Mikroskoobi osad: mehaanilised ja optilised süsteemid üksikasjalikult selgitatud

Enne mikroskoobi osade kohta üksikasjalikumalt õppimist on oluline teada Mis see instrument on ja miks see esindas teaduslikku revolutsiooni?Mikroskoop on optiline instrument, mis on loodud äärmiselt väikeste objektide, näiteks ..., suurendustega kujutiste loomiseks. rakud, mikroorganismid või sisemised koestruktuuridmis on inimsilmale praktiliselt nähtamatud. Võimaldades neid elemente jälgida ja nende peeneid detaile eristada, sai mikroskoobist teaduspraktika oluline tööriist.

Mikroskoop peab suutma täita kolme põhiülesannet: suurenda pilti (tee see suuremaks), lahendada väga peeneid detaile (eristage väga lähestikku asuvaid punkte eraldi elementidena) ja projitseerida pilti nii, et inimsilm või kaamera seda selgelt näeksSelle saavutamiseks ühendab see rea mehaanilisi ja optilisi elemente, mis toimivad koos. Mikroskoobi osade ja nende funktsioonide mõistmine on oluline selle õigeks kasutamiseks ja vigade vältimiseks fokuseerimisel, valgustusel või proovi tõlgendamisel.

Vähe de historia

Mikroskoobi leiutamine jääb ebakindlaks. Vaatamata Hollandi kaupmehe Anton Van Leeuwenhoeki mainimisele, kes on tuntud kui mikrobioloogia isa Kuigi talle omistatakse punaste vereliblede avastamist ja mikroskoopide täiustamist, pärines esimene leiutis tegelikult Hollandi läätsemeistrilt Zaccharias Janssenilt ja tema isalt Hans Janssenilt. See juhtus umbes 1590. aastal.

Need varased kujundused vastasid a-le väga algeline liitmikroskoopSee koosnes piklikust torust, mille otstes olid läätsed. See oli liitmikroskoop, mille toru oli umbes 45 cm pikk ja 5 cm läbimõõduga ning mõlemas otsas kumer lääts. Läbi selle süsteemi vaadates tekkisid suurendatud pildid, kuigi paljude optiliste aberratsioonide ja värviliste halodega. kromaatiline ja sfääriline aberratsioon.

1673. aasta paiku tegi hollandlane Antoni Van Leeuwenhoek kes oli kangamüüja ilma ametliku loodusteadusliku haridusetaTa hakkas huvituma elu pisikestest kujutistest, mida ta luupide abil kudesid uurides nägi, mis ajendas teda valmistama oma lihtsaid üheläätselisi mikroskoope. Tänu oma oskusele kvaliteetsete läätsede poleerimisel saavutas ta tolle aja kohta üllatava suurendusvõime, saades seeläbi tõeliseks eksperdiks. mikroobide jahimees.

Mõned väidavad, et ta valmistas rohkem kui 500 suurendusklaasimillega nad suutsid mikroorganismide algset suurust kuni 500 korda suurendada. Van Leeuwenhoekile omistatakse avastused bakterid, algloomad ja mõnede väljaannete kohaselt ka spermaKuigi tema mikroskoobid olid tehniliselt lihtsad (üks lääts), ületasid nad pildikvaliteedi poolest paljusid oma aja liitmikroskoope just seetõttu, et neil oli vähem optiliste aberratsioonide probleeme.

Samal ajal teised teadlased, näiteks Robert konks Nad arendasid keerukamaid liitmikroskoope. Hooke kirjeldas ühes oma teoses korgi struktuuri ja võttis kasutusele termini "rakk" nähes väikeseid õõnsusi, mis meenutasid talle kärgstruktuuri rakke. Aja jooksul ja tänu läätsede tootmise ja instrumentide mehaanika täiustustele saavutasid mikroskoobid eraldusvõime, stabiilsuse ja kasutusmugavuse, saades lõpuks võimsaks laboritööriistaks, mida me tänapäeval tunneme.

Järgnevad edusammud klaasi valmistamisel Kromaatilise aberratsiooni korrektsioon Peegeldusvastaste katete kasutuselevõtt võimaldas toota palju täpsemaid läätsesid ja okulaare. Hiljem lisati elektrilised valgusallikad, peenfokuseerimissüsteemid, binokulaarsed okulaarid ja tänapäeval ka ... digitaalsed ja intelligentsed mikroskoobid mis integreerivad kaameraid, pildianalüüsi tarkvara ja selliste ülesannete automatiseerimist nagu fotomikrograafia, särituse reguleerimine või järjestikuste piltide jäädvustamine.

Mikroskoobi klassifikatsioon

Mikroskoope on lai valik, mis võimaldab neid liigitada mitme põhikriteeriumi alusel. Nende klassifikatsioonide mõistmine on kasulik õige mikroskoobi tüübi valimine olenevalt selle kavandatud kasutusest laboris, koolis või tööstuses.

Põhiklassifikatsioon tehakse läätsede arvu, valgustussüsteemi, valguse läbilaskvuse, okulaaride arvu ja selle elementide konfiguratsiooni järgi.

• Vastavalt läätsede arvule: Lihtne (üks lääts, nagu luup) ja liitlääts (objektiivi ja okulaari kombineerimine kaheastmelise suurenduse saavutamiseks).
• Vastavalt valgustussüsteemile: Optiline nähtav valgus (kõige levinum õppetöös ja laboris), elektrooniline (näiteks transmissioon- või skaneeriv elektronmikroskoop), ultraviolettvalgus, polariseeritud valgus ja fluorestsents.
• Vastavalt valguse läbilaskvusele: Läbiv valgus (valgus läbib proovi, ideaalne õhukeste kudede puhul) ja peegeldunud ehk episkoopiline valgus (valgus peegeldub proovi pinnalt, kasutatakse laialdaselt materjalides ja elektroonikas).
• Okulaaride arvu järgi: Monokulaarne (üks okulaar), binokulaarne (kaks okulaari mugavamaks vaatlemiseks ja nähtava stereoskoopilise nägemise tagamiseks) ja trinokulaarne (kaks okulaari otseseks vaatlemiseks ja kolmas toru kaamera jaoks).
• Vastavalt elementide konfiguratsioonile: Digitaalne (integreeritud kaamera ja sageli arvutiühendus), stereoskoopiline või dissektsiooniline (pakub nähtavat kolmemõõtmelist pilti ja madalaid suurendusi, väga kasulik välitöödel või dissektsioonil).

On ka teisi spetsiaalseid mikroskoope, näiteks: tume väli (parandab kergelt värvunud proovide kontrasti), konfokaalne (tekitab kõrglahutusega pilte ja 3D-optilisi lõikeid) ja faasikontrast (ideaalne läbipaistvate, värvumata elusrakkude jaoks).

Lisaks tüüpide eristamisele on mikroskoobi valimisel soovitatav arvestada ka selliste parameetritega nagu resolutsioon (võime eraldada kahte väga lähestikku asuvat punkti), kasulik võimendusjõudselle läätsede ja kondensaatori kvaliteet ning eelarve olemasMõned mudelid pakuvad suuremat eraldusvõimet väiksema nähtava suurendusega, mis võib olla kasulikum kui liialdatud suurendus, kuid ilma tegelike detailideta.

Mikroskoobi osad

Mikroskoobi osade määramiseks räägime kahest põhikomplektist: mehaaniline süsteem y optiline süsteem.

Mehaaniline süsteem koosneb kõigist osadest, mis pakuvad tugi, stabiilsus ja liikuvus optilistele elementidele. Optiline süsteem koosneb läätsedest ja nendega seotud komponentidest pildi moodustamine, suurendamine ja valgustamineMõlema süsteemi koosmõju võimaldab lavale asetatud proovi selgelt jälgida.

Paljudes tekstides viidatakse ka kolmele üldisele struktuuriosale: pea või keha (kus on koondunud enamik optilisi elemente), baas (tugi ja valgustus) ja käsi (ühendus aluse ja pea vahel). Kuigi nimed võivad veidi erineda, on funktsioon sisuliselt sama.

Mikroskoobi mehaaniline süsteem

Mis puutub Mehaaniline süsteemAlus, mida nimetatakse ka riistvaraks, on saadaval erineva kuju ja suurusega. Saadaval on suured, keskmised ja väikesed ehk kaasaskantavad mudelid. Suuremad mudelid sisaldavad sageli kõik professionaalseks tööks vajalikud elemendidsamuti võimaldades osade ja tarvikute vahetamist väga mitmekesiste vaatluste tegemiseks.

Vaatamata suuruse erinevustele on enamikul liitoptilistel mikroskoopidel sarnased omadused ja osad, kus konstruktsioonielemendid vastutavad Hoidke proovid joondatud, tagage stabiilsus seadmest ja võimaldavad täpseid liigutusi teravustamiseks.

• Alus või jalg:

Tavaliselt on see kõige raskem osa, et varustada vajalik tasakaal ja stabiilsus uuringu läbiviimiseks hädavajalik. See asub mikroskoobi allosas ja Ülejäänud elemendid on selle peale paigaldatud.See on tavaliselt Y-kujuline, hobuserauakujuline või ristkülikukujuline ja selle sees asub enamikus tänapäevastes mudelites valgusti või valgusallikas.

See sisaldab mõnda allosas libisemiskindlad kummist kaitserauad et vältida mikroskoobi libisemist pinnal, millel see asetseb. See alus aitab ka neelata väikseid vibratsioone, mis parandab pildi teravust suure suurenduse kasutamisel.

• Arm:

See on mikroskoobi vahetükk, mis ühendab kõiki selle osi ja moodustab... mikroskoobi skelettSee vastutab pinna ühendamise eest, kuhu proov asetatakse, okulaariga, mille kaudu seda saab vaadelda. Mikroskoobi erinevad läätsed, nii objektiiv kui ka okulaari lääts, on kinnitatud varre külge.

Paljudes mudelites sisaldab käsivars ka Makomeetriline ja mikromeetriline teravustamissüsteem See toimib ka käepidemena mikroskoobi ohutuks transportimiseks. Seetõttu on seadme teisaldamisel soovitatav hoida seda ühe käega käsivarrest ja toetada teisega alust, vältides lööke ja joondamata jätmisi.

• Plaat:

Vaadeldav proov asetatakse sinna. Lava on a tasane, jäik pind, tavaliselt metallist, millele asetatakse prooviga klaasslaid. Selle pinna vertikaalne asend seos objektiivsete läätsedega Seda saab reguleerida kahe kruvi abil, mis asuvad aluse lähedal või käel endal.

Vaadril on keskne auk mille kaudu proovi valgustatakse, kuna pirni või peegli valgusvihk peab sellest läbi minema. Samuti on olemas kaks klambrit selle külge kinnitatud, mida nimetatakse plaadiklambriteks ja mis hoiavad slaidi kindlalt paigal.

Täiustatud mikroskoobid kasutavad mehaaniline plaatSee hõlmab kruvisid või nuppe proovi kontrollitud liikumiseks mööda X- ja Y-telge (horisontaalselt ja vertikaalselt). See võimaldab proovi skannida ilma seda sõrmedega puudutamata, mille tulemuseks on sujuvad ja täpsed liigutused vaatluse ajal.

• Pintsetid:

Need on plaadi külge kinnitatud ja võimaldavad hoidke proovi fikseeritud asendisSelle ülesanne on takistada slaidi liikumist fokuseerimise ajal või laua liigutamisel, mis on eriti oluline suure suurenduse korral töötamisel või täpsete mõõtmiste tegemisel.

• Jäme kruvi:

Selle funktsioon on proovi vertikaalse asendi reguleerimine objektiivi suhtes. See suurem kruvi toimib torule või lauale, võimaldades suhteliselt suured nihked vertikaalsuunas. Seda kasutatakse esialgse fookuse saamiseks, mida seejärel täiendatakse järgmise kruviga, mida nimetatakse mikromeetrikruviks.

Selle tekitatud liikumine on tavaliselt sarnane a-ga. tõmblukknäiteks objektiivide kiire liigutamine proovile lähemale või kaugemale. Seetõttu tuleb seda suure suurendusega objektiividega töötamisel ettevaatlikult kasutada, et vältida läätse kokkupuudet slaidiga.

• Mikromeetri kruvi:

Sellel on suurem täpsus, seega kasutatakse seda a saavutamiseks peen ja täpne fookus proovist. Selle reguleerimine peab toimuma aeglaselt, et saavutada laua või toru vertikaalne nihutamine. Selle tekitatud liikumised on äärmiselt väikesed (tuhandikmillimeetri suurusjärgus), mis võimaldab fookust peenhäälestada maksimaalse teravuse saavutamiseks.

Paljudes mikroskoopides on jäme- ja peenhäälestusnupud ühendatud üheks. koaksiaalsüsteem (kaks kontsentrilist ratast), mis hõlbustab käsitsemist ja säästab ruumi instrumendikäel.

• Segage:

See on pöörlev osa, kuhu läätsed kinnitatakse. Seda tuntakse ka kui objektiivtorn või ninaosaTasub mainida, et igal objektiivil on spetsiifilised omadused; see tähendab, et igaüks neist pakub erinevat suurendust. Revolver võimaldab teil valida uuringu konkreetsete vajaduste jaoks kõige sobivama objektiivi.

Revolver võimaldab tavaliselt valida järgmiste vahel: kolm või neli erinevat eesmärkiKuigi mõned edasijõudnud mudelid võivad sisaldada rohkem. Tavaliselt on sellel klõps- või peatumissüsteem, mis näitab, millal objektiiv on optilise telje suhtes õigesti tsentreeritud. See tsentreerimine on terava pildi ja hästi joondatud vaatevälja jaoks hädavajalik.

• Toru:

Nagu nimigi ütleb, on see toru, mis on kinnitatud käe külge. mikroskoop mis võimaldab okulaari ja objektiivide vahelist ühendust. See on konstruktsioonielement, mis on õige säendamise seisukohalt oluline. optiliste elementide joondamineMõnes konstruktsioonis saab toru jagada mitmeks segmendiks, eriti trinokulaarsetes mikroskoopides või kallutatava peaga mikroskoopides.

Binokulaarsetes mikroskoopides hargneb toru kaheks haruks, et mahutada kahte okulaari ja paljudel juhtudel võimaldada selle reguleerimist. pupillidevaheline kauguskohandub kasutaja silmadevahelise kaugusega mugava vaatamise tagamiseks.

Lisaks neile osadele on mõnel mikroskoobil ka kaadripeatus või fookuse piiraja mis kontrollib, kui kõrgele objektlava tõusta saab, takistades objektiivi kokkupuudet slaidiga ja potentsiaalselt nii proovi kui ka optika kahjustamist.

Optilise süsteemi osad

Oleme juba selgitanud mikroskoobi mehaanilise süsteemi elemente. Nüüd õpime lähemalt optilise süsteemi osadSee süsteem vastutab genereerimise ja manipuleerimise eest. piisav valgustus mis on läbiviidava uuringu kohaselt õigustatud, samuti valimi kuvandi kujundamiseks ja laiendamiseks.

Mikroskoobi optilisi osi kasutatakse selleks, et näha, suurendada ja luua selge pilt proovist, mis asetatakse slaidile. Nende hulka kuuluvad läätsed, diafragmad, prismad ja valgusallikas. Kõik need on loodud nii palju kui võimalik vähendama selliseid probleeme nagu moonutused, hägusus ja värviaberratsioonid.

• Kohtvalgus või valgusallikas:

See on muidugi oluline element, kuna see tekitab proovile suunatud valguse. Sõltuvalt mikroskoobi tüübist suunatakse lambi kiirgav valgusvihk peeglisse, mis omakorda... aeg suunab selle valimilevõi liigub see otse plaadi all asuvasse kondensaatorisse.

Valgusallikas on tavaliselt halogeen- või LED-lamp Integreeritud mikroskoobi alusesse, suhteliselt madala pingega, et vältida proovi ülekuumenemist. Mõned mudelid võimaldavad valguse intensiivsust reguleerida potentsiomeeter või reostaatmis aitab reguleerida vaatleja kontrasti ja visuaalset mugavust.

Fookuse asukoht sõltub sellest, kas tegemist on mikroskoobiga peegeldunud valgus või läbiv valgusLäbiva valguse korral asub valgusallikas tööpinna all. Peegelduva valguse korral asub valgusti tööpinna kohal ja valgus langeb proovi pinnale ülalt.

• Kondensaator:

Tema vastutab valguskiiri koondada ja fokuseerida mis tulevad valgusallikast proovi suunas. Tavaliselt on need hajuvad, seega muudab kondensor nende suunda, muutes need paralleelseks või isegi koonduvaks, nii et nad valgustavad vaatevälja ühtlaselt.

See asub otse plaadi all ja sellega kaasneb tavaliselt a isefokuseeriv mehhanism (kondensori fokuseerimisnupp), mis võimaldab seda tõsta või langetada, et reguleerida valguse langemist proovile, mis on eriti oluline suuremate suurendustega (üle 400x) töötamisel.

Kvaliteetsetes mikroskoopides kasutatakse a Abbe kondensaatorLoodud pakkuma suurt numbrilist ava ja väga hästi kontrollitud valgustust, mis aitab saada selgeid ja hea kontrastsusega pilte isegi suure suurendusega objektiividega.

• Membraan:

See element võimaldab teil reguleerida proovi siseneva valguse hulkSee valguse reguleerimise toiming avab võimaluse varieerida kontrast, millega proovi vaadeldakseDiafragma asub vahetult töölaua all, kondensaatoriga ühenduses, ja selle optimaalne seadistus sõltub vaadeldava proovi tüübist ja ka sama läbipaistvus.

See toimib sarnaselt inimese silma iirisAva: kui see avaneb, laseb see sisse rohkem valgust ja kui see sulgub, siis see väheneb. Ava õige reguleerimine aitab vältida liiga heledaid või liiga tumedaid pilte ning võimaldab esile tõsta detaile, mis vale valgustuse korral võivad märkamata jääda.

• Objetivo:

See element on proovile kõige lähemal asuvate läätsede komplektNeed läätsed tekitavad esimese suurenduse astme. Objektiivid on paigaldatud revolvrile, võimaldades valida vajaliku suurenduse jaoks sobiva objektiivi.

Nende küljel on kirjas järgmine: suurendus (nt 4x, 10x, 40x, 100x) ja numbriline avamine mida nad tunnistavad olevat lahutusvõime võtmeparameeter. Oma olemuselt on nende fookuskaugus väga lühike, eriti suure suurendusega objektiivide puhul, mis nõuab fokuseeritud pildi saamiseks objektiivi proovile väga lähedale toomist.

Paljudel mikroskoopidel on vähemalt kolm objektiivi: üks neist madal suurendus või skaneerimine, üks vahepealne ja üks neist suur tõusMõned sisaldavad õliimmersiooniobjektiivi, mis võimaldab suuremat lahutusvõimet, suurendades murdumisnäitajat läätse ja proovi vahel.

• Silma:

Pärast seda, kui objektiiv annab esimese suurendusastme, on okulaar optilise elemendina see, mis tagab... pildi suurendamise teine ​​etappSee tähendab, et see suurendab ka pilti, mida on eelnevalt objektiivi abil suurendatud, kuigi okulaari suurendus on tavaliselt väiksem kui objektiivi oma.

Sellegipoolest on just selle elemendi kaudu võimalik tegelikult proovi jälgidaEnamik standardseid okulaare pakub 10-kordset suurendust, kuigi olenevalt töö tüübist on saadaval ka 5-, 15- või 20-kordse suurendusega okulaare. Siit tulebki mängu mikroskoopide klassifikatsioon. monoklid, binoklid ja isegi trinokulaarid.

Mõistes siis, et mikroskoobi kogu suurendus Suurendus määratakse objektiivi ja okulaari kombinatsiooni abil (mõlema väärtuse korrutamine). Õige kombinatsiooni valimine on suurenduse, vaatevälja ja heleduse tasakaalustamise võti. Liigne suurendus ilma piisava lahutusvõimeta annab ainult väga suure pildi, millest aga puuduvad kasulikud detailid.

• Optiline prisma:

Mõnede meditsiiniliste tekstide kohaselt on mõne mikroskoobi sees prismad, mis on võimelised valguse suunda korrigeerimaSee element on binokulaarsete mikroskoopide puhul oluline, kuna prisma jagab objektiivist tuleva valgusvihu nii, et seda saab suunata kahe erineva okulaari poole.

Lisaks kiire jagamisele saavad need prismad õige pildi orientatsioonnii et vaadeldav objekt kuvatakse õige orientatsiooniga, mitte ümberpööratult või ümberpööratult, mis hõlbustab proovi tõlgendamist. Trinokulaarsetes mikroskoopides saavad prismad suunata osa valgust ka kolmanda toru poole, mille külge on kinnitatud kaamera fotomikrograafia või reaalajas video jaoks.

Muud elektri- ja juhtelemendid

Paljudel tänapäevastel mudelitel on kaasas sisemine või väline trafo mis kohandab elektrivoolu mikroskoobi lambi vajadustele, kuna pirni võimsus on tavaliselt väiksem kui kodumajapidamises kasutataval vooluvõrgul. Mõnel trafol on intensiivsuse kontroll mis võimaldab teil heledust muuta ilma diafragmat puudutamata, saavutades seeläbi mugavama valgustuse pikkade vaatlussessioonide jaoks.

Kõigi eelnevate andmete põhjal võime olla kindlad elementides, millest koosneb mikroskoop, mis on inimkonna arengut mõjutavate mikroorganismide uurimisel oluline vahend. biomeditsiinilised uuringudmaterjalide analüüsimisel ja uurimisel haigused samuti selle võimalikke ravimeetodeid. Tänu stabiilse mehaanilise struktuuri, täpse optilise süsteemi ja kontrollitud valgustuse kombinatsioonile on see instrument laiendanud inimsilma nägemisvõime piire ja muutnud igaveseks meie arusaama mikroskoopilisest maailmast.