Термін «мікроскоп» має грецьке коріння. Він складається з двох слів, які в перекладі означають «маленький» і «дивлюся». Основна роль мікроскопа полягає в його застосуванні при розгляді досить малих об'єктів. При цьому цей прилад дозволяє визначити розміри і форму, будову та інші характеристики невидимих неозброєним оком тіл.
Історія створення
Точних відомостей про те, хто був винахідником мікроскопа, в історії немає. За одними даними, його в 1590 р. сконструювали батько і син Янссени, майстри з виготовлення окулярів. Ще один претендент на звання винахідника мікроскопа - Галілео Галілей. У 1609 р. цим вченим був представлений прилад з увігнутою і випуклою лінзами на огляд публіки в Академії деі Лінчеї.
З роками система для розгляду мікроскопічних об'єктів розвивалася і вдосконалювалася. Величезним кроком в її історії став винахід простого ахроматично регулювався дволінзового пристрою. Представив цю систему голландець Крістіан Гюйгенс наприкінці 1600-х років. Очки даного винахідника знаходяться у виробництві і сьогодні. Єдиним їх мінусом є недостатня широта поля огляду. Крім того, порівняно з пристроєм сучасних приладів очки Гюйгенса мають незручне розташування для очей.
Особливий внесок в історію мікроскопа зробив виробник подібних приладів Антон Ван Левенгук (1632-1723 рр.). Саме він привернув увагу біологів до цього пристрою. Левенгук виготовляв невеликі за розміром вироби, оснащені однією, але досить сильною лінзою. Використовувати такі прилади було незручно, але вони не подвоювали дефекти зображень, що було присутнє в складових мікроскопах. Виправити цей недолік винахідники змогли тільки через 150 років. Разом з розвитком оптики покращилася якість зображення в складових приладах.
Удосконалення мікроскопів триває і в наші дні. Так, в 2006 р. німецькими вченими, що працюють в інституті біофізичної хімії, Маріано Боссі і Штефаном Хеллем, був розроблений новітній оптичний мікроскоп. Через можливість спостерігати предмети з розмірами в 10 нм і тривимірні високоякісні 3D-зображення прилад назвали наноскопом.
Класифікація мікроскопів
Зараз існує велика різноманітність приладів, призначених для розгляду малих за величиною об'єктів. Їх угруповання проводиться виходячи з різних параметрів. Це може бути призначення мікроскопа або прийнятий спосіб освітлення, будова, використана для оптичної схеми тощо.
Але, як правило, основні види мікроскопів класифікуються за величиною роздільної здатності мікрочастинок, які можна побачити за допомогою даної системи. Згідно з таким поділом, мікроскопи бувають:
-
електронними; - рентгенівськими;
- скануючими зондовими.
Найбільше поширення отримали мікроскопи світлового типу. Їх багатий вибір є в магазинах оптики. За допомогою подібних приладів вирішуються основні завдання з дослідження того чи іншого об'єкта. Всі інші види мікроскопів відносять до спеціалізованих. Їх використання проводиться, як правило, в умовах лабораторії.
Кожен з перерахованих вище видів приладів має свої підвиди, які застосовуються в тій чи іншій сфері. Крім того, сьогодні є можливість купити шкільний мікроскоп (або навчальний), який є системою початкового рівня. Пропонуються споживачам і професійні прилади.
Застосування
Для чого потрібен мікроскоп? Людське око, будучи особливою оптичною системою біологічного типу, має певний рівень роздільної здатності. Іншими словами, існує найменша відстань між об'єктами, що спостерігаються, коли їх ще можна розрізнити. Для нормального ока такий дозвіл знаходиться в межах 0,176 мм. А ось розміри більшості тварин і рослинних клітин, мікроорганізмів, кристалів, мікроструктури сплавів, металів тощо набагато менші від цієї величини. Як же вивчати і спостерігати такі об "єкти? Ось тут на допомогу людям і приходять різні види мікроскопів. Наприклад, прилади оптичного типу дозволяють розрізнити структури, у яких відстань між елементами становить мінімум 0,20 мкм.
Як влаштований мікроскоп?
Прилад, за допомогою якого людському оку стає доступним розгляд мікроскопічних об'єктів, має два основних елементи. Ними є об'єктив і окуляр. Закріплені дані частини мікроскопа в рухомому тубусі, розташованому на металевій підставі. На ньому ж є і предметний столик.
Сучасні види мікроскопів, як правило, оснащені освітлювальною системою. Це, зокрема, конденсор, що має ірисову діафрагму. Обов'язковою комплектацією збільшувальних приладів є мікро- і макровінти, які служать для налаштування різкості. У конструкції мікроскопів передбачається і наявність системи, що управляє положенням конденсору.
У спеціалізованих, більш складних мікроскопах нерідко використовуються й інші додаткові системи та пристрої.
Об'єктиви
Почати опис мікроскопа хотілося б з розповіді про одну з його основних частин, тобто з об'єктива. Вони є складною оптичною системою, що збільшує розміри розглянутого предмета в площині зображення. Конструкція об'єктивів включає в себе цілу систему не тільки одиночних, але і склеєних по дві або три штуки лінз.
Складність подібної оптико-механічної конструкції залежить від кола тих завдань, які повинні бути вирішені тим чи іншим приладом. Наприклад, у найскладнішому мікроскопі передбачається до чотирнадцяти лінз.
У складі об'єктива знаходяться фронтальна частина і системи, наступні за нею. Що є основою для побудови зображення потрібної якості, а також визначення робочого стану? Це фронтальна лінза або їх система. Наступні частини об'єктиву потрібні для збільшення, фокусної відстані та якості зображення. Однак здійснення таких функцій можливе тільки в поєднанні з фронтальною лінзою. Варто сказати і про те, що конструкція подальшої частини впливає на довжину тубуса і висоту об'єктива приладу.
Окуляри
Ці частини мікроскопа являють собою оптичну систему, призначену для побудови необхідного мікроскопічного зображення на поверхні сітківки очей спостерігача. У складі очок знаходяться дві групи лінз. Найближча до ока дослідника називається очною, а дальня - польовою (за її допомогою об'єктив вибудовує зображення об'єкта, що вивчається).
Освітлювальна система
У мікроскопі передбачена складна конструкція з діафрагм, дзеркал і лінз. З її допомогою забезпечується рівномірна освітленість досліджуваного об'єкта. У найперших мікроскопах цю функцію здійснювали природні джерела світла. У міру удосконалення оптичних приладів у них почали застосовувати спочатку плоскі, а потім і увігнуті дзеркала.
За допомогою таких нехитрих деталей промені від сонця або лампи прямували на об'єкт дослідження. У сучасних мікроскопах освітлювальна система більш досконала. Вона складається з конденсору і колектора.
Предметний столик
Мікроскопічні препарати, які потребують вивчення, розташовуються на плоскій поверхні. Це і є предметний столик. Різні види мікроскопів можуть мати цю поверхню, сконструйовану таким чином, що об'єкт дослідження буде повертатися в поле зору спостерігача по горизонталі, по вертикалі або під певним кутом.
Принцип дії
У першому оптичному приладі система лінз давала зворотне зображення мікрооб'єктів. Це дозволяло розгледіти будову речовини і найдрібніші деталі, які підлягали вивченню. Принцип дії світлового мікроскопа сьогодні схожий з тією роботою, яку здійснює рефракторний телескоп. У цьому приладі світло ламається в момент проходження через скляну частину.
Як же збільшують сучасні світлові мікроскопи? Після потрапляння в прилад пучка світлових променів відбувається їх перетворення на паралельний потік. Тільки потім йде заломлення світла в окулярі, завдяки чому і збільшується зображення мікроскопічних об'єктів. Далі ця інформація надходить в потрібному для спостерігача вигляді в його зоровий аналізатор.
Підвиди світлових мікроскопів
Сучасні оптичні прилади класифікують:
1. За класом складності на дослідницький, робочий та шкільний мікроскоп.2
. По області застосування на хірургічні, біологічні та технічні
. За видами мікроскопії на прилади відбитого і прохідного світла, фазового контакту, люмінесцентні та поляризаційніе.4
. У напрямку світлового потоку на інвертовані та прямі.
Електронні мікроскопи
З плином часу прилад, призначений для розгляду мікроскопічних об'єктів, ставав все більш досконалим. З'явилися такі види мікроскопів, в яких був використаний зовсім інший, не залежний від заломлення світла принцип роботи. У процесі використання новітніх типів приладів задіяли електрони. Подібні системи дозволяють побачити настільки малі окремі частини речовини, що їх просто обтікають світлові промені.
Для чого потрібен мікроскоп електронного типу? З його допомогою вивчають структуру клітин на молекулярному і субклетковому рівнях. Також подібні прилади застосовують для дослідження вірусів.
Пристрій електронних мікроскопів
Що лежить в основі роботи новітніх приладів для розгляду мікроскопічних об'єктів? Чим електронний мікроскоп відрізняється від світлового? Чи є між ними якісь схожості?
Принцип роботи електронного мікроскопа заснований на тих властивостях, якими володіють електричні та магнітні поля. Їх обертальна симетрія здатна надавати фокусуючу дію на електронні пучки. Виходячи з цього, можна дати відповідь на питання: «Чим електронний мікроскоп відрізняється від світлового?» У ньому, на відміну від оптичного приладу, немає лінз. Їх роль відіграють відповідним чином розраховані магнітні та електричні поля. Створюються вони витками котушок, через які проходить струм. При цьому такі поля діють подібно до лінзи, що збирає. При збільшенні або зменшенні сили струму відбувається зміна фокусної відстані приладу.
Що стосується принципової схеми, то в електронного мікроскопа вона аналогічна схемі світлового приладу. Відмінність полягає лише в тому, що оптичні елементи заміщені подібними їм електричними.
Збільшення об'єкта в електронних мікроскопах відбувається за рахунок процесу заломлення пучка світла, що проходить крізь досліджуваний об'єкт. Під різними кутами промені потрапляють у площину об'єктивної лінзи, де і відбувається перше збільшення зразка. Далі електрони проходять шлях до проміжної лінзи. У ній відбувається плавна зміна збільшення розмірів об'єкта. Кінцеву картинку досліджуваного матеріалу дає проекційна лінза. Від неї зображення потрапляє на флуоресцентний екран.
Види електронних мікроскопів
Сучасні види збільшувальних приладів включають в себе:
1. ПЕМ, або просвічуючий електронний мікроскоп. У цій установці зображення дуже тонкого, товщиною до 0,1 мкм, об'єкта формується при взаємодії пучка електронів з досліджуваною речовиною і з подальшим її збільшенням магнітними лінзамі.2
. РЕМ, або растровий електронний мікроскоп. Такий прилад дозволяє отримати зображення поверхні об'єкта з великою роздільною здатністю, що становить близько декількох нанометрів. При використанні додаткових методів подібний мікроскоп видає інформацію, що допомагає визначити хімічний склад приповерхневих шарів
. Тунельний скануючий електронний мікроскоп, або СТМ. За допомогою цього приладу вимірюється рельєф проведених поверхонь, що мають високу просторову роздільну здатність. У процесі роботи з СТМ гостру металеву голку підводять до об'єкта, що вивчається. При цьому витримується відстань всього в кілька ангстрем. Далі на голку подають невеликий потенціал, завдяки чому виникає тунельний струм. При цьому спостерігач отримує тривимірне зображення досліджуваного об'єкта.
Мікроскопи «Левенгук»
У 2002 році в Америці з'явилася нова компанія, що займається виробництвом оптичних приладів. В асортиментному переліку її продукції знаходяться мікроскопи, телескопи та біноклі. Всі ці прилади відрізняють високу якість зображення.
Головний офіс і відділ розробок компанії розташовуються в США, в місті Фрімонде (Каліфорнія). А ось що стосується виробничих потужностей, то вони знаходяться в Китаї. Завдяки всьому цьому компанія поставляє на ринок передову і якісну продукцію за прийнятною ціною.
Вам потрібен мікроскоп? Levenhuk запропонує необхідний варіант. В асортименті оптичної техніки компанії знаходяться цифрові та біологічні прилади для збільшення об'єкта, що вивчається. Крім того, покупцеві пропонуються і дизайнерські моделі, виконані в різноманітній колірній гамі.
Мікроскоп Levenhuk має великі функціональні можливості. Наприклад, навчальний прилад початкового рівня може бути приєднаний до комп'ютера, а також він здатний виконувати відеозйомку проведених досліджень. Таким функціоналом оснащена модель Levenhuk D2L.
Компанія пропонує біологічні мікроскопи різного рівня. Це і більш прості моделі, і новинки, які підійдуть професіоналам.
