Конструкция и эксплуатация микроскопа

Не известно, когда он был впервые построен микроскоп , Некоторые дают 1673 год, в то время как другие полагают, что это было намного раньше, а именно в 1590 году. Это должен был сделать Янсен, и местом его работы были Нидерланды. У них была несложная конструкция и не очень большое увеличение. Позже Галилей и Антони ван Леувенхук разбирались с микроскопами. Последний внес некоторые улучшения в микроскоп. А именно, он разработал почти идеальную технику для шлифования стеклянных линз. Благодаря этому стало возможным получить до трехкратного увеличения в микроскопах. В таких микроскопах наблюдение за микроорганизмами было уже возможно. Леувенхук, который работал клерком, заинтересовался биологией и первым опубликовал рисунки на основе полученных микроскопических изображений. бактерии и простейшие одноклеточные организмы , Однако уже в 1655 году искусство наблюдения первых клеток под микроскопом было успешным. Роберт Гук сделал это. И именно благодаря его работе в науку был введен микроскоп, называемый составным микроскопом. Название произошло от системы линз, которая использовалась в этом микроскопе. Композитный микроскоп обычно включал линзу и окуляр, который был сделан из двух двояковыпуклых линз. К сожалению, у этих микроскопов были серьезные недостатки. Прежде всего, речь идет о сферической и хроматической аберрации. Также стоит добавить, что композитные микроскопы были получены с помощью телескопа.

Хотя этот микроскоп вызвал большой интерес, в то время было не так уж много людей, которые взялись за создание этих устройств. Следовательно, знания о микроскопах семнадцатого века происходят главным образом из рисунков и описаний. Однако немногие устройства были сохранены в оригинале.

Ситуация значительно изменилась с наступлением восемнадцатого века. В то время английские, французские и немецкие производители заинтересовались микроскопами. Именно тогда было создано много моделей микроскопов, которые были названы в честь имен их создателей. Появляются имена Джон Маршалл, Эдмунд Калпепер и Джон Кафф. Вероятно, модель, построенная Джоном Каффом, распространилась наиболее быстро. Это было сделано по специальному заказу ученого по имени Бейкер, который изучал структуру кристаллов. Это произошло в 1744 году. Устройство было изготовлено из латуни. Штатив был закреплен на коробке со специальным ящиком для аксессуаров. Используемая в микроскопе оптическая система обеспечивала точную фокусировку изображения.

В 1751 году водный микроскоп под названием Эллис был широко распространен. Это устройство предназначалось для наблюдения за живыми организмами в водной среде. Этот микроскоп использует одиночные сменные линзы. Благодаря тому, что объектив был установлен на штатив таким образом, что он мог свободно менять свое положение без изменения положения наблюдаемого образца. Он использовал такой микроскоп, среди прочего Кароль Линней. Это устройство сохранилось до наших дней и является экспонатом в музее Линнея.

Однообъективные микроскопы имели определенно больше преимуществ, чем композитные. Они характеризовались более высоким разрешением при том же увеличении по сравнению со сложными. До 1930 года прямые микроскопы имели разрешение 1/100 мм при увеличении в 20 раз и 1/400 при увеличении в 100 раз.

Благодаря микроскопу типа Эллиса удалось получить увеличение в 32 раза.

Первая половина восемнадцатого века не продвинулась в области оптической микроскопии. Было невозможно справиться со сферической аберрацией, поэтому основное внимание было уделено освещению и повышению стабильности этих устройств.

Стоит сейчас внимательно проанализировать структуру современных микроскопов и подумать о том, как создается увеличенное изображение.

Как известно, микроскоп представляет собой тип оптического устройства, с помощью которого получают увеличенные изображения объектов, расположенных на близком расстоянии от глаза. Одним из видов микроскопов является оптический микроскоп.

Две основные части микроскопа - это окуляр и линза. Реальное увеличенное и перевернутое изображение создается с помощью объектива. Такое изображение видно с помощью другой оптической системы, то есть с помощью окуляра. Окуляр работает по принципу лупы или увеличивает изображение. Таким образом, изображение, достигающее глаза наблюдателя, увеличивается, переворачивается и воображается.

Обе части, то есть окуляр и линза, расположены на концах трубки, называемой трубкой. Эта трубка внутри должна быть покрыта черным матовым покрытием для предотвращения дополнительных нежелательных отражений. Длина трубки называется расстоянием между фокусной точкой объектива и фокусной точкой окуляра. Общее увеличение микроскопа рассчитывается путем умножения увеличения окуляра путем увеличения объектива. Это представлено следующей формулой:

Где P - общее увеличение, p это увеличение объектива, р это увеличение окуляра.

Теперь рассмотрим, как выражаются отдельные увеличения. И поэтому увеличение объектива может быть представлено как отношение расстояния изображения к объективу и расстояния объекта от объектива объектива. Можно предположить, что расстояние изображения равно длине трубки, тогда как положение объекта находится на расстоянии, равном фокусному расстоянию.

Таким образом, увеличение может быть представлено:

По l была определена длина трубки, по длине f Фокусное расстояние.

Напротив, увеличение окуляра равно произведению расстояния хорошего s и фокусного расстояния f.

Таким образом, после рассмотрения вышеуказанных соотношений формула для общего увеличения микроскопа теперь может быть представлена ​​в виде:

Для различных типов микроскопов эти величины могут принимать разные значения. Например, увеличение объектива находится в диапазоне 4 - 100, а увеличение окуляра 4-25.

Каждый микроскоп характеризуется размером, называемым разрешающей способностью. Он определяет минимальный размер объектов, необходимый для различения их форм.

Это необходимо, поскольку для каждой линзы существует наименьшее расстояние между двумя точками, которое все еще можно различить в полученном изображении. Это ограничение вытекает непосредственно из волновой природы света, а точнее из-за явления отклонения световой волны на отдельные элементы объекта. Такой объект можно рассматривать как дифракционную решетку. И чтобы реальное изображение объекта могло быть получено с помощью линзы, оно должно быть сосредоточено в одной точке с двумя разбитыми и совместимыми лучами в фазе.

Для их укрепления должно быть выполнено следующее условие:

где длина волны, в то время как d - постоянная дифракционной решетки. После преобразования этого уравнения получается зависимость, определяющая разрешающую способность микроскопа:

Если в области между объектом и линзой находится иммерсионная жидкость с показателем преломления n, то приведенную выше формулу следует изменить. Он принимает форму:

Выражение, фигурирующее в именительном падеже, называется числовой апертурой объектива.

Увеличив отделку линзы, вы можете увеличить разрешение микроскопа, а также улучшить яркость изображения.

В зависимости от способа освещения наблюдаемого образца можно выделить несколько способов наблюдения. Одним из них является наблюдение яркого поля. Свет, используемый в этом методе, просто пропускает свет. В другом методе наблюдается темное поле, в том числе с использованием проходящего света. Другой способ - наблюдать за темным полем, но на этот раз в отраженном свете. Существует также метод, основанный на явлении интерференции и фазового контраста.

Важным достижением для микроскопической техники стало создание первого электронного микроскопа. В таких микроскопах препарат освещается коллимированным потоком ускоренных электронов. Такой пучок электронов, падающих на препарат, раскрывает свои волновые свойства, благодаря чему можно наблюдать дифракционные эффекты. Затем эти эффекты обрабатываются в изображение. Фокусировка электронного пучка происходит в таких микроскопах с использованием магнитных линз. Благодаря электронным микроскопам вы можете получить увеличение в 250000 раз.

Другим изобретением, которое позволяет увеличить изображение до пяти миллионов раз, являются ионные микроскопы. В таких микроскопах электронный пучок заменен ионами, в основном, водорода.

В других микроскопах образец освещается низкоэнергетическим рентгеновским излучением.

До 1986 года микроскоп был самым большим достижением в микроскопии электронный , Однако это не сработало при изучении структуры белков и комплексов нуклеиновых кислот. И для этой цели впервые была использована сканирующая электронная микроскопия. Это пример неоптической микроскопии. В сканирующих микроскопах они используются не для получения изображения с линзы, а с помощью специальных лезвий, с помощью которых сканируется поверхность образца. Клинок обычно крепится на подвижном рычаге. Во время сканирования рычаг наклоняется под воздействием взаимодействия между лезвием и образцом. Степень отклонения зависит от топографии образца. Рука сканирующего микроскопа может работать как в газовой, так и в жидкой среде. Следовательно, можно проводить тесты в условиях, близких к физиологическим.

Благодаря таким микроскопам вы можете наблюдать объекты с размерами, сопоставимыми с размерами атомов.

И, наконец, любопытство. Группа ученых из Университета Беркли работает над созданием микроскопа поистине микроскопических размеров. Предполагается, что благодаря таким устройствам можно будет наблюдать внутри клеток, например, во время проникновения в них лекарственного средства. Это кажется особенно важным в случае раковых клеток.

Первые попытки с помощью микроскопа были успешными. Благодаря ему стало возможным увидеть внутреннюю часть растительной клетки. Трудно даже представить размеры такого микроскопа. Линзы в нем используются в тысячу раз меньше, чем в традиционных микроскопах. Интересно, что снимки, полученные с помощью такого устройства, не отличаются от снимков, полученных с помощью обычного микроскопа. Пока что сравниваются двухмерные изображения, однако работа над трехмерными изображениями ведется.

Похоже, что если микроскопический микроскоп профессора Ли из Беркли пройдет все испытания, он произведет революцию в используемых методах диагностики. Он сможет проникнуть внутрь тела и наблюдать изменения и патологические процессы в большом увеличении.