Výskumná práca "čo je mikroskop". Typy mikroskopov: popis, hlavné charakteristiky, účel

Pravdepodobne každý z nás, aspoň raz v živote, mal možnosť pracovať s takým zariadením, ako je mikroskop - niektorí v škole na hodine biológie a niektorí možno kvôli svojej profesii. Pomocou mikroskopu môžeme pozorovať najmenšie živé organizmy, častice. Mikroskop je pomerne zložitý prístroj a okrem toho má dlhú históriu, ktorú bude užitočné poznať. Pozrime sa, čo je mikroskop?

Definícia

Slovo "mikroskop" pochádza z dvoch Grécke slová"mikro" - "malý", "skopeo" - "pohľad". To znamená, že účelom tohto zariadenia je skúmať malé predmety. Presnejšie povedané, mikroskop je optický prístroj (s jednou alebo viacerými šošovkami), ktorý sa používa na získanie zväčšených obrazov niektorých objektov, ktoré nie sú viditeľné voľným okom.

Napríklad mikroskopy používané v dnešných školách sú schopné zväčšiť 300-600-krát, čo je dosť na to, aby ste videli živá bunka v detaile - môžete vidieť steny samotnej bunky, vakuolu, jej jadro atď. Ale napriek tomu prešiel pomerne dlhou cestou objavov a dokonca aj sklamaní.

História objavu mikroskopu

Presný čas objavu mikroskopu ešte nebol stanovený, pretože úplne prvé zariadenia na pozorovanie malých objektov našli archeológovia v rôznych obdobiach. Vyzerali ako obyčajná lupa, to znamená, že to bola bikonvexná šošovka, ktorá poskytovala niekoľkonásobné zväčšenie obrazu. Upresním, že úplne prvé šošovky neboli zo skla, ale z nejakého priehľadného kameňa, takže o kvalite obrazu sa baviť netreba.

Následne už boli vynájdené mikroskopy pozostávajúce z dvoch šošoviek. Prvá šošovka je šošovka, ktorá sa zameriava na skúmaný objekt, a druhá šošovka je okulár, cez ktorý sa pozorovateľ pozeral. Ale obraz predmetov bol stále silne skreslený v dôsledku silných sférických a chromatických odchýlok - svetlo sa lámalo nerovnomerne, a preto bol obraz rozmazaný a farebný. Ale napriek tomu aj vtedy bolo zväčšenie mikroskopu niekoľko stonásobné, čo je dosť veľa.

Systém šošoviek v mikroskopoch sa výrazne skomplikoval až na samom začiatku 19. storočia vďaka práci fyzikov ako Amici, Fraunhofer a i. Pri konštrukcii šošoviek sa už používal zložitý systém pozostávajúci zo zbiehavých a divergujúcich šošoviek. Navyše tieto šošovky boli odlišné typy okuliare, ktoré si navzájom kompenzujú nedostatky.

Mikroskop vedca z Holandska Leeuwenhoeku mal už objektový stolík, kde boli pridané všetky skúmané predmety a nechýbala ani skrutka, ktorá umožňovala plynulý pohyb tohto stola. Potom pribudlo zrkadlo - pre lepšie osvetlenie predmetov.

Štruktúra mikroskopu

Existujú jednoduché a zložené mikroskopy. Jednoduchý mikroskop je systém s jednou šošovkou, rovnako ako obyčajná lupa. Komplexný mikroskop na druhej strane kombinuje dve jednoduché šošovky.

Zložený mikroskop teda poskytuje väčšie zväčšenie a okrem toho má vyššie rozlíšenie. Práve prítomnosť tejto schopnosti (rozlíšenia) umožňuje rozlíšiť detaily vzoriek. Užitočné informácie nám poskytne zväčšený obrázok, na ktorom sa nedajú rozlíšiť detaily.

Zložené mikroskopy majú dvojstupňové obvody. Jeden systém šošoviek (objektív) sa približuje k objektu – ten zase vytvára rozlíšený a zväčšený obraz objektu. Potom je obraz už zväčšený o inú šošovkovú sústavu (okulár), je umiestnený priamo, bližšie k oku pozorovateľa. Tieto 2 šošovkové systémy sú umiestnené na opačných koncoch tubusu mikroskopu.

Moderné mikroskopy

Moderné mikroskopy môžu poskytnúť kolosálne zväčšenie - až 1500-2000 krát, pričom kvalita obrazu bude vynikajúca. Pomerne obľúbené sú aj binokulárne mikroskopy, v ktorých je obraz z jednej šošovky rozdelený na dve časti, pričom sa na ňu môžete pozerať dvoma očami naraz (v dvoch okulároch). To vám umožní ešte oveľa lepšie rozlíšiť vizuálne malé detaily. Takéto mikroskopy sa zvyčajne používajú v rôznych laboratóriách (vrátane lekárskych) na výskum.

Elektrónové mikroskopy

Elektrónové mikroskopy nám pomáhajú „vidieť“ obrazy jednotlivých atómov. Je pravda, že slovo „zvážiť“ sa tu používa relatívne, pretože sa nepozeráme priamo očami - obraz objektu sa objavuje ako výsledok najkomplexnejšieho spracovania prijatých údajov počítačom. Zariadenie mikroskopu (elektronického) je založené na fyzikálnych princípoch, ako aj na metóde „ohmatávania“ povrchov predmetov najtenšou ihlou, ktorej hrot má hrúbku len 1 atóm.

USB mikroskopy

V súčasnosti, pri vývoji digitálnych technológií, si každý môže zakúpiť nástavec na objektív pre svoj fotoaparát mobilný telefón a fotografujte akékoľvek mikroskopické objekty. Existujú aj veľmi výkonné USB mikroskopy, ktoré po pripojení k domácemu počítaču umožnia prezeranie výsledného obrazu na monitore. Väčšina digitálnych fotoaparátov schopný fotiť v makro režime, s pomocou neho môžete fotiť aj tie najmenšie predmety. A ak pred objektív fotoaparátu umiestnite malú zbiehavú šošovku, ľahko získate až 500-násobné zväčšenie fotografie.

Nové technológie dnes pomáhajú vidieť to, čo bolo pred sto rokmi doslova nedostupné. Časti mikroskopu sa počas jeho histórie neustále zdokonaľovali a teraz vidíme mikroskop už v hotovej podobe. Hoci, vedecký pokrok nestojí a v blízkej budúcnosti sa snáď objavia ešte pokročilejšie modely mikroskopov.

Používa sa na získanie veľkých zväčšení pri pozorovaní drobné predmety. Zväčšený obraz objektu v mikroskope sa získa pomocou optického systému pozostávajúceho z dvoch šošoviek s krátkym ohniskom - objektívu a okuláru. Objektív poskytne skutočne prevrátený zväčšený obraz objektu. Tento medziobraz je pozorovaný okom cez okulár, ktorého činnosť je podobná ako pri lupe. Okulár je umiestnený tak, že medziobraz je v jeho ohniskovej rovine, v tomto prípade sa lúče z každého bodu objektu šíria za okulárom v rovnobežnom lúči. Zariadenie určené na získanie zväčšených obrázkov, ako aj na meranie predmetov alebo štrukturálnych detailov, ktoré sú voľným okom neviditeľné alebo zle viditeľné, slúžiace na znásobenie uvažovaných objektov. Pomocou týchto prístrojov sa určujú veľkosti, tvar a štruktúra najmenších častíc. Mikroskop– nepostrádateľné optické zariadenie pre také oblasti činnosti, ako je medicína, biológia, botanika, elektronika a geológia, pretože výsledky výskumu sú založené vedecké objavy správna diagnóza a vývoj nových liekov.

najprv mikroskop, vynájdené ľudstvom, boli optické a prvého vynálezcu nie je také ľahké vybrať a pomenovať. Najstaršie informácie o mikroskope pochádzajú z roku 1590. O niečo neskôr, v roku 1624, Galileo Galilei predstavuje svoj kompozit mikroskop, ktorý pôvodne pomenoval „occhiolino“. O rok neskôr jeho priateľ z akadémie Giovanni Faber navrhol termín mikroskop.

Typy mikroskopov

V závislosti od požadovaného rozlíšenia uvažovaných mikročastíc hmoty, mikroskopie, sa mikroskopy delia na:

Ľudské oko je prirodzené optický systém, vyznačujúci sa určitým rozlíšením, teda najmenšou vzdialenosťou medzi prvkami pozorovaného objektu (vnímanými ako body alebo čiary), pri ktorej sa ešte môžu jeden od druhého líšiť. Pre bežné oko, pri vzďaľovaní sa od objektu tzv. najlepšia vzdialenosť videnia (D = 250 mm), priemerné normálne rozlíšenie je 0,176 mm. Veľkosti mikroorganizmov, väčšiny rastlinných a živočíšnych buniek, malých kryštálov, detailov mikroštruktúry kovov a zliatin atď., sú oveľa menšie ako táto hodnota. Do polovice 20. storočia pracovali len s viditeľným optickým žiarením, v rozsahu 400-700 nm, ako aj s blízkym ultrafialovým (luminiscenčný mikroskop). optický mikroskop nedokázal poskytnúť rozlíšenie menšie ako polovica vlnovej dĺžky referenčného žiarenia (rozsah vlnových dĺžok 0,2-0,7 mikrónov alebo 200-700 nm). teda optický mikroskop je schopný rozlíšiť štruktúry so vzdialenosťou medzi bodmi až ~0,20 μm; preto maximálne zväčšenie, ktoré bolo možné dosiahnuť, bolo ~2000x.

umožňuje získať 2 obrázky objektu pri pohľade pod malým uhlom, ktorý poskytuje objemové vnímanie, je to optické zariadenie na viacnásobné zväčšenie predmetných predmetov, ktoré má špeciálny binokulárny nástavec, ktorý vám umožňuje študovať objekt oboma očami. To je jeho pohodlie a výhoda oproti bežným mikroskopom. Preto binokulárny mikroskop najčastejšie sa používa v profesionálnych laboratóriách, zdravotníckych zariadeniach a vysokých školách. Medzi ďalšie výhody tohto zariadenia patrí vysoká kvalita a kontrast obrazu, hrubé a jemné nastavovacie mechanizmy. Binokulárny mikroskop funguje na rovnakom princípe ako klasické monokulárne: skúmaný objekt je umiestnený pod šošovkou, kde naň smeruje umelý svetelný tok. používa sa na biochemické, patologické, cytologické, hematologické, urologické, dermatologické, biologické a všeobecné klinické skúšky. Celkový nárast(objektív * okulár) optických mikroskopov s binokulárnym nástavcom je zvyčajne väčší ako u zodpovedajúcich monokulárnych mikroskopov.

stereomikroskop, ako iné typy optické mikroskopy, umožňujú pracovať v prechádzajúcom aj odrazenom svetle. Zvyčajne majú vymeniteľné binokulárne okuláre a jednu pevnú šošovku (existujú aj modely s vymeniteľnými šošovkami). Väčšina stereomikroskopy poskytuje výrazne menšie zväčšenie ako moderný optický mikroskop, ale má oveľa väčšiu ohniskovú vzdialenosť, čo umožňuje uvažovať o veľkých objektoch. Navyše, na rozdiel od bežných optických mikroskopov, ktoré zvyčajne poskytujú prevrátený obraz, optický systém stereomikroskop„neprevráti“ obrázok. To umožňuje ich široké využitie na prípravu mikroskopických predmetov ručne alebo pomocou mikromanipulátorov. Ďalekohľady sa najčastejšie používajú na štúdium nehomogenít povrchu pevných nepriehľadných telies, ako sú kamene, kovy a tkanivá; v mikrochirurgii atď.

Špecifikum metalografického výskumu spočíva v potrebe sledovania štruktúry povrchu nepriehľadných telies. Preto metalografický mikroskop postavené podľa schémy odrazeného svetla, kde je na boku šošovky inštalovaný špeciálny iluminátor. Systém hranolov a zrkadiel nasmeruje svetlo na objekt, potom sa svetlo odráža od nepriehľadného objektu a smeruje späť do šošovky. moderný rovný metalografický mikroskop sa vyznačujú veľkou vzdialenosťou medzi povrchom stolíka a objektívmi a veľkým vertikálnym zdvihom stolíka, čo umožňuje prácu s veľkými vzorkami. Maximálna vzdialenosť môže dosiahnuť desiatky centimetrov. Zvyčajne sa však vo vede o materiáloch používa inverzný mikroskop, pretože nemá obmedzenia týkajúce sa veľkosti vzorky (iba hmotnosti) a nevyžaduje rovnobežnosť referenčných a pracovných plôch vzorky (v tomto prípade sa zhodujú).

Na princípe fungovania polarizačný mikroskop je získať obraz skúmaného objektu pri jeho ožiarení polarizovanými lúčmi, ktoré je zase potrebné získať z bežného svetla pomocou špeciálneho zariadenia – polarizátora. V podstate pri prechode polarizovaného svetla látkou alebo odraze od nej dochádza k zmene roviny polarizácie svetla, v dôsledku čoho sa na druhom polarizačnom filtri javí ako nadmerné stmavnutie. Alebo dávajú špecifické reakcie, ako je dvojlom v tukoch. určený na pozorovanie, fotografovanie a videoprojekciu objektov v polarizovanom svetle, ako aj výskum metód fokálneho skríningu a fázového kontrastu. používa sa na štúdium širokého spektra tých vlastností a javov, ktoré sú zvyčajne nedostupné pre bežný optický mikroskop. Vybavený nekonečnou optikou s profesionálnym softvérom.

Princíp fungovania fluorescenčné mikroskopy na základe vlastností fluorescenčného žiarenia. Mikroskop sa používajú na štúdium priehľadných a nepriehľadných predmetov. Luminiscenčné žiarenie je rôzne odrážané rôznymi povrchmi a materiálmi, čo umožňuje jeho úspešné využitie na imunochemické, imunologické, imunomorfologické a imunogenetické štúdie. Vďaka svojim jedinečným schopnostiam, fluorescenčný mikroskop sú široko používané vo farmaceutickom, veterinárnom a záhradníckom priemysle, ako aj v biotechnologickom priemysle. tiež prakticky nepostrádateľný pre prácu forenzných centier a hygienických a epidemiologických ústavov.

sa používa na presné meranie uhlových a lineárnych rozmerov predmetov. Používa sa v laboratórnej praxi, v strojárstve a strojárstve. Na univerzálnom meracom mikroskope sa merania vykonávajú projekčnou metódou, ako aj metódou axiálneho rezu. Univerzálny merací mikroskop sa vďaka svojim konštrukčným vlastnostiam ľahko automatizuje. Väčšina jednoduché riešenie je inštalácia kvázi absolútneho lineárneho snímača posunu, ktorý výrazne zjednodušuje proces najčastejšie vykonávaných (na UIM) meraní. Moderná aplikácia univerzálny merací mikroskop nevyhnutne znamená prítomnosť aspoň digitálneho čítacieho zariadenia. Napriek vzniku nových progresívnych meracích prístrojov je univerzálny merací mikroskop široko používaný v meracích laboratóriách vďaka svojej všestrannosti, jednoduchosti merania a schopnosti jednoducho automatizovať proces merania.

Elektrónový mikroskop umožňuje získať obraz predmetov s maximálnym zväčšením až 1 000 000-krát vďaka použitiu, na rozdiel od optického mikroskopu, elektrónového lúča s energiami 200 V ÷ 400 keV alebo viac namiesto svetelného toku (napríklad transmisný elektrónový mikroskop s vysokým rozlíšením s akceleráciou 1 MV). Rozhodnutie elektrónový mikroskop presahuje rozlíšenie svetelného mikroskopu 1000÷10000 krát a pre najlepšie moderné prístroje to môže byť menej ako jeden angstrom. Ak chcete získať obrázok elektrónový mikroskop používa špeciálne magnetické šošovky, ktoré riadia pohyb elektrónov v stĺpci zariadenia pomocou magnetického poľa. Elektronický obraz je tvorený elektrickými a magnetickými poľami v podstate rovnakým spôsobom ako svetelný obraz vytváraný optickými šošovkami.

ide o triedu mikroskopov na zobrazovanie povrchu a jeho miestnych charakteristík. Proces zobrazovania je založený na skenovaní povrchu pomocou sondy. Vo všeobecnom prípade umožňuje získať trojrozmerný obraz povrchu (topografie) s vysokým rozlíšením. V moderná forma vynašli Gerd Karl Binnig a Heinrich Rohrer v roku 1981. Charakteristickým znakom SPM je prítomnosť: sondy, systému na pohyb sondy vzhľadom na vzorku pozdĺž 2. (X-Y) alebo 3. (X-Y-Z) súradnice, záznamového systému. Záznamový systém fixuje hodnotu funkcie, ktorá závisí od vzdialenosti hrot-vzorka. Typicky je zaznamenaná hodnota spracovaná systémom negatívnej spätnej väzby, ktorý riadi polohu vzorky alebo sondy pozdĺž jednej zo súradníc (Z). Najčastejšie používaným systémom spätnej väzby je PID regulátor.

Hlavné typy skenovacie sondové mikroskopy:

Skenovací mikroskop atómovej sily

Rastrovací tunelový mikroskop

Optický mikroskop blízkeho poľa

- prístroj na štúdium veľmi malých predmetov, ktorých rozmery sú porovnateľné s dĺžkou röntgenovej vlny. Na základe použitia elektromagnetického žiarenia s vlnovou dĺžkou 0,01 až 1 nanometer. z hľadiska rozlíšenia je medzi elektrónovým a optickým mikroskopom. Teoretické rozlíšenie Röntgenový mikroskop dosahuje 2-20 nanometrov, čo je rádovo väčšie ako rozlíšenie optického mikroskopu (až 150 nanometrov). V súčasnosti existuje Röntgenový mikroskop s rozlíšením asi 5 nanometrov.

Röntgenové mikroskopy sú:

Projekčný röntgenový mikroskop.
Projekčný röntgenový mikroskop je komora so zdrojom žiarenia a záznamovým zariadením na opačných koncoch. Na získanie jasného obrazu je potrebné, aby uhlová apertúra zdroja bola čo najmenšia. Až donedávna sa v mikroskopoch tohto typu nepoužívali prídavné optické zariadenia. Hlavným spôsobom, ako dosiahnuť maximálne zväčšenie, je umiestniť objekt čo najbližšie k zdroju. röntgenového žiarenia. Za týmto účelom je ohnisko trubice umiestnené priamo na okienku röntgenovej trubice alebo na hornej časti anódovej ihly umiestnenej v blízkosti okienka trubice. IN V poslednej dobe vyvíjajú sa mikroskopy, ktoré na zaostrenie obrazu využívajú doštičky Fresnelovej zóny. Takýto mikroskop má rozlíšenie až 30 nanometrov.

Reflexný röntgenový mikroskop.
Tento typ mikroskopu využíva techniky na dosiahnutie maximálneho zväčšenia, vďaka čomu lineárne rozlíšenie projekčného röntgenového mikroskopu dosahuje 0,1-0,5 mikrónu. Ako šošovky používajú systém zrkadiel. Obrazy vytvorené reflexnými röntgenovými mikroskopmi aj s presným profilom ich zrkadiel sú skreslené rôznymi aberáciami optických systémov: astigmatizmus, kóma. Zakrivené monokryštály sa tiež používajú na zaostrenie röntgenových lúčov. Kvalitu obrazu však ovplyvňujú štrukturálne nedokonalosti monokryštálov, ako aj konečná hodnota Braggových difrakčných uhlov. Reflexný röntgenový mikroskop nie je široko používaný kvôli technickým ťažkostiam pri jeho výrobe a prevádzke.

Diferenciálny interferenčne-kontrastný mikroskop umožňuje na princípe interferencie určiť optickú hustotu skúmaného objektu a vidieť tak detaily, ktoré sú oku nedostupné. Pomerne zložitý optický systém umožňuje vytvoriť čiernobiely obraz vzorky na sivom pozadí. Tento obrázok je podobný tomu, ktorý sa získal pomocou mikroskopu s fázovým kontrastom, ale chýba mu difrakčné halo. V diferenciálnom interferenčnom kontrastnom mikroskope sa polarizovaný lúč zo svetelného zdroja rozdelí na dva lúče, ktoré prechádzajú cez vzorku v rôznych optických dráhach. Dĺžka týchto optických dráh (t.j. súčin indexu lomu a dĺžky geometrickej dráhy) je rôzna. Následne tieto lúče pri spájaní interferujú. To vám umožní vytvoriť trojrozmerný reliéfny obraz zodpovedajúci zmene optickej hustoty vzorky, zdôrazňujúc čiary a okraje. Tento obrázok nie je presný topografický obraz.

Mikroskop je optický prístroj, ktorý umožňuje získať zväčšené obrázky malých predmetov alebo ich detailov, ktoré nie je možné vidieť voľným okom.

Doslova slovo „mikroskop“ znamená „pozorovať niečo malé“ (z gréckeho „malý“ a „pozerať sa“).

Ľudské oko, ako každý optický systém, sa vyznačuje určitým rozlíšením. Toto je najmenšia vzdialenosť medzi dvoma bodmi alebo čiarami, keď ešte nesplývajú, ale sú vnímané oddelene od seba. O normálne videnie pri vzdialenosti 250 mm je rozlíšenie 0,176 mm. Preto všetky predmety, ktorých veľkosť je menšia ako táto hodnota, už naše oko nedokáže rozlíšiť. Nevidíme bunky rastlín a živočíchov, rôzne mikroorganizmy atď. Dá sa to však urobiť pomocou špeciálnych optických prístrojov – mikroskopov.

Ako funguje mikroskop

Klasický mikroskop pozostáva z troch hlavných častí: optickej, osvetľovacej a mechanickej. Optická časť sú okuláre a šošovky, osvetľovacia časť svetelné zdroje, kondenzor a clona. Je zvykom označovať mechanickú časť všetkých ostatných prvkov: statív, otočné zariadenie, stolík na predmety, zaostrovací systém a mnoho ďalších. Všetko spolu a umožňuje vám vykonávať výskum mikrosveta.

Čo je to "apertúra mikroskopu": poďme sa rozprávať o systéme osvetlenia

Pre pozorovanie mikrokozmu je dobré osvetlenie rovnako dôležité ako kvalita optiky mikroskopu. LED diódy, halogénové žiarovky, zrkadlo - pre mikroskop je možné použiť rôzne zdroje svetla. Každá má svoje pre a proti. Podsvietenie môže byť horné, spodné alebo kombinované. Jeho umiestnenie ovplyvňuje, ktoré sklíčka možno skúmať pod mikroskopom (priehľadné, priesvitné alebo nepriehľadné).

Pod predmetným stolíkom, na ktorom je umiestnená vzorka na výskum, sa nachádza clona mikroskopu. Môže to byť disk alebo dúhovka. Membrána je určená na nastavenie intenzity osvetlenia: s jej pomocou môžete nastaviť hrúbku svetelného lúča prichádzajúceho z iluminátora. Disková membrána je malá doska s otvormi rôznych priemerov. Zvyčajne sa inštaluje na amatérske mikroskopy. Irisová clona sa skladá z mnohých okvetných lístkov, pomocou ktorých môžete plynulo meniť priemer otvoru prepúšťajúceho svetlo. Je bežnejší v profesionálnych mikroskopoch.

Optická časť: okuláre a objektívy

Objektívy a okuláre sú najobľúbenejšie náhradné diely mikroskopov. Aj keď nie všetky mikroskopy podporujú zmenu tohto príslušenstva. Optický systém je zodpovedný za vytvorenie zväčšeného obrazu. Čím je lepší a dokonalejší, tým je obraz jasnejší a detailnejší. ale najvyššia úroveň optická kvalita je potrebná len v profesionálnych mikroskopoch. Pre amatérsky výskum postačuje štandardná sklenená optika, ktorá poskytuje zvýšenie až 500-1000 krát. A tu plastové šošovky odporúčame vyhnúť sa - kvalita obrazu v takýchto mikroskopoch je zvyčajne frustrujúca.

Mechanické prvky

Akýkoľvek mikroskop obsahuje prvky, ktoré umožňujú výskumníkovi ovládať zaostrenie, upravovať polohu testovanej vzorky a upravovať pracovnú vzdialenosť optického zariadenia. To všetko je súčasťou mechaniky mikroskopu: koaxiálne zaostrovacie mechanizmy, preparačný a preparačný držiak, gombíky na nastavenie ostrosti, stolík a mnoho ďalšieho.

História mikroskopu

Kedy sa objavil prvý mikroskop, nie je presne známe. Najjednoduchšie zväčšovacie zariadenia sú bikonvexné optické šošovky, boli nájdené počas vykopávok na území starovekého Babylonu.

Predpokladá sa, že prvý mikroskop vytvoril v roku 1590 holandský optik Hans Jansen a jeho syn Zachary Jansen. Keďže šošovky boli v tých časoch leštené ručne, mali rôzne chyby: škrabance, hrbole. Chyby na šošovkách sa hľadali pomocou inej šošovky – lupy. Ukázalo sa, že ak uvažujete o objekte pomocou dvoch šošoviek, potom je mnohonásobne zväčšený. Po namontovaní 2 konvexných šošoviek do jednej trubice dostal Zakhary Jansen zariadenie, ktoré pripomínalo ďalekohľad. Na jednom konci tejto trubice bola šošovka, ktorá fungovala ako objektív, a na druhom konci - šošovka okuláru. Ale na rozdiel od ďalekohľad Jansenov prístroj predmety nepribližoval, ale zväčšoval.

V roku 1609 taliansky vedec Galileo Galilei vyvinul zložený mikroskop s konvexnými a konkávnymi šošovkami. Nazval to "occhiolino" - malé oko.

O 10 rokov neskôr, v roku 1619, holandský vynálezca Cornelius Jacobson Drebbel navrhol zložený mikroskop s dvoma konvexnými šošovkami.

Málokto vie, že mikroskop dostal svoje meno až v roku 1625. Termín „mikroskop“ navrhol kamarát Galileo Galilei nemecký lekár a botanik Giovanni Faber.

Všetky vtedy vytvorené mikroskopy sa uspokojili s tými primitívnymi. Takže Galileov mikroskop mohol zväčšiť iba 9-krát. Po zlepšení optického systému Galilea vytvoril anglický vedec Robert Hooke v roku 1665 svoj vlastný mikroskop, ktorý už mal 30-násobné zväčšenie.

V roku 1674 holandský prírodovedec Anthony van Leeuwenhoek vytvoril najjednoduchší mikroskop, ktorý používal iba jednu šošovku. Treba povedať, že tvorba šošoviek patrila medzi záľuby vedca. A vďaka jeho vysokej zručnosti v brúsení boli všetky šošovky, ktoré vyrobil, veľmi kvalitné. Leeuwenhoek ich nazval „mikroskopia“. Boli malé, veľké asi ako necht, ale mohli sa zväčšiť 100 alebo dokonca 300-krát.

Leeuwenhoekov mikroskop bola kovová platňa so šošovkou v strede. Pozorovateľ sa cez ňu pozrel na vzorku pripevnenú na druhej strane. A hoci práca s takýmto mikroskopom nebola príliš pohodlná, Leeuwenhoek pomocou svojich mikroskopov dokázal urobiť dôležité objavy.

V tých časoch sa o štruktúre ľudských orgánov vedelo len málo. Leeuwenhoek pomocou svojich šošoviek zistil, že krv sa skladá z mnohých drobných čiastočiek – erytrocytov a sval- z najjemnejších vlákien. V riešeniach videl najmenšie stvorenia rôzne tvary ktoré sa pohli, zrazili a rozpŕchli sa. Teraz vieme, že ide o baktérie: koky, bacily atď. Ale pred Leeuwenhoekom to nebolo známe.

Celkovo vedci vyrobili viac ako 25 mikroskopov. 9 z nich sa zachovalo dodnes. Sú schopné zväčšiť obraz 275-krát.

Leeuwenhoekov mikroskop bol prvý mikroskop privezený do Ruska na pokyn Petra Veľkého.

Postupne sa mikroskop zdokonaľoval a nadobudol podobu blízku moderne. K tomuto procesu výrazne prispeli aj ruskí vedci. Začiatkom 18. storočia v Petrohrade vznikli v dielni Akadémie vied vylepšené návrhy mikroskopov. Ruský vynálezca I.P. Kulibin postavil svoj prvý mikroskop bez toho, aby vedel, ako sa to robí v zahraničí. Vytvoril výrobu skla na šošovky, vynašiel zariadenia na ich brúsenie.

Veľký ruský vedec Michail Vasiljevič Lomonosov bol prvým ruským vedcom, ktorý vo svojom vedeckom výskume použil mikroskop.

Na otázku „Kto vynašiel mikroskop“ pravdepodobne neexistuje jednoznačná odpoveď? Najlepší vedci a vynálezcovia rôznych epoch prispeli k rozvoju mikroskopickej vedy.

Článok hovorí o tom, čo je mikroskop, prečo je potrebný, aké typy existujú a o histórii jeho vzniku.

Dávne časy

V dejinách ľudstva vždy boli takí, ktorí sa neuspokojili s biblickým opisom štruktúry sveta, ktorí chceli pre seba pochopiť podstatu vecí a ich podstatu. Alebo koho nelákal osud obyčajného roľníka alebo rybára, ako ten istý Lomonosov.

Najrozšírenejšie rôzne disciplíny boli v renesancii, keď si ľudia začali uvedomovať dôležitosť štúdia okolitého sveta a iných vecí. Najmä v tomto im pomáhali rôzne optické prístroje – teleskopy a mikroskopy. Čo je teda mikroskop? Kto ho vytvoril a kde sa dnes toto zariadenie používa?

Definícia

Najprv sa pozrime na samotnú oficiálnu definíciu. Mikroskop je podľa neho zariadenie na získavanie zväčšených obrazov alebo ich štruktúry. Od rovnakého teleskopu sa líši tým, že je potrebný na štúdium malých a blízkych objektov, a nie kozmických vzdialeností. Meno autora tohto vynálezu s určitosťou nie je známe, no v histórii sú zmienky o niekoľkých ľuďoch, ktorí ho ako prví použili a navrhli. Podľa nich v roku 1590 Holanďan menom John Lippershey predstavil svoj vynález širokej verejnosti. Jej autorstvo sa pripisuje aj Zacharymu Jansenovi. A v roku 1624 skonštruoval podobné zariadenie aj známy Galileo Galilei.

Prišli sme na to, čo je mikroskop, ale ako to ovplyvnilo vedu? Takmer rovnaký ako jeho „relatívny“ ďalekohľad. Hoci je toto zariadenie primitívne, umožnilo prekonať nedokonalosť ľudského oka a pozrieť sa do mikrokozmu. Pomocou nej neskôr prišlo k mnohým objavom v oblasti biológie, entomológie, botaniky a iných vied.

Čo je mikroskop je teraz jasné, ale kde inde sa používajú?

Veda

Biológia, fyzika, chémia – všetky tieto oblasti vedy si niekedy vyžadujú pohľad do samotnej podstaty vecí, ktoré naše oko ani obyčajná lupa nevidí. Ťažko predstaviteľné moderná medicína bez týchto prístrojov: s ich pomocou sa objavujú objavy, zisťujú sa druhy chorôb, infekcií a nedávno sa im dokonca podarilo „odfotografovať“ reťazec ľudskej DNA.

Vo fyzike je všetko trochu iné, najmä v tých oblastiach, ktoré pracujú na štúdiu elementárnych častíc a iných malých objektov. Tam sa laboratórny mikroskop trochu líši od bežných a obyčajný pomáha málo, dávno ich nahradili elektronické a najnovšie sondovacie. Tie umožňujú nielen dosiahnuť pôsobivý nárast, ale dokonca aj zaregistrovať jednotlivé atómy a molekuly.

Patrí sem aj forenzná, ktorá tieto zariadenia potrebuje na identifikáciu dôkazov, podrobné porovnanie odtlačkov prstov a ďalšie veci.

Nezaobídete sa bez mikroskopov a výskumníkov staroveký svet ako sú paleontológovia a archeológovia. Potrebujú ich na podrobné štúdium zvyškov rastlín, zvieracích kostí s ľuďmi a umelých produktov z minulých dôb. A mimochodom, výkonný laboratórny mikroskop sa dá voľne kúpiť pre vlastnú potrebu. Pravda, nie každý si ich môže dovoliť. Pozrime sa bližšie na typy týchto zariadení.

Druhy

Prvým, hlavným a najstarším je optické svetlo. Podobné zariadenia sú stále dostupné v ktorejkoľvek škole na hodine biológie. Ide o sadu šošoviek s nastaviteľnou vzdialenosťou a zrkadlom na osvetlenie objektu. Niekedy je nahradený nezávislým zdrojom svetla. Podstatou takéhoto mikroskopu je zmena vlnovej dĺžky viditeľného optického spektra.

Druhá je elektronická. Je to oveľa zložitejšie. Ak hovoriť jednoduchý jazyk, potom je vlnová dĺžka viditeľného svetla 390 až 750 nm. A ak je objekt, napríklad bunka vírusu alebo iného živého organizmu, menší, potom ho svetlo jednoducho obíde, ako keby, a nebude sa môcť normálne odrážať. A takéto zariadenie takéto obmedzenia obchádza: s magnetickým poľom „tenšie“ vlny svetla, vďaka čomu je možné vidieť aj tie najmenšie predmety. To platí najmä vo vede, ako je biológia. Mikroskop tohto druhu je oveľa lepší ako optické mikroskopy.

A tretí je typ sondovania. Zjednodušene povedané, ide o zariadenie, v ktorom sa povrch konkrétnej vzorky „sonduje“ sondou a na základe jej pohybov a vibrácií sa zostavuje trojrozmerný alebo rastrový obraz.

Pojem "mikroskop" má grécke korene. Skladá sa z dvoch slov, ktoré v preklade znamenajú „malý“ a „vzhľad“. Hlavnou úlohou mikroskopu je jeho využitie pri skúmaní veľmi malých predmetov. Toto zariadenie zároveň umožňuje určiť veľkosť a tvar, štruktúru a ďalšie vlastnosti tiel neviditeľných voľným okom.

História stvorenia

Neexistujú presné informácie o tom, kto bol v histórii vynálezcom mikroskopu. Podľa niektorých zdrojov ho v roku 1590 navrhli otec a syn Janssena, majstra vo výrobe okuliarov. Ďalším uchádzačom o titul vynálezca mikroskopu je Galileo Galilei. V roku 1609 títo vedci predstavili zariadenie s konkávnymi a konvexnými šošovkami na verejné prezeranie v Accademia dei Lincei.

V priebehu rokov sa systém na prezeranie mikroskopických objektov vyvíjal a zlepšoval. Obrovským krokom v jeho histórii bol vynález jednoduchého achromaticky nastaviteľného dvojšošovkového zariadenia. Tento systém zaviedol Holanďan Christian Huygens koncom 17. storočia. Okuláre tohto vynálezcu sa dodnes vyrábajú. Ich jedinou nevýhodou je nedostatočná šírka zorného poľa. Navyše v porovnaní s dizajnom moderných zariadení majú okuláre Huygens nepohodlnú polohu pre oči.

Anton van Leeuwenhoek (1632-1723), výrobca takýchto nástrojov, sa osobitne zapísal do histórie mikroskopu. Práve on na toto zariadenie upozornil biológov. Leeuwenhoek vyrábal malé produkty vybavené jednou, ale veľmi silnou šošovkou. Bolo nepohodlné používať takéto zariadenia, ale nezdvojnásobili obrazové chyby, ktoré boli prítomné v zložených mikroskopoch. Tento nedostatok sa vynálezcom podarilo napraviť až po 150 rokoch. Spolu s vývojom optiky sa zlepšila kvalita obrazu v kompozitných zariadeniach.

Zdokonaľovanie mikroskopov pokračuje dodnes. V roku 2006 teda nemeckí vedci pracujúci v Ústave biofyzikálnej chémie Mariano Bossi a Stefan Hell vyvinuli najnovší optický mikroskop. Vďaka schopnosti pozorovať objekty s rozmermi 10 nm a trojrozmerným kvalitným 3D obrazom bolo zariadenie nazvané nanoskop.

Klasifikácia mikroskopu

V súčasnosti existuje široká škála nástrojov určených na skúmanie malých predmetov. Ich zoskupenie je založené na rôznych parametroch. Môže to byť účel mikroskopu alebo použitá metóda osvetlenia, štruktúra použitá na optický dizajn atď.

Ale spravidla sú hlavné typy mikroskopov klasifikované podľa rozlíšenia mikročastíc, ktoré je možné vidieť pomocou tohto systému. Podľa tohto rozdelenia sú mikroskopy:
- optické (svetlo);
- elektronický;
- röntgen;
- skenovacie sondy.

Najpoužívanejšie mikroskopy sú svetelného typu. Ich široký výber je dostupný v predajniach s optikou. Pomocou takýchto zariadení sa riešia hlavné úlohy štúdia objektu. Všetky ostatné typy mikroskopov sú klasifikované ako špecializované. Zvyčajne sa používajú v laboratóriu.

Každý z vyššie uvedených typov zariadení má svoj vlastný poddruh, ktorý sa používa v určitej oblasti. Okrem toho je dnes možné zakúpiť si školský mikroskop (alebo vzdelávací), čo je entry-level systém. Ponúkané spotrebiteľom a profesionálnym zariadeniam.

Aplikácia

Na čo slúži mikroskop? Ľudské oko, ktoré je špeciálnym optickým systémom biologického typu, má určitú úroveň rozlíšenia. Inými slovami, medzi pozorovanými objektmi je najmenšia vzdialenosť, keď sa dajú ešte rozlíšiť. Pre bežné oko je toto rozlíšenie v rozsahu 0,176 mm. Ale rozmery väčšiny živočíšnych a rastlinných buniek, mikroorganizmov, kryštálov, mikroštruktúra zliatin, kovov atď. sú oveľa menšie ako táto hodnota. Ako študovať a pozorovať takéto objekty? Práve tu prichádzajú na pomoc ľuďom rôzne druhy mikroskopov. Napríklad zariadenia optického typu umožňujú rozlíšiť štruktúry, v ktorých je vzdialenosť medzi prvkami aspoň 0,20 μm.

Ako sa vyrába mikroskop?

Zariadenie, s ktorým ľudské oko zvažovanie mikroskopických objektov sa stáva dostupným, má dva hlavné prvky. Sú to šošovka a okulár. Tieto časti mikroskopu sú upevnené v pohyblivej trubici umiestnenej na kovovej základni. Má tiež tabuľku objektov.

Moderné typy mikroskopov sú zvyčajne vybavené osvetľovacím systémom. Ide najmä o kondenzátor s irisovou clonou. Povinnou sadou zväčšovacích zariadení sú mikro a makro skrutky, ktoré slúžia na nastavenie ostrosti. Konštrukcia mikroskopov tiež počíta s prítomnosťou systému, ktorý riadi polohu kondenzátora.

V špecializovaných, zložitejších mikroskopoch sa často používajú ďalšie prídavné systémy a zariadenia.

Objektívy

Popis mikroskopu by som začal príbehom o jednej z jeho hlavných častí, teda o šošovke. Ide o komplexný optický systém, ktorý zväčšuje veľkosť predmetného objektu v rovine obrazu. Dizajn šošoviek zahŕňa celý systém nielen jednotlivých šošoviek, ale aj šošoviek lepených po dvoch alebo troch kusoch.

Zložitosť takéhoto opticko-mechanického dizajnu závisí od rozsahu úloh, ktoré musí vyriešiť jedno alebo druhé zariadenie. Napríklad v najkomplexnejšom mikroskope je k dispozícii až štrnásť šošoviek.

Objektív sa skladá z prednej časti a systémov, ktoré na ňu nadväzujú. Čo je základom budovania imidžu požadovanej kvality, ako aj určovania prevádzkového stavu? Ide o prednú šošovku alebo ich systém. Na poskytnutie požadovaného zväčšenia, ohniskovej vzdialenosti a kvality obrazu sú potrebné ďalšie časti šošovky. Implementácia takýchto funkcií je však možná len v kombinácii s prednou šošovkou. Za zmienku stojí, že dizajn ďalšej časti ovplyvňuje dĺžku tubusu a výšku šošovky prístroja.

Okuláre

Tieto časti mikroskopu sú optickým systémom určeným na vytvorenie potrebného mikroskopického obrazu na povrchu sietnice očí pozorovateľa. Okuláre obsahujú dve skupiny šošoviek. Najbližšie k oku výskumníka sa nazýva oko a najvzdialenejšie pole (šošovka s jeho pomocou vytvára obraz skúmaného objektu).

Systém osvetlenia

Mikroskop má zložitú konštrukciu membrán, zrkadiel a šošoviek. S jeho pomocou je zabezpečené rovnomerné osvetlenie skúmaného objektu. V úplne prvých mikroskopoch túto funkciu realizované Ako sa optické prístroje zdokonaľovali, začali používať najskôr ploché a potom konkávne zrkadlá.

Pomocou takýchto jednoduchých detailov smerovali lúče zo slnka alebo lámp na predmet štúdia. IN moderné mikroskopy dokonalejšie. Skladá sa z kondenzátora a kolektora.

Predmetová tabuľka

Mikroskopické prípravky vyžadujúce štúdium sú umiestnené na rovnom povrchu. Toto je tabuľka predmetov. Rôzne druhy mikroskopy môžu mať tento povrch navrhnutý tak, že objekt skúmania sa zmení na pozorovateľa horizontálne, vertikálne alebo pod určitým uhlom.

Princíp fungovania

V prvom optickom zariadení systém šošoviek poskytoval inverzný obraz mikroobjektov. To umožnilo vidieť štruktúru hmoty a najmenšie detaily, ktoré mali byť študované. Princíp činnosti svetelného mikroskopu je dnes podobný práci, ktorú vykonáva refraktorový ďalekohľad. V tomto zariadení sa svetlo pri prechode cez sklenenú časť láme.

Ako zväčšujú moderné svetelné mikroskopy? Po vstupe lúča svetelných lúčov do zariadenia sa tieto premenia na paralelný prúd. Až potom dochádza k lomu svetla v okulári, vďaka ktorému sa zväčšuje obraz mikroskopických predmetov. Ďalej tieto informácie prichádzajú vo forme potrebnej pre pozorovateľa v jeho

Poddruhy svetelných mikroskopov

Moderná klasifikácia:

1. Podľa triedy zložitosti pre výskumný, pracovný a školský mikroskop.
2. Podľa oblasti použitia pre chirurgické, biologické a technické.
3. Podľa druhov mikroskopie pre odrazené a prechádzajúce svetlo, fázový kontakt, luminiscenčné a polarizačné zariadenia.
4. V smere svetelného toku na obrátený a priamy.

Elektrónové mikroskopy

Postupom času bol prístroj určený na skúmanie mikroskopických predmetov čoraz dokonalejší. Objavili sa také typy mikroskopov, v ktorých sa používal úplne iný princíp činnosti, nezávislý od lomu svetla. V procese používania najnovších typov zariadení boli zapojené elektróny. Takéto systémy umožňujú vidieť jednotlivé časti hmoty tak malé, že svetelné lúče okolo nich jednoducho prúdia.

Na čo slúži elektrónový mikroskop? Používa sa na štúdium štruktúry buniek na molekulárnej a subcelulárnej úrovni. Podobné zariadenia sa tiež používajú na štúdium vírusov.

Zariadenie elektrónových mikroskopov

Čo je základom fungovania najnovších prístrojov na pozorovanie mikroskopických objektov? Ako sa líši elektrónový mikroskop od svetelného mikroskopu? Sú medzi nimi nejaké podobnosti?

Princíp činnosti elektrónového mikroskopu je založený na vlastnostiach elektrických a magnetických polí. Ich rotačná symetria je schopná mať zaostrovací efekt na elektrónové lúče. Na základe toho môžeme odpovedať na otázku: "Ako sa líši elektrónový mikroskop od svetelného mikroskopu?" Na rozdiel od optického zariadenia v ňom nie sú žiadne šošovky. Ich úlohu zohrávajú vhodne vypočítané magnetické a elektrické polia. Sú tvorené závitmi cievok, ktorými prechádza prúd. V tomto prípade takéto polia pôsobia podobne.Keď sa prúd zvyšuje alebo znižuje, ohnisková vzdialenosť zariadenia sa mení.

Pokiaľ ide o schému zapojenia, pre elektrónový mikroskop je podobná schéme svetelného zariadenia. Jediný rozdiel je v tom, že optické prvky sú nahradené podobnými elektrickými.

Zväčšenie objektu v elektrónových mikroskopoch nastáva v dôsledku procesu lomu lúča svetla prechádzajúceho cez skúmaný objekt. Pod rôznymi uhlami vstupujú lúče do roviny šošovky objektívu, kde dochádza k prvému zväčšeniu vzorky. Potom elektróny prejdú k medzišošovke. V ňom dochádza k plynulej zmene nárastu veľkosti objektu. Konečný obraz študovaného materiálu dáva projekčná šošovka. Z nej obraz padá na fluorescenčnú obrazovku.

Typy elektrónových mikroskopov

Medzi moderné druhy patria:

1. TEM alebo transmisný elektrónový mikroskop. V tejto zostave vzniká obraz veľmi tenkého objektu s hrúbkou do 0,1 µm interakciou elektrónového lúča so skúmanou látkou a jeho následným zväčšením magnetickými šošovkami umiestnenými v objektíve.
2. SEM alebo rastrovací elektrónový mikroskop. Takéto zariadenie umožňuje získať obraz povrchu objektu s vysokým rozlíšením rádovo niekoľkých nanometrov. Použitím dodatočné metódy takýto mikroskop poskytuje informácie, ktoré pomáhajú určiť chemické zloženie povrchové vrstvy.
3. Tunelový skenovací elektrónový mikroskop alebo STM. Pomocou tohto prístroja sa meria reliéf vodivých povrchov s vysokým priestorovým rozlíšením. V procese práce s STM sa k skúmanému objektu privádza ostrá kovová ihla. Zároveň je zachovaná vzdialenosť len niekoľkých angstromov. Ďalej sa na ihlu aplikuje malý potenciál, vďaka čomu vzniká tunelový prúd. V tomto prípade pozorovateľ dostane trojrozmerný obraz skúmaného objektu.

Mikroskopy Leeuwenhoek

V roku 2002 sa objavila Amerika nová spoločnosť zaoberajúca sa výrobou optických prístrojov. Jej sortiment zahŕňa mikroskopy, teleskopy a ďalekohľady. Všetky tieto zariadenia sa vyznačujú vysokou kvalitou obrazu.

Hlavné sídlo a vývojové oddelenie spoločnosti sa nachádza v USA, v meste Fremond (Kalifornia). Ale čo sa týka výrobných zariadení, tie sa nachádzajú v Číne. Vďaka tomu všetkému spoločnosť dodáva na trh pokrokové a kvalitné produkty za dostupnú cenu.

Potrebujete mikroskop? Levenhuk navrhne požadovanú možnosť. Sortiment optických zariadení spoločnosti zahŕňa digitálne a biologické prístroje na zväčšovanie skúmaného objektu. Okrem toho sú kupujúcemu ponúkané a dizajnérske modely, vykonávané v rôznych farbách.

Mikroskop Levenhuk má rozsiahle funkcie. Napríklad, tréningové zariadenie vstupná úroveň môže byť pripojená k počítaču a je tiež schopná natáčať videozáznam prebiehajúceho výskumu. Levenhuk D2L je vybavený touto funkciou.

Spoločnosť ponúka biologické mikroskopy rôznych úrovní. Toto a ešte viac jednoduché modely, a novinky, ktoré budú vyhovovať profesionálom.