Оптические приборы, предназначенные для увеличения изображений предметов, которые не видны невооруженным глазом, называются оптическими (световыми) микроскопами. Сейчас невозможно представить работу ученых и исследователей в познании окружающего мира без этого устройства. По своим характеристикам и строению микроскопы подразделяются на 2 основных типа: биологические (лабораторные, медицинские) и стереоскопические.
История создания
До сих пор нет достоверных сведений о появлении первого микроскопа. В начале XVI века первым человеком, который предложил объединить 2 линзы для увеличения изучаемых объектов, был известный врач из Италии Д. Фракасторо. По другим данным, первый оптический прибор изобрели в Голландии отец и сын Янсены.
Известно это стало после заявления, сделанного в середине XVII века младшим Янсеном. Существует версия, что первую конструкцию с выпуклой и вогнутой линзами создал знаменитый Галилео Галилей в начале XVII века. Спустя 10 лет К. Дреббель собрал устройство с двумя выпуклыми линзами, в качестве которых он использовал 2 лупы.
Через несколько лет голландец К. Гюйгенс, создавший окуляр для телескопа, придумал и собрал двухлинзовую систему, которая регулировалась, не разлагая света на составные цвета. Это изобретение стало настоящим прорывом в истории создания оптической техники, а окуляры Гюйгенса применяются и по сей день.
Большую роль в разработках оптических приборов сыграл известный основоположник научной микроскопии Левенгук. Он собирал небольшие устройства с одной мощной линзой. Хотя простые конструкции были очень неудобны, но они давали возможность детальней изучать изображения объектов, чем составные приборы.
Виды микроскопов
За всю историю развития микроскопной техники было изобретено множество приборов. Все они отличались устройством и принципом действия. Основные виды микроскопов:
- оптические;
- электронные;
- сканирующие зондовые;
- рентгеновские.
Оптические и электронные
Самым простым и недорогим устройством считается оптический прибор. По своим техническим параметрам он позволяет увеличивать изображение объекта в 2 тыс. раз. Благодаря такому высокому показателю, с помощью оптического микроскопа можно исследовать:
- структуру клеток;
- поверхность ткани;
- дефекты на искусственных объектах и т. д.
Приборы с таким увеличением выполнены более качественно, поэтому стоят довольно дорого. Большинство устройств обладают простой конструкцией и небольшим увеличением. Применяются они в основном для учебных целей при выполнении лабораторных работ по биологии. Обычно приборы имеют несколько подвижных объективов с разными показателями увеличения, которые можно менять, в зависимости от выполняемой работы.
Более современным прибором считается электронный микроскоп, который может увеличивать изображение предмета в 20 тыс. раз. От оптического устройства он отличается тем, что вместо луча света используется пучок электронов. Специальные магнитные линзы преобразовывают в изображение перемещение отрицательно заряженных частиц, а направленность пучка регулируется изменением магнитного поля.
Использование прибора в комплексе с компьютером позволяет значительно увеличить изображение и одновременно сделать снимок объекта. Недостатком таких устройств считается высокая стоимость и их эксплуатация только в лабораторных условиях, так как молекулы воздуха воздействуют на электроны, нарушая четкость изображения. Кроме того, чтобы на функционирование микроскопа не влияли внешние магнитные поля, лаборатории размещают в подземных бункерах с толстыми стенами.
Зондовые и рентгеновские
Сканирующие устройства позволяют получить нужное изображение с помощью специального зонда, который выполняет роль объектива и проводит исследование объекта. В итоге получается трехмерное изображение с точными характеристиками исследуемого предмета. Эта новая техника обладает довольно высоким разрешением, а зонд представляет собой сложный механизм, оснащенный чувствительными сенсорами, которые реагируют на перемещение электронов.
Зачастую такие конструкции используются для сканирования объектов со сложным рельефом. Сканерами исследуются внутренние пространства труб и мелких тоннелей. В результате исследования полученные первоначальные показатели обрабатываются математическим методом с помощью специальной компьютерной программы.
Для исследования предметов, размеры которых соизмеримы с длиной электромагнитных волн от 10 до 0,001 нм, применяются рентгеновские микроскопы. По своим характеристикам и эффективности работы эти приборы находятся между оптическими и электронными устройствами. Рентгеновские волны могут проникать сквозь поверхность объекта, поэтому существует возможность, кроме структуры предмета, узнать его химический состав.
Строение приборов
Все микроскопы делятся по классам сложности, и всего их существует 6. К первым относятся простые конструкции, а к последним — самые сложные. Устройство микроскопа зависит от его типа и назначения. Чтобы ознакомиться с основными частями оптического устройства, достаточно узнать строение простейшего лабораторного прибора.
Рисунок (раскраска) карандашом — строение микроскопа с подписями. Обозначения узлов схемы:
На старых моделях установлены зеркала, которые выполняют функцию отражателя света, а вместо зажимов применяется стекло. Основной частью микроскопа являются объектив и окуляр, кроме того, это главные детали оптической системы. С помощью этого узла происходит формирование изображения объекта. Чтобы изменить кратность, в профессиональных приборах подбираются различные комбинации окуляров и объективов.
Для определения увеличения микроскопа следует умножить соответствующий показатель окуляра на значение объектива. К механической части прибора относятся: тубус, штатив, столик, система фокусировки, револьверная головка. Фокусировка выполняется двумя винтами (грубой и тонкой настройки), чтобы можно было быстро отрегулировать резкость изображения предмета.
При этом на некоторых конструкциях регулировка осуществляется перемещением столика, а на других — тубуса. На профессиональных микроскопах обычно устанавливают съемные объективы, которые крепятся резьбовым соединением. Важную роль в оптическом приборе играет осветительная система, в которую входят: источник света, конденсор, диафрагма.
Конденсор устроен из линз или зеркал, предназначен для сбора лучей света и направление их на изучаемый объект. Он может состоять из одной, двух или трех линз. Пользователь, поднимая или опуская устройство, конденсирует или рассеивает свет, падающий на предмет. Яркость плавно регулируется с помощью диафрагмы, которая обычно бывает ирисовой. Источник света может быть как встроенным, так и внешним, а сложные конструкции обладают еще несколькими подсветками.
Особенности работы с устройством
Для эффективного изучения объектов следует соблюдать ряд правил при работе с микроскопом. Придерживаясь их, пользователь более эффективно проведет исследование предмета:
Закончив работу с большим увеличением, следует опять вернуться на малое значение, поднять объектив, убрать объект со стола, протереть все детали прибора, поставить его в шкаф и накрыть полиэтиленовой пленкой.
