Il termine "microscopio" ha radici greche. Si compone di due parole, che in traduzione significano "piccolo" e "sguardo". Il ruolo principale del microscopio è il suo utilizzo quando si esaminano oggetti molto piccoli. Allo stesso tempo, questo dispositivo consente di determinare le dimensioni e la forma, la struttura e altre caratteristiche dei corpi invisibili ad occhio nudo.
Storia della creazione
Non ci sono informazioni precise su chi sia stato l'inventore del microscopio nella storia. Secondo alcune fonti, fu progettato nel 1590 dal padre e dal figlio di Janssen, maestro nella fabbricazione di occhiali. Un altro contendente al titolo di inventore del microscopio è Galileo Galilei. Nel 1609 questo scienziato presentò all'Accademia dei Lincei un dispositivo con lenti concave e convesse per la visione pubblica.
Nel corso degli anni, il sistema per la visualizzazione di oggetti microscopici si è evoluto e migliorato. Un enorme passo avanti nella sua storia è stata l'invenzione di un semplice dispositivo a due lenti regolabile acromaticamente. Questo sistema fu introdotto dall'olandese Christian Huygens alla fine del 1600. Oculari di questo inventoresono in produzione oggi. Il loro unico inconveniente è l'ampiezza insufficiente del campo visivo. Inoltre, rispetto ai dispositivi moderni, gli oculari Huygens hanno una posizione scomoda per gli occhi.
Un contributo speciale alla storia del microscopio è stato dato dal produttore di tali strumenti Anton Van Leeuwenhoek (1632-1723). È stato lui ad attirare l'attenzione dei biologi su questo dispositivo. Leeuwenhoek ha realizzato prodotti di piccole dimensioni dotati di un obiettivo, ma molto forte. Era scomodo utilizzare tali dispositivi, ma non raddoppiavano i difetti dell'immagine che erano presenti nei microscopi composti. Gli inventori sono stati in grado di correggere questa mancanza solo dopo 150 anni. Insieme allo sviluppo dell'ottica, la qualità dell'immagine nei dispositivi compositi è migliorata.
Il miglioramento dei microscopi continua oggi. Così, nel 2006, gli scienziati tedeschi che lavorano presso l'Istituto di Chimica Biofisica, Mariano Bossi e Stefan Hell, hanno sviluppato l'ultimo microscopio ottico. A causa della capacità di osservare oggetti con dimensioni di 10 nm e immagini 3D tridimensionali di alta qualità, il dispositivo è stato chiamato nanoscopio.
Classificazione dei microscopi
Al momento, esiste un'ampia varietà di strumenti progettati per esaminare piccoli oggetti. Il loro raggruppamento si basa su vari parametri. Questo può essere lo scopo del microscopio o il metodo di illuminazione adottato, la struttura utilizzata per il progetto ottico, ecc.
Ma, di regola, i principali tipi di microscopisono classificati in base alla risoluzione delle microparticelle che possono essere viste utilizzando questo sistema. Secondo questa divisione, i microscopi sono:
- ottici (luce);
-elettronici;
-raggi X;-sonda a scansione.
I microscopi più utilizzati sono del tipo a luce. La loro vasta selezione è disponibile nei negozi di ottica. Con l'aiuto di tali dispositivi, vengono risolti i compiti principali dello studio di un oggetto. Tutti gli altri tipi di microscopi sono classificati come specializzati. Il loro uso è solitamente effettuato in laboratorio.
Ognuno dei suddetti tipi di dispositivi ha le sue sottospecie, che vengono utilizzate in una particolare area. Inoltre, oggi è possibile acquistare un microscopio scolastico (o didattico), che è un sistema entry-level. Offerto a consumatori e dispositivi professionali.
Applicazione
A cosa serve un microscopio? L'occhio umano, essendo uno speciale sistema ottico di tipo biologico, ha un certo livello di risoluzione. In altre parole, c'è la minima distanza tra gli oggetti osservati quando possono ancora essere distinti. Per un occhio normale, questa risoluzione è entro 0,176 mm. Ma le dimensioni della maggior parte delle cellule animali e vegetali, dei microrganismi, dei cristalli, della microstruttura delle leghe, dei metalli, ecc. sono molto inferiori a questo valore. Come studiare e osservare tali oggetti? È qui che vari tipi di microscopi vengono in aiuto alle persone. Ad esempio, i dispositivi di tipo ottico consentono di distinguere le strutture in cui la distanzatra gli elementi è un minimo di 0,20 µm.
Come funziona un microscopio?
Il dispositivo, che consente all'occhio umano di esaminare oggetti microscopici, ha due elementi principali. Sono la lente e l'oculare. Queste parti del microscopio sono fissate in un tubo mobile posizionato su una base di metallo. Ha anche una tabella degli argomenti.
I moderni microscopi sono generalmente dotati di un sistema di illuminazione. Si tratta, in particolare, di un condensatore avente un diaframma ad iride. Un set obbligatorio di dispositivi di ingrandimento sono micro e macro viti, che servono a regolare la nitidezza. La progettazione dei microscopi prevede anche la presenza di un sistema che controlla la posizione del condensatore.
Nei microscopi specializzati e più complessi, vengono spesso utilizzati altri sistemi e dispositivi aggiuntivi.
Lenti
Vorrei iniziare la descrizione del microscopio con una storia su una delle sue parti principali, ovvero l'obiettivo. Sono un complesso sistema ottico che aumenta le dimensioni dell'oggetto in questione nel piano dell'immagine. Il design delle lenti include un intero sistema non solo di lenti singole, ma anche incollate di due o tre.
La complessità di un tale progetto ottico-meccanico dipende dalla gamma di compiti che devono essere risolti dall'uno o dall' altro dispositivo. Ad esempio, il microscopio più complesso ha fino a quattordici obiettivi.
Incluso nell'obiettivosono la parte frontale e gli impianti che la seguono. Qual è la base per costruire un'immagine della qualità desiderata e determinare lo stato operativo? Questa è una lente frontale o il loro sistema. Le parti successive dell'obiettivo sono necessarie per fornire l'ingrandimento, la lunghezza focale e la qualità dell'immagine richiesti. Tuttavia, l'implementazione di tali funzioni è possibile solo in combinazione con una lente frontale. Vale la pena ricordare che il design della parte successiva influisce sulla lunghezza del tubo e sull' altezza della lente del dispositivo.
Oculari
Queste parti del microscopio sono un sistema ottico progettato per costruire l'immagine microscopica necessaria sulla superficie della retina degli occhi dell'osservatore. Gli oculari contengono due gruppi di lenti. Il più vicino all'occhio del ricercatore è chiamato occhio e quello più lontano è chiamato campo (con il suo aiuto, la lente costruisce un'immagine dell'oggetto in studio).
Sistema di illuminazione
Il microscopio ha un design complesso di diaframmi, specchi e lenti. Con il suo aiuto, è assicurata un'illuminazione uniforme dell'oggetto in studio. Nei primi microscopi, questa funzione veniva svolta da sorgenti di luce naturale. Con il miglioramento dei dispositivi ottici, iniziarono a utilizzare prima specchi piatti e poi concavi.
Con l'aiuto di dettagli così semplici, i raggi del sole o della lampada venivano diretti verso l'oggetto di studio. Nei microscopi moderni, il sistema di illuminazione è più perfetto. È composto da un condensatore e un collettore.
Tabella degli argomenti
Preparazioni microscopiche che richiedono studio,sono posti su una superficie piana. Questa è la tabella degli argomenti. Vari tipi di microscopi possono avere questa superficie progettata in modo tale che l'oggetto di studio ruoti nel campo visivo dell'osservatore orizzontalmente, verticalmente o con una certa angolazione.
Principio di funzionamento
Nel primo dispositivo ottico, il sistema di lenti forniva un'immagine inversa di micro-oggetti. Ciò ha permesso di vedere la struttura della materia ei più piccoli dettagli che dovevano essere studiati. Il principio di funzionamento di un microscopio ottico oggi è simile al lavoro svolto da un telescopio rifrattore. In questo dispositivo, la luce viene rifratta mentre attraversa la parte in vetro.
Come si ingrandiscono i moderni microscopi ottici? Dopo che un raggio di raggi di luce entra nel dispositivo, vengono convertiti in un flusso parallelo. Solo allora aumenta la rifrazione della luce nell'oculare, a causa della quale aumenta l'immagine di oggetti microscopici. Inoltre, queste informazioni entrano nella forma necessaria per l'osservatore nel suo analizzatore visivo.
Sottospecie di microscopi ottici
Gli strumenti ottici moderni sono classificati:
1. Secondo la classe di complessità per la ricerca, il lavoro e il microscopio scolastico.
2. Per campo di applicazione per chirurgia, biologica e tecnica.
3. Per tipi di microscopia per dispositivi di luce riflessa e trasmessa, contatto di fase, luminescente e polarizzante.4. Nella direzione del flusso luminoso inverso e diretto.
Microscopi elettronici
Nel tempo, un dispositivo progettato per esaminare oggetti microscopici è diventato sempre più perfetto. Sono apparsi tali tipi di microscopi in cui è stato utilizzato un principio di funzionamento completamente diverso, indipendente dalla rifrazione della luce. Nel processo di utilizzo degli ultimi tipi di dispositivi, gli elettroni sono stati coinvolti. Tali sistemi consentono di vedere singole parti della materia così piccole che i raggi di luce fluiscono semplicemente intorno ad esse.
A cosa serve un microscopio di tipo elettronico? Viene utilizzato per studiare la struttura delle cellule a livello molecolare e subcellulare. Inoltre, dispositivi simili vengono utilizzati per studiare i virus.
Progettazione di microscopi elettronici
Cosa sta alla base del funzionamento degli ultimi strumenti per la visualizzazione di oggetti microscopici? In che cosa un microscopio elettronico è diverso da un microscopio ottico? Ci sono delle somiglianze tra loro?
Il principio di funzionamento di un microscopio elettronico si basa sulle proprietà che possiedono i campi elettrici e magnetici. La loro simmetria rotazionale è in grado di avere un effetto di focalizzazione sui fasci di elettroni. Sulla base di ciò, possiamo rispondere alla domanda: "In cosa differisce un microscopio elettronico da un microscopio ottico?" In esso, a differenza di un dispositivo ottico, non ci sono lenti. Il loro ruolo è svolto da campi magnetici ed elettrici opportunamente calcolati. Sono creati da spire di bobine attraverso le quali passa la corrente. In questo caso, tali campi agiscono come una lente convergente. Quando la corrente aumenta o diminuisce, la lunghezza focale cambia.distanza dello strumento.
Per quanto riguarda lo schema elettrico, il microscopio elettronico lo ha simile allo schema elettrico di un dispositivo luminoso. L'unica differenza è che gli elementi ottici sono sostituiti da elementi elettrici simili a loro.
L'ingrandimento di un oggetto nei microscopi elettronici si verifica a causa del processo di rifrazione di un raggio di luce che passa attraverso l'oggetto in studio. Ad angoli diversi, i raggi entrano nel piano della lente dell'obiettivo, dove avviene il primo ingrandimento del campione. Quindi gli elettroni passano alla lente intermedia. In esso c'è un cambiamento graduale nell'aumento delle dimensioni dell'oggetto. L'immagine finale del materiale studiato è data dalla lente di proiezione. Da esso, l'immagine cade sullo schermo fluorescente.
Tipi di microscopi elettronici
I tipi moderni di lenti di ingrandimento includono:
1. TEM, o microscopio elettronico a trasmissione. In questa configurazione, l'immagine di un oggetto molto sottile, fino a 0,1 µm di spessore, è formata dall'interazione di un fascio di elettroni con la sostanza in studio e dal suo successivo ingrandimento mediante lenti magnetiche nell'obiettivo.
2. SEM, o microscopio elettronico a scansione. Un tale dispositivo consente di ottenere un'immagine della superficie di un oggetto con un' alta risoluzione dell'ordine di diversi nanometri. Quando si utilizzano metodi aggiuntivi, tale microscopio fornisce informazioni che aiutano a determinare la composizione chimica degli strati vicini alla superficie.3. Microscopio elettronico a scansione tunnel, o STM. Utilizzando questo dispositivo, il rilievo di superfici conduttive con un'elevata spazialitàautorizzazione. Nel processo di lavoro con STM, un ago di metallo affilato viene portato sull'oggetto in studio. Allo stesso tempo, viene mantenuta una distanza di pochi angstrom. Successivamente, all'ago viene applicato un piccolo potenziale, a causa del quale si forma una corrente di tunnel. In questo caso, l'osservatore riceve un'immagine tridimensionale dell'oggetto in studio.
Microscopi Leuwenhoek
Nel 2002, una nuova azienda produttrice di strumenti ottici è apparsa in America. La sua gamma di prodotti comprende microscopi, telescopi e binocoli. Tutti questi dispositivi si distinguono per l'elevata qualità dell'immagine.
La sede centrale e il dipartimento di sviluppo dell'azienda si trovano negli Stati Uniti, nella città di Fremond (California). Ma per quanto riguarda gli impianti di produzione, si trovano in Cina. Grazie a tutto ciò, l'azienda offre sul mercato prodotti avanzati e di alta qualità a un prezzo accessibile.
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Il microscopio Levenhuk ha funzionalità estese. Ad esempio, un dispositivo di formazione entry-level può essere collegato a un computer ed è anche in grado di acquisire video di ricerche in corso. Il modello Levenhuk D2L è dotato di questa funzionalità.
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