Из чего состоит микроскоп. Как работает микроскоп: принцип действия, устройство и виды — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как устроен микроскоп и из каких частей он состоит. Какие бывают типы микроскопов и чем они отличаются. Для чего нужны микроскопы в науке и медицине. Кто и когда изобрел первый микроскоп.

Содержание

Зачем нужны микроскопы

Микроскопы позволяют нам увидеть объекты и структуры, которые невозможно разглядеть невооруженным глазом. Они открывают перед нами удивительный микромир, состоящий из клеток, бактерий, вирусов и других мельчайших частиц. Без микроскопов было бы невозможно:

Изучать строение клеток и тканей живых организмов
Исследовать микроорганизмы и их влияние на человека
Анализировать структуру материалов на микроуровне
Проводить диагностику многих заболеваний
Делать открытия в биологии, медицине, материаловедении и других науках

Микроскопы значительно расширили наши познания об окружающем мире и продолжают играть ключевую роль в научных исследованиях.

Принцип работы оптического микроскопа

Как же микроскоп позволяет увидеть невидимое? Принцип его работы основан на использовании системы линз, которые многократно увеличивают изображение объекта. Рассмотрим основные этапы:

Свет падает на исследуемый образец
Лучи света, отраженные от образца, проходят через объектив — систему линз, дающую первичное увеличение
Увеличенное изображение формируется в фокальной плоскости окуляра
Окуляр еще раз увеличивает это изображение
Конечное сильно увеличенное изображение видит наблюдатель

Общее увеличение микроскопа равно произведению увеличений объектива и окуляра. Современные оптические микроскопы способны увеличивать объекты до 2000 раз.

Из каких частей состоит микроскоп

Основными частями оптического микроскопа являются:

Штатив — основание и стойка микроскопа
Предметный столик для размещения образца
Тубус — корпус, в котором располагается оптическая система

Револьвер с набором объективов
Окуляр
Конденсор для фокусировки света на образце
Осветительная система
Макро- и микровинты для фокусировки

Каждый элемент микроскопа играет важную роль в формировании четкого и контрастного изображения исследуемого объекта.

Виды микроскопов и их особенности

Существует несколько основных типов микроскопов, которые различаются по принципу работы и возможностям:

Оптические (световые) микроскопы

Используют видимый свет и систему оптических линз. Позволяют получать увеличение до 2000 раз. Самый распространенный тип микроскопов.

Электронные микроскопы

Вместо света используют пучок электронов. Дают гораздо большее увеличение — до 1 000 000 раз. Позволяют изучать ультраструктуру клеток и молекул.

Сканирующие зондовые микроскопы

Строят изображение объекта, сканируя его поверхность специальным зондом. Дают трехмерное изображение с атомарным разрешением.

Флуоресцентные микроскопы

Используют явление флуоресценции для получения контрастных изображений биологических объектов.

Каждый тип микроскопов имеет свои преимущества и применяется для решения определенных исследовательских задач.

История изобретения микроскопа

Кто же изобрел это удивительное устройство, позволившее человеку заглянуть в микромир? Вот основные вехи в истории микроскопа:

1590 год — голландские очковые мастера Ханс и Захариас Янссены создают первый составной микроскоп
1665 год — Роберт Гук с помощью усовершенствованного микроскопа открывает клеточное строение растений
1674 год — Антони ван Левенгук создает первый микроскоп с одной линзой, позволивший увидеть бактерии
XIX век — создание ахроматических объективов значительно улучшило качество изображения
1931 год — Эрнст Руска создает первый просвечивающий электронный микроскоп
1981 год — изобретен сканирующий туннельный микроскоп, позволивший «увидеть» отдельные атомы

Развитие микроскопии продолжается и сегодня, открывая ученым все новые возможности для исследований.

Применение микроскопов в науке и технике

Микроскопы нашли широкое применение во многих областях:

Биология и медицина — изучение клеток, тканей, микроорганизмов
Материаловедение — исследование структуры материалов
Нанотехнологии — работа с объектами нанометрового размера
Криминалистика — анализ улик и следов
Геология — изучение минералов и горных пород
Микроэлектроника — контроль качества микросхем

Трудно представить современную науку и промышленность без использования микроскопов различных типов.

Как выбрать микроскоп для дома или учебы

При выборе микроскопа для домашнего использования или обучения стоит обратить внимание на следующие характеристики:

Увеличение — для начинающих достаточно 40-400x

Качество оптики — лучше выбирать проверенные марки
Тип подсветки — светодиодная наиболее практична
Наличие цифровой камеры — позволяет сохранять изображения
Механическая прочность конструкции
Дополнительные аксессуары в комплекте

Важно также определиться с целями использования микроскопа и выбрать подходящую модель.

Cветовой микроскоп — часть, строение, изображение

Мир растенийМикроскопия Cветовой микроскоп

Микроскоп является прибором, позволяющим увеличивать изображение предмета (клетки растения) в сотни и тысячи раз. Микроскоп был изобретен в Голландии А.Левенгуком. Тогда же начали изготавливать микроскопы, увеличивающие предметы до 270 раз. Постепенно развивались технологии в оптике, вследствие чего появились более качественные линзы и более прочные удерживающие конструкции, благодаря чему получается точное изображение. В настоящее время производят оптические микроскопы, дающие тысячекратное увеличение при микроскопии. Уже в ХХ веке был сконструирован электронный цифровой микроскоп, увеличивающий предмет в сотни тысяч раз.

В школе на уроке биологии используют световой микроскоп. Строение светового микроскопа таково: окуляр (два увеличительных стекла, помещеные в оправу) и объектив (также состоит из увеличительных стекол в оправе), вставленные в прикрепленный к штативу тубус. Также к штативу крепится предметный столик с зеркалом под ним.

Главный принцип работы светового микроскопа состоит в том, что через прозрачный или полупрозрачный предмет (объект исследования), размещенный на предметном столике, проходят лучи света и попадают на систему линз объектива, которые увеличивают изображение. Эту же роль играют линзы окуляра, через которые исследователь изучает объект.

При работе с микроскопом следует соблюдать определенные правила. Микроскоп нужно повернуть штативом к себе, а отраженный от зеркала луч света должен попадать в отверстие предметного столика. Подготовленный препарат размещают на предметном столике и закрепляют зажимами. Посредством винта медленно опускают тубус так, чтобы объектив остановился на расстоянии 1-2 мм от предметного стекла. После этого следует плавно поднимать тубус, пока не станет видна четкая картина препарата. Таким образом, достичь четкого изображения предметов возможно с помощью регулирующих винтов, расположенных сбоку на корпусе микроскопа. Они изменяют расстояние от линз до объекта. В конструкции некоторых микроскопов вместо линз перемещают платформу предметного столика вместе с объектом.

В состав микроскопа входят три функциональных элемента: осветительная часть, воспроизводящая и визуализирующая. Осветительный элемент создает световой поток для освещения объекта исследования для того, чтобы возможно его было увеличить и рассмотреть. В осветительную часть входят источник света и оптико-механическая система. Предназначение воспроизводящей части микроскопа – воспроизведение изображения предмета в плоскости с необходимым качеством изображения и кратностью увеличения. Воспроизводящий элемент – это объектив и промежуточная оптическая система. Визуализирующий элемент необходим для получения изображения предмета на сетчатке глаза, фотопленке, экране и дополнительного увеличения. В визуализирующую часть входят монокулярная, бинокулярная и тринокулярная визуальная насадка с наблюдательной системой (окулярами), проекционные насадки, системы дополнительного увеличения, рисовальные аппараты, системы анализа и документирования изображений.

Наличие дополнительных систем зависит от типа микроскопа.

Микроскоп

Категория: Анатомия растений

Микроскоп представляет собой оптико-механический прибор, позволяющий получать сильно увеличенное изображение рассматриваемого предмета, размеры которого лежат далеко за пределами разрешающей способности невооруженного глаза. Человек с нормальным зрением различает две точки как две или две линии как две, а не одну, лишь в том случае, если расстояние между ними не менее 0,1 мм, т. е. 100 мкм. Таким образом, разрешающая способность глаза невелика. При работе с лучшими оптическими приборами расстояние между двумя точками или линиями, на котором они не кажутся слившимися, сокращается до десятых долей микрометра. Иными словами, разрешающая способность световых микроскопов в 300—400 раз выше разрешающей способности невооруженного глаза.

Полезное увеличение современных оптических микроскопов достигает 1400 раз, выявляя при этом мельчайшие детали строения изучаемого объекта.

Пользуясь различными методами (например, проекцией на экран), можно получить и значительно большие увеличения — в десятки тысяч раз, но никаких новых подробностей при этом наблюдать не удается. Наоборот, многие мелкие детали утрачивают четкость. Это так называемое бесполезное увеличение.

В микроскопе (рис. 1) различают оптическую и механическую системы.

Оптическая система состоит из трех частей: осветительного аппарата, объектива и окуляра. Между объективом и окуляром расположена труба, или тубус. Все эти части строго центрированы и вмонтированы в штатив, представляющий собой механическую систему микроскопа. Штатив состоит из массивного основания, имеющего у большинства микроскопов подковообразную форму, предметного столика, дуги, или тубусодержателя, и подающих механизмов, передвигающих тубус в вертикальном направлении.

Осветительный аппарат представлен конденсором с ирисовой диафрагмой и зеркалом. Конденсор располагается в кольце под столиком микроскопа. Он состоит из двух или трех линз, вставленных в цилиндрическую оправу. Конденсор служит для наилучшего освещения изучаемого препарата. Фронтальная линза конденсора может быть установлена вровень со столиком микроскопа или несколько ниже его.

В нижней части конденсора находится ирисовая диафрагма. Она представляет собой систему многочисленных тонких пластинок («лепестков»), подвижно укрепленных в круглой оправе. С помощью небольшого рычажка можно изменять размеры отверстия диафрагмы, которое всегда сохраняет центральное положение. Этим регулируется диаметр пучка света, идущего от зеркала в конденсор. Под диафрагмой укреплено кольцо, в которое вставляется светофильтр обычно из матового стекла.

Под конденсором находится подвижно соединенная со штативом микроскопа вилка с зеркалом, одна сторона которого плоская, другая— вогнутая. Назначение зеркала— направлять лучи от источника света в конденсор. Это достигается сочетанием движений зеркала и вилки, которые можно вращать во взаимно перпендикулярных направлениях.

Пройдя через конденсор и преломившись в его линзах, лучи, идущие от источника света, освещают препалежащий на столике микроскопа, проходят сквозь пего и далее в виде расходящегося пучка входят в объектив.

Рис. 1. Рабочий биологический микроскоп МБР-1: 1 — основание, 2 — коробка с микромеханизмом, 3 — тубусодержатель, 4 — предметный столик с клеммами, 5 — конденсор с диафрагмой, 6 — зеркало, 7 — револьвер с объективами, 8 — труба (тубус) с окуляром, 9 — винт грубой наводки (макрометренный), 10 — винт точной фокусировки (микро-метренный)

Частично закрывая нижнюю линзу конденсора, диафрагма задерживает боковые лучи, благодаря чему получается более резкое изображение объекта.

Плоская сторона зеркала употребляется при работе с объективами с большими увеличениями (60Х, 90Х), которые дают малые поля зрения и всегда требуют применения конденсора. Вогнутой стороной зеркала пользуются в тех случаях, когда работают с объективами, имеющими увеличения 8Х, 10Х, 20Х, 40Х.

Объектив представляет собой наиболее важную часть оптической системы. Он состоит из нескольких линз, вправленных в металлическую гильзу. Объективы с большими увеличениями включают 8—10 линз и более. Объектив дает изображение объекта с обратным расположением частей. При этом он выявляет («разрешает») структуры, недоступные невооруженному глазу, с большими или меньшими подробностями в зависимости от качества объектива. Изображение строится объективом в плоскости диафрагмы окуляра, расположенного в верхней части трубы (тубуса) микроскопа. Оптические свойства объектива зависят от его устройства и качества линз.

Наиболее сильные объективы дают на практических занятиях

Большое значение при работе с микроскопом имеет рабочее расстояние объектива, т. е. расстояние от нижней (фронтальной) линзы объектива до объекта (до верхней поверхности предметного стекла). У объективов с 8-кратным увеличением это расстояние равно 9,2 мм; с 40-кратным — 0,6 мм. Поэтому желательно пользоваться покровными стеклами, толщина которых меньше рабочего расстояния. Нормальная толщина покровного стекла 0,17—0,18 мм.

Окуляр построен значительно проще объектива. Некоторые окуляры состоят лишь из двух линз и диафрагмы, вставленных в цилиндрическую оправу. Верхняя (окулярная) линза служит для наблюдения, нижняя («коллектив») играет вспомогательную роль, фокусируя изображение, построенное объективом. Диафрагма окуляра определяет границы поля зрения.

Труба, или тубус, представляет собой полый цилиндр. На ее нижнем конце укреплен так называемый револьвер — вращающийся диск с гнездами, имеющими нарезку для ввинчивания объективов. Ход винтовой нарезки гнезд револьвера и объективов стандартизован, поэтому объективы подходят к микроскопам разных моделей.

Микроскоп сконструирован так, что препарат располагается между главным фокусом объектива и его двойным фокусным расстоянием. В трубе микроскопа, в плоскости диафрагмы окуляра, находящейся между главным фокусом и оптическим центром верхней линзы окуляра, объектив строит действительное увеличенное обратное изображение предмета. Действуя как лупа, верхняя линза или система линз окуляра дает мнимое прямое увеличенное изображение. Таким образом, изображение, которое получается с помощью микроскопа, оказывается дважды увеличенным и обратным по отношению к изучаемому предмету (рис. 2). Общее увеличение микроскопа при нормальной (160 мм) длине трубы равно увеличению объектива, умноженному на увеличение окуляра.

То что наблюдатель имеет дело с мнимым, а не действительным изображением, существенного значения не имеет. Это изображение можно не только видеть, но также измерить, зарисовать и сфотографировать. Некоторое неудобство возникает из-за того, что изображение обратное, а не прямое. Поэтому, если нужно рассмотреть левую часть лежащего под микроскопом препарата, его приходится передвигать вправо, и наоборот.

Круглый или квадратный предметный столик имеет в центре отверстие, в которое входит верхняя часть конденсора. У микроскопа МБР-1 круглый столик состоит из двух частей: нижней, неподвижно соединенной с основанием, и верхней, которую можно передвигать на ограниченное расстояние вперед, назад, вправо и влево. Для этого служат два винта, расположенные по бокам столика. С их помощью можно центрировать столик по отношению к оптическим системам и слегка передвигать препарат, что важно при работе с большими увеличениями.

Препарат закрепляют двумя пружинящими клеммами, вставленными в отверстия столика. У некоторых соременных микроскопов, предназначенных для тонких сследований, столики снабжены препаратоводителями. микроскопов, служащих для учебных целей, их нет.

Рис. 2. Схема хода лучей в микроскопе: О — объект, О1 — объектив, О2 — окуляр, F — главный фокус объектива, Fi — главный фокус окуляра, F1 — обратное действительное изображение объекта, О’ — прямое мнимое изображение, образуемое окуляром

Дуга, или тубусодержатель, подвижно соединена со штативом. С помощью подающих механизмов ее можно передвигать по вертикали для наведения на фокус. У большинства современных микроскопов эти механизмы (винты) укреплены в основании штатива.

У микроскопов с вертикальной трубой дуга сочленена с основанием при помощи шарнира, позволяющего ставить трубу в наклонное положение. У таких микроскопов предметный столик соединен с дугой и меняет положение при наклоне трубы. Подающие механизмы в этих моделях (М-9, М-10) размещены в верхней части дуги. У моделей МБР-1, МБИ-3, МБИ-4 столик неподвижно соединен с основанием микроскопа (см. рис. 1), труба установлена под некоторым углом по отношению к столику; в нижней части трубы имеется призменное устройство, меняющее ход лучей, идущих от объектива.

Грубая фокусировка осуществляется с помощью мак-рометренного винта (кремальеры), состоящего из вращаемого зубчатого колеса, входящего в пазы рейки с гребенчатой нарезкой. У микроскопа М-10 эта рейка скреплена с трубой, поэтому труба может передвигаться в вертикальном направлении, а дуга остается неподвижной. У микроскопа МБР-1 зубчатая рейка кремальеры, соединенная с основанием микроскопа, неподвижна, а вращающаяся ось с зубчатой нарезкой, расположенная в нижней части дуги, передвигается вместе с дугой. Тонкая фокусировка осуществляется микрометренным винтом, который построен по принципу взаимодействующих шестерен разного диаметра, подобно имеющимся в часовом механизме. Это дает возможность опускать или поднимать трубу на расстояния, измеряемые микрометрами. На барабане микрометренного винта нанесены деления. Передвижение на одно деление соответствует подъему или опусканию трубы на 2 мкм. При полном обороте винта труба передвигается на 100 мкм.

Механизмы макрометренной и особенно микрометрен-ной подачи изготовляются очень точно и требуют осторожного обращения. Вращать винты следует плавно, без рывков и применения силы.

Работа с микроскопом
1. Работать с микроскопом следует всегда сидя. Высота табурета или стула должна быть такой, чтобы наблюдатель, сидя прямо, вплотную к столу, мог бы работать без напряжения.
2. С правой стороны от наблюдателя на свободном участке стола должны находиться необходимые инструменты (препаровальные иглы, бритва), предметные и покровные стекла, капельницы с реактивами, альбом для зарисовок.
3. Микроскоп устанавливают прямо перед собой и во время работы не сдвигают. Зеркало микроскопа должно быть направлено к источнику света.
4. Начиная работу, прежде всего нужно добиться равномерного освещения поля зрения. Для освещения можно использовать естественный рассеянный свет (не прямой солнечный) или искусственный— от электрической лампы, лучше молочной или матовой. Лучшее освещение дают специальные осветители (ОИ-7, ОИ-19, ОИ- 9М и др.).

Для правильного освещения следует:
а) установить фронтальную линзу конденсора на уровне столика микроскопа;
б) отодвинуть кольцо со светофильтром, находящееся под конденсором;
в) полностью открыть диафрагму;
г) установить объектив малого увеличения так, чтобы расстояние между ним и столиком микроскопа не превышало 1 см;
д) глядя в окуляр, движениями зеркала и вилки, в которой оно укреплено, направить свет так, чтобы прошедший через объектив расходящийся пучок лучей полностью и равномерно освещал поле зрения;
е) при работе с электрической лампой с прозрачным баллоном для равномерного освещения необходимо поставить на место матовый светофильтр.
5. Положить препарат на столик микроскопа и движением кремальеры установить трубу с объективом малого увеличения так, чтобы изображение объекта было хорошо видно. Смотреть в микроскоп рекомендуется левым глазом, не закрывая правый.
6. Прежде чем перейти к работе с большим увеличением, необходимо поставить объект или интересующую часть объекта в центр поля зрения, так как при большом увеличении размер поля зрения сильно сокращается. После этого следует сменить объектив. Для этого, не поднимая трубы, повертывают револьвер до тех пор, пока объектив большого увеличения не будет установлен строго вертикально относительно столика. О правильной установке объектива судят по легкому щелчку. После смены объектива в микроскопе обычно видно неясное изображение объекта. При отсутствии изображения осторожным движением кремальеры сначала нужно слегка поднять, а затем, если окажется необходимым, опустить тубус микроскопа. Появившееся неясное изображение фокусируют микрометренным винтом, который можно повертывать не более чем на V2 или 3/4 полного оборота. Резкость изображения регулируют с помощью диафрагмы.
7. По окончании работы микроскоп снова переводят на малое увеличение и только после этого снимают препарат с предметного столика.

Уход за микроскопом

При работе с микроскопом необходимо соблюдать следующие правила:
1. Переносить микроскоп с места хранения на рабочий стол нужно двумя руками: одной рукой берут микроскоп за изгиб дуги, а другой — поддерживают основание. Это особенно важно при работе с микроскопами, имеющими наклонный тубус (МБР-1, МБИ-3), у которых подающие механизмы расположены в нижней части штатива и передвигают трубу вместе с дугой.
2. В случае каких-либо затруднений при обращении с револьвером и другими частями микроскопа не следует применять силу. Необходимо выяснить причины этих затруднений и устранить их с помощью преподавателя или квалифицированного мастера.
3. Особенно тщательно нужно следить за чистотой оптической системы микроскопа (осветительного аппарата, объективов, окуляров), предохранять их от механических повреждений (ударов, царапин), соприкосновения с жидкостями, особенно химически активными (кислоты, щелочи, различные растворители), применяемыми в качестве реактивов и сред для приготовления препаратов.

Совершенно недопустимо протирание линз пальцами, бумагой и т. п., так как оптическое стекло можно легко поцарапать. Даже небольшие царапины сильно снижают качества микроскопа.

По окончании работы протирают линзы и столик поставив объектив малого увеличения, убирают микроскоп в футляр или шкаф. Микроскоп можно оставить и на столе, обязательно накрыв его чехлом.

Анатомия растений — Микроскоп

Как работает микроскоп?

Как работает микроскоп? — Объясните этот материал

Вы здесь: Домашняя страница > Наука > Микроскопы

Дом
индекс А-Я
Случайная статья
Хронология
Учебное пособие
О нас
Конфиденциальность и файлы cookie

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 10 мая 2022 г.

Растение на вашем подоконнике кипит жизнью, переворачиваясь солнечный свет в сахар в течение всего дня. Плесень медленно пожирает яблоки в вазе с фруктами. Ваша кровать кишит пылевыми клещами. воздух наполнен пыльцой…

Это поистине удивительная мысль: существуют миллионы вещей, происходящих вокруг нас все время, которые слишком мал для наших глаз, чтобы увидеть! Но не бойтесь, потому что у нас есть столь же удивительный способ обойти это. Мощные микроскопы сбрасываются новый свет на крохотных тинейджеров и сделать невидимое видимым. У них есть сыграли огромную роль в науке, уведя нас глубоко в миры мы стали думать о них как о «микроскопических». Так же, как масштаб телескопов нас, чтобы встретиться с планетами и звездами, поэтому микроскопы уменьшают нас в крошечный мир атомов и клеток. Давайте посмотри повнимательнее как они работают!

Фото: выглядит как обычный оптический микроскоп, но на самом деле это флуоресцентный микроскоп (Nikon Eclipse), предназначенный для получения высококонтрастных изображений. Как именно это работает, описано ниже. Фото Стивена Осмуса предоставлено Министерством сельского хозяйства США: Служба сельскохозяйственных исследований (USDA-ARS).

Содержание

Зачем нужны микроскопы?
Как работают микроскопы
Части микроскопа
Поляризационные микроскопы
Флуоресцентные микроскопы
Электронные микроскопы
Кто изобрел микроскопы?
Узнать больше

Зачем нужны микроскопы?

Фото: Ученый изучает листья на предмет следов клещей. Фото Скотта Бауэра предоставлено Министерство сельского хозяйства США: Служба сельскохозяйственных исследований (USDA-ARS).

Многие вещи невидимы, но это не значит, что их нет там. Радио- и телепередачи постоянно свистят в вашем головы от мощных передатчиков, но если у вас нет хитрая часть электронного оборудования в вашем распоряжении, а именно радио или телевидение установить — вы не сможете их понять. мы привыкли к мир — это совокупность вещей, которые мы можем видеть; что есть миры, на которые наши глаза не настроены, являются одновременно физическими Проблема и философская загадка.

Представьте, если бы ваши глаза были такими же мощными, как микроскопы, и вы могли бы видеть, как все микробы ползают по вашим рукам. Ваш мозг был бы так занят ошеломлением, что вы не сможете сосредоточиться на большем вещи в более значимом масштабе. Через миллионы лет эволюции наши глаза и мозг запрограммированы беспокоиться о вещи, которые имеют наибольшее значение — вещи в том же масштабе, что и наши тела. У нас просто нет ни времени, ни мозговых способностей, чтобы беспокоиться абсолютно обо всем, что происходит. Если бы ты был постоянно глядя на жучков на пальцах, можно было запросто получить так отвлекся, что прошёл бы прямо под автобусом! Не понимаю? Скажем так. Чем меньше вещи, на которые вы смотрите, чем больше можно увидеть, тем больше информации есть для обработки, и тем дольше это занимает. Если бы вы могли видеть микроскопически в течение всего дня, вам пришлось бы реагировать гораздо медленнее к окружающему миру — и это дополнительное время реакции будет угрожать вашей жизни.

Вот что значит невидимый: наши тела тонко настроены на повседневная жизнь в человеческом масштабе, эффективно спроектированная так, чтобы игнорировать все остальное.

Когда-то мы игнорировали вещи, которых не видели. Но благодаря современной науке мы знаем, что на микроскопический масштаб, который может помочь нам жить более эффективно. Ученым известно с XVII века, что внутренности живых существ состоят из крошечных функционирующих фабрик называемые клетки; понимание того, как они работают, помогает нам бороться с болезнью и болезни. Совсем недавно, в 20 веке, ученые выяснил, как материалы состоят из атомов и как сами атомы построены из более мелких «субатомных» частиц; понимание атомная структура проложила путь для всевозможных удивительных изобретений, от электронных транзисторов до ядерной энергетики.

Рекламные ссылки

Как работают микроскопы

Фото: Большинство микроскопов имеют несколько разных линз объектива, которые вращаются на колесике с накаткой, обеспечивая разную степень увеличения. Идя справа налево, линзы, которые вы видите здесь, увеличивают в двадцать раз (20x), в сорок раз (40x) и в сто раз (100x). Фото Стивена Осмуса любезно предоставлено Министерство сельского хозяйства США: Служба сельскохозяйственных исследований (USDA-ARS).

Микроскопы фактически представляют собой просто трубы с линзами, изогнутые кусочки стекла, которые искривляют (или преломляют) световые лучи, проходящие через них. Самый простой микроскоп — это увеличительное стекло, состоящее из одной выпуклой линзы, которая обычно увеличивается примерно в 5-10 раз. Микроскопы, используемые дома, в школах и профессиональных лабораториях, на самом деле являются составными микроскопами и используют как минимум две линзы для получения увеличенного изображения. Над объектом находится линза (называемая линзой объектива) и другая линза рядом с вашим глазом (называемая окуляром или окулярной линзой). Каждая из них может фактически состоять из ряда различных линз. Большинство составных микроскопов могут увеличивать в 10, 20, 40 или 100 раз, хотя профессиональные могут увеличить в 1000 раз и более. Для большего увеличения, чем это, ученые обычно используют электронные микроскопы.

Фото: Обычные микроскопы «питаются» светом. Когда свет падает на образец внизу, он проходит прямо или отражается от поверхности, проходя через линзы в окуляр. Микроскопы, в которых используется свет, называются оптическими микроскопами, чтобы отличать их от электронных микроскопов, в которых вместо света для наблюдения используются электроны. Фото Пегги Греб предоставлено Министерством сельского хозяйства США: Служба сельскохозяйственных исследований (USDA-ARS).

Так что же на самом деле делает микроскоп? Представьте себе муху, сидящую на столе перед вами. Большой, толстый, сложный глаз на передней части его головы имеет всего несколько миллиметров в поперечнике, но состоит он примерно из 6000 крошечных сегментов, каждый из которых представляет собой крошечный функционирующий глаз в миниатюре. К увидеть глаза мухи в деталях, наши собственные глаза должны были бы иметь возможность обрабатывать детали, которые представляют собой миллиметры, разделенные на тысячи — миллионные доли метр (или микроны, как их обычно называют). Ваши глаза могут быть хорошими, но они не так хороши. Чтобы хорошо изучить глаз мухи, вам нужно нужно, чтобы он был, может быть, 10–100 см (4–40 дюймов) в поперечнике: такой размер это было бы в хорошей большой фотографии. это работа микроскоп делает. Используя очень точно изготовленные стеклянные линзы, мельчайшие световые лучи, исходящие от чего-то крошечного (например, глаза мухи) и распространяющиеся их друг от друга, так что они, кажется, идут от гораздо большего объекта.

Части микроскопа

Составной микроскоп использует две или более линзы для получения увеличенного изображения объекта, известного как образец, помещенного на предметное стекло (кусок стекла) в основании.

Микроскоп надежно закреплен на подставке на столе.
Дневной свет из комнаты (или от яркой лампы) падает вниз.
Световые лучи падают на наклонное зеркало и меняют направление, направляясь прямо к образцу. Зеркало поворачивается. Вы можете настроить его, чтобы захватить больше света и изменить яркость изображения, которое вы видите.
Лучи света проходят через отверстие в регулируемой горизонтальной платформе, называемой сценой.
Столик перемещается вверх и вниз при вращении колесика сбоку микроскопа. Поднимая и опуская столик, вы перемещаете линзы ближе или дальше от объекта, который вы исследуете, регулируя фокус изображения, которое вы видите.
Чтобы рассмотреть что-то под микроскопом (например, лист растения), вы готовите его образец. Образец должен быть очень тонким срезом, чтобы световые лучи проходили сквозь него.
Вы помещаете образец на предметное стекло с покровным стеклом сверху, чтобы зафиксировать его на месте.
Затвор удерживается на месте двумя металлическими зажимами, по одному с каждой стороны.
Свет, идущий вверх от зеркала, проходит через предметное стекло, образец и покровное стекло к объективу (ближайшему к объекту). Это дает первое увеличение: оно работает, распространяя световые лучи от образца, так что кажется, что они исходят от более крупного объекта. «Линза» объектива обычно состоит из более чем одной линзы.
Для большего или меньшего увеличения образца можно использовать другие объективы.
Колесо с накатанной головкой позволяет легко установить другие линзы на место.
Линза окуляра (ближайшая к глазу) увеличивает изображение от линзы объектива, как увеличительное стекло.
На некоторых микроскопах окуляр можно перемещать вверх и вниз, поворачивая колесико. Это дает вам точный контроль или «тонкую настройку» фокуса.
Вы смотрите на увеличенное изображение объекта.

Произведение: Классический оптический микроскоп конца 19 века. Из патента США 328 277: Микроскоп Эдварда Бауша, выданного 13 октября 1885 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Это теория; вот как это выглядит на практике. Это схема классического микроскопа Бауша 1885 года, и сразу видно, что за последнее столетие мало что изменилось. Я раскрасил основные части и упростил нумерацию, чтобы их было легче понять. Вкратце имеем:

Основание из тяжелого металла обеспечивает низкий центр тяжести микроскопа, что снижает вероятность его опрокидывания. Остальная часть микроскопа изготовлена из легкого листового металла, чтобы снизить стоимость и вес.
Шарнир позволяет основной оптической трубе поворачиваться вверх и вниз.
В механизме фокусировки этого прицела используется зубчатая рейка, позволяющая приблизить или отдалить линзы от объекта, за которым вы наблюдаете.
Окуляр (оранжевый) и линза окуляра (желтая).
Полевая линза (желтая) обеспечивает попадание большего количества света от объекта в окуляр.
Основная трубка формирования изображения изготовлена из штампованного листового металла.
Линза объектива.
Предметный столик и предметное стекло.
В предметный столик входит диафрагма (диафрагма) для регулирования количества проходящего света.
Одно или несколько зеркал для улавливания и отражения света через слайд.

Поляризационные микроскопы

Как мы только что видели, простой оптический микроскоп использует одну или несколько линз для отклонения света, отражающегося (или проходящего) через Образец, так обманывая наш мозг, заставляя думать, что то, на что мы смотрим, больше, чем оно есть на самом деле. Но есть и другие виды оптических микроскопов, которые работают иначе.

Обычный свет состоит из волн, которые вибрируют во всех направлениях. Если мы пропустим свет вот так через сетку фильтр, поэтому волны могут вибрировать только в одном направлении (в плоскости), то, что мы получаем, называется поляризованный свет (или, иногда, плоскополяризованный свет). Если светить поляризованным светом через обычный кусок стекла, он изгибается обычным образом. через процесс преломления (или преломления, как это когда-то было известно). Мы можем сравнить величину, на которую свет преломляется в разных материалах, используя измерение, называемое показателем преломления. (Преломление объяснено более подробно в нашей основной статье о свете.)

Все идет нормально. Но другие твердые материалы, включая лед, карбонат кальция, кварц, пластмассы (например, целлофан), напряженные пластмассы и различные другие кристаллы изменяют свет по-разному, когда он проходит через них в разных направлениях. Если вы пропускаете свет через эти материалы, происходит нечто гораздо более интересное: он разделяется на две отдельные волны, которые изгибаются в разной степени. Другими словами, в отличие от стекла (которое имеет один показатель преломления), эти материалы имеют два показателя преломления; поэтому этот эффект называется двулучепреломление (фактически двойное лучепреломление). Если вы соберете две волны, исходящие из двулучепреломляющего кристалла, и пропустите их через другой поляризационный фильтр, называемый анализатором, который установлен под прямым углом к первому поляризационному фильтру, они рекомбинируют, интерферируют друг с другом и создают цветные узоры, которые изменяться при вращении образца.

Фото: Фотоупругость означает использование поляризованного света для изучения структуры напряжения в материале. В этом примере я создаю поляризованный свет, используя обычный ноутбук с ЖК-дисплеем. экран, пропуская его через пластиковый футляр для компакт-диска и просматривая результат через поляризационные солнцезащитные очки. Поляризационные микроскопы работают примерно так же.

Поляризационные микроскопы основаны на этой идее: они очень похожи на обычные оптические микроскопы, но с поляризационными фильтрами, установленными над и под образцом. Мы можем использовать их для изучения двойного лучепреломления и других свойств материалов, которые могут помочь нам идентифицировать минералы или выяснить важные вещи об их внутренней структуре. Поляризационные микроскопы находят полезное применение в:

Геологии — например, при изучении минеральных компонентов определенной породы.
Кристаллография — для идентификации кристаллов во всем, от от криминалистики до консервации произведений искусства.
Материаловедение — например, изучение нагрузки на определенные механические компоненты. используя фотоупругость.
Медицина, включая анализ мочи (диагностика медицинских проблем по веществам, содержащимся в чья-то моча).

Фото: Антиквариат Поляризационный микроскоп Начета, основанный на конструкции, изобретенной в 1833 году. В этом, датируемом 1880 годом, используются две светополяризующие (Николя) призмы, одна под предметным столиком, а другая в окуляре. Фото предоставлено цифровыми коллекциями Национального института стандартов и технологий, Гейтерсбург, Мэриленд, 2089. 9.

Флуоресцентные микроскопы

Чтобы увидеть вещи под микроскопом, нужно не просто заставить их выглядеть больше ; много В большинстве случаев проблема заключается в том, чтобы выделить вещи настолько, чтобы мы могли их вообще увидеть. В других Другими словами, это вопрос улучшения контраста в изображении.

Фото: Повышение контраста позволяет легче рассмотреть объект на его фоне и определить, что это такое, по его ключевым признакам («специфике»).

Оптическая микроскопия использует все виды приемы — химические и физические — для достижения этой цели. Если вы когда-либо пользовались простым микроскопом в школе, например, вы, вероятно, использовали химические красители, такие как йод, который превращает углеводы в темно-коричневый или черный цвет, или метиленовый синий (C16h28N3ClS), который показывает форму бактерий, окрашивая кислоты внутри них в глубокий синий цвет. Как мы видели выше, поляризационные микроскопы достигают цветового контраста с помощью поляризованные световые волны. И есть еще один очень популярный метод улучшения контраста в микроскопии, основанный на на флуоресценции — химический трюк, проделываемый такими существами, как светлячки.

Фото: Глядя на высококонтрастное изображение гусеницы индийской мучной моли с помощью флуоресцентного микроскопа. Флуоресценция образца улавливается датчиком изображения и отображается на экране компьютера. Фото Грега Аллена предоставлено Министерством сельского хозяйства США: Служба сельскохозяйственных исследований (USDA-ARS).

Во флуоресцентном микроскопе (таком, как на верхнем рисунке) мы окрашиваем образец флуоресцентным красителем, и бомбардировать его светом определенной длины волны (обычно от ртутной лампы). Это заставляет краситель излучать свет с другой (более длинной и красной) длиной волны в процессе флуоресценции, что создает высококонтрастное изображение. изображение, на которое мы можем смотреть через обычные объективы (используя специальные фильтры) или записывать с помощью камеры (или светочувствительного датчика изображения).

Флуоресцентные микроскопы очень широко используются, потому что они имеют большую контрастность и чувствительность, чем обычные. прицелы, и они помогают выделить уникальные, функциональные фрагменты в микроскопическом образцы, облегчающие идентификацию вещей (технически это называется большей «специфичностью»).

Работа: Как работает флуоресцентный микроскоп. Свет от ртутной дуговой лампы (1) проходит через фильтр (2), который выделяет конкретная длина волны, которую мы хотим возбудить в нашем образце. Луч попадает на дихроичное зеркало (3), которое отражает определенные длины волн и позволяет через другие, и отскакивает на наш образец внизу (4). Образец флуоресцирует и испускает более красный луч света (5), который проходит обратно через дихроичное зеркало (6) и фильтр в наш окуляр или датчик изображения (7).