Реклама на портале

Микроскоп и его строение и функции. Устройство световых микроскопов и техника микроскопирования

Тема 1. КЛЕТКА

§6. СТРОЕНИЕ МИКРОСКОПА

Вы ознакомиться со строением микроскопа и узнаете, как рассчитывать его увеличение.

Будем ли мы работать с микроскопом?

Что можно увидеть в микроскоп, кроме бактерия?

Микроскоп (от греческого «микрос»- малый и «скопео» - смотреть, рассматривать) - где увеличительный прибор, который позволяет рассматривать предмет и очень малого размера. Конструкция школьного микроскопа почти такая же, как в лучших исследовательских микроскопов первой половины XX века. (мл. 6). При правильной настройке школьный микроскоп позволяет увидеть не только клетку, но и отдельные ее внутренние структуры. А при наличии определенного опыта - даже выполнять некоторые интересные эксперименты.

Микроскоп состоит а корпуса и элементов оптической системы, через которые проходит свет.

Частями корпуса являются:

✓ основание;

Рис. в. Внешний вид и основные составляющие школьного микроскопа

✓ предметный столик, на котором размещается опытный образец, закрепляется на столике с помощью двух гибких держателей;

В штатив с изменяемым углом наклона, на котором находятся большой винт грубой настройки четкости (макрогвинт), и меньший винт точной настройки четкости (мікрогвинт);

✓ тубус, на нижней части которого крепится револьверная насадка с объективами, а в верхнюю часть укладывается окуляр.

К элементам оптической системы микроскопа относятся:

✓ вогнутое зеркало, которое можно поворачивать;

В диафрагма, что находится под предметным столиком;

✓ револьверная насадка с объективами разного увеличения;

✓ окуляр, в который наблюдают объект исследования.

Зеркало используют для настройки наилучшего освещения препарата. Диафрагмой регулируют контрастность и яркость изображения: если диафрагма закрыта, изображение очень контрастное, однако темное; если диафрагма полностью открыта, то контрастность мала, а света много, поэтому изображение переосвітлене.

Рис. 7. Объективы (а), окуляр (б) школьного микроскопа и их маркировка

Объектов. Школьный микроскоп имеет три объектива: очень малого (4-кратного), малого (10-кратного) и большого (40-кратного) увеличения. Для легкой их смены они вкручены в револьверную насадку. Объектив, который расположен вертикально вниз, в направлении к объекту исследования, включенный в оптическую систему, другие - выключены. Поворачивая револьверную насадку, можно менять рабочий объектив и, таким образом, переходить от одного увеличения к другому. При включении другого объектива в оптическую систему слышен легкий щелчок - это срабатывает пружинный фиксатор револьверной насадки.

Объектив является главным элементом оптической системы микроскопа. На объективе цифрами обозначены его технические характеристики.

В верхней строке первой цифрой обозначается увеличение объектива (жал. 7).

Произведение увеличения объектива и увеличения окуляра показывает общее увеличение микроскопа. Например, при включенном 4-кратном объективе и 10-кратном окуляре общее увеличение микроскопа составляет: 4 ∙ 10 = 40 (раз).

При работе с микроскопом на предметный столик кладут опытный образец, закрепляют его держателями, включают объектив малого увеличения (10-кратннй). Вращая зеркальце, направляют на препарат свет, и макрогвинтом настраивают четкость. Далее, при необходимости, включают объектив большого увеличения, підрегульовують четкость мікрогвинтом и контрастируют изображение диафрагмой.

Работая с микроскопом, придерживайтесь таких правил:

1. Линзы окуляров и объективов нужно предохранять от загрязнения и механических повреждений: не касаться пальцами и твердыми предметами, не допускать попадания на них воды и других веществ.

2. Запрещается раскручивать оправы окуляра и объективов, разбирать механические детали микроскопа - их ремонтируют только в специальных мастерских.

3. Переносить микроскоп надо двумя руками в вертикальном положении, держа прибор одной рукой за штатив, а другой - за его основу.

ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ, КОТОРЫЕ НУЖНО УСВОИТЬ

Объектив, общее увеличение микроскопа.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Из каких элементов состоит оптическая система микроскопа?

2. Элементы оптической системы микроскопа обеспечивают общее увеличение?

3. Для чего используется вогнутое зеркало?

4. Каково назначение диафрагмы?

5. Объектив включают в начале работы с микроскопом?

6. Какое максимальное увеличение можно получить игры применении объективов и окуляра, изображенных на рисунке 7?

7. Каких правил нужно придерживаться при работе с микроскопом?

ЗАДАЧИ

Внимательно рассмотрите ваш школьный микроскоп, найдите все его составляющие. Запишите увеличения окуляра и объектива. Рассчитайте увеличение микроскопа для каждого из объективов. Результаты запишите в таблицу в тетради.

ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ

Как определить размер наименьших объектов, которые можно увидеть в оптический микроскоп?

Размер минимального объекта, который можно увидеть с помощью глаза или увеличительного прибора, определяется его разрешением.

Разрешающая способность - это наименьшее расстояние между двумя точками, на котором их изображения еще разделены и не сливаются в одно. Разрешающая способность глаза человека составляет 200 мкм (0,2 мм), оптического микроскопа - 0,2 мкм (0,0002 мм), электронного микроскопа - 0,0002 мкм (0,0000002 мм). Если размер объекта меньше разрешения, то этот объект рассмотреть уже невозможно, и наоборот. Таким образом, именно от разрешения зависит, что можно увидеть в микроскоп, а что - нет.

Значение показателя, по которому рассчитывают разрешающую способность объектива, нанесено на его корпусе сразу после показателя увеличение объектива. Он называется апертурой объектива.

За апертурой рассчитывают разрешающую способность объектива:

Разрешающая способность (в мкм) = 0,3355 /апертура объектива.

Полученное значение округляют до десятых.

Пример: на объективе с красным кольцом (рис. 7) в верхней строке нанесена маркировка: «4 / 0,10». Цифра «4» указывает на увеличение объектива - четырехкратное, а «0,10» - апертуру. Разрешающая способность этого объектива

будет такая:

0,3355 / 0,10 = 3,355 « 3,4 (мкм).

  • Электрическая часть микроскопа

    • В отличие от лупы, микроскоп имеет, как минимум, две ступени увеличения. Функциональные и конструктивно-технологические части микроскопа предназначены для обеспечения работы микроскопа и получения устойчивого, максимально точного, увеличенного изображения объекта. Здесь мы рассмотрим устройство микроскопа и постараемся описать основные части микроскопа.

    Функционально устройство микроскопа делится на 3 части:

    1. Осветительная часть

    Осветительная часть конструкции микроскопа включает источник света (лампа и электрический блок питания) и оптико-механическую систему (коллектор, конденсор, полевая и апертурная регулируемые/ирисовые диафрагмы).

    2. Воспроизводящая часть

    Предназначена для воспроизведения объекта в плоскости изображения с требуемым для исследования качеством изображения и увеличения (т. е. для построения такого изображения, которое как можно точнее и во всех деталях воспроизводило бы объект с соответствующим оптике микроскопа разрешением, увеличением, контрастом и цветопередачей).
    Воспроизводящая часть обеспечивает первую ступень увеличения и расположена после объекта до плоскости изображения микроскопа.
    Воспроизводящая часть включает объектив и промежуточную оптическую систему.

    Современные микроскопы последнего поколения базируются на оптических системах объективов, скорректированных на бесконечность. Это требует дополнительно применения так называемых тубусных систем, которые параллельные пучки света, выходящие из объектива, «собирают» в плоскости изображения микроскопа.

    3. Визуализирующая часть

    Предназначена для получения реального изображения объекта на сетчатке глаза, фотоплёнке или пластинке, на экране телевизионного или компьютерного монитора с дополнительным увеличением (вторая ступень увеличения).
    Визуализирующая часть расположена между плоскостью изображения объектива и глазами наблюдателя (цифровой камерой).
    Визуализирующая часть включает монокулярную, бинокулярную или тринокулярную визуальную насадку с наблюдательной системной (окулярами, которые работают как лупа).
    Кроме того, к этой части относятся системы дополнительного увеличения (системы оптовара/смены увеличения); проекционные насадки, в том числе дискуссионные для двух и более наблюдателей; рисовальные аппараты; системы анализа и документирования изображения с соответствующими адаптерами для цифровых камер.

    Схема расположения основных элементов оптического микроскопа

    С конструктивно-технологической точки зрения, микроскоп состоит из следующих частей:

    • механической;
    • оптической;
    • электрической.

    1. Механическая часть микроскопа

    Устройство микроскопа включается в себя штатив, который является основным конструктивно-механическим блоком микроскопа. Штатив включает в себя следующие основные блоки: основание и тубусодержатель .

    Основание представляет собой блок, на котором крепится весь микроскоп и является одной из основных частей микроскопа. В простых микроскопах на основание устанавливают осветительные зеркала или накладные осветители. В более сложных моделях осветительная система встроена в основание без или с блоком питания.

    Разновидности оснований микроскопа:

    1. основание с осветительным зеркалом;
    2. так называемое «критическое» или упрощенное освещение;
    3. освещение по Келеру.
    1. узел смены объективов, имеющий следующие варианты исполнения — револьверное устройство, резьбовое устройство для ввинчивания объектива, «салазки» для безрезьбового крепления объективов с помощью специальных направляющих;
    2. фокусировочный механизм грубой и точной настройки микроскопа на резкость — механизм фокусировочного перемещения объективов или столиков;
    3. узел крепления сменных предметных столиков;
    4. узел крепления фокусировочного и центрировочного перемещения конденсора;
    5. узел крепления сменных насадок (визуальных, фотографических, телевизионных, различных передающих устройств).

    В микроскопах могут использоваться стойки для крепления узлов (например, фокусировочный механизм в стереомикроскопах или крепление осветителя в некоторых моделях инвертированных микроскопов).

    Чисто механическим узлом микроскопа является предметный столик , предназначенный для крепления или фиксации в определенном положении объекта наблюдения. Столики бывают неподвижные, координатные и вращающиеся (центрируемые и нецентрируемые).

    2. Оптика микроскопа (оптическая часть)

    Оптические узлы и принадлежности обеспечивают основную функцию микроскопа — создание увеличенного изображения объекта с достаточной степенью достоверности по форме, соотношению размеров составляющих элементов и цвету. Кроме этого, оптика должна обеспечивать такое качество изображения, которое отвечает целям исследования и требованиям методик проводимого анализа.
    Основными оптическими элементами микроскопа являются оптические элементы, образующие осветительную (в том числе, конденсор), наблюдательную (окуляры) и воспроизводящую (в том числе объективы) системы микроскопа.

    Объективы микроскопа

    — представляют собой оптические системы, предназначенные для построения микроскопического изображения в плоскости изображения с соответствующим увеличением, разрешением элементов, точностью воспроизведения по форме и цвету объекта исследования. Объективы являются одними из основных частей микроскопа. Они имеют сложную оптико-механическую конструкцию, которая включает несколько одиночных линз и компонентов, склеенных из 2-х или 3-х линз.
    Количество линз обусловлено кругом решаемых объективом задач. Чем выше качество изображения, которое дает объектив, тем сложнее его оптическая схема. Общее число линз в сложном объективе может доходить до 14 (например, это может относиться к планапохроматическому объективу с увеличением 100х и числовой апертурой 1,40).

    Объектив состоит из фронтальной и последующей частей. Фронтальная линза (или система линз) обращена к препарату и является основной при построении изображения соответствующего качества, определяет рабочее расстояние и числовую апертуру объектива. Последующая часть в сочетании с фронтальной обеспечивает требуемое увеличение, фокусное расстояние и качество изображения, а также определяет высоту объектива и длину тубуса микроскопа.

    Классификация объективов

    Классификация объективов значительно сложнее классификации микроскопов. Объективы разделяются по принципу расчетного качества изображения, параметрическим и конструктивно-технологическим признакам, а также по методам исследования и контрастирования.

    По принципу расчетного качества изображения объективы могут быть:

    • ахроматическими;
    • апохроматическими;
    • объективами плоского поля (план).

    Ахроматические объективы .

    Ахроматические объективы рассчитаны для применения в спектральном диапазоне 486-656 нм. Исправление любой аберрации (ахроматизация) выполнено для двух длин волн. В этих объективах устранены сферическая аберрация, хроматическая аберрация положения, кома, астигматизм и частично — сферохроматическая аберрация. Изображение объекта имеет несколько синевато-красноватый оттенок.

    Апохроматические объективы .

    Апохроматические объективы имеют расширенную спектральную область, и ахроматизация выполняется для трех длин волн. При этом, кроме хроматизма положения, сферической аберрации, комы и астигматизма, достаточно хорошо исправляются также вторичный спектр и сферохроматическая аберрация, благодаря введению в схему линз из кристаллов и специальных стекол. По сравнению с ахроматами, эти объективы обычно имеют повышенные числовые апертуры, дают четкое изображение и точно передают цвет объекта.

    Полуапохроматы или микрофлюары .

    Современные объективы, обладающие промежуточным качеством изображения.

    Планобъективы .

    В планобъективах исправлена кривизна изображения по полю, что обеспечивает резкое изображение объекта по всему полю наблюдения. Планобъективы обычно применяются при фотографировании, причем наиболее эффективно применение планапохроматов.

    Потребность в подобного типа объективах возрастает, однако они достаточно дороги из-за оптической схемы, реализующей плоское поле изображения, и применяемых оптических сред. Поэтому рутинные и рабочие микроскопы комплектуются так называемыми экономичными объективами. К ним относятся объективы с улучшенным качеством изображения по полю: ахростигматы (LEICA), СР-ахроматы и ахропланы (CARL ZEISS), стигмахроматы (ЛОМО).

    По параметрическим признакам объективы делятся следующим образом:

    1. объективы с конечной длиной тубуса (например, 160 мм) и объективы, скорректированные на длину тубуса «бесконечность» (например, с дополнительной тубусной системой, имеющей фокусное расстояние микроскопа 160 мм);
    2. объективы малых (до 10х); средних (до 50х) и больших (более 50х) увеличений, а также объективы со сверхбольшим увеличением (свыше 100х);
    3. объективы малых (до 0,25), средних (до 0,65) и больших (более 0,65) числовых апертур, а также объективы с увеличенными (по сравнению с обычными) числовыми апертурами (например, объективы апохроматической коррекции, а также специальные объективы для люминесцентных микроскопов);
    4. объективы с увеличенными (по сравнению с обычными) рабочими расстояниями, а также с большими и сверхбольшими рабочими расстояниями (объективы для работы в инвертированных микроскопах). Рабочее расстояние — это свободное расстояние между объектом (плоскостью покровного стекла) и нижним краем оправы (линзы, если она выступает) фронтального компонента объектива;
    5. объективы, обеспечивающие наблюдение в пределах нормального линейного поля (до 18 мм); широкопольные объективы (до 22,5 мм); сверхширокопольные объективы (более 22,5 мм);
    6. объективы стандартные (45 мм, 33 мм) и нестандартные по высоте.

    Высота — расстояние от опорной плоскости объектива (плоскости соприкосновения ввинченного объектива с револьверным устройством) до плоскости предмета при сфокусированном микроскопе, является постоянной величиной и обеспечивает парфокальность комплекта аналогичных по высоте объективов разного увеличения, установленных в револьверном устройстве. Иными словами, если с помощью объектива одного увеличения получить резкое изображение объекта, то при переходе к последующим увеличениям изображение объекта остается резким в пределах глубины резкости объектива.

    По конструктивно-технологическим признакам существует следующее разделение:

    1. объективы, имеющие пружинящую оправу (начиная с числовой апертуры 0,50), и без нее;
    2. объективы, имеющие ирисовую диафрагму внутри для изменения числовой апертуры (например, в объективах с увеличенной числовой апертурой, в объективах проходящего света для реализации метода темного поля, в поляризационных объективах отраженного света);
    3. объективы с корректирующей (управляющей) оправой, которая обеспечивает движение оптических элементов внутри объектива (например, для корректировки качества изображения объектива при работе с различной толщиной покровного стекла или с различными иммерсионными жидкостями; а также для изменения увеличения при плавной — панкратической — смене увеличения) и без нее.

    По обеспечению методов исследования и контрастирования объективы можно разделить следующим образом:

    1. объективы, работающие с покровным и без покровного стекла;
    2. объективы проходящего и отраженного света (безрефлексные); люминесцентные объективы (с минимумом собственной люминесценции); поляризационные объективы (без натяжения стекла в оптических элементах, т. е. не вносящие собственную деполяризацию); фазовые объективы (имеющие фазовый элемент — полупрозрачное кольцо внутри объектива); объективы ДИК (DIC), работающие по методу дифференциально-интерференционного контраста (поляризационные с призменным элементом); эпиобъективы (объективы отраженного света, предназначенные для обеспечения методов светлого и темного поля, имеют в конструкции специально рассчитанные осветительные эпи-зеркала);
    3. иммерсионные и безыммерсионные объективы.

    Иммерсия (от лат. immersio — погружение ) — жидкость, заполняющая пространство между объектом наблюдения и специальным иммерсионным объективом (конденсором и предметным стеклом). В основном применяются три типа иммерсионных жидкостей: масляная иммерсия (МИ/Oil), водная иммерсия (ВИ/W) и глицериновая иммерсия (ГИ/Glyc), причем последняя в основном применяется в ультрафиолетовой микроскопии.
    Иммерсия применяется в тех случаях, когда требуется повысить разрешающую способность микроскопа или её применения требует технологический процесс микроскопирования. При этом происходит:

    1. повышение видимости за счет увеличения разности показателя преломления среды и объекта;
    2. увеличение глубины просматриваемого слоя, который зависит от показателя преломления среды.

    Кроме того, иммерсионная жидкость может уменьшать количество рассеянного света за счет исчезновения бликов от объекта. При этом устраняются неизбежные потери света при его попадании в объектив.

    Иммерсионные объективы. Качество изображения, параметры и оптическая конструкция иммерсионных объективов рассчитываются и выбираются с учетом толщины слоя иммерсии, которая рассматривается как дополнительная линза с соответствующим показателем преломления. Иммерсионная жидкость, расположенная между объектом и фронтальным компонентом объектива, увеличивает угол, под которым рассматривается объект (апертурный угол). Числовая апертура безыммерсионного (сухого) объектива не превышает 1,0 (разрешающая способность порядка 0,3 мкм для основной длины волны); иммерсионного — доходит до 1,40 в зависимости от показателя преломления иммерсии и технологических возможностей изготовления фронтальной линзы (разрешающая способность такого объектива порядка 0,12 мкм).
    Иммерсионные объективы больших увеличений имеют короткое фокусное расстояние — 1,5-2,5 мм при свободном рабочем расстоянии 0,1-0,3 мм (расстояние от плоскости препарата до оправы фронтальной линзы объектива).

    Маркировка объективов.

    Данные о каждом объективе маркируются на его корпусе с указанием следующих параметров:

    1. увеличение («х»-крат, раз): 8х, 40х, 90х;
    2. числовая апертура: 0,20; 0,65, пример: 40/0,65 или 40х/0,65;
    3. дополнительная буквенная маркировка, если объектив используется при различных методах исследования и контрастирования: фазовый — Ф (Рп2 — цифра соответствует маркировке на специальном конденсоре или вкладыше), поляризационный — П (Pol), люминесцентный — Л (L), фазово-люминесцентный — ФЛ (PhL), ЭПИ (Epi, HD) — эпиобъектив для работы в отраженном свете по методу темного поля, дифференциально-интерференционный контраст — ДИК (DIC), пример: 40х/0,65 Ф или Ph2 40x/0,65;
    4. маркировка типа оптической коррекции: апохромат — АПО (АРО), планахромат — ПЛАН (PL, Plan), планапохромат — ПЛАН-АПО (Plan-Аро), улучшенный ахромат, полуплан — СХ — стигмахромат (Achrostigmat, CP-achromat, Achroplan), микрофлюар (полуплан-полуапохромат) — СФ или М-ФЛЮАР (MICROFLUAR, NEOFLUAR, NPL, FLUOTAR).

    Окуляры

    Оптические системы, предназначенные для построения микроскопического изображения на сетчатке глаза наблюдателя. В общем виде окуляры состоят из двух групп линз: глазной — ближайшей к глазу наблюдателя — и полевой — ближайшей к плоскости, в которой объектив строит изображение рассматриваемого объекта.

    Окуляры классифицируются по тем же группам признаков, что и объективы:

    1. окуляры компенсационного (К — компенсируют хроматическую разность увеличения объективов свыше 0,8%) и безкомпенсационного действия;
    2. окуляры обычные и плоского поля;
    3. окуляры широкоугольные (с окулярным числом — произведение увеличения окуляра на его линейное поле — более 180); сверхширокоугольные (с окулярным числом более 225);
    4. окуляры с вынесенным зрачком для работы в очках и без;
    5. окуляры для наблюдения, проекционные, фотоокуляры, гамалы;
    6. окуляры с внутренней наводкой (с помощью подвижного элемента внутри окуляра происходит настройка на резкое изображение сетки или плоскость изображения микроскопа; а также плавное, панкратическое изменение увеличения окуляра) и без нее.

    Осветительная система

    Осветительная система является важной частью конструкции микроскопа и представляет собой систему линз, диафрагм и зеркал (последние применяются при необходимости), обеспечивающую равномерное освещение объекта и полное заполнение апертуры объектива.
    Осветительная система микроскопа проходящего света состоит из двух частей — коллектора и конденсора.

    Коллектор.
    При встроенной осветительной системе проходящего света коллекторная часть расположена вблизи источника света в основании микроскопа и предназначена для увеличения размера светящегося тела. Для обеспечения настройки коллектор может быть выполнен подвижным и перемещаться вдоль оптической оси. Вблизи коллектора располагается полевая диафрагма микроскопа.

    Конденсор.
    Оптическая система конденсора предназначена для увеличения количества света, поступающего в микроскоп. Конденсор располагается между объектом (предметным столиком) и осветителем (источником света).
    Чаще всего в учебных и простых микроскопах конденсор может быть выполнен несъемным и неподвижным. В остальных случаях конденсор является съемной частью и при настройке освещения имеет фокусировочное перемещение вдоль оптической оси и центрировочное перемещение, перпендикулярное оптической оси.
    При конденсоре всегда находится осветительная апертурная ирисовая диафрагма.

    Конденсор является одним из основных элементов, обеспечивающих работу микроскопа по различным методам освещения и контрастирования:

    • косое освещение (диафрагмирование от края к центру и смещение осветительной апертурной диафрагмы относительно оптической оси микроскопа);
    • темное поле (максимальное диафрагмирование от центра к краю осветительной апертуры);
    • фазовый контраст (кольцевое освещение объекта, при этом изображение светового кольца вписывается в фазовое кольцо объектива).

    Классификация конденсоров близка по группам признаков к объективам:

    1. конденсоры по качеству изображения и типу оптической коррекции делятся на неахроматические, ахроматические, апланатические и ахроматические-апланатические;
    2. конденсоры малой числовой апертуры (до 0,30), средней числовой апертуры (до 0,75), большой числовой апертуры (свыше 0,75);
    3. конденсоры с обычным, большим и сверхбольшим рабочим расстоянием;
    4. обычные и специальные конденсоры для различных методов исследования и контрастирования;
    5. конструкция конденсора — единая, с откидным элементом (фронтальным компонентом или линзой большого поля), со свинчивающимся фронтальным элементом.

    Конденсор Аббе — не исправленный по качеству изображения конденсор, состоящий из 2-х неахроматических линз: одной — двояковыпуклой, другой — плосковыпуклой, обращенной к объекту наблюдения (плоская сторона этой линзы направлена вверх). Апертура конденсора, А= 1,20. Имеет ирисовую диафрагму.

    Апланатический конденсор — конденсор, состоящий из трех линз, расположенных следующим образом: верхняя линза — плосковыпуклая (плоская сторона направлена к объективу), далее следуют вогнуто-выпуклая и двояковыпуклая линзы. Исправлен в отношении сферической аберрации и комы. Апертура конденсора, А = 1.40. Имеет ирисовую диафрагму.

    Ахроматический конденсор — конденсор, полностью исправленный в отношении хроматической и сферической аберрации.

    Конденсор темного поля — конденсор, предназначенный для получения эффекта темного поля. Может быть специальным или переделан из обычного светлопольного конденсора путем установки в плоскости ирисовой диафрагмы конденсора непрозрачного диска определенного размера.

    Маркировка конденсора.
    На фронтальной части конденсора наносится маркировка числовой апертуры (осветительной).

    3. Электрическая часть микроскопа

    В современных микроскопах, вместо зеркал, используются различные источники освещения, питаемые от электрической сети. Это могут быть как обычные лампы накаливания, так и галогенные, и ксеноновые, и ртутные лампы. Также все большую популярность набирают светодиодные осветители. Они обладают значительными преимуществами перед обычными лампами, как например долговечность, меньшее энергопотребление и др. Для питания источника освещения используются различные блоки питания, блоки розжига и другие устройства, преобразующие ток из электрической сети в подходящий для питания того или иного источника освещения. Также это могут быть и аккумуляторные батареи, что позволяет использовать микроскопы в полевых условиях при отсутствии точки подключения.

    Специальные виды микроскопии

    Темнопольная. Используют специальный конденсор, выделяющий контрастирующие структуры неокрашенного материала. Темнопольная микроскопия позволяет наблюдать живые объекты. Наблюдаемый объект выглядит как освещенный на темном поле. При этом лучи от осветителя падают на объект сбоку, а в линзы микроскопа поступают только рассеянные лучи.

    Фазово-контрастная микроскопия позволяет изучать живые и неокрашенные объекты. При прохождении света через окрашенные объекты изменяется амплитуда световой волны, а при прохождении света через неокрашенные – фаза световой волны, что и используют для получения высококонтрастного изображения в фазово-контрастной и интерференционной микроскопии.

    Поляризационная микроскопия - формирование изображения неокрашенных анизотропных структур (например, коллагеновые волокна и миофибриллы).

    Интерференционная микроскопия объединяет принципы фазово-контрастной и поляризационной микроскопии и применяется для получения контрастного изображения неокрашенных объектов.

    Люминесцентная микроскопия применяется для наблюдения флюоресцирующих (люминесцирующих) объектов. В люминесцентном микроскопе свет от мощного источника проходит через два фильтра. Один фильтр задерживает свет перед образцом и пропускает свет длины волны, возбуждающей флюоресценцию образца. Другой фильтр пропускает свет длины волны, излучаемой флуоресцирующим объектом. Таким образом, флюоресцирующие объекты поглощают свет одной длины волны и излучают в другой области спектра.

    Флюоресцирующие красители (флюоресцин, родамин и др.) избирательно связываются со специфическими макромолекулами.

    Электронная микроскопия

    Теоретическое разрешение просвечивающего ЭМ составляет 0,002 нм. Реальное разрешение современных микроскопов приближается к 0,1 нм. Для биологических объектов разрешение ЭМ на практике составляет 2 нм.

    Просвечивающий ЭМ состоит из колонны, через которую в вакууме проходят электроны, излучаемые катодной нитью. Пучок электронов, фокусируемый кольцевыми магнитами, проходит через подготовленный образец. Характер рассеивания электронов зависит от плотности образца. Проходящие через образец электроны фокусируют, наблюдают на флюоресцирующем экране и регистрируют при помощи фотопластинки.

    Сканирующий ЭМ применяют для получения трехмерного изображения поверхности исследуемого объекта.

    Метод сколов ( замораживания-скалывания) применяют для изучения внутреннего строения клеточных мембран. Клетки замораживают при температуре жидкого азота в присутствии криопротектора и используют для изготовления сколов. Плоскости скола проходят через гидрофобную середину двойного слоя липидов. Обнаженную внутреннюю поверхность мембран оттеняют платиной, полученные реплики изучают в сканирующем электронном микроскопе.

    2.Основные части светового микроскопа их назначение и устройство
    Разрешающая способность микроскопа дает раздельное изображение двух близких друг другу линий. Невооруженный человеческий глаз имеет разрешающую способность около 1/10 мм или 100 мкм. Лучший световой микроскоп примерно в 500 раз улучшает возможность человеческого глаза, т. е. его разрешающая способность составляет около 0,2 мкм или 200 нм.

    Разрешающая способность и увеличение не одно и тоже. Если с помощью светового микроскопа получить фотографии двух линий, расположенных на расстоянии менее 0,2 мкм, то, как бы не увеличивать изображение, линии будут сливаться в одну. Можно получить большое увеличение, но не улучшить его разрешение.

    Различают полезное и бесполезное увеличения. Под полезным понимают такое увеличение наблюдаемого объекта, при котором можно выявить новые детали его строения. Бесполезное - это увеличение, при котором, увеличивая объект в сотни и более раз, нельзя обнаружить новых деталей строения. Например, если изображение, полученное с помощью микроскопа (полезное!), увеличить еще во много раз, спроецировав его на экран, то новые, более тонкие детали строения при этом не выявятся, а лишь соответственно увеличатся размеры имеющихся структур.

    В учебных лабораториях обычно используют световые микроскопы, на которых микропрепараты рассматриваются с использованием естественного или искусственного света. Наиболее распространены световые биологические микроскопы: БИОЛАМ, МИКМЕД, МБР (микроскоп биологический рабочий), МБИ (микроскоп биологический исследовательский) и МБС (микроскоп биологический стереоскопический). Они дают увеличение в пределах от 56 до 1350 раз. Стереомикроскоп (МБС) обеспечивает подлинно объемное восприятие микрообъекта и увеличивает от 3,5 до 88 раз.

    В микроскопе выделяют две системы: оптическую и механическую К оптической системе относят объективы, окуляры и осветительное устройство (конденсор с диафрагмой и светофильтром, зеркало или электроосветитель).

    Механическая часть микроскопа.

    основание (штатив) или массивная ножка (1);
    коробка с микромеханизмом (2) и микровинтом (3);

    податочный механизм для грубой наводки – макровинт или кремальера (8);
    предметный столик (4);

    винты (5, 6, 12, 13);

    головка (9); револьвер (10); клеммы; тубус (11);

    дуга или тубусодержвтель(7);
    Кремальера (макровинт) – служит для приблизительной «грубой» установки на фо-

    Механическая система микроскопа состоит из подставки, коробки с микрометренным механизмом и микрометренным винтом, тубуса, тубусодержателя, винта грубой наводки, кронштейна конденсора, винта перемещения конденсора, револьвера, предметного столика.

    Подставка - это основание микроскопа.

    Коробка с микрометренным механизмо м, построенном на принципе взаимодействующих шестерен, прикреплена к подставке неподвижно. Микрометренный винт служит для незначительного перемещения тубусодержателя, а, следовательно, и объектива на расстояния, измеряемые микрометрами. Полный оборот микрометренного винта передвигает тубусодержатель на 100 мкм, а поворот на одно деление опускает или поднимает тубусодержатель на 2 мкм. Во избежание порчи микрометренного механизма разрешается крутить микрометренный винт в одну сторону не более чем на половину оборота.

    Тубус или трубка - цилиндр , в который сверху вставляют окуляры. Тубус подвижно соединен с головкой тубусодержателя, его фиксируют стопорным винтом в определенном положении. Ослабив стопорный винт, тубус можно снять.

    Револьвер предназначен для быстрой смены объективов, которые ввинчиваются в его гнезда. Центрированное положение объектива обеспечивает защелка, расположенная внутри револьвера.

    Винт грубой наводки используют для значительного перемещения тубусодержателя, а, следовательно, и объектива с целью фокусировки объекта при малом увеличении.

    Предметный столик предназначен для расположения на нем препарата. В середине столика имеется круглое отверстие, в которое входит фронтальная линза конденсора. На столике имеются две пружинистые клеммы - зажимы, закрепляющие препарат.

    Кронштейн конденсора подвижно присоединен к коробке микрометренного механизма. Его можно поднять или опустить при помощи винта, вращающего зубчатое колесо, входящее в пазы рейки с гребенчатой нарезкой.

    МИКРОСКОП. МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ.

    Микроскопическая техника.

    Главные этапы цитологического и гистологического анализа:

    Выбор объекта исследования

    Подготовка его для изучения в микроскопе

    Применение методов микроскопирования

    Качественный и количественный анализ полученных изображений

    Количественные методы исследования - морфометрия, денситометрия, цитофотометрия, спектро-флуорометрия.

    Микроскопические методы исследования имеют огромное значение для теории и практики медицины как способ изучения гистологических структур в норме, эксперименте и патологии.

    Световой микроскоп. Микроскоп – оптический прибор, предназначенный для получения увеличенных изображений биологических объектов и деталей их строения, не видимых невооруженным глазом.

    Микроскоп состоит из оптических и механических частей. Оптические части микроскопа: объективы, окуляры, зеркало и конденсор с ирисовой диафрагмой. Механические части микроскопа: основание, тубусодержатель, тубус, револьвер, предметный столик, механизмы макро- и микровинта, механизм перемещения конденсора

    Оптические части микроскопа.

    Объектив – основная оптическая часть микроскопа, которая создает изображение препарата. Объектив является системой линз в металлической оправе, где различают фронтальную – главную или увеличительную линзу, ближайшую к объекту, которая строит изображение и коррекционные – они устраняют аберрации фронтальной линзы. Объективы подразделяются:

    А) по степени увеличения на объективы малых увеличений (увеличение ≤10), объективы средних увеличений (увеличение ≤40), объективы больших увеличений (увеличение ≥40),

    Б) по степени совершенства исправлений аберраций (искажений) на монохроматы (предназначены для работы при монохроматическом освещении), ахроматы (хроматическая аберрация исправлена для 2 цветов спектра), апохроматы (хроматическая аберрация исправлена для 3 цветов спектра); планмонохроматы, планахроматы, планапохроматы (исправлена кривизна поверхности изображения),

    В) по свойствам на суховоздушные и иммерсионные. При использовании суховоздушных объективов между препаратом и объективом воздушное пространство, при иммерсионыых между препаратом и объективом находится жидкость (иммерсионное масло, вода). Соответственно иммерсионные объективы делят на водные и маслянные. Получение максимального увеличения возможно только с помощью иммерсионного объектива (как правило, объектива с увеличением 90).Иммерсионные объективы рассчитываются на работу с покровными стеклами не толще 0,17 мм.

    Окуляр – оптическая система, используемая для рассматривания изображения, построенного объективом. Простой окуляр (Гюйгенса) состоит из двух плосковыпуклых линз, обращенных выпуклой поверхностью в сторону объектива. Между линзами находится диафрагма с постоянным отверстием. К диафрагме крепится стрелка – указатель. Верхняя линза именуется глазной, на ее оправе указывается увеличение окуляра. Нижняя линза получила название полевой. Окуляр обычно увеличивает изображение в 5-25 раз

    Зеркало – направляет поток света через конденсор на препарат. Имеет плоскую и вогнутую поверхности, которые используются в зависимости от степени освещения.

    Конденсор – собирает лучи света и фокусирует их на препарат, обеспечивая достаточное и равномерное освещение последнего. Конденсор состоит из двух линз: нижней двояковыпуклой и верхней плосковыпуклой. С помощью конденсора регулируют степень освещения изучаемого объекта.

    →

    Конструкция микроскопа непосредственно зависит от его назначения. Как Вы уже, наверное, догадались, микроскопы бывают разные, и оптический микроскоп будет значительно отличаться от электронного или рентгеновского. В данной статье будет подробно разбираться строение оптического светового микроскопа , который на данный момент является наиболее популярным выбором любителей и профессионалов, и с помощью которого можно решить множество исследовательских задач.

    Оптические микроскопы также имеют свою классификацию и могут различаться по своему строению. Тем не менее, существует основной набор деталей, которые входят в устройство любого оптического микроскопа. Давайте рассмотрим каждую из этих деталей.

    В микроскопе можно выделить оптическую и механическую части. Оптика микроскопа включает в себя объективы, окуляры, а также осветительную систему. Штатив, тубус, предметный столик, крепления конденсора и светофильтров, механизмы для регулировки предметного столика и тубусодержателя составляют механическую часть микроскопа.

    Начнем, пожалуй, с оптической части .

    • Окуляр . Та часть оптической системы, которая непосредственно связана с глазами наблюдателя. В простейшем случае объектив состоит из одной линзы. Иногда для большего удобства, или, как принято говорить, "эргономичности", объектив может быть снабжен, например, "наглазником" из резины либо мягкого пластика. В стереоскопических (бинокулярных) микроскопах имеется два окуляра.
    • Объектив . Едва ли не самая важная часть микроскопа, обеспечивающая основное увеличение. Основной параметр - аппертура, о том, что это такое, подробно рассказано в разделе "Основные параметры микроскопов". Объективы делятся на "сухие" и "иммерсионные", ахроматические и апохроматические, и даже в дешевых простых микроскопах представляют собой довольно сложную систему линз. Некоторые микроскопы имеют унифицированные элементы крепления объективов, что позволяет комплектовать прибор в соответствии с задачами и бюджетом потребителя.
    • Осветитель . Очень часто используется обыкновенное зеркало, позволяющее направлять на исследуемый образец дневной свет. В настоящее время часто применяют специальные галогенные лампы, имеющие спектр, близкий к естественному белому свету и не вызывающие грубых искажений цвета.
    • Диафрагма . В основном в микроскопах применяют так называемые "ирисовые" диафрагмы, названные так потому, что содержат лепестки, подобные лепесткам цветка ириса. Сдвигая или раздвигая лепестки, можно плавно регулировать силу светового потока, поступающего не исследуемый образец.
    • Коллектор . С помощью коллектора, расположенного вблизи светового источника, создается световой поток, который заполняет апертуру конденсора.
    • Конденсор . Данный элемент, представляющий собой собирающую линзу, формирует световой конус, направленный на объект. Интенсивность освещения при этом регулируется диафрагмой. Чаще всего в микроскопах используется стандартный двухлинзовый конденсор Аббе.

    Стоит отметить , что в оптическом микроскопе может быть использован один из двух основных способов освещения: освещение проходящего света и освещение отраженного света. В первом случае световой поток проходит через объект, в результате чего формируется изображение. Во втором - свет отражается от поверхности объекта.

    Что касается оптической системы в целом, то в зависимости от ее строения принято выделять прямые микроскопы (объективы, насадка, окуляры располагаются над объектом), инвертированные микроскопы (вся оптическая система располагается под объектом), стереоскопические микроскопы (бинокулярные микроскопы, состоящие по сути из двух микроскопов, расположенных под углом друг к другу и формирующие объемное изображение).

    Теперь перейдем к механической части микроскопа .

    • Тубус . Тубус представляет собой трубку, в которую заключается окуляр. Тубус должен быть достаточно прочным, не должен деформироваться, что ухудшит оптические свойства, потому только в самых дешевых моделях тубус делается из пластмассы, чаще же используются алюминий, нержавеющая сталь либо специальные сплавы. Для ликвидации "бликов" тубус внутри, как правило, покрывается черной светопоглощающей краской.
    • Основание . Обычно выполняется достаточно массивным, из металлического литья, для обеспечения устойчивости микроскопа во время работы. На данном основании крепится тубусодержатель, тубус, держатель конденсора, ручки фокусировки, револьверное устройство и насадка с окулярами.
    • Револьверная головка для быстрой смены объективов. Как правило, в дешевых моделях, имеющих всего один объектив, этот элемент отсутствует. Наличие револьверной головки позволяет оперативно регулировать увеличение, меняя объективы простым ее поворотом.
    • Предметный столик , на котором размещают исследуемые образцы. Это либо тонкие срезы на предметных стеклах - для микроскопов, работающих в "проходящем свете", либо объемные объекты для микроскопов "отраженного света".
    • Крепления , которыми предметные стекла фиксируются на предметном столике.
    • Винт грубой настройки фокусировки . Позволяет, изменяя расстояние от объектива до исследуемого образца, добиваться наиболее четкого изображения.
    • Винт точной фокусировки . То же самое, только с меньшим шагом и меньшим "ходом" резьбы для максимально точной регулировки.