0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Классификация микроскопов по объекту исследования

Общие сведения о биологических микроскопах

В первой главе рассмотрим общие сведения о световых микроскопах, классификацию микроскопов, методы наблюдения и типы биологических микроскопов. В последующих главах разберем эти темы подробно.


Общие сведения о световых микроскопах

Микроскоп (от лат. micros — малый и scopein — рассматривать, наблюдать) — прибор, позволяющий получать увеличенное изображение объектов и структур, недоступных глазу человека.

В практике биологических исследований применяются методы световой и электронной микроскопии.

Световые микроскопы могут увеличивать объект (размер объекта 0,5 мкм и больше, с разрешением отдельных структур объекта до 0,1 мкм ) более чем в 1500 раз, а электронные микроскопы — более чем в 20 000 раз.

Световая микроскопия основывается на законах геометрической оптики и волновой теории образования изображения. Общая блок-схема светового микроскопа показана на рисунке.


Классификация микроскопов

Микроскопы плоского поля — это микроскопы, оптическая схема которых обеспечивает воспроизведение объекта в двумерном пространстве — двумерное изображение (по координатам Х-У /площадь). Объекты исследования — тонкие, в среднем, толщиной от 10 мм до 0,1 мм, просматриваемый слой от 1 мм до 0,001 мм.

Стереоскопические микроскопы — это микроскопы, оптическая схема которых обеспечивает воспроизведение объекта в трехмерном пространстве — объемное, трехмерное изображение (по координатам Х-У-Z/объем). Объекты исследования — габаритные, в среднем, толщиной от 100 мм до 1 мм, просматриваемый слой по высоте/глубине — от 50 мм до 0,5 мм. В этих микроскопах можно наблюдать и плоские объекты.

Прямые микроскопы (классическое построение схемы микроскопа) сконструированы таким образом, что наблюдательная часть микроскопа (бинокулярная насадка с окулярами) расположена сверху объекта. Это относится как к микроскопам плоского поля, так и к стереоскопическим.

Инвертированные микроскопы (перевернутое построение схемы микроскопа) — сконструированы таким образом, что наблюдательная часть микроскопа (бинокулярная насадка с окулярами) расположена снизу объекта. Этот конструктивный признак относится только к микроскопам плоского поля.

Микроскопы проходящего света (классические микроскопы для биолого-медицинских исследований), основной принцип освещения в которых связан с тем, что свет проходит через объект. С помощью микроскопов проходящего света плоского поля, которые могут быть как прямыми, так и инвертированными, а также стереоскопическими, можно рассматривать прозрачные и полупрозрачные объекты.

Микроскопы отраженного света (металлографические микроскопы), основной принцип освещения, в которых связан с тем, что свет падает на объект и отражается от него. На микроскопах отраженного света плоского поля, которые могут быть как прямыми, так и инвертированными, а также стереоскопическими, исследуются объекты непрозрачные, с различной степенью отражающей способности, и полупрозрачные.

Наиболее распространенными в медико-биологической практике являются микроскопы проходящего света плоского поля. С помощью таких микроскопов можно рассматривать прозрачные и полупрозрачные объекты.

Традиционно в отечественной литературе эти микроскопы называют биологическими микроскопами, несмотря на то, что они в равной степени могут с успехом применяться в других областях науки и техники.


Методы наблюдения

В настоящее время традиционные методы исследования изображения объекта (изменение различными способами интенсивности света, проходящего через объект) реализуются с помощью дополнительных узлов, которыми микроскопы комплектуются по требованию потребителя, или которые встроены в микроскоп.

Метод светлого поля обеспечивает следующую картину — на светлом фоне более темное изображение объекта. Основные условия освещения: это обычный прямо проходящий свет. Классическая схема подобного микроскопа делает его базовым для обеспечения условий получения различных методов контрастирования.

Метод косого освещения обеспечивает следующую картину — на сером фоне можно наблюдать контрастное изображение объекта с неровным по толщине контуром. Основные условия освещения: обычный прямо проходящий свет частично перекрывается до того, как попадает на объект.

Читать еще:  Конгестивный простатит симптомы лечение профилактика

Метод темного поля гарантирует такое изображение — на темном фоне можно наблюдать более светлое изображение объекта или ярко блестящий контур объекта. Основные условия освещения: обычный прямо проходящий свет полностью перекрывается до того, как попадает на объект.

Метод фазового контраста дает возможность с максимальной степенью визуализации и детальности наблюдать на сером фоне более темное «объемное» изображение объекта, окруженное по контуру светлой полосой; при негативном (темнопольном) фазовом контрасте картина обратная. Основные условия освещения: обычный прямо проходящий свет перекрывается, но в два этапа — часть света до объекта, а затем после объекта прошедшая часть света перекрывается с ослаблением. При этом свет в виде светового кольца определенной площади проходит через объект, а затем после объекта — через полупрозрачное кольцо в объективе.

Люминесцентные микроскопы обеспечивают возможность наблюдения на темном фоне свечения объектов. Основные условия освещения: обычный прямо падающий свет определенной длины волны попадает на объект, изображение объекта строится в другой длине волны; выделение соответствующих областей спектра происходит с помощью сложной системы блоков интерференционных светофильтров.

Поляризационные микроскопы в общем случае обеспечивают наблюдение на сером или темном фоне разноцветного, четкого или контрастного изображения. Основные условия освещения: обычный прямо проходящий свет с помощью поляризатора в осветительной системе превращается в линейно-поляризованный свет, после объекта с помощью анализатора происходит выделение из структуры изображения тех элементов, которые связаны с анизотропией объекта.

Микроскопы дифференциально-интерференционного контраста или интерференционного контраста, обеспечивающие наблюдение на однотонном цветном фоне яркого цветного «объемного» изображения или изображения того же цвета, что и фон, но с окантовкой из другого цвета. Основные условия освещения: обычный прямо проходящий свет с помощью поляризатора в осветительной системе превращается в линейно-поляризованный свет, после объекта с помощью специальной призмы (или другого специального элемента) и анализатора происходит создание объемного (в пределах глубины резкости объектива) цветного контрастного изображения независимо от того, является ли объект анизотропным или нет.

Микроскопия и классификация объектов исследований

Всем образованным людям хорошо известно, что такое микроскоп, а многие из них даже знают происхождение самого определения прибора, означающего на латыни: Micros — малый и Scopein — наблюдать, рассматривать. Принцип работы микроскопа можно описать одной фразой — прибор, позволяющий просматривать недоступное невооруженному человеческому глазу увеличенное изображение структур и объектов. Современная микроскопия предлагает два метода исследования объектов — световой и цифровой. В первом случае прибор позволяет получать изображение, увеличенное до 1500 раз. При этом, допустимый размер микропробы будет от 0,5 мкм с разрешением элементов объекта исследования до 0,1 мкм. Микроскопы второй категории позволяют получать изображение микропроб размером менее 0,2 мкм и увеличенных до 20 тысяч раз. Сфера применения световых и электронных микроскопов во многом зависит от требований, которые предъявляются к качеству изображения объекта исследования и степени его увеличения. В последнее время наиболее востребованными являются электронные микроскопы, в которых предусмотрена возможность сохранять изображение, зафиксированное фото- или видеокамерой, на цифровые носители. Что касается методов исследования с помощью микроскопа, то на световой и электронной микроскопии стоит остановиться подробнее.

Световая микроскопия

Данный метод основан на теории волнового образования изображения и законе геометрической оптики. В качестве источников освещения используется естественный или искусственный свет. Первый примитивный световой микроскоп был создан в начале 17 веке в Европе. Больших успехов на ниве световой микроскопии добился голландский ученый и естествоиспытатель А. Левенгук, микроскопы которого доминировали на рынке, пока в 1609 году Г. Галилей не создал более сложный микроскоп. Массовое, если такое выражение можно применить к тому времени, производство микроскопов наладил в 1846 году подданный Германии К. Цейс, который использовал для создания своих приборов для микроскопии открытие профессора физики Э. Аббе, ставшего впоследствии полноправным компаньоном К. Цейса. В основу современных световых микроскопов положены теории и разработки таких ученых, как А. Келер, О. Шотт и уже упомянутого Э. Аббе.

Читать еще:  Воспаление предстательной железы у мужчин симптомы лечение

Электронная микроскопия

Электронно-оптическое изображение в электронном микроскопе обеспечивает поток электронов. Данный метод основан на теории электромагнитных полей, а также законах волновой и геометрической оптики. Электронные микроскопы широко используются в медицине и биологии для изучения бактериофагов, вирусов и строения клеток микроорганизмов. Также, подобное оборудование для микроскопии незаменимо для исследования макромолекулярных структур и субмикроскопических объектов. Первый электронный микроскоп появился в конце 30-х годов прошлого века. И уже через пару лет после его создания, немецкой компанией SIEMENS было налажено серийное производство электронных микроскопов. Первый отечественный электронный прибор для микроскопии создали в 40-м году в Ленинграде. Лавры первенства изобретения принадлежат ГОИ им. С.И.Вавилова, сотрудникам которого удалось изготовить микроскоп разрешением порядка 400 А и с увеличением до 10 тысяч раз. Сфера применения электронных микроскопов достаточно узкая. Как правило, их используют в научно-исследовательских лабораториях и ряде предприятий точного машиностроения для контроля качества продукции.

Как уже упоминалось в начале статьи, применение световых и электронных микроскопов зависит от объекта исследования, а также его физико-химических свойств. Касаемо самих объектов анализа, то все они вынесены в следующие категории:

  • люминесцирующий объект (бактерии, клетки, некоторые минералы, масла, воск и т. д.) — обладает способностью к свечению с длиной волны, которая больше, чем вызывающая возбуждение длина волны;
  • фазово-амплитудный объект — обладает способностью приводить к фазовым изменениям в световой волне, что вызывает изменение интенсивности света (амплитуды);
  • фазовый объект (живые неокрашенные микроорганизмы) — характеризуется способностью изменять фазу колебания света при практически неизменной амплитуде световой волны;
  • амплитудный объект (окрашенные препараты) — характеризуется способностью поглощать свет, изменяя интенсивность световой волны и ее амплитуду;
  • изотропный объект — обладает способностью поляризовать отраженный от него свет (закон Брюстера) и не поляризовать свет, который прошел через него;
  • анизотропный объект (волокна, кристаллы и т. д.) — обладает способностью к поляризации света (изменение электромагнитных свойств), то есть, при прохождении через объект света, световой поток разделяется на необыкновенные и обыкновенные лучи с изменением по двум разным направлениям колебания скорости распространения световых волн;
  • полностью прозрачный или полупрозрачный объект (прозрачные неокрашенные биологические объекты) — характеризуется способностью частично отражать свет, большая часть которого проникает в него, что позволяет оценить толщину или глубину предмета исследования;
  • непрозрачный объект — характеризуется способностью практически полностью отражать световую волну.

Объекты анализа (препараты, микропробы) методом микроскопии обычно располагают на предметном стекле, накрывая его сверху покровным стеклом.

Виды микроскопов — классификация

Наиболее востребованным представителем оптической техники в учебе, хобби, работе и научной деятельности является микроскоп . Это наблюдательный прибор, оснащенный увеличительной оптикой и призванный показать наблюдателю мельчайшую детализацию структуры исследуемого объекта.

Классификация микроскопов, выпускаемых современными производителями, не простая для восприятия новичками и требует внимательного анализа. Это обусловлено общим трендом в микроскопии, заключающимся в идее создать универсальную модель, отвечающую широкому спектру задач, расширив при этом сферу потребления. Но, как показала практика, этот путь привел к колоссальной путанице и нагромождению дополнительного функционала: потребитель легко запутывается в огромном массиве пестрых и похожих предложений. Давайте попробуем разобраться, какие основные виды микроскопов бывают и на какие подвиды подразделяются.

Читать еще:  Здоровье аденома простаты лечение

Классификация по способу визуализации

Оптические световые: информацию об увеличенном изображении несет волна света, она проходит через объектив, призму, линзу и выводится в человеческий зрачок. Человеку, чтобы рассмотреть микроскопические детали картинки, необходимо посмотреть в окуляр.

Цифровые: трансляция образа происходит через встроенный дисплей, персональный компьютер, ноутбук или телевизор. Этот вариант позволяет снимать видео экспериментов или получать фотографии итогов (результат).

Грань между двумя категориями практически стерлась сразу после появления в ассортименте видеоокуляров, вставляющихся в окулярную трубку и превращающих обычный микроскоп в цифровой.

Классификация микроскопов по виду (типу) микроскопии

Биологические микроскопы: созданы для микроскопирования клеток растений и грибов, физиологии насекомых, рыб, животных тканей, колоний бактерий и одноклеточных организмов. Востребованы в ботанике, зоологии, гистологии, анатомии и физиологии.

Материаловедческие: областью изучения становятся камни, минералы, горные породы, металлы и их сплавы.

Инструментальные и портативные: работа проводится на маленьких увеличениях с большим рабочим расстоянием – актуальны для ювелиров, пайки микросхем, оргтехники, сервисных центров. В редких случаях – в медицине для препарирования, а также в криминалистике.

По оптической системе и насадке

Монокулярные: плоская визуализация, смотреть надо одним глазом.
Бинокулярные: плоскость, наблюдение двумя глазами.
Тринокулярные: имеется третий выход для подключения камеры.
Стереоскопические: пространственное ориентирование картинки в трех координатах (3D).

Виды микроскопов по методу исследования

Светлопольные микроскопы: микропрепарат окружен светлым полем, а сам затемнен.
Темнопольные: препарат яркий и выделяется на черном фоне.
Люминесцентные: микрообъект подсвечен в люминесценции (преобладают зеленоватые оттенки).

Поляризационные: улавливают различия в колебаниях световой волны при ее взаимодействии с поверхностью объекта (он выглядит разноцветным, открывая взору неровности, шероховатости и особенности молекулярного строения). Используются в металлургии.

По расположению осветителя и методике исследований

С нижней подсветкой: реализуют метод проходящего света. Фотоны проходят сквозь микрообразец снизу-вверх, «запоминая» его строение (к примеру, тонкий срез кожицы лука).

С верхней: отраженное освещение, при котором фотоны отражаются от непрозрачной материи (например, монета или картон).

При этом источники могут быть различными: светодиод, галогенная или ртутная лампы. Также распространены в любительской среде и в классах биологии микроскопы с подсветкой зеркальцем, главным плюсом которой является естественная цветопередача.

По комплектации

Большинство аксессуаров созданы для расширения функциональных возможностей и повышения эффективности микробиологических исследований. Ценится большое количество объективов и окуляров – это напрямую влияет на ход занятий, ведь один микропрепарат можно рассматривать на нескольких кратностях приближения. Набор для опытов и понятное емкое руководство пользователя позволяют с первых минут погрузиться в исследовательский процесс.

По производителям

Изготовители микроскоп, имеющие в России широкий модельный ряд и авторизованные сервисные точки: Bresser (Германия), Микромед и Биомед (оба – РФ), Levenhuk (США), Celestron, DigiMicro и Veber (все Россия-Китай). Также в среде профессионалов, вышедших из СССР, популярностью пользуется продукция отечественного оптико-механического завода ЛОМО.

По назначению

  • Детские микроскопы-игрушки: подходят для первого знакомства с микромиром, игр «в доктора» и общего развития.
  • Учебные и Школьные: активно участвуют в общеобразовательном процессе детей, студентов, абитуриентов.
  • Лабораторные и исследовательские: спроектированы для серьезных медицинских исследований в медучреждениях, НИИ.
  • Металлографические: для контроля металлических материалов (применяются в машиностроении и других отраслях промышленности).
  • Овуляционные: определяют дни, благоприятные для зачатия потомства.

В каталоге нашего интернет-магазина вы найдете подробное распределение микроскопов согласно представленной выше классификации. В товарных группах описано их назначение и указанно к какому виду относятся. Если настоящего обзора недостаточно для принятия решения, проконсультируйтесь у наших специалистов – они помогут подобрать оптимальный вариант.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector