Види мікроскопів: опис, основні характеристики, призначення. Чим електронний мікроскоп відрізняється від світлового?

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 даний прилад дозволяє визначити розміри і форму, будову та інші характеристики невидимих неозброєним оком тел.

Історія створення

Точних відомостей про те, хто був винахідником мікроскопа, в історії немає. За одними даними, його 1590 р сконструювали батько і син Янссен, майстри з виготовлення окулярів. Ще один претендент на звання винахідника мікроскопа - Галілео Галілей. У 1609 р цим ученим був представлений прилад з увігнутою і опуклою лінзами на огляд публіки в Академії деї Лінчеї.

З роками система для розгляду мікроскопічних об'єктів розвивалася й удосконалювалася. Величезним кроком в її історії став винахід простого ахроматична регулювати двохлінзовому пристрою. Представив цю систему голландець Крістіан Гюйгенс в кінці 1600-х років. Окуляри даного винахідника перебувають у провадженні і сьогодні. Єдиним їхнім мінусом є недостатня широта поля огляду. Крім того, в порівнянні з пристроєм сучасних приладів окуляр Гюйгенса мають незручне розташування для очей.

Особливий внесок в історію мікроскопа вніс виготовлювач 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 вельми 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 продовжується і в наші дні. Так, в 2006 р німецькими вченими, які 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

В даний час існує велика різноманітність приладів, призначених для розгляду малих за величиною об'єктів. Їх групування проводиться виходячи з різних параметрів. Це може бути призначення мікроскопа або прийнятий спосіб освітлення, будова, використане для оптичної схеми і т. Д.

Але, як правило, основні види мікроскопів класифікуються за величиною дозволу мікрочастинок, які можна побачити за допомогою даної системи. Відповідно до такого поділу, мікроскопи бувають:
- оптичними (світловими) -
- електроннимі-
- рентгеновскімі-
- скануючими ЗОНДОВОГО.

Найбільшого поширення набули мікроскопи світлового типу. Їх багатий вибір є в магазинах оптики. За допомогою подібних приладів вирішуються основні завдання по дослідженню 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 дозволу. Іншими словами, існує найменша відстань між спостережуваними об'єктами, коли їх ще можна розрізнити. Для нормального ока такий дозвіл знаходиться в межах 0,176 мм. А ось розміри більшості тваринних і рослинних клітин, мікроорганізмів, кристалів, мікроструктури сплавів, металів і т. П. Набагато менше цієї величини. Яким же чином вивчати і спостерігати подібні об'єкти? Ось тут на допомогу людям і приходять різні види мікроскопів. Приміром, прилади оптичного типу дозволяють розрізнити структури, у яких відстань між елементами складає 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 рухливому тубусі, розташованому на металевому 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 настройки різкості. У конструкції мікроскопів передбачається і наявність системи, що управляє положенням конденсора.

У спеціалізованих, більш складних мікроскопах нерідко використовуються і 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 поодиноких, 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, в 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'єктива необхідні для забезпечення необхідного збільшення, фокусної відстані і якості зображення. Проте здійснення таких функцій можливо тільки в поєднанні з фронтальним лінзою. Варто сказати і про те, що конструкція наступній частині 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 окулярів знаходяться дві групи лінз. Найближча до ока дослідника називається очної, а далека - польовий (з її допомогою об'єктив вибудовує зображення досліджуваного об'єкта).

Освітлювальна система

У мікроскопі передбачена складна конструкція з діафрагм, дзеркал і лінз. З її допомогою забезпечується рівномірна освітленість досліджуваного об'єкта. У найперших мікроскопах дану функцію здійснювали природні джерела світла. У міру удосконалення оптичних приладів в них стали 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 конденсора і колектора.

Предметний столик

Мікроскопічні препарати, що вимагають вивчення, розташовуються на плоскій поверхні. Це і є предметний столик. Різні види мікроскопів можуть мати дану 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 розглядати будова речовини і найдрібніші деталі, які підлягали вивченню. Принцип дії світлового мікроскопа сьогодні схожий з тією роботою, яку здійснює рефракторний телескоп. У цьому приладі світло заломлюється в момент проходження через скляну частину.

Як же збільшують сучасні світлові мікроскопи? Після попадання в прилад пучка світлових променів відбувається їх перетворення в паралельний потік. Тільки потім йде переломлення світла в окуляр, 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. По класу складності на дослідний, робочий і шкільний мікроскоп.
2. По області застосування на хірургічні, біологічні та технічні.
3. За видами мікроскопії на прилади відбитого і проходить світла, фазового контакту, люмінесцентні і поляризаційні.
4. У напрямку світлового потоку на інвертовані і прямі.

Електронні мікроскопи

З часом 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 субклітинному 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 які-небудь подібності?

Принцип роботи електронного мікроскопа заснований на тих властивостях, якими володіють електричні і магнітні поля. Їх обертальна симетрія здатна надавати фокусирующее дію на електронні пучки. Виходячи з цього, можна дати відповідь на запитання: «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 збирає лінзі. При збільшенні або зменшенні сили струму відбувається зміна фокусної відстані приладу.

Що стосується принципової схеми, то у електронного мікроскопа вона аналогічна схемі світлового приладу. Відмінність укладено 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 лінзі. У ній відбувається плавне 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 трансмісійний електронний мікроскоп. У цій установці зображення дуже тонкого, товщиною до 0,1 мкм, об'єкта формується при взаємодії пучка електронів з досліджуваним речовиною і з наступним його збільшенням знаходяться в об'єктиві магнітними лінзами.
2. РЕМ, або растровий електронний мікроскоп. Такий прилад дозволяє отримати зображення поверхні об'єкта з великою роздільною здатністю, що становлять порядку декількох нанометрів. При використанні додаткових методів подібний мікроскоп видає інформацію, яка допомагає визначити хімічний склад приповерхневих шарів.
3. Тунельний скануючий електронний мікроскоп, або ВТМ. За допомогою даного приладу вимірюється рельєф провідних поверхонь, що мають високу просторову роздільну здатність. У процесі роботи з ВТМ гостру металеву голку підводять до досліджуваному об'єкту. При цьому витримується відстань усього 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. У асортиментному переліку її продукції знаходяться мікроскопи, телескопи біноклі. Всі ці прилади відрізняє висока якість зображення.

Головний офіс та 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 й біологічні прилади для збільшення досліджуваного об'єкта. Крім того, покупцеві пропонуються і дизайнерські моделі, виконані в різноманітній кольоровій гамі.

Мікроскоп Levenhuk володіє великими функціональними можливостями. 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.