Тема 2. Пристрої для мікроскопії.

Мікроскопія (МКС) (грец. Μικρός - невеликий, маленький і σκοπέω - бачу) - вивчення об'єктів з використанням мікроскопа. Підрозділяється на кілька видів: оптична мікроскопія, електронна мікроскопія, багато фотонна мікроскопія, рентгенівська мікроскопія, рентгенівська лазерна мікроскопія і призначається для спостереження і реєстрації збільшених зображень зразка.

Спочатку мікроскопи були тільки оптичними приладами, що використовують промені видимого світла, так як і очей працює в оптичному діапазоні довжин хвиль. Відповідно, оптичні мікроскопи не могли мати дозволи менш напівперіоду хвилі опорного випромінювання (для видимого діапазону довжина хвиль 0,4-0,7 мкм, або 400-700 нм) c можливим максимальним збільшенням в 2000 разів. [1]

Ідея просвічує електронного мікроскопа полягала в заміні опорного електромагнітного випромінювання на електронний пучок. Відомо, що для збільшення дозволу мікроскопів, що використовують електромагнітне випромінювання, необхідно зменшення довжини хвилі електромагнітного випромінювання до ультрафіолетового діапазон аж до рентгенівського (довжина хвилі порівнянна з міжатомними відстанями в речовині) і основна складність полягає у фокусуванні ультрафіолетових і, тим більше, рентгенівських променів.

Особливість взаємодії рентгенівських променів з речовиною відрізняє рентгенівські оптичні системи від оптичних систем для світлових і електронних променів. (Мале відхилення показника заломлення рентгенівських променів від одиниці (менше ніж на 10-4) практично не дозволяє використовувати для їх фокусіровкілінзи і призми. Електричні і магнітні лінзи для цієї мети також застосовуються, так як рентгенівські промені інертні до електричного і магнітного полів. Тому в мікроскопії рентгенівської для фокусування рентгенівських променів використовують явище їх повного зовнішнього відбиття вигнутими дзеркальними площинами або відбиття від кристалографічних вигнутих поверхонь) [2]. На цьому принципі побудовані відбивні рентгенівські мікроскопи.

Роздільна здатність

Ступінь проникнення в мікросвіт, його вивчення залежить від можливості розглянути величину мікроелемента, від роздільної здатності мікроскопа. Найчастіше під дозволом мікроскопа розуміють мінімальну відстань між помітними об'єктами.

При перевищенні збільшення при якому досягається можливий дозвіл, кордону деталей зображення зливаються. Подальше збільшення зображення зразка втрачає сенс.

Набагато більш високу роздільну здатність мають електронні мікроскопи. У 2011 році краще дозвіл для растрових електронного мікроскопа було 0,4 нм, і краще дозвіл просвічує електронного мікроскопа було 0,05 нм.

Види мікроскопії

• Оптична мікроскопія

• Бліжнепольная оптична мікроскопія

• Інфрачервона мікроскопія

• Флуоресцентна мікроскопія

• двофотонна лазерна мікроскопія

• Рентгенівська мікроскопія

• Лазерна рентгенівська мікроскопія

• Електронна мікроскопія

• Скануюча (растрова) електронна мікроскопія

• трансмісійний електронний мікроскоп

• Скануюча зондовая мікроскопія

• Скануюча тунельна мікроскопія

• Атомно-силова мікроскопія

• Бліжнепольная оптична мікроскопія

• Магнітно-силова мікроскопія

• Електро-силова мікроскопія

 

Оптична мікроскопія

Рис. 1. Бінокулярний стереомікроскоп. Модель 1970-х років

Людське око має природну оптичну систему, що характеризується певним дозволом, тобто найменшою відстанню між елементами спостережуваного об'єкта (сприймаються як точки або лінії), при якому вони ще можуть бути відзначені один від іншого. Для нормального ока при видаленні від об'єкта на т. Зв. відстань найкращого бачення (D = 250 мм), середньостатистичне нормальне дозволу становить 0,176 мм. Розміри мікроорганізмів, більшості рослинних і тваринних клітин, дрібних кристалів, деталей мікроструктури металів і сплавів і т. П. Значно менше цієї величини. Для спостереження та вивчення подібних об'єктів і призначені оптичні мікроскопи різних типів.

У оптичної мікроскопії в даний час зроблений прорив, в результаті якого подолано фундаментальний релєєвський критерій, який полягає в тому, що мінімальний розмір помітного об'єкта дещо менше довжини хвилі світла і принципово обмежений дифракцією випромінювання. Це була межа можливого в оптичної мікроскопії. До недавнього часу можна було подолати бар'єр, що дозволяє розрізняти структури з відстанню між елементами до 0,20 мкм.

Проте видатна остання розробка оптичної системи наноскопа з оптичним дозволом 10 нм розширила діапазон оптичної мікроскопії - наноскопіі до десятків нанометрів, що в порівнянні з 0,20 мкм в 20 разів скоротив відстань між розрізнюваними елементами. (Наприклад, розмір білкових молекул, з яких складається наш організм, коливається від 3 до 10 нм) [3].

Німецькі вчені Штефан Хеллі (англ. Stefan Hell) і Маріано Боссі (англ. Mariano Bossi) з Інституту біофізичної хімії в 2006 році розробили наноскоп, що дозволяє спостерігати об'єкти розміром близько 15 нм [4].

Пристрій мікроскопа

Оптична система мікроскопа складається з основних елементів - об'єктива і окуляра. Вони закріплені в рухливому тубусі, розташованому на металевому підставі, на предметним столиком. Збільшення оптичного мікроскопа без додаткових лінз між об'єктивом і окуляром дорівнює добутку їх збільшень [4].

У сучасному мікроскопі практично завжди є освітлювальна система (зокрема, конденсор з ірисовою діафрагмою), макро- і мікро- гвинти для настройки різкості, система управління положенням конденсора.

Залежно від призначення, в спеціалізованих мікроскопах можуть бути використані додаткові пристрої і системи.

Об'єктиви.

Рис.2. Планахроматіческій об'єктив зі збільшенням 40, числовою апертурою 0,65, корекцією на нескінченну довжину тубуса і товщину покривного скла 0,17 мм

Об'єктив мікроскопа являє собою складну оптичну систему, що утворить збільшене зображення об'єкта, і є основною і найбільш відповідальною частиною мікроскопа. Об'єктив створює зображення, яке розглядається через окуляр. Оскільки окуляри можуть давати істотне збільшення, то і оптичні спотворення, що вносяться об'єктивом, також будуть збільшені окуляром. Це накладає на якість об'єктива значно більші вимоги ніж на окуляр.

Об'єктиви біологічних мікроскопів та інших мікроскопів (крім стереоскопічних) в значній мірі уніфіковані і взаємозамінні. На взаємозамінність в першу чергу впливають механічні (приєднувальні) параметри об'єктива.