Микроскопы

Микроскоп: история создания, строение, критерии выбора

Строение человеческого глаза таково, что мы не можем видеть объекты, размерами менее 0,1 мм. А ведь микромир нашей планеты очень обширен, он живет своей интенсивной жизнью и не всегда дружелюбен по отношению к человеку. Наблюдать эту жизнь, изучать ее, предупреждать опасное воздействие на людей помогает использование специального прибора. Микроскоп – название получено сложением двух греческих слов: микро (малый) и скоп (смотрю). Современные модели (оптические, электронные) позволяют приблизить объекты, увеличить их размеры не менее чем в 2000-4000 раз.

История открытия микроскопа

С того момента, когда человек осознал себя как личность, он стремится познать тайны Вселенной, проникнуть в глубины космоса и в «глубины» микромира. И если наблюдать звезды можно было невооруженным глазом, то для изучения микроскопических живых существ, клеток необходимы были специальные приспособления. Именно для этого использовались самые первые «линзы», которые находят археологи при раскопках. Самое удивительное, что они были изготовлены не из стекла, а из особого прозрачного камня.

Первый прибор, внешне напоминающий современный микроскоп был создан голландцем З. Янсеном в 1590 году. Это были две выпуклые линзы, находившиеся внутри трубки. Фокусировка осуществлялась при помощи выдвижного тубуса. Он давал десятикратное увеличение и был настоящим прорывом для своего времени. Им было изготовлено несколько образцов, при этом каждый вариант был более совершенным.

Следующим ученым, внесшим большой вклад в разработку микроскопа стали Галилео Галилей, представивший свою модель в 1610 году и А. Кирхер, опубликовавший в 1646 году работу об «изобретении века». Прибор, названный «блошиным стеклом», состоял из лупы, предметного столика, механизма для крепления лупы и ее фокусировки на изучаемом объекте. Для освещения предмета исследования использовалось зеркало.

В продолжение последующих столетий над совершенствованием микроскопа работали ученые из самых разных стран К.Дребель (Нидерланды), Р. Гук (Англия), А. Левенгук (Нидерланды) и другие. Это позволило создать компактный, удобный в использовании, дающий высокое увеличение прибор. Сегодня ни одна медицинская, биологическая, геологическая лаборатория не обходится без микроскопа.

Строение микроскопа

Наверняка, каждый человек, хотя бы раз в жизни (в школе на уроке биологии) видел микроскоп. Разумеется, школьные лаборатории оснащены не самыми сложными и мощными устройствами, обычно их увеличение не превышает 400, но они дают представление о его конструкции. Это сложная конструкция, в состав которой, в зависимости от назначения, требующегося увеличения, входит одна или две системы линз. Двухступенчатые микроскопы обладают высокой разрешающей способностью, что позволяет различать мельчайшие детали, элементы исследуемого объекта.

Корпус прибора состоит из основания и укрепленного на нем штатива, к которому крепятся предметный столик для размещения и закрепления исследуемого образца и тубус. Современный тубус представляет собой не обычную пустотелую трубку, как это было в первых моделях, а очень сложную систему. В верхней его части находится окуляр, а внизу располагается один или несколько объективов.

Объективы находятся в непосредственной близости к предметному столику и предназначены для первоначального увеличения образца, далее с помощью окуляра происходит его повторное увеличение. Полученное изображение и воспринимается человеческим глазом.

Важную роль в получении четкого, контрастного изображения играет источник света. Он посылает яркий световой поток, подсвечивая предметный столик и находящийся на нем образец, что позволяет рассмотреть детали в мельчайших подробностях. Уровень освещенности регулируется с помощью диафрагмы. Фокусировку прибора (настройку резкости) выполняют при помощи одного или нескольких винтов.

Современные микроскопы

Постоянное совершенствование конструкции микроскопа на протяжении нескольких столетий позволило создать прибор дающий возможность «увидеть невидимое». В современных торговых точках, интернет-ресурсах представлено большое многообразие устройств, которые могут быть сгруппированы на классы, категории по назначению, способу освещения, строению оптической системы, другим характеристикам и особенностям. Наиболее распространенной является систематизация приборов по величине разрешения. При этом каждый тип микроскопов может быть разделен на подвиды, используемые для решения разнообразных задач в различных сферах деятельности.

Оптические

Это, пожалуй, самый простой класс приборов, позволяющий, однако, получать увеличение в 2000 раз и различать микрочастицы, размеры которых не превышают 0,20мкм. В зависимости от назначения они подразделяются на поляризационные, металлографические, биологические и так далее.

Электронные

Это чрезвычайно мощные устройства, строение которых основано на использовании различных физических методов. С их помощью возможно проводить исследование образцов, их структуры на атомном уровне. В качестве окуляра, здесь выступает очень тонкая игла, которая получает информацию об объекте и передает ее на компьютер. Последующая обработка позволяет сгенерировать «изображение», которое может быть подвергнуто визуальному рассмотрению, дальнейшему изучению.

Рентгеновские

Электромагнитное излучение рентгеновского типа (длина волны находится в диапазоне 0,01-1 нм) позволяет создавать микроскопы с разрешением 5-10 нм. Они используются в медицине, металловедении, минералогии и позволяют оценить качество чрезвычайно тонких покрытий, изучать ботанические, микробиологические срезы толщиной 200 мкм, строение непрозрачных для световых лучей объектов, проводить анализ смесей из порошков тяжелых и легких металлов, решать другие задачи.

Сканирующие зондовые

Исследование объектов производится при помощи специального зонда, который сканирует поверхность и выводит на экран трехмерное изображение. Присущее данным устройствам разрешение (0,1 нм) позволяет не только «увидеть» молекулы, атомы изучаемого образца, но и оказывать на них воздействие, проводить исследовательскую работу, помещая объекты в вакуум, различные газы и жидкости.

Бинокулярный

Этот вид устройства представляет собой стереомикроскоп, или бинокуляр. Он позволяет получать увеличенное объемное изображение среза, образца, детально исследовать его строение, структуру. Как понятно из названия, он оснащен двумя окулярами. Исследователь может вести наблюдение одновременно двумя глазами через один объектив. Несмотря на то, что их разрешение ниже, чем у монокулярных, они получили очень широкое распространение благодаря удобству для оператора. Один из подвидов бинокулярным приборов (микроскоп сравнения) применяется, например, в криминалистике

USB-микроскопы

Мы живем в век цифровых технологий, которые используются повсеместно. Не обошли они и микроскопы. Разработаны специальные насадки-объективы, при помощи которых любой желающий может изучать микромир, делать фотографии, используя видеокамеру, цифровой фотоаппарат, мобильный телефон. Производятся и весьма мощные  USB-устройства, подключаемые к персональному компьютеру и выводящие изображение на экран монитора.

USB-микроскопы нашли применение не только в домашних лабораториях, но и в:

• промышленности, например, ювелирной, при резке алмазов, у коллекционеров;
• полиграфии, оценка структуры материала, качества печати;
• электронике, для оценки качества компонентов, контроля процесса изготовления изделий, исправления обнаруженных недостатков;
• медицине, при постановке диагноза заболеваний кожи, волос, в офтальмологии
• учебной деятельности.

Несмотря на то, что микроскоп изобретен уже довольно давно и прошел трудный путь постоянного усовершенствования, работы над его модернизацией продолжаются и сейчас. Новые технологии открывают перед конструкторами широкие возможности для конструирования современных моделей, оснащения их дополнительными функциями.

Критерии выбора

Покупка микроскопа важная задача, решение которой зависит, прежде всего, от сферы, в которой вы планируете его использовать. Вариантов очень много, даже если покупка предназначена для ребенка, а не для профессионального использования. Разумеется, в первую очередь нужно определиться с ценовой категорией и только после этого, обратить внимание на технические характеристики и особенности модели.

Количество окуляров

На рынке представлены модели с одним, двумя, тремя окулярами. Для периодического использования или приобретая прибор для ребенка вполне можно ограничиться монокулярным вариантом, поскольку бинокулярные устройства, даже оснащенные функцией регулировки межзрачкового расстояния вряд ли подойдут для младшеклассника, подростка по физическим параметрам. Бинокулярный микроскоп – это прибор для профессионального использования, согласитесь смотреть двумя глазами удобнее, чем одним. Тринокулярными моделями обычно оснащаются научно-исследовательские лаборатории, поскольку с их помощью можно не только вести наблюдения, но и одновременно выводить изображение на экран монитора, сохранять его, проводить дополнительную обработку.

Увеличение и разрешение

Само по себе большое увеличение может оказаться абсолютно ненужным, поскольку пользователь не сможет одновременно вести наблюдение за обширным участком поверхности образца. Для микроскопа существует такое понятие как полезное увеличение, превышение которого (бесполезное увеличение) приводит к тому, что прибор начинает функционировать в качестве лупы: размеры деталей, элементов увеличиваются, но детализации «картинки» не происходит.

На первоначальном уровне будет достаточно кратности 400х, а вот для гистологических, цитологических исследований потребуется 1000х.

Фокусировка

Может выполняться несколькими способами, среди которых наиболее распространено приближение (удаление) предметного столика от объектива. Хотя существуют модели и с подвижным оптическим блоком, который не закреплен на штативе стационарно, а перемещается по нему вверх или вниз. Такой вариант фокусировки реализовывается, например, при изготовлении стереоскопических микроскопов, предназначенных для исследования крупных объектов, которые невозможно разместить на предметном столике. Фокусировка может быть грубая (с шагом 0,2-2 мм) и тонкая (с шагом 1-20 мкм).

Блокировка фокусировочного механизма

Данная функция необходима в том случае, если микроскоп имеет сверхбольшое увеличение (более 1000х) и когда предстоит многократно повторять однотипные операции, что позволяет обеспечить безопасность исследуемого препарата и сэкономить время выполнения всей процедуры.