Какие существуют типы микроскопов?

Микроскоп, разработанный в 16-17 веках, представляет собой научный инструмент, позволяющий наблюдать объекты, невидимые невооруженным глазом. Это оптическое устройство используется во многих областях, таких как образование, биология, медицина и промышленность. Но каковы различные типы микроскопов? И каково их основное применение? Оптический микроскоп, электронный микроскоп, локальный зондовый микроскоп – вот все, что вам нужно знать об этих увеличительных приборах !

Оптический микроскоп: мощный инструмент, простой в использовании

Но кто изобрел микроскоп? Хотя это открытие часто приписывают изготовителям очков Гансу и Захариасу Янссенам или Галилею, личность его истинного изобретателя до сих пор остается неопределенной. Однако мы знаем, что первым инструментом такого типа был оптический микроскоп, состоявший из системы наложенных друг на друга линз.

Внешний вид и принцип действия

Оптический микроскоп (или световой микроскоп) — мощное устройство, позволяющее пользователю получить увеличенное изображение изучаемого предмета. Он оснащен одной или несколькими линзами, а также окулярами, перед которыми вы помещаете глаза. Этот инструмент наблюдения также включает в себя колеса фокусировки (тонкой и грубой), предметный столик, конденсор и осветительное устройство.

Оптический микроскоп работает с помощью света. Его объектив создает увеличенное и перевернутое промежуточное изображение по направлению к окуляру, которое увеличивает и обеспечивает пользователю выпрямленное изображение. Он имеет увеличение до 2500 раз. Не путайте его с бинокулярной лупой (стереомикроскопом) , предназначенной для наблюдений при малых увеличениях (насекомых, растений, монет и т. д.).

Различные типы оптических микроскопов

Сегодня на рынке доступны три основных типа оптических микроскопов: классический оптический микроскоп, флуоресцентный оптический микроскоп и цифровой оптический микроскоп.

Простой оптический микроскоп

Классический оптический микроскоп — это прибор, позволяющий использовать его как на пропускание, так и на отражение. В первом случае свет полностью проходит через исследуемый образец снизу. Во втором случае он освещает предмет с той же стороны, что и линза, отражается от ее поверхности и рассеивает изображение с помощью системы зеркал. Этот метод позволяет наблюдать толстые или непрозрачные образцы.

Оптический флуоресцентный микроскоп

Флуоресцентный оптический микроскоп — очень полезный инструмент для изучения естественно флуоресцентных образцов (хлорофилла, кварца и т. д.). Он также используется для исследования молекул или тел, которые стали флуоресцировать после их возбуждения источником света определенной длины волны. Таким образом, флуоресцентная микроскопия создает изображение из света, излучаемого образцом, и передает его пользователю.

Цифровой оптический микроскоп

Цифровой микроскоп работает так же, как оптический микроскоп. Окуляр просто заменяется мощной оптической камерой. Это устройство подключается к компьютеру или имеет встроенный цветной экран, поэтому изучаемые изображения можно просматривать в режиме реального времени.

Этот тип микроскопа особенно предназначен для требовательных наблюдателей. Его преимущества остаются многочисленными: больший визуальный комфорт, превосходное качество изображения, мощное увеличение (до 5000 раз для наиболее эффективных моделей) и запись полученных изображений.

Области использования оптического микроскопа

Различные типы оптических микроскопов (классические, флуоресцентные и цифровые) могут использоваться в различных областях:

  • преподавание;
  • исследование;
  • биология (ткани, клетки);
  • сельское хозяйство ;
  • металлургия (металлы и сплавы);
  • петрография (породы);
  • промышленность (контроль качества);
  • часовое дело;
  • частный досуг.

Электронный микроскоп: прибор наблюдения с более высоким разрешением

Первый электронный микроскоп был изобретен в 1931 году двумя немецкими учёными: Максом Кноллем и Эрнстом Руской (Нобелевская премия по физике 1986 года). Этот технический подвиг произвел революцию в мире микроскопии. Отныне можно изучать материю в атомном масштабе!

Внешний вид и принцип действия

Как и оптический микроскоп, электронный микроскоп работает с использованием линзы и лучевой системы. Разница в том, что этот прибор рассеивает на образце электроны, а не свет, и вместо стеклянных линз имеет электромагнитные линзы (электромагниты, отклоняющие электроны).

Электроны имеют более короткую длину волны, поэтому этот тип микроскопа имеет гораздо большее разрешение и возможность увеличения до 2 миллионов раз!

Различные типы электронных микроскопов

В настоящее время двумя основными типами электронных микроскопов являются сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) и просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ). Эти модели обычно предназначены для профессионалов.

Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ)

Сканирующий электронный микроскоп, сокращенно СЭМ, представляет собой прибор, предназначенный для наблюдения за рельефными объектами. Он оснащен электронной пушкой и электромагнитными линзами, которые рассеивают и фокусируют тонкий пучок электронов в каждой точке образца.

Таким образом, электроны сканируют весь исследуемый образец и создают рельефное изображение. Таким образом, этот оптический прибор остается идеальным для исследования поверхности материалов, объектов и бактерий. Его разрешение составляет порядка одного нанометра.

Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ)

Просвечивающий электронный микроскоп или ПЭМ — сложный оптический прибор. В его состав входит электронная пушка, несколько электромагнитных линз, устройство обнаружения и два окуляра.

В этом устройстве используется электронный луч высокого напряжения, который проходит через очень тонкий микроскопический препарат. Взаимодействия, происходящие между этими электронами и образцом, затем создают изображение, разрешение которого может достигать 0,08 нанометра, а иногда даже и 0,04. Таким образом, ПЭМ позволяет исследовать вирусы, кристаллы, митохондрии (микроэлементы, обеспечивающие клеточное дыхание) и т. д.

Области применения электронного микроскопа:

  • биология;
  • химия;
  • фармакология ;
  • патология;
  • геология;
  • материаловедение;
  • металлургия;
  • полупроводниковая промышленность.

Локальный зондовый микроскоп: мощный инструмент, предназначенный для наблюдений на атомном уровне

Локальный зондовый микроскоп появился в 1980-х годах, у истоков этого открытия стояли Герд Биннинг и Генрих Рорер, тогдашние исследователи из IBM. Они разработали первый туннельный микроскоп и были удостоены Нобелевской премии в 1986 году. Этот новый оптический прибор обеспечил разрешение атома.

Внешний вид и принцип действия

Ближнепольная или локальная зондовая микроскопия основана на принципе сканирующего картирования. Устройства, использующие этот метод, имеют тонкий наконечник конической формы, который проходит по поверхности образца. Таким образом, взаимодействие между зондом и анализируемым образцом фиксируется и затем передается наблюдателю в виде изображения атомного масштаба. Все они требуют использования компьютера для управления движением зонда и визуализации результатов.

Различные типы микроскопов ближнего поля

Сегодня используются три основных типа локальных зондовых микроскопов: сканирующий туннельный микроскоп, атомно-силовой микроскоп и оптический микроскоп ближнего поля.

Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ)

Изобретенный в 1981 году исследователями Гердом Биннингом и Генрихом Рорером сканирующий туннельный микроскоп (СТМ ) основан на квантовом явлении туннельного эффекта. Он обеспечивает изображение материала на атомном уровне путем измерения интенсивности электрического тока, возникающего между зондом и поверхностью сканируемого образца. Для этого пользователь должен отрегулировать высоту наконечника с помощью компьютера, чтобы поддерживать постоянный ток. Его разрешение составляет 1/100 атома.

Атомно-силовой микроскоп (АСМ)

На основе предыдущего устройства в 1985 году был изобретен атомно-силовой микроскоп (АСМ). Он позволяет создать подробную трехмерную карту объекта в атомном масштабе. Для этого этот оптический прибор регистрирует изменения сил, действующих между атомами на конце зонда и атомами на поверхности исследуемого образца.

Оптический микроскоп ближнего поля

Наконец, оптический микроскоп ближнего поля (SNOM для сканирующего оптического микроскопа ближнего поля) соответствует устройству, которое улавливает электромагнитное поле, присутствующее на поверхности препарата, с помощью оптоволоконного зонда.

Объект можно изучать на просвет (после прохождения через него света) или в отражении (после того, как свет отразился от него). Представленные изображения достигают пространственного разрешения 10 нанометров.

Области применения локального зондового микроскопа

  • биомедицинские исследования;
  • физические исследования;
  • химия;
  • металлургия;
  • нанонаука;
  • нанотехнологии.

Разные типы микроскопов: что следует помнить

Теперь вы знаете различные типы микроскопов, их характеристики, а также различные области их применения. Эти увеличительные инструменты делятся на три больших семейства: оптические микроскопы, электронные микроскопы и локальные зондовые микроскопы.

Оптический микроскоп остается наиболее распространенным устройством. Простой в обращении, он очень эффективен в сфере образования, биологии и промышленности. Электронный микроскоп обеспечивает более высокое разрешение и по-прежнему широко используется в медицине, патологии и материаловедении. Наконец, локальный зондовый микроскоп, который позволяет анализировать образец на атомном уровне, в основном используется в мире нанонауки, нанотехнологий и биомедицинских исследований.

Просмотров: 254 | Добавил: microbiology | Теги: виды микроскопа, типы микроскопа, микроскоп