Як вибрати мікроскоп?

"Життя – низка виборів з безліччю комбінацій."

Glee

При виборі такого складного і не дешевого пристрою, як мікроскоп, варто поставити собі як мінімум три питання:

1. Навіщо я його купую? (робота - навчання - хобі)
2. Для кого я його купую? (дорослому, дитині)
3. Який виріб найкраще підходить для мого завдання?

Мікроскопів різних моделей та виробників у пропозиціях представлено величезну кількість. У такій ситуації, звісно, варто порадитись із консультантом. Ця стаття таки є вашим консультантом перед остаточним вибором мікроскопа в нашому магазині.

Розглянемо алгоритм вибору

Цей розділ допоможе нашому читачеві наблизитись до відповіді на перші два питання. Для цього ми скористаємося найпоширенішими класифікаціями виробів. Будь-яка класифікація мікроскопів була б неповною, якби ми не враховували економічного аспекту. Природно, що мікроскопи, як і будь-який наукомісткий прилад, мають свій клас точності, пов'язаний з рівнем складності конструкції, якістю одержуваного зображення, досконалістю системи управління. Все це тісно пов'язане зі споживчим функціональним призначенням виробу. Це, у свою чергу, впливає на обсяги серій та кінцеву ціну. Мікроскопи, умовно, можуть бути поділені на такі групи за класами складності залежно від поставлення завдань.

Мікроскопи-іграшки

Їхня основна функція проста - зайняти і захопити дитину , правда, в ці мікроскопи з великим задоволенням «грають» дорослі. У цих мікроскопах цікаво те, що:

• вони легкі у ваговому та функціональному плані, крім цього є мініатюрним повторенням справжніх мікроскопів;
• якість зображення вони цілком відповідає рівню звичайних «дорослих» серійних моделей. Наприклад, деякі вироби вітчизняних виробників, на відміну від східноазіатських аналогів, мають дифракційну (високу) якість зображення;
• конструктивно і функціонально ці мікроскопи можуть бути виконані значно оригінальнішими за стандартні зразки: плавна зміна окулярного збільшення, проекція зображення на малогабаритний екран, закріплений на мікроскопі.

Слід зазначити деякі «мінуси» у виробах цієї групи:

• масове виробництво та дуже низькі ціни подібних мікроскопів диктують простоту конструкції іноді на шкоду якості продукції;
• далеко не завжди дотримуються вимог міжнародних технічних стандартів;
• дуже часто оптичні та механічні вузли мікроскопів виконуються із пластмаси або металізованої пластмаси;
• мікроскопи розраховані мінімальний термін служби.

За принципом побудови зображення мікроскопи-іграшки імітують мікроскопи світлого поля світла, що проходить і падаючого, по об'єкту дослідження - плоского поля, зрідка зустрічаються в цій групі стереомікроскопи.

Шкільні або навчальні мікроскопи

Основна функція представників цієї групи — навчання за допомогою мікроскопів, переважно природничих наук у школах, гімназіях та коледжах. Незважаючи на те, що ці мікроскопи належать до розряду «масових» з виробництва, виділимо позитивні сторони шкільної серії:

• ціна їх на порядок, а то й більше, перевищує вартість попередньої групи мікроскопів; вихідні та технологічні параметри мікроскопів відповідають прийнятим міжнародним стандартам;
• оптика переважно скляна, механіка – частково металева;
• Експлуатаційні специфічності цієї групи мікроскопів зобов'язують виробників розробляти такі конструкції, які мають мінімум знімних елементів. Незнімними зазвичай бувають дзеркало, об'єктиви та окуляри;
• мікроскопи розраховані на досить короткий термін служби - до 5 років з урахуванням того, що на них виключно вчаться працювати, а отже, не виключені часті поломки та виходи з ладу.

Шкільні мікроскопи практично забезпечують лише один метод дослідження (світле поле) у світлі, що є мікроскопом плоского поля.

Студентські чи «рутинні мікроскопи»

Визначення – «рутинні мікроскопи» (routine) у зарубіжних каталогах несе дещо інше смислове навантаження. У наших – це спрощені мікроскопи, які постійно перебувають у роботі, у закордонних – це мікроскопи будь-якого класу складності, що виконують повсякденну роботу. Ця маркетологічна плутанина призводить до того, що покупець може побачити пропозиції щодо цієї групи мікроскопів від 2,5 до 5тис. І дуже здивуватися, виявивши в іншому прайсемікроскопи із співзвучним призначенням, але за вартістю 10-15 тис. €.

Функції мікроскопів цієї групи зводяться або до професійної підготовки фахівців або забезпечення рутинних, постійних, одноманітних робіт у різних галузях науки і техніки.

Великосерійне виробництво подібного виду мікроскопів, а, головне, різноманітність розв'язуваних ними завдань, змушує періодично переглядати конструкції, удосконалюючи і всіляко спрощуючи при цьому технологію їх виготовлення.

Необхідно відзначити особливість цього класу виробів, пов'язану безпосередньо з сучасними завданнями освіти: необхідність поліпшення якості зображення, за рахунок застосування оптики з покращеною корекцією аберацій по полю, що веде до поступового подорожчання цього мікроскопів. Крім того, такі мікроскопи за своїми можливостями та сервісами дозволяють користувачеві досягати високого рівня продуктивності праці.

Група рутинних мікроскопів включає мікроскопи проходить світла з можливістю використання методів фазового контрасту, а також темного поля в області біологічних і медичних досліджень.

Робочі мікроскопи

Функціонально це особлива група мікроскопів, яка несе на собі весь тягар та відповідальність повсякденної дослідницької та лабораторної роботи. За допомогою робочих мікроскопів ставиться діагноз, видається остаточний результат медикобіологічних досліджень, який за необхідності можна задокументувати. Робочі мікроскопи – це проміжна група між рутинними та лабораторними мікроскопами. Вартість їх вища за рахунок підвищення якості зображення, вдосконалення оптичної системи мікроскопа та точності виготовлення механічних вузлів.

Вони повинні бути прості і надійні настільки, щоб оптико-механічна конструкція забезпечувала найменшу кількість настроювальних операцій, особливо пов'язаних з освітленням та методами дослідження, але при цьому зберігалася відмінна якість зображення поля дослідження.

Група робочих мікроскопів включає практично всі типи: плоского поля, стереоскопічні, проходить і відбитого світла, світлого і темного поля, фазового і диференціально-інтерференційного розмаїття, люмінесцентні і поляризаційні, прямі та інвертовані, включаючи аналізатори зображення.

Лабораторні мікроскопи

Функцію цієї групи мікроскопів можна охарактеризувати так — остання за складністю модель, яка може бути використана в практичній медицині на стадії повсякденних досліджень та проста модель для науково-дослідних робіт.

Це, як правило, середні за габаритами моделі, за якістю зображення близькі як до робочих, так і до дослідницьких моделей Відмінною ознакою можна назвати наявність кількох модулів для контрастування зображення та модуля для документування. Серійність подібних мікроскопів зазвичай невисока проти дослідницькими мікроскопами.

Дослідницькі та універсальні мікроскопи

Основна функція цієї групи мікроскопів — забезпечення проведення науково-дослідних робіт за «повною» програмою з максимально можливою кількістю модулів, що замінюються по необхідності, забезпечення роботи з набором висококласної оптики граничних параметрів і найширшого діапазону. Природно, що вартість подібних наукомістких приладів є дуже значною.

Для більш повного уявлення про пристрій та функціональні можливості мікроскопів, а також остаточного вибору моделі, розглянемо класифікацію мікроскопів нерозривно пов'язану з:

• ставленням до об'єкта дослідження;
• способом його висвітлення;
• принципом побудови зображення, способом спостереження, документування та аналізу зображення.

Ставлення до об'єкта дослідження

За цією ознакою мікроскопи можна поділити на такі основні види:

• мікроскопи плоского поля – це мікроскопи, оптична схема яких забезпечує відтворення об'єкта у двовимірному просторі – у площині. Об'єкти дослідження — тонкі, в середньому, товщиною від 10 мм до 0,1 мм, шар, що проглядається, від 1 мм до 0,001 мм. У цих мікроскопах можливе спостереження об'ємного зображення в межах 100-200 мкм по висоті, за рахунок спеціальних способів освітлення (ефекту косого освітлення, фазового розмаїття, диференціально-інтерференційного розмаїття);
• стереоскопічні мікроскопи – це мікроскопи, оптична схема яких забезпечує відтворення об'єкта у тривимірному просторі – об'ємне, тривимірне зображення. Об'єкти дослідження - габаритні, в середньому, товщиною від 100 мм до 1 мм, шар, що проглядається по висоті/глибині - від 50 мм до 0,5 мм. У цих мікроскопах можна спостерігати також пласкі об'єкти.

Для зручності роботи з об'єктами або залежно від умови їх розміщення (спеціальний посуд, термокамера) мікроскопи конструктивно можуть бути виконані у двох варіантах:

• Прямі мікроскопи (класична побудова схеми мікроскопа) сконструйовані таким чином, що спостережна частина мікроскопа (бінокулярна насадка з окулярами) розташована зверху об'єкта. Це стосується як мікроскопів плоского поля, так і стереомікроскопів;
• інвертовані мікроскопи (перевернена побудова схеми мікроскопа) - сконструйовані таким чином, що спостережна частина мікроскопа (бінокулярна насадка з окулярами) розташована знизу об'єкта. Ця конструктивна ознака відноситься тільки до мікроскопів плоского поля.

За способом освітлення

Залежно від способу освітлення, усі розглянуті вище типи мікроскопів можна розділити так:

• мікроскопи світла, що проходить (класичні мікроскопи для біолого-медичних досліджень), основний принцип освітлення в яких пов'язаний з тим, що світло проходить через об'єкт. За допомогою мікроскопів світла, що проходить, плоского поля, які можуть бути як прямими, так і інвертованими, а також стереоскопічними, можна розглядати прозорі та напівпрозорі об'єкти;

• мікроскопи відбитого світла (металографічні мікроскопи), основний принцип освітлення у яких пов'язані з тим, що світло падає об'єкт і відбивається від цього. На мікроскопах відбитого світла плоского поля, які можуть бути як прямими, так і інвертованими, а також стереоскопічними, досліджуються непрозорі об'єкти, з різним ступенем відбиває здатності, і напівпрозорі.

Існують два види мікроскопів відбитого світла, пов'язані з освітленням об'єкта за допомогою об'єктива та поза ним:

• власне мікроскопи відбитого світла , у яких світло проходить через оптичну систему мікроскопа (зокрема, і об'єктив, як частина освітлювальної системи), відбивається від об'єкта, і знову проходить через оптичну систему мікроскопа (об'єктив, як основний елемент, що відтворює збільшене зображення об'єкта) ;
• мікроскопи падаючого світла , у яких світло «падає» на об'єкт, минаючи оптичну систему мікроскопа (об'єктив), відбивається від об'єкта і проходить через оптичну систему мікроскопа (об'єктив).

В основному мікроскопи падаючого світла це стереоскопічні мікроскопи.

У вітчизняній практиці люмінесцентні мікроскопи плоского поля з освітлювачем відбитого світла відносять до мікроскопів, що працюють у світлі, що падає. Справа в тому, що ми розглядаємо зображення, побудоване не зовсім тим світловим потоком, який пройшов через оптичну систему мікроскопа джерела світла і відбився від об'єкта. Строго кажучи, йдеться про один і той же світловий потік, тільки об'єкт висвітлюється однією довжиною хвилі, а зображення будується іншою.

Обидві основні освітлювальні системи можуть бути конструктивно об'єднані, тоді отриманий комплекс стає мікроскопом світла, що проходить і відбитого. Зазвичай це дослідні чи універсальні мікроскопи.

За принципом побудови зображення

В основному це пов'язано з фізико-хімічними явищами, які виникають при впливі світлового потоку на об'єкт або препарат, приготований спеціальним способом. При цьому світловий потік також може бути змінений, як за формою, так і за своїми фізичними властивостями. У такому разі мікроскопи класифікуються так:

Мікроскопи з методом світлого поля формують картину - на світлому фоні темніше зображення об'єкта.
Основні умови освітлення: це звичайне світло, що прямо проходить, зміни в якому можуть бути пов'язані тільки з довжиною хвилі світлового потоку, що визначається застосуванням в освітлювальній системі широкосмугових світлофільтрів зі звичайного кольорового скла. Рідше використовуються спеціальні вузькосмугові світлофільтри (інтерференційні).

Мікроскопи з методом темного поля - "темнопольний мікроскоп" формують наступне зображення - на темному тлі можна спостерігати світліше зображення об'єкта або яскраво блискучий контур об'єкта.
Основні умови освітлення: а) у мікроскопах проходить світла - звичайне прямо проходить світло повністю перекривається до того, як потрапляє на об'єкт; б) у мікроскопах відбитого світла — звичайне світло, що проходить через кільцеву діафрагму з непрозорим диском, що за розміром перекриває вихідну зіницю об'єктива.

Мікроскопи з методом фазового розмаїття - "фазовий мікроскоп". Основна перевага даного методу полягає в тому, що за його допомогою одержують надзвичайно контрастні зображення у світлому полі живих незабарвлених клітин та тканин.

"Імерсійний мікроскоп" відноситься до групи мікроскопів з імерсійним об'єктивом (найпопулярніший мікроскоп для біолого-медичних досліджень прозорих слабоконтрастних об'єктів).
Дає можливість з максимальним ступенем візуалізації та деталізації спостерігати на сірому фоні темніше «об'ємне» зображення об'єкта, оточеного контуром світлою смугою. При негативному (темнопольному) фазовому контрасті картина зворотна.
Основні умови освітлення: звичайне світло, що прямо проходить, перекривається, але в два етапи - частина світла до об'єкта, а потім після об'єкта минула частина світла перекривається з ослабленням. При цьому світло у вигляді світлового кільця певної площі проходить через об'єкт, а потім після об'єкта через напівпрозоре кільце в об'єктиві.

Для практичної роботи не завжди потрібні такі вузькоспеціалізовані мікроскопи. Тим більше, що реалізація зазначених методів контрастування зображення об'єкта здійснюється досить просто і практично тільки в одному вузлі - конденсорі. Виробникам простіше випускати один знімний вузол або додатковий пристрій (якщо необхідні заміни об'єктивів – при фазовому контрасті).
Всі проблеми уніфікації мікроскопів вирішилися, коли з'явився новий принцип конструювання — модульний, який забезпечує повну взаємозамінність вузлів за принципом кубиків-модулів. Застосування різних модулів для методів контрастування розширює функціональні можливості базової моделі мікроскопа світла, що проходить або відбитого, дозволяючи створювати саме той функціональний комплекс, який найкращим способом задовольняє вимогам користувача. Проте в сімействі мікроскопів є місце для спеціалізованих моделей, які, незважаючи на модульність конструкцій , все ж таки мають власну назву і визначають свою групу. Методи дослідження у цих мікроскопах реалізуються значною кількістю вузлів і деталей (крім об'єктивів і конденсорів).

Люмінесцентні мікроскопи забезпечують можливість спостереження темному тлі світіння об'єкта.
Основні умови освітлення: звичайне прямо падаюче світло певної довжини хвилі потрапляє на об'єкт, зображення об'єкта будується в іншій довжині хвилі; Виділення відповідних областей спектра відбувається за допомогою складної системи блоків інтерференційних світлофільтрів.

Поляризаційні мікроскопи - Забезпечують спостереження на сірому або темному тлі формуючи різнокольорове, чітке або контрастне зображення.
Основні умови освітлення: звичайне прямо проходить світло за допомогою поляризатора в освітлювальній системі перетворюється на лінійно-поляризоване світло, після об'єкта за допомогою аналізатора відбувається виділення із структури зображення тих елементів, які пов'язані з анізотропією об'єкта. Мікроскопи цього типу включають моделі, які, останнім часом, створюються з урахуванням мікроскопа світлого поля.

Мікроскопи диференційно-інтерференційного розмаїття або інтерференційного розмаїття забезпечують спостереження на однотонному кольоровому фоні яскравого кольорового «об'ємного» зображення або зображення того ж кольору, що і фон, але з окантовкою з іншого кольору.

Основні умови освітлення: звичайне прямо проходить світло за допомогою поляризатора в освітлювальній системі перетворюється на лінійно-поляризоване світло, після об'єкта за допомогою спеціальної призми (або іншого спеціального елемента) та аналізатора відбувається створення об'ємного (у межах глибини різкості об'єктива) кольорового контрастного зображення незалежно від того, чи є об'єкт анізотропним чи ні.

Ця група мікроскопів існує як самостійно, так і у вигляді модулів - додаткових аксесуарів.

Ультрафіолетові мікроскопи та інфрачервоні мікроскопи - освітлення та спостереження зображення об'єкта за допомогою електронно-оптичних перетворювачів (ЕОП) поза видимим спектральним діапазоном: до 400 нм і понад 700 нм.

Розглянута класифікація однаковою мірою підходить до мікроскопів плоского поля — прямих і інвертованих, до стереомікроскопів, а також до мікроскопів світла, що проходить і відображається.

За способом спостереження, документування та аналізу зображення

У звичайних мікроскопах, в яких зображення фіксується та аналізується очима людини, за допомогою додаткових знімних пристроїв можна виводити зображення на мультимедійний екран, монітор, фіксувати на фотоплівку.

• Фотомікроскопи - це складна фотосистема, вбудована в схему мікроскопа, з наявністю повністю автоматизованої системи налаштування, також у мікроскопі може бути здійснена передача зображення на ТВ-кран або дисплей, з можливістю запису відео, фіксації зображення на фотоплівку.
• Аналізатори зображення (апаратно-програмні комплекси) - це комплекс обладнання, в якому зображення фіксується, передається за допомогою аналогових або цифрових камер з подальшим аналізом, за допомогою комп'ютера, що обробляє зображення за певною програмою.
• Проекційні мікроскопи , в яких проекція зображення здійснюється безпосередньо на спеціальний екран (система звичайного спостереження за допомогою окулярів відсутня), мультимедійний проектор забезпечує максимально високу якість передачі зображення препарату.
• Мікроскопи порівняння оптичні системи, в яких забезпечується об'єднання в одному полі зору двох зображень, отриманих за допомогою двох різних мікроскопів, при цьому, обидва зображення можуть накладатися один на одного або розташовуватися поруч, займаючи якусь частину поля.
• Мікроскопи-спектрофотометри , в яких проводиться вимірювання оптичної щільності, світлопропускання або відбиття ділянки об'єкта в спектральному діапазоні від 300 нм до 700 нм. Це відбувається за допомогою фотометричних насадок, що включають ФЕУ (фотоелектричні помножувачі) і системи діафрагм, що обмежують ділянку, що фотометрується (вивчається) на об'єкті, а також спеціального монохроматора, що виділяє необхідну довжину хвилі.

Розвиток сучасної науки, техніки та технології веде до вдосконалення світлових мікроскопів, наближаючи їх щодо вирішення та формування зображення до електронних мікроскопів. Все частіше зустрічаються таке словосполучення: лазерний мікроскоп, що сканує, конфокальний мікроскоп, наноскоп і тунельний мікроскоп. У них використовується принцип пошарового сканування зображення з різним кроком по глибині та площі за допомогою лазерного променя або звичайного пучка світла мінімального (точкового) розміру. Крок сканування об'єкта по глибині може становити частки мікрона: чим менше, тим точніше відтворюється об'ємний рельєф об'єкта. Оптико-механічна конструкція та електронна схема мікроскопів, що формує скануючий пучок, досить складні та вимагають високої точності у виготовленні.

Шановний читачу, нехай цей обсяг прочитаної Вами інформації, не видасться надмірним або не потрібним. Мікроскопія велика і складна галузь науки. Фахівців у цій галузі важко чимось здивувати. Але людині захопленій, яка шукає тут, є над чим замислитися і зробити свій вибір.

Уявімо цю, дещо громіздку класифікацію, у вигляді набору програм у сучасному фотоапараті. Різниця лише в тому, що у фотоапараті підключаються додаткові можливості для фіксації краси навколишнього макросвіту, а в мікроскопії, змінюючи модулі мікроскопа, ви відкриваєте для себе фантастичні образи мікросвіту. Чим не «клондайк» для фотохудожника, який не застосує прикрасити це «фентезі» комп'ютерною гафікою. Сміливо вибирайте мікроскоп! Успіхів Вам!