Что такое микроскоп краткое описание. Что такое микроскоп? Подробный разбор

Из истории микроскопа

В рассказе Василия Шукшина «Микроскоп» деревенский столяр Андрей Ерин купил на «заныканую» от жены зарплату мечту всей своей жизни – микроскоп – и поставил своей целью найти способ извести на земле всех микробов, поскольку искренне считал, что, не будь их, человек мог бы жить более ста пятидесяти лет. И только досадное недоразумение помешало ему в этом благородном деле. Для людей многих профессий микроскоп - это необходимое оборудование, без которого выполнение многих исследований и технологических операций просто невозможно. Ну а в «домашних» условиях этот оптический прибор позволяет всем желающим расширить границы своих возможностей, заглянув в «микрокосмос» и исследовав его обитателей.

Первый микроскоп был сконструирован отнюдь не профессиональным ученым, а «любителем», торговцем мануфактурой Антони Ван Левенгуком, жившим в Голландии в XVII веке. Именно этот пытливый самоучка первым взглянул через сделанный им самим прибор на капельку воды и увидел тысячи мельчайших существ, названных им латинским словом animalculus («маленькие звери»). За свою жизнь Левенгук успел описать более двухсот видов «зверушек», а изучая тонкие срезы мяса, фруктов и овощей, он открыл клеточную структуру живой ткани. За заслуги перед наукой Левенгук в 1680 году был избран действительным членом Королевского общества, а чуть позже стал академиком и Французской Академии наук.

Микроскопы Левенгука, которых за свою жизнь он собственноручно изготовил более трех сотен, представляли собой небольшую, величиной с горошину, сферическую линзу, вставленную в оправу. Микроскопы имели предметный столик, положение которого относительно линзы можно было настраивать с помощью винта, а вот подставки или штатива у этих оптических приборов не было – их нужно было держать в руках. С точки зрения сегодняшней оптики, прибор, который называется «микроскопом Левенгука», является не микроскопом, а очень сильной лупой, поскольку его оптическая часть состоит только из одной линзы.

С течением времени устройство микроскопа заметно эволюционировало, появились микроскопы нового типа, были усовершенствованы методы исследования. Однако работа с любительским микроскопом и по сей день сулит немало интересных открытий и взрослым, и детям.

Устройство микроскопа

Микроскоп – это оптический прибор, предназначенный для исследования увеличенных изображений микрообъектов, которые невидны невооруженным глазом.

Основными частями светового микроскопа (рис. 1) являются объектив и окуляр, заключенные в цилиндрический корпус – тубус. Большинство моделей, предназначенных для биологических исследований, имеют в комплекте три объектива с разными фокусными расстояниями и поворотный механизм, предназначенный для их быстрой смены – турель, часто называемую револьверной головкой. Тубус располагается на верхней части массивного штатива, включающего тубусодержатель. Чуть ниже объектива (или турели с несколькими объективами) находится предметный столик, на который устанавливаются предметные стекла с исследуемыми образцами. Резкость регулируется с помощью винта грубой и точной настройки, который позволяет изменять положение предметного столика относительно объектива.

Для того чтобы исследуемый образец имел достаточную для комфортного наблюдения яркость, микроскопы снабжаются еще двумя оптическими блоками (рис. 2) – осветителем и конденсором. Осветитель создает поток света, освещающий исследуемый препарат. В классических световых микроскопах конструкция осветителя (встроенного или внешнего) предполагает низковольтную лампу с толстой нитью накала, собирающую линзу и диафрагму, изменяющую диаметр светового пятна на образце. Конденсор, представляющий собой собирающую линзу, предназначен для фокусировки лучей осветителя на образце. Конденсор также имеет ирисовую диафрагму (полевую и апертурную), с помощью которой регулируется интенсивность освещения.

При работе с пропускающими свет объектами (жидкостями, тонкими срезами растений и т. п.), их освещают проходящим светом – осветитель и конденсор располагаются под предметным столиком. Непрозрачные же образцы нужно освещать спереди. Для этого осветитель располагают над предметным столиком, и его лучи с помощью полупрозрачного зеркала направляются на объект через объектив.

Осветитель может быть пассивным, активным (лампа) или состоять из обоих элементов. Самые простые микроскопы не имеют ламп для подсветки образцов. Под столиком у них располагается двустороннее зеркало, у которого одна сторона плоская, а другая – вогнутая. При дневном освещении, если микроскоп стоит у окна, получить довольно неплохое освещение можно при помощи вогнутого зеркала. Если же микроскоп находится в темном помещении, для подсветки используются плоское зеркало и внешний осветитель.

Увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива и окуляра. При увеличении окуляра равном 10 и увеличении объектива равном 40 общий коэффициент увеличения равен 400. Обычно в комплект исследовательского микроскопа входят объективы с увеличением от 4 до 100. Типичный комплект объективов микроскопа для любительских и учебных исследований (х 4, х10 и х 40), обеспечивает увеличение от 40 до 400.

Разрешающая способность – другая важнейшая характеристика микроскопа, определяющая его качество и четкость формируемого им изображения. Чем больше разрешающая способность, тем больше мелких деталей можно рассмотреть при сильном увеличении. В связи с разрешающей способностью говорят о «полезном» и «бесполезном» увеличении. «Полезным» называется предельное увеличение, при котором обеспечивается максимальная деталировка изображения. Дальнейшее увеличение («бесполезное») не поддерживается разрешающей способностью микроскопа и не выявляет новых деталей, зато может негативно повлиять на четкость и контраст изображения. Таким образом, предел полезного увеличения светового микроскопа ограничивается не общим коэффициентом увеличения объектива и окуляра - его при желании можно сделать сколь угодно большим, - а качеством оптических компонентов микроскопа, то есть, разрешающей способностью.

Микроскоп включает в себя три основные функциональные части:

1. Осветительная часть
Предназначена для создания светового потока, который позволяет осветить объект таким образом, чтобы последующие части микроскопа предельно точно выполняли свои функции. Осветительная часть микроскопа проходящего света расположена за объектом под объективом в прямых микроскопах и перед объектом над объективом в инвертированных.
Осветительная часть включает источник света (лампа и электрический блок питания) и оптико-механическую систему (коллектор, конденсор, полевая и апертурная регулируемые/ирисовые диафрагмы).

2. Воспроизводящая часть
Предназначена для воспроизведения объекта в плоскости изображения с требуемым для исследования качеством изображения и увеличения (т.е. для построения такого изображения, которое как можно точнее и во всех деталях воспроизводило бы объект с соответствующим оптике микроскопа разрешением, увеличением, контрастом и цветопередачей).
Воспроизводящая часть обеспечивает первую ступень увеличения и расположена после объекта до плоскости изображения микроскопа. Воспроизводящая часть включает объектив и промежуточную оптическую систему.
Современные микроскопы последнего поколения базируются на оптических системах объективов, скорректированных на бесконечность.
Это требует дополнительно применения так называемых тубусных систем, которые параллельные пучки света, выходящие из объектива, «собирают» в плоскости изображения микроскопа.

3. Визуализирующая часть
Предназначена для получения реального изображения объекта на сетчатке глаза, фотопленке или пластинке, на экране телевизионного или компьютерного монитора с дополнительным увеличением (вторая ступень увеличения).

Визуализирующая часть расположена между плоскостью изображения объектива и глазами наблюдателя (камерой, фотокамерой).
Визуализирующая часть включает монокулярную, бинокулярную или тринокулярную визуальную насадку с наблюдательной системой (окулярами, которые работают как лупа).
Кроме того, к этой части относятся системы дополнительного увеличения (системы оптовара/смены увеличения); проекционные насадки, в том числе дискуссионные для двух и более наблюдателей; рисовальные аппараты; системы анализа и документирования изображения с соответствующими согласующими элементами (фотоканал).

Основные методы работы с микроскопом

Метод светлого поля в проходящем свете. Подходит для изучения прозрачных объектов с неоднородными включениями (тонкие срезы растительных и животных тканей, простейшие микроорганизмы в жидкостях, тонкие полированные пластинки некоторых минералов). Осветитель и конденсор располагаются ниже предметного столика. Изображение формирует свет, проходящий через прозрачную среду и поглощаемый более плотными включениями. Для повышения контраста изображения часто используются красители, концентрация которых тем больше, чем больше плотность участка образца.

Метод светлого поля в отраженном свете. Используется для изучения непрозрачных объектов (металлов, руд, минералов), а также объектов, из которых невозможно или нежелательно брать образцы для приготовления полупрозрачных микропрепаратов (ювелирных изделий, произведений искусства и пр.) Освещение поступает сверху, обычно через объектив, который в данном случае играет также роль конденсора.

Метод косого освещения и метод темного поля.Методы для исследования образцов с очень низким контрастом, например, практически прозрачных живых клеток. Проходящий свет подают на образец не снизу, а немного сбоку, благодаря чему становятся заметны тени, которые образуют плотные включения (метод косого освещения). Сместив конденсор таким образом, что его прямой свет вообще не будет попадать на объектив (образец при этом освещается только косыми лучами на просвет), в окуляре микроскопа можно наблюдать белый объект на черном фоне (метод темного поля). Оба метода подходят только для микроскопов, конструкция которых допускает перемещение конденсора относительно оптической оси микроскопа.

Виды современных микроскопов

Помимо световых микроскопов, существуют также электронные и атомные, которые в основном используются для научных исследований. Обычный просвечивающий электронный микроскоп похож на световой, за тем исключением, что объект облучается не световым потоком, а пучком электронов, генерируемым специальным электронным прожектором. Полученное изображение проецируется на люминесцентный экран с помощью системы линз. Увеличение просвечивающего электронного микроскопа может достигать миллиона, однако, для атомно-силовых микроскопов и это не предел. Именно атомным микроскопам, способным вести исследования на молекулярном и даже атомном уровне, мы обязаны многим последним достижениям в областях генной инженерии, медицины, физики твердого тела, биологии и других наук.

Световые микроскопы тоже бывают разными и могут классифицироваться по нескольким признакам, например, количеству оптических блоков (монокулярные/бинокулярные или стерео) или типу освещения (поляризационные и люминесцентные, интерференционные и фазо-контрастные). Для любительской практики подойдет простой монокулярный световой микроскоп с максимальным увеличением 400х. Более сложные аппараты отличаются друг от друга конструкцией осветителя и конденсора, являются специальными и используются в узких областях науки. В особый вид выделяются стереомикроскопы, которые необходимы при проведении микрохирургических операций и производстве микроэлектронных компонентов, а также незаменимы в генной инженерии.

Изготовлением оптических приборов И. П. Кулибин занимался еще в Нижнем Новгороде до отъезда в 1769 г. в Петербург. Там он в 1764-1766 гг. самостоятельно сконструировал зеркальный телескоп системы Грегори, микроскоп и электрическую машину по образцам английских инструментов, привезенным в Нижний Новгород купцом Извольским. Сам Кулибин так писал об этой работе: "Потом стал искать разными опытами, как полировать стекла зрительных труб, которым сделал особливую махину и чрез то сыскал оным полировку. По сем изобретении сделал две трубки зрительные длиною по три аршина, да один посредственный, собранный из пяти стекол, микроскоп... По случаю получил я для рассмотрения телескоп с метальными зеркалами аглийския работы, который разобрав, как в стеклах, так и в зеркалах стал искать к солнцу зажигательные точки и снимать отдаленную от тех зеркал и стекол до зажигательных точек.меру, по которым бы можно было познать, каковые и вогнустию и выпуслостию для стекол и зеркал потребно будет сделать медные формы для точения на песке зеркал и стекол оных и со всего того телескопа сделал рисунок... Потом стал делать опыты, как бы против того составить и металл в пропорцию; а когда твердостию и белостию стал у меня выходить на оных сходственен, то из того по образцу налил я зеркал, стал их точить на песке на реченных и уже сделанных выпуклистых формах, и над теми точеными зеркалами начал делать опыты, каким бы мне способом найти, им такую ж чистую полировку, в чем и продолжалось немалое время. Наконец выпробовал одно зеркало в полировке на медной форме, натирая оную со жженым оловом и деревянным маслом. И так с тем опытом из многих сделанных зеркал вышло одно большое зеркало и другое противное малое в пропорцию..." .
Из приведенного выше отрывка автобиографии Кулибина видно, что он своим пытливым умом сумел дойти до определения фокусных расстояний линз и зеркал, раскрыть секрет сплава для изготовления металлического зеркала, придумать и построить станок для шлифовки и полировки линз и зеркал.
Кулибин изготовил в Нижнем Новгороде один микроскоп и два телескопа, из которых "видна была Балахна весьма близко, хотя и с темнотою, но чисто" . Если при этом учесть, что промышленный город Балахна находился в 32 км от Нижнего Новгорода, то увеличение телескопов Кулибина было весьма большим. Один из биографов Кулибина, профессор А. Ершов, в середине XIX в. писал, что "Одних этих изобретений было бы достаточно для увековечения имени славного механика. Мы говорим изобретений, потому, что обтачивать стекла, делать металлические зеркала и чудные механизмы в Нижнем Новгороде без всякого пособия и образца, - это значит изобретать способы для этих построений".
В 1768 г. Нижний Новгород посетила Екатерина II; ей были "представлены" инструменты Кулибина, произведшие, по всей вероятности, на нее положительное впечатление, так как. в следующем 1769 г. она пожелала увидеть их вторично, но уже в Петербурге. К великому сожалению эти оптические инструменты не сохранились, хотя в составленном Кулибиным "реестре его изобретений" имеется запись, что они "ныне хранятся в Кунсткамере Академии Наук, о чем опубликовано было в Академических ведомостях, особым прибавлением 1769г."
По распоряжению Екатерины II И. П. Кулибин был принят на службу в Академию Наук в качестве механика и руководителя академическими мастерскими. В соответствии с "Кондициями, на которых нижегородский посадский Иван Кулибин вступает в академическую службу" в его обязанности входило: "1-е, иметь главное смотрение над инструмент альною, слесарною, токарною, столярною и над тою палатою, где делаются оптические инструменты, термометры и барометры, чтоб все работы о успехом и порядочно производимы были, оставя непосредственное смотрение над инструментальною палатою елеву Кесареву... 2-е, делать не скрытное показание академическим художникам во всем том, в чем он сам искусен. 3-е, чистить и дочинивать астрономические и другие при Академии находящиеся часы, телескопы, зрительные трубы и другие, особливо физические инструменты..." . Эти кондиции были подписаны Кулибиным 2 января 1770 г., начал же он работать в Академии еще в 1769 г. и оставался на этой службе более тридцати лет.
В личных и служебных документах Кулибина за 1770- 1777 гг. имеется большое количество "Рапортов в Академическую комиссию" об изготовлении и ремонте телескопов (в основном зеркальных - по схеме Грегори), микроскопов, астролябий. В "Реестре разных механических, физических и оптических изобретений Санкт-Петербургской имп. Академии Наук механика Ивана Петровича Кулибина" имеется запись: "Между тем сделано и исправлено мною при Академии Наук и присылаемых для императорских дворцов разных оптических инструментов, как то: грегорианских и ахроматических телескопов, каковых находящиеся при Академии мастера не исправляли..." .
Уже в первые месяцы своей работы в Академии Наук Кулибин успешно справляется с изготовлением опытного образца двухфутового телескопа и ремонтом грегорианского телескопа, о чем свидетельствует отзыв о нем академика С. Я. Ру-мовского. Кулибин блестяще разбирается во всех тонкостях конструирования оптических инструментов. В своей заметке "К следующему чертежу оглазные стекла искать..." он сообщает о методе нахождения фокуса сферического зеркала для определения местоположения окуляра и приводит при этом рисунок сопровождаемый следующим текстом: "... Трубку же со оглазными стеклами можно доводить до самого фокуса, преломленного от малого плоского приземного зеркала, которую трубку дияметром больше не делать внутренних слепых а и б рысей, чтобы не загораживала преломлению в падающих во обеих зеркалах около центров лучам" . Конструкторский талант Кулибина проявляется и в его заметке "О тубусе или гершелевом телескопе": "Большое зеркало устанавливать так: вставить в конец отверстия тот кружок со стеблем, в который привинчивается приземное зеркало в самом грубы центре, и на том месте, где во время смотрения приводится, а потом, вставя большое зеркало, смотреть чрез край помянутого приземного кружка сверху на исподний край большого зеркала в четырех местах крестообразно, а потом и на осьмых долях приведя так, чтобы внутренности трубы везде казались равны. Потом, привинтя приземное зеркало, вставя оглазных стекол фундаментальную трубку, в нее вставя кружок о центровой скважинкой, установить преспект трубы около приземного зеркала во все стороны равно" .
Представление о характере работы И. П. Кулибина в Академических мастерских дает также "Опись сделанным вещам и инструментам в инструментальной палате в хранении", приложенная к личному делу его преемника механика Академии П. Кесарева, в которой перечисляются "грегорианский телескоп 14-ти дюймового фокуса", "сделанный для опыту по наставлению покойного профессора Д. Эйлера сложный прозрачный микроскоп..." и т. д. .
С целью повысить качество изготовляемых оптической мастерской инструментов Кулибин предпринял в 1771 г. изготовление новых шлифовальных форм, так как старые формы, как он писал, "все источены и ни одной пары верной не имеется". Он сообщил Академической комиссии, ведавшей делами мастерских, что намерен изготовить "для точения и полирования стекол и метальных зеркал несколько пар форм разной величины, набирая от линии до дюйма" от дюйма до фута, от фута до несколько футов, прибавляя по нескольку одна другой больше, чрез которыя можно было бы делать микроскопы солнечный и сложныя разных пропорций, зритель-ныя трубы, разной величины телескопы и протчия зрительныя стекла разных фокусов" .
30 августа 1796 г. Кулибин пишет заметку "О делании первой машины для стекол" с поддетой "Прочесть обстоятельнее" , в которой сообщает о своем проекте постройки станка для шлифовки и полировки зеркал и возможности его использования для изготовления стеклянных объектовов. В сохранившихся чертежах Кулибина имеется несколько рисунков, сконструированных им станков для шлифовки и полировки линз. В своей заметке "О шлифовке и полировке криволинейного зеркала" Кулибин дает описание методов шлифовки зеркал при помощи наждака и полировальника из красной меди: "Когда на показанном шпиле выточено будет по лекалу зеркало, тогда шлифовать его прямолинейным движением наждаком, насыпая на частицы красной меди вставленные в рукоятку полира и приноровленные на таком же вертолуге или на подобном тому, как описано выше, а частицы со-шлифовывать в центре такой штуки, которая бы была точно согласна с конкавом того зеркала. Примером палагая быть зеркалу в дияметре 6 дюймов, а сию из красной меди частицу сделать во один только дюйм или и меньше, а больше не делать, для того что в центре зеркало круче, а когда края у полирной штучки будут на центре зеркальном, то уже плотно не прижмется, для чего должно быть из красной меди штукам еще менее дюйма диаметром, а как сошлифовано будет очень чисто и верно, то, на такие медные частицы наклея гарнусом тафту, полировать с цинажем" .

Иван Петрович Кулибин
(1735-1818)

Станок для шлифовки и полировки оптических линз.
Собственноручный рисунок И.П.Кулибина

В "Мнении о криволинейных зеркалах" Кулибин приводит сравнение относительной сложности обработки сферических и асферических зеркал. Он подробно рассматривает процесс изготовления вогнутого зеркала начиная от заготовки диска до полировки включительно. Рецептура сплавов для изготовления металлических зеркал, способы варки и рецептура флинтового стекла привлекали внимание Кули-бина. В своей работе изобретатель опирается на опыт и традиции, накопленные сотрудниками старейшей академической мастерской (оптическая мастерская была основана в 1726 г.), где со времени Ломоносова было налажено производство многих оптических инструментов и где работали опытнейшие и искуснейшие оптики-механики, например семья Беляевых.
Совместно с И. И. Беляевым И. П.Кулибин поднял работу оптической мастерской на большую высоту. Количество и качество выпускавшихся ею оптических инструментов значительно повысилось, В оптическую мастерскую стали обращаться с заказами на линзы и оптические инструменты не только академики и профессора самой Академии Наук, но и посторонние лица.
Большой интерес представляют чертежи Кулибина. На одном из его рисунков приведен чертеж Кулибина с изображением оптических схем микроскопа, полемоскопа и зрительной трубы. Здесь особенно интересен второй чертеж, представляющий собой схему пятилинзового микроскопа с двояко-вогнутой линзой, помещенной между коллективом и друхлинзовым окуляром. Такая линза должна несколько увеличивать изображение без отодвигания окуляра от объектива, т.е. делать излишним удлинение тубуса микроскопа, если ее поместить непосредственно между объективом и окуляром, Кулибин, однако, "преследовал другую цель: компенсировать то уменьшение изображения, которое вызывается коллективом. Если это так, то это представляет собой его оригинальную идею. Объектив этого микроскопа Кулибина плосковыпуклый, причем он повернут плоской стороной к объекту. Мы уже видели, что Кёфф впервые применил подобный объектив в своем микроскопе. На полезность этого приема указывал позже Эйлер. Вполне вероятно, что Кулибин самостоятельно пришел к этой идее, которая впоследствии, начиная с 20-30-х годов XIX в., получила широкое распространение в ахроматических микроскопах" .
Кулибин был не только великолепным конструктором оптических инструментов, но и хорошо разбирался в их теории. В "Мнении о сферических зеркалах", Кулибин писал: "1-е. Сферические зеркала, имея длинные радиусы и фокусы в рассуждении преломляющихся лучей, по малости дияметра зеркального и по длине фокуса во одной точке лучи собрать не могут, ибо в зеркале хотя на один волос в краю его будет крутости сферической, то в фокусе выйдет фальши столько больше, во сколько раз длиннее фокус и полудияметра зеркального... 2-е. По такой длине как от большого зеркала, так и малого приземного, параллельности или фокусы верно во один пункт установить трудно" . Таким образом, Кулибин имел четкие представления о сферической аберрации вогнутого сферического зеркала. В своем "Мнении о криволинейных зеркалах" он предлагает уменьшить величину сферической аберрации вогнутого зеркала за счет придания этому зеркалу асферической формы, благодаря которой "... параллельность между большим и малым зеркалом сыскать легче, также и пункты фокусов на одной линее сойдутся удобнее" В заметке "О объективном стекле" Кулибин проводит сравнение оптических свойств трехлинзового объектива телескопа о металлическим вогнутым зеркалом. При этом на полях рукописи им делается помета: "Рассмотреть и сие попорядочнее" . Этот замысел он осуществляет в своей заметке от 3 сентября 1796 г. "О поощрении к делу стекла: "В сравнении ахроматических телескопов, у коих объективное стекло собрано из 3-х стекол, следственно должно вышлифовать и выполировать 6 сторон у стекол, то как бы верно ни вычисленно было, однако в таком множестве должно быть втрое более погрешности в полировке, нежели в одном стекле. На первый же случай у криволинейного хотя и будет от неверности линии и полировки погрешности втрое более одного ахроматического стекла, то и тем может с трех стекольным объективом ахроматического телескопа сравняться. Того же 3-го сентября 1796-го года" .
Во время своей работы в Петербургской Академии Наук Кулибин накопил большой опыт в проектировании и технике изготовления самых различных оптических приборов. В конце 70-х годов XVIII в. им было создан фонарь с зеркальным отражателем, явившийся предшественником современного прожектора. Кулибин довел разработку своего проекта до конца: он не только создал несколько проектов фонарей для различных применений (уличного освещения, освещения дворцов, фонарей для маяков, экипажей, промышленных предприятий и т. д.), но и детально разработал технологию их изготовления. При этом изобретатель конструировал и различные приспособления и станки, необходимые для изготовления фонарей.
Огромное значение в развитии работ Кулибина в области конструирования различных оптических инструментов сыграло то обстоятельство, что он работал в Академии в тот период, когда здесь успешно развивались исследования по технической оптике. В период с 1768 по 1771 гг. Л. Эйлером были написаны и опубликованы "Письма к немецкой принцессе..." и фундаментальная трехтомная диоптрика , содержащая основы теории и расчета сложных ахроматических объективов телескопов и микроскопов.
Под непосредственным руководством Кулибина в оптической и инструментальных мастерских Петербургской Академии Наук происходило конструирование первого в Мире русского ахроматического микроскопа по указаниям Л. Эйлера и Н. Фусса .
Вызывает, однако, удивление одно обстоятельство: в печати не появилось ни одного сообщения о новом микроскопе. Вероятно это было связано с тем, что этот инструмент получился не совсем удачным. Причина неудачи по-видимому состояла в исключительной трудности изготовления ахроматического трехлинзового объектива микроскопа. Каждая из линз этого объектива должна была быть диаметром около 3,5 мм (1/7 дюйма) и с радиусами кривизны, рассчитанными до тысячных долей дюйма. При этом общая толщина объектива должна была составлять около 1,4 мм, а промежутки между линзами - около 0,4 мм. Переводчик книги Н. Фусса на немецкий язык Г. С. Клюгель в 1778 г. писал, что "Столь тонкие линзы, какие здесь требуются, вряд ли могли быть изготовлены даже самым искусным мастером" . Действительно, при том уровне оптической технологии, который был в 70-х годах XVIII в., осуществить в точности ахроматический микроскоп Эйлера-Фусса было невероятно трудно, практически невозможно. В 1784 г., уже после смерти Эйлера, в Петербурге академиком Ф. Т. У. Эпину-сом был расчитан и изготовлен первый в мире ахроматический микроскоп . в Западной Европе первые ахроматические микроскопы появились лишь в 1807 г.
В заключение необходимо отметить, что деятельность Кулибина в области инструментальной оптики всегда отвечала первоочередным задачам развития русской науки и техники и внесла достойный вклад в сокровищницу мировой культуры, в дело развития методов обработки и шлифовки линз.

Литература
1. Рукописные материалы И. П. Кулибина в Архиве АН СССР. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1953.
2. Архив РАН, ф. 296, ол. 1, № 515, ил. 1-12; № 512, ил. 1-2; № 511, ил. 1-1 об.
3. Труды Ин-та истории естествознания АН СССР. Т. 1. М.-Л., 1947.
4. Архив РАН, ф. 296, ол. 1, № 517, ил. 1-1 об.
5. Ейлер Л . Письма... писанные к некоторой немецкой принцессе. Ч. I. СПб., 1768; ч. II, 1772, ч. 3, 1774.
6. Euler L . Dioptrica. S. Pet, 1769-1771.
7. Гуриков В. А. История прикладной оптики. М.: Наука, 1993.
8. Гуриков В. А . Первый ахроматический микроскоп. Природа. 1981. № 6.

Микроскоп для ребенка - окно в абсолютно неведомый ранее мир клеток, крохотных частиц и микроорганизмов. Кому из детей не интересно узнать, например, как выглядят вблизи крылышки и лапки насекомого? С этой точки зрения данный прибор можно отнести к развивающим игрушкам.

Прежде чем решиться на покупку микроскопа, родителям следует проанализировать ситуацию: возраст ребенка, степень его заинтересованности в новой игрушке, склонность к "исследованиям", усидчивость и т. д. "Серьезность" приобретаемой модели (соответственно, и цена) зависит от суммы всех этих факторов.

Для первого знакомства с "наномиром" ребенку годится детский микроскоп с минимальным набором опций. Если же речь идет о школьнике, то лучше остановиться на т. н. учебном с увеличением не менее 650 крат.

Отправляемся в магазин

Как выбрать качественный микроскоп для школьника? Те, что продаются в магазинах игрушек, даже относительно дорогие, настоящей техникой не являются, как ни жаль. А о дешевых и говорить не приходится. Картинка, которую способен разглядеть ребенок с такой игрушкой, вряд ли вдохновит его на долгие "исследования", и интерес будет вскоре утрачен.

Тогда как выбрать микроскоп для школьника? Хорошие приборы, конечно же, существуют. Но цена их - на порядок выше, чем у игровых. Хотя ряд недорогих по стоимости вполне можно сравнить с наиболее "навороченными" из игрушечных. Относится это к моделям, именуемым школьными и профессиональными.

С какой целью приобретается микроскоп для школьника?

Если лишь как игрушку, лучше приобретите лупу хорошего качества. Покупкой его следует озадачиться лишь тогда, когда опыты с микроскопом для школьников не перестанут быть интересными через пару дней, а ребёнок "на полном серьезе" и достаточно давно увлечен естественными науками, такими как химия и биология. А также подумывает о профессии врача или биолога, планирует по данным предметам сдачу ЕГЭ или ОГЭ. В этом случае иметь дома высококачественный школьный микроскоп - реальная необходимость, и немалые затраты на приобретение его со всеми сопутствующими принадлежностями окажутся оправданными.

Как быть, когда ребёнок увлечен биологией, а родители совершенно не разбираются в ней? И если даже не знают, как выглядит микроскоп, как не прогадать с покупкой? Придется всерьез заняться изучением ассортимента магазинов оптики, читать соответствующие форумы, спрашивать у тех, кто "в теме", и в конце концов составить собственное мнение. К тому же определитесь заранее с суммой, которую вы сможете себе позволить потратить на покупку, и, исходя из нее, выбирайте самую оптимальную модель.

Итак, на что же нужно обратить основное внимание, покупая микроскоп для школьника?

Что такое увеличение?

Эта функция может быть оптической и цифровой. Обращать внимание следует в первую очередь на оптическое увеличение. Цифровое - это обычное зуммирование, то есть приближение картинки, без возможности разглядеть дополнительные детали. Тем, кто настроен на серьезную работу, следует ориентироваться на модели с увеличением, начиная с 1000-кратного и больше. Можно найти в продаже и доступные по цене экземпляры для домашнего использования с 2000-кратным оптическим увеличением.

Очень полезная функция - возможность регулировки диоптрий для страдающих плохим зрением. Обычно их можно настроить в пределах от +5 до -5. Согласитесь, работа с микроскопом без очков куда удобнее, чем заглядывание в окуляр через них.

Настройка грубая и тонкая

В более простых моделях предусмотрена, как правило, лишь грубая настройка. У вариантов "посерьезнее" дополнительно есть функция тонкой настройки. Зачастую потребители не в силах уловить разницу между двумя экземплярами с похожим описанием, но значительной разницей в цене (к примеру, за 12-13 и за 30 тысяч рублей), и недоумевают, мол, за что тут переплачивать? Ведь это всего лишь микроскоп для школьника!

Поясняем: разница может быть в качестве оптики. Или же та окажется монокулярной и не предусматривающей функцию настройки диоптрий. Оптика - именно та часть микроскопа, экономить на которой следует в последнюю очередь. В этом смысле стоит выбирать модель максимально дорогую из тех, что вы можете себе позволить.

Микроскоп может быть моно- или бинокулярным. В первом случае в него смотрят одним глазом, во втором - двумя, что, несомненно, удобнее. И хотя для многих этот момент не принципиален, его все же следует учитывать. Смотреть в бинокуляр как минимум легче на протяжении длительного времени - глаза меньше устают.

Что такое световой микроскоп? Немного о подсветке

Говоря об этом приборе, нельзя не упомянуть систему подсветки. Согласно определению, микроскоп является оптическим прибором с увеличением не менее чем двухступенчатым, позволяющим увидеть не различимые обычным глазом предметы и детали с расстояния 250 мм. Световой микроскоп, таким образом, немыслим без дополнительного источника освещения.

Возможны два варианта - LED-подсветка или галогенового типа. Какая же из них лучше?

LED-подсветка представлена встроенным светодиодом, дающим белый свет. Срок его службы больше, и нагревается он по минимуму. Галогены греются немного больше и свет имеют желтоватого оттенка. Варианты с LED-подсветкой обычно стоят немного дороже, но разница эта не принципиальна. Многие модели микроскопов могут существовать либо с одним, либо с другим видом подсветки - выбор за покупателем.

Камера для вывода изображения

Хороший школьный микроскоп должен быть оборудован камерой, при помощи которой изображение выводится на экран монитора. Эта функция весьма полезна. Она дает возможность сфотографировать или заснять на видео результаты своих опытов и проиллюстрировать снимками доклад или другую работу. Разглядывать образец на экране куда удобнее, чем через окуляр, к тому же делать это можно коллективно.

Отдельные модели (какие именно - требуется уточнять у продавцов-консультантов) позволяют в режиме реального времени производить вывод на компьютерный экран наблюдаемой картинки. Для этого микроскоп должен быть вместо окуляра оборудован специальным видеоокуляром, который крепится в тубус визуальной насадки.

Камеру можно купить и отдельно с последующей установкой на аппарат. Причем наличие ее никак не мешает обычному наблюдению через окуляры. Правда, покупка ее потребует дополнительного расхода порядка 8-10 тысяч руб. или даже больше. Такие камеры располагают возможностью как фото-, так и видеосъемки. Если вы решили, что такая опция вам необходима, лучше выбрать для покупки тринокулярный микроскоп.

Возможность выбирать поле

Наблюдения можно вести как в темном, так и в светлом поле. Это, скорее всего, потребует наличия специальных объективов. На практике темное поле в домашних условиях используется редко - это ведь не специальная лаборатория.

Как выбрать микроскоп для школьника, если вы настроены на серьезную покупку? Какие модели посоветовать родителям? Оптимальным соотношением цены и качества, на наш взгляд, обладают микроскопы "Альтами БИО 6" (трино) стоимостью от 32 000 до 35 000 рублей или "Альтами БИО 7" (трино) - примерно за 38 000. В том же ценовом сегменте Levenhuk D320L (чуть дороже за счет встроенной камеры) или биомикроскопы Levenhuk 670T по цене около 40 тысяч рублей, а также Levenhuk 740T. Это вполне достойные тринокулярные модели с хорошей оптикой. Дополнительное приобретение камеры, как уже говорилось, увеличивает бюджет покупки еще на сумму порядка 10 тысяч.

Если хотите уложиться в сумму чуть меньше (например, в пределах 30 000 руб.), выбирайте "Альтами БИО 4" - хоть он и бинокулярный и обладает увеличением всего лишь до 1000 крат, зато продается сразу с камерой.

Максимально же недорогие школьные микроскопы "Альтами" продаются по цене 6-8 тысяч рублей и обладают увеличением порядка 800 крат, что тоже совсем неплохо, особенно если бюджет ваш ограничен.

В комплектах с такими моделями, как, например, "Альтами БИО 6" идут, как правило, наборы светофильтров диаметром 32 мм (желтого, голубого, зеленого цвета), чехол для защиты от пыли, иммерсионное масло в специальном флаконе-капельнице. Наличие руководства по эксплуатации подразумевается само собой. Все остальное придется докупать отдельно.

Что именно докупить?

Вам потребуется набор для подготовки микропрепаратов. Имеются в виду образцы тканей и т. п., которые планируется рассматривать. Готовые образцы также продаются, бывают самых различных тематик. Стоит покупать те из них, которые содержат максимально разнообразное число экземпляров.

Микротом - тоже очень полезная штука для изготовления тонких срезов (менее полумиллиметра). Стоимость его невелика (примерно рублей 350), но зато не придется возиться с грубым "выпиливанием" образцов или наблюдать неуклюжие "обломки".

Также не обойтись без набора стекол, которые бывают предметными и покровными. У хороших стекол с низкой интерференцией волн наилучшее соответствие с длиной световой волны. Стоимость наборов сравнительно невелика (от двухсот рублей до полутысячи). Покровными стеклами называют очень тоненькие стеклянные пластинки, которые могут быть в форме квадрата или круга. Применяются они, чтобы защитить препарат, помещенный на нижнее, предметное стекло.

От качества стекол зависит изображение, поэтому китайские наборы лучше не покупать.

Линейка популярных и качественных прямых микроскопов марки "Альтами" представляет модели стоимостью от 23 до 45 тысяч (цены ориентировочные) в зависимости от класса прибора. Модели сложнее и дороже, чем "БИО 8" (стоимостью около 60 000 рублей) приобретать для домашнего использования нет смысла, если речь не идет о покупке для практикующего на дому врача. Но мы с вами сейчас рассматриваем микроскоп для школьника.

Следует учитывать, что если комплектующие впоследствии можно поменять или докупить, то оптику или тип подсветки (галоген или светодиод) изменить в процессе эксплуатации не получится, так что определитесь с этим заранее.

Российский или китайский?

Перечисленные марки ("Альтами", "Микромеды", "Биомеды"), а также многие другие, несмотря на высокое качество, относятся все же к китайским (именно там производятся комплектующие для них).

Настоящие советские микроскопы (старые) - "Бимам 13" (другое название его "Микмед-2"), "Биолам" - сейчас можно найти, пожалуй, лишь бывшими в употреблении или не использовавшимися со старых времен. К ним довольно тяжело найти комплектующие (к тому же нужно знать, как их правильно поменять), вдобавок почти наверняка они потребуют замены смазки, но если данные моменты вас не смущают, то такой вариант - для вас.

В сравнении старые советские микроскопы немного превосходят современные по разрешающей способности, но к величине кривизны изображения это, как правило, не относится. Да и увеличения современные модели позволяют добиться немного большего.

Вариант попроще

Если вы не готовы тратить столь серьезные суммы, или интерес вашего ученика носит довольно поверхностный характер, то есть неплохой бюджетный вариант - микроскоп для школьника "Юный ученый", который продается в комплекте с набором предметов для изучения общим числом около 60. Его окуляр обладает 10- и 20-кратным увеличением, к набору прилагается три различных объектива. Наименьший из них ведет к увеличению под микроскопом исследуемого объекта в пять раз, наибольший - в 60.

То есть если вы выберете самый мощный объектив микроскопа и настроите окуляр по максимуму, то добьетесь увеличения в 1200 раз. Этого достаточно для рассмотрения крылышек насекомых, волосков, шерсти домашних животных и еще массы всего.

В данном аппарате имеется встроенный прожектор, проецирующий изображения на стену или экран, - эту функцию можно использовать для занятий в группе. Кроме того, в комплект входит набор светофильтров для большей четкости и контрастности.

Тудупов Аюр

В своей работе ученик рассматривает историю создания микроскопа. А также описывает опыт по созданию простейшего микроскопа в домашних условиях.

Скачать:

Предварительный просмотр:

МОУ «Могойтуйская средняя общеобразовательная школа №1»

Исследовательская работа по теме

«Что такое микроскоп»

Секция: физика, техника

Выполнил: ученик 2- а класса Тудупов Аюр

Руководитель: Баранова И.В.

пгт. Могойтуй

2013 год

Представление

Выдвигается

уч-ся 2-а класса МОУ МСОШ №1 п. Могойтуй Тудупов Аюр

Название исследовательской работы

«Что такое микроскоп?»

Руководитель работы

Баранова Ирина Владимировна

Краткое описание (тематика) работы :

Данная работа относится к экспериментальным исследованиям и носит экспериментально – теоретическое исследование.

Направление:

Физика, прикладные исследования (техника).

Краткое описание исследовательской работы

Название «Что такое микроскоп?»

Выполнен Тудуповым Аюр

Под руководством Барановой Ирины Владимировны

Исследовательская работа посвящена изучению: созданию микроскопа с помощью капли воды

Откуда у Вас возник интерес к этой проблеме, вопросу? Всегда хотелось иметь микроскоп, чтобы увидеть невидимый мир

Где мы искали информацию для ответа на возникшие вопросы (указать источники)

Интернет
Энциклопедии
Консультация с учителем

Какую гипотезу выдвигали: можно создать микроскоп своими руками из капли воды.

В исследовании мы использовали следующие методы:

Эксперименты:

Эксперимент №1 «Создание микроскопа».
Работа с книгами.

Выводы:

Дома можно сделать простейший микроскоп из подручных средств.
Я узнал, из чего состоит микроскоп.
Создавать свою собственную вещь очень интересно, тем боле, что микроскоп- штука интересная.

Для презентации результатов исследования мы планируем использовать фотографии.

Анкета участника

План работы

Анкета автора работы - стр. 1
Оглавление - стр.2
Краткое описание проекта - стр. 3
Введение - стр.4
Основная часть - стр. 5 – 10
Эксперимент по созданию микроскопа. - стр. 11-14
Заключение - стр. 15
Литература и источники - стр. 16

ВВЕДЕНИЕ

С самого раннего возраста каждый день, дома, в детском саду и в школе, приходя с прогулки и после туалета, после игр и перед едой я слышу одно и то же: «Не забудь помыть руки!». И вот я задумался: «А зачем их так часто мыть? Они ведь и так чистые?». Я спросил у мамы: «Зачем надо мыть руки?». Мама ответила: «На руках, как и на всех окружающих предметах, содержится множество микробов, которые попадая с пищей в рот, могут вызвать заболевание». Я внимательно посмотрел на свои руки, но никаких микробов не увидела. А мама сказала, что микробы очень маленькие и их нельзя увидеть без специальных увеличительных приборов. Тогда я вооружился увеличительным стеклом и стал разглядывать все, что меня окружало. Вот только никаких микробов все равно не увидел. Мама объяснила мне, что микробы настолько малы, что их можно разглядеть только под микроскопом. У нас в школе есть микроскопы, но их нельзя взять домой и искать микробов. И тогда я решил сделать свой микроскоп.

Цель моего исследования : собрать свой микроскоп.

Задачи проекта:

Узнать историю создания микроскопа.
Узнать, из чего состоит микроскопы, и какими могут они быть.
Попытаться создать свой микроскоп и проверить его.

Моя гипотеза : можно создать микроскоп своими руками в домашних условиях из капли воды и подручных средств.

Основная часть

История создания микроскопа.

Микроскоп (от греч. - малый и смотрю) - оптический прибор для получения увеличенных изображений объектов, невидимых невооружённым глазом.

Увлекательное это занятие - рассматривать что-либо в микроскоп. Не хуже компьютерных игр, а может быть, даже и лучше. Но кто же придумал это чудо - микроскоп?

В голландском городе Миддельбурге жил триста пятьдесят лет назад очковый мастер. Терпеливо шлифовал он стекла, делал очки и продавал их всем, кто в этом нуждался. Было у него двое детей - два мальчика. Они очень любили забираться в мастерскую отца и играть его инструментами и стеклами, хотя это и было им запрещено. И вот однажды, когда отец куда-то отлучился, ребята пробрались по обыкновению к его верстаку, - нет ли чего-нибудь новенького, чем можно позабавиться? На столе лежали стекла, приготовленные для очков, а в углу валялась короткая медная трубка: из нее мастер собирался вырезать кольца - оправу для очков. Ребята втиснули в концы трубки по очковому стеклу. Старший мальчик приставил к глазу трубку и посмотрел на страницу развернутой книги, которая лежала здесь же на столе. К его удивлению, буквы стали огромными. В трубку посмотрел младший и закричал, пораженный: он увидел запятую, но какую запятую - она была похожа на толстого червяка! Ребята навели трубку на стеклянную пыль, оставшуюся после шлифовки стекол. И увидели не пыль, а кучку стеклянных зернышек. Трубка оказалась прямо волшебной: она сильно увеличивала все предметы. О своем открытии ребята рассказали отцу. Тот даже не стал бранить их: так был он удивлен необычайным свойством трубки. Он попробовал сделать другую трубку с такими же стеклами, длинную и раздвижную. Новая трубка увеличивала еще лучше. Это и был первый микроскоп. Его

случайно изобрел в 1590 году очковый мастер Захария Янсен, - вернее сказать, - его дети.

Подобные мысли о создании увеличивающего прибора приходили в голову не одному Янсену: изобретали новые приборы и голландец Ян Липерсгей (тоже "очковых" дел мастер и тоже из Миддельбурга), и Яков Метиус. В Англии появился голландец Корнелий Дреббель, который изобрел микроскоп с двумя двояковыпуклыми линзами. Когда в 1609 году распространились слухи, что в Голландии имеется некое устройство для рассматривания крошечных объектов, Галилей уже на следующий день понял общую идею конструкции и сделал микроскоп в своей лаборатории, а в 1612 году он уже наладил изготовление микроскопов. Созданное устройство никто поначалу микроскопом не называл, его именовали конспицилией. Всем знакомые слова "телескоп" и "микроскоп" впервые в 1614 году произнес грек Демисциан.

В 1697 году из Москвы за границу выехало Великое посольство, в составе которого был наш царь Петр Первый. В Голландии он услышал, что "некий голландец Левенгук", живущий в городе Делфте, делает у себя дома удивительные устройства. С их помощью он обнаружил тысячи зверюшек, более чудесных, чем самые диковинные заморские звери. И эти зверюшки "гнездятся" в воде, в воздухе и даже во рту человека. Зная любознательность царя, нетрудно догадаться, что Петр немедленно отправился в гости. Устройства, которые увидел царь, были так называемыми простыми микроскопами (это была лупа с большим увеличением). Однако Левенгуку удалось добиться увеличения в 300 раз, а это превосходило возможности лучших сложных микроскопов XVII века, имевших и объектив, и окуляр.

Долгое время секрет "блошиного стекла", как пренебрежительно называли прибор Левенгука современники-завистники, раскрыть не удавалось. Как могло

получиться, что в 17 веке ученый создавал устройства, по некоторым характеристикам близкие к устройствам начала 20 века? Ведь при тогдашней технике невозможно было сделать микроскоп. Сам Левенгук свой секрет не открыл никому. Тайну "блошиного стекла" удалось раскрыть только через 315 лет, в Новосибирском государственном медицинском институте на кафедре общей биологии и основ генетики. Секрет должен был быть очень простым, ведь Левенгук за короткий срок сумел изготовить множество экземпляров своих однолинзовых микроскопов. Может быть, он вообще не шлифовал линзы- лупы? Да, это делал за него огонь! Если взять стеклянную нить и поместить в пламя горелки, на конце нити появится шарик - он-то и служил Левенгуку линзой. Чем меньше был шарик, тем большего увеличения удавалось достичь...

Около двух часов провел в 1697 году Петр Великий у Левенгука - и все смотрел, смотрел. А уже в 1716 году, во время своей второй поездки за границу, император приобрел для Кунсткамеры первые микроскопы. Так чудесный прибор появился в России.

Микроскоп можно назвать прибором, открывающим тайны. Микроскопы в разные года выглядели по-разному, но с каждым годом становились всё сложнее, и у них стало появляться много деталей.

Вот так выглядел первый микроскоп Янсена:

Первый крупный сложный микроскоп сделал английский физик Роберт Гук в 17 веке.

Вот так выглядели микроскопы в 18 веке. В 18 веке было много путешественников. И им нужно было иметь дорожный микроскоп, который бы умещался в сумке или кармане пиджака. В первой половине XVIII в. широкое распространение получил так называемый "ручной" или "карманный" микроскоп, сконструированный английским оптиком Дж. Вильсоном. Вот так они выглядели:

Из чего состоит микроскоп?

Все микроскопы состоят из следующих деталей:

Часть микроскопа	Для чего нужна
окуляр	увеличивает изображение, которое получено от объектива
объектив	обеспечивает увеличение мелкого предмета
тубус	зрительная трубка, соединяет объектив и окуляр
винт настройки	поднимает и опускает тубус, позволяет приближать и отдалять предмет исследования
предметный столик	на нём размещается предмет рассмотрения
зеркало	помогает направлять свет в отверстии на предметном столике.

Есть ещё подсветка и зажимы.

Ещё я узнал, какие могут быть микроскопы. В современном мире все микроскопы можно разделить:

Учебные микроскопы. Их называют еще школьные или детские.
Цифровые микроскопы. Основная задача цифрового микроскопа- не просто показать объект в увеличенном виде, но и сделать фотографию или снять видеоролик.
Лабораторные микроскопы. Главной задачей лабораторного микроскопа являются проведение конкретных исследований в различных областях науки, промышленности, медицине.

Создание собственного микроскопа

Когда мы искали сведения об истории микроскопов, то на одном из сайтов узнали, что можно сделать свой микроскоп из капли воды. И тогда я решил попробовать провести эксперимент по созданию такого микроскопа. Из капли воды можно сделать маленький микроскоп. Для этого нужно взять плотную бумагу, проколоть в ней толстой иглой дырочку и на нее аккуратно посадить каплю воды. Микроскоп готов! Поднесите эту капельку к газете – буквы увеличились. Чем меньше капля, тем больше увеличение. В первом микроскопе, изобретенном Левенгуком, все было сделано именно так, только капелька была стеклянная.

Мы нашли книгу, которая называется «Мои первые научные опыты» и чуть усложнили модель микроскопа. Для работы мне понадобились:

Стеклянная банка.
Металлизированная бумага (фольга для запекания).
Ножницы.
Скотч.
Толстая иголка.
Пластилин.

Когда я всё это собрал, то приступил к созданию модели микроскопа. Чуть ниже я поэтапно распишу всю свою работу. Конечно же, мне понадобилась небольшая помощь со стороны мамы и сестры.

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.

История создания микроскопа

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

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.

Сканирующий зондовые микроскоп

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

Рентгеновский 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.

В обычной жизни многие хотя бы раз, но могли познакомиться с таким устройством, как микроскоп. Например, кто-то работает в сфере, где необходим такой прибор, кто-то другой в школе на биологии пользовался им. При помощи микроскопа можно наблюдать за самыми маленькими частицами и организмами.

Микроскоп - это довольно сложный прибор, он имеет длительную историю. Она будет интересна и полезна для каждого человека. Сперва нужно рассмотреть, что же это такое - микроскоп.

Определение

На данный момент в школе используются микроскопы, которые могут увеличивать до 300-600 крат. Для того чтобы рассмотреть живую клетку, этого будет вполне достаточно. При помощи микроскопа можно увидеть ее вакуоли, стенки, ядро. Но для того, чтобы стать настолько мощным приспособлением, он прошел большой путь открытий и разочарований со стороны ученых.

Значение

Что означает слово "микроскоп"? Оно образуется из двух греческих слов: micros, что значит маленький, и skopeo, что в переводе означает смотрю. Таким образом, прямое предназначение устройства - это рассматривать маленькие объекты. Если говорить о более точной характеристике, то микроскопом является оптический прибор, который работает с одной или несколькими линзами. Благодаря ему можно получать изображение многих объектов, которые нельзя увидеть невооруженным глазом.

История открытия микроскопа

Что такое микроскоп, мы уже рассмотрели. Самое время поговорить о истории его открытия. Точная дата неизвестна. Дело в том, что устройство для рассмотрения небольших объектов археологи находили в совершенно разных эпохах. В старые времена они были обычной лупой. На тот момент она представляла собой двояковыпуклое устройство, которое могло увеличить объект всего лишь в несколько раз. Качество изображения было на низшем уровне, так как изготавливались они не из стекла, а из прозрачного камня.

Развитие

Чуть позже появилось такое понятие, как микроскопы. Принцип работы на тот момент был основан на использовании двух линз. Первая являлась объективом, который необходимо было направить на изучаемый объект. Вторая же была окуляром. В нее смотрел наблюдатель. Из-за хроматических отклонений, а также сферических, получаемое изображение было сильно испорчено. Более того картинка была неточной, нечеткой, а также окрашенной в неправильные цвета. Но даже в то время кратность устройства достигала несколько сот, что являлось неслабым показателем.

Значение слова "микроскоп" обрело смысл с разработкой системы линз, которая была осложнена только в начале XIX века. На тот момент в устройстве объектива уже устанавливалась сложнейшая система, в которую были добавлены собирательные и рассеивающие линзы. Они были созданы из специального стекла, которое компенсировало недостатки друг друга.

Чуть позже был создан микроскоп, который получил предметный столик. Туда можно было складывать все объекты, которые следует изучить. В конструкцию также был добавлен винт, который позволял столик перемещать. И уже немного позже появилось зеркало, которое позволяло идеально освещать объекты. Лабораторные микроскопы на данный момент имеют похожее строение. Они идеально показывают себя в эксплуатации и являются незаменимыми помощниками.

Строение микроскопа

На данный момент существуют простые и сложные микроскопы. Первые работают с одной системой линз, именно такое строение получила лупа. В сложном же сочетают две простейшие линзы. Поговорим немного о последнем варианте.

Сложный микроскоп будет давать большее увеличение, также он имеет хорошую разрешающую способность. Именно благодаря ей можно различать элементы образцов. Например, клетка под микроскопом сложной конструкции будет идеально разложена на составляющие. Увеличенное изображение, где нельзя различать подробности, никакой полезной информации не несет.

Большая часть сложных микроскопов основана на двухступенчатых схемах. Одна линза подносится практически вплотную к объекту, то есть благодаря ей и создается увеличенное изображение. После при помощи окуляра, то есть другой системы линз, само изображение увеличивается. Именно он располагается ближе к глазу наблюдателя. Описанные системы линз должны находиться на разных концах тубуса прибора.

Современные микроскопы

Что такое микроскоп в современном мире? Это приборы, которые могут давать колоссальное увеличение. Оно достигает 2000 крат. При этом нужно отметить, что качество получаемого изображения просто идеальное. Чаще всего такие микроскопы, фото которых имеются в статье, используются в лабораториях для того, чтобы проводить исследования.

Огромную популярность получили бинокулярные микроскопы, так как в них изображение раздваивается, имея один объектив. За счет двух окуляров можно смотреть на объект сразу двумя глазами. А за счет этого можно рассмотреть даже самые мелкие детали.

Виды микроскопов

Первый и самый древний микроскоп - световой. Определение данного устройства звучит таким образом: прибор, который позволяет увеличивать изображение и их структуру, которую нельзя заметить невооруженным глазом. Соответственно, данное устройство работает с набором линз, которые могут регулировать расстояние и зеркало. Последнее необходимо для того, чтобы подсвечивать объект. Довольно часто, когда нет возможности установить рабочую поверхность, можно использовать независимый источник света. Суть этого микроскопа заключается в том, чтобы можно было менять длину волны оптического спектра, который является видимым.

Второй вид микроскопа - это электронный. Он устроен гораздо сложнее, чем описанный выше световой. Последний имеет некоторые недостатки, например, такой микроскоп не сможет дать рассмотреть клетку вируса или любого другого организма, который имеет небольшие размеры, так как свет просто будет его огибать. В этом случае используются электронные приборы. Учитывая, что его магнитное поле делает волны света намного тоньше, можно рассмотреть даже самые маленькие детали. Чаще всего используют такой прибор в биологии.

Третий вид - это зондирующий. Если говорить упрощенно, то это устройство работает при помощи зонда, который посредством движений и колебаний создает трехмерное или же растровое изображение и переносит на компьютер.

Электронные микроскопы

Многих интересует вопрос, что за микроскоп это? Определение будет таким же, как и было описано выше. Разница заключается в совершенно другой конструкции. Благодаря таким микроскопам можно рассмотреть изображения атомов. При этом глагол рассмотреть используется в переносном смысле, так как изображение получается не при помощи объектива. Человеку не нужно смотреть в линзу, все данные переносятся на компьютер. Программное обеспечение само обрабатывает полученную информацию. Конструкция электронного микроскопа имеет другие физические принципы. Для исследования поверхность объектов пронзается тончайшей иглой. Ее кончик имеет размер всего лишь в один атом.

USB-микроскопы

Определение слова "микроскоп" в общем виде мы рассмотрели выше. Но надо также немного узнать об одном из видов этого прибора - USB-технологии. На данный момент, в свете развития цифровых данных, практически каждый человек может приобрести накладку на свой телефон. Благодаря такому USB-микроскопу можно сделать очень мощные и красивые фотографии. Также существуют хорошие микроскопы такого типа, которые подключаются к компьютеру. Нередко они оснащаются памятью, сохраняя полученные изображения. Множество цифровых фотоаппаратов работают с режимом макросъемки. Профессиональная техника позволит сделать фото мельчайших объектов. Если установить собирающую линзу перед объективом фотоаппарата, то можно получить увеличение изображения до 500 крат.

Рентгеновский микроскоп

Рентгеновский микроскоп, фото которого есть в статье, представляет собой устройство, которое может исследовать даже самые маленькие объекты, размеры которых имеют длину рентгеновской волны. Довольно часто такие устройства используют для исследования различных материалов, которые имеют большой атомный номер. На данный момент по разрешающей способности эти устройства находятся между электронными и оптическими микроскопами. Сейчас существуют приборы, показатель которых составляет 5 нанометров.

Разработка такого микроскопа имела ранее серьезные трудности. К сожалению, рентгеновские лучи имеют такое строение, из-за которого фокусировать обычными линзами их невозможно. Дело заключается в том, что они слишком сильно преломляются в прозрачных средах, соответственно, их довольно сложно уловить. В электрических и магнитных полях преломление отсутствует, поэтому линзы такого типа также нельзя использовать для фокусировки.

Устройство

Сейчас в современной оптике имеются отличные линзы, которые имеют эффект обратного лучепреломления.

Человеческий глаз не может уловить рентгеновский луч. Именно поэтому приходится использовать фототехнику или преобразователь, которые помогут увидеть их. Первый рентгеновский микроскоп, который использовался в коммерческих целях, был создан в пятидесятых годах XX века. На тот момент он являлся проекционным микроскопом, в котором были использованы фотопластинки.

На данный момент имеется два типа рентгеновских микроскопов. Они называются "отражательный" и "проекционный". В первом используется явление, которое действует при скользящем падении. Это позволяет максимально улучшить и увеличить проникающую способность лучей. Для того чтобы работать с такими приборами, необходимо поместить источник излучения за изучаемым объектам. Тогда рентгеновские лучи будут просвечиваться. За счет этого такой метод позволяет давать не только информацию о структуре, но и о химическом составе объекта.

Проекционные же представляют собой камеры, расположенные на противоположных концах. С одной стороны находится источник излучения, а с другой человек смотрит.

С микроскопами такого типа довольно часто используются дополнительные оптические приборы. Для того, чтобы получить максимальное увеличение необходимо размещать объект на минимальном расстоянии от излучения. Для этого необходимо фокус расположить на окне рентгеновской трубки. Последнее время ведутся разработки микроскопов, которые будут использовать специальные пластинки френеля, чтобы максимально сфокусировать изображение. Такие микроскопы получили разрешающую способность до 30 нанометров.

Использование и польза

Проекционный микроскоп получил применение во многих сферах науки. Речь идет как минимум о медицине, минералогии, металловедении. Что же можно сделать при помощи рентгеновского проекционного микроскопа? С легкостью изучить качество тонких покрытий. Благодаря данному устройству, можно увеличить срезы ботанических и биологических объектов с толщиной до 200 мкм. Также можно их использовать для того, чтобы провести анализ порошков металлов, как легких, так и тяжелых, изучая строение объектов. Как правило, таковые вещества являются непрозрачными для световых лучей и электронов. Именно поэтому используются рентгеновские микроскопы. Важное достоинство таких приборов заключается в том, что в них можно наблюдать жизненный цикл непрепарированной живой клетки.

Итоги

Что такое микроскоп, мы рассмотрели в данной статье. Его фотографии и полное описание позволят человеку полностью разобраться в данном вопросе. Следует обратить внимание, что сейчас существует большое количество видов данных устройств. Поэтому нужно четко понимать, какие из них в каких сферах используются.

Наиболее популярным сейчас и более известным является световой. Дело в том, что он используется в школах, в государственных лабораториях, то есть в тех организациях, где нет смысла приобретать более дорогостоящее оборудование.

Стоимость на микроскопы заметно варьируется также в зависимости от видов. Например, оптические и цифровые обойдутся потребителям минимум в 2500 руб. Однако у таких моделей небольшое увеличение, полностью соответствующее ценовой категории.

Что такое микроскоп? Это довольно популярное изделие, которое на слуху, и в последнее время часто пользуется спросом. Благодаря ему можно рассматривать клетки, вирусы, разные биологические объекты, которые необходимы для улучшения жизни человека.