Электронные микроскопы их виды и назначение. Основные виды микроскопов

Термин «микроскоп» имеет греческие корни. Он состоит из двух слов, которые в переводе означают «маленький» и «смотрю». Основная роль микроскопа заключается в его применении при рассмотрении весьма малых объектов. При этом данный прибор позволяет определить размеры и форму, строение и иные характеристики невидимых невооруженным глазом тел.

История создания

Точных сведений о том, кто являлся изобретателем микроскопа, в истории нет. По одним данным, его в 1590 г. сконструировали отец и сын Янссены, мастера по изготовлению очков. Еще один претендент на звание изобретателя микроскопа - Галилео Галилей. В 1609 г. этим ученым был представлен прибор с вогнутой и выпуклой линзами на обозрение публики в Академии деи Линчеи.

С годами система для рассмотрения микроскопических объектов развивалась и совершенствовалась. Огромным шагом в ее истории стало изобретение простого ахроматически регулировавшегося двухлинзового устройства. Представил эту систему голландец Кристиан Гюйгенс в конце 1600-х годов. Окуляры данного изобретателя находятся в производстве и сегодня. Единственным их минусом является недостаточная широта поля обзора. Кроме того, по сравнению с устройством современных приборов окуляры Гюйгенса имеют неудобное расположение для глаз.

Особый вклад в историю микроскопа внес изготовитель подобных приборов Антон Ван Левенгук (1632-1723 гг.). Именно он привлек внимание биологов к этому устройству. Левенгук изготавливал небольшие по размеру изделия, оснащенные одной, но весьма сильной линзой. Использовать такие приборы было неудобно, но они не удваивали дефекты изображений, что присутствовало в составных микроскопах. Исправить этот недостаток изобретатели смогли только спустя 150 лет. Вместе с развитием оптики улучшилось качество изображения в составных приборах.

Совершенствование микроскопов продолжается и в наши дни. Так, в 2006 г. немецкими учеными, работающими в институте биофизической химии, Мариано Босси и Штефаном Хеллем, был разработан новейший оптический микроскоп. Из-за возможности наблюдать предметы с размерами в 10 нм и трехмерные высококачественные 3D-изображения прибор назвали наноскопом.

Классификация микроскопов

В настоящее время существует большое разнообразие приборов, предназначенных для рассмотрения малых по величине объектов. Их группирование производится исходя из различных параметров. Это может быть назначение микроскопа или принятый способ освещения, строение, использованное для оптической схемы и т. д.

Но, как правило, основные виды микроскопов классифицируются по величине разрешения микрочастиц, которые можно увидеть при помощи данной системы. Согласно такому делению, микроскопы бывают:
- оптическими (световыми);
- электронными;
- рентгеновскими;
- сканирующими зондовыми.

Наибольшее распространение получили микроскопы светового типа. Их богатый выбор имеется в магазинах оптики. При помощи подобных приборов решаются основные задачи по исследованию того или иного объекта. Все другие виды микроскопов относят к специализированным. Их использование производится, как правило, в условиях лаборатории.

Каждый из вышеперечисленных видов приборов имеет свои подвиды, которые применяются в той или иной сфере. Кроме того, сегодня есть возможность купить школьный микроскоп (или учебный), который является системой начального уровня. Предлагаются потребителям и профессиональные приборы.

Применение

Для чего нужен микроскоп? Человеческий глаз, будучи особой оптической системой биологического типа, имеет определенный уровень разрешения. Другими словами, существует наименьшее расстояние между наблюдаемыми объектами, когда их еще можно различить. Для нормального глаза такое разрешение находится в пределах 0,176 мм. А вот размеры большинства животных и растительных клеток, микроорганизмов, кристаллов, микроструктуры сплавов, металлов и т. п. намного меньше этой величины. Каким же образом изучать и наблюдать подобные объекты? Вот здесь на помощь людям и приходят различные виды микроскопов. К примеру, приборы оптического типа позволяют различить структуры, у которых расстояние между элементами составляет минимум 0,20 мкм.

Как устроен микроскоп?

Прибор, с помощью которого человеческому глазу становится доступным рассмотрение микроскопических объектов, имеет два основных элемента. Ими являются объектив и окуляр. Закреплены данные части микроскопа в подвижном тубусе, располагающемся на металлическом основании. На нем же имеется и предметный столик.

Современные виды микроскопов, как правило, оснащены осветительной системой. Это, в частности, конденсор, имеющий ирисовую диафрагму. Обязательной комплектацией увеличительных приборов являются микро- и макровинты, которые служат для настройки резкости. В конструкции микроскопов предусматривается и наличие системы, управляющей положением конденсора.

В специализированных, более сложных микроскопах нередко используются и иные дополнительные системы и устройства.

Объективы

Начать описание микроскопа хотелось бы с рассказа об одной из его основных частей, то есть с объектива. Они является сложной оптической системой, увеличивающей размеры рассматриваемого предмета в плоскости изображения. Конструкция объективов включает в себя целую систему не только одиночных, но и склеенных по две или три штуки линз.

Сложность подобной оптико-механической конструкции зависит от круга тех задач, которые должны быть решены тем или иным прибором. Например, в самом сложном микроскопе предусматривается до четырнадцати линз.

В составе объектива находятся фронтальная часть и системы, последующие за ней. Что является основой для построения изображения нужного качества, а также определения рабочего состояния? Это фронтальная линза или их система. Последующие части объектива необходимы для обеспечения требуемого увеличения, фокусного расстояния и качества изображения. Однако осуществление таких функций возможно только в сочетании с фронтальной линзой. Стоит сказать и о том, что конструкция последующей части влияет на длину тубуса и высоту объектива прибора.

Окуляры

Эти части микроскопа представляют собой оптическую систему, предназначенную для построения необходимого микроскопического изображения на поверхности сетчатки глаз наблюдателя. В составе окуляров находятся две группы линз. Ближайшая к глазу исследователя называется глазной, а дальняя - полевой (с ее помощью объектив выстраивает изображение изучаемого объекта).

Осветительная система

В микроскопе предусмотрена сложная конструкция из диафрагм, зеркал и линз. С ее помощью обеспечивается равномерная освещенность исследуемого объекта. В самых первых микроскопах данную функцию осуществляли По мере усовершенствования оптических приборов в них стали применять сначала плоские, а затем и вогнутые зеркала.

С помощью таких нехитрых деталей лучи от солнца или лампы направлялись на объект исследования. В современных микроскопах более совершенна. Она состоит из конденсора и коллектора.

Предметный столик

Микроскопические препараты, требующие изучения, располагаются на плоской поверхности. Это и есть предметный столик. Различные виды микроскопов могут иметь данную поверхность, сконструированную таким образом, что объект исследования будет поворачиваться в наблюдателя по горизонтали, по вертикали или под определенным углом.

Принцип действия

В первом оптическом приборе система линз давала обратное изображение микрообъектов. Это позволяло разглядеть строение вещества и мельчайшие детали, которые подлежали изучению. Принцип действия светового микроскопа сегодня схож с той работой, которую осуществляет рефракторный телескоп. В этом приборе свет преломляется в момент прохождения через стеклянную часть.

Как же увеличивают современные световые микроскопы? После попадания в прибор пучка световых лучей происходит их преобразование в параллельный поток. Только затем идет преломление света в окуляре, благодаря чему и увеличивается изображение микроскопических объектов. Далее эта информация поступает в нужном для наблюдателя виде в его

Подвиды световых микроскопов

Современные классифицируют:

1. По классу сложности на исследовательский, рабочий и школьный микроскоп.
2. По области применения на хирургические, биологические и технические.
3. По видам микроскопии на приборы отраженного и проходящего света, фазового контакта, люминесцентные и поляризационные.
4. По направлению светового потока на инвертированные и прямые.

Электронные микроскопы

С течением времени прибор, предназначенный для рассмотрения микроскопических объектов, становился все более совершенным. Появились такие виды микроскопов, в которых был использован совершенно иной, не зависящий от преломления света принцип работы. В процессе использования новейших типов приборов задействовали электроны. Подобные системы позволяют увидеть настолько малые отдельные части вещества, что их попросту обтекают световые лучи.

Для чего нужен микроскоп электронного типа? С его помощью изучают структуру клеток на молекулярном и субклеточном уровнях. Также подобные приборы применяют для исследования вирусов.

Устройство электронных микроскопов

Что лежит в основе работы новейших приборов для рассмотрения микроскопических объектов? Чем электронный микроскоп отличается от светового? Есть ли между ними какие-либо сходства?

Принцип работы электронного микроскопа основан на тех свойствах, которыми обладают электрические и магнитные поля. Их вращательная симметрия способна оказывать фокусирующее действие на электронные пучки. Исходя из этого, можно дать ответ на вопрос: «Чем электронный микроскоп отличается от светового?» В нем, в отличие от оптического прибора, нет линз. Их роль играют соответствующим образом рассчитанные магнитные и электрические поля. Создаются они витками катушек, через которые проходит ток. При этом такие поля действуют подобно При увеличении или уменьшении силы тока происходит изменение фокусного расстояния прибора.

Что касается принципиальной схемы, то у электронного микроскопа она аналогична схеме светового прибора. Отличие заключено лишь в том, что оптические элементы замещены подобными им электрическими.

Увеличение объекта в электронных микроскопах происходит за счет процесса преломления пучка света, проходящего сквозь исследуемый объект. Под различными углами лучи попадают в плоскость объективной линзы, где и происходит первое увеличение образца. Далее электроны проходят путь к промежуточной линзе. В ней происходит плавное изменение увеличения размеров объекта. Конечную картинку исследуемого материала дает проекционная линза. От нее изображение попадает на флуоресцентный экран.

Виды электронных микроскопов

Современные виды включают в себя:

1. ПЭМ, или просвечивающий электронный микроскоп. В этой установке изображение очень тонкого, толщиной до 0,1 мкм, объекта формируется при взаимодействии пучка электронов с исследуемым веществом и с последующим его увеличением находящимися в объективе магнитными линзами.
2. РЭМ, или растровый электронный микроскоп. Такой прибор позволяет получить изображение поверхности объекта с большим разрешением, составляющим порядка нескольких нанометров. При использовании дополнительных методов подобный микроскоп выдает информацию, помогающую определить химический состав приповерхностных слоев.
3. Туннельный сканирующий электронный микроскоп, или СТМ. При помощи данного прибора измеряется рельеф проводящих поверхностей, имеющих высокое пространственное разрешение. В процессе работы с СТМ острую металлическую иглу подводят к изучаемому объекту. При этом выдерживается расстояние всего в несколько ангстрем. Далее на иглу подают небольшой потенциал, благодаря чему возникает туннельный ток. При этом наблюдатель получает трехмерное изображение исследуемого объекта.

Микроскопы «Левенгук»

В 2002 году в Америке появилась новая компания, занимающаяся производством оптических приборов. В ассортиментном перечне ее продукции находятся микроскопы, телескопы и бинокли. Все эти приборы отличает высокое качество изображения.

Головной офис и отдел разработок компании располагаются в США, в городе Фримонде (Калифорния). А вот что касается производственных мощностей, то они находятся в Китае. Благодаря всему этому компания поставляет на рынок передовую и качественную продукцию по приемлемой цене.

Вам нужен микроскоп? Levenhuk предложит необходимый вариант. В ассортименте оптической техники компании находятся цифровые и биологические приборы для увеличения изучаемого объекта. Кроме того, покупателю предлагаются и дизайнерские модели, исполненные в разнообразной цветовой гамме.

Микроскоп Levenhuk обладает обширными функциональными возможностями. Например, учебный прибор начального уровня может быть присоединен к компьютеру, а также он способен выполнять видеосъемку проводимых исследований. Таким функционалом оснащена модель Levenhuk D2L.

Компания предлагает биологические микроскопы различного уровня. Это и более простые модели, и новинки, которые подойдут профессионалам.

Классификация микроскопов может производиться на основании различных параметров, например: назначение, способ освещения, строение оптическое системы и так далее. В данной статье будет рассматриваться самая общая классификация в зависимости от величины разрешения микрочастиц , которые можно рассмотреть в данный конкретный микроскоп.

Итак, все микроскопы мира можно разделить на оптические (световые), электронные, рентгеновские и сканирующие зондовые микроскопы. Наиболее популярными являются оптические микроскопы, которые широко представлены в магазинах оптики. Данные микроскопы позволяют решать основные исследовательские задачи. Другие виды микроскопов относятся уже к специализированным, и используются в основном в лабораториях.

Рентгеновские микроскопы . Действие таких микроскопов основано на использовании электромагнитного излучения с длиной волны от 0,01 до 1 нм, что позволяет исследовать с их помощью очень малые объекты. Исходя из разрешающей способности рентгеновские микроскопы по их мощности можно позиционировать как нечто среднее межу оптическими и электронными микроскопами (разрешающая способность около 2-20 нм).

Сканирующие зондовые микроскопы . Такой микроскоп Вы вряд ли приобретете для домашнего использования. Это уже специализированный класс микроскопов, в котором для построения изображения используется специальный зонд для сканирования поверхности. Благодаря такому микроскопу получают трехмерное изображение с очень высоким разрешением (вплоть до атомарного). Благодаря рекордному разрешению (менее 0,1 нм) такие микроскопы позволяют видеть молекулы и атомы, а также воздействовать на них (при этом объекты могут изучаться не только в вакууме, но и в газах и жидкостях).

Применяют для получения больших увеличений при наблюдении мелких предметов. Увеличенное изображение предмета в микроскопе получается с помощью оптической системы, состоящей из двух короткофокусных линз – объектива и окуляра. Объектив даст действительное перевернутое увеличенное изображение предмета. Это промежуточное изображение рассматривается глазом через окуляр, действие которого аналогично действию лупы. Окуляр располагают так, чтобы промежуточное изображение находилось в его фокальной плоскости, в этом случае лучи от каждой точки предмета распространяются после окуляра параллельным пучком. Прибор, предназначенный для получения увеличенных изображений, а также измерения объектов или деталей структуры, невидимых или плохо видимых невооружённым глазом, используемые для многократного увеличения рассматриваемых объектов. С помощью этих приборов определяются размеры, форма и строение мельчайших частиц. Микроскоп – незаменимое оптическое оборудование для таких сфер деятельности, как медицина, биология, ботаника, электроника и геология, так как на результатах исследований основываются научные открытия, ставится правильный диагноз и разрабатываются новые препараты.

Первый микроскоп , изобретённый человечеством, были оптическими, и первого изобретателя не так легко выделить и назвать. Самые ранние сведения о микроскопе относят к 1590 году. Чуть позже, в 1624-ом году Галилео Галилей представляет свой составной микроскоп , который он первоначально назвал «оккиолино». Годом спустя его друг по Академии Джованни Фабер предложил для нового изобретения термин микроскоп .

Виды микроскопов

В зависимости от требуемой величины разрешения рассматриваемых микрочастиц материи, микроскопии, микроскопы классифицируются на:

Человеческий глаз представляет собой естественную оптическую систему, характеризующуюся определённым разрешением, то есть наименьшим расстоянием между элементами наблюдаемого объекта (воспринимаемыми как точки или линии), при котором они ещё могут быть отличны один от другого. Для нормального глаза при удалении от объекта на т. н. расстояние наилучшего видения (D = 250 мм), среднестатистическое нормальное разрешение составляет 0,176 мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и животных клеток, мелких кристаллов, деталей микроструктуры металлов и сплавов и т. п. значительно меньше этой величины. До середины XX века работали только с видимым оптическим излучением, в диапазоне 400-700 нм, а также с ближним ультрафиолетом (люминесцентный микроскоп). Оптически микроскоп не мог давать разрешающей способности менее полупериода волны опорного излучения (диапазон длин волн 0,2-0,7 мкм, или 200-700 нм). Таким образом, оптический микроскоп способен различать структуры с расстоянием между точками до ~0,20 мкм, поэтому максимальное увеличение, которого можно было добиться, составляло ~2000 крат.

позволяет получать 2 изображения объекта, рассматриваемые под небольшим углом, что обеспечивает объёмное восприятие, это оптический прибор для многократного увеличения рассматриваемых объектов, который обладает специальной бинокулярной насадкой, позволяющей вести изучение объекта при помощи обоих глаз. В этом и заключается его удобство и преимущество перед обычными микроскопами. Именно поэтому бинокулярный микроскоп чаще других применяется в профессиональных лабораториях, медицинских учреждениях и высших учебных заведениях. В числе других преимуществ данного прибора необходимо отметить высокое качество и контрастность изображения, механизмы грубой и точной настройки. Бинокулярный микроскоп работает по тому же принципу, что и обычные монокулярные: объект изучения помещают под объектив, где на него направляется искусственный световой поток. применяется для биохимических, патологоанатомических, цитологических, гематологических, урологических, дерматологических, биологических и общеклинических исследований. Общее увеличение (объектив*окуляр) оптических микроскопов с бинокулярной насадкой обычно больше, чем у соответствующих монокулярных микроскопов.

Стереомикроскоп , как и другие виды оптических микроскопов , позволяют работать как в проходящем, так и в отражённом свете. Обычно они имеют сменные окуляры бинокулярной насадки и один несменный объектив (есть и модели со сменными объективами). Большинство стереомикроскопов дает существенно меньшее увеличение, чем современный оптический микроскоп, однако имеет существенно большее фокусное расстояние, что позволяет рассматривать крупные объекты. Кроме того, в отличие от обычных оптических микроскопов, которые дают, как правило, инвертированное изображение, оптическая система стереомикроскопа не «переворачивает» изображение. Это позволяет широко использовать их для препарирования микроскопических объектов вручную или с использованием микроманипуляторов. Наиболее широко бинокуляры используются для исследования неоднородностей поверхности твёрдых непрозрачных тел, таких как горные породы, металлы, ткани; в микрохирургии и пр.

Специфика металлографического исследования заключается в необходимости наблюдать структуру поверхности непрозрачных тел. Поэтому металлографический микроскоп построены по схеме отраженного света, где имеется специальный осветитель установленный со стороны объектива. Система призм и зеркал направляет свет на объект, далее свет отражается от не прозрачного объекта и направляется обратно в объектив. Современный прямой металлографический микроскоп характеризуются большим расстоянием между поверхностью столика и объективами и большим вертикальным ходом столика, что позволяет работать с крупными образцами. Максимальное расстояние может достигать десятки сантиметров. Но обычно в материаловедении используются инвертированный микроскоп, как не имеющие ограничения на размер образца (только на вес) и не требующие параллельности опорной и рабочей граней образца (в этом случае они совпадают).

В основе принципа действия поляризационного микроскопа лежит получение изображения исследуемого объекта при его облучении поляризованными лучами, которые в свою очередь должны быть получены из обычного света с помощью специального прибора - поляризатора. В сущности при прохождении поляризованного света через вещество либо отраженное от него меняет плоскость поляризации света в результате чего на втором поляризационном фильтре выявляется в виде излишнего затемнения. Либо дают специфичные реакции как двойное лучепреломление в жирах. предназначен для наблюдения, фотографирования и видеопроекции объектов в поляризованном свете, а также исследований по методам фокального экранирования и фазового контраста. используется для исследования широкого круга тех свойств и явлений, которые обычно недоступны для привычного оптического микроскопа. снабжается бесконечной оптикой с профессиональным программным обеспечением.

Принцип действия люминесцентных микроскопов основывается на свойствах флюоресцентного излучения. Микроскоп используются для исследования прозрачных и непрозрачных объектов. Люминесцентное излучение, по-разному отражается различными поверхностями и материалами, что и позволяет успешно применять его для проведения иммунохимических, иммунологических, иммуноморфологических и иммуногенетических исследований. Благодаря их уникальным возможностям, люминесцентный микроскоп широко используются в фармацевтике, ветеринарии и растениеводстве, а, кроме того, в биотехнологических отраслях промышленности. также практически незаменим для работы экспертно-криминалистических центров и санитарно-эпидемиологических учреждений.

служит для точного измерения угловых и линейных размеров объектов. Используется в лабораторной практике, в технике и машиностроении. На универсальном измерительном микроскопе проводятся измерения проекционным методом, а также методом осевого сечения. Универсальный измерительный микроскоп отличается простотой автоматизации благодаря своим конструктивным особенностям. Наиболее простым решением является установка квазиабсолютного датчика линейных перемещений, благодаря чему значительно упрощается процесс наиболее часто проводимых (на УИМ) измерений. Современное применение универсального измерительного микроскопа обязательно подразумевает наличие как минимум цифрового отсчетного устройства. Несмотря на появление новых прогрессивных средств измерения, универсальный измерительный микроскоп достаточно широко используется в измерительных лабораториях благодаря своей универсальности, простоте измерения, а также возможности легко автоматизировать процесс проведения измерения.

Электронный микроскоп позволяют получать изображение объектов с максимальным увеличением до 1000000 раз, благодаря использованию, в отличие от оптического микроскопа, вместо светового потока пучка электронов с энергиями 200 В ÷ 400 кэВ и более (например, просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения с ускоряющим напряжением 1 МВ). Разрешающая способность электронного микроскопа в 1000÷10000 раз превосходит разрешение светового микроскопа и для лучших современных приборов может быть меньше одного ангстрема. Для получения изображения электронный микроскоп использует специальные магнитные линзы, управляющие движением электронов в колонне прибора при помощи магнитного поля. Электронное изображение формируется электрическими и магнитными полями примерно так же, как световое - оптическими линзами.

это класс микроскопов для получения изображения поверхности и её локальных характеристик. Процесс построения изображения основан на сканировании поверхности зондом. В общем случае позволяет получить трёхмерное изображение поверхности (топографию) с высоким разрешением. в современном виде изобретен Гердом Карлом Биннигом и Генрихом Рорером в 1981 году. Отличительной СЗМ особенностью является наличие: зонда, системы перемещения зонда относительно образца по 2-м (X-Y) или 3-м (X-Y-Z) координатам, регистрирующей системы. Регистрирующая система фиксирует значение функции, зависящей от расстояния зонд-образец. Обычно регистрируемое значение обрабатывается системой отрицательной обратной связи, которая управляет положением образца или зонда по одной из координат (Z). В качестве системы обратной связи чаще всего используется ПИД-регулятор.

Основные типы сканирующих зондовых микроскопов :

Сканирующий атомно-силовой микроскоп

Сканирующий туннельный микроскоп

Ближнепольный оптический микроскоп

- устройство для исследования очень малых объектов, размеры которых сопоставимы с длиной рентгеновской волны. Основан на использовании электромагнитного излучения с длиной волны от 0,01 до 1 нанометра. по разрешающей способности находится между электронными и оптическими микроскопами. Теоретическая разрешающая способность рентгеновского микроскопа достигает 2-20 нанометров, что на порядок больше разрешающей способности оптического микроскопа (до 150 нанометров). В настоящее время существуют рентгеновский микроскоп с разрешающей способностью около 5 нанометров.

Рентгеновский микроскоп бывают:

Проекционный рентгеновский микроскоп.
ППроекционный рентгеновский микроскоп представляет собой камеру, в противоположных концах которой располагаются источник излучения и регистрирующее устройство. Для получения чёткого изображения необходимо, чтобы угловая апертура источника была как можно меньше. В микроскопах такого типа до недавнего времени не использовались дополнительные оптические приборы. Основным способом получить максимальное увеличение является размещение объекта на минимально возможном расстоянии от источника рентгеновского излучения. Для этого фокус трубки располагается непосредственно на окне рентгеновской трубки либо на вершине иглы анода, помещенной вблизи окна трубки. В последнее время ведутся разработки микроскопов, использующих зонные пластинки Френеля для фокусировки изображения. Такой микроскоп имеют разрешающую способность до 30 нанометров.

Отражательный рентгеновский микроскоп.
В микроскопе этого типа используются приёмы, позволяющие добиться максимального увеличения, благодаря чему линейное разрешение проекционного рентгеновского микроскопа достигает 0,1-0,5 мкм. В качестве линз в них используется система зеркал. Изображения, создаваемые отражательными рентгеновскими микроскопами даже при точном выполнении профиля их зеркал искажаются различными аберрациями оптических систем: астигматизм, кома. Для фокусировки рентгеновского излучения применяются также изогнутые монокристаллы. Но при этом на качество изображения сказываются структурные несовершенства монокристаллов, а также конечная величина брэгговских углов дифракций. Отражательный рентгеновский микроскоп не получил широкого распространения из-за технических сложностей его изготовления и эксплуатации.

Дифференциальный интерференционно-контрастный микроскоп позволяет определить оптическую плотность исследуемого объекта на основе принципа интерференции и таким образом увидеть недоступные глазу детали. Относительно сложная оптическая система позволяет создать чёрно-белую картину образца на сером фоне. Это изображение подобно тому, которое можно получить с помощью фазово-контрастного микроскопа, но в нём отсутствует дифракционное гало. В дифференциальном интерференционно-контрастном икроскопе поляризованный луч из источника света разделяется на два луча, которые проходят через образец разными оптическими путями. Длина этих оптических путей (т. е. произведение показателя преломления и геометрической длины пути) различна. Впоследствии эти лучи интерферируют при слиянии. Это позволяет создать объемное рельефное изображение, соответствующее изменению оптической плотности образца, акцентируя линии и границы. Эта картина не является точной топографической картиной.

Как правильно выбрать микроскоп? Ведь это не просто увеличительный прибор, а довольно сложное устройство. Для того чтобы выбрать микроскоп, необходимо иметь представление о его функциональности, строении и принадлежности. В этой статье мы расскажем вам о важных характеристиках и основных параметрах выбора микроскопа.

Типы микроскопов

Существует несколько типов микроскопа: начального уровня, учебные, инструментальные стереоскопические, биологические, электронные и цифровые. Микроскопы начального уровня состоят из неподвижного столика, одного объектива, нескольких окуляров и зеркального осветителя. У них нет полноценного конденсора. Микроскопы для новичков дают увеличение около 200х.

Учебные микроскопы чаще всего приобретают для школьников. Они состоят из монокулярной и револьверной насадок с 3 объективами, простого конденсора, а также освещения или встроенного зеркальца. Учебные микроскопы дают увеличение до 650х.

Инструментальный стереоскопический микроскоп или стереомикроскоп предназначен для наблюдения за крупными объектами: бабочками, насекомыми, кристаллами, ювелирными изделиями и мелкими часовыми механизмами. Инструментальный стереоскопический микроскоп дает увеличение до 100х и объемное изображение благодаря отдельным оптическим системам для каждого глаза.

Биологический микроскоп состоит из подвижного предметного столика, сложного конденсора, встроенного освещения, иммерсионного объектива, монокулярной или бинокулярной, а также револьверной насадок с 3 объективами. Биологический микроскоп дает увеличение 1000-1500х. Биологический микроскоп с бинокулярными насадками дает плоское изображение.

Электронные микроскопы используют в лабораториях, так как они во многом превосходят оптические модели. Однако электронные микроскопы не подходят для использования в домашних условиях, так как очень сложно понять их устройство и принцип работы.

Цифровые микроскопы являются самыми функциональными и, соответственно, дорогими. Они позволяют передавать полученное изображение экран компьютера, а также подключать к ним фотоаппарат и видеокамеру. Полученные изображения можно хранить на цифровом носителе и корректировать. Цифровые микроскопы отличаются от электронных моделей своей компактностью и низким энергопотреблением.

Строение

Микроскоп состоит из тубуса, с расположенным в нем окуляром, и объектива. Тубус фиксируется на стойке, к которой крепится предметный столик и конденсор с осветителем. Осветлитель может представлять собой встроенную лампу или зеркальце. Электрический осветитель дает более яркое изображение по сравнению с зеркальным.

Конденсор предназначен для регулировки освещенности. В самых простых моделях микроскопах конденсор не предусмотрен, либо установлена одиночная линза с колесом диафрагм. Для удобства пользования рекомендуется приобрести микроскоп с подвижным предметным столиком.

Объектив

Объектив крепится в револьверной головке микроскопа. Это позволяет устанавливать сразу 3-4 объектива и быстро менять увеличение. В микроскопах начального уровня предусмотрен только один объектив. Увеличение в таком устройстве можно менять посредством замены окуляров.

Объективы бывают безыммерсионные (сухие), с водной или масляной иммерсией. Иммерсия позволяет существенно увеличить разрешение объектива. Иммерсионные объективы обычно дают увеличение от 40 и более крат. Для масляной иммерсии используется кедровое или специальное синтетическое масло, а для водной - дистиллированная вода.

Для иммерсионных объективов существует своя маркировка. Так, обозначение МИ, Oil и черное кольцо на оправе объектива приняты для масляной иммерсии. Индексы ВИ, W и белое кольцо на объективе означают, что объектив с водной иммерсией. Если на объективе микроскопа отсутствует маркировка иммерсии, значит, объектив сухой.

По типу оптической коррекции объективы делятся на ахроматы, апохроматы, планахроматы, планапохроматы и семипланаты. Хроматическая разность увеличения и кривизна поля у объективов ахроматов не исправлены, поэтому изображение по краям поля зрения получается размытым. В маркировке объектива не указывается код оптической коррекции.

У объективов апохроматов исправлена только хроматическая аберрация, а хроматическая разность увеличения и кривизна поля зрения нет. В маркировке объектива указывается код оптической коррекции АПО, APO.

У объективов планахроматов полностью исправлены кривизна поля, хроматическая аберрация и разность увеличения. Этот объектив используется для малых увеличений, так как дает резкое изображение по всему полю. В маркировке объектива указывается код оптической коррекции ПЛАН, PL, Plan.

У объективов планапохроматов полностью исправлена хроматическая аберрация. Они также характеризуются плоским полем и откорректированной хроматической разностью увеличений. В маркировке объектива указывается код оптической коррекции ПЛАН-АПО, Plan-apo.

У объективов семипланатов (Semi-Plan) параметры оптической коррекции аберрации находятся между ахроматами и планахроматами. Также у них уменьшена кривизна поля. В маркировке объектива указывается код оптической коррекции SP.

Если вы хотите наблюдать через микроскоп крупные объекты, то тогда вам следует приобрести объектив с небольшим увеличением и кодом коррекции ПЛАН, PL или Plan. Такой объектив дает резкое изображение по всему полю зрения. Если вы собираетесь делать снимки через микроскоп, то необходимо выбирать объектив с полной коррекцией хроматической аберрацией, коррекцией поля и хроматической разностью увеличений.

Маркировка объективов

На оправе объектива указывается увеличение объектива, а через дробь - числовая апертура NA, которая обозначает максимально полезное увеличение, а также показывает, какое разрешение имеет объектив. На объективе иногда также указывается длина тубуса микроскопа и толщина покровного стекла, с которыми объектив будет работать со штатным увеличением.

Увеличение

Увеличение микроскопа зависит от параметров объектива и окуляра измеряется в кратах (х). Увеличение рассчитывается по формуле: увеличение окуляра умножить на увеличение объектива. Увеличение микроскопа непосредственно зависит от увеличения объектива. Увеличение объектива, в свою очередь, бывает малым (до 10х), средним (до 50х), большим (более 50х) и сверхбольшим (более 100х). Увеличение микроскопа может достигать 2000х.

У исследовательских микроскопов увеличение окуляра равно 10х, а увеличение объективов составляет 4-100х. На увеличение микроскопа также влияет его конструкция. Для ребенка подойдет микроскоп с увеличением до 200х, для школьника или новичка - с увеличением 400х, а для знатока - с увеличением 1500-2000х.

Разрешающая способность

Кроме увеличения микроскопа есть еще одна важная характеристика, которая отвечает за четкость и качество изображения, разрешающая способность. Разрешающая способность зависит от конденсора и объектива и вычисляется по формуле: длину световой волны делить на 2 числовые апертуры. Чем больше апертура объектива, тем выше разрешающая способность микроскопа.

Пределом разрешения является минимальное расстояние, при котором все точки четко видны. Максимальная разрешающая способность оптического микроскопа составляет 0,2мкм. Существует также полезное увеличение микроскопа, при котором объект наблюдают под предельным углом зрения. Максимальное полезное увеличение непосредственно зависит от числовой апертуры объектива, увеличенной в 500-1000 раз.

Числовая апертура сухих объективов равна 1,0, соответственно, максимальное полезное увеличение микроскопа составляет 1000х. Числовая апертура иммерсионных объективов равна 1.25, поэтому максимальное полезное увеличение микроскопа составляет 1250х. Как меньшее, так и большее увеличение микроскопа считается бесполезным, так как не даст четкости изображения, а, наоборот, сделает его неясным и расплывчатым.

Окуляры

Окуляры бывают 3 типов: монокулярные, бинокулярные и тринокулярные. Монокулярные насадки оснащены только одним окуляром для одного глаза. Бинокулярные насадки имеют по одному окуляру на каждый глаз. Тринокулярные насадки состоят из бинокулярной и монокулярной окуляров.

Для школьных микроскопов предназначены простые окуляры системы Гюйгенса, с указанием на оправе только их увеличение. У этих окуляров небольшое поле зрения и отсутствует коррекция хроматизма. Компенсационные окуляры имеют на оправе соответствующую маркировку К. Такие окуляры подходят для микросъемки цифровыми фотоаппаратами. Производят несколько видов компенсационных окуляров, в том числе и широкоугольные с маркировкой WF.

Измерительные окуляры со шкалой предназначены для точного измерения размеров наблюдаемого объекта. Такие окуляры комплектуются сеткой, при помощи которой измеряется площадь объекта наблюдения.

Учебные микроскопы идут в комплекте с окуляром с указателем, который представляет собой специальную съемную иглу. Посредством этой иглы можно указать на конкретную часть наблюдаемого объекта.

Полезные советы

При выборе микроскопа обратите внимание на его эргономичность, чтобы глаза не уставали даже после долгих исследований. Обратите внимание на четкость, контрастность и насыщенность изображения. Если вы выбираете бинокулярный микроскоп, то проверьте регулировку расстояния между зрачками.

Лучше отдавать предпочтение подвижному предметному столику, так как он регулируется микрометрическими винтами и позволяет передвигать объект без помощи рук. В случае же со статичным столиком, объект придется двигать вручную.

Если вы приобретаете микроскоп с опцией подключения к камере, то к нему должен прилагаться специальный фото адаптер, а также набор окуляров и предметные стекла. Обратите внимание на качество всех деталей микроскопа, особенно объективов и окуляров.

Микроскоп должен быть удобным в эксплуатации и ремонте, а также подлежать детальной настройке. При выборе микроскопа проверьте прочность крепления тубуса к стойке. При покупке микроскопа лучше отдать предпочтению устройству с электрическим освещением, чем с зеркальными осветителями.

При выборе микроскопа отдавайте предпочтение бинокулярному устройству для удобства при наблюдении за объектами, так как он позволяет увидеть изображение обоими глазами. Оптимальным вариантом будет микроскоп с револьверной головкой, так как в ней находится сразу несколько объективов, позволяющих менять увеличение предмета.

Советы по уходу за микроскопом

Существует техника безопасности при работе с микроскопами любой марки и конструкции, а также общие правила эксплуатации, настройки и ухода за ними. Для того чтобы микроскоп служил долго и исправно, за ним необходим тщательный уход.

Для защиты микроскопа от попадания на него пыли, храните его в полиэтиленовом чехле или под стеклянным колпаком. Если вы не пользуетесь микроскопом, то желательно убрать его в ящик или шкаф. Берегите микроскоп от механических повреждений, а при переносе, одной рукой придерживайте штатив устройства, а другой - его основание.

Проверяйте прочность крепления объективов в гнезде револьверного устройства. Следите, чтобы линзы объективов, окуляров и конденсора не соприкасались с различными реактивами. Нельзя снимать бинокулярную насадку, а также прикасаться к любой стеклянной поверхности пальцами рук, особенно, тубусной линзы, чтобы не оставить жирные следы.

Нельзя снимать металлический корпус объектива и разбирать его. Держите объективы опущенными, когда вы не пользуетесь микроскопом. Следите, чтобы они не касались предметного столика. Перед началом или после работы при необходимости следует протирать объективы, окуляры и конденсоры микроскопа.

Дважды в год необходимо чистить и смазывать металлические части микроскопа силиконовой смазкой. Микроскоп нужно ставить только на прочную ровную поверхность, чтобы он не упал. Держите микроскоп подальше от воды в сухом прохладном месте при температуре +10 градусов, чтобы защитить его от образования плесени и коррозии.

Время от времени осматривайте линзы на предмет пыли. Если на них скопилась пыль, то ее удаляют мягкой кисточкой, смоченной в эфире. Нельзя надавливать на линзы во время их чистки, так как можно их поцарапать, даже если вы пользуетесь специальными салфетками. При сильном загрязнении линз их следует протереть чистой полотняной или батистовой тряпочкой, слегка смоченной в чистом бензине или эфире.

Для удаления масла с объектива микроскопа используют специальную жидкость и салфетки. После окончания работы иммерсионный объектив необходимо почистить специальным набором. Объективы чистят ватной палочкой или тампоном, смоченным в спирте. Во время чистки объектива нельзя надавливать не него, иначе линзы могут выпасть из оправы.

Особенно бережно выполняйте чистку конденсора, иначе из строя может выйти осветительная система микроскопа. Нельзя надавливать на линзу или сильно смачивать ее спиртовой смесью. Корпус конденсора со стороны осветителя продувается при помощи резиновой груши.

Металлический штатив микроскопа очищают ватой, смоченной в спирте. Нельзя надавливать на корпус микроскопа. Для комплексной чистки микроскопа необходимо запастись специальным набором, который состоит из ваты, фланелевой салфетки, тряпочки для чистки линз, эфира, чистого спирта и заостренной на конце палочки.

Желаем удачного выбора!

Микроскоп, как известно, применяется с одной целью - получения увеличений мелких предметов. Увеличенное изображение предмета в микроскопе получается с помощью оптической системы, которая включает в себя объектив и окуляр. Микрокоп позволяет определять размеры, форму и строение мельчайших частиц. По этой причине сфера его использования достаточна широка. Будь то биология ботаника, или медицина и научно-иследовательские проекты. На сегодняшний день различают несколько типов микроскопов. В основе их главных различий - механизмы увеличения. Нужно отметить, что купить микроскопы не так просто. На российском рынке такую возможность предоставляют единичные производители.

Оптический микроскоп является самым первым и старым из всех. Его также иногда называют световым. В основе его работы свет и система линз, увеличивющая изображение маленьких объектов.

Бинокулярные микроскопы дают 2 изображения объекта. Они снабжены специальной бинокулярной насадкой, дающей возможность наблюдать за объектом двумя глазами. Именно этот тип чаще всего можно встретить в профессиональных заведениях. Бинокулярный микроскоп может похвастаться контрастностью изображения и механизмом точной настройки.

Стереомикроскопы позволяются работать в проходящем и в отражённом свете. Главное отличие их - инвертированное изображение, поскольку оптическая не «переворачивает» изображение.

Металлографический микроскоп позволяет работать со структурой поверхностей непрозрачных тел.

Поляризационный микроскоп облучает объект поляризованными лучами, которые получаются из обычного света и специального прибора. Такие микроскопы использует для исследования широкого круга свойств и явлений, не доступных обычному оптическому микроскопу. В основе принципа действия люминесцентного микроскопа - флюоресцентное излучения. Микроскоп используются для исследования прозрачных и непрозрачных объектов. Одно из приоритетных направлений в работе - фармацевтика, ветеринария, растениеводство т п.

Измерительный микроскоп измеряет угловые и линейные размеры объектов. От остальных микроскопов его отличают универсальные конструктивные особенности.

Электронный микроскоп имеет максимальное увеличение. Его разрешающая способность превосходит разрешение светового микроскопа в 1000 -10000 раз. Это позволяют сделать специальные магнитные линзы.

Существует также сканирующий зондовый микроскоп. Принцип работы основан на сканировании поверхности зондом.

Рентгеновские микроскопы используют электромагнитное излучение. Рентгеновские микроскопы могут быть проекционными и отражательными.

Наконец, дифференциальный интерференционно-контрастный микроскоп, который работает на основе интерференции. Этот вид микроскопов позволяет создавать объемное рельефное изображение.