Виды микроскопов и их использование. Основные виды микроскопов. Режим работы в бактериологической лаборатории

Промежуточное звено между приборами начального уровня и профессиональным оборудованием. В них визуальная насадка может быть представлена как монокуляром, так и бинокуляром, а некоторые изделия дополнительно комплектуются средствами для визуализации, что значительно расширяет их возможности. Подсоединив к окуляру цифровую камеру можно фотографировать и снимать на видео исследования, а также наблюдать объекты на экране компьютера.

Револьверная головка рассчитана на три объектива: 4Х, 10Х и 40Х, что в совокупности с увеличением окуляров в 10Х или 20Х, дает от 40 до 800 крат общего увеличения. Изредка учебные микроскопы комплектуются одним иммерсионным 100-кратным объективом. Иммерсионные объективы отличается от обычных тем, что между его передней линзой и исследуемым предметом находится жидкость, например, кедровое масло. Благодаря этому увеличивается предел разрешения микроскопа, улучшается контраст и яркость изображения.

В школьных микроскопах присутствует как минимум один вид настройки резкости изображения - грубая фокусировка, иногда она дополняется микровинтом точной фокусировки.

Обычно учебные микроскопы оснащаются нижним светом, но существуют модели и с двумя видами подсветки - нижней и верхней. При нижнем свете проводятся исследования в проходящем свете, которые позволяют изучать пленочные препараты в виде мазков и срезов тканей. Верхняя подсветка предназначена для работы с непрозрачными образцами, например, кусочками ткани и бумаги, монетками. Большинство учебных микроскопов подключаются в сети 220 В, но есть и автономные модели с питанием от батареек.

Биологические микроскопы

Сфера применения биологических микроскопов - лабораторные исследования в рамках медицинских учреждений или научно-исследовательских институтов.

Биологические микроскопы могут быть монокулярными, бинокулярными и даже тринокулярными. Монокулярные устройства не предназначены для продолжительных работ и применяются при выполнении рутинных лабораторных исследований или для обучения на медицинских и фармацевтических факультетах. Для длительных наблюдений используют бинокулярную насадку. Тринокуляр - это бинокулярная насадка, имеющая дополнительный оптический порт для фото- и видеоаппаратуры.

Как и положено микроскопам исследовательского уровня, биологические устройства оснащаются широкоугольными окулярами с большим полем зрения. Так, если на корпусе написано WF10X/18, это значит, что данный окуляр увеличивает в 10 раз, а видимая область препарата ограничена 18 мм. Микроскоп можно доукомплектовать другими широкоугольными окулярами, например, WF15X/13, WF15X/15, WF20X/11. Маркировка, содержащая букву «К», говорит о том, что это компенсационный окуляр, используемый для проведения микросъемки цифровыми аппаратами. Существуют также микрометрические окуляры с измерительной шкалой для определения длины и площади изучаемого объекта.

Биологические микроскопы чаще всего комплектуются объективами с кратностью 4Х, 10Х, 40Х, 60Х, 100Х. Для работы с мощными объективами (выше 40 крат) требуется применение масляной, водной или глицериновой иммерсии.

Инструментальные микроскопы

Инструментальные микроскопы - это стереоскопические устройства, которые дают прямое и объемное изображение и характеризуются увеличенным рабочим расстоянием (зазором между фронтальной частью объектива и предметным столиком), малой общей кратностью, высокой глубиной резкости, четкостью изображения и большим полем зрения. Такой микроскоп удобен для работы с непрозрачными объектами: монетами, ювелирными изделиями, древесиной, минералами, электронными платами.

В базовую комплектацию инструментального стереомикроскопа входят окуляры с 10-кратным увеличением, но их можно заменить другими, например, на 5Х, 15Х, 20Х. Увеличение дискретного микроскопа (с фиксированным фокусным расстоянием) редко превышает 100Х, а панкратического (с зумом) - колеблется в диапазоне от 3,75Х до 200 – 250Х.

В стереоскопических микроскопах, помимо нижнего и верхнего света, используется боковой, для чего прибор комплектуется дополнительными светодиодными источниками света.

Справочная статья, основанная на экспертном мнении автора.

Со времен появления микроскопии как совокупности практического использования микроскопов, появилось множество видов и подвидов, применяемых в той или иной научной области. Иногда во всем многобразии неподготовленному новичку бывает достаточно трудно сориентироваться. Как правило, та или иная организация (например, НИИ, лаборатория или медпункт) приобретает микроскоп под конкретные задачи. И специалисты нашей компании подбирают оптимальную модель исходя их требуемых технических характеристик и специфики исследований. Но если вы решили порадовать своего ребенка или себя любимого путешествиями по микромиру, то, прочитав эту статью изобилие приборов уже не будет вас пугать. В современном мире все микроскопы можно разделить на три больших класса:

• Учебные микроскопы. Их называют еще школьные или детские . Эти микроскопы являются простейшими биологическими приборами, основная задача которых - показать ребенку или новичку основные методы исследования объектов, впервые познакомить человека с прибором.
• Цифровые микроскопы . Это очень емкий класс микроскопов, включающий в себя множество подвидов. Основная задача цифрового микроскопа- не просто показать объект в увеличенном виде, но и сделать фотографию или снять видеоролик.
• Лабораторные микроскопы . Главной задачей лабораторного микроскопа являются проведение конкретных исследований в различных областях науки, промышленности, медицине.

Эти три класса микроскопов плотно переплетены между собой. К примеру, оснастив учебный микроскоп цифровым фото-видео окуляром, мы получим цифровой микроскоп, способный вывести на компьютер с помощью кабеля USB изображение среза листика или насекомого. Кроме того, учебный микроскоп может применяться и для простейших лабораторных биологических исследований. В то же время, лабораторные микроскопы, обладающие большим увеличением, оснащенные цифровой камерой, так же могут превратиться в цифровой.

Но это только на первый взгляд все кажется таким запутанным. На самом деле все проще простого. Остановимся подробнее на каждом из трех классов микроскопов.

Учебные микроскопы условно можно разделить на три подвида

• Микроскоп - игрушка . Такие микроскопы делаются в Китае на заводах, занимающихся производством товаров для маленьких детей. До сих пор ведутся споры- можно ли назвать пластиковый микроскоп с пластиковой оптикой полноценным оптическим прибором. Отличительная особенность таких микроскопов- яркие упаковки, в которых находится множество пластиковых аксессуаров и сам микроскоп оформлен ярко. Как правило, стоят такие микроскопы очень дешево. Но и познакомить ребенка с микромиром они могут на самом примитивном уровне.
• Микроскопы с нижней подсветкой зеркалом , стеклянной оптикой и металлическим корпусом. Это простейший учебный микроскоп начального уровня. Им до сих пор комплектуются классы биологии некоторых государственных учебных заведений. Корпус микроскопа металлический, оптика стеклянная. Не смотря на сложность, возникающую при попытках поймать свет зеркальцем и направить его в объектив, качество изображения в таких микроскопах очень приличное. Микроскопы с подсветкой зеркалом стоят на уровне дешевых микроскопов-игрушек, но тем не менее отличаются своим качеством и долговечностью.
• Микроскопы со светодиодными подсветками , стеклянной оптикой и металлическим корпусом. Эти микроскопы являются современными учебными микроскопами, которые могут в полной мере познакомить ребенка с микромиром. Они обладают высоким увеличением, двумя встроенными подсветками, что позволяет смотреть на объект не только в проходящем, но и в отраженном свете (например, на монетки). Микроскопы могут питаться от сети переменного тока или батареек. И являются лучшими представителями в своем классе. Современные школы и лицеи комплектуются именно такими учебными микроскопами- с металлическим корпусом, двумя подсветками, возможностью подключения фото-видео камерами.

Цифровые микроскопы можно так же разделить на три подвида

• Биологический микроскоп , оснащенный видеоокуляром. В эти микроскопы при снятом видео-окуляре можно наблюдать глазами как в обычный биологический.
• Биологический микроскоп, оснащенный дисплеем . Данные микроскопы выводят изображение на дисплей, который крепится к окулярной трубке. При снятом дисплее микроскоп становится обычным биологическим. Дисплей оснащен собственной памятью и разъемами для вывода изображения на ЖК-панель, телевизор или компьютер.

Применяют для получения больших увеличений при наблюдении мелких предметов. Увеличенное изображение предмета в микроскопе получается с помощью оптической системы, состоящей из двух короткофокусных линз – объектива и окуляра. Объектив даст действительное перевернутое увеличенное изображение предмета. Это промежуточное изображение рассматривается глазом через окуляр, действие которого аналогично действию лупы. Окуляр располагают так, чтобы промежуточное изображение находилось в его фокальной плоскости, в этом случае лучи от каждой точки предмета распространяются после окуляра параллельным пучком. Прибор, предназначенный для получения увеличенных изображений, а также измерения объектов или деталей структуры, невидимых или плохо видимых невооружённым глазом, используемые для многократного увеличения рассматриваемых объектов. С помощью этих приборов определяются размеры, форма и строение мельчайших частиц. Микроскоп – незаменимое оптическое оборудование для таких сфер деятельности, как медицина, биология, ботаника, электроника и геология, так как на результатах исследований основываются научные открытия, ставится правильный диагноз и разрабатываются новые препараты.

История создания микроскопа

Первый микроскоп , изобретённый человечеством, были оптическими, и первого изобретателя не так легко выделить и назвать. Самые ранние сведения о микроскопе относят к 1590 году. Чуть позже, в 1624-ом году Галилео Галилей представляет свой составной микроскоп , который он первоначально назвал «оккиолино». Годом спустя его друг по Академии Джованни Фабер предложил для нового изобретения термин микроскоп .

Виды микроскопов

В зависимости от требуемой величины разрешения рассматриваемых микрочастиц материи, микроскопии, микроскопы классифицируются на:

Человеческий глаз представляет собой естественную оптическую систему, характеризующуюся определённым разрешением, то есть наименьшим расстоянием между элементами наблюдаемого объекта (воспринимаемыми как точки или линии), при котором они ещё могут быть отличны один от другого. Для нормального глаза при удалении от объекта на т. н. расстояние наилучшего видения (D = 250 мм), среднестатистическое нормальное разрешение составляет 0,176 мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и животных клеток, мелких кристаллов, деталей микроструктуры металлов и сплавов и т. п. значительно меньше этой величины. До середины XX века работали только с видимым оптическим излучением, в диапазоне 400-700 нм, а также с ближним ультрафиолетом (люминесцентный микроскоп). Оптически микроскоп не мог давать разрешающей способности менее полупериода волны опорного излучения (диапазон длин волн 0,2-0,7 мкм, или 200-700 нм). Таким образом, оптический микроскоп способен различать структуры с расстоянием между точками до ~0,20 мкм, поэтому максимальное увеличение, которого можно было добиться, составляло ~2000 крат.

позволяет получать 2 изображения объекта, рассматриваемые под небольшим углом, что обеспечивает объёмное восприятие, это оптический прибор для многократного увеличения рассматриваемых объектов, который обладает специальной бинокулярной насадкой, позволяющей вести изучение объекта при помощи обоих глаз. В этом и заключается его удобство и преимущество перед обычными микроскопами. Именно поэтому бинокулярный микроскоп чаще других применяется в профессиональных лабораториях, медицинских учреждениях и высших учебных заведениях. В числе других преимуществ данного прибора необходимо отметить высокое качество и контрастность изображения, механизмы грубой и точной настройки. Бинокулярный микроскоп работает по тому же принципу, что и обычные монокулярные: объект изучения помещают под объектив, где на него направляется искусственный световой поток. применяется для биохимических, патологоанатомических, цитологических, гематологических, урологических, дерматологических, биологических и общеклинических исследований. Общее увеличение (объектив*окуляр) оптических микроскопов с бинокулярной насадкой обычно больше, чем у соответствующих монокулярных микроскопов.

Стереомикроскоп

Стереомикроскоп , как и другие виды оптических микроскопов , позволяют работать как в проходящем, так и в отражённом свете. Обычно они имеют сменные окуляры бинокулярной насадки и один несменный объектив (есть и модели со сменными объективами). Большинство стереомикроскопов дает существенно меньшее увеличение, чем современный оптический микроскоп, однако имеет существенно большее фокусное расстояние, что позволяет рассматривать крупные объекты. Кроме того, в отличие от обычных оптических микроскопов, которые дают, как правило, инвертированное изображение, оптическая система стереомикроскопа не «переворачивает» изображение. Это позволяет широко использовать их для препарирования микроскопических объектов вручную или с использованием микроманипуляторов. Наиболее широко бинокуляры используются для исследования неоднородностей поверхности твёрдых непрозрачных тел, таких как горные породы, металлы, ткани; в микрохирургии и пр.

Специфика металлографического исследования заключается в необходимости наблюдать структуру поверхности непрозрачных тел. Поэтому металлографический микроскоп построены по схеме отраженного света, где имеется специальный осветитель установленный со стороны объектива. Система призм и зеркал направляет свет на объект, далее свет отражается от не прозрачного объекта и направляется обратно в объектив. Современный прямой металлографический микроскоп характеризуются большим расстоянием между поверхностью столика и объективами и большим вертикальным ходом столика, что позволяет работать с крупными образцами. Максимальное расстояние может достигать десятки сантиметров. Но обычно в материаловедении используются инвертированный микроскоп, как не имеющие ограничения на размер образца (только на вес) и не требующие параллельности опорной и рабочей граней образца (в этом случае они совпадают).

В основе принципа действия поляризационного микроскопа лежит получение изображения исследуемого объекта при его облучении поляризованными лучами, которые в свою очередь должны быть получены из обычного света с помощью специального прибора - поляризатора. В сущности при прохождении поляризованного света через вещество либо отраженное от него меняет плоскость поляризации света в результате чего на втором поляризационном фильтре выявляется в виде излишнего затемнения. Либо дают специфичные реакции как двойное лучепреломление в жирах. предназначен для наблюдения, фотографирования и видеопроекции объектов в поляризованном свете, а также исследований по методам фокального экранирования и фазового контраста. используется для исследования широкого круга тех свойств и явлений, которые обычно недоступны для привычного оптического микроскопа. снабжается бесконечной оптикой с профессиональным программным обеспечением.

Принцип действия люминесцентных микроскопов основывается на свойствах флюоресцентного излучения. Микроскоп используются для исследования прозрачных и непрозрачных объектов. Люминесцентное излучение, по-разному отражается различными поверхностями и материалами, что и позволяет успешно применять его для проведения иммунохимических, иммунологических, иммуноморфологических и иммуногенетических исследований. Благодаря их уникальным возможностям, люминесцентный микроскоп широко используются в фармацевтике, ветеринарии и растениеводстве, а, кроме того, в биотехнологических отраслях промышленности. также практически незаменим для работы экспертно-криминалистических центров и санитарно-эпидемиологических учреждений.

служит для точного измерения угловых и линейных размеров объектов. Используется в лабораторной практике, в технике и машиностроении. На универсальном измерительном микроскопе проводятся измерения проекционным методом, а также методом осевого сечения. Универсальный измерительный микроскоп отличается простотой автоматизации благодаря своим конструктивным особенностям. Наиболее простым решением является установка квазиабсолютного датчика линейных перемещений, благодаря чему значительно упрощается процесс наиболее часто проводимых (на УИМ) измерений. Современное применение универсального измерительного микроскопа обязательно подразумевает наличие как минимум цифрового отсчетного устройства. Несмотря на появление новых прогрессивных средств измерения, универсальный измерительный микроскоп достаточно широко используется в измерительных лабораториях благодаря своей универсальности, простоте измерения, а также возможности легко автоматизировать процесс проведения измерения.

Электронный микроскоп позволяют получать изображение объектов с максимальным увеличением до 1000000 раз, благодаря использованию, в отличие от оптического микроскопа, вместо светового потока пучка электронов с энергиями 200 В ÷ 400 кэВ и более (например, просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения с ускоряющим напряжением 1 МВ). Разрешающая способность электронного микроскопа в 1000÷10000 раз превосходит разрешение светового микроскопа и для лучших современных приборов может быть меньше одного ангстрема. Для получения изображения электронный микроскоп использует специальные магнитные линзы, управляющие движением электронов в колонне прибора при помощи магнитного поля. Электронное изображение формируется электрическими и магнитными полями примерно так же, как световое - оптическими линзами.

Сканирующий зондовые микроскоп

это класс микроскопов для получения изображения поверхности и её локальных характеристик. Процесс построения изображения основан на сканировании поверхности зондом. В общем случае позволяет получить трёхмерное изображение поверхности (топографию) с высоким разрешением. в современном виде изобретен Гердом Карлом Биннигом и Генрихом Рорером в 1981 году. Отличительной СЗМ особенностью является наличие: зонда, системы перемещения зонда относительно образца по 2-м (X-Y) или 3-м (X-Y-Z) координатам, регистрирующей системы. Регистрирующая система фиксирует значение функции, зависящей от расстояния зонд-образец. Обычно регистрируемое значение обрабатывается системой отрицательной обратной связи, которая управляет положением образца или зонда по одной из координат (Z). В качестве системы обратной связи чаще всего используется ПИД-регулятор.

Основные типы сканирующих зондовых микроскопов :

Сканирующий атомно-силовой микроскоп

Сканирующий туннельный микроскоп

Ближнепольный оптический микроскоп

Рентгеновский микроскоп

- устройство для исследования очень малых объектов, размеры которых сопоставимы с длиной рентгеновской волны. Основан на использовании электромагнитного излучения с длиной волны от 0,01 до 1 нанометра. по разрешающей способности находится между электронными и оптическими микроскопами. Теоретическая разрешающая способность рентгеновского микроскопа достигает 2-20 нанометров, что на порядок больше разрешающей способности оптического микроскопа (до 150 нанометров). В настоящее время существуют рентгеновский микроскоп с разрешающей способностью около 5 нанометров.

Рентгеновский микроскоп бывают:

Проекционный рентгеновский микроскоп.
ППроекционный рентгеновский микроскоп представляет собой камеру, в противоположных концах которой располагаются источник излучения и регистрирующее устройство. Для получения чёткого изображения необходимо, чтобы угловая апертура источника была как можно меньше. В микроскопах такого типа до недавнего времени не использовались дополнительные оптические приборы. Основным способом получить максимальное увеличение является размещение объекта на минимально возможном расстоянии от источника рентгеновского излучения. Для этого фокус трубки располагается непосредственно на окне рентгеновской трубки либо на вершине иглы анода, помещенной вблизи окна трубки. В последнее время ведутся разработки микроскопов, использующих зонные пластинки Френеля для фокусировки изображения. Такой микроскоп имеют разрешающую способность до 30 нанометров.

Отражательный рентгеновский микроскоп.
В микроскопе этого типа используются приёмы, позволяющие добиться максимального увеличения, благодаря чему линейное разрешение проекционного рентгеновского микроскопа достигает 0,1-0,5 мкм. В качестве линз в них используется система зеркал. Изображения, создаваемые отражательными рентгеновскими микроскопами даже при точном выполнении профиля их зеркал искажаются различными аберрациями оптических систем: астигматизм, кома. Для фокусировки рентгеновского излучения применяются также изогнутые монокристаллы. Но при этом на качество изображения сказываются структурные несовершенства монокристаллов, а также конечная величина брэгговских углов дифракций. Отражательный рентгеновский микроскоп не получил широкого распространения из-за технических сложностей его изготовления и эксплуатации.

Дифференциальный интерференционно-контрастный микроскоп позволяет определить оптическую плотность исследуемого объекта на основе принципа интерференции и таким образом увидеть недоступные глазу детали. Относительно сложная оптическая система позволяет создать чёрно-белую картину образца на сером фоне. Это изображение подобно тому, которое можно получить с помощью фазово-контрастного микроскопа, но в нём отсутствует дифракционное гало. В дифференциальном интерференционно-контрастном икроскопе поляризованный луч из источника света разделяется на два луча, которые проходят через образец разными оптическими путями. Длина этих оптических путей (т. е. произведение показателя преломления и геометрической длины пути) различна. Впоследствии эти лучи интерферируют при слиянии. Это позволяет создать объемное рельефное изображение, соответствующее изменению оптической плотности образца, акцентируя линии и границы. Эта картина не является точной топографической картиной.

→

Классификация микроскопов может производиться на основании различных параметров, например: назначение, способ освещения, строение оптическое системы и так далее. В данной статье будет рассматриваться самая общая классификация в зависимости от величины разрешения микрочастиц , которые можно рассмотреть в данный конкретный микроскоп.

Итак, все микроскопы мира можно разделить на оптические (световые), электронные, рентгеновские и сканирующие зондовые микроскопы. Наиболее популярными являются оптические микроскопы, которые широко представлены в магазинах оптики. Данные микроскопы позволяют решать основные исследовательские задачи. Другие виды микроскопов относятся уже к специализированным, и используются в основном в лабораториях.

Рентгеновские микроскопы . Действие таких микроскопов основано на использовании электромагнитного излучения с длиной волны от 0,01 до 1 нм, что позволяет исследовать с их помощью очень малые объекты. Исходя из разрешающей способности рентгеновские микроскопы по их мощности можно позиционировать как нечто среднее межу оптическими и электронными микроскопами (разрешающая способность около 2-20 нм).

Сканирующие зондовые микроскопы . Такой микроскоп Вы вряд ли приобретете для домашнего использования. Это уже специализированный класс микроскопов, в котором для построения изображения используется специальный зонд для сканирования поверхности. Благодаря такому микроскопу получают трехмерное изображение с очень высоким разрешением (вплоть до атомарного). Благодаря рекордному разрешению (менее 0,1 нм) такие микроскопы позволяют видеть молекулы и атомы, а также воздействовать на них (при этом объекты могут изучаться не только в вакууме, но и в газах и жидкостях).