра и цитоплазмы, обнаружение нормальных и патологических эритроцитов, выявление малодифференцированных и атипичных клеток, подсчет форменных элементов крови, определение лейкоцитарной формулы и др.

Наиболее распространенными в медикобиологической практике являются микроскопы проходящего света плоского поля. С помощью микроскопов проходящего света плоского поля можно рассматривать прозрачные и полупрозрачные объекты. Традиционно в отечественной литературе эти микроскопы называют биологическими микроскопами, несмотря на то, что они в равной степени могут с успехом применяться в других областях науки и техники.

Толщина объекта для микроскопов плоского поля имеет важное значение, т.к. это связано со способностью биологического объекта (препарата) к поглощению, отражению и пропусканию света. Бессмысленно рассматривать в микроскопе проходящего света объект, который из-за своей толщины поглощает 80−90% света или столько же отражает. Кроме того, толщина объекта должна быть такой, чтобы оптические элементы микроскопа (и в первую очередь объектив) обеспечили распознавание объекта и разрешение составляющих его структур, а также наиболее точное воспроизведение геометрических параметров объекта в плоскости в пределах поля видения, а по глубине — в пределах глубины резкости объектива.

8.8 Инструментальные Микроскопы, предназначенные для изучения крупных и объемных образцов препаратов. Как правило это стереомикроскопы с большим рабочим расстоянием. Объемные виды биологических материалов.

Экспертиза геологических минералов, ювелирных изделий (монеты, раритетные книги), часы, ткани и др.

8.9 Цифровые Микроскопы, снабженные встроенной камерой для вывода фотографий и видео изучаемых объектов на подключаемый компьютер, ЖК-монитор или телевизор.

8.10 Детские Микроскопы, предназначенные для обучения детей основам микробиологии в рамках школьного образовательного процесса, либо в домашних условиях. Здесь, Вы можете выбрать и купить детский микроскоп.

Бесспорно, что доступ к информации стал проще и доступнее. Это прекрасно, но искусственно преподнесенное познание и многое отнимает. Оно лишает самостоятельности. Как же вернуть ребенку интерес к окружающему миру, не передаваемому через призму новых развлекательных технологий? Один из предлагаемых вариантов — купить микроскоп.

Нынешнее многообразие рынка оптических приборов трудно было представить еще пару лет назад. Есть устройства дешевые и подороже, сложные и попроще, обычные и электронные или, другими словами, цифровые. Именно поэтому купить детский микроскоп сегодня не проблема. Трудность состоит лишь в муках выбора. Однако этот вопрос тоже решаем. Наш интернет-магазин представляет линейку для новичков: «Микроскопы детские». Воспользовавшись приведенным здесь списком и описанием можно с легкостью выбрать именно тот прибор, который заинтересует ребенка, станет его верным помощником на пути к познанию и, конечно придётся по карману.

А теперь немного инструктажа. Выбор микроскопа следует начинать с таких параметров как: качество, стоимость, функциональность, цифровые возможности и предполагаемый спектр исследований. Наличие в оснастке современных технологических усовершенствований переоценить трудно. Они открывают массу новых подходов к исследованиям, вплоть до просмотра фото результатов наблюдений на больших экранах и их демонстрации широкой аудитории в Сети. Большим подспорьем для начинающих считаются поставляющиеся вместе с устройствами наборы микропрепаратов. Без них не обойдется ни одно наблюдение. Чтобы приготовить микропрепарат, требуются определенные навыки и сноровка. Все это занимает время, а окунуться в загадки микромира хочется уже сейчас. Поэтому, наборы микропрепаратов рекомендуется покупать вместе с микроскопом. Подсветка и ее расположение — еще один очень важный момент, обуславливающий выбор исследуемых объектов. Для непрозрачных объектов понадобится верхнее освещение. Нижняя подсветка необходима для наблюдения структуры биологических объектов, растворов и микропрепаратов «в капле». Вывод: обращайте внимание и на нюансы.

Отдельного внимания заслуживает марка микроскопа. В мире любых вещей со временем появляются свои имена — бренды. Не обошлись без них и микроскопы, как профессиональные, так и детские. Самый знаменитый производитель микроскопов — американская компания Levenhuk. Кстати, на микроскопы Levenhuk предоставляется пожизненная гарантия. Так, что купить микроскоп Levenhuk с такой изюминкой стремятся многие. Тем более, что и изюминка в них не одна, а множество.

Вот, примерно, такую картинку стоит представить себе, задавшись целью купить микроскоп. А добавочным стимулом может стать тот факт, что вложение в пусть и недешевый прибор со временем превратится в прекрасную инвестицию. Что может быть дороже гармоничного развития, усидчивости и аккуратности не «из-под палки», а по собственному порыву и желанию? Только увлекательное дело, которое любишь всей душой!

Наш раздел «Микроскопы детские» станет настоящей находкой и для образовательных учреждений. Описания специально построены таким образом, чтобы можно было быстро сориентироваться по цене качеству и возможностям приборов, необходимых для изучения ряда учебных предметов.

8.11 Лабораторные Микроскопы, предназначенные для серьезных лабораторных и научных исследований. Микроскопы используются в клинических лабораториях при проведении исследований в гематологии, микробиологии, цитологии и гистологиидля общеклинических исследований. Важнейшими качествами лабораторных микроскопов являются эргономичность конструкции, удобство в эксплуатации и возможность расширения функционала за счет использования дополнительных принадлежностей.

8.12 Электронный микроскоп В 1931 году Р. Руденберг получил патент на просвечивающий электронный микроскоп, а в 1932 году М. Кнолль и Э. Руска построили первый прототип современного прибора. Эта работа Э. Руски в 1986 году была отмечена Нобелевской премией по физике, которую присудили ему и изобретателям сканирующего зондового микроскопа Герду Карлу Биннигу и Генриху Рореру. Использование просвечивающего электронного микроскопа для научных исследований было начато в конце 1930;х годов и тогда же появился первый коммерческий прибор, построенный фирмой Siemens. В конце 1930;х — начале 1940;х годов появились первые растровые электронные микроскопы, формирующие изображение объекта при последовательном перемещении электронного зонда малого сечения по объекту. Массовое применение этих приборов в научных исследованиях началось в 1960;х годах, когда они достигли значительного технического совершенства.

Электромнный микроскомп — прибор, позволяющий получать изображение объектов с максимальным увеличением до 106 раз, благодаря использованию, в отличие от оптического микроскопа, вместо светового потока пучка электронов с энергиями 200 эВ — 400 кэВ и более (например, просвечивающие электронные микроскопы высокого разрешения с ускоряющим напряжением 1 МВ). Разрешающая способность электронного микроскопа в 1000—10 000 раз превосходит разрешение традиционного светового микроскопа и для лучших современных приборов может быть меньше одного ангстрема. Для получения изображения в электронном микроскопе используются специальные магнитные линзы, управляющие движением электронов в колонне прибора при помощи магнитного поля.

9. Недавние достижения

В группе немецкого учёного Штефана Хелля (Stefan Hell) из Института Биофизической Химии научного сообщества Макса Планка (Гёттинген) в сотрудничестве с аргентинским учёным Мариано Босси (Mariano Bossi) в 2006 году был разработан оптический микроскоп под названием Наноскоп, позволяющий преодолевать барьер Аббе и наблюдать объекты размером около 10 нм (а на 2010 год и ещё меньше), оставаясь в диапазоне видимого излучения, получая при этом высококачественные трёхмерные изображения объектов, ранее недоступных для обычной световой и конфокальной Исследователи разместили на поверхности образцов прозрачные бусинки из диоксида кремния диаметром от 2 до 9 микрометров. Сферы стараниями экспериментаторов заработали как суперлинзы, собирающие так называемые эванесцентные (затухающие) волны (evanescent waves), существующие только вблизи самой границы рассматриваемого предмета. Эти волны ближнего поля не ограничены дифракционным пределом и способны формировать изображение с необычайно высоким разрешением.

10. Устройство микроскопа

Устройство оптического микроскопа: A — окуляр; B — объектив; C — объект; D — конденсор; E — предметный столик; F — зеркало Оптическая система микроскопа состоит из основных элементов — объектива и окуляра. Они закреплены в подвижном тубусе, расположенном на металлическом основании, на котором имеется предметный столик. Увеличение оптического микроскопа без дополнительных линз между объективом и окуляром равно произведению их увеличений. В современном микроскопе всегда есть осветительная система (в частности, конденсор с ирисовой диафрагмой), макро и микровинты для настройки резкости, система управления положением конденсора. В зависимости от назначения, в специализированных микроскопах могут быть использованы дополнительные устройства и системы.

11. Объективы Объектив микроскопа представляет собой сложную оптическую систему, образующую увеличенное изображение объекта, и является основной и наиболее ответственной частью микроскопа. Объектив создает изображение, которое рассматривается через окуляр. Поскольку окуляры могут давать существенное увеличение, то и оптические искажения, вносимые объективом также будут увеличены окуляром. Это накладывает на качество объектива значительно большие требования чем на окуляр.

Объективы биологических микроскопов и других микроскопов (кроме стереоскопических) в значительной степени унифицированы и взаимозаменяемы. На взаимозаменяемость в первую очередь влияют механические (присоединительные) параметры объектива.

11.1 Механические параметры объектива

Присоединительная резьба объективов стандартизована в 1858 году Royal Microscopical Society (RMS, ISO 8038, ГОСТ 3469). Сегодня эта резьба используется практически во всех микроскопах кроме стереомикроскопов или специальных. Диаметр резьбы 4/5″ (~20 мм), шаг 1/36″. Помимо резьбы на взаимозаменяемость объективов влияет парфокальное расстояние — расстояние между препаратом и посадочным местом объектива в микроскопе. Большинство современных микроскопов рассчитаны на объективы с парфокальным расстоянием 45 мм. Ранее широко применялись объективы на 33 мм. В связи с ростом сложности оптической схемы появляются крупногабаритные объективы с большим парфокальным расстоянием (например, 60 мм и 95 мм). Свободное расстояние от объектива до изучаемого объекта называется рабочим расстоянием объектива. Обычно это расстояние тем меньше чем больше увеличение объектива. Рабочее расстояние объектива плюс длина объектива равны парфокальному расстоянию объектива.

11.2 Оптические параметры объектива Объектив микроскопа характеризуется номинальным увеличением (как правило из ряда 2,5; 3,2; 4; 5; 10; 20; 40; 63; 100; 120). Кроме того:

Через дробь от увеличения указывается числовая апертура — характеристика разрешающей способности объектива. Предельная разрешающая способность объектива в мкм, где? — длина волны света, мкм; А — числовая апертура. Лучшие объективы имеют апертуру 1,4 и разрешение 0,12 мкм. Оценочно считают что максимальное разумное увеличение микроскопа при наблюдении глазом ограничено величиной апертуры умноженной на 1000. С другой стороны, чем больше апертура тем меньше глубина резкости (глубина зрения). Иногда объектив снабжается регулируемой диафрагмой, изменяющей числовую апертуру (такие объективы маркируются I, Iris).

Тип коррекции на длину тубуса микроскопа. Практически всегда это 160 или бесконечность (?). Как правило объективы с коррекцией на бесконечность качественнее и дороже. Объективы с коррекцией на бесконечность могут применяться самостоятельно (без окуляра), что используют в безлинзовых адаптерах к фотоаппаратуре. Объективы с конечной и бесконечной коррекцией не взаимозаменяемы, оптический тракт микроскопа различается.

Для биологических микроскопов указывают наличие коррекции на толщину покровного стекла препарата в мм. Практически всегда это 0,17 или коррекция отсутствует (0 или -). Иногда встречаются объективы для инвертированных микроскопов (т.е. для микроскопов в которых наблюдение ведется снизу, через предметное стекло, чашку петри, стекло колбы и т. д.) с компенсацией на 1,2.

Кроме того указывается буквенное обозначение коррекции искажений:

Искажений цвета (хроматических). Искажения проявляются в виде цветных ореолов. Объективы с исправлением искажений по двум основным цветам называют ахроматами (обычно не маркируется), по трем — апохроматами (маркируется Apo или созвучно).

Неравномерности фокусировки по полю зрения (кривизна поля зрения). Скорректированные объективы с плоским полем зрения обозначаются приставкой планк обозначению цветовой коррекции, например планахромат или планапохромат. Объектив с такой коррекцией содержит надписи План, Plan, Pl или созвучные. Объективы с неполной коррекцией могут обозначаться как Semi plan или собственным обозначением производителя.

Устранение бликов от боковой подсветки на оптике.

Буквенные обозначения особенностей применения объектива:

Для улучшения светосилы и числовой апертуры пространство между линзой объектива и объектом наблюдения заполняют прозрачной жидкостью с требуемым коэффициентом преломления. Такие объективы называют иммерсионными. Обычно это делается для объективов с увеличением 40 и выше. Если объектив рассчитан на использование определенной жидкости то эксплуатировать его без нее или с другими жидкостями нельзя. В качестве жидкости чаще всего используют специальное синтетическое масло (объектив маркируется Oil), реже вода (W) или глицерин (Gli).

Объективы для люминесцентных исследований выполняют из материалов с минимальной собственной люминесценцией и хорошим пропусканием ультрафиолета, так как зачастую подсветка ультрафиолетом ведется со стороны объектива (в т.н. люминесцентных микроскопах). При этом объектив выполняет функции конденсора. Объективы для люминесцентных исследований маркируют FLUOR.

12. Окуляры

Окулямр — обращённая к глазу часть микроскопа, предназначаемая для рассматривания с некоторым увеличением оптического изображения, даваемого объективом микроскопа. Типовые увеличения окуляров для микроскопов от 5 до 25 единиц. Так же как и объективы, окуляры различаются по качеству, то есть величине оптических искажений, вносимых окуляром. Однако вклад искажений объектива обычно превалирует в сбалансированном микроскопе благодаря тому что искажения объектива дополнительно увеличиваются окуляром, а искажения самого окуляра — нет. Поэтому окуляры обычно характеризуются другими параметрами, в первую очередь удобством оператора. Как правило под этим удобством понимают ширину поля зрения и вынос зрачка.

12.1 Вынос зрачка Вынос зрачка — расстояние от окуляра до глаза. Как правило лежит в диапазоне 5.20 мм. Если оператор носит очки то пользоваться окуляром с выносом 5 мм фактически невозможно. Наиболее комфортным считается расстояние 10.20 мм: с очками побольше без очков меньше. Излишне большой вынос зрачка также неудобен.

12.2 Поле зрения Поле зрения окуляра — угловой размер изображения, видимого через окуляр. Считается что широкое поле зрения (большой угловой размер изображения) удобнее для работы чем узкое. Широкопольные окуляры зачастую обозначаются буквой W и визуально отличаются большой площадью линзы.

13. Система освещения препарата

В первых микроскопах исследователи вынуждены были пользоваться естественными источниками света. Для улучшения освещённости стали использовать зеркало, а затем — и вогнутое зеркало, с помощью которого на препарат направляли лучи солнца или лампы. В современных микроскопах освещение электрическое. Освещение регулируют с помощью конденсора.

13.1 Конденсор

Конденсор (от лат. condense — сгущаю, уплотняю), короткофокусная линза или система линз, используемая в оптическом приборе для освещения рассматриваемого или проецируемого предмета. Конденсор собирает и направляет на предмет лучи от источника света, в том числе и такие, которые в его отсутствие проходят мимо предмета; в результате такого «сгущения» светового потока резко возрастает освещённость предмета. Конденсоры применяются в микроскопах, в спектральных приборах, в проекционных аппаратах различных типов (например, диаскопах, эпидиаскопах, фотографических увеличителях и т. д.). Конструкция конденсора тем сложнее, чем больше его апертура. При числовых апертурах до 0,1 применяют простые линзы; при апертурах 0,2—0,3— двухлинзовые конденсоры, выше 0,7—трёхлинзовые. Наиболее распространён конденсор из двух одинаковых плосковыпуклых линз, которые обращены друг к другу сферическими поверхностями для уменьшения сферической аберрации. Иногда поверхности линз конденсора имеют более сложную форму — параболоидальную, эллипсоидальную и т. д. Разрешающая способность микроскопа повышается с увеличением апертуры его конденсора, поэтому конденсоры микроскопов — обычно сложные двух или трёхлинзовые системы. В микроскопах и кинопроекционных аппаратах широко применяют также зеркальные и зеркально-линзовые конденсоры, апертура которых может быть очень велика — угол 2u раствора собираемого пучка лучей достигает 240°. Часто наличие в конденсорах нескольких линз вызвано не только стремлением увеличить его апертуру, но и необходимостью однородного освещения предмета при неоднородной структуре источника света.

13.2 Конденсор тёмного поля

Конденсоры темного поля применяются в темнопольной оптической микроскопии. Лучи света направляются конденсором таким образом, что они не попадают напрямую во входное отверстие объектива. Изображение формируется светом, рассеивающимся на оптических неоднородностях образца. В ряде случаев метод позволяет исследовать структуру прозрачных объектов без их окрашивания. Разработан ряд конструкций конденсоров темного поля, имеющих линзовую или зеркально-линзовую оптическую схему.

14 Методы контрастирования изображения Многие объекты плохо различимы на фоне окружения из-за своих оптических свойств. Поэтому микроскопы оснащаются разнообразными инструментами, облегчающими выделение объекта на фоне среды. Чаще всего это разнообразные методы освещения объекта:

· в проходящем свете («светлопольная микроскопия»);

· в отраженном или рассеянном объектом свете («темнопольная микроскопия»);

· видимая люминесценция объекта в ультрафиолетовом свете («люминесцентная микроскопия»);

· в поляризованном свете (визуализируется изменение поляризации света при взаимодействии с объектом);

· в цветном («хроматическом») свете;

14.1 Фазовый контраст

Метод интерференционного контрастирования объекта. Поскольку свет это электромагнитная волна, то у него есть понятие фазы. Визуализируются фазовые искажения света на объекте наблюдения. Для этого используется сочетание специальных конденсора и объектива.

15. Предметный столик

Предметный столик выполняет роль поверхности, на которой размещают микроскопический препарат. В разных конструкциях микроскопов столик может обеспечить координатное движение препарата в поле зрения объектива, по вертикали и горизонтали, или поворот препарата на заданный угол.

16. Предметные и покровные стёкла

Первые наблюдения в микроскоп производились непосредственно над каким-либо объектом (птичье перо, снежинки, кристаллы и т. п.). Для удобства наблюдения в проходящем свете, препарат стали размещать на стеклянной пластинке (предметное стекло). Позже препарат стали закреплять тонким покровным стеклом, что позволило создавать коллекции образцов, например, гистологические коллекции. Для исследования методом висячей капли используются предметные стекла с лункой — камеры Ранвье.

17. Счетные камеры

Для количественного учета клеток, взвешенных в какой-либо жидкости, используют счетные камеры — предметные стекла особой конструкции. В медицине для учета форменных элементов крови применяется камера Горяева.

18. Устройства защиты объектива

В процессе поиска фокуса возможна ситуация когда оптика объектива упрется в столик или образец. В микроскопах встречаются механизмы предотвращения контакта или снижения тяжести последствий. К первым относятся настраиваемые ограничители вертикального движения столика. Ко вторым относятся подпружиненные объективы, в которых линзовый узел окружен приливом корпуса и подвижен. При контакте объектива с препаратом прилив корпуса предотвращает воздействие на линзу, а подвижность снижает усилие удара.

19. Измерительные приспособления

Наличие в оптическом тракте микроскопа образцового рисунка (штриховки или других знаков с известным проецируемым размером) позволяет лучше оценить размеры наблюдаемых объектов.

Заключение

Человеческий глаз представляет собой биологическую оптическую систему, характеризующуюся определённым разрешением, т. е. наименьшим расстоянием между элементами наблюдаемого объекта (воспринимаемыми как точки или линии), при котором они ещё могут быть отличены один от другого. Для нормального глаза при удалении от объекта на т. н. расстояние наилучшего видения (D = 250 мм), среднестатистическое нормальное разрешение составляет 0,176 мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и животных клеток, мелких кристаллов, деталей микроструктуры металлов и сплавов и т. п. значительно меньше этой величины. Для наблюдения и изучения подобных объектов и предназначены микроскопы различных типов. С помощью микроскопов определяли форму, размеры, строение и многие другие характеристики микрообъектов. Оптический микроскоп в видимом свете давал возможность различать структуры с расстоянием между элементами до 0,20 мкм. Так было до создания оптического микроскопа наноскопа.

1. Скворцов Г. Е. и др.// Микроскопы. Л., 1969

2. Попов Г. М., //Проектирование оптических систем. М., 1983

3.Иванова Т. А., Кирилловский В.К.// Проектирование и контроль оптики микроскопов. М., 1984

4. Кулагин С. В., Гоменюк А. С. и др.// Оптико-механические приборы. М., 1984

5. Кулагин В. В. // Основы конструирования оптических приборовЛенингр., 1982

6. Микроскоп // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: СПб.,

7. Райнер К.// Микроскоп. Мир книги. 2008 г.

.ur