Jēdzienam "mikroskops" ir grieķu saknes. Tas sastāv no diviem vārdiem, kas tulkojumā nozīmē "mazs" un "izskatās". Mikroskopa galvenā loma ir tā izmantošana, pētot ļoti mazus objektus. Tajā pašā laikā šī ierīce ļauj noteikt ar neapbruņotu aci neredzamu ķermeņu izmēru un formu, struktūru un citas īpašības.
Radīšanas vēsture
Vēstures laikā nav precīzas informācijas par to, kurš bija mikroskopa izgudrotājs. Saskaņā ar dažiem avotiem to 1590. gadā izstrādāja briļļu ražošanas meistara Jansena tēvs un dēls. Vēl viens pretendents uz mikroskopa izgudrotāja titulu ir Galileo Galilejs. 1609. gadā šis zinātnieks Accademia dei Lincei prezentēja ierīci ar ieliektām un izliektām lēcām publiskai apskatei.
Gadu gaitā mikroskopisku objektu apskates sistēma ir attīstījusies un pilnveidojusies. Milzīgs solis tās vēsturē bija vienkāršas ahromatiski regulējamas divu lēcu ierīces izgudrošana. Šo sistēmu 1600. gadu beigās ieviesa holandietis Kristians Huigenss. Šī izgudrotāja okulāritiek ražoti šodien. To vienīgais trūkums ir nepietiekams redzes lauka platums. Turklāt, salīdzinot ar mūsdienu ierīcēm, Huygens okulāriem ir neērta pozīcija acīm.
Īpašu ieguldījumu mikroskopa vēsturē sniedza šādu instrumentu ražotājs Antons Van Lēvenhuks (Anton Van Leeuwenhoek, 1632-1723). Tieši viņš pievērsa biologu uzmanību šai ierīcei. Leeuwenhoek izgatavoja maza izmēra izstrādājumus, kas aprīkoti ar vienu, bet ļoti spēcīgu objektīvu. Bija neērti izmantot šādas ierīces, taču tās nedublināja attēla defektus, kas bija saliktajos mikroskopos. Izgudrotāji šo trūkumu spēja labot tikai pēc 150 gadiem. Līdz ar optikas attīstību ir uzlabojusies attēla kvalitāte saliktajās ierīcēs.
Šodien turpinās mikroskopu pilnveidošana. Tātad 2006. gadā Vācijas zinātnieki, kas strādāja Biofizikālās ķīmijas institūtā, Mariano Bossi un Stefan Hell izstrādāja jaunāko optisko mikroskopu. Pateicoties iespējai novērot objektus, kuru izmēri ir 10 nm, un trīsdimensiju augstas kvalitātes 3D attēlus, ierīci sauca par nanoskopu.
Mikroskopu klasifikācija
Pašlaik ir pieejams plašs instrumentu klāsts, kas paredzēts mazu objektu pārbaudei. To grupēšana balstās uz dažādiem parametriem. Tas var būt mikroskopa nolūks vai izvēlētā apgaismojuma metode, optiskajā dizainā izmantotā struktūra utt.
Bet, kā likums, galvenie mikroskopu veiditiek klasificēti pēc mikrodaļiņu izšķirtspējas, ko var redzēt, izmantojot šo sistēmu. Saskaņā ar šo iedalījumu mikroskopi ir:
- optiskie (gaismas);
-elektroniskie;
-rentgens;-skenējošā zonde.
Visplašāk izmantotie mikroskopi ir gaismas tipa mikroskopi. To plašā izvēle pieejama optikas veikalos. Ar šādu ierīču palīdzību tiek atrisināti galvenie objekta izpētes uzdevumi. Visi citi mikroskopu veidi tiek klasificēti kā specializēti. Tos parasti izmanto laboratorijā.
Katram no iepriekšminētajiem ierīču veidiem ir savas pasugas, kuras tiek izmantotas noteiktā apgabalā. Turklāt šodien ir iespējams iegādāties skolas mikroskopu (vai izglītības), kas ir sākuma līmeņa sistēma. Piedāvā patērētājiem un profesionālām ierīcēm.
Pieteikums
Kam domāts mikroskops? Cilvēka acij, kas ir īpaša bioloģiskā tipa optiskā sistēma, ir noteikts izšķirtspējas līmenis. Citiem vārdiem sakot, starp novērotajiem objektiem ir mazākais attālums, kad tos joprojām var atšķirt. Parastai acij šī izšķirtspēja ir 0,176 mm robežās. Bet vairumam dzīvnieku un augu šūnu, mikroorganismu, kristālu izmēri, sakausējumu mikrostruktūra, metāli utt. ir daudz mazāki par šo vērtību. Kā pētīt un novērot šādus objektus? Šeit cilvēkiem palīgā nāk dažāda veida mikroskopi. Piemēram, optiskā tipa ierīces ļauj atšķirt struktūras, kurās attālumsstarp elementiem ir vismaz 0,20 µm.
Kā darbojas mikroskops?
Ierīcei, kas cilvēka acij ļauj pārbaudīt mikroskopiskus objektus, ir divi galvenie elementi. Tie ir objektīvs un okulārs. Šīs mikroskopa daļas ir fiksētas kustīgā caurulē, kas atrodas uz metāla pamatnes. Tam ir arī tēmu tabula.
Mūsdienu mikroskopu tipi parasti ir aprīkoti ar apgaismojuma sistēmu. Tas jo īpaši ir kondensators ar varavīksnenes diafragmu. Obligāts palielināmo ierīču komplekts ir mikro un makro skrūves, kas kalpo asuma regulēšanai. Mikroskopu dizains paredz arī sistēmas klātbūtni, kas kontrolē kondensatora pozīciju.
Specializētos, sarežģītākos mikroskopos bieži tiek izmantotas citas papildu sistēmas un ierīces.
Lēcas
Es vēlētos sākt mikroskopa aprakstu ar stāstu par vienu no tā galvenajām daļām, tas ir, no objektīva. Tās ir sarežģīta optiskā sistēma, kas palielina attiecīgā objekta izmēru attēla plaknē. Lēcu dizains ietver ne tikai vienu, bet arī salīmētu divu vai trīs lēcu sistēmu.
Šādas optiski mehāniskās konstrukcijas sarežģītība ir atkarīga no uzdevumu klāsta, kas jāatrisina vienai vai otrai ierīcei. Piemēram, vissarežģītākajā mikroskopā ir līdz četrpadsmit lēcām.
Iekļauts objektīvāir frontālā daļa un tai sekojošās sistēmas. Kas ir par pamatu vēlamās kvalitātes tēla veidošanai, kā arī darbības stāvokļa noteikšanai? Tas ir priekšējais objektīvs vai to sistēma. Lai nodrošinātu nepieciešamo palielinājumu, fokusa attālumu un attēla kvalitāti, ir nepieciešamas turpmākās objektīva daļas. Taču šādu funkciju īstenošana iespējama tikai kombinācijā ar priekšējo objektīvu. Ir vērts pieminēt, ka nākamās daļas dizains ietekmē caurules garumu un ierīces lēcas augstumu.
Okulāri
Šīs mikroskopa daļas ir optiska sistēma, kas paredzēta, lai izveidotu nepieciešamo mikroskopisko attēlu uz novērotāja acu tīklenes virsmas. Okulāri satur divas lēcu grupas. Pētnieka acij tuvāko sauc par aci, bet tālāko par lauku (ar tās palīdzību objektīvs veido pētāmā objekta attēlu).
Apgaismojuma sistēma
Mikroskopam ir sarežģīta diafragmu, spoguļu un lēcu konstrukcija. Ar tās palīdzību tiek nodrošināts vienmērīgs pētāmā objekta apgaismojums. Agrākajos mikroskopos šo funkciju veica dabiskie gaismas avoti. Uzlabojoties optiskajām ierīcēm, tās sāka izmantot vispirms plakanos un pēc tam ieliektos spoguļus.
Ar šādu vienkāršu detaļu palīdzību saules vai lampas stari tika novirzīti uz pētāmo objektu. Mūsdienu mikroskopos apgaismojuma sistēma ir perfektāka. Tas sastāv no kondensatora un kolektora.
Tēmu tabula
Mikroskopiski preparāti, kuriem nepieciešama izpēte,tiek novietoti uz līdzenas virsmas. Šī ir tēmu tabula. Dažādu veidu mikroskopiem šī virsma var būt veidota tā, lai pētāmais objekts novērotāja redzamības laukā grieztos horizontāli, vertikāli vai noteiktā leņķī.
Darbības princips
Pirmajā optiskajā ierīcē objektīvu sistēma nodrošināja mikroobjektu apgrieztu attēlu. Tas ļāva redzēt matērijas struktūru un mazākās detaļas, kas bija jāpēta. Gaismas mikroskopa darbības princips mūsdienās ir līdzīgs refraktora teleskopa veiktajam darbam. Šajā ierīcē gaisma tiek lauzta, kad tā iet cauri stikla daļai.
Kā mūsdienu gaismas mikroskopi palielina? Pēc tam, kad ierīcē nokļūst gaismas staru kūlis, tie tiek pārvērsti paralēlā plūsmā. Tikai tad notiek gaismas laušana okulārā, kā rezultātā palielinās mikroskopisko objektu attēls. Turklāt šī informācija tiek ievadīta tādā formā, kāda ir nepieciešama novērotājam viņa vizuālajā analizatorā.
Gaismas mikroskopu pasugas
Mūsdienu optiskie instrumenti tiek klasificēti:
1. Atbilstoši sarežģītības klasei pētniecībai, darba un skolas mikroskopam.
2. Pēc pielietojuma jomas ķirurģiskai, bioloģiskai un tehniskai.
3. Pēc mikroskopijas veidiem atstarotās un caurlaidīgās gaismas, fāzes kontakta, luminiscences un polarizācijas ierīcēm.4. Gaismas plūsmas virzienā uz apgrieztu un tiešu.
Elektronu mikroskopi
Laika gaitā ierīce, kas paredzēta mikroskopisku objektu pārbaudei, ir kļuvusi arvien perfektāka. Parādījās tādi mikroskopu veidi, kuros tika izmantots pavisam cits darbības princips neatkarīgi no gaismas laušanas. Jaunāko ierīču veidu izmantošanas procesā tika iesaistīti elektroni. Šādas sistēmas ļauj redzēt atsevišķas matērijas daļas tik mazas, ka gaismas stari vienkārši plūst ap tām.
Kam paredzēts elektronu tipa mikroskops? To izmanto, lai pētītu šūnu struktūru molekulārajā un subcelulārajā līmenī. Līdzīgas ierīces tiek izmantotas arī vīrusu pētīšanai.
Elektronu mikroskopu dizains
Kas ir jaunāko mikroskopisko objektu apskates instrumentu darbības pamatā? Kā elektronu mikroskops atšķiras no gaismas mikroskopa? Vai starp tām ir kādas līdzības?
Elektronu mikroskopa darbības princips ir balstīts uz īpašībām, kas piemīt elektriskajam un magnētiskajam laukam. To rotācijas simetrija spēj fokusēt elektronu starus. Pamatojoties uz to, mēs varam atbildēt uz jautājumu: "Kā elektronu mikroskops atšķiras no gaismas mikroskopa?" Tajā, atšķirībā no optiskās ierīces, nav lēcu. To lomu spēlē atbilstoši aprēķināti magnētiskie un elektriskie lauki. Tos rada spoļu pagriezieni, caur kuriem iet strāva. Šajā gadījumā šādi lauki darbojas kā saplūstoša lēca. Kad strāva palielinās vai samazinās, fokusa attālums mainās.instrumenta attālums.
Attiecībā uz shēmas shēmu elektronu mikroskopam ir līdzīga gaismas ierīces shēmas shēma. Vienīgā atšķirība ir tā, ka optiskie elementi tiek aizstāti ar tiem līdzīgiem elektriskiem.
Priekšmeta palielināšana elektronu mikroskopos notiek gaismas stara, kas iet cauri pētāmajam objektam, laušanas procesam. Dažādos leņķos stari nonāk objektīva plaknē, kur notiek pirmais parauga palielinājums. Tad elektroni iziet ceļu uz starplēcu. Tajā notiek vienmērīgas izmaiņas objekta lieluma palielināšanā. Pētītajam materiālam gala attēlu dod projekcijas lēca. No tā attēls nokrīt uz fluorescējošā ekrāna.
Elektronu mikroskopu veidi
Mūsdienu palielinātāju veidi ir:
1. TEM jeb transmisijas elektronu mikroskops. Šajā iestatījumā ļoti plāna objekta attēls, kura biezums ir līdz 0,1 µm, tiek veidots, mijiedarbojoties elektronu staram ar pētāmo vielu un tam sekojošu palielinājumu ar objektīva magnētiskajām lēcām.
2. SEM jeb skenējošais elektronu mikroskops. Šāda ierīce ļauj iegūt objekta virsmas attēlu ar augstu izšķirtspēju, kas ir vairāku nanometri. Izmantojot papildu metodes, šāds mikroskops sniedz informāciju, kas palīdz noteikt virsmas slāņu ķīmisko sastāvu.3. Tunelēšanas skenējošais elektronu mikroskops jeb STM. Izmantojot šo ierīci, reljefs vadošām virsmām ar augstu telpiskoatļauju. Darba procesā ar STM uz pētāmo objektu tiek atnesta asa metāla adata. Tajā pašā laikā tiek saglabāts tikai dažu angstrēmu attālums. Pēc tam adatai tiek pielietots neliels potenciāls, kura dēļ rodas tuneļa strāva. Šajā gadījumā novērotājs saņem pētāmā objekta trīsdimensiju attēlu.
Lēvenhuka mikroskopi
2002. gadā Amerikā parādījās jauns uzņēmums, kas ražo optiskos instrumentus. Tās produktu klāstā ietilpst mikroskopi, teleskopi un binokļi. Visas šīs ierīces izceļas ar augstu attēla kvalitāti.
Uzņēmuma galvenais birojs un attīstības nodaļa atrodas ASV, Fremondas pilsētā (Kalifornija). Bet kas attiecas uz ražotnēm, tās atrodas Ķīnā. Pateicoties tam visam, uzņēmums piegādā tirgū progresīvus un augstas kvalitātes produktus par pieņemamu cenu.
Vai jums ir nepieciešams mikroskops? Levenhuk ieteiks vajadzīgo iespēju. Uzņēmuma optisko iekārtu klāstā ir digitālās un bioloģiskās ierīces pētāmā objekta palielināšanai. Turklāt pircējam tiek piedāvāti dizaineru modeļi, kas izpildīti dažādās krāsās.
Levenhuk mikroskopam ir plaša funkcionalitāte. Piemēram, sākuma līmeņa apmācības ierīci var savienot ar datoru, un tā spēj arī uzņemt video par notiekošo pētījumu. Levenhuk D2L modelis ir aprīkots ar šo funkcionalitāti.
Uzņēmums piedāvā dažāda līmeņa bioloģiskos mikroskopus. Tie ir vienkāršāki modeļi un jauninājumi,piemērots profesionāļiem.
