Uurimistöö "mis on mikroskoop". Mikroskoopide tüübid: kirjeldus, põhiomadused, eesmärk

Tõenäoliselt oli igaühel meist vähemalt korra elus võimalus töötada sellise seadmega nagu mikroskoop - mõnel koolis bioloogiatunnis ja mõnel võib-olla oma elukutse tõttu. Mikroskoobi abil saame vaadelda kõige väiksemaid elusorganisme, osakesi. Mikroskoop on üsna keeruline instrument ja lisaks on sellel pikk ajalugu, mida on kasulik teada. Vaatame, mis on mikroskoop?

Definitsioon

Sõna "mikroskoop" pärineb kahest Kreeka sõnad"mikro" - "väike", "skopeo" - "vaata". See tähendab, et selle seadme eesmärk on uurida väikeseid objekte. Täpsemalt on mikroskoop optiline instrument (ühe või mitme läätsega), mida kasutatakse mõne palja silmaga mittenähtava objekti suurendatud kujutiste saamiseks.

Näiteks tänapäeva koolides kasutatavad mikroskoobid on võimelised suurendama 300-600 korda, mis on nägemiseks täiesti piisav. elav rakküksikasjalikult - näete raku enda seinu, vakuooli, selle tuuma jne. Kuid kõige selle jaoks läbis ta üsna pika avastuste ja isegi pettumuste tee.

Mikroskoobi avastamise ajalugu

Mikroskoobi avastamise täpset aega pole veel kindlaks tehtud, kuna esimesed seadmed väikeste objektide vaatlemiseks leidsid erinevatel ajastutel arheoloogid. Nad nägid välja nagu tavaline suurendusklaas, see tähendab, et see oli kaksikkumer objektiiv, mis suurendas pilti mitu korda. Täpsustan, et päris esimesed objektiivid ei olnud klaasist, vaid mingist läbipaistvast kivist, nii et pildikvaliteedist pole vaja rääkidagi.

Seejärel leiutati juba kahest läätsest koosnevad mikroskoobid. Esimene lääts on lääts, see adresseeris uuritavat objekti ja teine ​​lääts on okulaar, mille kaudu vaatleja vaatas. Kuid objektide kujutis oli tugevate sfääriliste ja kromaatiliste kõrvalekallete tõttu endiselt tugevalt moonutatud - valgus murdus ebaühtlaselt ja seetõttu oli pilt hägune ja värviline. Aga siiski, ka siis oli mikroskoobi suurendus mitusada korda, mis on päris palju.

Läätsede süsteem mikroskoopides oli märkimisväärselt keerukas alles 19. sajandi alguses, tänu füüsikute nagu Amici, Fraunhofer jt tööle.Läätsede disainis kasutati juba kompleksset süsteemi, mis koosnes koonduvatest ja lahknevatest läätsedest. Pealegi olid need objektiivid erinevad tüübid prillid, mis kompenseerivad üksteise puudujääke.

Hollandist pärit teadlase Leeuwenhoeki mikroskoobis oli juba objektitabel, kuhu olid lisatud kõik uuritavad objektid, lisaks oli ka kruvi, mis võimaldas seda lauda sujuvalt liigutada. Seejärel lisati peegel - objektide paremaks valgustamiseks.

Mikroskoobi struktuur

On lihtsaid ja liitmikroskoope. Lihtne mikroskoop on ühe läätse süsteem, nagu tavaline suurendusklaas. Keeruline mikroskoop seevastu ühendab kaks lihtsat läätse.

Liitmikroskoop annab vastavalt suurema suurenduse ja lisaks on sellel suurem eraldusvõime. Just selle võime (lahendamise) olemasolu võimaldab eristada proovide detaile. Suurendatud pilt, kus detaile ei ole võimalik eristada, annab meile kasulikku teavet.

Liitmikroskoopidel on kaheastmelised ahelad. Üks läätsesüsteem (objektiiv) tuuakse objektile lähedale – see omakorda loob objektist lahendatud ja suurendatud kujutise. Seejärel suurendatakse pilti juba teise läätsesüsteemiga (okulaariga), see asetatakse otse, vaatleja silmale lähemale. Need 2 läätsesüsteemi asuvad mikroskoobi toru vastasotstes.

Kaasaegsed mikroskoobid

Kaasaegsed mikroskoobid võivad anda kolossaalse suurenduse - kuni 1500-2000 korda, samas kui pildikvaliteet on suurepärane. Üsna populaarsed on ka binokulaarsed mikroskoobid, kus ühest objektiivist saadud pilt jagatakse kaheks, samal ajal kui seda saab vaadata kahe silmaga korraga (kahe okulaariga). See võimaldab veelgi paremini eristada visuaalselt väikseid detaile. Selliseid mikroskoope kasutatakse tavaliselt erinevates laborites (ka meditsiinilistes) teadusuuringuteks.

Elektronmikroskoobid

Elektronmikroskoobid aitavad meil "näha" üksikute aatomite pilte. Tõsi, sõna “kaaluma” kasutatakse siin suhteliselt, kuna me ei vaata otse silmadega - objekti kujutis ilmub arvuti poolt vastuvõetud andmete kõige keerukama töötlemise tulemusena. Mikroskoobi (elektroonilise) seade põhineb füüsikalistel põhimõtetel, aga ka kõige peenema nõelaga objektide pindade “tunnetamise” meetodil, mille ots on vaid 1 aatomi paksune.

USB mikroskoobid

Praegu on digitehnoloogiate arendamise käigus igal inimesel võimalik osta oma kaamerale objektiivikinnitus mobiiltelefon ja pildistada mis tahes mikroskoopilisi objekte. Samuti on olemas väga võimsad USB-mikroskoobid, mis koduarvutiga ühendatuna võimaldavad tekkivat pilti monitorilt vaadata. Enamus digikaamerad võimeline pildistama makrorežiimis, selle abil saate pildistada kõige väiksemaid objekte. Ja kui asetate kaamera objektiivi ette väikese koonduva objektiivi, saate hõlpsalt kuni 500-kordse foto suurenduse.

Tänapäeval aitavad uued tehnoloogiad näha seda, mis oli sada aastat tagasi sõna otseses mõttes kättesaamatu. Mikroskoobi osi on selle ajaloo jooksul pidevalt täiustatud ja nüüd näeme mikroskoopi juba valmis kujul. kuigi, teaduse progress ei seisa paigal ja lähitulevikus ilmuvad ehk veelgi arenenumad mikroskoopide mudelid.

Kasutatakse vaatlemisel suurte suurenduste saamiseks väikesed esemed. Mikroskoobis oleva objekti suurendatud kujutis saadakse optilise süsteemi abil, mis koosneb kahest lühifookusega läätsest - objektiivist ja okulaarist. Objektiiv annab objektist tõelise ümberpööratud suurendatud kujutise. Seda vahepilti vaatab silm läbi okulaari, mille töö on sarnane suurendusklaasi omaga. Okulaar on paigutatud nii, et vahepilt on oma fookustasandil, sel juhul levivad kiired objekti igast punktist okulaari järel paralleelses kiirtes. Seade, mis on mõeldud suurendatud kujutiste saamiseks, samuti palja silmaga nähtamatute või halvasti nähtavate objektide või struktuuridetailide mõõtmiseks, mida kasutatakse vaatlusaluste objektide paljundamiseks. Nende instrumentide abil määratakse väikseimate osakeste suurused, kuju ja struktuur. Mikroskoop– asendamatu optiline varustus sellistes tegevusvaldkondades nagu meditsiin, bioloogia, botaanika, elektroonika ja geoloogia, kuna uuringute tulemused põhinevad teaduslikud avastused tehakse õige diagnoos ja töötatakse välja uued ravimid.

Esimene mikroskoop, mille inimkond leiutas, olid optilised ning esimest leiutajat pole nii lihtne välja tuua ja nimetada. Varaseimad andmed mikroskoobi kohta pärinevad 1590. aastast. Veidi hiljem, 1624. aastal, esitleb Galileo Galilei oma komposiiti mikroskoop, millele ta algselt pani nimeks "occhiolino". Aasta hiljem pakkus selle termini välja tema akadeemia sõber Giovanni Faber mikroskoop.

Mikroskoopide tüübid

Sõltuvalt vaadeldavate aine mikroosakeste nõutavast eraldusvõimest jaotatakse mikroskoobid järgmisteks osadeks:

Inimese silm on loomulik optiline süsteem, mida iseloomustab teatud eraldusvõime, st väikseim kaugus vaadeldava objekti elementide vahel (tajutakse punktide või joontena), mille juures need võivad siiski üksteisest erineda. Tavalisele silmale objektist eemaldumisel nn. parim nägemiskaugus (D = 250 mm), keskmine normaalne eraldusvõime on 0,176 mm. Mikroorganismide, enamiku taime- ja loomarakkude, väikeste kristallide, metallide ja sulamite mikrostruktuuri detailid jne suurused on sellest väärtusest palju väiksemad. Kuni 20. sajandi keskpaigani töötasid nad ainult nähtava optilise kiirgusega, vahemikus 400-700 nm, aga ka peaaegu ultraviolettkiirgusega (luminestsentsmikroskoobiga). optiline mikroskoop ei suutnud anda eraldusvõimet, mis on väiksem kui pool lainepikkust võrdluskiirgusest (lainepikkuste vahemik 0,2–0,7 mikronit ehk 200–700 nm). Sellel viisil, optiline mikroskoop on võimeline eristama struktuure, mille punktide vaheline kaugus on kuni ~ 0, 20 μm; seetõttu oli maksimaalne saavutatav suurendus ~ 2000x.

võimaldab saada objektist 2 pilti väikese nurga all vaadatuna, mis tagab mahutaju, see on kõnealuste objektide mitmekordseks suurendamiseks mõeldud optiline seade, millel on spetsiaalne binokulaarne kinnitus, mis võimaldab uurida objekti mõlemaga silmad. See on selle mugavus ja eelis võrreldes tavaliste mikroskoopidega. Sellepärast binokulaarne mikroskoop kasutatakse kõige sagedamini professionaalsetes laborites, meditsiiniasutustes ja kõrgkoolides. Selle seadme muud eelised hõlmavad kõrge kvaliteet ja pildi kontrastsus, jäme- ja peenreguleerimismehhanismid. Binokulaarne mikroskoop töötab samal põhimõttel nagu tavalised monokulaarsed: uuritav objekt asetatakse objektiivi alla, kuhu suunatakse kunstlik valgusvoog. kasutatakse biokeemiliste, patoloogiliste, tsütoloogiliste, hematoloogiliste, uroloogiliste, dermatoloogiliste, bioloogiliste ja üldised kliinilised uuringud. Üldine tõus(objektiiv * okulaar) on binokulaarse kinnitusega optiliste mikroskoopide puhul tavaliselt suurem kui vastavatel monokulaarsetel mikroskoopidel.

stereomikroskoop, nagu muud tüüpi optilised mikroskoobid, võimaldavad töötada nii läbiva kui ka peegeldunud valguse käes. Tavaliselt on neil vahetatavad binokulaarsed okulaarid ja üks fikseeritud lääts (on ka vahetatavate läätsedega mudeleid). Enamus stereomikroskoobid annab oluliselt väiksema suurenduse kui tänapäevane optiline mikroskoop, kuid on palju suurema fookuskaugusega, mis võimaldab arvestada suurte objektidega. Lisaks, erinevalt tavapärastest optilistest mikroskoopidest, mis annavad tavaliselt pöördkujutise, on optiline süsteem stereomikroskoop ei "pööra" pilti. See võimaldab neid laialdaselt kasutada mikroskoopiliste objektide käsitsi ettevalmistamiseks või mikromanipulaatorite abil. Binoklit kasutatakse kõige laialdasemalt tahkete läbipaistmatute kehade, näiteks kivimite, metallide ja kudede pinna ebahomogeensuse uurimiseks; mikrokirurgias jne.

Metallograafiliste uuringute eripära seisneb vajaduses jälgida läbipaistmatute kehade pinna struktuuri. Sellepärast metallograafiline mikroskoop ehitatud peegeldunud valguse skeemi järgi, kus objektiivi küljele on paigaldatud spetsiaalne illuminaator. Prismade ja peeglite süsteem suunab valguse objektile, seejärel peegeldub valgus läbipaistmatult objektilt ja suunatakse tagasi objektiivi. moodne sirge metallograafiline mikroskoop iseloomustab suur vahemaa lava pinna ja objektiivide vahel ning lava suur vertikaalne käik, mis võimaldab töötada suurte näidistega. Maksimaalne kaugus võib ulatuda kümnetesse sentimeetritesse. Kuid tavaliselt kasutatakse materjaliteaduses pöördmikroskoopi, kuna sellel ei ole proovi suuruse piiranguid (ainult kaalu osas) ja see ei nõua proovi võrdlus- ja tööpinna paralleelsust (antud juhul on need langevad kokku).

Põhineb tööpõhimõttel polariseeriv mikroskoop on saada uuritavast objektist kujutis, kui seda kiiritatakse polariseeritud kiirtega, mis omakorda tuleb saada tavalisest valgusest spetsiaalse seadme – polarisaatori – abil. Sisuliselt muudab polariseeritud valgus ainet läbides või sellest peegeldudes valguse polarisatsioonitasapinda, mille tulemusena tuvastatakse see teisel polarisatsioonifiltril liigse tumenemisena. Või annavad nad spetsiifilisi reaktsioone, nagu rasvade kahekordne murdumine. mõeldud objektide vaatlemiseks, pildistamiseks ja videoprojekteerimiseks polariseeritud valguses, samuti fookussõeluuringu ja faasikontrastsuse meetodite uurimiseks. kasutatakse paljude nende omaduste ja nähtuste uurimiseks, mis on tavaliselt tavalise optilise mikroskoobi jaoks kättesaamatud. Varustatud lõpmatu optikaga ja professionaalse tarkvaraga.

Tööpõhimõte fluorestsentsmikroskoobid fluorestseeruva kiirguse omaduste põhjal. Mikroskoop kasutatakse läbipaistvate ja läbipaistmatute objektide uurimiseks. Luminestsentskiirgus peegeldub erinevatelt pindadelt ja materjalidelt erinevalt, mis võimaldab seda edukalt kasutada immunokeemilistes, immunoloogilistes, immunomorfoloogilistes ja immunogeneetilistes uuringutes. Tänu oma ainulaadsetele võimalustele, fluorestsentsmikroskoop kasutatakse laialdaselt farmaatsia-, veterinaar- ja aiandustööstuses, samuti biotehnoloogiatööstuses. samuti praktiliselt asendamatu kohtuekspertiisi keskuste ning sanitaar- ja epidemioloogiaasutuste tööks.

kasutatakse objektide nurk- ja lineaarmõõtmete täpseks mõõtmiseks. Seda kasutatakse laboripraktikas, inseneri- ja masinaehituses. Universaalsel mõõtemikroskoobil tehakse mõõtmised nii projektsioonimeetodil kui ka aksiaallõike meetodil. Universaalset mõõtemikroskoopi on selle disainiomaduste tõttu lihtne automatiseerida. Enamik lihtne lahendus on kvaasiabsoluutse lineaarse nihke anduri paigaldamine, mis lihtsustab oluliselt kõige sagedamini teostatavate (UIM-i) mõõtmiste protsessi. Kaasaegne rakendus universaalne mõõtemikroskoop eeldab tingimata vähemalt digitaalse näiduseadme olemasolu. Hoolimata uute progressiivsete mõõteriistade ilmumisest, kasutatakse universaalset mõõtemikroskoopi laialdaselt mõõtelaborites tänu oma mitmekülgsusele, mõõtmise lihtsusele ja võimalusele hõlpsasti automatiseerida mõõtmisprotsessi.

Elektronmikroskoop võimaldab saada kuni 1 000 000-kordse maksimaalse suurendusega objektidest kujutist, kuna erinevalt optilisest mikroskoobist kasutatakse 200 V ÷ 400 keV energiaga elektronkiire valguskiire asemel. rohkem (näiteks suure eraldusvõimega ülekandeelektronmikroskoop, mille kiirenduspinge on 1 MV) . Resolutsioon elektronmikroskoopületab valgusmikroskoobi lahutusvõimet 1000÷10000 korda ja parimate kaasaegsete instrumentide puhul võib see olla alla ühe angströmi. Pildi saamiseks elektronmikroskoop kasutab spetsiaalseid magnetläätsi, mis juhivad magnetvälja abil elektronide liikumist seadme kolonnis. Elektroonilise kujutise moodustavad elektri- ja magnetväljad umbes samamoodi nagu valguskujutist optilised läätsed.

see on pinna ja selle kohalike omaduste pildistamiseks mõeldud mikroskoopide klass. Pildistamisprotsess põhineb pinna skaneerimisel sondiga. Üldjuhul võimaldab see saada suure eraldusvõimega pinnast (topograafia) kolmemõõtmelist kujutist. sisse kaasaegne vorm leiutasid Gerd Karl Binnig ja Heinrich Rohrer 1981. aastal. SPM-i eristavaks tunnuseks on: sond, süsteem sondi liigutamiseks proovi suhtes piki 2. (X-Y) või 3. (X-Y-Z) koordinaati, salvestussüsteem. Salvestussüsteem fikseerib funktsiooni väärtuse, mis sõltub tipu-proovi kaugusest. Tavaliselt töödeldakse salvestatud väärtust negatiivse tagasiside süsteemiga, mis kontrollib proovi või sondi asukohta piki üht koordinaati (Z). Kõige sagedamini kasutatav tagasisidesüsteem on PID-kontroller.

Peamised tüübid skaneeriva sondi mikroskoobid:

Skaneeriv aatomijõu mikroskoop

Skaneeriv tunnelmikroskoop

Lähivälja optiline mikroskoop

- seade väga väikeste objektide uurimiseks, mille mõõtmed on võrreldavad röntgenlaine pikkusega. Põhineb elektromagnetilise kiirguse kasutamisel lainepikkusega 0,01 kuni 1 nanomeeter. lahutusvõime poolest jääb see elektron- ja optilise mikroskoobi vahele. Teoreetiline lahendus Röntgenmikroskoop ulatub 2-20 nanomeetrini, mis on suurusjärgu võrra suurem kui optilise mikroskoobi lahutusvõime (kuni 150 nanomeetrit). Praegu on olemas Röntgenmikroskoop eraldusvõimega umbes 5 nanomeetrit.

Röntgenmikroskoobid on:

Projektsioonröntgenmikroskoop.
Projektsioonröntgenmikroskoop on kamber, mille vastasotstes on kiirgusallikas ja salvestusseade. Selge pildi saamiseks on vajalik, et allika nurkava oleks võimalikult väike. Kuni viimase ajani ei kasutatud seda tüüpi mikroskoopides täiendavaid optilisi seadmeid. Peamine viis maksimaalse suurenduse saamiseks on asetada objekt allikale võimalikult lähedale. röntgenikiirgus. Selleks paikneb toru fookus otse röntgentoru aknal või toruakna lähedusse asetatud anoodnõela ülaosas. AT viimastel aegadel töötatakse välja mikroskoobid, mis kasutavad kujutise teravustamiseks Fresneli tsooniplaate. Sellise mikroskoobi eraldusvõime on kuni 30 nanomeetrit.

Peegeldav röntgenmikroskoop.
Seda tüüpi mikroskoobi puhul kasutatakse maksimaalse suurenduse saavutamiseks tehnikaid, mille tõttu projektsioonröntgenmikroskoobi lineaarne eraldusvõime ulatub 0,1-0,5 mikronini. Nad kasutavad läätsedena peeglite süsteemi. Peegeldavate röntgenmikroskoopide loodud kujutised, isegi nende peeglite täpse profiiliga, on moonutatud optiliste süsteemide mitmesuguste aberratsioonide tõttu: astigmatism, kooma. Röntgenikiirguse fokuseerimiseks kasutatakse ka kõveraid monokristalle. Pildikvaliteeti mõjutavad aga üksikute kristallide struktuursed puudused, aga ka Braggi difraktsiooninurkade lõplik väärtus. Peegeldav röntgenmikroskoop ei ole laialdaselt kasutusel selle valmistamise ja töötamise tehniliste raskuste tõttu.

Diferentsiaalinterferents-kontrastmikroskoop võimaldab määrata uuritava objekti optilist tihedust lähtudes interferentsi printsiibist ja seeläbi näha detaile, mis on silmale kättesaamatud. Suhteliselt keeruline optiline süsteem võimaldab luua näidisest mustvalge pildi hallil taustal. See pilt sarnaneb faasikontrastmikroskoobiga saadud kujutisega, kuid sellel puudub difraktsioonihalo. Diferentsiaal-interferents-kontrastmikroskoobis jagatakse valgusallika polariseeritud kiir kaheks kiireks, mis läbivad proovi erinevatel optilistel radadel. Nende optiliste radade pikkus (st murdumisnäitaja ja geomeetrilise tee pikkuse korrutis) on erinev. Seejärel segavad need talad ühendamisel. See võimaldab luua kolmemõõtmelise reljeefse kujutise, mis vastab proovi optilise tiheduse muutumisele, rõhutades jooni ja piire. See pilt ei ole täpne topograafiline pilt.

Mikroskoop on optiline instrument, mis võimaldab saada suurendatud pilte väikestest objektidest või nende detailidest, mida palja silmaga ei näe.

Sõna "mikroskoop" tähendab sõna otseses mõttes "vaatlema midagi väikest" (kreeka sõnadest "väike" ja "vaatama").

Inimsilma, nagu iga optiline süsteem, iseloomustab teatud eraldusvõime. See on väikseim vahemaa kahe punkti või joone vahel, kui need veel ei ühine, vaid tajutakse üksteisest eraldi. Kell normaalne nägemine 250 mm kaugusel on eraldusvõime 0,176 mm. Seetõttu ei suuda meie silm enam eristada kõiki objekte, mille suurus on sellest väärtusest väiksem. Me ei näe taimede ja loomade rakke, erinevaid mikroorganisme jne. Kuid seda saab teha spetsiaalsete optiliste instrumentide - mikroskoopide abil.

Kuidas mikroskoop töötab

Klassikaline mikroskoop koosneb kolmest põhiosast: optiline, valgustav ja mehaaniline. Optiline osa on okulaarid ja läätsed, valgustusosa valgusallikad, kondensaator ja diafragma. Tavapärane on viidata kõikide muude elementide mehaanilisele osale: statiiv, pöörlev seade, objektilaud, teravustamissüsteem ja palju muud. Kõik koos ja võimaldab teil läbi viia mikromaailma uuringuid.

Mis on "mikroskoobi ava": räägime valgustussüsteemist

Mikrokosmose vaatlemisel on hea valgustus sama oluline kui mikroskoobi optika kvaliteet. LEDid, halogeenlambid, peegel – mikroskoobi jaoks saab kasutada erinevaid valgusallikaid. Igal neist on oma plussid ja miinused. Taustvalgustus võib olla ülemine, alumine või kombineeritud. Selle asukoht mõjutab seda, milliseid slaide saab mikroskoobi all uurida (läbipaistvad, poolläbipaistvad või läbipaistmatud).

Ainelaua all, millele proov uuringuks asetatakse, on mikroskoobi diafragma. See võib olla ketas või iiris. Diafragma on mõeldud valgustuse intensiivsuse reguleerimiseks: selle abil saate reguleerida illuminaatorist tuleva valgusvihu paksust. Ketta membraan on väike plaat, millel on erineva läbimõõduga augud. Tavaliselt paigaldatakse see amatöörmikroskoopidele. Iirise diafragma koosneb paljudest kroonlehtedest, millega saab sujuvalt muuta valgust läbilaskva augu läbimõõtu. See on tavalisem professionaalse klassi mikroskoopides.

Optiline osa: okulaarid ja objektiivid

Objektiivid ja okulaarid on kõige populaarsemad mikroskoobi varuosad. Kuigi mitte kõik mikroskoobid ei toeta nende tarvikute vahetamist. Optiline süsteem vastutab suurendatud kujutise moodustamise eest. Mida parem ja täiuslikum see on, seda selgem ja detailsem on pilt. Aga kõrgeim tase optilist kvaliteeti on vaja ainult professionaalsetes mikroskoopides. Amatööruuringute jaoks piisab standardsest klaasoptikast, mis tagab kuni 500-1000-kordse kasvu. Aga plastist läätsed soovitame vältida – selliste mikroskoopide pildikvaliteet on tavaliselt masendav.

Mehaanilised elemendid

Iga mikroskoop sisaldab elemente, mis võimaldavad uurijal juhtida fookust, reguleerida uuritava proovi asendit ja reguleerida optilise seadme töökaugust. Kõik see on osa mikroskoobi mehaanikast: koaksiaalsed teravustamismehhanismid, ettevalmistus- ja ettevalmistushoidik, teravuse reguleerimise nupud, lava ja palju muud.

Mikroskoobi ajalugu

Millal esimene mikroskoop ilmus, pole täpselt teada. Lihtsamad suurendusseadmed on kaksikkumerad optilised läätsed, leiti iidse Babüloni territooriumil tehtud väljakaevamiste käigus.

Arvatakse, et esimese mikroskoobi lõid 1590. aastal Hollandi optik Hans Jansen ja tema poeg Zachary Jansen. Kuna läätsed olid tol ajal käsitsi poleeritud, oli neil erinevaid defekte: kriimud, muhke. Objektiivide defekte otsiti teise objektiivi - suurendusklaasi abil. Selgus, et kui vaadelda objekti kahe objektiivi abil, siis suurendatakse seda kordades. Paigaldades ühte torusse 2 kumerat läätse, sai Zakhary Jansen seadme, mis meenutas luukklaasi. Selle toru ühes otsas oli objektiiv, mis toimis objektiivina, ja teises - okulaari lääts. Kuid erinevalt luureklaas Janseni seade ei toonud objekte lähemale, vaid suurendas neid.

1609. aastal töötas Itaalia teadlane Galileo Galilei välja kumerate ja nõgusate läätsedega liitmikroskoobi. Ta nimetas seda "occhiolino" - väikeseks silmaks.

10 aastat hiljem, 1619. aastal, konstrueeris Hollandi leiutaja Cornelius Jacobson Drebbel kahe kumera läätsega liitmikroskoobi.

Vähesed teavad, et mikroskoop sai oma nime alles aastal 1625. Mõiste "mikroskoop" pakkus välja sõber Galileo Galilei saksa arst ja botaanik Giovanni Faber.

Kõik tol ajal loodud mikroskoobid olid primitiivsetega rahul. Seega suutis Galileo mikroskoop suurendada ainult 9 korda. Täiustanud Galileo optilist süsteemi, lõi inglise teadlane Robert Hooke 1665. aastal oma mikroskoobi, millel oli juba 30-kordne suurendus.

1674. aastal lõi Hollandi loodusteadlane Anthony van Leeuwenhoek kõige lihtsama mikroskoobi, milles kasutati ainult ühte objektiivi. Peab ütlema, et läätsede loomine oli üks teadlase hobidest. Ja tänu kõrgele lihvimisoskusele olid kõik tema valmistatud läätsed väga kvaliteetsed. Leeuwenhoek nimetas neid "mikroskoopiaks". Need olid väikesed, umbes sõrmeküüne suurused, kuid suutsid suurendada 100 või isegi 300 korda.

Leeuwenhoeki mikroskoop oli metallplaat, mille keskel oli lääts. Vaatleja vaatas selle kaudu teisele poole kinnitatud näidist. Ja kuigi sellise mikroskoobiga töötamine polnud kuigi mugav, suutis Leeuwenhoek oma mikroskoopide abil teha olulisi avastusi.

Neil päevil teati inimorganite ehitusest vähe. Oma läätsede abil avastas Leeuwenhoek, et veri koosneb paljudest pisikestest osakestest – erütrotsüütidest ja lihasesse- parimatest kiududest. Lahendustes nägi ta kõige väiksemaid olendeid erinevad kujud mis liikus, põrkas kokku ja hajus. Nüüd teame, et need on bakterid: kokid, batsillid jne. Kuid enne Leeuwenhoeki ei teatud seda.

Kokku valmistasid teadlased üle 25 mikroskoobi. 9 neist on säilinud tänapäevani. Nad suudavad pilti 275 korda suurendada.

Leeuwenhoeki mikroskoop oli esimene mikroskoop, mis toodi Venemaale Peeter Suure juhtimisel.

Järk-järgult täiustati mikroskoopi ja omandas tänapäevasele lähedase vormi. Sellesse protsessi andsid tohutu panuse ka Venemaa teadlased. 18. sajandi alguses Peterburis loodi Teaduste Akadeemia töökojas mikroskoopide täiustatud kujundused. Vene leiutaja I.P. Kulibin ehitas oma esimese mikroskoobi, teadmata, kuidas seda välismaal tehti. Ta lõi läätsede klaasi tootmise, leiutas seadmed nende lihvimiseks.

Suur vene teadlane Mihhail Vassiljevitš Lomonosov oli esimene vene teadlane, kes kasutas oma teadusuuringutes mikroskoopi.

Tõenäoliselt pole ühemõttelist vastust küsimusele "Kes leiutas mikroskoobi?" Mikroskoopilise teaduse arengusse aitasid kaasa erinevate ajastute parimad teadlased ja leiutajad.

Artiklis räägitakse sellest, mis on mikroskoop, miks seda vaja on, millised tüübid on olemas ja selle loomise ajaloost.

Muistsed ajad

Inimkonna ajaloos on alati olnud neid, kes ei olnud rahul piibelliku maailma ehituse kirjeldusega, kes tahtsid ise mõista asjade olemust ja olemust. Või keda ei köitnud tavalise talupoja või kaluri saatus, nagu seesama Lomonossov.

Erinevad distsipliinid olid kõige levinumad renessansiajal, mil inimesed hakkasid mõistma ümbritseva maailma ja muude asjade uurimise tähtsust. Eriti selles aitasid neid erinevad optilised seadmed - teleskoobid ja mikroskoobid. Mis on siis mikroskoop? Kes selle lõi ja kus seda seadet tänapäeval kasutatakse?

Definitsioon

Kõigepealt vaatame ametlikku määratlust ennast. Mikroskoop on tema sõnul seade suurendatud kujutiste või nende struktuuri saamiseks. See erineb samast teleskoobist selle poolest, et seda on vaja väikeste ja lähedal asuvate objektide, mitte kosmiliste kauguste uurimiseks. Kindlasti ei ole selle leiutise autori nimi teada, kuid ajaloos on viiteid mitmetele inimestele, kes seda esimestena kasutasid ja kujundasid. Nende sõnul esitles 1590. aastal hollandlane John Lippershey oma leiutist laiemale avalikkusele. Selle autorsus on samuti omistatud Zachary Jansenile. Ja 1624. aastal konstrueeris ka tuntud Galileo Galilei sarnase seadme.

Saime aru, mis on mikroskoop, aga kuidas see teadust mõjutas? Peaaegu sama, mis selle "sugulase" teleskoop. Kuigi primitiivne, võimaldas see seade ületada inimsilma ebatäiuslikkuse ja vaadata mikrokosmosesse. Selle abil tehti hiljem palju avastusi bioloogia, entomoloogia, botaanika ja teiste teaduste vallas.

Mis on mikroskoop, on nüüd selge, aga kus mujal neid kasutatakse?

Teadus

Bioloogia, füüsika, keemia – kõik need teadusvaldkonnad nõuavad mõnikord pilku nende asjade olemusse, mida meie silm või lihtne luup ei näe. Seda on raske ette kujutada kaasaegne meditsiin ilma nende seadmeteta: nende abiga tehakse avastusi, määratakse haiguste tüübid, infektsioonid ja hiljuti õnnestus neil isegi inimese DNA-ahel “pildistada”.

Füüsikas on kõik mõnevõrra erinev, eriti neis valdkondades, mis tegelevad elementaarosakeste ja muude väikeste objektide uurimisega. Seal on laborimikroskoop tavapärastest mõnevõrra erinev ja tavalistest on vähe abi, need on ammu asendunud elektrooniliste ja uusimate sondeerivate vastu. Viimased võimaldavad mitte ainult saavutada muljetavaldavat kasvu, vaid isegi registreerida üksikuid aatomeid ja molekule.

See hõlmab ka kohtuekspertiisi, mis vajavad neid seadmeid tõendite tuvastamiseks, sõrmejälgede üksikasjalikku võrdlust ja muid asju.

Ärge tehke ilma mikroskoopide ja uurijateta iidne maailm nagu paleontoloogid ja arheoloogid. Nad vajavad neid taimejäänuste, inimestega loomade luude ja möödunud ajastute inimtekkeliste toodete üksikasjalikuks uurimiseks. Ja muide, võimsa laborimikroskoobi saab vabalt ka enda tarbeks osta. Tõsi, kõik ei saa neid endale lubada. Vaatame nende seadmete tüüpe lähemalt.

Liigid

Esimene, peamine ja vanim on optiline valgus. Sarnased seadmed on endiselt saadaval igas koolis bioloogiatunnis. See on reguleeritava kaugusega läätsede komplekt ja peegel objekti valgustamiseks. Mõnikord asendatakse see sõltumatu valgusallikaga. Sellise mikroskoobi olemus on nähtava optilise spektri lainepikkuse muutmine.

Teine on elektrooniline. See on palju keerulisem. Kui rääkida selge keel, siis on nähtava valguse lainepikkus 390–750 nm. Ja kui objekt, näiteks viiruse või mõne muu elusorganismi rakk, on väiksem, siis valgus lihtsalt käib selle ümber ja ei saa normaalselt peegelduda. Ja selline seade läheb sellistest piirangutest mööda: magnetväljaga muudab see valguslained "õhemaks", mis võimaldab näha kõige pisemaid objekte. See kehtib eriti sellises teaduses nagu bioloogia. Seda tüüpi mikroskoop on palju parem kui optilised valgusmikroskoobid.

Ja kolmas on sondeerimistüüp. Lihtsamalt öeldes on tegemist seadmega, milles sondiga “sondeeritakse” konkreetse proovi pinda ning selle liikumiste ja vibratsioonide põhjal koostatakse kolmemõõtmeline ehk rasterkujutis.

Mõistel "mikroskoop" on kreeka juured. See koosneb kahest sõnast, mis tõlkes tähendavad "väike" ja "välimus". Mikroskoobi peamine roll on selle kasutamine väga väikeste objektide uurimisel. Samas võimaldab see seade määrata palja silmaga nähtamatute kehade suurust ja kuju, struktuuri ja muid omadusi.

Loomise ajalugu

Ajaloos pole täpset teavet selle kohta, kes oli mikroskoobi leiutaja. Mõnede allikate kohaselt kujundasid selle 1590. aastal prillide valmistamise meistri Jansseni isa ja poeg. Veel üks kandidaat mikroskoobi leiutaja tiitlile on Galileo Galilei. 1609. aastal esitlesid need teadlased Accademia dei Linceis avalikuks vaatamiseks nõgusate ja kumerate läätsedega seadet.

Aastate jooksul on mikroskoopiliste objektide vaatamise süsteem arenenud ja täiustatud. Tohutu samm selle ajaloos oli lihtsa akromaatiliselt reguleeritava kahe objektiiviga seadme leiutamine. Selle süsteemi võttis kasutusele hollandlane Christian Huygens 1600. aastate lõpus. Selle leiutaja okulaarid on tootmises tänaseni. Nende ainus puudus on vaatevälja ebapiisav laius. Lisaks on Huygensi okulaaridel võrreldes kaasaegsete seadmete disainiga silmadele ebamugav asend.

Erilise panuse mikroskoobi ajalukku andis selliste instrumentide tootja Anton van Leeuwenhoek (1632-1723). Just tema juhtis bioloogide tähelepanu sellele seadmele. Leeuwenhoek valmistas väikese suurusega tooteid, mis olid varustatud ühe, kuid väga tugeva objektiiviga. Selliste seadmete kasutamine oli ebamugav, kuid need ei kahekordistanud pildidefekte, mis esinesid liitmikroskoopides. Leiutajad suutsid selle puuduse parandada alles 150 aasta pärast. Koos optika arenguga on komposiitseadmete pildikvaliteet paranenud.

Mikroskoopide täiustamine jätkub tänaseni. Nii töötasid 2006. aastal biofüüsikalise keemia instituudis töötavad Saksa teadlased Mariano Bossi ja Stefan Hell välja uusima optilise mikroskoobi. Tänu võimalusele vaadelda 10 nm mõõtmetega objekte ja kolmemõõtmelisi kvaliteetseid 3D-pilte, nimetati seadet nanoskoobiks.

Mikroskoobi klassifikatsioon

Praegu on väikeste objektide uurimiseks loodud suur valik instrumente. Nende rühmitamine põhineb erinevatel parameetritel. See võib olla mikroskoobi eesmärk või valitud valgustusmeetod, optilise disaini jaoks kasutatav struktuur jne.

Kuid reeglina klassifitseeritakse peamised mikroskoopide tüübid selle süsteemi abil nähtavate mikroosakeste eraldusvõime järgi. Selle jaotuse järgi on mikroskoobid:
- optiline (valgus);
- elektrooniline;
- röntgen;
- skaneerivad sondid.

Kõige laialdasemalt kasutatavad mikroskoobid on valgustüüpi mikroskoobid. Nende lai valik on saadaval optikapoodides. Selliste seadmete abil lahendatakse objekti uurimise peamised ülesanded. Kõik muud tüüpi mikroskoobid on klassifitseeritud spetsialiseeritud mikroskoobid. Tavaliselt kasutatakse neid laboris.

Igal ülaltoodud seadmetüübil on oma alamliigid, mida kasutatakse konkreetses piirkonnas. Lisaks on täna võimalik osta koolimikroskoop (või haridus), mis on algtaseme süsteem. Pakutakse tarbijatele ja professionaalsetele seadmetele.

Rakendus

Mille jaoks on mikroskoop? Inimsilm, mis on eriline bioloogilist tüüpi optiline süsteem, omab teatud eraldusvõimet. Teisisõnu on vaadeldavate objektide vahel väikseim vahemaa, kui neid saab veel eristada. Tavalise silma puhul jääb see eraldusvõime vahemikku 0,176 mm. Kuid enamiku looma- ja taimerakkude, mikroorganismide, kristallide, sulamite, metallide jne mikrostruktuuri mõõtmed on sellest väärtusest palju väiksemad. Kuidas selliseid objekte uurida ja vaadelda? Siin tulevad inimestele appi erinevat tüüpi mikroskoobid. Näiteks optilist tüüpi seadmed võimaldavad eristada struktuure, mille elementide vaheline kaugus on vähemalt 0,20 μm.

Kuidas tehakse mikroskoopi?

Seade, millega inimese silm mikroskoopiliste objektide arvestamine muutub kättesaadavaks, sellel on kaks põhielementi. Need on objektiiv ja okulaar. Need mikroskoobi osad on fikseeritud liikuvas torus, mis asub metallalusel. Sellel on ka objektitabel.

Kaasaegsed mikroskoobid on tavaliselt varustatud valgustussüsteemiga. See on eelkõige iirise diafragmaga kondensaator. Suurendusseadmete kohustuslik komplekt on mikro- ja makrokruvid, mille eesmärk on reguleerida teravust. Mikroskoopide disain näeb ette ka süsteemi olemasolu, mis kontrollib kondensaatori asendit.

Spetsiaalsetes keerukamates mikroskoopides kasutatakse sageli muid lisasüsteeme ja seadmeid.

Objektiivid

Alustaksin mikroskoobi kirjeldust jutuga selle ühest põhiosast ehk siis objektiivist. Need on keerukas optiline süsteem, mis suurendab kõnealuse objekti suurust kujutise tasapinnal. Objektiivide disain hõlmab tervet süsteemi mitte ainult üksikutest läätsedest, vaid ka kahest või kolmest tükist liimitud läätsedest.

Sellise optilis-mehaanilise konstruktsiooni keerukus sõltub ülesannete hulgast, mida üks või teine ​​seade peab lahendama. Näiteks kõige keerulisemas mikroskoobis on kuni neliteist läätse.

Objektiiv koosneb esiosast ja sellele järgnevatest süsteemidest. Mille alusel luuakse soovitud kvaliteediga kuvandit, aga ka määrata tööseisund? See on eesmine objektiiv või nende süsteem. Vajaliku suurenduse, fookuskauguse ja pildikvaliteedi tagamiseks on vaja objektiivi järgnevaid osi. Kuid selliste funktsioonide rakendamine on võimalik ainult koos eesmise objektiiviga. Tasub mainida, et järgmise osa disain mõjutab toru pikkust ja seadme objektiivi kõrgust.

Okulaarid

Need mikroskoobi osad on optiline süsteem, mis on loodud selleks, et luua vaatleja silmade võrkkesta pinnale vajalik mikroskoopiline kujutis. Okulaarid sisaldavad kahte rühma läätsi. Uurija silmale lähimat nimetatakse silmaks ja kaugeimat väljaks (selle abiga ehitab lääts uuritavast objektist kujutise).

Valgustussüsteem

Mikroskoobil on membraanide, peeglite ja läätsede kompleksne disain. Selle abiga tagatakse uuritava objekti ühtlane valgustus. Päris esimestes mikroskoopides seda funktsiooni läbi Optiliste instrumentide täiustamisel hakati kasutama esmalt lamedaid ja seejärel nõgusaid peegleid.

Selliste lihtsate detailide abil suunati päikese- või lampide kiired uuritavale objektile. AT kaasaegsed mikroskoobid täiuslikum. See koosneb kondensaatorist ja kollektorist.

Teema tabel

Uurimist vajavad mikroskoopilised preparaadid asetatakse tasasele pinnale. See on teematabel. Erinevad liigid mikroskoopidel võib see pind olla kujundatud nii, et uuritav objekt muutub vaatlejaks horisontaalselt, vertikaalselt või teatud nurga all.

Tööpõhimõte

Esimeses optilises seadmes andis läätsesüsteem mikroobjektide pöördkujutise. See võimaldas näha mateeria struktuuri ja väikseimaid detaile, mida tuli uurida. Valgusmikroskoobi tööpõhimõte on tänapäeval sarnane refraktorteleskoobi tööga. Selles seadmes valgus klaasiosa läbimisel murdub.

Kuidas tänapäevased valgusmikroskoobid suurendavad? Pärast valguskiirte kiirte sisenemist seadmesse muudetakse need paralleelseks vooluks. Alles siis toimub valguse murdumine okulaaris, mille tõttu mikroskoopiliste objektide kujutis suureneb. Lisaks saabub see teave vaatlejale vajalikul kujul

Valgusmikroskoopide alamliigid

Kaasaegne klassifikatsioon:

1. Uurimis-, töö- ja koolimikroskoobi keerukusklassi järgi.
2. Vastavalt rakendusvaldkonnale kirurgiliste, bioloogiliste ja tehniliste jaoks.
3. Mikroskoopia tüüpide järgi peegeldunud ja läbiva valguse, faasikontakti, luminestsents- ja polarisatsiooniseadmete jaoks.
4. Valgusvoo suunas tagurpidi ja otse.

Elektronmikroskoobid

Aja jooksul muutus mikroskoopiliste objektide uurimiseks mõeldud seade üha täiuslikumaks. Ilmusid seda tüüpi mikroskoobid, milles kasutati täiesti teistsugust, valguse murdumisest sõltumatut tööpõhimõtet. Uusimat tüüpi seadmete kasutamise protsessi kaasati elektronid. Sellised süsteemid võimaldavad näha üksikuid mateeria osi nii väikestena, et valguskiired lihtsalt voolavad nende ümber.

Milleks kasutatakse elektronmikroskoopi? Seda kasutatakse rakkude struktuuri uurimiseks molekulaarsel ja subtsellulaarsel tasemel. Sarnaseid seadmeid kasutatakse ka viiruste uurimiseks.

Elektronmikroskoobi seade

Mis on mikroskoopiliste objektide vaatamise uusimate instrumentide töö aluseks? Mille poolest elektronmikroskoop erineb valgusmikroskoobist? Kas nende vahel on sarnasusi?

Elektronmikroskoobi tööpõhimõte põhineb elektri- ja magnetvälja omadustel. Nende pöörlemissümmeetria suudab elektronkiirtele fokusseerida. Selle põhjal saame vastata küsimusele: "Kuidas elektronmikroskoop erineb valgusmikroskoobist?" Erinevalt optilisest seadmest pole selles objektiive. Nende rolli mängivad õigesti arvutatud magnet- ja elektriväljad. Need on loodud mähiste keerdude kaudu, mida vool läbib. Sellisel juhul toimivad sellised väljad sarnaselt Kui vool suureneb või väheneb, muutub seadme fookuskaugus.

Mis puudutab vooluringi, siis elektronmikroskoobi puhul sarnaneb see valgusseadme diagrammiga. Ainus erinevus on see, et optilised elemendid asendatakse nendega sarnaste elektrilistega.

Objekti suurenemine elektronmikroskoopides toimub uuritavat objekti läbiva valguskiire murdumisprotsessi tõttu. Erinevate nurkade all satuvad kiired objektiivi tasapinnale, kus toimub proovi esimene suurendus. Seejärel liiguvad elektronid vaheläätseni. Selles toimub objekti suuruse suurenemise sujuv muutus. Lõpliku pildi uuritavast materjalist annab projektsioonlääts. Sellest langeb pilt fluorestsentsekraanile.

Elektronmikroskoopide tüübid

Kaasaegsed liigid hõlmavad:

1. TEM ehk transmissioonelektronmikroskoop. Selles seadistuses moodustub väga õhukese, kuni 0,1 µm paksuse objekti kujutis elektronkiire interaktsioonil uuritava ainega ja selle järgneval suurendamisel objektiivis paiknevate magnetläätsede abil.
2. SEM ehk skaneeriv elektronmikroskoop. Selline seade võimaldab saada objekti pinnast suure, mitme nanomeetri suurusjärgu eraldusvõimega kujutist. Kasutades täiendavaid meetodeid selline mikroskoop annab teavet, mis aitab kindlaks teha keemiline koostis pinnakihid.
3. Tunneling Scanning Electron Microscope ehk STM. Selle seadme abil mõõdetakse kõrge ruumilise eraldusvõimega juhtivate pindade reljeefi. STM-iga töötamise käigus tuuakse uuritavale objektile terav metallnõel. Samal ajal hoitakse vaid mõne angströmi kaugust. Järgmisena rakendatakse nõelale väike potentsiaal, mille tõttu tekib tunnelivool. Sel juhul saab vaatleja uuritavast objektist kolmemõõtmelise pildi.

Leeuwenhoeki mikroskoobid

2002. aastal ilmus Ameerika uus ettevõte tegeleb optiliste instrumentide tootmisega. Selle tootevalikusse kuuluvad mikroskoobid, teleskoobid ja binoklid. Kõik need seadmed eristuvad kõrge pildikvaliteedi poolest.

Ettevõtte peakontor ja arendusosakond asuvad USA-s Fremondi linnas (California). Aga tootmisrajatiste osas asuvad need Hiinas. Tänu kõigele sellele varustab ettevõte turgu täiustatud ja kvaliteetsete toodetega taskukohase hinnaga.

Kas vajate mikroskoopi? Levenhuk soovitab vajaliku valiku. Ettevõtte optiliste seadmete valikus on digitaalsed ja bioloogilised seadmed uuritava objekti suurendamiseks. Lisaks pakutakse ostjale mitmesugustes värvitoonides teostatud disainermudeleid.

Levenhuki mikroskoobil on lai funktsionaalsus. Näiteks, treeningseade algtaseme saab ühendada arvutiga ja see on võimeline ka käimasolevat uurimistööd videofilmima. Levenhuk D2L on selle funktsiooniga varustatud.

Ettevõte pakub erineva tasemega bioloogilisi mikroskoope. See ja palju muud lihtsad mudelid ja uuendusi, mis sobivad professionaalidele.