Микроскоп

           „Светът, който виждаме с просто око, е само повърхността. Истинските чудеса на природата и структурата на живота остават скрити в детайли, недоловими за човешкото зрение. В telescopes.bg вярваме, че знанието започва с любопитството и правилния инструмент. Нашата мисия е да ви помогнем да видите невидимото – от сложната архитектура на растителната клетка до удивителните геометрични форми на микрокристалите. Изберете своя нов микроскоп при нас и направете първата крачка към това да отключите тайните на Вселената, скрити в една единствена капка вода или микроскопичен детайл.“

 

Микроскопи: Пълно ръководство за избор, устройство и употреба

 

 

Съдържание:

• Какво е микроскоп?
• Какво е микроскопия?
• Кой е изобретил микроскопа?
• Какво можете да правите с микроскоп?
• За какви специфични категории се използват микроскопите и от кого?
• Видове микроскопи
• Сложен (биологичен) микроскоп
• Стереомикроскоп
• Други видове микроскопи
• Части на микроскопа
• Обективи
• Окуляр
• Кондензаторна леща (подпредметен кондензатор)
• Диафрагма
• Осветителни системи (източник на светлина)
• Системи за фокусиране
• Глава (корпус)
• Револверник (турет или въртящ се револверник)
• Рамо
• Основа
• Тубуси за окулярите
• Леща на тубуса
• Предметна маса
• Термини, свързани с микроскопите
• Аксесоари за микроскопи
• Оптични аберации
• Експертен съвет от екипа на telescopes.bg
• Препоръчителни книги

Микроскопи

                                  

Какво е микроскоп

Микроскопът е високопрецизен оптичен инструмент, който използва леща или комбинация от лещи, за да произведе силно увеличени изображения на малки образци или обекти, особено когато те са твърде малки, за да бъдат видени с невъоръжено (просто) око. Използва се източник на светлина (чрез огледала или лампи), за да се улесни виждането на обекта.

Какво е микроскопия

Микроскопията е използването на микроскоп или изследване чрез микроскоп.

Кой е изобретил микроскопа

Няма един единствен човек, който да е изобретил микроскопа, тъй като няколко различни изобретатели са експериментирали с теории и идеи и са разработили различни части от концепцията, докато тя е еволюирала до днешните микроскопи. Около 1590 г. двама холандски майстори на очила, Захариас Янсен и неговият син Ханс, експериментират с груба концепция за микроскоп, който увеличава обектите от 10х до около 30х. През 1609 г. Галилео (италианец) подобрява принципа на лещите и добавя фокусиращо устройство, за да подобри до известна степен направеното от семейство Янсен. Тези рудиментарни инструменти не се променят много до началото на 1670-те години.

Холандецът Антон ван Льовенхук се счита за бащата на микроскопите заради напредъка, който постига в дизайна и използването им. Той е работил като чирак в магазин за текстил, където са се използвали увеличителни лещи за броене на нишките в плата. Антон е бил вдъхновен от тези стъкла и сам се научил на нови методи за шлифоване и полиране на малки лещи, които увеличавали до 270х. Това довело до първите практически микроскопи. През 1674 г. Антон е първият, който вижда и описва бактерии, дрожди, растения и живот в капка вода.

Anton van Levenhuk(1632-1723)

Не са направени много подобрения до 1850-те години, когато няколко изобретатели в Европа и Америка правят огромен напредък. От този период съвременните сложни и стереомикроскопи са се променили много малко. В началото на 1930-те години са разработени първите микроскопи с електронен сноп, което е пробив в технологиите, тъй като те увеличават увеличението от около 1000х до 250 000х или повече. Тези микроскопи използват електрони вместо светлина за изследване на обекти.

Какво можете да правите с микроскоп

Човек би могъл да напише книга, отговаряйки на този въпрос, но накратко микроскопът може да се използва за многобройни неща:

• за хоби към микроскопичните светове – от учене и забавление до използване на микроскоп за изследване на марки, монети, скъпоценни камъни, насекоми и др.
• децата могат да видят фантастичен свят на открития.
• студентите имат интерес към придобиване на знания навсякъде – от средното училище до университетско ниво.
• медицински цели – от анализи до напреднали изследвания в много и разнообразни дисциплини.
• индустриални цели като инструменти за инспекция и измерване.
• правителствени и научни цели за обществена безопасност и открития.
• заснемане на изображения на всичко, което наблюдавате.

Обикновеното ще стане необикновено, когато го гледате през микроскоп. Ще откриете, че почти всичко (живо или такова, което е било живо) се състои от компоненти, наречени клетки, и те придобиват приказен вид на ниво клетъчна структура – като собствената ви кръв, мухъл, дрожди и бактерии. Можете да наблюдавате готови слайдове (препарати) или да подготвяте свои собствени. Можете да прекарате часове в изследване на капка вода от езерце и да наблюдавате огромното количество живот в нея. Можете да изучавате обикновени неща като сол, памук, храни, растения или цветя.

Използвайки стерео (дисекционни) микроскопи, можете да изследвате детайли на специфични части от насекоми, животни, скъпоценни камъни, текстил, хартия, пръстови отпечатъци, пясък, мляко, хляб и др. Микроскопите са основни инструменти при създаването на нови лекарства и намирането на лекове за болести. Едни и същи основни микроскопи се използват за всички тези различни дейности. Всеки трябва да притежава приличен микроскоп и той ще издържи цял живот при разумни грижи. Много хора мислят, че микроскопите са много сложни и трудни за използване, и че се използват само в изследователски съоръжения и университети, и че са скъпи – но те са по-евтини, отколкото човек би помислил, и са наистина лесни за използване.

За какви специфични категории се използват микроскопите и от кого

• Хобита – скъпоценни камъни, монети, марки, предмети с колекционерска стойност, учене и открития и др.
• Образование – химия, биология, ботаника, зоология.
• Медицина – микробиология, хематология, патология, ентомология, дерматология, дентална употреба, ветеринарна употреба, от ежедневен анализ до напреднали изследвания.
• От медицински училища до лаборатории и болници.
• Индустрия – инспекция на компоненти за електронно сглобяване и много различни материали като метали, текстил, пластмаси и др. Използват се в селското стопанство, винарните, пивоварните и за фини гравюри и инспекция в минното дело. Използват се от бижутери и геолози.
• Учители и студенти – в образователния процес, започвайки от началното училище до завършване на висше образование.
• Наука – за изучаване на археология, океанография, геология, металургия и много други области.
• Правителство – много области за обществено здраве и безопасност като качество на водата, фармацевтика, криминалистика, азбест, лабораторна работа, военни приложения и др.

 

Видове микроскопи

По-голямата част от микроскопите се наричат светлинни (светло поле) микроскопи, тъй като разчитат на светлина, за да наблюдават увеличеното изображение на образец или обект. В тази категория има две основни подкатегории: (1) сложни (микроскопи с висока мощност) и (2) стерео или дисекционни (микроскопи с ниска мощност).

Сложен микроскоп(биологичен)

Това е най-често срещаният тип микроскоп. Може да се нарича също биологичен или изследователски микроскоп. Сложният микроскоп е това, което мнозина наричат микроскоп с висока мощност. Увеличението (мощността) може да има диапазон от около 40х до 1000х, а някои могат да достигнат до 1500х или 2000х. Голяма част от сериозната работа със сложен микроскоп се извършва при 400х до 500х.

Сложен микроскоп

Сложен микроскоп/ Биологичен се отнася до факта, че за да се увеличи изображението, единична светлинна пътека преминава през поредица от лещи в една линия, където всяка леща увеличава изображението спрямо предходната. С други думи, една светлинна пътека с множество лещи е равно на сложен микроскоп. Изображението се вижда от наблюдателя така, сякаш е само на 10″ (250 мм) от окото ви. В стандартната форма лещите се състоят от обектив (най-близо до обекта или образеца) и леща на окуляра (най-близо до окото на наблюдателя) и средство за регулиране на фокуса и позицията на образеца или обекта. В допълнение, сложният микроскоп използва светлина (отразена от огледало, от непряка слънчева светлина, от настолни лампи или други вътрешни източници на светлина, или от вградени лампи), за да осветява образеца или обекта, така че да можете да го видите с окото си.

Обективът обикновено се състои от три или четири лещи (понякога дори пет) върху въртящ се револверник (турет), така че мощността да може да се сменя. Изображението, получено в окото, е двуизмерно (2-D) и обикновено обърнато и наопаки. Най-използваният метод на осветяване е трансилюминация (светлина, проектирана отдолу, за да преминава през образеца). При 400х могат да се видят много детайли на клетъчно ниво на биологични образци. Изучаването на клетките и микроорганизмите е едновременно образователно и важно за медицински и научни приложения.

 

Стереомикроскоп

Стереомикроскопите са втория най-често срещан тип микроскоп. Те могат да се наричат също дисекционни или инспекционни микроскопи. Стереомикроскопът е това, което мнозина наричат микроскоп с ниска мощност. Увеличението (мощността) може да има диапазон от около 10х до 80х, като увеличенията от 10х до 40х са най-популярни. Също така, варио (zoom) моделите от около 10х до 110х са много удобни. Ниската мощност се използва за изследване на предмети с по-голям размер като части от насекоми, части от растения и цветя, скали и фосили, марки, монети, печатни платки, повърхности на материали, коса и др. Въпреки това, могат да се наблюдават и слайдове с образци, макар и при тези по-ниски увеличения.

 

Стерео микроскоп 

Оптични характеристики и 3-D ефекти

Има две отделни светлинни пътеки (за разлика от единичната светлинна пътека в сложния микроскоп), които произвеждат истинско стерео, триизмерно (3-D) изображение на образеца или обекта. В обектива ще намерите две лещи (по една за всяка пътека на светлината) една до друга. Оптичните параметри на дизайна на стереомикроскопа ограничават неговите 3-D ефекти само до ниски увеличения. Също в категорията на микроскопите с ниска мощност е типът с една светлинна пътека (като сложния микроскоп), обикновено наричан дисекционен микроскоп. Този тип е по-икономичен от стерео типа, но е много полезен за изследване на образци и обекти с голям размер.

В стандартната форма лещите се състоят от обективи (най-близо до обекта или образеца) и лещи на окуляра (най-близо до очите на наблюдателя) и средство за регулиране на фокуса (тип рейка и пиньон) и позицията на обекта или образеца. В допълнение, стереомикроскопът използва светлина (от настолни лампи, непряка слънчева светлина, други вътрешни източници на светлина, или от вградени или прикрепени лампи), за да осветява образеца или обекта, така че да можете да го видите с очите си. Изображенията, които виждате, са правилни (изправени и нормални, което е обратното на сложните микроскопи). Повечето стереомикроскопи имат вградено или прикрепено както горно, така и долно осветление, за да се справят с различни обекти и образци от всякакъв вид, форми и цветове.

 

Други видове микроскопи

Това обикновено са усъвършенствани и скъпи типове микроскопи, направени за специфични цели, главно в напредналата медицина и изследвания. Има много, много видове, но някои от по-популярните са изброени по-долу:

Фазово-контрастен

Това е микроскоп, който използва разликите във фазата на светлината, предавана или отразена от образеца, за да образува отчетливи, контрастни изображения на различни части на образеца.

Поляризационен

Микроскоп, в който наблюдаваният обект е осветен от поляризирана светлина за типичен анализ на съдържанието и състава на органичен или неорганичен материал като кристали, химическа микроскопия и оптична минералогия.

Флуоресцентен

Тези микроскопи използват метод на осветяване, който се използва за локализиране на флуоресцентно белязан материал (протеин, ензим, гени) чрез възбуждане на образеца с една дължина на вълната на светлината с надеждата, че флуоресценцията ще се появи чрез излъчване на светлина при различна дължина на вълната.

Металургичен

Микроскоп, който се използва за идентификация, инспекция и анализ на различни метали и сплави.

С електронен сноп (Електронен)

Тези микроскопи обикновено струват повече от $100 000, а понякога и много повече, и използват сноп от високоенергийни електрони вместо светлина, за да изследват обекти в много фин мащаб. Това позволява на микроскопа да надмине границите на разделителната способност на оптичните микроскопи и може да увеличава образци до 250 000х или повече. Потребителите могат да изследват топографията на образеца, неговата морфология, състав и др.

Дигитален

Те са комбинация от микроскоп и дигитална камера. По-често срещаните типове са дигиталните камери, които могат да използват CCD или CMOS чип. Камерата може да бъде интегрирана (вградена) в микроскопа или специализирани камери (имаджъри) могат да бъдат закупени отделно и адаптирани към почти всеки микроскоп на достъпни цени. С предоставен основен софтуер потребителят може да показва, запазва и редактира изображения. Някои по-скъпи софтуерни пакети позволяват разнообразие от анализи на изображения, полезни за медицински, образователни и сложни изследователски цели.

Ръчни дигитални микроскопи

използват нова технология за миниатюрна камера и осветител в едно устройство. Използвате настолен компютър или лаптоп, за да виждате и заснемате изображения.

 

 

 

 

 

 

Ръчен цифров микроскоп с лаптоп 

 

 

 

 

 

Микроскоп с камера свързан с лаптоп

 

Части на микроскопа

Сложен микроскоп

1. Окуляр – Лещата в горната част, през която гледа потребителят.
2. Тубус на окуляра – Свързва окуляра с лещата на тубуса.
3. Копче за грубо фокусиране – Използва се за бързо намиране на фокуса при ниско увеличение.
4. Обектив – Основната леща, разположена най-близо до образеца.
5. Предметна масичка – Платформата, върху която се поставя образецът.
6. Огледало или осветител – Насочва светлината към образеца.
7. Основа – Долната част, която поддържа целия микроскоп.
8. Държач на масичката – Поддържа стабилността на предметната масичка.
9. Предпазен стоп на рейката – Предотвратява удрянето на обектива в предметното стъкло.
10. Рамо – Свързва основата с главата и служи за пренасяне на уреда.
11. Копче за фино фокусиране – Използва се за прецизна настройка на образа при високо увеличение.
12. Револверник – Въртяща се част, която държи различните обективи.

 

Стерео микроскоп

1. Окуляр и гумен наочник
2. Пръстен за диоптрична настройка
3. Глава
4. Винт за натягане на главата
5. Корпус на обектива
6. Щипки за предметно стъкло
7. Плочка на масичката
8. Основа
9. Превключвател на осветителя
10. Захранващ кабел
11. Горно осветление
12. Винт за фокусиране
13. Винт за фиксиране на стълба
14. Стълб
15. Предпазен винт на стълба

 

Обективи за микроскоп

Обективите

са най-важните компоненти на микроскопите и затова ще бъдат разгледани по-подробно тук. Тяхната основна функция е да събират светлината, преминаваща през образеца, и след това да проектират изображението нагоре в корпуса на микроскопа. След това лещената система на окуляра допълнително увеличава изображението, за да го види окото ви. Повечето качествени микроскопи използват стъкло за обективите и дори при микроскопи за начинаещи избягвайте пластмасови обективни лещи, тъй като нивото на качество е доста по-ниско. Обективите са лещената система, която е най-близо до образеца.

В сложния микроскоп има по един обектив за всеки окуляр. При стереомикроскопите има двойки обективи (една обективна леща за всяка леща на окуляра), които осигуряват 3-D ефекта.

Спецификации и означения на обективите

Върху обективите за сложен микроскоп е отпечатана следната информация за всеки един – мощност, DIN дължина на тубуса, N.A., дебелина на покривното стъкло, универсален цветен пръстен. Дължината на тубуса на обективите обикновено има DIN (взаимозаменяем) стандарт от 185 мм или 195 мм. При сложните микроскопи обективите варират по мощност от 1х до 160х, но най-често срещаният диапазон на мощност е от 4х до 100х. Повечето сложни микроскопи имат три или четири (понякога пет) обектива, обикновено от 4х, 10х, 40х и 100х (маслена имерсия), които се въртят на револверник (турет), за да осигурят различни увеличителни мощности. Обективите 4х, 10х и 40х се наричат „сухи“ обективи, което означава, че работят с въздух между обектива и образеца. Обективът 100х се нарича „мокър“ обектив, което означава, че работи с имерсионно масло между лещата и образеца.

Стереомикроскопите обикновено имат една или две обективни лещи, които нормално са 1х, 2х, 3х или 4х. В допълнение има варио (zoom) модели, които работят от около 0,5х до 5х.

Степента на корекции на грешките на лещите (аберации) и плоскостта на полето на изображението определят полезността и цената на обективите за сложни микроскопи. Най-евтините обективи са ахроматичните типове и те са подходящи за всички микроскопи на цена под около $750.00. Цената на обективите се увеличава при използване на флуоритни или полуапохроматични типове, а най-скъпи са апохроматите.

Плоскостта на полето (кривина на полето)

се отнася до това колко добре е фокусиран образецът в цялото зрително поле. При ахроматичните обективи плоскостта на полето обикновено е около 50% до 70% от полето, където те са на остър фокус в центъра, а външната част на полето става извън фокус, но можете да префокусирате във външните части, за да видите тази зона остро. Обективи с по-плоско поле (micro plan или semi-Plan) са полуапохроматите, които са плоски за около 70% до 85% от полето, а апохроматите (тип Plan) са плоски за около 90% до 100% от полето. Plan обективите са върхът на качеството и обикновено един микроскоп ще струва повече от $750.00, за да има в себе си този тип обективи.

N.A. (numerical aperture / числова апертура)

е число, което изразява способността на лещата да разграничава фини детайли в наблюдавания обект, особено такива, разположени близо един до друг. С увеличаване на числото N.A. разделителната способност става по-добра. N.A. може да варира от 0,04 (ниска мощност) до 1,4 (висока мощност Plan мокър обектив). N.A. ще бъде маркирано върху обектива, като типичните N.A. за следните са: 4x=0,10, 10x=0,25, 40x=0,65 и 100x=1,25

Разделителната способност (действителна, а не теоретична)

е разстоянието на отделяне на два детайла (точки или линии), лежащи близо един до друг, които все още се виждат като отделни. Колкото по-висока е разделителната способност, толкова по-близо могат да бъдат двете точки една до друга и пак да се разграничават като две точки. Разделителната способност идва от обектива, а не от окулярите, тъй като окулярите само увеличават разделителната способност.

Понякога обективите имат цветен пръстен (използван универсално), за да помогне при идентифицирането на увеличението: черен (1х), кафяв (2х), червен (4х), жълт (10х), зелен (20х), тюркоазен (25х), светлосин (40х), тъмносин (60х), бял (100х).

Друго число върху обектива (като 0,17) се отнася до дебелината в милиметри на покривното стъкло, която е била предвидена от дизайнера на лещата при изчисляване на най-доброто представяне на обективната леща.

DIN (Deutsche Institut Fuer Normung)

стандартните обективи са най-популярните в международните стандарти, които диктуват проектните възможности на обективите. DIN стандартни обективи от един производител могат да се използват в съвместим микроскоп на друг производител. Стандартът се отнася до 45 мм парфокално разстояние и RMS стандартна резба 33 мм за обектива. Разстоянието от 45 мм е измерването от монтажния отвор в револверника на обектива до точката на фокус върху образеца.

JIS (Japanese Industrial Standard)

Парфокален (Parfocal)

се отнася до способността за смяна на обективни лещи с различна мощност и фокусът да остане остър или с много малко префокусиране. Парцентриран (Parcentered) се отнася до това, че при смяна на мощността на обективната леща образецът трябва да остане центриран в зрителното поле.

Маслената имерсия

концентрира светлинния път и увеличава разделителната способност. Специално масло се използва със 100х обективна леща и обикновено при 1000х до 1500х. Това е техника, използвана за затваряне на въздушната междина между върха на обектива и горната част на образеца с маслото. След като обективът влезе в контакт с капка масло със същата рефрактивност, те се превръщат в едно цяло. Имерсионното масло е единственото подходящо масло за тази цел и ще позволи високи увеличения и ще избегне повреда на обективите. Има два основни типа маслена имерсия – Тип А е за нисък вискозитет, а Тип В е за висок вискозитет.

Окуляр за микроскоп

Окуляр за микроскоп

Окулярът се състои от серия лещи, монтирани в тубус (барел) в горния край на микроскопа. Неговата основна функция е да гледа фокусираното, увеличено изображение, проектирано от обективната леща, и да увеличи това изображение втори път, преди окото ви да погледне изображението на образеца. Както и при обективните лещи, избягвайте окуляри, при които оптиката е изработена от пластмаса, тъй като те ще осигурят много лошо качество. Окулярите се предлагат в няколко различни дизайна като Huygens, Ramsden, Kellner, Orthoscopic, Plossl и др., като всички могат да бъдат добри в микроскопите, а разликите са второстепенни в сравнение с различните оптични дизайни, използвани при астрономическите телескопи.

Окулярите обикновено са 10х, но се предлагат и в 5х, 12.5х, 15х и 20х. Символът „х“ се отнася до количеството увеличение (мощност), което тази леща добавя като множител към увеличението на обектива. Те са надписани с увеличението и неговото полево число (което е диаметърът в милиметри на отвора на диафрагмата (апертурата) на окуляра). Апертурата ограничава зрителното поле до полезното покритие на окуляра. За специални приложения окулярите могат да имат скали, указатели, кръстове, маркери и др. върху тях.

Окулярите се предлагат и в стилове с широко поле (wide field). Те имат голям диаметър и показват по-широко зрително поле от стандартните окуляри. Повечето са 10х, въпреки че 15х, а понякога и 20х са често срещани. Eye Relief (разстояние от окото) е разстоянието (в милиметри) между окото на наблюдателя (роговицата) и най-близката повърхност на лещата на окуляра – по-дългото разстояние е по-добро за носещите очила.

Очната точка (eyepoint)

е местоположението (или позицията) на окото спрямо окуляра, което позволява възможно най-доброто гледане на изображението. Някои окуляри използват указател (pointer), за да посочат част от образеца. Можете да въртите указателя, като завъртите окуляра. Ретикул на окуляра (микрометър) е парче стъкло с отпечатан или ецван шаблон, което се поставя вътре в окуляра, за да се правят измервания на размера на обектите, видяни през микроскопа.

Диоптричната настройка

е фокусираща характеристика за съгласуване с очите на потребителя при микроскопи с бинокулярни глави. Почти всички хора имат различно зрение във всяко око. Това позволява на потребителя да регулира фокуса на всеки окуляр поотделно. За носещите очила това им позволява да се настроят според предписаните им диоптри и те могат да използват микроскопа, без да носят очилата си. Обикновено диоптърът е на левия окуляр и за да направите настройката – затворете лявото си око и погледнете през десния окуляр с дясното си око и фокусирайте образеца остро, след това затворете дясното си око и погледнете през левия окуляр с лявото си око и фокусирайте образеца остро. Тогава ще можете да фокусирате и изследвате образци с комфорт и лекота.

Гумените наочници (eye shields)

обикновено се използват при стереомикроскопите. Те намаляват околната светлина и осигуряват комфорт, но не трябва да се използват, ако носите очила.

Кондензаторна леща (Sub-stage Condenser) на микроскоп

Стъклена леща или система от лещи, разположена в или под предметната масичка при сложните микроскопи. Нейната основна функция е да събира светлината, идваща от светлинния източник, и да концентрира тази светлина в светлинен конус върху образеца. Обективите с висока мощност имат много малки диаметри и изискват концентрирана светлина, за да работят правилно. Базовият кондензатор е фиксиран на място.

Подвижен, по-прецизен и по-скъп кондензатор е кондензаторът на Абе (Abbe condenser). Обикновено той може да се движи вертикално нагоре и надолу, регулирайки количеството светлина от осветителя. Той се монтира под масичката и обикновено има регулируема апертура от ирисов тип за контролиране на диаметъра на светлинния лъч, влизащ в лещената система. Чрез промяна на размера на ириса и преместване на лещата нагоре или надолу от масичката, може да се контролира диаметърът и фокусната точка на конуса от светлина, който преминава през образеца. Той е най-полезен при 400х и по-високи мощности.

Кондензаторът трябва да има N.A., равна или по-голяма от N.A. на използвания обектив. Базовият кондензатор има N.A. от 0.65, което е добре при 400х и по-ниско. Но при по-високи увеличения е обичайна N.A. от 1.20 или 1.25 и ще ви трябва кондензатор тип Абе. За кондензатори с по-високо качество от типа Абе, те обикновено се наричат апланатични ахроматични типове; те имат много плоско поле и са много скъпи.

Някои кондензатори могат да бъдат проектирани да имат специални аксесоари за фазов контраст, поляризирана светлина, диференциален интерференчен контраст и микроскопия на тъмно поле.

Основен кондензатор

Abbe кондензатор

Диафрагма (Diaphragm) на микроскоп

Дискова диафрагма

Ирисова диафрагма

Диафрагмата се нарича още подпредметна диафрагма или апертурна диафрагма. Тя обикновено е разположена под предметната масичка на микроскопа и регулира количеството светлина, преминаващо към слайда или образеца. Тя е най-полезна при високи увеличения. Повечето сложни микроскопи имат един от двата типа диафрагма:

1. Дискова диафрагма (Disc Diaphragm) – тя е по-простият и по-евтин от двата типа. Разположена е между светлинния източник и слайда или образеца. Тя съдържа въртящ се диск (обикновено фиксиран) с пет до десет отвора с различен диаметър, които ограничават количеството светлина, преминаващо към образеца.

2. Ирисова диафрагма (Iris Diaphragm) – тя е по-добрият и по-скъп от двата типа. Тя има постоянно променлив диаметър (подобно на ириса на окото или затвора на камера), чиято функция е да ограничава размера на отвора, през който преминава светлината от светлинния източник, за да се оптимизират разделителната способност, контрастът и рязкостта. Обикновено се управлява чрез лостче.

Осветителни системи за микроскоп

Тъй като образците рядко генерират собствена светлина, осветлението е необходимо. Осветяването е прилагането на светлина върху обект или образец в микроскопа. Осветителят е източникът на светлина, който осветява обекта или образеца, предназначен за наблюдение. Осветлението на обекта или образеца трябва да бъде ярко, без отблясъци и равномерно разпръснато в зрителното поле.

Методи за външно осветяване на микроскоп

Най-простият начин за осветяване може да бъде осигурен от горно осветление, настолни или настолни лампи или непряка слънчева светлина. Много сложни микроскопи са снабдени с регулируеми плоско-вдлъбнати огледала, които отразяват външен източник на светлина в микроскопа. Плoската страна (plano) на огледалото обикновено осигурява по-остро изображение, но ако е необходимо по-силно и по-ярко осветяване, се използва вдлъбнатата страна. Тези методи са най-евтините начини за осветяване, но може да бъде трудно да се насочи светлинният източник за правилно осветяване.

По-скъпото и обичайно осветяване е чрез използване на вградени или прикрепени източници на светлина, използващи крушки или лампи, които осигуряват директно и интензивно осветяване. Тези източници на светлина могат да бъдат отгоре на образеца или обекта, което се използва главно при стереомикроскопи с ниска мощност и се нарича инцидентна (отразена) светлина, или отдолу на образеца (обикновено при слайд), при което светлината преминава през образеца от вътрешността на основата и се нарича трансилюминация (предавана светлина). Осветяването едновременно отгоре и отдолу може да осигури достатъчно светлина дори за най-дебелите и неправилни образци. Тези осветители могат да бъдат с фиксиран или с променлив интензитет, при който се използва контролно копче (реостат) за управление на интензитета на произведената светлина.

Тези източници на светлина могат да бъдат:

• Отгоре на образеца или обекта: Използва се главно при стереомикроскопи с ниска мощност и се нарича инцидентна (отразена) светлина.

• Отдолу на образеца: Обикновено при слайд (препарат), при което светлината преминава през образеца от вътрешността на основата и се нарича трансилюминация (предавана светлина).

Осветяването едновременно отгоре и отдолу може да осигури достатъчно светлина дори за най-дебелите и неправилни образци. Тези осветители могат да бъдат с фиксиран или с променлив интензитет, при който се използва контролно копче (реостат) за управление на интензитета на произведената светлина.

Видове крушки за микроскоп

• Волфрамова (Tungsten): Това е крушка с нажежаема жичка, която е най-разпространената и най-евтината. Те излъчват жълтеникав оттенък и отделят умерена топлина. Обикновено са 15 или 20 вата.

• Халогенна (Halogen): Лампа, която обикновено е най-горещият източник на светлина за микроскоп. Светлината е много ярка, много бяла и концентрирана. Халогенният тип е по-скъп от волфрамовия. Обикновено са 15 или 20 вата.

• Флуоресцентна (Fluorescent): Лампа с ниска температура (хладна). Светлината е ярка, бяла и много остра, като същевременно е комфортна за окото. Тя е отлична за наблюдение на живи образци. Обикновено са от 5 до 10 вата и генерират същата яркост като волфрамовите или халогенните. Могат да бъдат вградени в основата или прикрепени като кръгово осветление (ring light) за наблюдение отгоре.

• LED: Това са светодиоди, които осигуряват ярък източник на светлина с практически никаква топлина. Белият лъч е по-ярък и по-студен от другите осветителни системи. Обикновено работят на батерии, което ги прави безжични и чудесни за използване на открито.

Специализирани форми на осветяване

Съществуват различни форми на осветяване, които се постигат чрез промяна на количеството или качеството на светлината, насочена към образеца:

Светло поле (Bright Field) 

това е най-основната и често срещана форма на осветление за микроскопи. Тя представлява силно насочен и интензивен светлинен източник, при който светлината се насочва от под предметната масичка през кондензаторна леща, през образеца, през обектива и през окуляра до окото.

Дифузно (Diffuse)

постига се чрез поставяне на матирано стъкло, полупрозрачна пластмаса или друг подобен материал пред кондензатора (между източника на светлина и кондензаторната леща), което кара светлината от източника за светло поле да се разпръсне. Често това разширява осветяването на полето и внася фини промени в изображението.

Фазов контраст (Phase Contrast) 

тази форма се използва главно защото голям спектър от живи биологични образци (кръв, тъкани и култивирани клетки) са практически прозрачни или имат слаб контраст, когато се наблюдават със светлополен микроскоп. Чрез използване на фазов пръстен (annulus), монтиран в предната фокална равнина на кондензатора, частично се модулират сноповете светлинни лъчи, преминаващи през и около образеца, където те се забавят с $1/4$ вълна, а след това се забавят с още $1/4$ вълна, когато преминат през фазовата пластина в задната фокална равнина на обектива. Тази система също така намалява фоновата светлина с около 85%, осигурявайки потъмнен фон за контраст с осветената структура на фазовия обект. Въпреки че този ефект намалява разделителната способност на изображението, той прави видими детайли, които не биха могли да се видят без него.

Тъмно поле (Dark Field) 

това е метод за изследване на прозрачни или полупрозрачни образци, които не могат да бъдат различени от фона. Той изолира фоновата светлина и позволява само на разсеяната светлина да достигне до образеца, за да се подчертае текстурният детайл.

Кьолер (Koehler) 

тази форма е техника за оптимизиране на качеството и рязкостта на светлината чрез подравняване и регулиране на всеки компонент от оптичната система, започвайки с фокусиращ осветител. Качеството на светлината ще бъде равномерно и ярко. Кьолер е най-добрата форма на осветление, възможна при микроскоп, и се предлага само при най-скъпите модели.

Системи за фокусиране при микроскопите

Управлението на фокуса ви позволява да регулирате фокуса на микроскопа. Всеки микроскоп включва контрол (копче) за фокусиране за бързо (грубо) фокусиране на изображението.

По-скъпите модели сложни микроскопи включват както грубо (бързо), така и фино управление на фокусирането. Финият фокус е особено предимство при приложения с висока мощност и е задължителен за увеличения от 400x и по-високи. Той обаче не е наличен при стереомикроскопите, тъй като те са само с ниска мощност.

Коаксиалните органи за управление (фокус) са системи, при които и копчетата за грубо, и за фино фокусиране са разположени на едно общо управление (едно върху друго). По-голямото копче обикновено е за грубото фокусиране, а по-малкото – за финото. По-малкото копче обикновено е центрирано от вътрешната страна на по-голямото.

Механизмите за фокусиране, използвани в микроскопите, са от тип рейка и пиньон (rack and pinion). Това е дизайн, включващ зацепване на зъбно колело (пиньон) с подходяща назъбена рейка. Рейката е писта със зъби, а пиньонът е зъбно колело, което се движи по зъбите. Чрез завъртане на копчето, пиньонът се движи по дължината на пистата.

Предпазният стоп на рейката (стоп на рейката или стоп винт) е регулируем винт, разположен при или близо до основата на фокусния механизъм. Когато е правилно регулиран, той предотвратява прекомерното спускане на тубуса и потенциалното причиняване на повреда както на обектива с висока мощност, така и на образеца. Повечето микроскопи имат предпазен съединител (slip clutch), който позволява непрекъснато въртене на копчето за фокус, когато то е достигнало крайна горна или долна точка, без да се повреди зъбната система.

Фокусирането може да се извърши по един от два начина:

• Предметната масичка се движи вертикално, за да се приближи или отдалечи от обектива, който остава фиксиран на място.

• Другият метод е тубусът да се движи вертикално заедно с обектива и револверника, докато масичката остава неподвижна.

Глава (Корпус) на микроскоп

Главата е горната част на микроскопа, която свързва окуляра с револверника или турета. Някои глави са фиксирани на място и ви позволяват да ги накланяте под ъгли от 0° до 60°. По-скъпите микроскопи обикновено имат глави, които могат да се въртят на 360°, позволявайки на двама или повече потребители да виждат образеца, без да се налага самият микроскоп да бъде вдиган и завъртан.

Монокулярна (Monocular) 

Това е микроскоп с един окуляр. Тези типове са по-икономичните модели и са много задоволителни за своята употреба. Монокулярна глава с втори вертикален порт за наблюдение се нарича учебна глава (teaching head или dual view head), която може да се използва от втори човек (или учител) за наблюдение на същото изображение като първия човек. Или вторият порт може да се използва с различни камери.

Бинокулярна (Binocular)

Това е микроскоп с два окуляра, по един за всяко око. Те обикновено се използват при сложни микроскопи с висока мощност и при всички стереомикроскопи с ниска мощност и като цяло са по-удобни за използване от монокулярния тип. Има различни типове глави за регулиране на междузеничното разстояние (IPD) – вижте описанието по-долу – и по-често срещаните типове са:

1. Зидентопф (Seidentopf) – IPD се регулира чрез завъртане на окулярите в дъгообразно движение нагоре и надолу, подобно на повечето бинокли.

2. Плъзгаща (Slider) – IPD се регулира настрани чрез плъзгане на окулярите един към друг или един от друг.

Бинокулярна глава на микроскоп

 

Тринокулярна (Trinocular)

Това е микроскоп с бинокулярна глава за гледане и допълнителен порт, който може да се използва за трети окуляр за втори човек (или учител) или за различни фотографски приложения. При много микроскопи количеството светлина за третия порт може да се регулира (от 30% до около 70%).

Бинокулярните глави съдърят призми, пренасящи светлинните лъчи от обективите до окулярите. Двата окуляра трябва да бъдат подравнени със зениците на потребителя за комфортно гледане, като този процес се нарича регулиране на междузеничното разстояние (IPD). Окулярите се отдалечават или се приближават един до друг, за да паснат на всеки индивид, тъй като различните хора имат различно разстояние между очите си.

Револверник (Турет или въртящ се револверник) / Nosepiece (Turret or Revolving Nosepiece) на микроскоп

Револверникът е въртящ се турет, разположен над предметната масичка при сложните микроскопи, който може да държи множество обективни лещи с различно увеличение. Чрез завъртане на обективите в светлинния път и над образеца можете да наблюдавате различни увеличения на образеца по време на вашето изследване. Когато някой от обективите се завърти, той ще изщрака, когато бъде достигната точната позиция. Обикновено има три или четири обектива (4х, 10х, 40х и 100х), а в редки случаи са пет. Обективите могат да бъдат с различни мощности, но току-що споменатите се използват в огромното мнозинство от всички сложни микроскопи.

Понякога обективите 40х и 100х са пружинни в края си, което позволява на обектива да се прибере леко при приближаване до предметното стъкло/покривното стъкло, което може да е твърде дебело, и това предотвратява повреда на обектива. Някои револверници могат да се наричат „обратни револверници“ (reverse nosepieces) и това е, когато обективите са прибрани под главата и револверника, което позволява лесно поставяне на слайд образци върху масичката от предната част на микроскопа.

При стереомикроскопа револверникът може да бъде наричан корпус на един обектив или турет, който може да има два обектива. Ако е тип турет, той се завърта докрай в някоя от двете посоки, за да се използва конкретният обектив.

Рамо (Arm) на микроскоп

Рамото (наричано още статив или тяло) е компонентът на микроскопа, който съдържа механизъма за фокусиране и поддържа предметната масичка, както и корпуса или главата, в която са разположени окулярите. То осигурява твърдостта на микроскопа, издигайки се от основата. Когато местите микроскоп, това е частта, която трябва да хванете с едната си ръка, докато поставяте другата си ръка под основата, което ще ви осигури добра защита. Някои видове рамена са:

• Фиксирано (Fixed) – тип рамо, при което рамото и корпусът са неразделни части от микроскопа и са свързани здраво към основата.

• Стълб (Pillar / Post) – тип рамо, което се състои от единичен стълб, издигащ се вертикално от основата. Корпусът на микроскопа може да се върти около стълба, както и да се движи нагоре и надолу по него.

• Стрела (Boom / Universal) – дълъг статив тип стрела, използван за поддържане на корпуса на микроскопа. Той има много настройки, позволяващи на микроскопа да бъде подравнен в широк спектър от конфигурации. Това е най-рядко срещаният тип рамо.

Основа (Base) на микроскоп

Основата е долната поддържаща част на микроскопа. Тя осигурява баланс и стабилност. В нея се помещават електрическите компоненти за осветлението.

Тубуси на окулярите (Eyepiece Tubes) на микроскоп

Тубусите на окулярите се наричат още тръби за наблюдение или изтеглящи се тубуси. Те са прикрепени към рамото над револверника. Обикновено са поставени под ъгъл от 45° или 30° за комфортно гледане. Долната част на тубусите на окулярите държи специална леща, наречена

лещата на окуляра (тубуса). Дължината на тубуса е фиксирано измерване в милиметри на разстоянието от рамото на обектива до гнездото на окуляра, което обикновено е DIN 160 мм или 170 мм (освен при микроскопите за начинаещи), където се формира фокусираното изображение. Това разстояние определя взаимозаменяемостта на оптичните компоненти.

Леща на тубуса (Tube Lens) на микроскоп

В долната част на тубусите на окулярите се намира леща на тубуса. Неговата функция е да събира паралелните светлинни лъчи, проектирани от обективната леща, и да фокусира тези лъчи в равнината на фиксираната диафрагма на окуляра. При някои микроскопи лещата на тубуса е вградена в самия корпус на микроскопа.

Предметна маса (Stage) на микроскоп

Платформата под обективите, върху която се поставя предметното стъкло или обектът за наблюдение, се нарича предметна масичка. Тя има гладка, плоска повърхност и може да бъде правоъгълна или кръгла. При повечето сложни микроскопи масичката се движи нагоре и надолу, а револверникът е неподвижен, но при някои микроскопи се случва точно обратното. Масичката има отвор за преминаване на светлина. Простият тип масичка се нарича обикновена масичка (plain stage), а по-усъвършенстваната се нарича механична масичка (mechanical stage).

По-сложната и скъпа механична масичка прави много по-лесно центрирането на предметните стъкла (стандартният размер на слайда е 1”x 3”) с прецизни движения по две оси чрез копчета, което е критично при високи мощности (400х или повече), където леките движения на слайда на ръка го преместват твърде много или извън зрителното поле. Скала от тип нониус върху масичката позволява извършването на измервания на образеца. Оста „X“ движи слайда напред и назад (север/юг), а оста „Y“ движи слайда настрани (изток/запад или ляво/дясно).

Препоръчани книги за микроскопи:

За да ви помогнем да разберете по-подробно микроскопите и да научите различни експерименти и други техни приложения, препоръчителни са следните книги:

• “Adventures With A Microscope” by Richard Headstrom
• “The Microscope Book” by Shar Levine & Leslie Johnstone
• “The World Of The Microscope” by Chris Oxlade & Corrine Stockley
• “Exploring with the Microscope” by Werner Nachtigall
• “The Microscope and how to use it” by George Stehli
• “Guide to Microlife” by Kenneth Rainis & Bruce Russell