Микроскоп световой
Микроскоп световой - один из основных лабораторных инструментов, которые помогают исследовать объекты и образцы, которые невозможно увидеть невооруженным глазом. Оптический прибор многократно увеличивает образец, делая его видимым для наших глаз. В настоящее время на рынке представлены многочисленные модели приборов. При этом каждый световой микроскоп имеет различные характеристики, функции и операционные возможности.
История возникновения светового микроскопа
История создания светового микроскопа и совершенствование его конструкции насчитывает более 400 лет. Поэтому ответить на вопрос «Кто создал микроскоп?» историки затрудняются. Первые упоминания о простейших увеличительных инструментах относят к Древнему Вавилону, при раскопках которого были найдены двояковыпуклые оптические линзы. В развитии светового микроскопа участвовали лучшие изобретатели и ученые своего времени. Среди них такие, как Галилео Галилей и Антони ван Левенгук.
Самые ранние упоминания о световом микроскопе восходят к 1590 году, когда голландский мастер очков Захария Янсен представил прибор, напоминающий подзорную трубу. На одном конце трубы он поместил линзу-окуляр, на другом — линзу, выполняющую функцию объектива. Однако эта конструкция позволяла не увеличивать, а приближать предметы. К тому же Захария Янсена неоднократно обвиняли в краже интеллектуальной собственности и фальшивомонетничестве. Поэтому приписывать ему авторство данного прибора было бы опрометчиво.
В 1609 году итальянский ученый Галилео Галилей представил широкой публике в Академии деи Личеи оптический прибор, состоящий из выпуклой и вогнутой линз. Он назвал его «оккиолино» (occhiolino итал. - маленький глаз). Эту конструкцию усовершенствовал нидерландский изобретатель Корнелиус Дреббель, оснастив ее двумя выпуклыми линзами. А вот термин «микроскоп» предложил друг Галилео Галилея по академии немецкий ботаник Джованни Фабер. Небольшую революцию в конце 1600-х годов произвело изобретение Кристиана Гюйгенса. Его вариант микроскопа имел возможность регулирования окуляров. Эти микроскопы имели примитивный характер. Например, микроскоп Галилея мог увеличивать предмет девятикратно. Однако микроскоп Роберта Гука, который он разработал в 1665 году, имел 30-кратное увеличение. Именно, Гук открыл органическую клетку. Сам термин «клетка» также принадлежит английскому изобретателю.
Одним из увлечений нидерландского ученого Антони ван Левенгука было создание линз. Его высокое мастерство в шлифовании позволяло получать линзы превосходного качества без царапин или каких-либо других дефектов. В своем микроскопе он использовал только одну линзу. Несмотря на небольшие размеры, практически с ноготь, линзы позволяли наблюдать объект, увеличенный в 100-300 раз. Среди его открытий эритроциты и инфузории, описание строения глаз, мышечных волокон, бактерий и др. За свою жизнь Левенгук изготовил 25 микроскопов, до наших дней дошли только девять. В России первый световой микроскоп появился при Петре I. Это был микроскоп Левенгука.
Со временем конструкция светового микроскопа совершенствовалась и приобретала форму, близкую к современной. Так, в 1873 году благодаря сотрудничеству немецкого изобретателя Карла Цейса с учеными Эрнстом Аббе и Отто Шоттом было реализовано условие синусов Аббе, которое позволяло получать высококачественное изображение.
Начиная с 30-х годов 20 века начинается эра современных сложных микроскопов. Так были разработаны электронный, фазово-контрастный, сканирующий туннельный микроскопы. За их изобретение ученые были удостоены Нобелевской премии. Одновременно с этим формируется новая научная дисциплина - электронная оптика.
Одной из последних разработок стал световой микроскоп под названием «Наноскоп». Созданный немецким ученым Штефаном Хеллем и аргентинским ученым Мариано Босси прибор позволяет изучать объекты размерами до 10 нм.
Конструкция светового микроскопа
Световой микроскоп является довольно сложным устройством. Его основная конструкция состоит из следующих частей:
- оптической системы, которая предназначена для увеличения объекта. В нее входят окуляр и объектив
- механической системы, с помощью которой осуществляется перемещение составных частей и узлов
- осветительной системы для формирования необходимого освещения исследуемого объекта
- фотографической аппаратуры для профессиональных микроскопов
Механическая часть светового микроскопа
Механическая часть светового микроскопа представлена штативом, тубусом, предметным столиком с препаратоводителем или фиксаторами препарата и рукояткой управления, турелью объективов, макро- и микрометрическими винтами фокусировки, механизмом подъёма/опускания конденсора, апертурной и полевой диафрагмами. На револьвере находятся объективы. Макро- микрометрические винты изменяют расстояние между объективом и изучаемым объектом, тем самым обеспечивая фокусировку. Для работы с малыми увеличениями используют макрометрический винт, а для больших увеличений - винт точной фокусировки. Также многие микроскопы могут быть снабжены коаксиальными винтами макро- и микрометрической регулировки фокуса.
Предметный столик служит для размещения исследуемого препарата. Различают несколько типов предметных столиков: неподвижный, подвижный, координатный. Передвижение препарата по горизонтальной плоскости осуществляется с помощью координатного столика. Он является самым комфортным в работе при микроскопировании.
Револьверная головка содержит набор объективов. Выбор объектива с необходимым увеличением осуществляется посредством ее вращения. Чаще всего у профессиональных световых микроскопов применяются сменные объективы со стандартной резьбой. На взаимозаменяемость также влияет парфокальное расстояние. Это расстояние между препаратом и посадочным местом объектива. В большинстве микроскопов используется расстояние 45 мм. В связи с уровнем сложности оптической системы появляются крупногабаритные объективы, парфокальное расстояние которых может составлять 60 и 90 мм. Также существует такое понятие как рабочее расстояние. Это расстояние от объектива до препарата. Обычно чем больше увеличение объектива, тем меньше рабочее расстояние.
В тубусе светового микроскопа находятся окуляры. Бинокулярные и тринокулярные тубусы имеют возможность регулировки межзрачкового расстояния, подстраиваясь под анатомические особенности оператора.
Осветительная система светового микроскопа
Осветительная система светового микроскопа обеспечивает равномерное освещение объекта. Она важна для получения достоверного изображения препарата, когда все объекты должны отображаться в виде, приближенном к оригиналу без искажения форм, нарушения цветности и правильном масштабе. Система освещения состоит из источника света, конденсора и диафрагм.
Источник света может быть внешним и встроенным. Обычно в качестве источника света используют галогеновые или светодиодные лампы. Биологические микроскопы обычно работают в проходящем свете. Тогда как стереоскопические микроскопы могут быть оснащены верхней, нижней и боковым освещением. В современных световых микроскопах наиболее часто встречаются галогеновые источники освещения. Однако в последнее время производители микроскопов переходят на светодиодные лампы. Это объясняется тем, что светодиоды имеют ряд преимуществ. Яркость светодиодных ламп на порядок выше, чем у галогеновых. Кроме того, светодиодные источники являются экологичными и энергоэффективными (срок службы примерно 3000 часов). Использование галогеновых ламп характеризуются повышенными энергозатратами, особенно при работе в ИК-диапазоне, что приводит к сокращению их срока службы. Другим преимуществом светодиодов является то, что они имеют постоянную цветовую температуру. То есть изменяя интенсивность светодиодного источника, мы получаем свет белого цвета. Но при изменении яркости галогеновых ламп свет получается более теплым.
Помимо источника света важную роль в формировании изображения при работе на стерео микроскопе играет тип осветителя. Различают несколько видов таких осветителей:
- кольцевой осветитель — самый распространенный тип освещения в стереомикроскопах. Светодиодный источник света дает отличный контраст изображений особенно при наблюдении темных объектов. Часто для уменьшения бликов используют поляризатор и диффузор
- мульти контраст — освещение происходит в двух направлениях и под разными углами
- угловой осветитель — самый распространенный тип освещения. Источник света находится под держателем микроскопа и благодаря образуемой тени неровности препарата получаются контрастными
- гусиная шея — два светодиода располагаются на концах гибких кабелей. Такую систему можно фиксировать под разными углами и необходимом расстоянии от препарата, достигая, тем самым, его качественное освещение с двух сторон
- купол освещения - такой вид осветителя подходит для объектов, отражающих свет. Главным элементом такого осветителя является рассеиватель, по краям которого расположены светодиоды. Свет отражается от стенок купола и равномерно падает на объект
- проходящий свет — источник света встроен в предметный столик стереомикроскопа. Такой вид осветителя используется для исследования материалов разной прозрачности
С помощью конденсора и диафрагмы регулируется мощность светового потока и равномерность его распределения на препарат. Поэтому основной ролью конденсора является регулировка яркости, контрастности и резкости, получая таким образом изображения высокого разрешения.
Он обычно находится между объективом и осветителем. Конденсор может быть оснащен специальным фильтродержателем для установки различных светофильтров. Конденсор может состоять из одной, двух или трех линз. Этот элемент в большинстве случаев является съемной частью микроскопа. Поднимая и опуская конденсор вдоль оптической оси, можно конденсировать или рассеивать свет.
В основном конденсор отвечает за возможность оперировать различными методами контрастирования: темное поле, фазовый контраст, DIC и др. В конденсоре находится апертурная (ирисовая) диафрагма. Она может характеризоваться плавным изменением диаметра отверстия или ступенчатым, с несколькими отверстиями различных диаметров.
В зависимости от коррекции различают несколько типов конденсоров:
- конденсор Аббе является самым простым без оптической коррекции. Он характеризуется наличием двух неахроматических линз, ирисовой диафрагмы и апертуры 1,20
- апланатический конденсор состоит из трех линз, его апертура равна 1,40.Такой конденсор исправляет сферические абберации
- ахроматический конденсор исправляет сферические и хроматические абберации
- конденсор темного поля направляет пучок света мимо фронтальной линзы объектива, создавая эффект темного поля
Оптическая система светового микроскопа
Основную функцию светового микроскопа выполняет оптическая система. Именно благодаря ей происходит качественное увеличение объекта, которое соответствует целям исследования. Окуляры и объективы являются главными узлами оптической системы.
Объектив светового микроскопа
Объектив - сложная оптико-механическая конструкция, состоящая из одной линзы и компонентов, двух или трех и более склеенных линз. Именно объектив формирует необходимое увеличение и разрешение изображения, а также отвечает за точность воспроизведения цвета объекта. В зависимости от задач определяют количество оптических линз в объективе. Высокое качество изображения объекта зависит от сложности системы объектива и количества линз. Так, количество линз может достигать 14.
Система объектива состоит из фронтальной и последующей частей. Фронтальная часть, представленная линзой или системой линз, является главной при формировании изображения и определяет числовую апертуру объектива. Эта часть расположена ближе к препарату. В последующую часть входят длина тубуса, высота объектива и фокусное расстояние.
Виды объективов
По свои конструктивным признакам, по принципу качества изображения, методам исследования и контрастирования объективы можно различать следующие виды объективов.
По качеству изображения:
- апохрамотические объективы имеют высокие числовые апертуры и дают изображение высокого качества и передают истинный цвет объекта
- ахроматические объективы устраняют сферические абберации, но изображение имеет синевато-красноватый оттенок
- планобъективы или объективы плоского поля резкое изображение объекта во всем поле зрения
По конструктивным особенностям:
- с пружинящей оправой и без нее
- с ирисовой диафрагмой
- с коррекцией на толщину покровного стекла
По методам исследования и контрастированию:
- объективы, работающие с покровным стеклом и без него
- проходящего света, люминесцентные, поляризационные, фазовые, дифференциально-интерференционного контраста, эпиобъективы
- иммерсионные и безиммерсионные
Окуляры светового микроскопа
Основной функцией окуляров является увеличение изображения и его фокусировка на сетчатку глаза. К другим функциям окуляров относятся формирование достаточного поля зрения и корректировка аббераций объектива. Окуляры могут иметь измерительную сетку, регулируемую насадку для дополнительной коррекции резкости сетки. Для работы в очках окуляры могут иметь большой выносной видимый зрачок.
Функции осуществляются с помощью системы линз, изготовленных из различных видов стекла. В основном окуляры состоят из двух групп линз: глазной — ближайшей к глазу оператора и полевой — ближайшей к исследуемому объекту. Чем больше кратность увеличения окуляра, тем больше увеличение изображения и тем больше возможность искажения изображения (абберации).
Различают следующие типы окуляров:
- компенсационного и беcкомпенсационного действия
- обычные и плоского поля
- широкоугольные и сверхширокоугольные
- для наблюдения, проекционные, фотоокуляры, гамалы
- с диоптрийной наводкой и без нее
Классификация светового микроскопа
С учетом природы исследуемого объекта, конструктивных особенностей, способу воспроизведения изображения, типу освещения и прочее можно привести следующую классификацию световых микроскопов.
Световые микроскопы по природе изучаемого объекта делятся на два вида:
- биологические используются для изучения любых биологических объектов. Они широко применяются в медицине, биологических науках, археологии, микроэлектронике, аграрном секторе и т.д
- металлографические используются для изучения непрозрачных объектов, например металлов и сплавов
По способу воспроизведения изображения в пространстве выделяют:
- микроскопы плоского поля, когда оптическая система обеспечивает изображение исследуемого объекта в двумерном пространстве. Такие приборы используются для визуализации объектов на предметных стеклах, чашках Петри, культуральных планшетах, металлографических шлифах и т. д. Везде, где нужно «плоское» изображение исследуемого объекта
- стереоскопические микроскопы, когда изображение представляется в трехмерном формате. Стереомикроскопы используются для исследования объёмных объектов. Такие приборы популярны при проведении реставрационных работ произведений искусства, геммологии, ремонтных работ в микроэлектронике и других задачах
По функциональным характеристикам световые микроскопы можно условно разделить на следующие группы:
- школьные простые микроскопы
- микроскопы для рутинной лабораторной работы
- микроскопы среднего уровня
- микроскопы исследовательского уровня с наиболее качественными оптическими компонентами и максимально широким набором опций и аксессуаров
Стоит обратить внимание на то, что если, например, ваша задача состоит в быстром просмотре объектов на предметном стекле, то световой микроскоп исследовательского уровня конечно с этим справится, но гораздо функциональнее будет использовать микроскоп для рутинных работ, который позволяет максимально быстро и эффективно выполнять такую работу.
По конструктивным особенностям выделяют микроскопы:
- прямые микроскопы являются самыми распространенными. В их конструкции объектив располагается над предметным столиком, а конденсор под ним
- инвертированные микроскопы предназначены для исследования объемных предметов или образцов, находящихся в специальной посуде. В таких световых приборах изменен ход световых лучей. Объектив находится под изучаемым образцом, а конденсор над ним
По типу освещения выделяют три вида световых микроскопов:
- микроскоп проходящего света (свет проходит через образец и попадает в объектив)
- микроскоп отраженного света (свет попадает на образец через объектив и отражайся от образца попадает обратно)
- комбинированные микроскопы, которые могут работать в двух вариантах освещения
Области применения светового микроскопа
Благодаря своей способности производить высококачественные, четкие и увеличенные изображения образцов с высоким разрешением, световые микроскопы широко используются во многих областях. Они нашли свое применение как в науках о жизни, так и в промышленности:
- биология
- химия
- металлография
- археология
- криминалистика
- пищевая промышленность
- микроэлектроника
- коллекционирование монет
- реставрация и др.
Dr. Focal - новый бренд компактных и надежных световых микроскопов. Они обладают отличными оптическими характеристиками и имеют широкий набор аксессуаров. Они хорошо подходят как для образовательного процесса, так и для лабораторных исследований в различных областях науки. Микроскопы просты и удобный в использовании, что является большим достоинством при рутинной работе. В отдельных вариантах микроскопов Dr. Focal доступно изучение объектов в светлом поле, фазовом контрасте, простой поляризации и флуоресценции.
Вы можете купить световой микроскоп Dr. Focal в Москве в нашей компании по наименьшей цене