Частини мікроскопа: детальне пояснення механічних та оптичних систем

Перш ніж детально вивчати частини, з яких складається мікроскоп, важливо знати Що це за інструмент і чому він став візитівкою наукової революції?Мікроскоп — це оптичний прилад, призначений для отримання значно збільшених зображень надзвичайно малих об'єктів, таких як клітини, мікроорганізми або внутрішні тканинні структуриякі практично невидимі для людського ока. Дозволивши спостерігати ці елементи та розрізняти їх дрібні деталі, мікроскоп став важливим інструментом наукової практики.

Мікроскоп повинен бути здатним виконувати три основні завдання: збільшити зображення (зробити його більшим), розрізняти дуже дрібні деталі (розрізняти дуже близькі точки як окремі елементи) та проектувати це зображення таким чином, щоб людське око або камера могли його чітко побачитиДля досягнення цієї мети він поєднує низку механічних та оптичних елементів, які працюють разом. Розуміння частин мікроскопа та їхніх функцій є важливим для правильного його використання та уникнення помилок у фокусуванні, освітленні або інтерпретації зразків.

трохи історії

Винахід мікроскопа залишається невизначеним. Однак, незважаючи на згадки про голландського купця на ім'я Антон Ван Левенгук, який відомий як батько мікробіології Хоча йому приписують відкриття еритроцитів та вдосконалення мікроскопів, перший винахід насправді належить голландському виробнику лінз на ім'я Захарій Янссен та його батькові Гансу Янссену. Це сталося приблизно у 1590 році.

Ці ранні конструкції відповідали дуже рудиментарний складний мікроскопВін складався з видовженої трубки з лінзами на кінцях. Це був складний мікроскоп з трубкою приблизно 45 см завдовжки та 5 см у діаметрі, з опуклою лінзою на кожному кінці. Дивлячись крізь цю систему, виходили збільшені зображення, хоча й з багатьма оптичними абераціями та кольоровими ореолами через... хроматична та сферична аберація.

Близько 1673 року голландець Антоні ван Левенгук, який був продавцем тканин без формальної наукової освітиВін зацікавився найдрібнішими зображеннями життя, які він сприймав, спостерігаючи за тканинами за допомогою збільшувальних стекол, що спонукало його виготовити власні прості однолінзові мікроскопи. Завдяки своїй майстерності полірування високоякісних лінз він досяг дивовижної для того часу сили збільшення, ставши справжнім експертом. мисливець на мікроби.

Дехто стверджує, що він створив більше ніж 500 збільшувальні лінзиза допомогою яких вони могли збільшити початковий розмір мікроорганізмів до 500 разів. Ван Левенгуку приписують відкриття бактерії, найпростіші а також, за даними деяких публікацій, сперматозоїдиХоча його мікроскопи були технічно простими (одна лінза), вони перевершували багато складних мікроскопів свого часу за якістю зображення саме тому, що мали менше проблем з оптичними абераціями.

Тим часом інші вчені, такі як Роберт Гук Вони розробили складніші складні мікроскопи. Гук описав структуру корку в одній зі своїх робіт і ввів термін "клітина" побачивши маленькі порожнини, що нагадували йому комірки стільникового масиву. З часом, завдяки вдосконаленню у виробництві лінз та механіці інструментів, мікроскопи набули роздільної здатності, стабільності та простоти використання, зрештою ставши потужним лабораторним інструментом, який ми знаємо сьогодні.

Подальші досягнення у виробництві скла, Корекція хроматичної аберації Впровадження антиблікових покриттів дозволило виготовляти набагато точніші лінзи та окуляри. Пізніше були включені електричні джерела світла, системи точного фокусування, бінокулярні окуляри, а в сучасну епоху — . цифрові та інтелектуальні мікроскопи що інтегрують камери, програмне забезпечення для аналізу зображень та автоматизацію таких завдань, як мікрофотографія, налаштування експозиції або серійне захоплення зображень.

Класифікація мікроскопів

Існує широкий спектр мікроскопів, що дозволяє класифікувати їх за кількома ключовими критеріями. Розуміння цих класифікацій корисне для вибір правильного типу мікроскопа залежно від його цільового використання в лабораторії, школі чи промисловості.

Основна класифікація проводиться за кількістю лінз, системою освітлення, світлопропусканням, кількістю окулярів та конфігурацією її елементів.

• За кількістю лінз: Прості (одна лінза, як збільшувальне скло) та складні (поєднують об'єктив та окуляр для досягнення збільшення у два етапи).
• Відповідно до системи освітлення: Оптичне видиме світло (найпоширеніше у навчанні та лабораторіях), електронне (наприклад, просвічуючий або скануючий електронний мікроскоп), ультрафіолетове світло, поляризоване світло та флуоресценція.
• За даними пропускання світла: Прохідне світло (світло проходить крізь зразок, ідеально підходить для тонких тканин) та відбите або епіскопічне світло (світло відбивається від поверхні зразка, широко використовується в матеріалознавстві та електроніці).
• За кількістю окулярів: Монокулярний (один окуляр), бінокулярний (два окуляри для більш комфортного спостереження та видимого стереоскопічного зору) та тринокулярний (два окуляри для безпосереднього спостереження та третій тубус для камери).
• Відповідно до конфігурації елементів: Цифровий (поєднує камеру та часто підключення до комп'ютера), стереоскопічний або дисекціональний (забезпечує видиме тривимірне зображення та невелике збільшення, дуже корисний для польових робіт або дисекції).

Існують також інші типи спеціалізованих мікроскопів, такі як: темне поле (покращує контрастність слабо забарвлених зразків), конфокальний (створює зображення високої роздільної здатності та 3D-оптичні розрізи) та фазовий контраст (ідеально підходить для прозорих, незабарвлених живих клітин).

Окрім розрізнення типів, під час вибору мікроскопа також доцільно враховувати такі параметри, як дозвіл (здатність розділити дві дуже близькі точки), корисна підвищувальна потужністьякість його лінз і конденсора, а також доступний бюджетДеякі моделі забезпечують вищу роздільну здатність з меншим видимим збільшенням, що може бути кориснішим, ніж перебільшене збільшення, але без реальної деталізації.

Частини мікроскопа

Щоб визначити частини мікроскопа, ми говоримо про два основні набори: механічна система y оптична система.

Механічна система складається з усіх частин, які забезпечують підтримка, стабільність та рухливість до оптичних елементів. Оптична система складається з лінз та пов'язаних з ними компонентів формування зображення, збільшення та освітленняСпільна робота обох систем дозволяє чітко спостерігати за зразком, розміщеним на предметному столику.

Багато текстів також посилаються на три загальні структурні частини: голова або тіло (де зосереджена більшість оптичних елементів), база (підтримка та освітлення) та рука (з'єднання між основою та головкою). Хоча назви можуть дещо відрізнятися, функція по суті однакова.

Механічна система мікроскопа

Щодо Механічна системаКріплення, яке також називають установкою, буває різних форм і розмірів. Існують великі, середні та малі або портативні моделі. Більші моделі часто включають всі необхідні елементи для професійної роботиа також дозволяє обмін деталями та аксесуарами для здійснення дуже різноманітних спостережень.

Незважаючи на відмінності в розмірах, більшість складних оптичних мікроскопів мають схожі характеристики та деталі, де структурні елементи відповідають за тримайте зразки вирівняними, забезпечте стабільність пристрою та дозволяють точні рухи для фокусування.

• Основа або стопа:

Зазвичай це найважча частина для постачання необхідні баланс і стабільність необхідний для проведення дослідження. Він розташований у нижній частині мікроскопа та Решта елементів монтуються поверх нього.Зазвичай він має Y-подібну, підковоподібну або прямокутну форму, а всередині нього, у більшості сучасних моделей, знаходиться освітлювач або джерело світла.

Це включає деякі внизу нековзні гумові бампери щоб запобігти ковзанню мікроскопа по поверхні, на якій він лежить. Ця основа також допомагає поглинати невеликі вібрації, що покращує різкість зображення під час використання великого збільшення.

• Рука:

Це проміжна частина мікроскопа, яка з'єднує всі його частини та становить скелет мікроскопаВін відповідає за з'єднання поверхні, на якій розміщено зразок, з окуляром, через який його можна спостерігати. Різні лінзи мікроскопа, як об'єктив, так і окуляр, кріпляться до кронштейна.

У багатьох моделях рука також включає макрометрична та мікрометрична система фокусування Він також служить ручкою для безпечного транспортування мікроскопа. Тому під час переміщення обладнання рекомендується тримати його за кронштейн однією рукою, а іншою підтримувати основу, уникаючи ударів та перекосу.

• Валик:

Зразок, який потрібно спостерігати, розміщується там. Предметний майданчик — це плоска, тверда поверхня, зазвичай металева, на якій розміщено скляне скло зі зразком. Вертикальне положення цієї поверхні в відношення до об’єктивних лінз Він регулюється за допомогою двох гвинтів, розташованих дуже близько до основи або на самому кронштейні.

Тарілка має центральний отвір через який освітлюється зразок, оскільки промінь світла від лампочки або дзеркала повинен пройти через нього. Також існують два затискачі, прикріплені до цього, які називаються затискачами валика, і які міцно утримують слайд.

Більш досконалі мікроскопи використовують механічна плитаЦе включає гвинти або ручки для контрольованого переміщення зразка вздовж осей X та Y (горизонтально та вертикально). Це дозволяє сканувати зразок, не торкаючись його пальцями, що призводить до плавних і точних рухів під час спостереження.

• Пінцет:

Вони кріпляться до пластини та дозволяють тримати зразок у фіксованому положенніЙого функція полягає в запобіганні руху слайда під час фокусування або переміщення предметного столика, що особливо важливо під час роботи з великим збільшенням або під час проведення точних вимірювань.

• Грубий гвинт:

Його функція полягає в регулюванні вертикального положення зразка відносно об'єктива. Цей більший гвинт впливає на трубку або предметний столик, дозволяючи відносно великі переміщення у вертикальному напрямку. Він використовується для отримання початкового фокусування, яке потім доповнюється наступним гвинтом, який називається мікрометричним гвинтом.

Рух, який він генерує, зазвичай подібний до руху блискавкашляхом швидкого переміщення об'єктивів ближче до зразка або далі від нього. Тому його слід використовувати обережно під час роботи з об'єктивами з великим збільшенням, щоб уникнути удару лінзи об предметне скло.

• Мікрометр гвинт:

Він має більшу точність, тому його використовують для досягнення точне та чітке фокусування зразка. Його налаштування має виконуватися повільно для вертикального переміщення предметного столика або трубки. Рухи, які він створює, надзвичайно малі (порядку тисячних часток міліметра), що дозволяє точно налаштувати фокус для отримання максимального ступеня різкості.

У багатьох мікроскопах ручки грубого та точного налаштування об'єднані в одну. коаксіальна система (два концентричних колеса), що полегшує керування та економить місце на кронштейні інструменту.

• Перемішайте:

Це обертова частина, на якій кріпляться лінзи. Вона також відома як об'єктивна турель або носова частинаВарто зазначити, що кожна лінза має певні характеристики, тобто кожна з них забезпечує різне збільшення. Револьвер дозволяє вибрати найбільш підходящу лінзу для конкретних потреб дослідження.

Револьвер зазвичай дозволяє вибирати між три або чотири різні ціліХоча деякі вдосконалені моделі можуть мати більше функцій. Зазвичай вона включає систему клацання або зупинки, яка вказує на правильне центрування лінзи відносно оптичної осі. Таке центрування є важливим для чіткого зображення та добре вирівняного поля зору.

• Трубка:

Як випливає з назви, це трубка, прикріплена до кронштейна мікроскоп що дозволяє з'єднання між окуляром та об'єктивами. Це структурний компонент, необхідний для підтримки правильного вирівнювання оптичних елементівУ деяких конструкціях трубку можна розділити на кілька сегментів, особливо в тринокулярних мікроскопах або мікроскопах з похилими головками.

У бінокулярних мікроскопах трубка розділяється на дві гілки, щоб розмістити два окуляри, і в багатьох випадках дозволяє регулювати міжзінична відстаньадаптуючись до відстані між очима користувача для комфортного перегляду.

Окрім цих частин, деякі мікроскопи містять обмежувач кадру або фокусування який контролює, наскільки високо може піднятися предметний стіл, запобігаючи контакту об'єктива зі слайдом та потенційному пошкодженню як зразка, так і оптики.

Деталі оптичної системи

Ми вже пояснили елементи, що складають механічну систему мікроскопа. Тепер ми детально ознайомимося з частин оптичної системиЦя система відповідає за генерацію та маніпулювання достатнє освітлення що виправдано відповідно до дослідження, яке буде проведено, а також для формування та розширення уявлення про вибірку.

Оптичні частини мікроскопа використовуються для бачити, збільшувати та створювати чітке зображення зразка, розміщеного на предметному склі. До них належать лінзи, діафрагми, призми та джерело світла. Усі вони розроблені для максимального зменшення таких проблем, як спотворення, розмиття та колірні аберації.

• Прожектор або джерело світла:

Звичайно, це важливий елемент, оскільки саме він генерує світло, спрямоване на зразок. Залежно від типу мікроскопа, світловий промінь, що випромінюється лампою, спрямовується на дзеркало, яке, у свою чергу... час перенаправляє його на зразок, або ж він потрапляє безпосередньо до конденсатора, розташованого під пластиною.

Джерелом світла зазвичай є галогенна або світлодіодна лампа Вбудований в основу мікроскопа, з відносно низькою напругою, щоб уникнути перегріву зразка. Деякі моделі дозволяють регулювати інтенсивність світла за допомогою потенціометр або реостатщо допомагає регулювати контрастність та візуальний комфорт спостерігача.

Положення фокуса залежатиме від того, чи це мікроскоп відбите світло або прохідне світлоУ прохідному світлі джерело світла знаходиться під предметним столиком. У відбитому світлі освітлювач розташований зверху, і світло падає на поверхню зразка зверху.

• Конденсатор:

Він відповідає за концентрувати та фокусувати світлові промені що йдуть від джерела світла до зразка. Зазвичай вони розходяться, тому конденсор змінює їхній напрямок, роблячи їх паралельними або навіть збіжними, щоб вони рівномірно освітлювали поле зору.

Він розташований трохи нижче пластини і зазвичай супроводжується механізм самофокусування (ручка фокусування конденсора), яка дозволяє піднімати або опускати її для регулювання напрямку падіння світла на зразок, що особливо важливо під час роботи з більшим збільшенням (понад 400x).

У високоякісних мікроскопах використання Конденсатор АббеРозроблений для забезпечення високої числової апертури та дуже контрольованого освітлення, що допомагає отримувати чіткі та добре контрастні зображення навіть з об'єктивами з великим збільшенням.

• Діафрагма:

Цей елемент дозволяє регулювати кількість світла, що потрапляє на зразокЦя дія регулювання світла відкриває можливість варіювати контраст, з яким спостерігається зразокДіафрагма розташована трохи нижче предметного столика, пов'язана з конденсором, і її оптимальне налаштування залежить від типу зразка, що спостерігається, а також від прозорість того ж самого.

Це працює аналогічно до райдужка людського окаДіафрагма: коли вона відкривається, вона пропускає більше світла, а коли закривається, зменшує його. Правильне налаштування діафрагми допомагає уникнути занадто яскравих або занадто темних зображень і дозволяє виділити деталі, які можуть залишитися непоміченими за неправильного освітлення.

• Objetivo:

Цей елемент є набір лінз, що знаходяться найближче до зразкаЦі лінзи забезпечують перший ступінь збільшення. Об'єктиви встановлені на револьвері, що дозволяє вибрати відповідний об'єктив для необхідного збільшення.

На їхньому боці написано наступне: збільшення (наприклад, 4x, 10x, 40x, 100x) і числове відкриття що, як вони визнають, є ключовим параметром для роздільної здатності. За своєю природою, їхня фокусна відстань дуже коротка, особливо в об'єктивах з великим збільшенням, що вимагає дуже близького розташування об'єктива до зразка для отримання сфокусованого зображення.

Багато мікроскопів мають щонайменше три цілі: одну з них... мале збільшення або сканування, один проміжний і один із високий прирістДеякі включають об'єктив для масляної імерсії, який забезпечує більшу роздільну здатність шляхом збільшення показника заломлення між лінзою та зразком.

• Очний:

Після того, як об'єктив забезпечує перший ступінь збільшення, окуляр, будучи оптичним елементом, забезпечує другий етап збільшення зображенняТобто, воно також збільшує зображення, яке раніше було збільшено об'єктивом, хоча збільшення, яке забезпечує окуляр, зазвичай менше, ніж у об'єктива.

Навіть так, саме завдяки цьому елементу можна фактично спостерігати за зразкомБільшість стандартних окулярів пропонують 10-кратне збільшення, хоча залежно від типу роботи також доступні окуляри з 5-кратним, 15-кратним або 20-кратним збільшенням. Саме тут і потрібен класифікаційний аналіз мікроскопів. монокуляри, біноклі та навіть тринокуляри.

Зрозумівши тоді, що загальне збільшення мікроскопа Збільшення визначається комбінацією об'єктива та окуляра (множенням обох значень). Вибір правильної комбінації є ключем до балансування збільшення, поля зору та яскравості. Надмірне збільшення без достатньої роздільної здатності забезпечує лише дуже велике зображення, але без корисних деталей.

• Оптична призма:

Згідно з деякими медичними текстами, деякі мікроскопи містять всередині призми, здатні коригувати напрямок світлаЦей елемент є важливим у випадку бінокулярних мікроскопів, оскільки призма розділяє промінь світла, що йде від об'єктива, таким чином, щоб його можна було спрямувати на два різні окуляри.

Окрім розщеплення променя, ці призми можуть правильна орієнтація зображеннящоб спостережуване відображалося з правильною орієнтацією, а не перевернутим чи перевернутим, що полегшує інтерпретацію зразка. У тринокулярних мікроскопах призми також можуть спрямовувати частину світла на третю трубку, до якої прикріплена камера для мікрофотографії або відео в режимі реального часу.

Інші електричні та керуючі елементи

Багато сучасних моделей включають внутрішній або зовнішній трансформатор який адаптує електричний струм до потреб лампи мікроскопа, оскільки потужність лампочки зазвичай нижча, ніж у побутової мережі. Деякі трансформатори мають контроль інтенсивності що дозволяє змінювати яскравість, не торкаючись діафрагми, забезпечуючи таким чином комфортніше освітлення для тривалих спостережень.

З огляду на все вищезазначене, ми можемо бути впевнені в елементах, з яких складається мікроскоп, що є важливим інструментом для вивчення мікроорганізмів, що впливають на розвиток людства. біомедичні дослідження, при аналізі матеріалів та при дослідженні захворювань а також можливі методи його лікування. Завдяки поєднанню стабільної механічної структури з точною оптичною системою та контрольованим освітленням, цей інструмент розширив межі того, що може бачити людське око, і назавжди змінив наше розуміння мікроскопічного світу.