Виды микроскопов: описание, основные характеристики, назначение. Чем электронный микроскоп отличается от светового? История микроскопии

В статье рассказывается о том, что такое микроскоп, для чего он нужен, какие виды бывают и история его создания.

Древние времена

В истории человечества всегда находились те, кого не устраивало библейское описание устройства мира, кто хотел сам понять природу вещей и их суть. Или же кого не прельщала судьба обычного крестьянина или рыбака, как того же Ломоносова.

Наиболее широкое распространение различные дисциплины получили в Эпоху Ренессанса, когда люди стали осознавать важность значения исследования окружающего мира и прочих вещей. Особенно в этом им помогали различные оптические устройства, — телескопы и микроскопы. Так что такое микроскоп? Кто его создал и где этот прибор применяется в наше время?

Определение

Для начала, разберем само официальное определение. Согласно ему, микроскоп — это устройство для получения увеличенных изображений или их структуры. От того же телескопа он отличается тем, что нужен для изучения мелких и ближних объектов, а не космических далей. Доподлинно имя автора этого изобретения не известно, но в истории сохранились упоминания о нескольких людях, которые первыми его использовали и конструировали. Согласно им, в 1590 году некий голландец по имени Иоанн Липперсгей представил широкой общественности свое изобретение. Его авторство также приписывают и Захарию Янсену. А в 1624 году всем известный Галилео Галилей также сконструировал подобный прибор.

С тем, что такое микроскоп, разобрались, но как он повлиял на науку? Почти так же, как и его «родственник» телескоп. Пусть и примитивное, но это устройство позволило преодолеть несовершенство человеческого глаза и заглянуть в микромир. С помощью него позже было совершено множество открытий в области биологии, энтомологии, ботаники и прочих наук.

Что такое микроскоп, теперь понятно, но где они еще применяются?

Наука

Биология, физика, химия — все эти области науки порой требуют заглянуть в саму суть вещей, которую наш глаз или же простое увеличительное стекло рассмотреть не могут. Сложно представить современную медицину без этих приборов: с их помощью совершаются открытия, определяются виды болезней, заражений, а недавно даже удалось «сфотографировать» цепочку ДНК человека.

В физике все несколько иначе, особенно в тех ее областях, которые работают над изучением элементарных частиц и прочих мелких объектов. Там микроскоп лабораторный несколько отличается от привычных, и обычные помогают мало, им на смену давно пришли электронные и новейшие зондирующие. Последние позволяют не то что получать впечатляющее увеличение, но и даже регистрировать отдельные атомы и молекулы.

Сюда же можно отнести и криминалистику, которой эти приборы нужны для определения улик, детального сравнения отпечатков пальцев и прочего.

Не обходятся без микроскопов и исследователи древнего мира, такие как палеонтологи и археологи. Им они нужны для детального изучения останков растений, костей животных с людьми и рукотворных изделий минувших эпох. И кстати, мощный микроскоп лабораторный можно свободно купить для собственного использования. Правда, не всем они по карману. Подробнее разберем виды этих устройств.

Виды

Первый, основной и самый древний — это оптический световой. Подобные приборы до сих пор есть в любой школе в классе биологии. Он представляет собой набор линз с регулируемым расстоянием и зеркало для подсветки объекта. Иногда его заменяет независимый источник света. Суть микроскопа такого в том, чтобы изменять длину волн видимого оптического спектра.

Второй — это электронный. Устроен он гораздо сложнее. Если говорить простым языком, то длина волны видимого света составляет 390 до 750 нм. И если объект, к примеру, —клетка вируса или иного живого организма меньше, то свет просто будет как бы огибать его, не сможет нормально отразиться. А подобное устройство обходит такие ограничения: магнитным полем оно делает волны света «тоньше», из-за чего можно рассмотреть самые крошечные объекты. Особенно актуально это в такой науке, как биология. Микроскоп подобного рода намного превосходит оптические световые.

И третий — это зондирующий тип. Если говорить упрощенно, то это устройство, в котором поверхность того или иного образца «прощупывается» зондом и на основе его движений и колебаний составляется трехмерное или растровое изображение.

Глаз человека устроен так, что не может разглядеть предмет, размеры которого не превышают 0,1 мм. В природе же существуют объекты, чьи размеры намного меньше. Это микроорганизмы, клетки живых тканей, элементы структуры веществ и многое другое.

Еще в античные времена для улучшения зрения применялись шлифованные природные кристаллы. С развитием стеклоделия стали изготовлять стеклянные чечевицы – линзы. Р. Бекон в XIII в. советовал людям со слабым зрением класть на предметы выпуклые стекла для того, чтобы их лучше рассмотреть. В это же время в Италии появились очки, состоявшие из двух соединенных линз.

В XVI в. мастера в Италии и Нидерландах, изготовлявшие очковые стекла, знали о свойстве системы из двух линз давать увеличенное изображение. Одно из первых таких устройств изготовил в 1590 г. голландец 3. Янсен.

Несмотря на то что увеличительная способность сферических поверхностей и линз была известна еще в XIII в., до начала XVII в. никто из естествоиспытателей даже не пытался применить их для наблюдения мельчайших предметов, недоступных невооруженному человеческому глазу.

Слово «микроскоп», произошедшее от двух греческих слов – «маленький» и «смотрю», ввел в научный обиход член академии «Dei Lyncei» (рысеглазых) Десмикиан в начале XVII века.

В 1609 г. Галилео Галилей, изучая сконструированную им зрительную трубу, использовал ее и в качестве микроскопа. Для этого он изменял расстояние между объективом и окуляром. Галилей первым пришел к выводу, что качество изготовления линз для очков и для зрительных труб должно быть различным. Он создал микроскоп, подбирая такое расстояние между линзами, при котором увеличивались не удаленные, а близко расположенные предметы. В 1614 г. Галилей рассматривал при помощи микроскопа насекомых.

Ученик Галилея Э. Торричелли перенял у своего учителя искусство шлифовки линз. Кроме изготовления зрительных труб Торричелли конструировал простые микроскопы, состоявшие из одной крошечной линзы, которую он получал из одной капли стекла, расплавляя над огнем стеклянную палочку.

В XVII в. были популярны простейшие микроскопы, состоявшие из лупы – двояковыпуклой линзы, закрепленной на подставке. На подставке укреплялся и предметный столик, на котором размещался рассматриваемый объект. Внизу под столиком находилось зеркало плоской или выпуклой формы, которое отражало солнечные лучи на предмет и подсвечивало его снизу. Для улучшения изображения лупа перемещалась относительно предметного столика при помощи винта.

В 1665 г. англичанин Р. Гук при помощи микроскопа, в котором использовались маленькие стеклянные шарики, открыл клеточное строение животных и растительных тканей.

Современник Гука голландец А. ван Левенгук изготовлял микроскопы, состоявшие из небольших двояковыпуклых линз. Они давали 150–300?кратное увеличение. При помощи своих микроскопов Левенгук исследовал строение живых организмов. В частности, он открыл движение крови в кровеносных сосудах и красные кровяные тельца, сперматозоиды, описал строение мышц, чешуйки кожи и многое другое.

Левенгук открыл новый мир – мир микроорганизмов. Он описал множество видов инфузорий и бактерий.

Много открытий в области микроскопической анатомии сделал голландский биолог Я. Сваммердам. Наиболее подробно он исследовал анатомию насекомых. В 30?е гг. XVIII в. он выпустил богато иллюстрированный труд под названием «Библия природы».

Методы расчета оптических узлов микроскопа разработал швейцарец Л. Эйлер, работавший в России.

Наиболее распространенная схема микроскопа следующая: исследуемый предмет помещается на предметном столике. Над ним располагается устройство, в котором смонтированы линзы объектива и тубус – трубка с окуляром. Наблюдаемый предмет освещается с помощью лампы или солнечного света, наклонного зеркала и линзы. Диафрагмы, установленные между источником света и предметом, ограничивают световой поток и уменьшают в нем долю рассеянного света. Между диафрагмами установлено зеркало, изменяющее направление светового потока на 90°. Конденсор концентрирует на предмете пучок света. Объектив собирает лучи, рассеянные предметом и образует увеличенное изображение предмета, рассматриваемое при помощи окуляра. Окуляр работает как лупа, давая дополнительное увеличение. Пределы увеличения микроскопа от 44 до 1500 раз.

В 1827 г. Дж. Амичи применил в микроскопе иммерсионный объектив. В нем пространство между предметом и объективом заполнено иммерсионной жидкостью. В качестве такой жидкости применяются различные масла (кедровое или минеральное), вода или водный раствор глицерина и др. Такие объективы позволяют увеличить разрешающую способность микроскопа, улучшить контрастность изображения.

В 1850 г. английский оптик Г. Сорби создал первый микроскоп для наблюдения объектов в поляризованном свете. Такие аппараты применяются для изучения кристаллов, образцов металлов, животных и растительных тканей.

Начало интерференционной микроскопии было положено в 1893 г. англичанином Дж. Сирксом. Ее суть в том, что каждый луч, входя в микроскоп, раздваивается. Один из полученных лучей направляется на наблюдаемую частицу, второй – мимо нее. В окулярной части оба луча вновь соединяются, и между ними возникает интерференция. Интерференционная микроскопия позволяет изучать живые ткани и клетки.

В XX в. появились различные виды микроскопов, имеющие разное назначение, конструкцию, позволяющие изучать объекты в широких диапазонах спектра.

Так, в инвертированных микроскопах объектив располагается под наблюдаемым объектом, а конденсор – сверху. Направление хода лучей изменяется при помощи системы зеркал, и в глаз наблюдателя они попадают, как обычно – снизу вверх. Эти микроскопы предназначены для изучения громоздких предметов, которые трудно расположить на предметных столиках обычных микроскопов. С их помощью исследуют культуры тканей, химические реакции, определяют точки плавления материалов. Наиболее широко такие микроскопы применяются в металлографии для наблюдения за поверхностями металлов, сплавов и минералов. Инвертированные микроскопы могут оснащаться специальными устройствами для микрофотографирования и микрокиносъемки.

На люминесцентных микроскопах устанавливаются сменные светофильтры, позволяющие выделить в излучении осветителя ту часть спектра, которая вызывает люминесценцию исследуемого объекта. Специальные фильтры пропускают от объекта только свет люминесценции. Источниками света в таких микроскопах служат ртутные лампы сверхвысокого давления, излучающие ультрафиолетовые лучи и лучи коротковолнового диапазона видимого спектра.

Ультрафиолетовые и инфракрасные микроскопы служат для исследования областей спектра, недоступного человеческому глазу. Оптические схемы аналогичны схемам обычных микроскопов. Линзы этих микроскопов изготовлены из материалов, прозрачных для ультрафиолетовых (кварц, флюорит) и инфракрасных (кремний, германий) лучей. Они снабжены фотокамерами, фиксирующими невидимое изображение и электронно?оптическими преобразователями, превращающими невидимое изображение в видимое.

Стереомикроскоп обеспечивает объемное изображение объекта. Это собственно два микроскопа, выполненные в единой конструкции таким образом, что правый и левый глаза наблюдают объект под разными углами. Они нашли применение в микрохирургии и сборке миниатюрных устройств.

Микроскопы сравнения представляют собой два обычных объединенных микроскопа с единой окулярной системой. В такие микроскопы можно наблюдать сразу два объекта, сравнивая их визуальные характеристики.

В телевизионных микроскопах изображение препарата преобразуется в электрические сигналы, воспроизводящие это изображение на экране электронно?лучевой трубки. В этих микроскопах можно изменять яркость и контраст изображения. С их помощью можно изучать на безопасном расстоянии объекты, опасные для рассмотрения с близкого расстояния, например радиоактивные вещества.

Лучшие оптические микроскопы позволяют увеличить наблюдаемые объекты примерно в 2000 раз. Дальнейшее увеличение невозможно, поскольку свет огибает освещаемый объект, и если его размеры меньше, чем длина волны, такой объект становится невидимым. Минимальный размер предмета, который можно разглядеть в оптический микроскоп – 0,2–0,3 микрометра.

В 1834 г. У. Гамильтон установил, что существует аналогия между прохождением световых лучей в оптически неоднородных средах и траекториями частиц в силовых полях. Возможность создания электронного микроскопа появилась в 1924 г. после того, как Л. Де Бройль выдвинул гипотезу, что всем без исключения видам материи – электронам, протонам, атомам и др. присущ корпускулярно?волновой дуализм, то есть они обладают свойствами как частицы, так и волны. Технические предпосылки для создания такого микроскопа появились благодаря исследованиям немецкого физика X. Буша. Он исследовал фокусирующие свойства осесимметричных полей и в 1928 г. разработал магнитную электронную линзу.

В 1928 г. М. Кнолль и М. Руска приступили к созданию первого магнитного просвечивающего микроскопа. Три года спустя они получили изображение объекта, сформированного при помощи пучков электронов. В 1938 г. М. фон Арденне в Германии и в 1942 г. В. К. Зворыкин в США построили первые растровые электронные микроскопы, работающие по принципу сканирования. В них тонкий электронный пучок (зонд) последовательно перемещался по объекту от точки к точке.

В электронном микроскопе, в отличие от оптического, вместо световых лучей используются электроны, а вместо стеклянных линз – электромагнитные катушки или электронные линзы. Источником электронов для освещения объекта является электронная «пушка». В ней источником электронов является металлический катод. Затем электроны собираются в пучок с помощью фокусирующего электрода и под действием сильного электрического поля, действующего между катодом и анодом, набирают энергию. Для создания поля к электродам прикладывается напряжение до 100 киловольт и более. Напряжение регулируется ступенеобразно и отличается большой стабильностью – за 1–3 минуты оно изменяется не более чем на 1–2 миллионные доли от исходного значения.

Выходя из электронной «пушки», пучок электронов с помощью конденсорной линзы направляется на объект, рассеивается на нем и фокусируется объектной линзой, которая создает промежуточное изображение объекта. Проекционная линза вновь собирает электроны и создает второе, еще более увеличенное изображение на люминесцентном экране. На нем под действием ударяющихся в него электронов возникает светящаяся картина объекта. Если поместить под экраном фотопластинку, то можно сфотографировать это изображение.

Отличное определение

Неполное определение ↓

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.

Глаз человека устроен таким образом, что не способен отчетливо разглядеть предмет и его детали, если его размеры меньше, чем 0,1 мм. А ведь в природе существуют различные микроорганизмы, клетки как растительных, так и животных тканей и множество других объектов, размеры которых значительно меньше. Чтобы видеть, наблюдать и изучать подобные объекты, человек пользуется специальным оптическим прибором, названным микроскопом , который позволяет во много сотен раз увеличить изображение предметов, не видимых человеческим глазом. Само название прибора, состоящее из двух греческих слов: малый и смотрю, говорит о его назначении. Так, оптический микроскоп способен увеличить изображение объекта в 2000 раз. Если же изучаемый объект, например вирус, слишком мал и для его увеличения оптического микроскопа недостаточно, современная наука использует электронный микроскоп, который позволяет увеличить наблюдаемый объект в 20000-40000 раз.

Изобретение микроскопа связано в первую очередь с развитием оптики. Увеличительная способность изогнутых поверхностей была известна еще 300 лет до н. э. Евклиду и Птоломею (127-151 г.), однако эти оптические свойства не нашли тогда применения. Лишь в 1285 году итальянцем Сальвинио дели Арлеати были изобретены первые очки. Имеются сведения, что первый прибор типа микроскопа был создан в Нидерландах З. Янсеном около 1590 года. Взяв две выпуклые линзы, он смонтировал их внутри одной трубки, за счет выдвижного тубуса достигалась фокусировка на изучаемом объекте. Прибор давал десятикратное увеличение предмета, что было настоящим достижением в области микроскопии. Янсен изготовил несколько таких микроскопов, значительно совершенствуя каждый последующий прибор.

В 1646 году было опубликовано сочинение А. Кирхера, в котором он описал изобретение века — простейший микроскоп, получивший название «блошиного стекла». Лупу вставляли в медную основу, на которой крепился предметный столик. Изучаемый объект помещали на столик, под которым было вогнутое или плоское зеркало, отражавшее солнечные лучи на объект и освещавшее его снизу. Лупу передвигали с помощью винта, пока изображение предмета не становилось отчетливым.

Сложные микроскопы, созданные из двух линз, появились в начале 17 века. Многие факты свидетельствуют о том, что изобретателем сложного микроскопа был голландец К. Дребель, состоявший на службе у короля Англии Иакова I. Микроскоп Дребеля имел два стекла, одно (объектив) было обращено к изучаемому предмету, другое (окуляр) — обращено к глазу наблюдателя. В 1633 году английский физик Р. Гук усовершенствовал микроскоп Дребеля, дополнив его третьей линзой, названной коллективом. Такой микроскоп получил большую популярность, по его схеме изготавливалось большинство микроскопов конца 17-го и начала 18-го веков. Рассматривая под микроскопом тонкие срезы животных и растительных тканей, Гук открыл клеточное строение организмов.

А в 1673—1677 годах голландский естествоиспытатель А. Левенгук с помощью микроскопа открыл не известный ранее огромный мир микроорганизмов. На протяжении многих лет Левенгук изготовил около 400 простейших микроскопов, представлявших собой маленькие двояковыпуклые линзы, диаметр некоторых из них был меньше 1 мм, полученных из стеклянного шарика. Сам шарик шлифовался на простейшем шлифовальном станке. Один из таких микроскопов, дающий 300-кратное увеличение, хранится в Утрехте в университетском музее. Исследуя все, что попадалось на глаза, Левенгук делал одно за другим великие открытия. Кстати, создатель телескопа Галилей, совершенствуя созданную им зрительную трубу, обнаружил в 1610 году, что в раздвинутом состоянии она значительно увеличивает мелкие предметы. Меняя расстояние между окуляром и объективом, Галилей использовал трубу как своеобразный микроскоп. Сегодня нельзя представить научную деятельность человека без использования микроскопа. Микроскоп нашел широчайшее применение в биологических, медицинских, геологических лабораториях и лабораториях материаловедения.

МИКРОСКОП
оптический прибор с одной или несколькими линзами для получения увеличенных изображений объектов, не видимых невооруженным глазом. Микроскопы бывают простые и сложные. Простой микроскоп - это одна система линз. Простым микроскопом можно считать обычную лупу - плосковыпуклую линзу. Сложный микроскоп (который часто называют просто микроскопом) представляет собой комбинацию двух простых. Сложный микроскоп дает большее увеличение, чем простой, и обладает большей разрешающей способностью. Разрешающая способность - это возможность различения деталей образца. Увеличенное изображение, на котором неразличимы подробности, дает мало полезной информации. Сложный микроскоп имеет двухступенчатую схему. Одна система линз, называемая объективом, подводится близко к образцу; она создает увеличенное и разрешенное изображение объекта. Изображение далее увеличивается другой системой линз, называемой окуляром и помещающейся ближе к глазу наблюдателя. Эти две системы линз расположены на противоположных концах тубуса.

Работа с микроскопом. На иллюстрации представлен типичный биологический микроскоп. Штативная подставка выполняется в виде тяжелой отливки, обычно подковообразной формы. К ней на шарнире прикреплен тубусодержатель, несущий все остальные части микроскопа. Тубус, в который вмонтированы линзовые системы, позволяет перемещать их относительно образца для фокусировки. Объектив расположен на нижнем конце тубуса. Обычно микроскоп снабжен несколькими объективами разного увеличения на револьверной головке, которая позволяет устанавливать их в рабочее положение на оптической оси. Оператор, исследуя образец, начинает, как правило, с объектива, имеющего наименьшее увеличение и наиболее широкое поле зрения, находит детали, интересующие его, а затем рассматривает их, пользуясь объективом с большим увеличением. Окуляр вмонтирован в конец выдвижного держателя (который позволяет изменять длину тубуса, когда это необходимо). Весь тубус с объективом и окуляром можно передвигать вверх и вниз, наводя микроскоп на резкость. Образец обычно берется в виде очень тонкого прозрачного слоя или среза; его кладут на прямоугольную стеклянную пластинку, называемую предметным стеклом, и накрывают сверху более тонкой стеклянной пластинкой меньших размеров, называемой покровным стеклом. Образец часто окрашивают химическими веществами, чтобы увеличить контраст. Предметное стекло кладут на предметный столик так, чтобы образец находился над центральным отверстием столика. Столик обычно снабжается механизмом для плавного и точного перемещения образца в поле зрения. Под предметным столиком находится держатель третьей системы линз - конденсора, который концентрирует свет на образце. Конденсоров может быть несколько, и здесь же располагается ирисовая диафрагма для регулировки апертуры. Еще ниже расположено осветительное зеркало, устанавливаемое в универсальном шарнире, которое отбрасывает свет лампы на образец, за счет чего вся оптическая система микроскопа и создает видимое изображение. Окуляр можно заменить фотоприставкой, и тогда изображение будет формироваться на фотопленке. Многие исследовательские микроскопы оснащаются специальным осветителем, так что в осветительном зеркале нет необходимости.
Увеличение. Увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива на увеличение окуляра. Для типичного исследовательского микроскопа увеличение окуляра равно 10, а увеличение объективов - 10, 45 и 100. Следовательно, увеличение такого микроскопа составляет от 100 до 1000. Увеличение некоторых микроскопов достигает 2000. Повышать увеличение еще больше не имеет смысла, так как разрешающая способность при этом не улучшается; наоборот, качество изображения ухудшается.
Теория. Последовательную теорию микроскопа дал немецкий физик Эрнст Аббе в конце 19 в. Аббе установил, что разрешение (минимально возможное расстояние между двумя точками, которые видны по отдельности) определяется выражением

где R - разрешение в микрометрах (10-6 м), l - длина волны света (создаваемого осветителем), мкм, n - показатель преломления среды между образцом и объективом, а a - половина входного угла объектива (угла между крайними лучами конического светового пучка, входящего в объектив). Величину Аббе назвал числовой апертурой (она обозначается символом NA). Из приведенной формулы видно, что разрешаемые детали исследуемого объекта тем меньше, чем больше NA и чем меньше длина волны. Числовая апертура не только определяет разрешающую способность системы, но и характеризует светосилу объектива: интенсивность света, приходящаяся на единицу площади изображения, приблизительно равна квадрату NA. Для хорошего объектива величина NA составляет примерно 0,95. Микроскоп обычно рассчитывают так, чтобы его полное увеличение составляло ок. 1000 NA.
Объективы. Существуют три основных типа объективов, различающихся степенью исправления оптических искажений - хроматических и сферических аберраций. Хроматические аберрации связаны с тем, что световые волны с разной длиной волны фокусируются в разных точках на оптической оси. В результате изображение оказывается окрашенным. Сферические аберрации обусловлены тем, что свет, проходящий через центр объектива, и свет, идущий через его периферийную часть, фокусируется в разных точках на оси. В результате изображение оказывается нечетким. Ахроматические объективы в настоящее время являются наиболее распространенными. В них хроматические аберрации подавляются благодаря применению стеклянных элементов с разной дисперсией, обеспечивающих схождение крайних лучей видимого спектра - синих и красных - в одном фокусе. Небольшая окрашенность изображения остается и проявляется иногда в виде слабых зеленых полос вокруг объекта. Сферическая аберрация может быть скорректирована только для одного цвета. Во флюоритовых объективах используются добавки к стеклу, улучшающие цветовую коррекцию до такой степени, что окрашенность изображения почти полностью устраняется. Апохроматические объективы - это объективы с самой сложной цветовой коррекцией. В них не только почти полностью устранены хроматические аберрации, но и коррекция сферических аберраций выполнена не для одного, а для двух цветов. Увеличение апохроматов для синего цвета несколько больше, чем для красного, и поэтому для них нужны специальные "компенсирующие" окуляры. Большинство объективов являются "сухими", т.е. они рассчитаны на работу в таких условиях, когда промежуток между объективом и образцом заполнен воздухом; величина NA для таких объективов не превышает 0,95. Если между объективом и образцом ввести жидкость (масло или, что бывает реже, воду), то получится "иммерсионный" объектив с величиной NA, достигающей 1,4, и с соответствующим улучшением разрешения. В настоящее время промышленность выпускает и различного рода специальные объективы. К ним относятся объективы с плоским полем для микрофотографирования, объективы без внутренних напряжений (релаксированные) для работы в поляризованном свете и объективы для исследования непрозрачных металлургических образцов, освещаемых сверху.
Конденсоры. Конденсор формирует световой конус, направляемый на образец. Обычно в микроскопе предусматривается ирисовая диафрагма для согласования апертуры светового конуса с апертурой объектива, чем обеспечиваются максимальное разрешение и максимальный контраст изображения. (Контраст в микроскопии имеет столь же важное значение, как и в телевизионной технике.) Самый простой конденсор, вполне подходящий для большинства микроскопов общего назначения, - это двухлинзовый конденсор Аббе. Для объективов с большей апертурой, особенно иммерсионных масляных, нужны более сложные конденсоры с коррекцией. Масляные объективы с максимальной апертурой требуют специального конденсора, имеющего иммерсионный масляный контакт с нижней поверхностью предметного стекла, на котором лежит образец.
Специализированные микроскопы. В связи с различными требованиями науки и техники были разработаны микроскопы многих специальных видов. Стереоскопический бинокулярный микроскоп, предназначенный для получения трехмерного изображения объекта, состоит из двух отдельных микроскопических систем. Прибор рассчитан на небольшое увеличение (до 100). Обычно применяется для сборки миниатюрных электронных компонентов, технического контроля, хирургических операций. Поляризационный микроскоп предназначен для исследования взаимодействия образцов с поляризованным светом. Поляризованный свет нередко позволяет выявлять структуру объектов, лежащую за пределами обычного оптического разрешения. Отражательный микроскоп снабжен вместо линз зеркалами, формирующими изображение. Поскольку изготовить зеркальный объектив затруднительно, полностью отражательных микроскопов очень мало, и зеркала в настоящее время применяются в основном лишь в приставках, например, для микрохирургии отдельных клеток. Люминесцентный микроскоп - с освещением образца ультрафиолетовым или синим светом. Образец, поглощая это излучение, испускает видимый свет люминесценции. Микроскопы такого типа применяются в биологии, а также в медицине - для диагностики (особенно рака). Темнопольный микроскоп позволяет обойти трудности, связанные с тем, что живые материалы прозрачны. Образец в нем рассматривается при столь "косом" освещении, что прямой свет не может попасть в объектив. Изображение формируется светом, дифрагированным на объекте, и в результате объект выглядит очень светлым на темном фоне (с очень большим контрастом). Фазово-контрастный микроскоп применяется для исследования прозрачных объектов, особенно живых клеток. Благодаря специальным устройствам часть света, проходящего через микроскоп, оказывается сдвинутой по фазе на половину длины волны относительно другой части, чем и обусловлен контраст на изображении. Интерференционный микроскоп - это дальнейшее развитие фазово-контрастного микроскопа. В нем интерферируют два световых луча, один из которых проходит сквозь образец, а другой отражается. При таком методе получаются окрашенные изображения, дающие очень ценную информацию при исследовании живого материала. См. также
ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП ;
ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ;
ОПТИКА .
ЛИТЕРАТУРА
Микроскопы. Л., 1969 Проектирование оптических систем. М., 1983 Иванова Т.А., Кирилловский В.К. Проектирование и контроль оптики микроскопов. М., 1984 Кулагин С.В., Гоменюк А.С. и др. Оптико-механические приборы. М., 1984

Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .

Смотреть что такое "МИКРОСКОП" в других словарях:

Микроскоп … Орфографический словарь-справочник

МИКРОСКОП - (от греч. mikros малый и skopeo смотрю), оптический инструмент для изучения малых предметов, недоступных непосредственному рассмотрению невооруженным глазом. Различают простой М., или лупу, и сложный М., или микроскоп в собственном смысле. Лупа… … Большая медицинская энциклопедия

микроскоп - а, м. microscope m.<гр. mikros малый + skopeo смотрю. Оптический прибор с системой сильно увеличивающих стекол для рассматривания предметов или частей их, не видимых вооруженным глазом. БАС 1. Микроскоп, мелкозор. 1790. Кург. // Мальцева 54.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

МИКРОСКОП (Microscopus), небольшое созвездие южного неба. Самая яркая его звезда имеет звездную величину 4,7. МИКРОСКОП, оптический прибор, позволяющий получить увеличенное изображение мелких предметов. Первый микроскоп был создан в 1668 г.… … Научно-технический энциклопедический словарь

- (греч., от mikros маленький, и skopeo смотрю). Физический снаряд для рассматривания самых малых предметов, которые представляются, при посредстве его, в увеличенном виде. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н.,… … Словарь иностранных слов русского языка

- (от микро... и...скоп) инструмент, позволяющий получать увеличенное изображение мелких объектов и их деталей, не видимых невооруженным глазом. Увеличение микроскопа, достигающее 1500 2000, ограничено дифракционными явлениями. Невооруженным… … Большой Энциклопедический словарь

Микротекстил, ортоскоп Словарь русских синонимов. микроскоп сущ., кол во синонимов: 11 биомикроскоп (1) … Словарь синонимов

МИКРОСКОП, а, муж. Увеличительный прибор для рассматривания предметов, неразличимых простым глазом. Оптический м. Электронный м. (дающий увеличенное изображение с помощью пучков электронов). Под микроскопом (в микроскоп) рассматривать что н. |… … Толковый словарь Ожегова

- (от греч. mikros малый и skopeo смотрю), оптич. прибор для получения сильно увеличенных изображений объектов (или деталей их структуры), не видимых невооружённым глазом. Различные типы М. предназначаются для обнаружения л изучения бактерий,… … Физическая энциклопедия

МИКРОСКОП, микроскопа, муж. (от греч. mikros маленький и skopeo смотрю) (физ.). Оптический прибор, с системой сильно увеличивающих стекол, для рассматривания предметов, которые не могут быть видимы невооруженным глазом. Толковый словарь Ушакова.… … Толковый словарь Ушакова

Оптический прибор для получения увеличенного изображения объектов, не различимых невооруженным глазом. В микробиол. используется световой и электронный М. Один из основных показателей М. – разрешение – возможность различать два соседних объекта… … Словарь микробиологии