Части микроскопа и их. Строение микроскопа
Первый микроскоп был оптическим прибором, который позволял получить обратное изображение микрообъектов и разглядеть очень мелкие детали строения вещества, подлежавшего изучению. По своей схеме оптический микроскоп представляет собой устройство, сходное с конструкцией рефракторного , в котором идет преломление света в момент его прохождения .
Пучок световых лучей, попадающий в микроскоп, вначале преобразуется в параллельный поток, после чего преломляется в окуляре. Затем информация об объекте исследования поступает в зрительный анализатор человека.
Для удобства объект наблюдения подсвечивают. Для этой цели предназначено зеркало, расположенное в нижней части микроскопа. Свет отражается от зеркальной поверхности, проходит через рассматриваемый объект и попадает в объектив. Параллельный поток света идет вверх, к окуляру. Степень увеличения микроскопа зависит от параметров линз. Обычно эта указывается на корпусе прибора.
Устройство микроскопа
Микроскоп имеет две основные системы: механическую и оптическую. В первую входят подставка, коробка с рабочим механизмом, стойка, держатель тубуса, грубой и тонкой наводки, а также предметный столик. Оптическая система включает в себя объектив, окуляр и блок подсветки, куда входят конденсатор, светофильтр, зеркальце и элемент освещения.
Современные оптические микроскопы имеют не одну, а две и даже более линз. Это позволяет справиться с искажением изображения, называемом хроматической аберрацией.
Оптическая система микроскопа – основной элемент всей конструкции. Объектив определяет, каким будет увеличение рассматриваемого объекта. Он состоит из линз, количество которых зависит от типа прибора и его назначения. В окуляре также используется две или даже три линзы. Чтобы определить общее увеличение конкретного микроскопа, следует умножить увеличение его окуляра на эту же характеристику объектива.
Со временем микроскоп совершенствовался, менялись принципы его работы. Оказалось, что при наблюдении микромира можно использовать не только свойство преломления света. В работе микроскопа могут быть задействованы и электроны. Современные электронные микроскопы позволяют видеть по отдельности частицы вещества, которые настолько малы, что свет их обтекает. Для преломления электронных пучков используются не увеличительные стекла, а магнитные элементы.
В микроскопе различают механическую и оптическую части. Механическая часть представлена штативом (состоящим из основания и тубусодержателя) и укрепленным на нем тубусом с револьвером для крепления и смены объективов. К механической части относятся также: предметный столик для препарата, приспособления для крепления конденсора и светофильтров, встроенные в штатив механизмы для грубого (макромеханизм, макровинт) и тонкого (микромеханизм, микровинт) перемещения предметного столика или тубусодержателя.
Оптическая часть представлена объективами, окулярами и осветительной системой, которая в свою очередь состоит из расположенных под предметным столиком конденсора Аббе и встроенного осветителя с низковольтной лампой накаливания и трансформатором. Объективы ввинчиваются в револьвер, а соответствующий окуляр, через который наблюдают изображение, устанавливают с противоположной стороны тубуса.
Рисунок 1. Устройство микроскопа
К механической части относится штатив, состоящий из основания и тубусодержателя. Основание служит опорой микроскопа и несет всю конструкцию штатива. В основании находится также гнездо для зеркала или встроенный осветитель.
- предметный столик, служащий для размещения препаратов и горизонтальногоих перемещения;
- узел для крепления и вертикального светофильтров.
В большинстве современных микроскопов фокусировка осуществляется путем вертикального перемещения предметного столика с помощью макро- и микромеханизма при неподвижном тубусодержателе. Это позволяет установить на тубусодержатель различные насадки (микрофото и т.п.). В некоторых конструкциях микроскопов, предназначенных для работы с микроманипулятором, фокусировка осуществляется вертикальным перемещением тубусодержателя при неподвижном предметном столике.
Тубус микроскопа
- узел, служащий для установки объективов и окуляров на определенном расстоянии друг от друга. Он представляет собой трубку, в верхней части которой находится окуляр или окуляры, а в нижней - устройство для крепления и смены объективов. Обычно это револьвер с несколькими гнездами для быстрой смены объективов различного увеличения. В каждом гнезде револьвера объектив закреплен таким образом, что он всегда остается центрированным по отношению к оптической оси микроскопа. В настоящее время конструкция тубуса существенно отличается от прежних микроскопов тем, что части тубуса несущие окуляры и револьвер с объективами, конструктивно не связаны. Роль средней части тубуса может выполнять штатив.
Механическая длина тубуса биологических микроскопов обычно составляет 160мм. В тубусе между объективом и окуляром могут располагаться призмы, изменяющие направление хода лучей и промежуточные линзы, изменяющие окулярное увеличение и оптическую длину тубуса.
Существуют различные взаимозаменяемые конструкции участка тубуса, несущего окуляры (прямой и наклонный) и различающиеся по количеству окуляров (окулярные насадки):
- монокулярные - с одним окуляром, для наблюдения одним глазом;
- бинокулярные - с двумя окулярами, для одновременного наблюдения двумя глазами, которые могут различаться по конструкции в зависимости от модели микроскопа;
- тринокулярные - с двумя окулярами и проекционным выходом, позволяющие одновременно с визуальным наблюдением двумя глазами, проецировать изображение препарата соответствующей оптикой на монитор компьютера или другой приемник изображения.
Помимо тубусодержателя с тубусом к механической части микроскопа относятся:
- кронштейн для крепления предметного столика;
- предметный столик, служащий для размещения препаратов и горизонтального перемещения в двух перпендикулярных направлениях относительно оси микроскопа. Конструкция некоторых столиков позволяет вращать препарат. Вертикальное перемещение предметного столика осуществляется макро- и микромеханизмом.
- приспособления для крепления и вертикального перемещения конденсора и его центрировки, а также для помещения светофильтров.
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.
Прочитайте:
|
К практическому занятию по разделу «Биология клетки»
Для студентов 1 курса специальности «Медико-профилактическое дело»
ТЕМА. Микроскоп и правила работы с ним
ЦЕЛЬ. На основании знания устройства светового микроскопа, освоить технику микроскопирования и приготовления временных микропрепаратов.
ПЕРЧЕНЬ ЗНАНИЙ И ПРАКТИЧЕСКИХ НАВЫКОВ
1. Знать основные части микроскопа, их назначение и устройство.
2. Знать правила подготовки микроскопа к работе.
3. Уметь работать с микроскопом при малом и большом увеличении.
4. Уметь готовить временные микропрепараты.
5. Уметь правильно вести протокол практической работы.
ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕМЫ
1. Основные виды микроскопии.
2. Основные части светового микроскопа их назначение и устройство.
3. Элементы механической части микроскопа.
4. Осветительная часть микроскопа. Каким образом можно увеличить интенсивность освещенности объекта?
5. Оптическая часть микроскопа. Как определить увеличение объекта?
6. Правила подготовки микроскопа к работе.
7. Правила работы с микроскопом.
8. Техника приготовления временного микропрепарата.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ
Микроскоп используется для изучения мелких объектов. В практической работе обычно пользуются микроскопом МБР-1 (микроскоп биологический рабочий), или МБИ-1 (микроскоп биологический исследовательский), «Биолам» и МБС-1 (стереоскопический микроскоп).
ВИДЫ МИКРОСКОПИИ: световая (лупа, люминесцентный, обычные световый микроскопы – МБИ–1, МБР-1, «Биолам» и др.) и электронная (просвечивающий и сканирующий микроскоп).
СВЕТОВАЯ МИКРОСКОПИЯ – основной метод изучения биологических объектов, поэтому освоение техникой микроскопирования, приготовления временных микропрепаратов необходимо для практической работы врача. Разрешающая способность светового микроскопа ограничена длиной световых волн. Современные световые микроскопы дают увеличение до 1500. Очень важно, что в световом микроскопе можно изучать не только фиксированные, но и живые объекты. Поскольку структуры большинства живых клеток недостаточно контрастны (они прозрачны), разработаны специальные методы световой микроскопии, позволяющие повысить контрастность изображения объекта. К таким методам относятся фазово-контрастная микроскопия, микроскопия в темном поле и др.
ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ – использует не свет, а поток электронов, проходящий через электромагнитные поля. Длина волны электронов зависит от напряжения, подаваемого для генерации электронного пучка, практически можно получить разрешение приблизительно в 0,5 нм, т.е. примерно в 500 раз больше, чем в световом микроскопе. Электронный микроскоп позволил не только изучить строение ранее известных клеточных структур, но и выявить новые органеллы. Так, было обнаружено, что основу строения многих клеточных органоидов составляет элементарная клеточная мембрана.
Основные части микроскопа: механическая, оптическая и осветительная.
Механическая часть. К механической части относятся штатив, предметный столик, тубус, револьвер, макро- и микрометрические винты. Штатив состоит из основания, придающего микроскопу устойчивость. От середины основания вверх отходит тубусодержатель, к нему прикреплен тубус, расположенный наклонно. На штативе укреплен предметный столик. На него помещают микропрепарат. На предметном столике имеются два зажима (клеммы) для фиксации препарата. Через отверстие в предметном столике обеспечивается освещение объекта.
На боковых поверхностях штатива имеются два винта, с помощью которых можно передвинуть тубус. Макрометрический винт служит для грубой настройки на фокус (на четкое изображение объекта при малом увеличении микроскопа). Микрометрический винт используется для тонкой настройки на фокус.
Оптическая часть. Оптическая часть микроскопа представлена окулярами и объективами. Окуляр (лат. осиllus – глаз) находится вверхней части тубуса и обращен к глазу. Окуляр представляет собой систему линз. Окуляры могут давать различное увеличение: в 7 (×7), 10 (×10), 15 (×15) раз. На противоположной стороне тубуса находится вращающийся диск – револьверная пластинка. В ее гнездах закреплены объективы. Каждый объектив представлен несколькими линзами, так же как окуляр, позволяет получить определенное увеличение: ×8, ×40, ×90.
Изучение морфологических признаков микробов - их формы, строения и величины клеток, способности к движению и пр. - производится с помощью оптического прибора - микроскопа (от греческого «микрос» - малый, «скопео» - смотрю). Из выпускаемых биологических микроскопов лучшими являются МБИ-1, МБИ-2, МБИ-3, МБР-1 и некоторые другие.
Основные части микроскопа: оптическая система (объектив и окуляр), осветительная оптическая система (конденсор и зеркало) и механическая часть. Оптическая система создает увеличенное изображение объекта. Механическая часть обеспечивает перемещение оптической системы и наблюдаемого объекта (предмета). Основными частями механической системы микроскопа (рис. 60) являются: штатив, предметный столик, тубусодержатель с револьвером и винты для передвижения тубуса - макрометрический и микрометрический.
Макрометрический винт (кремальера, или зубчатка) служит для грубой наводки микроскопа. Микрометрический винт является механизмом тонкой подачи и служит для окончательной, точной фокусировки микроскопа на препарат. Полный оборот микровинта передвигает тубус микроскопа на 0,1 мм. Микрометрический винт является одной из наиболее хрупких частей микроскопа, и обращаться с ним нужно особенно осторожно. Наиболее четкое и ясное изображение получают передвижением тубуса с помощью макро- и микрометрического винтов при соответствующей настройке освещения. Тубус микроскопа закреплен в верхней части штатива в тубусодержателе. Предметный столик также укреплен в верхней части штатива. У современных микроскопов предметный столик почти всегда делается подвижным. Он приводится в движение двумя винтами, расположенными по обе стороны столика. При помощи этих винтов препарат вместе со столиком передвигается в разных направлениях, что в значительной степени облегчает рассмотрение препарата в различных его точках. Закрепление препарата на столике производится двумя клеммами (зажимами).
Кроме подвижных столиков, некоторые микроскопы снабжаются крестообразными столиками. Препараты в этом случае перемещают в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Две шкалы на столике позволяют отмечать интересующие исследователя участки препарата, с тем чтобы их можно было легко отыскать при повторном микроскопировании.
В нижней части тубусодержателя находится револьвер с отверстиями, снабженными нарезкой. В эти отверстия ввинчиваются объективы. Объективы составляют наиболее важную и дорогую часть микроскопа. Это сложная система двояковыпуклых линз, заключенных в металлическую оправу. Объективы увеличивают рассматриваемый предмет, давая действительное увеличенное обратное изображение.
Все объективы делятся на ахроматы и апохроматы. Ахроматы более распространены вследствие своей простоты и дешевизны. В них имеется шесть линз, изготовленных из оптического стекла. Изображение, получаемое с помощью ахроматов, наиболее резкое в центре. Края поля вследствие хроматической аберрации часто бывают окрашены в синий, желтый, зеленый, красный и другие цвета. Апохроматы состоят из большего числа линз (до 10). Для их изготовления употребляется стекло различного химического состава: борное, фосфорное, флюорит, квасцы. В апохроматах в значительной степени устранена хроматическая аберрация.
Обычно микроскопы снабжаются тремя объективами, на которых указывается даваемое ими увеличение: объективы 8Х (малое увеличение), 40Х (среднее увеличение) и 90Х (большое увеличение). Объективы 8Х и 40X являются сухими системами, так как при работе с ними между препаратом и объективом находится слой воздуха. Лучи света, проходя сквозь среды различной плотности (показатель преломления воздуха п=1, стекла п=1,52) и попадая из среды более плотной (стекло) в менее плотную (воздух), сильно отклоняются и не полностью попадают в объектив микроскопа. Поэтому сухими объективами можно пользоваться только при сравнительно небольших увеличениях (до 500-600 раз).
Чем больше увеличение, тем меньшего диаметра должны быть линзы. Поэтому при больших увеличениях слишком малая часть лучей попадает в линзу объектива и изображение получается недостаточно отчетливое. Во избежание этого прибегают к иммерсии (погружению) объектива в среду, имеющую коэффициент преломления, близкий к коэффициенту преломления стекла. Таким иммерсионным, или погружаемым, объективом в биологических микроскопах является объектив 90X. При работе между этим, объективом ц предметным стеклом помещают каплю иммерсионного (чаще всего кедрового) масла, коэффициент преломления которого равен 1,51. Объектив погружают непосредственно в масло, световые лучи проходят через однородную систему не преломляясь и не рассеиваясь, что способствует получению четкого изображения рассматриваемого объекта.
В верхнюю часть тубуса микроскопа вставляется окуляр. Окуляр состоит из двух собирающих линз: одной, обращенной к объективу, и второй, обращенной к глазу. Между ними в окуляре имеется диафрагма, которая задерживает боковые лучи и пропускает лучи, параллельные оптической оси. Это обеспечивает более контрастное промежуточное изображение. Глазная линза окуляра увеличивает изображение, полученное от объектива. Окуляры изготовляются с собственным увеличением в 7Х, 10Х, 15Х раз. Общее увеличение микроскопа равняется произведению увеличения объектива на увеличение окуляра. При комбинировании окуляров с объективами можно получить различные увеличения - от 56 до 1350 раз.
Конденсор представляет собой двояковыпуклую линзу, которая собирает отраженный от зеркала свет в пучок и направляет его в плоскость препарата, что обеспечивает наилучшее освещение объекта. Поднятием и опусканием конденсора можно регулировать степень освещенности препарата. В нижней части конденсора расположена ирис-диафрагма, посредством которой также можно менять яркость освещения, суживая или, наоборот, полностью раскрывая ее.
Зеркало, имеющее две отражающие поверхности - плоскую и вогнутую, укреплено на качающемся рычажке, при помощи которого его можно устанавливать в любой плоскости. Вогнутой стороной зеркала пользуются редко - при работе со слабыми объективами. Зеркало отражает световые лучи и направляет их в объектив через ирис-диафрагму конденсора, конденсор и рассматриваемый объект. В нижней части оправы конденсора имеется откидная рамка, которая служит для установки светофильтров.
Микроскоп - сложный оптический прибор, он требует осторожного и бережного обращения, соответствующих навыков в работе. Надлежащий уход за прибором и тщательное соблюдение правил пользования гарантируют безупречность и долговременность его службы. Качество изображения в микроскопе в значительной степени зависит от освещения, поэтому настройка освещения является важной подготовительной операцией.
Работа с микроскопом может проводиться как при естественном, так и при искусственном освещении. При ответственных работах пользуются искусственным освещением, применяя осветитель ОИ-19. При естественном освещении нужно пользоваться рассеянным боковым, а не прямым солнечным светом.
Современные микроскопы МБИ-2, МБИ-3 снабжаются бинокулярными насадками типа АУ-12, имеющими собственное увеличение 1,5х, и прямым сменным тубусом (рис. 61). При использовании бинокулярной насадки микроскопирование облегчается, так как наблюдение производится обоими глазами и зрение не утомляется.
