Основная задача, которая решается механической частью, достаточно проста - обеспечение крепления и движения оптической части микроскопа и объекта.
Предметные столики предназначены для крепления в определенном положении объекта наблюдения. Основные требования связаны с жесткостью крепления самих столиков, а также с фиксацией и координацией (ориентацией) объекта (препарата) относительно объектива.
Стол крепится на специальном кронштейне. Для удобства работы столики конструктивно выполняются неподвижными и подвижными.
Неподвижные столики обычно применяются в самых простейших моделях микроскопов. Движение объекта на них осуществляется с помощью рук наблюдателя для быстроты перемещения при экспрес-диагностике. Препарат закрепляется на столике с помощью пружинящих лапок или с помощью специального устройства препаратодержателя.
Для механического перемещения или вращения объекта под объективом микроскопа применяются подвижные (рис. 32) столики. Препарат фиксируется и перемещается с помощью препаратоводителя. Координатное перемещение объекта по двум осям X-Y (или только по одной X) осуществляется с помощью рукоятки (обычно сдвоенной коаксиальной) вручную или от электродвигателя (обычно шагового). Последние носят название "сканирующие столики. На столе вдоль направляющих по осям X и Y расположены шкалы с нониусами для контроля положения и линейного измерения перемещения в горизонтальной плоскости.
Фокусировочный механизм: грубая и точная фокусировка. Фокусировочный механизм обеспечивает движение стола или объектива для установки определенного расстояния между объектом наблюдения и оптической частью микроскопа. Это расстояние гарантирует резкое изображение объекта. "Наводка на резкость" осуществляется двумя регулировками – грубой и точной. Каждая регулировка – это свой механизм и своя рукоятка. Рукоятки управления могут быть разнесены или совмещены, но обязательно располагаются по бокам микроскопа: справа и слева попарно.
Обычно грубая фокусировка (регулировка) осуществляется парой больших рукояток (рис. 31), расположенных по обе стороны от штатива. Они совершают "черновое" движение объектива к объекту или от него. Минимальная величина перемещения составляет 1 мм за один оборот. При этом грубая фокусировка является рабочей при тех исследованиях, где увеличение микроскопа не более 400 х.
Точная фокусировка (регулировка) осуществляется парой небольших рукояток, которые обычно за один оборот придвигают стол или объектив к объекту на 0,01 -0,05 мм. Величина перемещения за один оборот зависит от конструктивных особенностей микроскопов различных фирм.
Как правило, на одну из рукояток точной фокусировки наносится шкала, которая позволяет контролировать вертикальное перемещение микроскопа относительно объекта наблюдения.
Например, отечественный микроскоп МИКМЕД-2 имеет грубое фокусировочное перемещение до 30 мм, при этом один оборот рукоятки обеспечивает перемещение на 2,5 мм, точная фокусировка осуществляется в пределах 2,5 мм при одном обороте на 0,25 мм, на одну из рукояток точной фокусировки нанесена шкала с ценой деления 0,002 мм.
Функциональное назначение фокусировочного перемещения значительно больше, чем обычно ему отводится. Без точной фокусировки не обойтись:
Если увеличение микроскопа более 400 х;
При работе с иммерсионными объективами;
При работе с объективами, которые не дают резкого изображения по всему наблюдаемому полю;
Если на всем видимом поле объект неровный по толщине или имеет объем.
Совмещение (коаксиальное расположение) обеих рукояток значительно упрощает работу, одновременно усложняя конструкцию и удорожая микроскоп.
Узел крепления и перемещения конденсора. Конденсор , как самостоятельный узел, является стыкующим элементом между осветительной системой (источником света) и микроскопом (объективом и визуализирующей частью).
Узел крепления конденсора расположен под предметным столиком. Имеет вид кронштейна с гнездом. Предназначен для установки конденсора, его фиксации и центрировки, т. е. перемещения в горизонтальной плоскости перпендикулярно оптической оси микроскопа.
Кроме того, узел имеет направляющую для фокусировочного движения (перемещения) конденсора по вертикали, вдоль оптической оси.
Каким бы образом конденсор ни устанавливался в гнезде - сбоку, сверху или снизу, - он жестко крепится с помощью стопорного винта, который предотвращает его выпадение, с одной стороны, и обеспечивает центрированное положение в процессе работы, с другой.
Центровочные винты обеспечивают совмещение осветительного пучка от источника света и оптической оси микроскопа (настройка освещения по Келеру). Это очень важный этап настройки освещения в микроскопе, влияющий на равномерность освещения и точность воспроизведения объекта, а также на контраст и разрешение элементов в изображении объекта.
Фокусировка (настройка по высоте) конденсора осуществляется с помощью ручки на кронштейне и, так же как центрировка, влияет на работу всей оптической части микроскопа.
Конденсор может быть неподвижным. Обычно подобная конструкция присуща учебным микроскопам . Эти микроскопы применяются при рутинной работе, где не требуется применение дополнительных методов контрастирования, и объект не требует более детального исследования.
Узел крепления объективов. Существует несколько типов крепления объективов в микроскопе:
Ввинчивание объектива непосредственно в тубус (как правило, на учебных «школьных» микроскопах);
"салазки" - крепление объективов с помощью специального безрезьбового устройства (направляющей);
Револьверное устройство с несколькими гнездами.
В настоящее время самым распространенным типом крепления объективов является револьверное устройство (револьверная головка) (рис. 33).
Узел крепления объективов в виде револьверного устройства выполняет следующие функции:
Смену увеличения в микроскопе за счет вращения головки, в каждое гнездо которой ввинчивается объектив определенного увеличения;
Фиксированную установку объектива в рабочее положение;
гарантированное центрирование оптической оси объектива относительно оптической оси микроскопа в целом, включая осветительную систему.
Револьверное устройство может быть 3-х, 4-х, 5-ти, 6-ти или 7-гнездным в зависимости от класса сложности микроскопа и решаемых им задач.
В микроскопах, где применяется дифференциально-интерференционный контраст, в револьверной головке над гнездом имеется один или несколько пазов для установки направляющей с призмой.
В учебных микроскопах объективы обычно крепятся таким образом, чтобы замена их была затруднена (т. е. делаются несъемными).
Порядок следования объективов должен строго соблюдаться: от меньшего увеличения к большему, при этом движение револьверной головки осуществляется по часовой стрелке.
Как правило, при сборке микроскопов производится операция подбора объективов - комплектация . Это позволяет не терять изображение объекта из поля зрения при переходе от одного увеличения к другому.
И еще одно условие должно обеспечивать револьверное устройство - парфокальность . Гнездо револьвера, вернее, его внешняя поверхность, является материальной базовой поверхностью для отсчета высоты объектива и длины тубуса объектива (микроскопа). Объектив должен быть ввинчен в гнездо таким образом, чтобы между ним и револьверной головкой не было зазора. При этом обеспечиваются расчетные значения всех сборочных оптических элементов в микроскопе, а также конструктивное и технологическое их обеспечение. Это значит, что если будет получено резкое изображение объекта с одним объективом, то при переходе к другому в пределах глубины резкости объектива резкое изображение объекта сохраняется.
Парфокальность в комплекте объективов обеспечивается конструкцией микроскопа и технологией изготовления. При отсутствии этого условия при переходе от одного объектива к другому требуется значительная подфокусировка по резкости изображения.
Узел крепления окуляров (тубуса) в современных микроскопах представляет собой кронштейн с гнездом, в которое устанавливаются различные виды насадок: визуальные насадки (монокулярные и бинокулярные (рис. 34)), фотометрические и спектрофотометрические , микрофото - и адаптерные устройства для видеосистем . Кроме того, в это гнездо могут быть установлены: насадки сравнения , рисовальные аппараты , экранные насадки , а также осветители падающего света . Фиксация устройств осуществляется стопорным винтом.
Невозможно представить модель современного микроскопа без системы документирования
. Практически это бинокулярная насадка с выходом на фото- или телесистему.
Конструктивно узел крепления окуляров может быть снабжен дополнительным оптико-механическим модулем сменного увеличения, получившего название "Оптовар" (Optovar). Как правило, он имеет несколько ступеней увеличения от меньшего единицы до 2,5 х, но есть варианты и с одной ступенью. Обычно модуль располагается между визуальной насадкой и револьверным устройством, обеспечивая тем самым дополнительное увеличение, как для визуального канала, так и для фотовыхода. Конечно, наибольшее значение это имеет для фотоканала.
ОПТИКА МИКРОСКОПА
Оптические узлы и принадлежности обеспечивают основную функцию микроскопа – создание увеличенного изображения рассматриваемого объекта с достаточной степенью достоверности по форме, соотношению размеров и цвету. Кроме того, оптика микроскопа должна обеспечивать такое увеличение, контраст и разрешение элементов, которые позволят произвести наблюдение, анализ и измерение, соответствующие требованиям методик клинико-диагностической практики.
Основными оптическими элементами микроскопа являются: объектив , окуляр , конденсор . Вспомогательными элементами – осветительная система , оптовар, визуальные и фотонасадки с оптическими адаптерами и проективами.
Объектив микроскопа предназначен для создания увеличенного изображения рассматриваемого объекта с требуемым качеством, разрешением и цветопередачей.
Классификация объективов достаточно сложна и связана с тем, для изучения каких объектов предназначен микроскоп, зависит от требуемой точности воспроизведения объекта с учетом разрешающей способности и цветопередачи в центре и по полю видения.
Современные объективы имеют сложную конструкцию, количество линз в оптических системах доходит до 7-13. При этом расчеты базируются в основном на стеклах с особыми свойствами и кристалле флюорите или стеклах, аналогичных ему по основным физико-химическим свойствам.
По степени исправления аберраций выделяют несколько типов объективов:
Исправленные в спектральном диапазоне:
Монохроматические объективы (монохроматы) рассчитаны для применения в узком спектральном диапазоне, практически они хорошо работают в одной длине волны. Аберрации исправлены в узком спектральном диапазоне. Монохроматы были широко распространены в 60-х годах в период развития фотометрических методов исследования и создания аппаратуры для исследований в ультрафиолетовой (УФ) и инфракрасной (ИК)областях спектра.
Ахроматические объективы (ахроматы) рассчитаны для применения в спектральном диапазоне 486-656 нм. В этих объективах, устранены сферическая аберрация, хроматическая аберрация положения для двух длин волн (зеленого и желтого участков спектра), кома, астигматизм и частично сферохроматическая аберрация.
Изображение объекта имеет несколько синевато-красноватый оттенок. Технологически объективы достаточно просты – небольшое количество линз, технологичные для изготовления марки стекол, радиуса, диаметры и толщины линз. Относительно дешевые. Входят в комплект микроскопов, которые предназначены для рутинных работ и обучения.
В связи с простотой конструкции (всего 4 линзы) ахроматы имеют следующие достоинства:
Высокий коэффициент светопропускания, что необходимо при проведении фотометрических измерений и люминесцентных исследованиях;
Обеспечение трудно сочетаемых при расчете условий: большое рабочее расстояние при работе объектива с покровным стеклом, явно превышающим стандартнуютолщину и при этом - желание сохранения разрешающей способности, что необходимо при работе на инвертированных микроскопах.
К недостаткам можно отнеси то, что полевые аберрации в чистых ахроматах исправлены чаще всего на 1/2-2/3 поля, т.е. без перефокусировки возможно наблюдение в пределах 1/2-2/3 по центру видения. Это увеличивает время наблюдения, т.к. требует постоянной перефокусировки на край поля.
Апохроматические объективы . Уапохроматов спектральная область расширена и ахроматизация выполняется для трех длин волн. Кроме хроматизма положения, сферической аберрации, комы и астигматизма, достаточно хорошо исправляются также вторичный спектр и сферохроматическая аберрация.
Развитие этот тип объективов получил после того, как в оптическую схему объектива стали вводится линзы из кристаллов и специальных стекол. Количество линз в оптической схеме апохромата доходит до 6. По сравнению с ахроматами, апохроматы обычно имеют повышенные числовые апертуры, дают четкое изображение и точно передают цвет объекта.
Полевые аберрации в чистых апохроматах исправлены даже меньше чем у ахроматов, чаще всего на 1/2 поля, т.е. без перефокусировки возможно наблюдение в пределах 1/2 по центру видения.
Апохроматы обычно применяются при особо тонких и важных исследованиях и особенно там, где требуется качественная микрофотография.
Микроскоп (от греч. mikros - малый и skopeo - рассматриваю) - это оптический прибор, предназначенный для зрительного исследования мелких объектов, невидимых невооруженным глазом. В микробиологии применяют самые разнообразные микроскопы, имеющие различную конструкцию и приспособления, но схожие между собою в своих основных элементах.
Рис. 33. Устройство микроскопа
1 - штатив; 2 - тубус; 3 - головка; 4 - предметный столик; 5 - макровинт; 6 - микровинт;
7 - конденсор; 8 - осветительное устройство; 9 - объектив; 10 - окуляр.
Микроскоп состоит из двух основных частей: механической и оптической (рис. 33). Механическая часть микроскопа включает штатив (1), который состоит из массивного основания и тубусодержателя.
В верхней части тубусодержателя крепится монокулярный или бинокулярный тубус (2) и головка с направляющей типа «ласточкин хвост» (3). На эту направляющую помещают револьвер. Револьвер имеет четыре отверстия с резьбой для ввинчивания объективов и фиксатор для их центрирования. Сферическая часть револьвера вращается на шариках (для быстрой смены объектива) и оснащена шариковым фиксатором.
В средней части тубусодержателя расположен предметный столик (4), который имеет клеммы для фиксирования предметного стекла и боковые винты для продольного и поперечного перемещения. Это значительно облегчает работу с препаратом и позволяет рассматривать объект в различных его точках. В центре предметного столика имеется отверстие для прохождения света. Некоторые исследовательские микроскопы снабжены дополнительными микровинами для микроперемещения объекта.
Тубусодержатель в нижней части несет направляющую с большими ручками (5) грубой фокусировки микроскопа (макрометрический винт или кремальера) и малыми ручками (6) или диском для точной фокусировки микроскопа (микрометрический винт). Вращая кремальеру, производят грубое, видимое глазом, вертикальное перемещение предметного столика или тубуса. С помощью микрометрического винта перемещают предметный столик или тубус вверх - вниз на очень незначительное расстояние, заметное лишь при микроскопировании. Один оборот микрометрического винта дает перемещение на 0,1 мм. Этого достаточно для точной фокусировки объекта. Во избежание поломки микрометрического винта не следует делать им более 1-1,5 оборота.
Оптическая часть микроскопа включает осветительную систему и систему линз.
Осветительная система расположена под предметным столиком и состоит из конденсора (7) и осветительного устройства (8). Конденсор является важнейшей частью микроскопа, от которой зависит успех микробиологических исследований. Он предназначен для собирания рассеянных световых лучей, которые, проходя через линзы конденсора, собираются в фокусе на плоскости рассматриваемого препарата.
Конденсор фиксируется кольцом в оправе, расположенной на кронштейне, и удерживается небольшим болтом. Кроме того, имеется специальный боковой винт, позволяющий передвигать конденсор вверх - вниз на 20 мм для изменения освещенности поля зрения. В нижней части конденсора имеется ирисовая диафрагма. Отверстие диафрагмы регулируется специальным рычагом, что дает возможность изменять яркость освещения объекта. В нижней части конденсора располагается подвижная рамка (оправа), в которую помещают светофильтры из матового или синего стекла. Светофильтры служат для ослабления степени освещенности и улучшения четкости изображения.
Световые лучи направляются в конденсор с помощью зеркала или специального электрического осветительного устройства, которое у различных микроскопов имеет свои конструкционные особенности.
Важнейшей частью микроскопа является также система линз, которая создает увеличенное обратное и мнимое изображение объекта. Она состоит из объектива (9), расположенного в нижней части тубуса и направленного на исследуемый объект, и окуляра (10), помещенного в верхней части тубуса.
Объектив представляет собой металлический цилиндр, в котором закреплены линзы. Главная (фронтальная) линза направлена к препарату. Лишь она обеспечивает необходимое увеличение изображаемого объекта, все остальные коррегируют изображение и называются коррекционными. От фронтальной линзы зависит разрешающая способность микроскопа, т.е. наименьшее расстояние, при котором две близко расположенные точки различают отдельно. В современных оптических микроскопах разрешающая способность объективов составляет 0,2 мкм. Чем больше кривизна фронтальной линзы, тем больше степень ее увеличения.
Однако фронтальная линза вызывает и отрицательные, мешающие исследованию, явления, основными из которых является сферическая абберация и хроматическая абберация.
Сферическая абберация связана с тем, что боковые лучи, падающие на края фронтальной линзы, преломляются сильнее остальных и делают изображение объекта расплывчатым, нечетким. Поэтому каждая точка объекта имеет вид кружочка. Для исправления недостатков фронтальной линзы в объективах - ахроматах имеется система коррекционных линз (от 3-4 до 10-12).
Являясь наиболее простыми, ахроматы страдают хроматической абберацией. Хроматическая абберация обусловлена разложением луча белого света, проходящего через фронтальную линзу, на составные части спектра. Изображение объекта получается как бы окруженное радугой. Наиболее сильно стеклянные линзы преломляют сине-фиолетовые лучи и меньше всего - красные.
Устранение сферической и хроматической абберации наиболее полно достигается при использовании апохроматов. Они состоят из совокупности линз, имеющих различную кривизну и изготовленных из разных сортов стекла. Это создает условия обеспечения четкости изображения и для более правильной передачи окраски цветных объектов.
В первое время использовались ахроматы, которые позволяли устранять хроматическую абберацию в отношении двух наиболее ярких цветов спектра. Поэтому изображение объекта было лишено окраски. В дальнейшем были получены особые сорта стекла, линзы из которых устраняли не только окрашивание объекта., но и давали четкое изображение от лучей разного цвета. Такие объективы получили название апохроматы.
Панахроматы имеют еще более сложную конструкцию и позволяют создавать более четкие контуры объектов во всем поле зрения
Для выбора объективов на их корпусе гравируют обозначения: ахр. - ахромат, апо. - апохромат; пан. - панхромат
Различают объективы сухие и иммерсионные. При использовании сухого объектива между его фронтальной линзой и рассматриваемым объектом находится прослойка воздуха. Световые лучи из воздуха проходят через стекло препарата, затем снова через воздушную прослойку, в результате чего преломляются и рассеиваются на границе разнородных сред. После таких переходов через разнородные среды только часть световых лучей проникает в объектив. Чтобы уловить максимальное количество световых лучей, фронтальная линза объективов должна иметь сравнительно большой диаметр, большое фокусное расстояние и малую кривизну. Поэтому сухие объективы имеют небольшую степень увеличения (8 х, 10 х, 20 х, 40 х).
Для достижения большего увеличения необходимо создать однородную оптическую среду между фронтальной линзой объектива и препаратом. Это становится возможным при погружении объектива в каплю кедрового масла, которую наносят на препарат. Кедровое масло обладает коэффициентом преломления n = 1,515, близким к коэффициенту преломления стекла препарата (п = 1,52). Поэтому световые лучи, проходящие через иммерсионное масло, не рассеиваются и, не меняя своего направления, попадают в объектив, обеспечивая четкую видимость исследуемого объекта. При отсутствии кедрового масла используют заменители: персиковое масло (n = 1,49); касторовое масло (1,48-1,49); гвоздичное масло (1,53); иммерсиол, в состав которого входят персиковое масло (50 г), канифоль{10 г), нафталин (10 г), салол (1 г); смесь равных объемов касторового (n = 1,47) и укропного (n - 1,52) масел.
Объективы масляной иммерсии имеют маркировку «МИ» черную полосу на цилиндре и утопающую фронтальную линзу, что предохраняет ее от повреждения в случае неосторожного соприкосновения объектива с препаратом. Степень увеличения изображения у масляных иммерсионных объективов может быть 80 х,90 х,95 х,100 х и120 х.
Объективы водной иммерсии имеют степень увеличения изображения 40Х. Они маркируются буквами «ВИ» и белой полосой на цилиндре. Такие объективы очень чувствительны к изменению толщины покровного стекла, так как коэффициент преломления воды отличается от коэффициента преломления стекла. Наилучшее качество изображения наблюдается при использовании покровных стекол толщиной 0,17 мм.
Большинство микроскопов снабжено тремя типами объективов (10 х, 20 х, 40 х и 90 х), обеспечивающих соответственно малое, среднее и большое увеличение. Наименьшая кратность увеличения объектива - 8 х. При длительной обработке объектива ацетоном или бензином с целью удаления иммерсионного масла, клей, соединяющий линзы, разрушается. Это приводит в негодность оптическую систему объектива.
Окуляр находится в верхней части тубуса и увеличивает изображение, данное объективом. Он состоит из двух плоско-выгнутых линз: верхней линзы (глазной) и нижней, обращенной к объекту, собирающей линзы. Глаз исследователя, как бы продолжая оптическую систему микроскопа, преломляет лучи, вышедшие из окуляра и строит увеличенное изображение объекта на сетчатке.
Обе линзы заключены в металлическую оправу. На оправе окуляров гравируется цифра, показывающая, во сколько раз окуляр повышает увеличение объектива. В монокулярном микроскопе используют один объектив, а в бинокулярном микроскопе - два. Соответственно, изображение объекта получается плоским или стереоскопическим. Бинокулярный тубус можно настроить на любые межзрачковые расстояния в диапазоне от 55 до 75 см.
Кратность увеличения окуляра обозначена на металлической оправе глазной линзы (7 х, 10 х или 15 х). Общее увеличение микроскопа равно произведению коэффициента увеличения объектива и коэффициента увеличения окуляра. Таким образом, наименьшее увеличение биологических микроскопов – 56 раз (8 - увеличение объектива, умноженное на 7 – увеличение окуляра), а наибольшее - 1800 (120х15).
Однако увеличенное изображение объекта может четким и нечетким. Четкость изображения определяется разрешающей способностью микроскопа (полезным увеличением) т.е. минимальным расстоянием между двумя точками, когда они еще не сливаются в одну. Чем больше разрешающая способность микроскопа, тем меньший объект можно увидеть.
Показатель разрешающей способности микроскопа зависит от длины волны используемого света и суммы числовых апертур объектива и конденсора:
где α - минимальное расстояние между двумя точками;
А 1 - числовая апертура объектива;
А 2 - числовая апертура конденсора;
λ - длина волны используемого света.
Числовые апертуры объектива и конденсора указаны на их корпусе. Повысить разрешающую способность микроскопа можно, используя ультрафиолетовое облучение. Однако ультрафиолетовые микроскопы очень дорогие, что затрудняет их использование. Чаще всего для повышения разрешающей способности микроскопа применяют иммерсионную систему.
Слово «микроскоп » происходит от двух греческих слов «micros» — «маленький», «skopeo» — «смотрю». То есть, предназначение данного прибора – рассматривание маленьких объектов. Если давать более точное определение, то микроскоп – оптический прибор (с одной или несколькими линзами ), используемый для получения увеличенных изображений неких объектов, которые не видны невооруженным глазом.
К примеру, микроскопы , используемые в сегодняшних школах, способны увеличивать в 300-600 крат, этого вполне достаточно, чтобы разглядеть живую клетку в подробностях – можно увидеть стенки самой клетки, вакуоли, её ядро и т.д. Но для этого всего он прошел довольно длинный путь открытий, и даже разочарований.
История открытия микроскопа
Точное времени открытия микроскопа до сих пор не установлено, так как самые первые устройства для наблюдений маленьких объектов находили археологи в различных эпохах. Они выглядели как обычная лупа, то есть это была двояковыпуклая линза, дающая увеличение изображения в несколько раз. Уточню, что самые первые линзы были изготовлены не из стекла, а из некого прозрачного камня, поэтому говорить о качестве изображений не приходится.
В дальнейшем были уже изобретены микроскопы , состоящие из двух линз. Первая линза – это объектив, она обращалась к изучаемому предмету, а вторая линза – окуляр, в который смотрел наблюдатель. Но изображение объектов всё равно было сильно искажено, вследствие сильных сферических и хроматических отклонений – свет преломлялся неравномерно, и из-за этого картинка была нечеткая и окрашенная цветом. Но все же, даже тогда увеличение микроскопа было в несколько сот крат, что немало.
Система линз в микроскопах была значительно усложнена только в самом начале 19-го века, благодаря работе таких физиков как Амичи, Фраунгофера и др. В устройстве объектива уже применялась сложная система, состоящая из собирающих и рассеивающих линз. Причем, эти линзы были из разных видов стекла, компенсировавших недостатки друг друга.
Микроскоп ученого из Голландии, Левенгука имел уже предметный столик, куда складывались все изучаемые объекты, а также был винт, который позволял этот столик плавно перемещать. Потом уже было добавлено зеркало – для лучшего освещения объектов.
Строение микроскопа
Существуют простые и сложные микроскопы. Простой микроскоп представляет собой одну систему линз, именно такой является обычная лупа. Сложный же микроскоп сочетает в себе две простые линзы. Сложный микроскоп , соответственно, дает большее увеличение, и к тому же, он обладает большей разрешающей способностью. Именно наличие данной способности (разрешающей) дает возможность различать детали образцов. Увеличенное же изображение, где не различить подробности, даст немного полезной нам информации.
Сложные микроскопы имеют двухступенчатые схемы. Одна система линз (объектив ) под носится близко к объекту – она, в свою очередь, создает разрешенное и увеличенное изображение объекта. Потом, изображение уже увеличивается другой системой линз (окуляром ), она помещается, непосредственно, ближе к глазу наблюдателя. Данные 2 системы линз располагаются на противоположных концах тубуса микроскопа.
Современные микроскопы
Современные же микроскопы могут давать колоссальное увеличение – до 1500-2000 крат, при этом качество изображения будет прекрасное. Также имеют довольно большую популярность бинокулярные микроскопы, в них изображение от одного объектива раздваивается, при этом на него можно смотреть сразу двумя глазами (в два окуляра). Это позволяет еще намного лучше различать зрительно мелкие детали. Подобные микроскопы используются обычно в разных лабораториях (в т.ч и в медицинских ) для исследований.
Электронные микроскопы
Электронные же микроскопы помогают нам «рассмотреть» изображения отдельных атомов. Правда, слово «рассмотреть» применено здесь относительно, так как глазами напрямую мы не смотрим — изображение объекта появляется вследствие сложнейшей обработки компьютером полученных данных. Устройство микроскопа (электронного) основывается на физических принципах, а также способе «ощупывания» поверхностей объектов тончайшей иглой, у которой кончик толщиной всего лишь в 1 атом.
USB-микроскопы
В настоящее время, во время развития цифровых технологий, каждый человек может приобрести насадку-объектив на камеру своего мобильного телефона, и делать фотографии любых микроскопических объектов. Еще есть очень мощные USB-микроскопы, при подключение к домашнему компьютеру, позволяющие рассмотреть получившееся изображение на мониторе.
Большинство цифровых фотоаппаратов способны делать снимки в режиме макросъёмки , с помощью нее Вы сможете сделать фото мельчайших объектов. А если поместить небольшую собирающую линзу перед объективом вашего фотоаппарата, то можно легко получить увеличение фотографии до 500 крат.
Сегодня новые технологии помогают увидеть то, что буквально сто лет назад было недоступно. Части микроскопа на протяжение всей его истории постоянно усовершенствовались, и в настоящее время мы видим микроскоп уже в законченном варианте. Хотя, научный прогресс не стоит на месте, и в недалеком будущем, возможно, будут появляться еще более усовершенствованные модели микроскопов.
Видео для детей. Учимся правильно пользоваться микроскопом:
МИКРОСКОП. МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ.
Микроскопическая техника.
Главные этапы цитологического и гистологического анализа:
Выбор объекта исследования
Подготовка его для изучения в микроскопе
Применение методов микроскопирования
Качественный и количественный анализ полученных изображений
Количественные методы исследования - морфометрия, денситометрия, цитофотометрия, спектро-флуорометрия.
Микроскопические методы исследования имеют огромное значение для теории и практики медицины как способ изучения гистологических структур в норме, эксперименте и патологии.
Световой микроскоп. Микроскоп – оптический прибор, предназначенный для получения увеличенных изображений биологических объектов и деталей их строения, не видимых невооруженным глазом.
Микроскоп состоит из оптических и механических частей. Оптические части микроскопа: объективы, окуляры, зеркало и конденсор с ирисовой диафрагмой. Механические части микроскопа: основание, тубусодержатель, тубус, револьвер, предметный столик, механизмы макро- и микровинта, механизм перемещения конденсора
Оптические части микроскопа.
Объектив – основная оптическая часть микроскопа, которая создает изображение препарата. Объектив является системой линз в металлической оправе, где различают фронтальную – главную или увеличительную линзу, ближайшую к объекту, которая строит изображение и коррекционные – они устраняют аберрации фронтальной линзы. Объективы подразделяются:
А) по степени увеличения на объективы малых увеличений (увеличение ≤10), объективы средних увеличений (увеличение ≤40), объективы больших увеличений (увеличение ≥40),
Б) по степени совершенства исправлений аберраций (искажений) на монохроматы (предназначены для работы при монохроматическом освещении), ахроматы (хроматическая аберрация исправлена для 2 цветов спектра), апохроматы (хроматическая аберрация исправлена для 3 цветов спектра); планмонохроматы, планахроматы, планапохроматы (исправлена кривизна поверхности изображения),
В) по свойствам на суховоздушные и иммерсионные. При использовании суховоздушных объективов между препаратом и объективом воздушное пространство, при иммерсионыых между препаратом и объективом находится жидкость (иммерсионное масло, вода). Соответственно иммерсионные объективы делят на водные и маслянные. Получение максимального увеличения возможно только с помощью иммерсионного объектива (как правило, объектива с увеличением 90).Иммерсионные объективы рассчитываются на работу с покровными стеклами не толще 0,17 мм.
Окуляр – оптическая система, используемая для рассматривания изображения, построенного объективом. Простой окуляр (Гюйгенса) состоит из двух плосковыпуклых линз, обращенных выпуклой поверхностью в сторону объектива. Между линзами находится диафрагма с постоянным отверстием. К диафрагме крепится стрелка – указатель. Верхняя линза именуется глазной, на ее оправе указывается увеличение окуляра. Нижняя линза получила название полевой. Окуляр обычно увеличивает изображение в 5-25 раз
Зеркало – направляет поток света через конденсор на препарат. Имеет плоскую и вогнутую поверхности, которые используются в зависимости от степени освещения.
Конденсор – собирает лучи света и фокусирует их на препарат, обеспечивая достаточное и равномерное освещение последнего. Конденсор состоит из двух линз: нижней двояковыпуклой и верхней плосковыпуклой. С помощью конденсора регулируют степень освещения изучаемого объекта.
Тема: Микроскоп Работа № 1. Устройство светового микроскопа
Оборудование: микроскоп, постоянный препарат, пенал.
Оформление работы: Записать устройство микроскопа, назначение его частей, правила работы.
Микроскоп – оптико-механический прибор, позволяющий увеличивать рассматриваемый предмет (объект, препарат).
В микроскопе различают оптическую и механическую системы.
ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА:
Объектив – самая важная часть микроскопа, который привинчивается к нижней части тубуса. Объектив в микроскопе находится в непосредственной близости от рассматриваемого предмета, за что он и получил свое название. Он состоит из системы оптических линз, вставленных в латунную оправу, и требует весьма бережного обращения и тщательного ухода (никоим образом не следует надавливать объективом на лежащий на предметном столике препарат, так как это может вызвать повреждение или даже выпадение линзы).
Назначение объектива:
1) Строить в трубе микроскопа изображение, геометрически подобное изучаемому предмету.
2) Увеличивать изображение в то или иное число раз.
3) Выявлять подробности, недоступные невооруженному глазу. Объективы в количестве 2-3 штук ввинчиваются в особое приспособление, называемое револьвером (4).
Окуляр – вставляется в верхнюю часть тубуса. В него рассматривается изображение предмета (а не предмет), направленное объективом вверх. Он состоит из системы линз, вставленных в металлический цилиндр. Окуляр строит изображение, увеличивает его, но не выявляет подробности строения.
Конденсор – собирает и концентрирует в плоскости препарата весь свет, отраженный от зеркала. Конденсор состоит из цилиндра (оправы) внутри которого расположены 2 линзы. Поднимая и опуская конденсор можно регулировать освещение препарата.
Диафрагма – расположена в нижней части конденсора. Также как и конденсор служит для регулирования силы света.
Зеркало – служит для улавливания света от источника освещения. Оно подвижно прикреплено под столиком, вращаясь вокруг горизонтальной оси. Зеркало с одной стороны - плоское, с друзой - вогнутое.
МЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА:
основание (штатив) или массивная ножка (1); коробка с микромеханизмом (2) и микровинтом (3);
податочный механизм для грубой наводки – макровинт или кремальера (8); предметный столик (4);
винты (5, 6, 12, 13);
головка (9); револьвер (10); клеммы; тубус (11);
дуга или тубусодержвтель(7); Кремальера (макровинт) – служит для приблизительной «грубой» установки на фо-
Микровинт - служит для более тонкой и точной наводки.
Предметный столик – прикрепляется к передней части колонки, на которой помещают исследуемый предмет. На столике имеется 2 клеммы; с их помощью закрепляется препарат. Передвижение препарата осуществляется с помощью винтов, которые расположены сбоку столика.
Тубус – служит для соединения объектива и окуляра, и соединен со штативом таким образом, что может подниматься и опускаться. Передвижение тубуса осуществляется с помощью двух винтов: макрометрического и микрометрического.
Штатив – соединяет все вышеуказанные части микроскопа.
Определение общего увеличения микроскопа
Объектив |
10х |
15х |
||
Определение фокусного расстояния
F8 = 0,9 см ~ 1 см
F40 = 1,2 мм ~ 1 мм
Вспомогательное оборудование (запомнить названия):
1. предметные и покровные стекла;
2. стаканчик или колбочка для воды, пипетка;
3. бритва (лезвие), препаровальные иглы;
4. полоски фильтровальной бумаги, салфетка.
Правила работы с микроскопом:
Работать с микроскопом следует без торопливых и резких движений. В работе с микроскопом соблюдайте чистоту и аккуратность. Оберегайте микроскоп от пыли и загрязнения.
1. Перенос микроскопа осуществляется двумя руками: одной рукой – за тубусодержатель, другой – снизу за основание.
2. Микроскоп устанавливается прямо перед работающим, напротив его левого глаза, и не перемещается.
3. С правой стороны располагаются необходимые инструменты, материалы и альбом для зарисовок.
4. Перед началом работы мягкой (желательно батистовой) тряпочкой протираются от пыли окуляр, объектив, зеркало.
5. Поставив микроскоп на постоянное место, опускаем при помощи микровинта тубус микроскопа, глядя при этом сбоку микроскопа, так, чтобы объектив малого увеличения находился на расстоянии ~ 1 см. от предметного стекла.
6. Каждый объект изучается сначала при малом увеличении, в затем переводят на большое.
7. Для освещения используются естественный свет, но не прямой, солнечный или электрический, лучше матовый.
8. Установка освещения:
а) удалить матовое стекло под конденсором; б)установить конденсор фронтальной линзой на уровень столика микроскопа (под-
нять его с помощью винта; в) открыть полностью диафрагму;
г) установить объектив малого увеличения; д) движением зеркала направить свет так, чтобы, пройдя через объектив, пучок све-
та полностью освещал плоскость входного зрачка объектива.
9. После установки освещения помещаем препарат на предметный столик, чтобы рассматриваемый объект находился под фронтальной линзой объектива малого увеличения. Затем снова опускаем тубус при помощи кремальеры так, чтобы между фронтальной линзой малого объектива и покровным стеклом препарата было расстояние 3-4 мм (при опускании тубуса нужно смотреть не в окуляр, а сбоку на объектив).
10. Глядя в окуляр левым глазом (не закрывая правый), плавно поворачиваем правой рукой винт кремальеры не себя, находим изображение, одновременно левой рукой придаем объекту выгодное положение.
11. Переходя на большое увеличение, переводим револьвер и на место малого увеличения ставим объектив 40 х . При большом увеличении, вращая микровинт, добиваются четкого изображения (вращают микровинт не более чем на пол-оборота). Помните, что при вращении микро- и макровинта по часовой стрелке тубус с объективами опускается вниз, а при обратном вращении поднимается.
12. После работы опять устанавливаем объектив малого увеличения.
13. Только при малом увеличении следует снимать препарат со столика микроскопа. Микроскоп после работы нужно протереть салфеткой и поместить под чехол.
Работа № 2. Работа с микроскопом на малом и большом увеличении.
Оформление работы: Записать технику приготовления препаратов.
Препараты и их приготовление.
Препараты могут быть временные и постоянные. При изготовлении временного препарата объект помещается в каплю прозрачной жидкости - воды или глицерина. Та-
кие препараты не подлежат долгому хранению. В том случае, когда объект исследования помещается в каплю горячего глицерин-желатина или канадского бальзама, затвердевающих при охлаждении. Получается постоянный препарат, который может храниться годами.
На практических занятиях по анатомии растений студенты пользуются как постоянными, так и временными препаратами, изготовленными ими самостоятельно. Для изготовления временного препарата необходимо:
o с помощью пипетки нанести каплю воды или глицерина в центр предметного стекла; o препаровальной иглой поместить объект в каплю приготовленной жидкости;
o осторожно накрыть объект тонким (хрупким) покровным стеклом. Сверху покровное стекло должно оставаться сухим, т.е. вода не должна выходить за его пределы. Избыток воды удаляется с помощью полоски фильтровальной бумаги. Если же жидкости под стеклом мало, можно добавить ее, подведя пипетку к краю покровного стекла, не поднимая его.
o в препарате часто оказываются пузырьки воздуха, которые попадают в него вместе с объектом или при резком, неосторожном опускании покровного стекла и своими контурами мешают изучению объекта. Удалить их можно добавлением воды с одной стороны покровного стекла с одновременным удалением ее с противоположной стороны или легким постукиванием препаровальной иглой по покровному стеклу, держа препарат почти вертикально.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ШКОЛЕ
Полученные знания и практические навыки используются в школьном курсе биологии на уроке «Знакомство с увеличительными приборами» и в процессе преподавания всего курса ботаники и других биологических дисциплин.
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ : Выучить устройство микроскопа, правила работы с ним и технику приготовления препаратов.
