Цель: ознакомиться со строением микроскопа, правилами работы с ним, техникой изготовления простейших препаратов, правилами оформления результатов наблюдений.
Материалы и оборудование: микроскоп, предметные и покровные стекла, капельницы с водой и лактофенолом, препаровальные иглы, споры плауна, пыльца мальвы, черешки листа бегонии, листья традесканции.
Строение микроскопа
Микроскоп представляет собой оптико-механический прибор, позволяющий получать сильно увеличенное изображение рассматриваемого предмета, размеры которого лежат за пределами разрешающей способности невооруженного глаза. Человек с нормальным зрением различает две точки как две или две линии как две, а не одну, лишь в том случае, если расстояние между ними не менее 100 мкм. Таким образом, разрешающая способность глаза невелика. При работе с микроскопом расстояние между двумя точками или линиями, на котором они не кажутся слившимися, сокращается до десятых долей микрометра. Иными словами, разрешающая способность световых микроскопов в 300–400 раз выше разрешающей способности невооруженного глаз и равна 0,2–0,3 мкм.
Полезное увеличение современных оптических микроскопов достигает 1400 раз, выявляя при этом мельчайшие детали строения изучаемого объекта.
В микроскопе различают оптическую и механическую системы.
Оптическая система состоит из трех частей: осветительного аппарата, объектива и окуляра (рис. 1).
Между объективом и окуляром расположен тубус. Все эти части строго центрированы и вмонтированы в штатив, представляющий собой механическую систему микроскопа. Штатив состоит из массивного основания, предметного столика, дуги, или тубусодержателя, и подающих механизмов, передвигающих предметный столик в вертикальном направлении.
Рис. 1. Устройство светового монокулярного (А)
и бинокулярного (Б) микроскопа:
1 – окуляры; 2 – бинокулярная насадка; 3 – винт крепления насадки; 4 – револьверное устройство; 5 – объективы; 6 – винтовой упор (ограничитель перемещения предметного столика при фокусировке; 7 – предметный столик; 8 – рукоятка перемещения предметного столика в двух взаимно–перпендикулярных направлениях; 9 – рукоятка грубой фокусировки; 10 – рукоятка точной фокусировки; 11 – коллектор в оправе; 12 – основание микросокопа; 13 – конденсор; 14 – винт крепления конденсора; 15 – препаратоводитель
Осветительный аппарат представлен конденсором с ирисовой диафрагмой и осветителем с галогеновой лампой накаливания. Конденсор располагается в кольце под столиком микроскопа. Он состоит из двух или трех линз, вставленных в цилиндрическую оправу. Конденсор служит для наилучшего освещения изучаемого препарата. Фронтальная линза конденсора должна быть установлена на уровне предметного столика микроскопа или несколько ниже его.
В нижней части конденсора находится ирисовая диафрагма. Она представляет собой систему многочисленных тонких пластинок («лепестков»), подвижно укрепленных в круглой оправе. С помощью регулировочного кольца можно изменять размеры отверстия диафрагмы, которое всегда сохраняет центральное положение. Этим регулируется диаметр пучка света, идущего от лампы в конденсор. Под диафрагмой укреплено кольцо, в которое вставляется светофильтр, обычно из матового стекла.
Встроенный в основание микроскопа осветитель включает коллектор в оправе, который ввинчивается в отверстие основания, и держатель галогеновой лампы накаливания 6В, 20Вт. Включение осветителя осуществляется с помощью выключателя, расположенного на задней поверхности основания микроскопа. Вращая диск регулировки накала лампы, расположенный на боковой поверхности основания микроскопа слева от наблюдателя, можно изменять яркость накаливания лампы.
Пройдя через конденсор и преломившись в его линзах, лучи, идущие от источника света, освещают препарат, лежащий на столике микроскопа, проходят сквозь него, и далее в виде расходящегося пучка входят в объектив.
Частично закрывая нижнюю линзу конденсора, диафрагма задерживает боковые лучи, благодаря чему получается более резкое изображение объекта.
Объектив представляет собой наиболее важную часть оптической системы. Он состоит из нескольких линз, вправленных в металлическую гильзу. Объективы с большими увеличениями включают 8–10 линз и более. Объектив дает изображение объекта с обратным расположением частей. При этом он выявляет («разрешает») структуры, недоступные невооруженному глазу, с большими или меньшими подробностями в зависимости от качества объектива. Изображение строится объективом в плоскости диафрагмы окуляра, расположенного в верхней части трубы (тубуса) микроскопа. Оптические свойства объектива зависят от его устройства и качества линз. Наиболее сильные объективы дают 120-кратные увеличения. На лабораторных занятиях обычно работают с объективами, увеличивающими в 4, 20, 40 раз.
Большое значение при работе с микроскопом имеет рабочее расстояние объектива, т. е. расстояние от нижней (фронтальной) линзы объектива до объекта (до верхней поверхности предметного стекла). У объективов с 40-кратным увеличением это расстояние равно 0,6 мм. Поэтому желательно пользоваться покровными стеклами, толщина которых меньше рабочего расстояния. Нормальная толщина покровного стекла 0,17–0,18 мм.
Окуляр устроен значительно проще объектива. Некоторые окуляры состоят лишь из двух линз и диафрагмы, вставленных в цилиндрическую оправу. Верхняя (окулярная) линза служит для наблюдения, нижняя («коллектив») играет вспомогательную роль, фокусируя изображение, построенное объективом. Диафрагма окуляра определяет границы поля зрения.
На нижнем конце тубусодержателя укреплено револьверное устройство – вращающийся диск с гнездами, имеющими нарезку для ввинчивания объективов. Ход винтовой нарезки гнезд револьверного устройства и объективов стандартизован, поэтому объективы подходят к микроскопам разных моделей. Тубусодержатель неподвижно соединена со штативом.
Микроскоп сконструирован так, что препарат располагается между главным фокусом объектива и его двойным фокусным расстоянием. В трубе микроскопа, в плоскости диафрагмы окуляра, находящейся между главным фокусом и оптическим центром верхней линзы окуляра, объектив строит действительное увеличенное обратное изображение предмета. Действуя как лупа, верхняя линза или система линз окуляра дает мнимое прямое увеличенное изображение. Таким образом, изображение, которое получается с помощью микроскопа, оказывается дважды увеличенным и обратным по отношению к изучаемому предмету (рис. 2). Общее увеличение микроскопа при нормальной (160 мм) длине тубуса равно увеличению объектива, умноженному на увеличение окуляра.
Квадратный предметный столик имеет в центре отверстие, в которое входит верхняя часть конденсора. Предметный столик вместе с препаратом можно передвигать вперед назад. Современные микроскопы также снабжены препаратоводителем, с помощью которого препарат можно передвигать вперед назад по предметному столику. Для этого служат два винта, расположенные на оси справа
Рис. 2. Ход лучей в микроскопе:
АВ – предмет; O 1 – объектив микроскопа, который дает увеличенное обратное и действительное изображение предмета A 1 B 1 . Изображение предмета лежит в фокальной плоскости F 2 окуляра микроскопа О 2 , через который оно рассматривается, как в лупу. В фокальной плоскости F 3 хрусталика глаза О 3 получается действительное изображение предмета А 2 В 2 . Возможно и такое расположение O 1 и О 2 , когда A 1 B 1 располагается между F 2 и О 2
под предметным столиком. С помощью верхнего винта передвигают предметный столик, а с помощью нижнего – препарат.
Передвижение препарата с объектом для наведения резкости осуществляется при перемещении предметного столика, который подвижно соединен с тубусодержателем. С помощью подающих механизмов его можно передвигать по вертикали (вверх – вниз) для наведения на фокус. У большинства современных микроскопов эти механизмы (винты) укреплены в основании тубусодержателя.
Грубая фокусировка осуществляется с помощью макрометренного винта (кремальеры). Тонкая фокусировка осуществляется микрометренным винтом. На барабане микрометренного винта нанесены деления. Передвижение на одно деление соответствует подъему или опусканию трубы на 2 мкм. При полном обороте винта труба передвигается на 100 мкм.
Механизмы макрометренной и особенно микрометренной подачи изготовляются очень точно и требуют осторожного обращения. Вращать винты следует плавно, без рывков и применения силы.
Похожая информация.
Первые понятия о микроскопе формируются в школе на уроках биологии. Там дети узнают на практике, что с помощью этого оптического прибора можно рассматривать маленькие объекты, которые невозможно увидеть невооруженным глазом. Микроскоп, строение его интересуют многих школьников. Продолжением этих интересных уроков для кого-то из них становится вся дальнейшая взрослая жизнь. При выборе некоторых профессий необходимо знать строение микроскопа, так как он является основным инструментом в работе.
Строение микроскопа
Устройство оптических приборов соответствует законам оптики. Строение микроскопа основывается на его составных частях. Узлы прибора в виде тубуса, окуляра, объектива, стойки, столика для расположения предмета исследования, осветителя с конденсором имеют определенное назначение.
Стойка удерживает на себе тубус с окуляром, объективом. К стойке прикреплен предметный столик с осветителем и конденсором. Осветитель - это встроенная лампа или зеркальце, служащее для освещения исследуемого объекта. Изображение получается более ярким у осветителя с электрической лампой. Назначение конденсора в этой системе заключается в регулировании освещенности, фокусировании лучей на изучаемом предмете. Известно строение микроскопов без конденсоров, в них устанавливается одиночная линза. В практической работе удобнее пользоваться оптикой с подвижным столиком.
Строение микроскопа, его конструкция непосредственно зависят от предназначения этого прибора. Для научных исследований используется рентгеновское и электронное оптическое оборудование, имеющее более сложное устройство, чем световые приборы.
Строение светового микроскопа отличается простотой. Это самые доступные оптические приборы, они наиболее широко применяются в практике. Окуляр в виде двух увеличительных стекол, помещенных в оправу, и объектив, который также состоит из увеличительных стекол, заправленных в оправу, - вот главные узлы светового микроскопа. Весь этот набор вставлен в тубус и прикреплен к штативу, в который вмонтирован и предметный столик с расположенным под ним зеркалом, а также осветитель с конденсором.
Главным принципом работы светового микроскопа является увеличение изображения размещенного на предметном столике объекта исследования посредством прохождения через него лучей света с дальнейшим попаданием их на систему линз объектива. Такую же роль выполняют линзы окуляра, которыми пользуется исследователь в процессе изучения объекта.
Нужно отметить, что световые микроскопы тоже не одинаковы. Разница между ними определяется количеством оптических блоков. Различаются монокулярные, бинокулярные или стереомикроскопы с одним или двумя оптическими блоками.
Несмотря на то, что эти оптические приборы используются уже многие годы, они остаются невероятно востребованными. С каждым годом они совершенствуются, становятся точнее. Еще не сказано последнее слово в истории таких полезных приборов, как микроскопы.
→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.
КЛЕТОК ПРОКАРИОТ И ЭУКАРИОТ
Цели занятия:
· Изучить устройство светового микроскопа, освоить методику установки света, технику приготовления и микроскопирования временных препаратов.
· Познакомиться со строением клетки, научиться отличать прокариотические клетки от эукариотических.
· Научиться правильно оформлять отчет о лабораторной работе.
Вопросы и задания для самоподготовки
1. Биология как наука. Методы биологии.
2. Основные концепции биологии.
3. Основные свойства живых систем.
4. Уровни организации живой материи.
5. Современное определение жизни и живого организма.
6. Основные положения современной клеточной теории.
7. Надцарства (империи) и царства живых организмов.
8. Строение прокариотической клетки.
9. Уметь показать на микроскопе механическую, оптическую и осветительную части и рассказать об их устройстве.
10. Какие бывают окуляры; объективы и их фокусное расстояние. Особенности иммерсионного объектива.
11. Что такое увеличение и разрешающая способность микроскопа?
12. Настройка освещения по методу светлого поля.
13. Основные правила работы с оптическим микроскопом.
14. Постоянные и временные микропрепараты. Основные этапы приготовления временных микропрепаратов.
Оборудование и материалы :
1. Микроскоп Микмед -5 или аналог.
2. Предметные и покровные стекла, чашки Петри, стаканчики с водой, глазные пипетки, пинцеты, ножницы, кусочки ваты, иммерсионное масло.
3. Постоянные микропрепараты: фиксированные окрашенные мазки культур сенной палочки и сарцины, крови лягушки.
4. Материалы для приготовления временных препаратов: 2-3 головки репчатого лука.
5. 0,01% раствор метиленовой сини, раствор иода.
РАБОТА 1.1. Изучение устройства светового микроскопа
Световая микроскопия – один из основных методов изучения биологических объектов, поэтому владение техникой микроскопирования необходимо для всех последующих занятий по биологическим наукам, а также для практической деятельности микробиолога.
Рассмотрим конструкцию световых микроскопов на примере микроскопа отечественного производства Микмед - 5. Световой микроскоп состоит из трех основных частей: механической, осветительной, оптической. К механической ч а с т и относятся: штатив, револьверное устройство, макро- и микрометрические винты, предметный столик (рис.1).
Рисунок 1 – Устройство светового микроскопа Микмед -5
1 – окуляры; 2 – бинокулярная насадка; 3 – винт крепления насадки; 4 – револьверное устройство; 5 – объективы; 6 – штатив; 7 – предметный столик; 8 – кольцо;
9 – рукоятка механизма грубой фокусировки (кремальера); 10 – рукоятка механизма микрометрической фокусировки; 11 – выключатель; 12 – рукоятка регулирования яркости источника света; 13 – винт крепления конденсора; 14 – конденсор; 15 – основание штатива; 16 – препаратоводитель; 17 – рукоятка перемещения объекта в продольном направлении; 18 – рукоятка перемещения объекта в поперечном направлении; 19 – коллектор в корпусе
Штатив состоит из массивного основания и изогнутого под углом тубусодержателя. Основание имеет снизу четыре опорные площадки, что обеспечивает устойчивое положение микроскопа на рабочем столе.
В верхней части тубусодержателя имеется головка для закрепления бинокулярной насадки и гнездо с винтовой нарезкой для револьвера. Тубус (окулярная трубка) представляет собой полую трубку, в верхнюю часть которой вставляется окуляр.
Револьвер (от лат. revolvo – вращаю) – это вращающийся диск с четырьмя гнездами для ввинчивания объективов.
Винт грубой фокусировки микроскопа – макрометрический винт , или кремальера – расположен с левой стороны штатива. С помощью этого винта предметный столик передвигается в вертикальном направлении вверх и вниз на большое расстояние. Макрометрический винт используется при слабом увеличении, когда объект изучается главным образом в одной плоскости.
Рукоятки микрометрической фокусировки (они - меньшего диаметра)расположены с обеих сторон штатива,используются при сильном увеличении и позволяют при их использовании рассматривать детали объекта, лежащие на разной глубине. Ими следует пользоваться только тогда, когда при помощи кремальеры объект поставлен точно в фокус.
Предметный столик
представляет собой четырехугольную пластину с отверстием в центре, над которым помещают предметное стекло с изучаемым объектом. Во избежание смещения, предметное стекло фиксируют специальным прижимом препаратоводителя. Справа под предметным столиком находятся рукоятки механизма координатного перемещения, с помощью которого препарат можно передвигать в поперечном и продольном направлениях.
Осв е т и т е л ь н а я ч а с т ь
микроскопа состоит из осветителя, конденсора с ирисовой диафрагмой и съемного светофильтра.
Осветитель
встроен в основание штатива. Он включается с помощью выключателя, расположенного на боковой поверхности штатива справа от наблюдателя. Яркость источника света можно изменить, вращая рукоятку регулирования яркости источника света (расположена на штативе справа, под выключателем).
Держатель патрона галогенной лампы прикреплен к основанию штатива двумя винтами снизу, доступ к которым обеспечивается при наклоне прибора. Винты в отжатом состоянии позволяют перемещать держатель патрона с лампой в бобовидных отверстиях основания в случае неравномерного освещения объекта. Если в данном микроскопе источником света является светодиод, то его перемещение при настройке освещения не требуется.
Конденсор находится под предметным столиком, состоит из двух линз, закрепленных в общую оправу, вставлен в кронштейн, который крепится к предметному столику. Для перемещения конденсора служит специальная рукоятка, расположенная слева от наблюдателя. Меняя положение конденсора, можно изменять интенсивность освещения объекта: при опускании освещенность уменьшается, при поднимании – увеличивается.
Ирисовая диафрагма вмонтирована в нижнюю часть конденсора. Она представляет собой кольцо с подвижно укрепленными стальными пластинками, которые могут сдвигаться и раздвигаться с помощью особой ручки; в центре остается отверстие для прохождения светового пучка. Диафрагма позволяет регулировать величину светового потока; максимально суженная, она способствует наибольшей четкости изображения.
О п т и ч е с к а я ч а с т ь микроскопа представлена окулярами и объективами.
Окуляр (от лат. oculus – глаз) помещается в верхней части тубуса и обращен к глазу. Окуляр представляет собой две линзы, заключенные в металлическую гильзу. По числу на верхней плоскости окуляра можно судить о кратности его увеличения (х7, х10, х15). Окуляр можно вынимать из тубуса и заменять по мере необходимости другим.
Объектив – это система линз, укрепленных в общей металлической оправе. Объективы ввинчиваются в гнезда револьвера и имеют различную кратность увеличения, которая обозначена числом на их боковой поверхности. Различают объективы малого увеличения (х4 и х10), объектив большого увеличения (х40) и иммерсионный объектив (х100), используемый для изучения наиболее мелких объектов.
Все объективы по способу применения делят на сухие и иммерсионные (от лат. immersio – погружаю или окунаю). У сухих объективов между фронтальной линзой и рассматриваемым препаратом находится воздух. Воздух и стекло имеют разные показатели преломления света (соответственно 1,0 и 1,52), в результате чего лучи света, переходя из одной среды в другую, преломляются, рассеиваются, происходит частичное искажение рассматриваемых объектов (рис.2). У иммерсионных объективов пространство между фронтальной линзой и препаратом заполнено, как правило, кедровым маслом или водой. Предметное стекло, стекло объектива и кедровое масло имеют почти одинаковый показатель преломления света (1,52 и 1,515), поэтому лучи, проходя из одной среды в другую, почти не преломляются, свет не рассеивается, рассматриваемые объекты не искажаются. Показатель преломления света, близкий к таковому стекла, имеют и другие вещества, которые используются в качестве иммерсионных составов: касторовое масло (1,48-1,49), гвоздичное масло (1,53), смесь касторового и гвоздичного масел (1,515).
Рисунок 2 – Ход лучей между конденсором и объективом микроскопа
Справа – сухой объектив, слева – иммерсионный. 1 – линза объектива; 2 – верхняя линза конденсора; 3 – предметное стекло; 4 – объект; 5 – покровное стекло; 6 – иммерсионное масло; 7 – воздух. АБ – луч света, проходящий через воздушную среду, отклоняется и не попадает в объектив; ВГ – луч света, проходящий через иммерсионное масло, попадает в объектив.
Общее увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива на увеличение окуляра. Эта величина, однако, не характеризует всех возможностей микроскопа. Увеличенное изображение может быть как четким, так и нечетким. Отчетливость получаемого изображения определяется разрешающей способностью микроскопа. Под последней понимают минимальное расстояние между двумя видимыми точками, когда они еще не сливаются в одну, т.е. чем лучше разрешающая способность, тем меньший объект можно увидеть.
Разрешающая способность светового микроскопа определяется в основном дифракцией световых лучей и равна примерно половине длины волны используемого света. Освещая препарат светом с более короткой длиной волны (голубым или синим), можно увидеть более мелкие объекты; при этом разрешающая способность микроскопа близка к 0,2 мкм. С этой целью микроскоп укомплектован синим светофильтром.
ЗАДАНИЕ . Ознакомьтесь с устройством световых микроскопов. Найдите и назовите все их основные части.
РАБОТА 1.2. Приготовление временного препарата.
Настройка освещения
Наилучшие результаты при работе с микроскопом могут быть получены лишь при условии правильного освещения объекта. Вот один из способов установки света на микроскопе Микмед - 5.
1. Для настройки микроскопа приготовьте препарат, который представляет собой два положенных крест-накрест волоса. Для приготовления этого временного препарата отрежьте ножницами часть волоса длиной примерно 3 см, разрежьте его пополам и поместите оба кусочка друг на друга на предметное стекло, сделав перекрест. Затем глазной пипеткой нанесите на волосы каплю воды и накройте покровным стеклом.
Постарайтесь избежать образования пузырьков воздуха под покровным стеклом: возьмите покровное стекло за боковые грани и прикоснитесь его ребром к поверхности капли воды с краю так, чтобы вода растеклась по ребру покровного стекла, затем осторожно опустите (уроните) покровное стекло на предметное. Научитесь брать каплю жидкости такого объема, чтобы она заполнила все пространство под покровным стеклом. Слишком малая капля жидкости не заполнит всего пространства, и оставшийся в виде пузырьков воздух затруднит работу. Взяв слишком большую каплю, вы увидите, что вода выступила за пределы покровного стекла. В этом случае избыток воды нужно удалить полоской фильтровальной бумаги.
Препарат поместите на предметный столик и закрепите его прижимом препаратоводителя. Поставьте место перекреста волос точно в центр светового пучка. Вместо указанного препарата может быть использован любой другой препарат, детали которого хорошо различимы при малом увеличении.
2. Установите в рабочее положение объектив малого увеличения (х4). Когда объектив займет срединное положение над отверстием столика, в револьвере сработает защелка, при этом будет слышен легкий щелчок, и револьвер фиксируется. Поднимите конденсор до упора. При переходе к объективам других увеличений положение конденсора по высоте не менять.
3. Смотря сбоку, с помощью макрометрического винта поднимите предметный столик почти до соприкосновения объекта с с фронтальной линзой объектива. Глядя в окуляр, медленным вращением кремальеры в обратном направлении осторожно опускайте предметный столик до тех пор, пока в поле зрения не появятся очертания объекта. С помощью рукоятки механизма микрометрической фокусировки добейтесь резкого изображения объекта.
4. Выньте окуляр из правой окулярной трубки бинокулярной насадки. Наблюдая в окулярную трубку, раскройте апертурную диафрагму конденсора до размера выходного зрачка объектива.
5. Установите окуляр в окулярную трубку, наблюдайте поле зрения окуляра. При неравномерно освещенном поле зрения отцентрируйте лампу, как указано в руководстве по эксплуатации. Для достижения наилучшего качества изображения рекомендуется для каждого объектива прикрывать апертурную диафрагму конденсора на 1/3 выходного зрачка объектива, а также использовать синий светофильтр.
Нормальная работа осветительной системы обеспечивается только при использовании предметных стекол толщиной 1 – 2 мм.
ЗАДАНИЕ . Приготовьте микропрепарат и настройте освещение, как указано выше.
Основная задача, которая решается механической частью, достаточно проста - обеспечение крепления и движения оптической части микроскопа и объекта.
Предметные столики предназначены для крепления в определенном положении объекта наблюдения. Основные требования связаны с жесткостью крепления самих столиков, а также с фиксацией и координацией (ориентацией) объекта (препарата) относительно объектива.
Стол крепится на специальном кронштейне. Для удобства работы столики конструктивно выполняются неподвижными и подвижными.
Неподвижные столики обычно применяются в самых простейших моделях микроскопов. Движение объекта на них осуществляется с помощью рук наблюдателя для быстроты перемещения при экспрес-диагностике. Препарат закрепляется на столике с помощью пружинящих лапок или с помощью специального устройства препаратодержателя.
Для механического перемещения или вращения объекта под объективом микроскопа применяются подвижные (рис. 32) столики. Препарат фиксируется и перемещается с помощью препаратоводителя. Координатное перемещение объекта по двум осям X-Y (или только по одной X) осуществляется с помощью рукоятки (обычно сдвоенной коаксиальной) вручную или от электродвигателя (обычно шагового). Последние носят название "сканирующие столики. На столе вдоль направляющих по осям X и Y расположены шкалы с нониусами для контроля положения и линейного измерения перемещения в горизонтальной плоскости.
Фокусировочный механизм: грубая и точная фокусировка. Фокусировочный механизм обеспечивает движение стола или объектива для установки определенного расстояния между объектом наблюдения и оптической частью микроскопа. Это расстояние гарантирует резкое изображение объекта. "Наводка на резкость" осуществляется двумя регулировками – грубой и точной. Каждая регулировка – это свой механизм и своя рукоятка. Рукоятки управления могут быть разнесены или совмещены, но обязательно располагаются по бокам микроскопа: справа и слева попарно.
Обычно грубая фокусировка (регулировка) осуществляется парой больших рукояток (рис. 31), расположенных по обе стороны от штатива. Они совершают "черновое" движение объектива к объекту или от него. Минимальная величина перемещения составляет 1 мм за один оборот. При этом грубая фокусировка является рабочей при тех исследованиях, где увеличение микроскопа не более 400 х.
Точная фокусировка (регулировка) осуществляется парой небольших рукояток, которые обычно за один оборот придвигают стол или объектив к объекту на 0,01 -0,05 мм. Величина перемещения за один оборот зависит от конструктивных особенностей микроскопов различных фирм.
Как правило, на одну из рукояток точной фокусировки наносится шкала, которая позволяет контролировать вертикальное перемещение микроскопа относительно объекта наблюдения.
Например, отечественный микроскоп МИКМЕД-2 имеет грубое фокусировочное перемещение до 30 мм, при этом один оборот рукоятки обеспечивает перемещение на 2,5 мм, точная фокусировка осуществляется в пределах 2,5 мм при одном обороте на 0,25 мм, на одну из рукояток точной фокусировки нанесена шкала с ценой деления 0,002 мм.
Функциональное назначение фокусировочного перемещения значительно больше, чем обычно ему отводится. Без точной фокусировки не обойтись:
Если увеличение микроскопа более 400 х;
При работе с иммерсионными объективами;
При работе с объективами, которые не дают резкого изображения по всему наблюдаемому полю;
Если на всем видимом поле объект неровный по толщине или имеет объем.
Совмещение (коаксиальное расположение) обеих рукояток значительно упрощает работу, одновременно усложняя конструкцию и удорожая микроскоп.
Узел крепления и перемещения конденсора. Конденсор , как самостоятельный узел, является стыкующим элементом между осветительной системой (источником света) и микроскопом (объективом и визуализирующей частью).
Узел крепления конденсора расположен под предметным столиком. Имеет вид кронштейна с гнездом. Предназначен для установки конденсора, его фиксации и центрировки, т. е. перемещения в горизонтальной плоскости перпендикулярно оптической оси микроскопа.
Кроме того, узел имеет направляющую для фокусировочного движения (перемещения) конденсора по вертикали, вдоль оптической оси.
Каким бы образом конденсор ни устанавливался в гнезде - сбоку, сверху или снизу, - он жестко крепится с помощью стопорного винта, который предотвращает его выпадение, с одной стороны, и обеспечивает центрированное положение в процессе работы, с другой.
Центровочные винты обеспечивают совмещение осветительного пучка от источника света и оптической оси микроскопа (настройка освещения по Келеру). Это очень важный этап настройки освещения в микроскопе, влияющий на равномерность освещения и точность воспроизведения объекта, а также на контраст и разрешение элементов в изображении объекта.
Фокусировка (настройка по высоте) конденсора осуществляется с помощью ручки на кронштейне и, так же как центрировка, влияет на работу всей оптической части микроскопа.
Конденсор может быть неподвижным. Обычно подобная конструкция присуща учебным микроскопам . Эти микроскопы применяются при рутинной работе, где не требуется применение дополнительных методов контрастирования, и объект не требует более детального исследования.
Узел крепления объективов. Существует несколько типов крепления объективов в микроскопе:
Ввинчивание объектива непосредственно в тубус (как правило, на учебных «школьных» микроскопах);
"салазки" - крепление объективов с помощью специального безрезьбового устройства (направляющей);
Револьверное устройство с несколькими гнездами.
В настоящее время самым распространенным типом крепления объективов является револьверное устройство (револьверная головка) (рис. 33).
Узел крепления объективов в виде револьверного устройства выполняет следующие функции:
Смену увеличения в микроскопе за счет вращения головки, в каждое гнездо которой ввинчивается объектив определенного увеличения;
Фиксированную установку объектива в рабочее положение;
гарантированное центрирование оптической оси объектива относительно оптической оси микроскопа в целом, включая осветительную систему.
Револьверное устройство может быть 3-х, 4-х, 5-ти, 6-ти или 7-гнездным в зависимости от класса сложности микроскопа и решаемых им задач.
В микроскопах, где применяется дифференциально-интерференционный контраст, в револьверной головке над гнездом имеется один или несколько пазов для установки направляющей с призмой.
В учебных микроскопах объективы обычно крепятся таким образом, чтобы замена их была затруднена (т. е. делаются несъемными).
Порядок следования объективов должен строго соблюдаться: от меньшего увеличения к большему, при этом движение револьверной головки осуществляется по часовой стрелке.
Как правило, при сборке микроскопов производится операция подбора объективов - комплектация . Это позволяет не терять изображение объекта из поля зрения при переходе от одного увеличения к другому.
И еще одно условие должно обеспечивать револьверное устройство - парфокальность . Гнездо револьвера, вернее, его внешняя поверхность, является материальной базовой поверхностью для отсчета высоты объектива и длины тубуса объектива (микроскопа). Объектив должен быть ввинчен в гнездо таким образом, чтобы между ним и револьверной головкой не было зазора. При этом обеспечиваются расчетные значения всех сборочных оптических элементов в микроскопе, а также конструктивное и технологическое их обеспечение. Это значит, что если будет получено резкое изображение объекта с одним объективом, то при переходе к другому в пределах глубины резкости объектива резкое изображение объекта сохраняется.
Парфокальность в комплекте объективов обеспечивается конструкцией микроскопа и технологией изготовления. При отсутствии этого условия при переходе от одного объектива к другому требуется значительная подфокусировка по резкости изображения.
Узел крепления окуляров (тубуса) в современных микроскопах представляет собой кронштейн с гнездом, в которое устанавливаются различные виды насадок: визуальные насадки (монокулярные и бинокулярные (рис. 34)), фотометрические и спектрофотометрические , микрофото - и адаптерные устройства для видеосистем . Кроме того, в это гнездо могут быть установлены: насадки сравнения , рисовальные аппараты , экранные насадки , а также осветители падающего света . Фиксация устройств осуществляется стопорным винтом.
Невозможно представить модель современного микроскопа без системы документирования
. Практически это бинокулярная насадка с выходом на фото- или телесистему.
Конструктивно узел крепления окуляров может быть снабжен дополнительным оптико-механическим модулем сменного увеличения, получившего название "Оптовар" (Optovar). Как правило, он имеет несколько ступеней увеличения от меньшего единицы до 2,5 х, но есть варианты и с одной ступенью. Обычно модуль располагается между визуальной насадкой и револьверным устройством, обеспечивая тем самым дополнительное увеличение, как для визуального канала, так и для фотовыхода. Конечно, наибольшее значение это имеет для фотоканала.
ОПТИКА МИКРОСКОПА
Оптические узлы и принадлежности обеспечивают основную функцию микроскопа – создание увеличенного изображения рассматриваемого объекта с достаточной степенью достоверности по форме, соотношению размеров и цвету. Кроме того, оптика микроскопа должна обеспечивать такое увеличение, контраст и разрешение элементов, которые позволят произвести наблюдение, анализ и измерение, соответствующие требованиям методик клинико-диагностической практики.
Основными оптическими элементами микроскопа являются: объектив , окуляр , конденсор . Вспомогательными элементами – осветительная система , оптовар, визуальные и фотонасадки с оптическими адаптерами и проективами.
Объектив микроскопа предназначен для создания увеличенного изображения рассматриваемого объекта с требуемым качеством, разрешением и цветопередачей.
Классификация объективов достаточно сложна и связана с тем, для изучения каких объектов предназначен микроскоп, зависит от требуемой точности воспроизведения объекта с учетом разрешающей способности и цветопередачи в центре и по полю видения.
Современные объективы имеют сложную конструкцию, количество линз в оптических системах доходит до 7-13. При этом расчеты базируются в основном на стеклах с особыми свойствами и кристалле флюорите или стеклах, аналогичных ему по основным физико-химическим свойствам.
По степени исправления аберраций выделяют несколько типов объективов:
Исправленные в спектральном диапазоне:
Монохроматические объективы (монохроматы) рассчитаны для применения в узком спектральном диапазоне, практически они хорошо работают в одной длине волны. Аберрации исправлены в узком спектральном диапазоне. Монохроматы были широко распространены в 60-х годах в период развития фотометрических методов исследования и создания аппаратуры для исследований в ультрафиолетовой (УФ) и инфракрасной (ИК)областях спектра.
Ахроматические объективы (ахроматы) рассчитаны для применения в спектральном диапазоне 486-656 нм. В этих объективах, устранены сферическая аберрация, хроматическая аберрация положения для двух длин волн (зеленого и желтого участков спектра), кома, астигматизм и частично сферохроматическая аберрация.
Изображение объекта имеет несколько синевато-красноватый оттенок. Технологически объективы достаточно просты – небольшое количество линз, технологичные для изготовления марки стекол, радиуса, диаметры и толщины линз. Относительно дешевые. Входят в комплект микроскопов, которые предназначены для рутинных работ и обучения.
В связи с простотой конструкции (всего 4 линзы) ахроматы имеют следующие достоинства:
Высокий коэффициент светопропускания, что необходимо при проведении фотометрических измерений и люминесцентных исследованиях;
Обеспечение трудно сочетаемых при расчете условий: большое рабочее расстояние при работе объектива с покровным стеклом, явно превышающим стандартнуютолщину и при этом - желание сохранения разрешающей способности, что необходимо при работе на инвертированных микроскопах.
К недостаткам можно отнеси то, что полевые аберрации в чистых ахроматах исправлены чаще всего на 1/2-2/3 поля, т.е. без перефокусировки возможно наблюдение в пределах 1/2-2/3 по центру видения. Это увеличивает время наблюдения, т.к. требует постоянной перефокусировки на край поля.
Апохроматические объективы . Уапохроматов спектральная область расширена и ахроматизация выполняется для трех длин волн. Кроме хроматизма положения, сферической аберрации, комы и астигматизма, достаточно хорошо исправляются также вторичный спектр и сферохроматическая аберрация.
Развитие этот тип объективов получил после того, как в оптическую схему объектива стали вводится линзы из кристаллов и специальных стекол. Количество линз в оптической схеме апохромата доходит до 6. По сравнению с ахроматами, апохроматы обычно имеют повышенные числовые апертуры, дают четкое изображение и точно передают цвет объекта.
Полевые аберрации в чистых апохроматах исправлены даже меньше чем у ахроматов, чаще всего на 1/2 поля, т.е. без перефокусировки возможно наблюдение в пределах 1/2 по центру видения.
Апохроматы обычно применяются при особо тонких и важных исследованиях и особенно там, где требуется качественная микрофотография.
