Из чего состоит микроскоп. Устройство световых микроскопов и техника микроскопирования. особенности строения. К практическому занятию по разделу «Биология клетки»

Если вы давно интересовались микроскопами и их строением, но до сих пор не нашли полезной информации, то сегодняшняя статья разъяснит детали, которые, возможно, вы ещё не знали. Итак, начинаем.
Сам микроскоп представляет из себя оптический прибор, с помощью которого можно получить микроскопическое изображение любого объекта и изучить его самые маленькие детали и так далее. Глаза, конечно же, не позволяют человеку видеть так, как это видит микроскоп.
Увеличение бывает разное, например, бесполезное и полезное. Полезное увеличение представляет из себя увеличение, выявляющее самые мелкие детали. А вот бесполезное представляет из себя увеличение, которое, как правило, не выявляет самые мелкие детали даже тогда, когда объект увеличили в несколько сотен раз и больше.
Как правило, в лабораториях (учебных) пользуются световыми микроскопами - на таких микроскопах микропрепараты рассматривают при помощи искусственного, а также естественного света. Самые часто используемые микроскопы (световые биологические) - это МБС, МБИ, БИОЛАМ, МИКМЕД, МБР. Благодаря таким микроскопам увеличение может быть произведено от пятидесяти шести раз до тысячи трёхсот пятидесяти раз. МБС, или стереомикроскопы - такой микроскоп позволяет получить подлинный объём объекта, увеличение может быть произведено от трёх с половиной раз до восьмидесяти восьми раз.
Механическая, а также оптическая - это те две системы, на которые разделён микроскоп. Оптическая включает в себя специальные окуляры, приборы, которые излучают свет, и так далее.

Строение микроскопа.

Объектив - это самая главная часть, так как именно он помогает определить объективное (полезное) увеличение. Как устроен объектив: цилиндр (металлический), внутри которого располагается линза - их количество всегда различно. Цифры показывают объективное увеличение. В обучении практически всегда пользуются х40, х8 объективами. Чем лучше разрешающая способность, тем лучше объективное качество.
Окуляр - это одна из частей микроскопа, которая более понятнее устроена, чем объектив. Как устроен окуляр: в него входят несколько линз, а если быть точнее, то две-три линзы, которые располагаются внутри цилиндра (металлического). Линзы между собой располагают диафрагму, благодаря которой определяются границы поля зрения. Линза, которая расположена снизу, помогает сфокусировать объективное изображение. Благодаря окулярам не получится найти какие-то новые детали, раньше которые знакомы не были, поэтому их увеличение никакой важной роли не играет. Можно даже сказать, что оно бесполезно. Окуляр похож на лупу, так как так же, как и она, изображение какого-то конкретного объекта получается мнимое.
Прибор для освещения - это прибор, который почти полностью устроен с помощью зеркал; также в этот прибор входят светофильтр, конденсор и так далее. Их предназначение - это когда свет светит пучком.
Зеркало - помогает в регулировке света, который проходит через конденсор. На зеркале расположены несколько поверхностей: вогнутая, плоская. В тех лабораториях, в которых свет рассеян, пользуются зеркалом с вогнутой поверхностью.
Конденсор - это прибор, в который входят две или три линзы, которые также расположены в цилиндре (металлическом). Когда его либо опускаешь, либо поднимаешь, он свет рассеивает, который падает на объект, отражаясь от зеркала.
Подставка - основание.
Тубус - это цилиндр. Сверху окуляры вставляют. Фиксируется он по-разному, винтом (стопорным). Тубус снимают только тогда, когда ослаблен винт (стопорный).

Как работать с микроскопом

Вот некоторые правила работы с микроскопом:
1. Работа с микроскопом должна производиться в положении сидя;
2. Перед работой микроскоп нужно проверить на наличие пыли, вытереть её, если есть, и только потом начать работать;
3. Микроскоп должен быть расположен рядом, где-то два или три сантиметра от края должно быть; когда производится работа, его не двигать;
4. Диафрагма должна быть полностью открыта, конденсор поднят вверх;
5. Увеличение должно производиться постепенно;
6. Объектив в рабочем опущенном положении;
7. На микроскоп должен светить свет, например, электроосветитель;

Световой – это оптический инструмент, предназначенный для исследования объектов, невидимых невооруженным глазом. Световые микроскопы можно разделить на биологические и стереоскопические . Биологические микроскопы также называют лабораторными, медицинскими – это микроскопы для исследования тонких прозрачных образцов в проходящем свете. Биологические лабораторные микроскопы имеют большое увеличение, наиболее распространенное – 1000х, но некоторые модели могут иметь увеличение до 1600х.

Стереоскопические микроскопы используют для исследования непрозрачных объектов (монет, минералов, кристаллов, электросхем и пр.) в отраженном свете. Стереоскопические микроскопы обладают небольшим увеличением (20х, 40х, некоторые модели – до 200х), но при этом они создают объемное изображение наблюдаемого объекта. Данный эффект очень важен, например, при исследовании поверхности металла.

В данной статье мы более детально рассмотрим строение биологического лабораторного микроскопа, для чего рассмотрим отдельно оптическую, механическую и осветительную системы микроскопа.

2. Насадка

4. Основание

5. Револьверная головка

6. Объективы

7. Координатный столик

8. Предметный столик

9. Конденсор с ирисовой диафрагмой

10. Осветитель

11. Переключатель (вкл./выкл.)

12. Винт макрометрической (грубой) фокусировки

13. Винт микрометрической (точной) фокусировки

Оптическая система микроскопа

Оптическая система микроскопа состоит из объективов , расположенных на револьверной головке, и окуляров . С помощью оптической системы собственно и происходит формирование изображения исследуемого образца на сетчатке глаза. Заметим, что изображение, полученное с помощью биологического микроскопа, - перевернутое.

УВЕЛИЧЕНИЕ = УВЕЛИЧЕНИЕ ОБЪЕКТИВА Х УВЕЛИЧЕНИЕ ОКУЛЯРА.

Механическая система микроскопа

Механическая система состоит из тубуса, штатива, предметного столика, механизмов фокусировки, револьверной головки.

Механизмы фокусировки используют для фокусировки изображения. Винт грубой (макрометрической) фокусировки используют при работе с малыми увеличениями, а винт точной (микрометрической) фокусировки – при работе с большими увеличениями.

На предметном столике размещается исследуемый объект. Существует несколько видов предметных столиков: неподвижный (стационарный), подвижный, координатный и другие. С помощью координатного столика Вы можете перемещать исследуемый образец в горизонтальной плоскости по осям Х и У.

На револьверной головке расположены объективы. Поворачивая ее, Вы можете выбирать тот или иной объектив, и таким образом менять увеличение.

В тубус вставляется окуляр.

Осветительная система микроскопа

Осветительная система состоит из источника света, конденсора и диафрагмы.

Источник света может быть встроенный или внешний. Биологические микроскопы имеют нижнюю подсветку.

С помощью конденсора и диафрагмы можно регулировать освещение препарата. Конденсоры бывают однолинзовые, двухлинзовые, трехлинзовые. Поднимая или опуская конденсор, Вы соответственно конденсируете или рассеиваете свет, попадающий на образец. Диафрагма может быть ирисовой с плавным изменением диаметра отверстия или ступенчатой с несколькими отверстиями различных диаметров. Так уменьшая или увеличивая диаметр отверстия, Вы соответственно ограничиваете либо увеличиваете поток света, падающий на исследуемый объект.

Микроскоп (от греч. mikros - малый и skopeo - смотрю) - оптический прибор для получения увеличенного изображения мелких объектов и их деталей, невидимых невооруженным глазом.

Первый из известных микроскопов был создан в 1590 году в Нидерландах потомственными оптиками Захарием и Хансом Янсенами , смонтировавшими две выпуклые линзы внутри одной трубки. Позднее Декарт в своей книге "Диоптрика" (1637) описал более сложный микроскоп, составленный из двух линз - плоско-вогнутой (окуляр) и двояковыпуклой (объектив). Дальнейшее же совершенствование оптики позволило Антони ван Левенгуку в 1674 г. изготовить линзы с увеличением, достаточным для проведения простых научных наблюдений и впервые в 1683 году описать микроорганизмы.

Современный микроскоп (рисунок 1) состоит из трех основных частей: оптической, осветительной и механической.

Основными деталями оптической части микроскопа являются две системы увеличительных линз: обращенный к глазу исследователя окуляр и обращенный к препарату объектив. Окуляры имеют две линзы, верхняя из которых называется главной, а нижняя собирательной. На оправе окуляров обозначают производимое ими увеличение (×5, ×7, ×10, ×15). Количество окуляров у микроскопа может быть различным, в связи с чем различат монокулярные и бинокулярные микроскопы (предназначены для наблюдения за объектом одним или двумя глазами), а также тринокуляры , позволяющие подключать к микроскопу системы документирования (фото- и видеокамеры).

Объективы представляют собой систему линз, заключенных в металлическую оправу, из которых передняя (фронтальная) линза производит увеличение, а лежащие за ней коррекционные линзы устраняют недостатки оптического изображения. На оправе объективов цифрами также указано производимое ими увеличение (×8, ×10, ×40, ×100). Большинство моделей, предназначенных для микробиологических исследований, имеют в комплекте несколько объективов с разными степенями увеличения и поворотный механизм, предназначенный для их быстрой смены - турель , часто называемый «револьверной головкой ».

Осветительная часть предназначена для создания светового потока, который позволяет осветить объект таким образом, чтобы оптическая часть микроскопа предельно точно выполняла свои функции. Осветительная часть в прямых микроскопа проходящего света расположена за объектом под объективом и включает в себя источник света (лампу и электрический блок питания) и оптико-механическую систему (конденсор, полевую и апертурную регулируемую диафрагмы). Конденсор состоит из системы линз, которые предназначены для собирания идущих от источника света лучей в одной точке - фокусе , которая должна находиться в плоскости рассматриваемого объекта. В свою очередь диафрагма расположена под конденсором и предназначена для регулирования (увеличения или уменьшения) потока лучей, проходящих от источника света.

Механическая часть микроскопа содержит детали, объединяющие описанные выше оптическую и осветительную части, а также позволяющие размещать и перемещать исследуемый препарат. Соответственно, механическая часть состоит из основания микроскопа и держателя , к верхней части которого прикрепляются тубус - полая трубка, предназначенная для размещения объектива, а также упомянутая выше револьверная головка. Ниже находится предметный столик , на который устанавливаются предметные стекла с исследуемыми образцами. Предметный столик может перемещаться в горизонтальной плоскости с использованием соответствующего устройства, а также вверх и вниз, что обеспечивает настройку резкости изображения с помощью грубого (макрометрического) и точного (микрометрического) винтов.

Увеличение, которое дает микроскоп, определяется произведением увеличения объектива на увеличение окуляра. Кроме светопольной микроскопии широкое применение в специальных методах исследования плучили: темнопольная, фазово-контрастная, люминесцентная (флюоресцентная) и электронная микроскопия.

Первичная (собственная) флюоресценция возникает без специальной обработки препаратов и присуща ряду биологически активных веществ, таких, как ароматические аминокислоты, порфирины, хлорофилл, витамины А, В2, В1 , некоторые антибиотики (тетрациклин) и химиотерапевтические вещества (акрихин, риванол). Вторичная (наведенная) флюоресценция возникает в результате обработки микроскопируемых объектов флюоресцирующими красителями - флюорохромами. Некоторые из этих красителей диффузно распределяются в клетках, другие избирательно связываются с определёнными структурами клеток или даже с определёнными химическими веществами.

Для проведения данного вида микроскопии используются специальные люминесцентные (флюоресцентные) микроскопы , отличающиеся от обычного светового микроскопа наличием мощного источника освещения (ртутно-кварцевая лампа сверхвысокого давления или галогеновая кварцевая лампа накаливания), излучающего преимущественно в длинноволновой ультрафиолетовой или коротковолновой (сине-фиолетовой) области видимого спектра.

Данный источник используется для возбуждения флюоресценции, прежде, чем испускаемый им свет проходит через специальный возбуждающий (сине-фиолетовый) светофильтр и отражается интерференционной светоделительной пластинкой , почти полностью отсекающими более длинноволновое излучение и пропускающими только ту часть спектра, которая возбуждает флюоресценцию. При этом в современных моделях люминесцентных микроскопов возбуждающее излучение попадает на препарат через объектив (!) После же возбуждения флюоресценции возникающий свет вновь попадает в объектив, после чего проходит через расположенный перед окуляром запирающий (желтый) светофильтр , отсекающий коротковолновое возбуждающее излучение и пропускающий свет люминесценции от препарата к глазу наблюдателя.

В силу использования подобной системы светофильтров интенсивность свечения наблюдаемого объекта обычно невелика, в связи с чем люминесцентную микроскопию следует проводить в специальных затемненных помещениях .

Важным требованием при выполнении данного вида микроскопии является также применение нефлюоресцирующих иммерсионных и заключающих сред . В частности, для гашения собственной флюоресценции кедрового или иного иммерсионного масла к нему добавляют небольшие количества нитробензола (от 2 до 10 капель на 1 г). В свою очередь в качестве заключающих сред для препаратов могут быть использованы буферный раствор глицерина, а также нефлюоресцирующие полимеры (полистирол, поливиниловый спирт). В остальном при проведении люминесцентной микроскопии применяют обычные предметные и покровные стёкла, пропускающие излучение в используемой части спектра и не обладающие собственной люминесценцией.

Соответственно, важными преимуществами люминесцентной микроскопии являются:

1) цветное изображение;

2) высокая степень контрастности самосветящихся объектов на черном фоне;

3) возможность исследования клеточных структур, избирательно поглощающих различные флуорохромы, являющиеся при этом специфическими цитохимическими индикаторами;

4) возможность определения функционально-морфологических изменений клеток в динамике их развития;

5) возможность специфического окрашивания микроорганизмов (с использованием иммунофлюоресценции).

Электронная микроскопия

Теоретические основы использования электронов для наблюдения микроскопических объектов были заложены У. Гамильтоном , установившим аналогию между прохождением световых лучей в оптически неоднородных средах и траекториями частиц в силовых полях, а также де Бройлем , выдвинувшим гипотезу о существовании у электрона одновременно корпускулярных и волновых свойств.

При этом, благодаря чрезвычайно малой длине волны электронов, которая уменьшается в прямой зависимости от подаваемого ускоряющего напряжения, теоретически рассчитанный предел разрешения , характеризующий способность прибора отобразить раздельно мелкие, максимально близко расположенные детали объекта, у электронного микроскопа составляет 2-3 Å (Ангстрем , где 1Å=10 -10 м), что в несколько тысяч раз выше, чем у оптического микроскопа. Первое изображение объекта, сформированное пучками электронов, было получено в 1931г. немецкими учеными М. Кноллем и Э. Руска .

В конструкциях современных электронных микроскопов источником электронов служит металл (обычно вольфрам), из которого после его нагревания до 2500 ºС в результате термоэлектронной эмиссии испускаются электроны. С помощью электрических и магнитных полей формирующийся поток электронов можно ускорять и замедлять, а также отклонять в любых направлениях и фокусировать. Таким образом, роль линз в электронном микроскопе играет совокупность соответствующим образом рассчитанных магнитных, электростатических и комбинированных устройств, называемых «электронными линзами» .

Необходимым условием перемещения электронов в виде пучка на большое расстояние является также создание на их пути вакуума , поскольку в этом случае средняя длина свободного пробега электронов между столкновениями с газовыми молекулами будет значительно превышать расстояние, на которое они должны перемещаться. Для этих целей достаточно поддерживать в рабочей камере отрицательное давление приблизительно 10 -4 Па.

По характеру исследования объектов электронные микроскопы разделяют на просвечивающие, отражательные, эмиссионные, растровые, теневые и зеркальные , среди которых первые два являются наиболее часто используемыми.

Оптическая схема просвечивающего (трансмиссионного) электронного микроскопа полностью эквивалентна соответствующей схеме оптического микроскопа, в котором световой луч заменяется электронным лучом, а системы стеклянных линз заменяются системами электронных линз. Соответственно, просвечивающий электронный микроскоп состоит из следующих основных узлов: осветительной системы, камеры объекта, фокусирующей системы и блока регистрации конечного изображения , состоящего из фотокамеры и флуоресцирующего экрана.

Все эти узлы соединены друг с другом, образуя так называемую «колонну микроскопа», внутри которой поддерживается вакуум. Другим важным требованием, предъявляемым к исследуемому объекту, является его толщина менее чем 0,1 мкм. Окончательное же изображение объекта формируется после соответствующей фокусировки прошедшего сквозь него пучка электронов на фотопленке или флюоресцирующем экране , покрытом специальным веществом - люминофором (аналогичен экрану в кинескопах телевизоров) и превращающем электронное изображение в видимое.

При этом образование изображения в просвечивающем электронном микроскопе связано главным образом с различной степенью рассеяния электронов различными участками исследуемого образца и в меньшей мере с различием в поглощении электронов этими участками. Контраст усиливают также, применяя «электронные красители » (четырёхокись осмия, уранил и др.), избирательно связывающиеся с некоторыми участками объекта. Устроенные подобным образом современные просвечивающие электронные микроскопы обеспечивают максимальное полезное увеличение до 400000 раз, что соответствует разрешающей способности в 5,0 Å. Выявляемое с использованием просвечивающей электронной микроскопии тонкое строение бактериальных клеток называют ультраструктурой .

В отражательном (сканирующем) электронном микроскопе изображение создается с помощью электронов, отраженных (рассеянных) поверхностным слоем объекта при его облучении под малым углом (приблизительно несколько градусов) к поверхности. Соответственно, образование изображения обусловлено различием рассеяния электронов в разных точках объекта в зависимости от его поверхностного микрорельефа, а сам результат подобной микроскопии предстает в виде структуры поверхности наблюдаемого объекта. Контрастность может быть усилена напылением на поверхность объекта частиц металла. Достигнутая разрешающая способность микроскопов такого типа составляет порядка 100 Å.

Микроскоп - это оптический прибор для изучения объектов, невидимых невооруженным глазом. В микроскопе (рис. 1) различают механическую и оптическую части. Механическая часть прибора состоит из ножки с присоединенным к ней тубусодержателем, на котором крепится тубус, окуляры и объективы (смена объективов осуществляется с помощью револьверного устройства), предметный столик и осветительный аппарат с зеркалом. Тубус присоединен к тубусодержателю подвижно, поднимается и опускается с помощью двух винтов: микрометрический винт служит для предварительной установки фокуса; микрометрический винт- для тонкой фокусировки. Предметный столик снабжен устройством, позволяющим передвигать препарат в разных направлениях в горизонтальной плоскости. Осветительный аппарат состоит из конденсора и диафрагмы, которые находятся между зеркалом и столиком.

Рис. 1. Биологический микроскоп:
1 - окуляры;
2 - бинокулярная насадка;
3 - головка для крепления револьвера с посадочным гнездом для смены тубусов;
4 - винт крепления бинокулярной насадки;
5 - револьвер на салазках;
6 - объектив;
7 - предметный столик;
8 и 9 - барашек продольного (8) и поперечного (9) движения препаратоводителя;
10 - апланатический конденсор прямого и косого освещения;
11 - центрировочные винты столика;
12 - зеркало;
13 - барашек микромеханизма;
14 -кронштейн конденсора;
15 - головка винта, фиксирующего верхнюю часть предметного столика;
16 - коробка с микромеханизмом;
17 - ножка;
18 - винт грубого движения;
19 - тубусодержатель.

С помощью диафрагмы регулируется интенсивность света, попадающего на конденсор. Конденсор можно передвигать в вертикальном направлении, изменяя интенсивность светового потока, попадающего в объектив. Объективы представляют собой системы взаимно центрированных линз, дающих обратное увеличенное изображение объекта. Увеличение объективов указано на оправе (Х10, Х20, Х40, Х90). Объективы бывают двух типов: сухие и иммерсионные (погружные). Иммерсионный объектив сначала опускают в иммерсионное масло с помощью макровинта под контролем глаза, а затем, манипулируя микровинтом, добиваются четкого изображения объекта. Окуляр представляет собой оптическую систему, увеличивающую изображение, полученное в объективе. Увеличения окуляра указаны на оправе (Х5 и т. д.). Общее увеличение микроскопа равняется произведению увеличения объектива на увеличение окуляра.

Рис. 2. Микроскоп МБИ-1 с осветителем ОИ-19.

С микроскопом можно работать при дневном и искусственном освещении, используя в качестве источника света специальный осветительный аппарат (рис. 2). При работе с конденсором используют плоское зеркало независимо от источника освещения. С вогнутым зеркалом работают без конденсора. При дневном свете конденсор поднимают до уровня предметного столика, при искусственном опускают до тех пор, пока источник света не появится в плоскости препарата. См. также Микроскопическая техника, Микроскопия.

РАСТИТЕЛЬНАЯ КЛЕТКА

Клетка - функциональная и структурная единица живого организма.

Устройство микроскопа

Микроскоп служит для увеличения и рассматривания мелких предметов, не видимых простым глазом. Он необходим при изучении анатомического строения растений (рис.1). В микроскопе можно выделить три части:

1.Оптическая (объектив, окуляр, диафрагма, конденсор).

2.Механическая (тубус, тубусодержатель, предметный столик, револьвер, макро- и микрометрические винты, подставка).

3.Осветительная (зеркало).

Рис.1. Строение микроскопа

Объектив наиболее важная часть микроскопа, представляет собой систему линз, заключенных в металлическую оправу. Микроскоп снабжен несколькими объективами с разным увеличением (10X,40X,80X).

Зеркало имеет две поверхности, одна плоская, другая вогнутая. При работе с микроскопом пользуются вогнутым зеркалом.

Конденсор состоит из двух или трех линз в металлическом цилиндре. С помощью специального винта конденсор можно поднимать или опускать, при этом освещение будет усиливаться или ослабляться. Между зеркалом и конденсором располагается диафрагма, с помощью которой регулируется освещение и резкость изображения.

Макрометрический винт нужен для грубой наводки (фокусировки) изображения.

Микрометрический винт необходим для перемещения тубуса на малые расстояния.

Предметный столик служит для расположения на нем микропрепарата. На столике имеются два зажима для закрепления препарата.

Правила работы с микроскопом

1.Микроскоп следует брать за дугообразно изогнутую часть тубусодержателя.

2.Микроскоп ставят на стол таким образом, чтобы дугообразный тубусодержатель был обращен к себе, зеркало и предметный столик от себя.

3.Установленный в начале работы микроскоп нельзя перемещать с места на место, так как нарушаются условия освещения.

4.Тетрадь и все необходимые для работы предметы располагаются справа от микроскопа.

5.Освещение микроскопа производится при малом увеличении (8X) зеркалом вогнутой стороной. Глядя сбоку на зеркало, направляем его к источнику света. Затем левым глазом (правый глаз всегда открыт) смотрим в окуляр и добиваемся максимального освещения.

6.Готовый микропрепарат выкладываем на предметный столик, закрепляем зажимами.

7.Глядя сбоку на объектив 8X, с помощью макрометрического винта опускаем объектив на расстояние меньше 1 см от препарата. Затем, глядя в окуляр, тем же макровинтом поворачиваем его к себе до четкого изображения (фокусное расстояние). Фокусное расстояние- это расстояние от рассматриваемого объекта до линзы объектива. При малом увеличении оно равно 1 см.

8.Для рассматривания препарата при большом увеличении (40X) необходимо сменить объектив с помощью револьвера, поворачиваем его до щелчка. Устанавливается фокусное расстояние так же, как и при малом увеличении. Фокусное расстояние при большом увеличении равно 1 мм.

9.После зарисовки препарата при большом увеличении поверните револьвер и установите малое увеличение. Затем снимите препарат. Макровинт опустите вниз- это не рабочее состояние микроскопа.

10.Уберите микроскоп в шкаф, защищающий его от механических повреждений и пыли (рис.2).

Рис.2. Работа с микроскопом