Микроскоп - это оптический прибор, позволяющий получить увеличенные изображения мелких предметов или их деталей, которые невозможно рассмотреть невооружённым глазом.
Дословно слово «микроскоп» означает «наблюдать за чем-то маленьким, (от греческого «малый» и «смотрю»).
Глаз человека, как любая оптическая система, характеризуется определённым разрешением. Это наименьшее расстояние между двумя точками или линиями, когда они ещё не сливаются, а воспринимаются раздельно друг от друга. При нормальном зрении на расстоянии 250 мм разрешение составляет 0,176 мм. Поэтому все объекты, размер которых меньше этой величины, наш глаз уже не в состоянии различить. Мы не можем видеть клетки растений и животных, различные микроорганизмы и др. Но это можно сделать с помощью специальных оптических приборов - микроскопов.
Как устроен микроскоп
Классический микроскоп состоит из трех основных частей: оптической, осветительной и механической. Оптическая часть - это окуляры и объективы, осветительная - источники освещения, конденсор и диафрагма. К механической части принято относить все остальные элементы: штатив, револьверное устройство, предметный столик, систему фокусировки и многое другое. Все вместе и позволяет проводить исследования микромира.
Что такое «диафрагма микроскопа»: поговорим об осветительной системе
Для наблюдений микромира хорошее освещение настолько же важно, как и качество оптики микроскопа. Светодиоды, галогенные лампы, зеркало - для микроскопа могут использоваться разные источники освещения. У каждого есть свои плюсы и минусы. Подсветка может быть верхней, нижней или комбинированной. Ее расположение влияет на то, какие микропрепараты можно изучать при помощи микроскопа (прозрачные, полупрозрачные или непрозрачные).
Под предметным столиком, на который кладется образец для исследований, располагается диафрагма микроскопа. Она может быть дисковой или ирисовой. Диафрагма предназначена для регулировки интенсивности освещения: с ее помощью можно отрегулировать толщину светового пучка, идущего от осветителя. Дисковая диафрагма - это небольшая пластина с отверстиями разного диаметра. Ее обычно устанавливают на любительские микроскопы. Ирисовая диафрагма состоит из множества лепестков, с помощью которых можно плавно изменять диаметр светопропускающего отверстия. Она чаще встречается в микроскопах профессионального уровня.
Оптическая часть: окуляры и объективы
Объективы и окуляры - наиболее популярные запчасти для микроскопа. Хотя далеко не все микроскопы поддерживают смену этих аксессуаров. Оптическая система отвечает за формирование увеличенного изображения. Чем она лучше и совершеннее, тем картинка получается четче и подробнее. Но высочайший уровень качества оптики нужен только в профессиональных микроскопах. Для любительских исследований достаточно стандартной стеклянной оптики, обеспечивающей увеличение до 500-1000 крат. А вот пластиковых линз мы рекомендуем избегать - качество картинки в таких микроскопах обычно расстраивает.
Механические элементы
В любом микроскопе присутствуют элементы, которые позволяют исследователю управлять фокусом, регулировать положение исследуемого образца, настраивать рабочее расстояние оптического прибора. Все это часть механики микроскопа: коаксиальные механизмы фокусировки, препаратоводитель и препаратодержатель, ручки регулировки резкости, предметный столик и многое другое.
История создания микроскопа
Когда появился первый микроскоп, точно неизвестно. Простейшие увеличительные приборы - двояковыпуклые оптические линзы, находили ещё при раскопках на территории Древнего Вавилона.
Считается, что первый микроскоп создали в 1590 г. голландский оптик Ганс Янсен и его сын Захарий Янсен. Так как линзы в те времена шлифовали вручную, то они имели различные дефекты: царапины, неровности. Дефекты на линзах искали с помощью другой линзы - лупы. Оказалось, что если рассматривать предмет с помощью двух линз, то происходит его многократное увеличение. Смонтировав 2 выпуклые линзы внутри одной трубки, Захарий Янсен получил прибор, который напоминал подзорную трубу. В одном конце этой трубки находилась линза, выполняющая функцию объектива, а в другом - линза-окуляр. Но в отличие от подзорной трубы прибор Янсена не приближал предметы, а увеличивал их.
В 1609 г. итальянский учёный Галилео Галилей разработал составной микроскоп с выпуклой и вогнутой линзами. Он называл его «оккиолино» - маленький глаз.
10 лет спустя, в 1619 г. нидерландский изобретатель Корнелиус Якобсон Дреббель сконструировал составной микроскоп с двумя выпуклыми линзами.
Мало кто знает, что свой название микроскоп получил только в 1625 г. Термин «микроскоп» предложил друг Галилео Галилея немецкий доктор и ботаник Джованни Фабер.
Все созданные в то время микроскопы были довольны примитивными. Так, микроскоп Галилея мог увеличивать всего в 9 раз. Усовершенствовав оптическую систему Галилея, английский учёный Роберт Гук в 1665 г. создал свой микроскоп, который обладал уже 30-кратным увеличением.
В 1674 г. нидерландский натуралист Антони ван Левенгук создал простейший микроскоп, в котором использовалась всего одна линза. Нужно сказать, что создание линз было одним из увлечений учёного. И благодаря его высокому мастерству в шлифовании, все сделанные им линзы получались очень высокого качества. Левенгук называл их «микроскопиями». Они были маленькие, размером с ноготь, но могли увеличивать в 100 или даже в 300 раз.
Микроскоп Левенгука представлял собой металлическую пластину, в центре которой находилась линза. Наблюдатель смотрел через неё на образец, закреплённый с другой стороны. И хотя работать с таким микроскопом было не совсем удобно, Левенгук смог сделать с помощью своих микроскопов важные открытия.
В те времена было мало известно о строении органов человека. С помощью своих линз Левенгук обнаружил, что кровь состоит из множества крошечных частиц - эритроцитов, а мышечная ткань - из тончайших волокон. В растворах он увидел мельчайшие существа разной формы, которые двигались, сталкивались и разбегались. Теперь мы знаем, что это бактерии: кокки, бациллы и др. Но до Левенгука об этом не было известно.
Всего учёным было изготовлено более 25 микроскопов. 9 из них сохранились до наших дней. Они способны увеличивать изображение в 275 раз.
Микроскоп Левенгука был первым микроскопом, который завезли в Россию по указанию Петра I.
Постепенно микроскоп совершенствовался и приобретал форму, близкую к современной. Учёные России также внесли огромный вклад в этот процесс. В начале XVIII века в Петербурге в мастерской Академии наук создавались усовершенствованные конструкции микроскопов. Русский изобретатель И.П. Кулибин построил свой первый микроскоп, не имея никаких знаний о том, как это делали за границей. Он создал производство стекла для линз, придумал приспособления для их шлифовки.
Великий русский учёный Михаил Васильевич Ломоносов первым из русских учёных стал использовать микроскоп в своих научных исследованиях.
Однозначного ответа на вопрос «Кто же всё-таки изобрел микроскоп?», пожалуй, не существует. В развитие микроскопного дела внесли вклад лучшие ученые и изобретатели разных эпох.
Микроскоп для ребенка - окно в абсолютно неведомый ранее мир клеток, крохотных частиц и микроорганизмов. Кому из детей не интересно узнать, например, как выглядят вблизи крылышки и лапки насекомого? С этой точки зрения данный прибор можно отнести к развивающим игрушкам.
Прежде чем решиться на покупку микроскопа, родителям следует проанализировать ситуацию: возраст ребенка, степень его заинтересованности в новой игрушке, склонность к "исследованиям", усидчивость и т. д. "Серьезность" приобретаемой модели (соответственно, и цена) зависит от суммы всех этих факторов.
Для первого знакомства с "наномиром" ребенку годится детский микроскоп с минимальным набором опций. Если же речь идет о школьнике, то лучше остановиться на т. н. учебном с увеличением не менее 650 крат.
Отправляемся в магазин
Как выбрать качественный микроскоп для школьника? Те, что продаются в магазинах игрушек, даже относительно дорогие, настоящей техникой не являются, как ни жаль. А о дешевых и говорить не приходится. Картинка, которую способен разглядеть ребенок с такой игрушкой, вряд ли вдохновит его на долгие "исследования", и интерес будет вскоре утрачен.
Тогда как выбрать микроскоп для школьника? Хорошие приборы, конечно же, существуют. Но цена их - на порядок выше, чем у игровых. Хотя ряд недорогих по стоимости вполне можно сравнить с наиболее "навороченными" из игрушечных. Относится это к моделям, именуемым школьными и профессиональными.
С какой целью приобретается микроскоп для школьника?
Если лишь как игрушку, лучше приобретите лупу хорошего качества. Покупкой его следует озадачиться лишь тогда, когда опыты с микроскопом для школьников не перестанут быть интересными через пару дней, а ребёнок "на полном серьезе" и достаточно давно увлечен естественными науками, такими как химия и биология. А также подумывает о профессии врача или биолога, планирует по данным предметам сдачу ЕГЭ или ОГЭ. В этом случае иметь дома высококачественный школьный микроскоп - реальная необходимость, и немалые затраты на приобретение его со всеми сопутствующими принадлежностями окажутся оправданными.
Как быть, когда ребёнок увлечен биологией, а родители совершенно не разбираются в ней? И если даже не знают, как выглядит микроскоп, как не прогадать с покупкой? Придется всерьез заняться изучением ассортимента магазинов оптики, читать соответствующие форумы, спрашивать у тех, кто "в теме", и в конце концов составить собственное мнение. К тому же определитесь заранее с суммой, которую вы сможете себе позволить потратить на покупку, и, исходя из нее, выбирайте самую оптимальную модель.
Итак, на что же нужно обратить основное внимание, покупая микроскоп для школьника?
Что такое увеличение?
Эта функция может быть оптической и цифровой. Обращать внимание следует в первую очередь на оптическое увеличение. Цифровое - это обычное зуммирование, то есть приближение картинки, без возможности разглядеть дополнительные детали. Тем, кто настроен на серьезную работу, следует ориентироваться на модели с увеличением, начиная с 1000-кратного и больше. Можно найти в продаже и доступные по цене экземпляры для домашнего использования с 2000-кратным оптическим увеличением.
Очень полезная функция - возможность регулировки диоптрий для страдающих плохим зрением. Обычно их можно настроить в пределах от +5 до -5. Согласитесь, работа с микроскопом без очков куда удобнее, чем заглядывание в окуляр через них.
Настройка грубая и тонкая
В более простых моделях предусмотрена, как правило, лишь грубая настройка. У вариантов "посерьезнее" дополнительно есть функция тонкой настройки. Зачастую потребители не в силах уловить разницу между двумя экземплярами с похожим описанием, но значительной разницей в цене (к примеру, за 12-13 и за 30 тысяч рублей), и недоумевают, мол, за что тут переплачивать? Ведь это всего лишь микроскоп для школьника!
Поясняем: разница может быть в качестве оптики. Или же та окажется монокулярной и не предусматривающей функцию настройки диоптрий. Оптика - именно та часть микроскопа, экономить на которой следует в последнюю очередь. В этом смысле стоит выбирать модель максимально дорогую из тех, что вы можете себе позволить.
Микроскоп может быть моно- или бинокулярным. В первом случае в него смотрят одним глазом, во втором - двумя, что, несомненно, удобнее. И хотя для многих этот момент не принципиален, его все же следует учитывать. Смотреть в бинокуляр как минимум легче на протяжении длительного времени - глаза меньше устают.
Что такое световой микроскоп? Немного о подсветке
Говоря об этом приборе, нельзя не упомянуть систему подсветки. Согласно определению, микроскоп является оптическим прибором с увеличением не менее чем двухступенчатым, позволяющим увидеть не различимые обычным глазом предметы и детали с расстояния 250 мм. Световой микроскоп, таким образом, немыслим без дополнительного источника освещения.
Возможны два варианта - LED-подсветка или галогенового типа. Какая же из них лучше?
LED-подсветка представлена встроенным светодиодом, дающим белый свет. Срок его службы больше, и нагревается он по минимуму. Галогены греются немного больше и свет имеют желтоватого оттенка. Варианты с LED-подсветкой обычно стоят немного дороже, но разница эта не принципиальна. Многие модели микроскопов могут существовать либо с одним, либо с другим видом подсветки - выбор за покупателем.
Камера для вывода изображения
Хороший школьный микроскоп должен быть оборудован камерой, при помощи которой изображение выводится на экран монитора. Эта функция весьма полезна. Она дает возможность сфотографировать или заснять на видео результаты своих опытов и проиллюстрировать снимками доклад или другую работу. Разглядывать образец на экране куда удобнее, чем через окуляр, к тому же делать это можно коллективно.
Отдельные модели (какие именно - требуется уточнять у продавцов-консультантов) позволяют в режиме реального времени производить вывод на компьютерный экран наблюдаемой картинки. Для этого микроскоп должен быть вместо окуляра оборудован специальным видеоокуляром, который крепится в тубус визуальной насадки.
Камеру можно купить и отдельно с последующей установкой на аппарат. Причем наличие ее никак не мешает обычному наблюдению через окуляры. Правда, покупка ее потребует дополнительного расхода порядка 8-10 тысяч руб. или даже больше. Такие камеры располагают возможностью как фото-, так и видеосъемки. Если вы решили, что такая опция вам необходима, лучше выбрать для покупки тринокулярный микроскоп.
Возможность выбирать поле
Наблюдения можно вести как в темном, так и в светлом поле. Это, скорее всего, потребует наличия специальных объективов. На практике темное поле в домашних условиях используется редко - это ведь не специальная лаборатория.
Как выбрать микроскоп для школьника, если вы настроены на серьезную покупку? Какие модели посоветовать родителям? Оптимальным соотношением цены и качества, на наш взгляд, обладают микроскопы "Альтами БИО 6" (трино) стоимостью от 32 000 до 35 000 рублей или "Альтами БИО 7" (трино) - примерно за 38 000. В том же ценовом сегменте Levenhuk D320L (чуть дороже за счет встроенной камеры) или биомикроскопы Levenhuk 670T по цене около 40 тысяч рублей, а также Levenhuk 740T. Это вполне достойные тринокулярные модели с хорошей оптикой. Дополнительное приобретение камеры, как уже говорилось, увеличивает бюджет покупки еще на сумму порядка 10 тысяч.
Если хотите уложиться в сумму чуть меньше (например, в пределах 30 000 руб.), выбирайте "Альтами БИО 4" - хоть он и бинокулярный и обладает увеличением всего лишь до 1000 крат, зато продается сразу с камерой.
Максимально же недорогие школьные микроскопы "Альтами" продаются по цене 6-8 тысяч рублей и обладают увеличением порядка 800 крат, что тоже совсем неплохо, особенно если бюджет ваш ограничен.
В комплектах с такими моделями, как, например, "Альтами БИО 6" идут, как правило, наборы светофильтров диаметром 32 мм (желтого, голубого, зеленого цвета), чехол для защиты от пыли, иммерсионное масло в специальном флаконе-капельнице. Наличие руководства по эксплуатации подразумевается само собой. Все остальное придется докупать отдельно.
Что именно докупить?
Вам потребуется набор для подготовки микропрепаратов. Имеются в виду образцы тканей и т. п., которые планируется рассматривать. Готовые образцы также продаются, бывают самых различных тематик. Стоит покупать те из них, которые содержат максимально разнообразное число экземпляров.
Микротом - тоже очень полезная штука для изготовления тонких срезов (менее полумиллиметра). Стоимость его невелика (примерно рублей 350), но зато не придется возиться с грубым "выпиливанием" образцов или наблюдать неуклюжие "обломки".
Также не обойтись без набора стекол, которые бывают предметными и покровными. У хороших стекол с низкой интерференцией волн наилучшее соответствие с длиной световой волны. Стоимость наборов сравнительно невелика (от двухсот рублей до полутысячи). Покровными стеклами называют очень тоненькие стеклянные пластинки, которые могут быть в форме квадрата или круга. Применяются они, чтобы защитить препарат, помещенный на нижнее, предметное стекло.
От качества стекол зависит изображение, поэтому китайские наборы лучше не покупать.
Линейка популярных и качественных прямых микроскопов марки "Альтами" представляет модели стоимостью от 23 до 45 тысяч (цены ориентировочные) в зависимости от класса прибора. Модели сложнее и дороже, чем "БИО 8" (стоимостью около 60 000 рублей) приобретать для домашнего использования нет смысла, если речь не идет о покупке для практикующего на дому врача. Но мы с вами сейчас рассматриваем микроскоп для школьника.
Следует учитывать, что если комплектующие впоследствии можно поменять или докупить, то оптику или тип подсветки (галоген или светодиод) изменить в процессе эксплуатации не получится, так что определитесь с этим заранее.
Российский или китайский?
Перечисленные марки ("Альтами", "Микромеды", "Биомеды"), а также многие другие, несмотря на высокое качество, относятся все же к китайским (именно там производятся комплектующие для них).
Настоящие советские микроскопы (старые) - "Бимам 13" (другое название его "Микмед-2"), "Биолам" - сейчас можно найти, пожалуй, лишь бывшими в употреблении или не использовавшимися со старых времен. К ним довольно тяжело найти комплектующие (к тому же нужно знать, как их правильно поменять), вдобавок почти наверняка они потребуют замены смазки, но если данные моменты вас не смущают, то такой вариант - для вас.
В сравнении старые советские микроскопы немного превосходят современные по разрешающей способности, но к величине кривизны изображения это, как правило, не относится. Да и увеличения современные модели позволяют добиться немного большего.
Вариант попроще
Если вы не готовы тратить столь серьезные суммы, или интерес вашего ученика носит довольно поверхностный характер, то есть неплохой бюджетный вариант - микроскоп для школьника "Юный ученый", который продается в комплекте с набором предметов для изучения общим числом около 60. Его окуляр обладает 10- и 20-кратным увеличением, к набору прилагается три различных объектива. Наименьший из них ведет к увеличению под микроскопом исследуемого объекта в пять раз, наибольший - в 60.
То есть если вы выберете самый мощный объектив микроскопа и настроите окуляр по максимуму, то добьетесь увеличения в 1200 раз. Этого достаточно для рассмотрения крылышек насекомых, волосков, шерсти домашних животных и еще массы всего.
В данном аппарате имеется встроенный прожектор, проецирующий изображения на стену или экран, - эту функцию можно использовать для занятий в группе. Кроме того, в комплект входит набор светофильтров для большей четкости и контрастности.
12.08.2017 10:20
6278
Что такое микроскоп и зачем он нужен? Микроскоп – это прибор который увеличивает изображения предметов с помощью линз. Первые сведения о микроскопе известны ещё в 16 веке, когда мастера по изготовлению очков из Голландии придумали наряду с телескопом новое устройство, способное увеличивать предметы благодаря двум линзам.
Со временем микроскопы постоянно усовершенствовались. Появилось более мощное увеличение, позволяющее разглядеть мельчайшие вещи, которые нельзя увидеть невооружённым глазом. Кроме обычных оптических микроскопов на принципе увеличения линз, существуют электронные микроскопы. Их изобрели в 20 веке. Вместо светового потока на объект изучения направляется пучок электронов, которые фокусируются и при помощи специальной магнитной линзы выдают изображение. Электронный микроскоп мощнее оптического, поскольку может больше увеличивать изображение объекта.
Микроскоп нужен для изучения мельчайших деталей, фрагментов тел человека и животных, которые сложно увидеть невооружённым глазом. Микроскопом пользуются врачи, изучая образцы ДНК и анализы крови. Учёные из разных сфер науки, проводят опыты и делают новые открытия. Инженеры проверяют с помощью микроскопа качество деталей на наличие в них дефекта.
Школьники и студенты пользуются микроскопами на уроках биологии, химии и физики. Интересно рассматривать при микроскопом поверхности некоторых предметов, а также насекомых, например муху или муравья. При большом увеличении можно хорошо разглядеть их глаза, челюсти и лапки.
Наверное, каждый из нас, хоть один раз в жизни, имел возможность поработать с таким прибором как микроскоп - кто в школе на уроке биологии, а кто-то, возможно, в силу своей профессии. С помощью микроскопа мы можем наблюдать за мельчайшими живыми организмами, частицами. Микроскоп достаточно сложный прибор, и к тому же, имеет длинную историю, которую полезно будет узнать. Давайте разберемся, что такое микроскоп?
Определение
Слово «микроскоп» происходит от двух греческих слов «micros» - «маленький», «skopeo» - «смотрю». То есть, предназначение данного прибора – рассматривание маленьких объектов. Если давать более точное определение, то микроскоп – оптический прибор (с одной или несколькими линзами), используемый для получения увеличенных изображений неких объектов, которые не видны невооруженным глазом.
К примеру, микроскопы, используемые в сегодняшних школах, способны увеличивать в 300-600 крат, этого вполне достаточно, чтобы разглядеть живую клетку в подробностях – можно увидеть стенки самой клетки, вакуоли, её ядро и т.д. Но для этого всего он прошел довольно длинный путь открытий, и даже разочарований.
История открытия микроскопа
Точное времени открытия микроскопа до сих пор не установлено, так как самые первые устройства для наблюдений маленьких объектов находили археологи в различных эпохах. Они выглядели как обычная лупа, то есть это была двояковыпуклая линза, дающая увеличение изображения в несколько раз. Уточню, что самые первые линзы были изготовлены не из стекла, а из некого прозрачного камня, поэтому говорить о качестве изображений не приходится.
В дальнейшем были уже изобретены микроскопы, состоящие из двух линз. Первая линза – это объектив, она обращалась к изучаемому предмету, а вторая линза – окуляр, в который смотрел наблюдатель. Но изображение объектов всё равно было сильно искажено, вследствие сильных сферических и хроматических отклонений – свет преломлялся неравномерно, и из-за этого картинка была нечеткая и окрашенная цветом. Но все же, даже тогда увеличение микроскопа было в несколько сот крат, что немало.
Система линз в микроскопах была значительно усложнена только в самом начале 19-го века, благодаря работе таких физиков как Амичи, Фраунгофера и др. В устройстве объектива уже применялась сложная система, состоящая из собирающих и рассеивающих линз. Причем, эти линзы были из разных видов стекла, компенсировавших недостатки друг друга.
Микроскоп ученого из Голландии, Левенгука имел уже предметный столик, куда складывались все изучаемые объекты, а также был винт, который позволял этот столик плавно перемещать. Потом уже было добавлено зеркало – для лучшего освещения объектов.
Строение микроскопа
Существуют простые и сложные микроскопы. Простой микроскоп представляет собой одну систему линз, именно такой является обычная лупа. Сложный же микроскоп сочетает в себе две простые линзы.
Сложный микроскоп, соответственно, дает большее увеличение, и к тому же, он обладает большей разрешающей способностью. Именно наличие данной способности (разрешающей) дает возможность различать детали образцов. Увеличенное же изображение, где не различить подробности, даст немного полезной нам информации.
Сложные микроскопы имеют двухступенчатые схемы. Одна система линз (объектив) подносится близко к объекту – она, в свою очередь, создает разрешенное и увеличенное изображение объекта. Потом, изображение уже увеличивается другой системой линз (окуляром), она помещается, непосредственно, ближе к глазу наблюдателя. Данные 2 системы линз располагаются на противоположных концах тубуса микроскопа.
Современные микроскопы
Современные же микроскопы могут давать колоссальное увеличение – до 1500-2000 крат, при этом качество изображения будет прекрасное. Также имеют довольно большую популярность бинокулярные микроскопы, в них изображение от одного объектива раздваивается, при этом на него можно смотреть сразу двумя глазами (в два окуляра). Это позволяет еще намного лучше различать зрительно мелкие детали. Подобные микроскопы используются обычно в разных лабораториях (в т.ч и в медицинских) для исследований.
Электронные микроскопы
Электронные же микроскопы помогают нам «рассмотреть» изображения отдельных атомов. Правда, слово «рассмотреть» применено здесь относительно, так как глазами напрямую мы не смотрим - изображение объекта появляется вследствие сложнейшей обработки компьютером полученных данных. Устройство микроскопа (электронного) основывается на физических принципах, а также способе «ощупывания» поверхностей объектов тончайшей иглой, у которой кончик толщиной всего лишь в 1 атом.
USB-микроскопы
В настоящее время, во время развития цифровых технологий, каждый человек может приобрести насадку-объектив на камеру своего мобильного телефона, и делать фотографии любых микроскопических объектов. Еще есть очень мощные USB-микроскопы, при подключение к домашнему компьютеру, позволяющие рассмотреть получившееся изображение на мониторе. Большинство цифровых фотоаппаратов способны делать снимки в режиме макросъёмки, с помощью нее Вы сможете сделать фото мельчайших объектов. А если поместить небольшую собирающую линзу перед объективом вашего фотоаппарата, то можно легко получить увеличение фотографии до 500 крат.
Сегодня новые технологии помогают увидеть то, что буквально сто лет назад было недоступно. Части микроскопа на протяжение всей его истории постоянно усовершенствовались, и в настоящее время мы видим микроскоп уже в законченном варианте. Хотя, научный прогресс не стоит на месте, и в недалеком будущем, возможно, будут появляться еще более усовершенствованные модели микроскопов.
Глаз человека устроен так, что не может разглядеть предмет, размеры которого не превышают 0,1 мм. В природе же существуют объекты, чьи размеры намного меньше. Это микроорганизмы, клетки живых тканей, элементы структуры веществ и многое другое.
Еще в античные времена для улучшения зрения применялись шлифованные природные кристаллы. С развитием стеклоделия стали изготовлять стеклянные чечевицы – линзы. Р. Бекон в XIII в. советовал людям со слабым зрением класть на предметы выпуклые стекла для того, чтобы их лучше рассмотреть. В это же время в Италии появились очки, состоявшие из двух соединенных линз.
В XVI в. мастера в Италии и Нидерландах, изготовлявшие очковые стекла, знали о свойстве системы из двух линз давать увеличенное изображение. Одно из первых таких устройств изготовил в 1590 г. голландец 3. Янсен.
Несмотря на то что увеличительная способность сферических поверхностей и линз была известна еще в XIII в., до начала XVII в. никто из естествоиспытателей даже не пытался применить их для наблюдения мельчайших предметов, недоступных невооруженному человеческому глазу.
Слово «микроскоп», произошедшее от двух греческих слов – «маленький» и «смотрю», ввел в научный обиход член академии «Dei Lyncei» (рысеглазых) Десмикиан в начале XVII века.
В 1609 г. Галилео Галилей, изучая сконструированную им зрительную трубу, использовал ее и в качестве микроскопа. Для этого он изменял расстояние между объективом и окуляром. Галилей первым пришел к выводу, что качество изготовления линз для очков и для зрительных труб должно быть различным. Он создал микроскоп, подбирая такое расстояние между линзами, при котором увеличивались не удаленные, а близко расположенные предметы. В 1614 г. Галилей рассматривал при помощи микроскопа насекомых.
Ученик Галилея Э. Торричелли перенял у своего учителя искусство шлифовки линз. Кроме изготовления зрительных труб Торричелли конструировал простые микроскопы, состоявшие из одной крошечной линзы, которую он получал из одной капли стекла, расплавляя над огнем стеклянную палочку.
В XVII в. были популярны простейшие микроскопы, состоявшие из лупы – двояковыпуклой линзы, закрепленной на подставке. На подставке укреплялся и предметный столик, на котором размещался рассматриваемый объект. Внизу под столиком находилось зеркало плоской или выпуклой формы, которое отражало солнечные лучи на предмет и подсвечивало его снизу. Для улучшения изображения лупа перемещалась относительно предметного столика при помощи винта.
В 1665 г. англичанин Р. Гук при помощи микроскопа, в котором использовались маленькие стеклянные шарики, открыл клеточное строение животных и растительных тканей.
Современник Гука голландец А. ван Левенгук изготовлял микроскопы, состоявшие из небольших двояковыпуклых линз. Они давали 150–300?кратное увеличение. При помощи своих микроскопов Левенгук исследовал строение живых организмов. В частности, он открыл движение крови в кровеносных сосудах и красные кровяные тельца, сперматозоиды, описал строение мышц, чешуйки кожи и многое другое.
Левенгук открыл новый мир – мир микроорганизмов. Он описал множество видов инфузорий и бактерий.
Много открытий в области микроскопической анатомии сделал голландский биолог Я. Сваммердам. Наиболее подробно он исследовал анатомию насекомых. В 30?е гг. XVIII в. он выпустил богато иллюстрированный труд под названием «Библия природы».
Методы расчета оптических узлов микроскопа разработал швейцарец Л. Эйлер, работавший в России.
Наиболее распространенная схема микроскопа следующая: исследуемый предмет помещается на предметном столике. Над ним располагается устройство, в котором смонтированы линзы объектива и тубус – трубка с окуляром. Наблюдаемый предмет освещается с помощью лампы или солнечного света, наклонного зеркала и линзы. Диафрагмы, установленные между источником света и предметом, ограничивают световой поток и уменьшают в нем долю рассеянного света. Между диафрагмами установлено зеркало, изменяющее направление светового потока на 90°. Конденсор концентрирует на предмете пучок света. Объектив собирает лучи, рассеянные предметом и образует увеличенное изображение предмета, рассматриваемое при помощи окуляра. Окуляр работает как лупа, давая дополнительное увеличение. Пределы увеличения микроскопа от 44 до 1500 раз.
В 1827 г. Дж. Амичи применил в микроскопе иммерсионный объектив. В нем пространство между предметом и объективом заполнено иммерсионной жидкостью. В качестве такой жидкости применяются различные масла (кедровое или минеральное), вода или водный раствор глицерина и др. Такие объективы позволяют увеличить разрешающую способность микроскопа, улучшить контрастность изображения.
В 1850 г. английский оптик Г. Сорби создал первый микроскоп для наблюдения объектов в поляризованном свете. Такие аппараты применяются для изучения кристаллов, образцов металлов, животных и растительных тканей.
Начало интерференционной микроскопии было положено в 1893 г. англичанином Дж. Сирксом. Ее суть в том, что каждый луч, входя в микроскоп, раздваивается. Один из полученных лучей направляется на наблюдаемую частицу, второй – мимо нее. В окулярной части оба луча вновь соединяются, и между ними возникает интерференция. Интерференционная микроскопия позволяет изучать живые ткани и клетки.
В XX в. появились различные виды микроскопов, имеющие разное назначение, конструкцию, позволяющие изучать объекты в широких диапазонах спектра.
Так, в инвертированных микроскопах объектив располагается под наблюдаемым объектом, а конденсор – сверху. Направление хода лучей изменяется при помощи системы зеркал, и в глаз наблюдателя они попадают, как обычно – снизу вверх. Эти микроскопы предназначены для изучения громоздких предметов, которые трудно расположить на предметных столиках обычных микроскопов. С их помощью исследуют культуры тканей, химические реакции, определяют точки плавления материалов. Наиболее широко такие микроскопы применяются в металлографии для наблюдения за поверхностями металлов, сплавов и минералов. Инвертированные микроскопы могут оснащаться специальными устройствами для микрофотографирования и микрокиносъемки.
На люминесцентных микроскопах устанавливаются сменные светофильтры, позволяющие выделить в излучении осветителя ту часть спектра, которая вызывает люминесценцию исследуемого объекта. Специальные фильтры пропускают от объекта только свет люминесценции. Источниками света в таких микроскопах служат ртутные лампы сверхвысокого давления, излучающие ультрафиолетовые лучи и лучи коротковолнового диапазона видимого спектра.
Ультрафиолетовые и инфракрасные микроскопы служат для исследования областей спектра, недоступного человеческому глазу. Оптические схемы аналогичны схемам обычных микроскопов. Линзы этих микроскопов изготовлены из материалов, прозрачных для ультрафиолетовых (кварц, флюорит) и инфракрасных (кремний, германий) лучей. Они снабжены фотокамерами, фиксирующими невидимое изображение и электронно?оптическими преобразователями, превращающими невидимое изображение в видимое.
Стереомикроскоп обеспечивает объемное изображение объекта. Это собственно два микроскопа, выполненные в единой конструкции таким образом, что правый и левый глаза наблюдают объект под разными углами. Они нашли применение в микрохирургии и сборке миниатюрных устройств.
Микроскопы сравнения представляют собой два обычных объединенных микроскопа с единой окулярной системой. В такие микроскопы можно наблюдать сразу два объекта, сравнивая их визуальные характеристики.
В телевизионных микроскопах изображение препарата преобразуется в электрические сигналы, воспроизводящие это изображение на экране электронно?лучевой трубки. В этих микроскопах можно изменять яркость и контраст изображения. С их помощью можно изучать на безопасном расстоянии объекты, опасные для рассмотрения с близкого расстояния, например радиоактивные вещества.
Лучшие оптические микроскопы позволяют увеличить наблюдаемые объекты примерно в 2000 раз. Дальнейшее увеличение невозможно, поскольку свет огибает освещаемый объект, и если его размеры меньше, чем длина волны, такой объект становится невидимым. Минимальный размер предмета, который можно разглядеть в оптический микроскоп – 0,2–0,3 микрометра.
В 1834 г. У. Гамильтон установил, что существует аналогия между прохождением световых лучей в оптически неоднородных средах и траекториями частиц в силовых полях. Возможность создания электронного микроскопа появилась в 1924 г. после того, как Л. Де Бройль выдвинул гипотезу, что всем без исключения видам материи – электронам, протонам, атомам и др. присущ корпускулярно?волновой дуализм, то есть они обладают свойствами как частицы, так и волны. Технические предпосылки для создания такого микроскопа появились благодаря исследованиям немецкого физика X. Буша. Он исследовал фокусирующие свойства осесимметричных полей и в 1928 г. разработал магнитную электронную линзу.
В 1928 г. М. Кнолль и М. Руска приступили к созданию первого магнитного просвечивающего микроскопа. Три года спустя они получили изображение объекта, сформированного при помощи пучков электронов. В 1938 г. М. фон Арденне в Германии и в 1942 г. В. К. Зворыкин в США построили первые растровые электронные микроскопы, работающие по принципу сканирования. В них тонкий электронный пучок (зонд) последовательно перемещался по объекту от точки к точке.
В электронном микроскопе, в отличие от оптического, вместо световых лучей используются электроны, а вместо стеклянных линз – электромагнитные катушки или электронные линзы. Источником электронов для освещения объекта является электронная «пушка». В ней источником электронов является металлический катод. Затем электроны собираются в пучок с помощью фокусирующего электрода и под действием сильного электрического поля, действующего между катодом и анодом, набирают энергию. Для создания поля к электродам прикладывается напряжение до 100 киловольт и более. Напряжение регулируется ступенеобразно и отличается большой стабильностью – за 1–3 минуты оно изменяется не более чем на 1–2 миллионные доли от исходного значения.
Выходя из электронной «пушки», пучок электронов с помощью конденсорной линзы направляется на объект, рассеивается на нем и фокусируется объектной линзой, которая создает промежуточное изображение объекта. Проекционная линза вновь собирает электроны и создает второе, еще более увеличенное изображение на люминесцентном экране. На нем под действием ударяющихся в него электронов возникает светящаяся картина объекта. Если поместить под экраном фотопластинку, то можно сфотографировать это изображение.
Отличное определение
Неполное определение ↓