5 разных типов микроскопов и их применение

Как и многие другие технологические устройства, микроскопы имеют очень долгую историю. Самые ранние микроскопы содержали простое увеличительное стекло с малой мощностью (до 10 раз). Их использовали для наблюдения за маленькими насекомыми, такими как блохи.

Ранние версии оптических микроскопов были разработаны в конце 15 века. Хотя изобретатель неизвестен, за эти годы было сделано несколько заявлений. Использование микроскопов для исследования органических тканей появилось только в 1644 году.

Сегодня у нас есть микроскопы, которые могут обеспечить разрешение в 50 пикометров с увеличением до 50 миллионов раз, что достаточно для наблюдения ультраструктуры различных неорганических и биологических образцов.

Современные микроскопы можно классифицировать по-разному. Один из способов сгруппировать их — это способ их взаимодействия с образцами для создания изображений. Основываясь на том же факторе, мы перечислили 5 основных типов микроскопов и их использование.

1. Оптические микроскопы

Оптические микроскопы являются наиболее распространенными микроскопами, которые используют свет, чтобы пройти через образец для генерации изображений. Они могут иметь очень простую конструкцию, хотя сложные оптические микроскопы направлены на повышение разрешения и контрастности образца.

В дальнейшем их можно подразделить на два типа: простые и сложные микроскопы. Простой микроскоп использует одну линзу (например, увеличительное стекло) для увеличения, в то время как сложные микроскопы используют несколько линз для увеличения образца.

Они часто оснащены цифровой камерой, поэтому образец можно наблюдать с помощью компьютера. Это позволяет провести глубокий анализ микроскопического изображения.

Оптические микроскопы могут обеспечивать увеличение до 1250 раз с теоретическим пределом разрешения 0,250 микрометров. Тем не менее, развитие сверхразрешенной флуоресцентной микроскопии в последнее десятилетие привело оптическую микроскопию в наноразмерность.

Варианты оптического микроскопа

1. Стереомикроскоп : предназначен для наблюдения образцов в 3D при небольшом увеличении.
2. Сравнительный микроскоп : используется для исследования бок о бок образцов.
3. Поляризационный микроскоп : используется в оптической минералогии и петрологии для выявления минералов и горных пород в тонких срезах.
4. Двухфотонный микроскоп : позволяет получать изображения живых тканей глубиной до 1 мм.
5. Инвертированный микроскоп : исследует образец снизу; обычно используется для металлографии и клеточных культур в жидкости.
6. Эпифлуоресцентный микроскоп : разработан для анализа образцов, содержащих флуорофоры.

Применение

Основные оптические микроскопы часто встречаются в классах и дома. Сложные широко используются в фармацевтических исследованиях, микробиологии, микроэлектронике, нанофизике и минералогии.

Они часто используются для исследования тканей с целью изучения проявлений заболеваний. В клинической медицине исследование биопсии или хирургического образца относится к гистопатологии.

2. Электронные микроскопы

Электронный микроскоп использует пучок ускоренных электронов для получения изображения образца. Точно так же, как оптические микроскопы используют стеклянные линзы, электронные микроскопы используют фасонные магнитные поля для создания систем электронно-оптических линз.

Поскольку длина волны электрона может быть намного короче, чем у фотонов, электронные микроскопы имеют более высокую разрешающую способность и увеличение, чем обычные оптические микроскопы. Они могут выявить структуры объектов размером с пикометр.

Первый электронный микроскоп, который превысил разрешение, достигнутое с помощью оптического микроскопа, был разработан немецким физиком Эрнстом Руской в ​​1933 году. С тех пор были сделаны многочисленные улучшения для дальнейшего улучшения увеличения и разрешения микроскопа.

Современные электронные микроскопы способны увеличивать образцы до 2000000 раз, однако они все еще полагаются на прототип Руска (разработанный в 1931 году) и его связь между разрешением и длиной волны.

Электронные микроскопы имеют некоторые ограничения: они дороги в изготовлении, обслуживании и должны быть размещены в стабильных средах, таких как системы подавления магнитного поля. Также объекты должны просматриваться в вакууме.

Современный просвечивающий электронный микроскоп | Предоставлено: Дэвид Морган из Кембриджа, Великобритания.

Два основных типа электронного микроскопа

1. Просвечивающий электронный микроскоп: используется для наблюдения за тонкими образцами, через которые могут проходить электроны, создавая проекционное изображение. Он может захватывать мелкие детали размером с колонку атомов.

В этом случае образец обычно представляет собой очень тонкий срез (<100 нанометров), и изображение создается в результате взаимодействия образца с электронами при прохождении пучка через образец.

Современные аппаратные корректоры могут помочь этому микроскопу достичь высокого разрешения в 50 пикометров с увеличением, превышающим 50 000 000 раз.

2. Сканирующий электронный микроскоп: генерирует изображения образца путем сканирования его поверхности сфокусированным пучком электронов. Электроны взаимодействуют с атомами в образце и генерируют сигналы, которые содержат данные о составе образца и топографии поверхности.

Поскольку этот тип микроскопии отображает только поверхность (не внутреннюю часть) образцов, он обеспечивает низкое разрешение изображения по сравнению с просвечивающей электронной микроскопией. Тем не менее, он может генерировать хорошее качество трехмерных изображений поверхности образца.

Вещи, которые вы можете наблюдать с помощью сканирующего электронного микроскопа, включают элементы на головке булавки, волосковые клетки внутреннего уха человека и поверхность глаза мухи-мухи.

Применение

Электронные микроскопы широко используются для изучения ультраструктуры различных неорганических и биологических образцов, таких как металлы, кристаллы, образцы биопсии, крупные молекулы, клетки и микроорганизмы.

Современные электронные микроскопы оснащены специальными цифровыми камерами и фрейм-грабберами для записи структуры образца и создания электронных микрофотографий.

Они часто используются в промышленных целях (для помощи в процессе производства) и в криминалистике (для предоставления доказательств в преступных и юридических целях).

3. Сканирующий зондовый микроскоп

Сканирующая зондовая микроскопия была открыта в 1981 году для изображения поверхности образца на атомном уровне. Он использует физический зонд для сканирования образца и формирования сильно увеличенных изображений.

Исходя из цели исследования, в сканирующей зондовой микроскопии используются разные методы.

Например, прибор может быть установлен в «режим постукивания», при котором кантилевер колеблется так, что наконечник периодически касается поверхности образца. Это в основном используется для изучения образцов с мягкими поверхностями.

В другом способе микроскоп может быть установлен в «режим контакта», при котором между острием кантилевера и поверхностью образца прикладывается постоянная сила. Этот режим быстро создает изображения поверхности.

В отличие от методов электронной микроскопии, образцы не требуют помещения в определенную вакуумную среду. Вместо этого они могут отображаться на воздухе при комнатном давлении и температуре или внутри жидкого реакционного сосуда. Однако, они часто не полезны для анализировать жидкост-жидкостные или твердотельные интерфейсы.

Современный сканирующий зондовый микроскоп

Распространенные типы сканирующих зондовых микроскопов

А) Атомно-силовой микроскоп: имеет разрешение порядка долей нанометра, что позволяет получать изображения практически любого типа поверхности, включая стекло, полимеры и биологические образцы.

B) Сканирующая оптическая микроскопия ближнего поля: может достигать производительности пространственного разрешения сверх классического дифракционного предела. Он может быть использован для изучения всех проводящих, непроводящих и прозрачных образцов.

C) Сканирующие туннельные микроскопы: могут достигать бокового разрешения 0,1 нм и глубины 0,01 нм. Образцы могут быть отображены в экстремальных условиях, при температурах от почти абсолютного нуля до более 1000 ° C.

Кроме того, сканирующий туннельный микроскоп был первым микроскопом, который использовал квантовые концепции , которые проложили путь к развитию квантового микроскопа запутывания и фотоионизационного микроскопа.

Применение

Сканирующие зондовые микроскопы используются в широком спектре естественных наук, включая медицину, клеточную и молекулярную биологию, физику твердого тела, химию полимеров и полупроводниковую науку и технику.

Например, в молекулярной биологии этот метод микроскопии используется для анализа структуры и механических характеристик белковых комплексов и сборок. В клеточной биологии он используется для определения взаимодействия между определенными клетками и различения нормальных клеток и раковых клеток на основе твердости клеток.

В физике твердого тела он используется для изучения взаимодействия между соседними атомами и изменений в расположении атомов посредством атомных манипуляций.

4. Сканирующие акустические микроскопы

Сканирующий акустический микроскоп измеряет изменения акустического импеданса с помощью звуковых волн. Он в основном используется для неразрушающей оценки, анализа отказов и выявления дефектов в недрах материалов, в том числе обнаруженных в интегральных микросхемах.

Этот тип микроскопа был впервые разработан в 1974 году в микроволновой лаборатории Стэнфордского университета. С тех пор были сделаны многочисленные улучшения для повышения его точности и разрешения.

Микроскоп непосредственно фокусирует звук от датчика в маленькой точке на образце. Звук, падающий на объекты, либо поглощается, либо рассеивается под разными углами. Эти рассеянные импульсы, распространяющиеся в определенном направлении, дают полезную информацию об образце.

Разрешение образца изображения либо ограничено шириной звукового луча (зависит от частоты звука), либо физическим разрешением сканирования.

В отличие от обычных оптических микроскопов, которые позволяют наблюдать поверхность образца, акустические микроскопы фокусируются на определенной точке и получают изображения из более глубоких слоев. Кроме того, они обеспечивают более точные результаты и увеличивают объем данных, сохраняя при этом целостность образца.

Сканирующий акустический микроскоп Sonix HS 1000

Применение

Многие компании используют этот тип микроскопии в аналитических лабораториях для определения качества своих электронных компонентов. Производители также используют его для контроля качества, квалификации поставщиков, тестирования надежности продукции, а также для исследований и разработок.

В биологии эти микроскопы предоставляют полезные данные о физических силах, удерживающих структуры в определенных формах, таких как эластичность клеток и тканей. Это чрезвычайно полезно при изучении процесса подвижности клеток (способность организма самостоятельно передвигаться, используя метаболическую энергию).

5. Рентгеновский микроскоп

Рентгеновские микроскопы генерируют увеличенные изображения объектов, используя электромагнитное излучение в мягком луче. Они способны выдавать 3D-изображение компьютерной томографии относительно больших образцов с высоким разрешением.

Для идентификации рентгеновских лучей, проходящих через образец, используется детектор с зарядовой связью. Поскольку рентгеновские лучи легко проникают сквозь вещество, микроскопы этого типа могут отображать внутреннюю часть образцов, непрозрачных для видимого света.

Современные рентгеновские микроскопы позволяют наблюдать различные образцы, в том числе те, которые имеют низкий контраст поглощения и более плотный материал, например керамические композиты. Чтобы достичь этого, микроскоп изменяет длину волны рентгеновского излучения, что увеличивает контраст или проникновение.

Его разрешение лежит между оптической микроскопией и электронной микроскопией. В отличие от традиционных электронных микроскопов, рентгеновские микроскопы могут отображать толстые биологические материалы в их естественном состоянии.

Рентгеновский микроскоп ZEISS Xradia 510 Versa

Применение

Рентгеновская микроскопия оказалась чрезвычайно полезной в области медицины и материаловедения. Он был использован для анализа структуры различных тканей и образцов биопсии.

В области материаловедения рентгеновские микроскопы могут определять структуру кристалла вплоть до размещения отдельных атомов внутри его молекул. Он также обеспечивает неразрушающий, неинвазивный метод поиска дефектов в трех измерениях.

Отличия оптического микроскопа от электронного

Вернуться к списку Задать свой вопрос

 

 

При выборе походящего исследовательского прибора в соответствии со стоящими перед пользователем задачами, нередко определяющим фактором становится наибольшая кратность приближения. Но любая оптика имеет свой дифракционный предел разрешения, это приводит исследователей к анализу других существующих систем. Оптический микроскоп от электронного (ЭМ) отличается в методах исследования и используемом оборудовании, при этом последний дает наиболее точный результат благодаря несравнимо большему увеличению. В условиях современности эта техника активно развивается и усовершенствуется, но является дорогостоящей и доступна только профессионалам на серьезных научных и производственных предприятиях. 

Принципиальное отличие оптического микроскопа от электронного заключается в различных способах построения изображения: в первом варианте используется световая волна, во втором – пучок электронов. Действительно, чтобы построить визуализацию какого-либо микроскопического объекта, необходимо, чтобы некий поток частиц отразился от него или прошел насквозь (на просвет), тем самым сформировав рельеф микрообъекта. Следующий этап – надо зарегистрировать полученную картинку принимающим устройством: в случае оптической микроскопии это глаза наблюдателя или видеоокуляр, а в ЭМ – это детекторы и экран.

Рассмотрим подробнее, как именно формируется детализация препарата в обычной световой модели. На предметный столик монтируется срез растения или органа, заключенные между покровным и предметным стеклами. Затем включается нижняя подсветка. Свет, пройдя через тончайший полупрозрачный микропрепарат, благодаря явлению дифракции огибает все неоднородности, т.к. они стали препятствиями на пути распространения. Тем самым выстраивается геометрический образ, несущий информацию о клеточной структуре, строении клетки вплоть до мельчайших органелл. Если требуется посмотреть на непрозрачный предмет – например, кусок металла или природный камень – задействуется верхний осветитель. И волна теперь отражается от исследуемого материала, сформированная геометрия отражения дает исследователю представление о поверхности. Методы наблюдения, описанные выше, называются «в проходящем» и «в отраженном» освещении.

Электронный просвечивающий или растровый микроскоп в основе имеет похожий принцип работы. Только вместо фотонов материал бомбардируется заряженными элементарными частицами. Благодаря более чувствительной регистрирующей аппаратуре удается достигать увеличения в миллионы раз.  Источником частиц служит прожектор электронов или термоэлектронная пушка. Частицы разгоняются в вакууме под действием высокого напряжения. Расходимость пучка ограничивается апертурой. По аналогии также действует ирисовая диафрагма и конденсор в системе оптики.

Вывод. Не путайте ЭМ с цифровыми микроскопами, по сути тоже являющимися световыми, но в окулярную трубку которых вставлен видеоокуляр (фотокамера с матрицей КМОП). Камера-окуляр просто выводит изображение на компьютер с целью микрофотографии, видеосъемки, измерений областей изучаемого биоматериала.

 

Оптический микроскоп — Википедия

Современный оптический люминесцентный тринокулярный микроскоп

Оптический или световой микроско́п (от др.-греч. μικρός «маленький» и σκοπέω «рассматриваю») — оптический прибор для получения увеличенных изображений объектов (или деталей их структуры), невидимых невооружённым глазом.

Микроскоп Гука Реплика однолинзового микроскопа Левенгука

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 17 века. Дата, конечно, не точна, так как оказалось, что Захарий родился около 1590 г. Возможность скомбинировать две линзы так, чтобы достигалась большее увеличение впервые предложил в 1538 году знаменитый врач из Вероны Джироламо Фракасторо. Другим претендентом на звание изобретателя микроскопа был Галилео Галилей. 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 пчёл Франческо Стеллути было частью печати Папы Урбана VII и считается первым опубликованным микроскопическим символом (см. «Stephen Jay Gould, The Lying stones of Marrakech, 2000»). Десятью годами позже Галилея, Корнелиус Дреббель изобретает новый тип микроскопа, с двумя выпуклыми линзами. Кристиан Гюйгенс, другой голландец, изобрёл простую двухлинзовую систему окуляров в конце 1600-х, которая ахроматически регулировалась и, следовательно, стала огромным шагом вперёд в истории развития оптики (Гюйгенс разработал окуляр для телескопа). Окуляры Гюйгенса производятся и по сей день, но им не хватает широты поля обзора, а расположение окуляров при микроскопии 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». Антони 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 Антони Ван Левенгук был великим мастером микроскопа, он не был его изобретателем вопреки широко распространённому мнению.

В группе немецкого учёного Штефана Хелля (Stefan Hell) из Института Биофизической Химии^[de] 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 микроскопии^[1][2].

Ведутся работы над получением кристаллов нитрида бора с гексагональной решёткой (hBN) из чистых на 99% изотопов бора. Такой материал линз за счёт поляритонов, образующихся на поверхности кристалла, позволяет многократно понизить дифракционный предел и достичь разрешений порядка десятков и даже единиц нанометров^[3].

Российские учёные из Томского государственного политехнического университета усовершенствовали наноскоп, использовав в нём не микролинзы, как в классической конфигурации, а специальные дифракционные решетки с золотыми пластинками. При получении изображения с такого прибора срабатывают одновременно эффект аномальной амплитудной аподизации, резонанс Фабри — Перо и резонанс Фано. Вместе они и помогают увеличить разрешение, по сравнению с обычной дифракционной решеткой, до 0,3 λ.^[4]

Человеческий глаз представляет собой биологическую оптическую систему, характеризующуюся определённым разрешением, то есть 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^[5].

Развитие видеотехники оказало существенное влияние на оптические микроскопы. Помимо упрощения документирования наблюдений электроника позволяет автоматизировать рутинные операции. А при отказе от непосредственного наблюдения глазом отпадает необходимость в классическом окуляре. В простейшем случае при модернизации микроскопа вместо окуляра устанавливается специальная оптическая конструкция для проецирования изображения на матричный фотоприёмник. Изображение фотоприёмника передаётся в ЭВМ и/или на дисплей. Существуют также комбинированные профессиональные микроскопы оснащённые третьим оптическим портом для установки фотоаппаратуры. В некоторых современных устройствах возможность прямого наблюдения глазом может отсутствовать полностью, что позволяет создавать простые и удобные в работе приборы компактного дизайна. Использование многоэлементных фотоприемников позволяет вести наблюдения не только в видимом, но и примыкающем к нему участках спектра.

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^[6].

В современном микроскопе практически 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.

Объективы[править | править код]

Планахроматический объектив с увеличением 40, числовой апертурой 0,65, коррекцией на бесконечную длину тубуса и толщину покровного стекла 0,17 мм

Объектив микроскопа представляет собой сложную оптическую систему, образующую увеличенное изображение объекта, и является основной и наиболее ответственной частью микроскопа. Объектив создаёт 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.

Механические параметры объектива[править | править код]

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. Не всегда микроскоп позволяет устанавливать объективы с нештатным парфокальным расстоянием поскольку не хватает хода столика с препаратом чтобы скомпенсировать разницу. В связи с ростом сложности оптической схемы появляются крупногабаритные объективы с большим парфокальным расстоянием (например, 60 мм и 95 мм)^[7]. 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.

Оптические параметры объектива[править | править код]

Конструкция 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 d=0,61λ/A{\displaystyle d=0{,}61\lambda /A}, где λ — 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)^[7]. 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 (то есть для микроскопов в которых наблюдение ведётся 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 трём — апохроматами (маркируется Apo или созвучно).
• Неравномерности фокусировки по полю зрения (кривизна поля зрения). Скорректированные объективы с плоским полем зрения обозначаются приставкой план- к 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 определённой жидкости, то эксплуатировать его без неё или с другими жидкостями нельзя. В качестве жидкости чаще всего используют специальное синтетическое масло (объектив маркируется Oil), реже вода (W) или глицерин (Gli)^[8].
• Объективы для люминесцентных исследований выполняют из материалов с минимальной собственной люминесценцией и хорошим пропусканием ультрафиолета, так как зачастую подсветка ультрафиолетом ведётся со стороны объектива (в т. н. люминесцентных микроскопах). При этом объектив выполняет функции конденсора. Объективы для люминесцентных исследований маркируют FLUOR.

Широкопольные окуляры с увеличением 10 и выносом зрачка 20 мм

Окуляры[править | править код]

Окуля́р — 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.

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.

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.

Система освещения с конденсором

Система освещения препарата[править | править код]

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 регулируют с помощью конденсора.

Конденсор[править | править код]

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^[5].

Конденсор тёмного поля[править | править код]

Конденсоры тёмного 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 тёмного поля, имеющих линзовую или зеркально-линзовую оптическую схему.

Методы контрастирования изображения[править | править код]

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:

Фазовый контраст[править | править код]

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.

Вспомогательные приспособления[править | править код]

Предметный столик[править | править код]

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.

Предметные и покровные стёкла[править | править код]

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 стёкла с лункой — камеры Ранвье.

Счётные камеры[править | править код]

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

Устройства защиты объектива[править | править код]

В процессе поиска фокуса возможна ситуация, когда оптика объектива упрётся 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 окружён приливом корпуса и подвижен. При контакте объектива с препаратом прилив корпуса предотвращает воздействие на линзу, а подвижность снижает усилие удара.

Измерительные приспособления[править | править код]

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

Моно-, бино- и тринокулярные микроскопы[править | править код]

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.

Стереомикроскопы[править | править код]

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 трёх 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.

Металлографические микроскопы[править | править код]

В инвертированном микроскопе образец наблюдается снизу

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^[5].

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^[9]. 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).

Поляризационные микроскопы[править | править код]

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.

Люминесцентные микроскопы[править | править код]

Люминесцентный микроскоп Альтами ЛЮМ 1. Чёрная коробочка позади микроскопа — источник ультрафиолета

Некоторые вещества обладают люминесцентными свойствами, то есть способны светиться в видимом спектре при облучении ультрафиолетом. Люминесцентные микроскопы — это микроскопы, снабжённые 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.

Измерительные микроскопы[править | править код]

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 практике, в технике и машиностроении.

Чем отличаются микроскопы? — на вопросы по микроскопии отвечают профессионалы

Вернуться к списку Задать свой вопрос

 

 

Этот вопрос обычно задают новички, желающие освоить самостоятельные исследования микромира, структуры материалов, решать прикладные задачи. Он актуален и для родителей, подыскивающих смышленому ребенку оптический прибор. Для того, чтобы понять, чем отличаются микроскопы, не запутаться в ассортименте, необходимо начать с азов – узнать, как функционирует наблюдательная оптика и четко сформулировать преследуемую цель. Например, если надо увидеть клетки растений – подойдет биологическая модель с высокой кратность, а если целые предметы с большой площадью и размерами (к примеру, камень) – то с маленьким приближением.

Чем отличаются микроскопы — обратимся к их функционалу. Принцип работы прост: есть увеличительные линзы, называемые объективом и окуляром, есть подсветка – она подсвечивает микроскопический объект, лучики пройдут сквозь микропрепарат или отразятся – в обоих случаях они попадают в окулярную трубку, затем в зрачки человека, вследствие чего мы видим картинку увеличенной. Исходя из написанного, существуют несколько вариаций данной схемы:

По расположению и типу осветителя:

• Нижний (источник света расположен под препаратом). Такой микроскоп предназначен для прозрачных микропрепаратов – одноклеточных организмов живой природы, жидкостей, субстратов. Часто применяется в общеобразовательных процессах (домашнее хобби, школа, институт).
• Верхний. Понадобится для металлических сплавов, грунта, всего, что является твердым и непрозрачным.

По насадке или экрану, в которые надо смотреть:  

Монокулярная. Для рассматривания одним глазом.

Бинокулярная – рассматриваем, как в бинокль.

Стереоскопическая – создает объемную картину.

Цифровые – могут выводить изображение на собственный дисплей или компьютер.

По методам изучения микро-образцов:

• Светлопольные (значит, что микро-образец будет находиться по центру белого светового пятна — поля).
• Темнопольные. (антипод первого варианта).
• Люминесцентные и поляризационные — профессиональное оборудование.
• Металлографические – анализ металлов, их химического состава, физико-химических свойств и т.д.

Таким образом, если говорят, что «микроскоп оборудован двумя подсветками, а наблюдения происходят в светлом поле», можно определить, что в него сможете разглядеть и инфузорию туфельку, и кожицу лука, и монету или кусок пластика.

Теперь вы знаете чем отличаются микроскопы. Если заинтересовались, обратите внимание на наш блог (в нем найдете интересные статьи и обзоры по микроскопии) или напишите консультантам. Желаем новых открытий!

 

 

Разница между световым микроскопом и электронным микроскопом

Основное отличие — световой микроскоп от электронного микроскопа

Световые микроскопы (оптические микроскопы) и электронные микроскопы используются для наблюдения за очень маленькими объектами. главное отличие между световым микроскопом и электронным микроскопом является то, что световые микроскопы используют световые лучи для освещения объекта на рассмотрении в то время как электронный микроскоп использует пучки электронов для освещения объекта.

Что такое световой микроскоп

Световые микроскопы освещают их образец с помощью видимого света и используют линзы для получения увеличенного изображения. Световые микроскопы бывают двух видов:однообъективную а такжесоединение, В однолинзовых микроскопах для увеличения объекта используется одна линза, тогда как в сложной линзе используются две линзы. Используяобъективнастоящее, перевернутое и увеличенное изображение образца создается внутри микроскопа, а затем с использованием второй линзы, называемойокуляризображение, сформированное объективом, увеличивается еще больше.

Изображение листа мха (Rhizomnium punctatum) под световым микроскопом (х400), Сравните размер этих хлоропластов (зеленых пятен) с более подробной версией (из другого образца), взятой из электронного микроскопа ниже.

Что такое электронный микроскоп

Электронные микроскопы освещают их образец, используя пучок электронов. Магнитные поля используются для изгиба пучков электронов, так же, как оптические линзы используются для изгибания пучков света в световых микроскопах. Широко используются два типа электронных микроскопов:просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) а такжесканирующий электронный микроскоп (СЭМ), В просвечивающих электронных микроскопах электронный пучок проходитчерез образец. Объективная «линза» (которая на самом деле является магнитом) используется для создания вначале изображения, а с помощью проекционной «линзы» можно получить увеличенное изображение на флуоресцентном экране. В сканирующих электронных микроскопах пучок электронов запускается по образцу, что приводит к высвобождению вторичных электронов с поверхности образца. Используя анод, эти поверхностные электроны могут быть собраны, а поверхность может быть «нанесена на карту».

Как правило, разрешение изображений SEM не такое высокое, как у TEM. Однако, поскольку электроны не обязаны проходить через образец в СЭМ, их можно использовать для исследования более толстого образца. Кроме того, изображения, полученные с помощью СЭМ, показывают более глубокие детали поверхности.

ПЭМ-изображение хлоропласта (x12000)

РЭМ-изображение пыльцы разных растений (х500). Обратите внимание на глубину детализации.

разрешение

разрешающая способность изображения описывает способность различать две разные точки на изображении. Изображение с более высоким разрешением более четкое и детальное. Поскольку световые волны подвергаются дифракции, способность различать две точки на объекте тесно связана с длиной волны света, используемой для наблюдения за объектом. Это объясняется вКритерий Рэлея, Волна также не может выявить детали с пространственным разделением, меньшим, чем ее длина волны. Это означает, что чем меньше длина волны, используемая для просмотра объекта, тем четче изображение.

Электронные микроскопы используют волновую природу электронов. длина волны де Брогли (то есть длина волны, связанная с электроном) для электронов, ускоренных до типичных напряжений, используемых в ПЭМ, составляет примерно 0,01 нм, тогда как видимый свет имеет длины волн между 400-700 нм. Очевидно, что электронные лучи способны раскрывать гораздо больше деталей, чем лучи видимого света. В действительности, разрешения ТЭМ имеют тенденцию быть порядка 0,1 нм, а не 0,01 нм из-за воздействия магнитного поля, но разрешение все же примерно в 100 раз лучше, чем разрешение светового микроскопа. Разрешения СЭМ немного ниже, порядка 10 нм.

Разница между световым микроскопом и электронным микроскопом

Источник освещения

Оптический микроскоп использует лучи видимого света (длина волны 400-700 нм) для освещения образца.

Электронный микроскоп использует электронные лучи (длина волны ~ 0,01 нм) для освещения образца.

Лупа Техника

Оптический микроскописпользует оптические линзы, чтобы изгибать лучи света и увеличивать изображения.

Электронный микроскоп использует магниты, чтобы изгибать лучи электронов и увеличивать изображения.

разрешение

Оптический микроскоп имеет более низкое разрешение по сравнению с электронными микроскопами, около 200 нм.

Электронный микроскоп может иметь разрешение порядка 0,1 нм.

увеличение

Световые микроскопы может иметь увеличение около ~ × 1000.

Электронные микроскопы может иметь увеличение до ~ 50000 (SEM).

операция

Оптический микроскоп не обязательно нужен источник электричества для работы.

Электронный микроскоп требует электричества дл

Чем отличается микроскоп монокулярный от бинокулярного?

Вернуться к списку Задать свой вопрос

 

 

Этот вопрос касается в большей степени не профи, а новичков, решивших заняться микроскопией или приобщить смышлёных детишек. Родители, желая приобрести своим маленьким ученым хорошую наблюдательную технику, зачастую имеют в виду единственное простейшее отличие микроскопа монокулярного об бинокулярного: «рассматривать одним или двумя глазами». Постепенно, на практике, приходит понимание что отличаются они кардинально. В первую очередь – в сфере применения. Они созданы для совершенно разных целей, одни относятся к классу учебных, другие – лабораторные или инструментальные, т.е. эксплуатируются профессионалами для выполнения узкоспециализированных задач в научной, медицинской или производственной деятельности.

Чем отличается микроскоп монокулярный от бинокулярного можно понять из конструктивных особенностей:

• Весом и габаритами. «Моно» – компактные, легко размещаются на обычном письменном столе, не занимают много рабочего места;
• Монокулярные лучше соответствуют общеобразовательному процессу, часто на них можно «попробовать» сразу два способа исследований – в светлом поле в проходящем и отраженном свете.
• В бинокуляры изучение препаратов происходит двумя глазами. Это создает стереоэффект при рассматривании объемных, не микроскопических тел.
• Если бинокулярный прибор не сконструирован специально для детей, то межзрачковое расстояние между окулярными трубками будет сложно адаптировать для детских глазок – в итоге смотреть он будет все равно в один из окуляров, а второй останется незадействованным.  
• Для «бино» характерна более сложная схема освещения и модульное строение, есть возможность апгрейда — добавлять поляризационные фильтры, люминесцентную насадку, устройство фазового контраста, темнопольный конденсор.

Если есть намерение начать изучение микромира, и нет профессиональной подготовки, если рассчитываете привлечь к увлекательному занятию свое чадо дошкольного или школьного возраста, то выбирайте монокулярный микроскоп. С ним можно увеличивать любые ботанические и физиологические микропрепараты – клетки растений, субстраты, насекомых, одноклеточные организмы (инфузории, амебы). Бинокулярные микроскопы обладают лучшей оптикой, съемными широкопольными объективами, комфортным обзором и подходят тем, кто будет использовать их на работе – например, анализ крови и обнаружение определенных бактерий. Как правило, увеличение у них больше, оно находится в пределах 40- 2000 крат.

Оба типа поддерживают функцию фотографирования микрообъектов. Для этого нужен дополнительный аксессуар — цифровая камера (видеоокуляр). В некоторых бинокулярных микроскопах реализована встроенная в головку система визуализации – «тринокуляр». Связь с компьютером осуществляется с помощью программного обеспечения и кабеля USB. Картинка выводится в режиме реального времени. 

 

 

лупа, микроскоп. Предназначение и устройство увеличительных приборов

Люди издревле пытались понять, как устроен окружающий их мир. Проводили исследования, заглядывали внутрь живых существ и делали выводы. Так копился теоретический материал, который стал основой для многих наук.

Методы, которые они использовали, сводились в основном к наблюдению и эксперименту. Однако довольно быстро стало очевидно, что копилка знаний останется наполненной лишь наполовину, если не придумать какие-нибудь более сложные, технически совершенные устройства. Такие, которые позволят заглядывать внутрь, вскрывать глубинные механизмы и рассматривать особенности устройства разных предметов и живых существ.

Методы изучения в биологии

К основным можно отнести следующие:

1. Исторический метод.
2. Описание.
3. Наблюдение.
4. Сравнение.
5. Эксперимент.

Большая часть из них требует вмешательства новых технических устройств, которые бы позволили получать картинку в увеличенном многократно размере. То есть, проще говоря, следует использовать разные увеличительные приборы. Именно поэтому необходимость их конструирования была очевидна.

Ведь только так люди смогли понять, как происходят процессы жизнедеятельности таких крошечных существ, как простейшие и бактерии, микроскопические грибы, лишайники и прочие живые организмы.

Современные разновидности приборов

Среди разнообразия технических конструкций увеличительные приборы занимают особое место. Ведь без них дойти до истины и доказать ту или иную теорию сложно, особенно когда речь идет о микромире.

Современные технологии предлагают следующие разновидности подобных устройств:

1. Лупы. Строение увеличительных приборов такого типа достаточно простое, поэтому среди аналоговых по действию они появились первыми.

2. Микроскопы. Сегодня можно выделить несколько разновидностей:

• оптический или световой;
• электронный;
• лазерный;
• рентгеновский;
• сканирующий зондовый;
• дифференциальный интерферонно-контрастный.

Каждый находит широкое применение не только в биологических науках, но и в химии, физике, космических исследованиях, генной инженерии, молекулярной генетике и так далее.

История развития увеличительных приборов

Конечно, такое шикарное разнообразие и совершенство подобных устройств пришло не сразу. Наиболее сложные конструкции, позволяющие вмешиваться даже в волновые и корпускулярные процессы, появились только в XX-XXI веках.

История же появления и развития приборов для увеличения уходит своими корнями в глубину веков. Так, если говорить о лупах, то раскопки показали, что первые подобные устройства имелись у египтян задолго до нашей эры. Они были выполнены из горного хрусталя и так искусно заточены, что давали увеличение до 1500 раз!

Позже стали изготавливать стеклянные линзы и через них рассматривать интересующие микроскопические предметы. Так продолжалось до XVI века. Затем великий исследователь Галилео Галилей сконструировал свою первую трубу, которая при раскладывании напоминала микроскоп и давала увеличение практически в 300 раз. Это и был прародитель современного микроскопа.

Еще позже, во второй половине XVII века, ученый Торе мастерил небольшие округлые лупы. Они позволяли рассматривать уже при 1500-кратном увеличении. Большим прорывом в развитии микроскопии стали приборы, сконструированные Антони ван Левенгуком. Он выпускал партии микроскопов, которые давали достаточное увеличение, чтобы можно было рассмотреть клеточное строение и мир микроорганизмов.

С тех самых пор увеличительные приборы (лупа, микроскоп) стали неотъемлемой частью практически во всех видах исследований, как в биологических, так и в других науках. Современное же разнообразие технических устройств обязано своим существованием людям с такими именами, как:

• Л. И. Мандельштам.
• Д. С. Рождественский.
• Эрнст Аббе.
• Р. Рихтер и другие.

Строение увеличительных приборов: лупа

Из чего же состоят эти устройства и как работают? Увеличительные приборы — лупа, микроскоп — в своей основе имеют, в принципе, одинаковое строение. Действие основано на применении специальных стекол — линз.

Увеличительный прибор лупа представляет собой выпуклую линзу, которая обрамлена в специальную наружную рамку — оправу. Сама линза — это специальное оптическое стекло, имеющее двустороннюю выпуклость. Оправа может быть любая:

• металлическая;
• пластиковая;
• резиновая.

Такие увеличительные приборы, как лупы, позволяют получать изображения в 25-кратном размере. Конечно, существуют разные по данному показателю устройства. Какие-то лупы дают увеличение в 2 раза, а более модернизированные и совершенные — даже в 30.

Какие бывают лупы?

Основное место использования лупы — урок биологии. Увеличительные приборы подобного плана позволяют рассматривать мелкие структуры строения растений и животных. Использоваться могут разные варианты изделий.

1. Лупа штативная — такой прибор, в котором линза закрепляется в специальной оправе на штативе для удобства использования.
2. Прибор с ручкой. При таком варианте в оправу встроена небольшая удобная ручка, при помощи которой можно отрегулировать качество изображения, приближая или удаляя устройство.
3. Лупа с подсветкой и встроенным компасом. Такая пригодится для полевых исследований в лесной таежной местности. Наличие диодных лампочек позволит проводить наблюдения даже в ночное время суток.
4. Лупа карманного варианта, складывающая и накрывающаяся крышкой. Очень удобный вариант для постоянного ношения с собой.

Также очень распространены комбинированные варианты между перечисленными: штативная с подсветкой, карманная на шнурке или с ручкой и так далее.

Микроскоп — увеличительный прибор

Какое устройство имеет этот предмет? Сегодня на школьных занятиях используются только такие увеличительные приборы: лупа, микроскоп. Со строением, работой и разновидностями первого устройства мы уже разобрались. Однако для изучения более глубинных процессов, протекающих в клетках, рассматривания бактериального состава воды и так далее, увеличительные способности лупы оказываются явно недостаточными.

В этом случае основным рабочим инструментом становится микроскоп, чаще всего обычный, световой или оптический. Рассмотрим, какие структурные части входят в его состав.

1. Основа всей конструкции — штатив. Он представляет собой элемент изогнутой формы, к которому крепятся все остальные части прибора. Его широкая основа — это то, на чем держится весь микроскоп в целом и благодаря чему он устойчиво закрепляется в стоячем положении.
2. Зеркальце, которое крепится к штативу с нижней части прибора. Оно необходимо для улавливания солнечного света и направления пучка на предметный столик. Закрепляется оно с двух сторон на подвижных шарнирах, что облегчает процесс настройки света.
3. Предметный столик — неподвижно закрепленная на штативе конструкция, чаще всего округлой или прямоугольной формы, снабженная металлическими закрепителями. Именно на него устанавливается исследуемый микропрепарат, который с двух сторон четко фиксируется и сохраняет неподвижность.
4. Зрительная трубка, которая с одной стороны заканчивается окуляром, а с другой — объективами разного увеличения. Также надежно прикреплена к штативу.
5. Объективы располагаются сразу над предметным столиком и служат для фокусирования и увеличения изображения. Чаще всего их три, каждый можно переместить и закрепить в зависимости от надобности.
6. Окуляр является вершиной зрительной трубки, и он предназначен непосредственно для наблюдения за объектом.
7. Последняя важная часть, которую имеют все увеличительные приборы подобного рода — макро- и микровинты. Они служат для регулировки перемещения зрительной трубки с целью настраивания самого лучшего качества изображения.

Очевидно, что строение микроскопа не слишком сложно. Однако это характерно только для оптических моделей. Среднее увеличение, которое способен давать световой микроскоп, — не более 300 раз.

Если же говорить о современных конструкциях, дающих увеличение в тысячи раз, то их структура намного сложнее.

Какие бывают микроскопы и где используются?

Существуют разные типы микроскопов. Самый простой из них, световой или оптический, составляет основную массу конструкций для использования школьниками. Лупа и микроскоп — самые приемлемые увеличительные приборы. 6 класс (биология — это школьный предмет, на уроках по которому используются эти объекты) подразумевает знакомство с устройством, принципами работы данных приборов.

Однако школьникам следует дать понятие и о тех видах микроскопов, с которыми работают ученые, физики, химики, биологи, астрономы и так далее. Таких можно выделить 5 основных, они были перечислены выше. Лазерные и электронные устройства позволяют получать изображения, в сотни тысяч раз превосходящие истинные размеры. Это позволяет заглянуть внутрь даже самых мелких частиц и сделать массу открытий в разных областях науки и техники.

Приготовление препаратов для микроскопа

Урок «Устройство увеличительных приборов» — не единственный в школьном курсе изучения, который касается работы с подобными устройствами. Наряду со строением и правилами пользования, детям следует заложить основы знаний о приготовлении микропрепаратов для рассмотрения.

Для этого используют следующие элементы:

• предметное стекло;
• покровное стеклышко;
• препаровальную иглу;
• фильтровальную бумагу;
• пипетку;
• воду.

Если необходимо рассмотреть, например, кожицу лука, то следует аккуратно отпрепарировать ее иглой и в виде тонкой пленочки положить на предметное стекло. Помещать нужно в заранее сформированную при помощи пипетки каплю воды. Сверху препарат накрывается тонким покровным стеклышком и крепко прижимается. Излишки жидкости удаляются прикосновением фильтровальной бумаги. Нужно тщательно следить, чтобы под покровным стеклом не оказалось пузырьков воздуха, иначе в микроскоп будут видны только они.

Заводские препараты или фиксированные

Помимо изготовления «живых» препаратов, в школах часто используются готовые, фиксированные. Они окрашены и более информативно насыщенные, так как изготовлены по особым технологиям с высокой долей естественности. По ним можно освоить микростроение всех известных элементов строения как животных, так и растений. Кроме того, фиксированные препараты дают возможность изучить бактерии, микроскопические грибы, простейших прочих мелких существ.

Изучение увеличительных приборов в школе

Как мы уже отмечали выше, в школе обязательно изучаются увеличительные приборы. 6 класс — это начало в освоении принципа работы, основ строения приборов.

Также именно в этот период закладываются умения самостоятельно устанавливать препарат на предметный столик, улавливать свет и рассматривать изображение, добиваясь высокой четкости в настраивании. На последующих ступенях обучения дети уже уверенно используют микроскопы и лупы для самых разных исследований, так как полностью владеют техникой использования устройств.

Лабораторные работы в школе с использованием световых микроскопов

Таких на самом деле достаточно много. Каждый учитель сам решает, какие виды работ следует проводить. Ведь все зависит от количества оборудования и его работоспособности. Самыми распространенными лабораторными исследованиями, требующими использования увеличительных приборов, являются следующие:

1. Изучение строения листа растения.
2. Изучение процесса транспирации растений. Строение устьиц.
3. Гифы плесневых грибов.
4. Споры растений, их строение.
5. Изучение внутреннего состава клетки и другие.