Главная > Эстрогены > Виды микроскопов: описание, основные характеристики, назначение. Чем электронный микроскоп отличается от светового? Доклад по биологии "микроскоп" Что такое микроскоп в биологии определение


Виды микроскопов: описание, основные характеристики, назначение. Чем электронный микроскоп отличается от светового? Доклад по биологии "микроскоп" Что такое микроскоп в биологии определение




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.

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.

На протяжении нескольких столетий этот оптический прибор являлся не только одним из двигателей научно-технического прогресса, но и воодушевлял исследователей на расширение границ собственного познания. Благодаря ему сделано множество величайших открытий, используемых в современной жизнедеятельности человека. Зачем нужен микроскоп - этот вопрос актуален и для молодого поколения, жаждущего знаний и не равнодушного к науке. Нет никаких сомнений, что самое интересное - еще впереди. Поэтому, если вас или ребенка посетила мысль о занятиях биологией - это уже хорошо, так как растет достойная смена, которая в будущем определит вектор развития цивилизации.

Да просто увидеть своими глазами, что рядом с нами тысячелетиями существует невидимый мир, который практически нереально уловить без увеличительных инструментов. Остановимся подробнее на основных преимуществах, ведь помимо микроорганизмов, клеток и бактерий, привычные вещи также обретают зрительно новую удивительную форму, стоит лишь посмотреть на них сквозь отверстие окуляра.

Наглядное обучающее пособие. Микроскопами оборудуются классы в общеобразовательных учреждениях, например, в школах, лицеях и ВУЗах. Министерство образования еще во времена СССР разработало методику, при которой ученик может лицезреть инфузорию туфельку, эвглену, амебу не только на картинке учебника, но и вживую. При этом информация лучше откладывается в голове, а ребятишки могут более осознано выбирать свою профессию.

Увлекательное хобби. Приобретая микроскоп для своего смышленого чада, родители иногда пожимают плечами - мол, зачем он ему нужен. Однако, как только письменный стол превращается в домашнюю лабораторию, во впечатляющие наблюдения втягиваются не только дети, но и мамы и папы. В итоге это может превратиться в яркое семейное увлечение! Рассматривать можно абсолютно все - не только микроскопические организмы и их на первый взгляд забавную суетливую деятельность в обычной капле воды, но и все, что попадается под руку - монеты, ткани, бумажные изделия и пластик, камушки, песок, соль и сахар. Если фантазии и жажда узнать что-то новенькое не иссякают - то вопрос «что еще увеличить» отпадет сам собой.

Проверка продуктов питания на качество. Действительно, сегодня сформировалась целая прослойка граждан, желающих вести здоровый образ жизни. И микроскоп тут пригодится как нельзя кстати. Смотрите на мясо, молоко, хлеб, муку, злаки в общем на все, что потребляется в пищу. И на основе увиденного можно делать выводы - пригодно это для еды или надо подкорректировать рацион.

Творческий процесс. В век компьютерных технологий микроскопия также не осталась в стороне. С помощью специальных камер можно снимать фотографии и видео увеличенных предметов! А если полученные результаты исследований в виде файлов выкладывать на соответствующих Интернет-ресурсах или в социальных сетях, то в скором времени у биолога-новичка появится круг поклонников его необычного творчества. А как насчет ювелирного дела и создания украшений с изящным маленьким узором? Это тоже реально, правда для этого понадобится инструментальная модель.

МИКРОСКОП

ДОКЛАД по Биологии ученика 6-го класса

На протяжении длительного времени человек жил в окружении невидимых существ, использовал продукты их жизнедеятельности (например, при выпечке хлеба из кислого теста, приготовлении вина и уксуса), страдал, когда эти существа являлись причинами болезней или портили запасы пищи, но не подозревал об их присутствии. Не подозревал потому, что не видел, а не видел потому, что размеры этих микро существ лежали много ниже того предела видимости, на который способен человеческий глаз. Известно, что человек с нормальным зрением на оптимальном расстоянии (25-30 см) может различить в виде точки предмет размером 0,07–0,08 мм. Меньшие объекты человек заметить не может. Это определяется особенностями строения его органа зрения.

Приблизительно в то же время, когда началось исследование космоса с помощью телескопов, были сделаны первые попытки раскрыть, с помощью линз тайны микромира. Так, при археологических раскопках в Древнем Вавилоне находили двояковыпуклые линзы — самые простые оптические приборы. Линзы были изготовлены из отшлифованного горногохрусталя. Можно считать, что с их изобретением человек сделал первый шаг на пути в микромир.


Простейший способ увеличить изображение небольшого предмета - это наблюдать его с помощью лупы. Лупой называют собирающую линзу с малым фокусным расстоянием (как правило, не более 10 см), вставленную в рукоятку.


Создатель телескопаГалилей в1610 году обнаружил, что в сильно раздвинутом состоянии его зрительная труба позволяет сильно увеличить мелкие предметы. Его можно считатьизобретателем микроскопа , состоящего из положительной и отрицательной линз.
Более совершенным инструментом для наблюдения микроскопических предметов является простой микроскоп . Когда появились эти приборы, в точности неизвестно. В самом начале XVII века несколько таких микроскопов изготовил очковый мастерЗахария Янсен из Миддельбурга.

В сочиненииА. Кирхера , вышедшем в1646 году, содержится описаниепростейшего микроскопа , названного им"блошиным стеклом" . Он состоял из лупы, вделанной в медную основу, на которой укрепляли предметный столик, служивший для помещения рассматриваемого объекта; внизу находилось плоское или вогнутое зеркало, отражающее солнечные лучи на предмет и таким образом освещающее его снизу. Лупу передвигали посредством винта к предметному столику, пока изображение не становилось отчетливым и ясным.

Первые выдающиеся открытия были сделаны как разс помощью простого микроскопа . В середине XVII века блестящих успехов добился голландский естествоиспытательАнтони Ван Левенгук . В течение многих лет Левенгук совершенствовался в изготовлении крохотных (иногда меньше 1 мм в диаметре) двояковыпуклых линзочек, которые он изготавливал из маленького стеклянного шарика, в свою очередь получавшегося в результате расплавления стеклянной палочки в пламени. Затем этот стеклянный шарик подвергался шлифовке на примитивном шлифовальном станке. На протяжении своей жизни Левенгук изготовил не менее 400 подобных микроскопов. Один из них, хранящийся в университетском музее в Утрехте, дает более чем 300-кратное увеличение, что для XVII века было огромным успехом.

В начале XVII века появилисьсложные микроскопы , составленные из двух линз. Изобретатель такого сложного микроскопа точно не известен, но многие факты говорят о том, что им был голландецКорнелий Дребель , живший в Лондоне и находившийся на службе у английского короля Иакова I. В сложном микроскопе былодва стекла: одно - объектив - обращенное к предмету, другое - окуляр - обращенное к глазу наблюдателя. В первых микроскопах объективом служило двояковыпуклое стекло, дававшее действительное, увеличенное, но обратное изображение. Это изображение и рассматривалось при помощи окуляра, который играл, таким образом, роль лупы, но только лупа эта служила для увеличения не самого предмета, а его изображения.

В1663 году микроскопДребеля был усовершенствован английским физикомРобертом Гуком , который ввел в него третью линзу, получившую название коллектива. Этот тип микроскопа приобрел большую популярность, и большинство микроскопов конца XVII - первой половины VIII века строились по его схеме.

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).

Микроскоп – это устройство, предназначенное для увеличения изображения объектов изучения для просмотра скрытых для невооруженного глаза деталей их структуры. Прибор обеспечивает увеличение в десятки или тысячи раз, что позволяет проводить исследования, которые невозможно получить используя любое другое оборудование или приспособление.

Микроскопы широко применяются в медицине и лабораторных исследованиях. С их помощью проводится инициализация опасных микроорганизмов и вирусов с целью определения метода лечения. Микроскоп является незаменимым и постоянно совершенствуется. Впервые подобие микроскопа было создано в 1538 году итальянским врачом Джироламо Фракасторо, который решил установить последовательно две оптические линзы, подобные тем, что используются в очках, биноклях, подзорных трубах и лупах. Над усовершенствованием микроскопа трудился Галилео Галилей, а также десятки всемирно известных ученых.

Устройство

Существует много разновидностей микроскопов, которые отличаются между собой по устройству. Большинство моделей объединяет похожая конструкция, но с небольшими техническими особенностями.

В подавляющем большинстве случаев микроскопы состоят из стойки, на которой закрепляется 4 главных элемента:

  • Объектив.
  • Окуляр.
  • Осветительная система.
  • Предметный столик.
Объектив

Объектив представляет собой сложную оптическую систему, которая состоит из идущих друг за другом стеклянных линз. Объективы сделаны в виде трубок, внутри которых могут быть закреплены до 14 линз. Каждая из них увеличивает изображение, снимая его с поверхности впереди стоящей линзы. Таким образом, если одна увеличит предмет в 2 раза, следующая сделает увеличение данной проекции еще больше и так до тех пор, пока предмет не отобразится на поверхности последний линзы.

Каждая линза имеет свое расстояние для фокусировки. В связи с этим они намертво закреплены в тубусе. Если любая из них будет передвинута ближе или дальше, получить отчетливое увеличение изображения не удастся. В зависимости от особенностей линзы, длина тубуса, в котором заключен объектив, может отличаться. Фактически, чем он выше, тем более увеличенным будет изображение.

Окуляр

Окуляр микроскопа также состоит из линз. Он предназначен для того чтобы оператор, который работает с микроскопом, мог приложить к нему глаз и увидеть увеличенное изображение на объективе. В окуляре имеются две линзы. Первая располагается ближе к глазу и называется глазной, а вторая полевой. С помощью последней осуществляется регулировка увеличенного объективом изображения для его правильной проекции на сетчатку глаза человека. Это необходимо для того, чтобы путем регулировки убрать дефекты восприятия зрения, поскольку у каждого человека фокусировка осуществляется на разном расстоянии. Полевая линза позволяет подстроить микроскоп под данную особенность.

Осветительная система

Чтобы рассмотреть изучаемый предмет необходимо его осветить, поскольку объектив закрывает естественный свет. В результате смотря в окуляр всегда можно видеть только черное или серое изображение. Специально для этого была разработана осветительная система. Она может быть выполнена в виде лампы, светодиода или другого источника света. У самых простых моделей осуществляется прием световых лучей из внешнего источника. Они направляются на предмет изучения с помощью зеркал.

Предметный столик

Последней важной и самой простой в изготовлении деталью микроскопа является предметный столик. На него направлен объектив, поскольку именно на нем закрепляется предмет для изучения. Столик имеет плоскую поверхность, что позволяет фиксировать объект без опаски, что он сдвинется. Даже минимальное передвижение объекта исследований под увеличением будет огромным, поэтому найти изначальную точку, которая исследовалась, заново будет непросто.

Типы микроскопов

За огромную историю существования данного прибора, было разработано несколько значительно отличающихся между собой по принципу действия микроскопов.

Среди самых часто используемых и востребованных типов этого оборудования выделяют такие виды:

  • Оптические.
  • Электронные.
  • Сканирующие зондовые.
  • Рентгеновские.
Оптические

Оптический микроскоп является самым бюджетным и простым устройством. Данное оборудование позволяет провести увеличение изображения в 2000 раз. Это довольно большой показатель, который позволяет изучать строение клеток, поверхность ткани, находить дефекты на искусственно созданных предметах и пр. Стоит отметить, что для достижения столь большого увеличения устройство должно быть очень качественно выполненным, поэтому стоит дорого. Подавляющее большинство оптических микроскопов сделано значительно проще и имеют сравнительно небольшое увеличение. Учебные типы микроскопов представлены именно оптическими. Это обусловлено их меньшей стоимостью, а также не слишком большой кратностью увеличения.

Обычно оптический микроскоп имеет несколько объективов, которые закрепляются на стойке подвижными. Каждый из них имеет свою степень увеличения. Рассматривая предмет можно передвинуть объектив в рабочее положение и изучить его под определенной кратностью. При желании еще больше приблизить изображение, нужно просто перейти на еще более увеличивающий объектив. Данные устройства не имеют сверхточной регулировки. К примеру, если необходимо лишь немного приблизить изображение, то перейдя на другой объектив, можно его приблизить в десятки раз, что будет чрезмерно и не позволит правильно воспринять увеличенную картинку и избежать ненужных деталей.

Электронный микроскоп

Электронный является более совершенной конструкцией. Он обеспечивает увеличение изображения как минимум в 20000 раз. Максимальное увеличение подобного прибора возможно в 10 6 раз. Особенность этого оборудования заключается в том, что вместо луча света как у оптических, у них направляется пучок электронов. Получение изображения осуществляется благодаря применению специальных магнитных линз, которые реагируют на движение электронов в колоне прибора. Регулировка направленности пучка осуществляется с помощью . Данные устройства появились в 1931 году. В начале 2000-х годов начали совмещать компьютерное оборудование и электронные микроскопы, что значительно повысило кратность увеличения, диапазон настройки и позволило запечатлеть получаемое изображение.

Электронные устройства при всех своих достоинствах имеют большую цену, и требуют особенных условий для работы. Чтобы получать качественное четкое изображение необходимо, чтобы предмет изучения находился в вакууме. Это связано с тем, что молекулы воздуха рассеивают электроны, что нарушает четкость изображения и не позволяет проводить точную регулировку. В связи с этим данное оборудование применяют в лабораторных условиях. Также важным требованием для использования электронных микроскопов является отсутствие внешних магнитных полей. В связи с этим лаборатории, в которых их используют, имеют очень толстые изолированные стены или находятся в подземных бункерах.

Подобное оборудование используется в медицине, биологии, а также в различных отраслях промышленности.

Сканирующие зондовые микроскопы

Сканирующий зондовый микроскоп позволяет получать изображение с объекта путем его исследования с помощью специального зонда. В результате получается трехмерное изображение, с точными данными характеристики объектов. Данное оборудование имеет высокое разрешение. Это сравнительно новое оборудование, которое создали несколько десятков лет назад. Вместо объектива у данных приборов имеется зонд и система его перемещения. Получаемое из него изображение регистрируется сложной системой и записывается, после чего создается топографическая картина увеличенных объектов. Зонд оснащается чувствительными сенсорами, которые реагируют на движение электронов. Также встречаются зонды, которые работают по оптическому типу путем увеличения благодаря установке линз.

Часто зонды применяют для получения данных о поверхности предметов со сложным рельефом. Зачастую их опускают в трубу, отверстия, а также мелкие тоннели. Единственным условием является соответствие диаметра зонда диаметру объекта изучения.

Для данного метода характерна значительная погрешность измерения, поскольку получаемая в результате 3D картина сложно поддается расшифровке. Присутствует много деталей, которые искажаются компьютером при обработке. Первоначальные данные обрабатываются математическим способом с помощью специализированного программного обеспечения.

Рентгеновские микроскопы

Рентгеновский микроскоп относится к лабораторному оборудованию, применяемому для изучения объектов, размеры которых сопоставимы с длиной рентгеновской волны. Эффективность увеличения данного устройства находится между оптическими и электронными приборами. На изучаемый объект отправляются рентгеновские лучи, после чего чувствительные датчики реагируют на их преломление. В результате создается картинка поверхности изучаемого объекта. Благодаря тому, что рентгеновские лучи могут проходить сквозь поверхность предмета, подобное оборудование позволяет не только получить данные о структуре объекта, но и его химическом составе.

Рентгеновское оборудование обычно используется для оценки качества тонких покрытий. Его используют в биологии и ботанике, а также для анализа порошковых смесей и металлов.