Как выбрать микроскоп?

"Жизнь – ряд выборов с множеством комбинаций."   

Glee   

При выборе столь сложного и не дешевого устройства, как микроскоп, стоит задать себе, как минимум, три вопроса:

1. Для чего я его приобретаю? (работа – учеба — хобби)
2. Для кого я его приобретаю? (взрослому, ребенку)
3. Какое изделие лучше подходит для моей задачи?

Микроскопов различных моделей и производителей в предложениях представлено огромное количество. В такой ситуации, конечно, стоит посоветоваться с консультантом. Эта статья как раз и является вашим консультантом перед окончательным выбором микроскопа в нашем магазине.

Рассмотрим алгоритм выбора

Этот раздел поможет нашему читателю приблизиться к ответу на первые два вопроса. Для этого мы воспользуемся распространенными классификациями изделий. Любая классификация микроскопов была бы неполной, если бы мы не учитывали экономический аспект. Естественно, что микроскопы, как любой наукоемкий прибор, имеют свой класс точности, связанный с уровнем сложности конструкции, качеством получаемого изображения, совершенством системы управления. Все это тесным образом увязано с потребительским функциональным назначением изделия. Это, в свою очередь, оказывает влияние на объемы серий и конечную цену. Микроскопы, условно, могут быть разделены на следующие группы по классам сложности в зависимости от поставленняхзадач.

Микроскопы-игрушки

Их основная функция проста — занять и увлечь ребенка, правда, в эти микроскопы с большим удовольствием «играют» взрослые. В этих микроскопах интересно то, что:

• они легки в весовом и функциональном плане, помимо этого являются миниатюрным повторением настоящих микроскопов;
• качество изображения у них вполне соответствует уровню обычных «взрослых» серийных моделей. Например, некоторые изделия российских производителей, в отличие от восточноазиатских аналогов, имеют дифракционное (высокое) качество изображения;
• конструктивно и функционально эти микроскопы могут быть выполнены значительно оригинальнее стандартных образцов: плавное изменение окулярного увеличения, проекция изображения на малогабаритный экран, закрепленный на микроскопе.

Надо отметить некоторые «минусы» в изделиях этой группы:

• массовое производство и очень низкие цены подобных микроскопов диктуют простоту конструкции иногда в ущерб качеству продукции;
• далеко не всегда соблюдаются требования международных технических стандартов;
• очень часто оптические и механические узлы микроскопов выполняются из пластмассы или металлизированной пластмассы;
• микроскопы рассчитаны на минимальный срок службы.

По принципу построения изображения микроскопы-игрушки имитируют микроскопы светлого поля проходящего и падающего света, по объекту исследования — плоского поля, изредка встречаются в этой группе стереомикроскопы.

Школьные или учебные микроскопы

Основная функция представителей этой группы — обучение с помощью микроскопов, в основном, естественным наукам в школах, гимназиях и колледжах. Несмотря на то, что эти микроскопы относятся к разряду «массовых» по производству, выделим положительные стороны школьной серии:

• цена их на порядок, а то и больше, превышает стоимость предыдущей группы микроскопов; выходные и технологические параметры микроскопов соответствуют принятым международным стандартам;
• оптика преимущественно стеклянная, механика — частично металлическая;
• эксплуатационные специфичности этой группы микроскопов, обязывают производителей разрабатывать такие конструкции, которые имеют минимум съемных элементов. Несъемными обычно бывают зеркало, объективы и окуляры;
• микроскопы рассчитаны на достаточно короткий срок службы — до 5 лет с учетом того, что на них исключительно учатся работать, а значит, не исключены частые поломки и выходы из строя.

Школьные микроскопы практически обеспечивают только один метод исследования (светлое поле) в проходящем свете, являясь микроскопом плоского поля.

Студенческие или «рутинные микроскопы»

Определение — «рутинные микроскопы» (routine) в зарубежных каталогах несет несколько инную смысловую нагрузку. В наших — это упрощенные микроскопы, постоянно находящиеся в работе, в зарубежных — это микроскопы любого класса сложности, выполняющие повседневную работу. Эта маркетологическая путаница приводит к тому, что покупатель может увидеть предложения по этой группе микроскопов от 2,5 до 5тыс. € и очень удивиться, обнаружив в другом прайсемикроскопы с созвучным предназначением, но по стоимости 10-15 тыс. € . 

Функции микроскопов этой группы сводятся либо к профессиональной подготовке специалистов или к обеспечению рутинных, постоянных, однообразных работ в различных областях науки и техники.

Крупносерийное производство подобного вида микроскопов, а, главное, разнообразие решаемых ими задач, заставляет периодически пересматривать конструкции, совершенствуя и всячески упрощая, при этом, технологию их изготовления.

Неободимо отметить особенность этого класса изделий, которая связана напрямую с современными задачами образования: необходимость улучшения качества изображения, за счет применения оптики с улучшенной коррекцией аберраций по полю, что ведет к постепенному удорожанию этого класса микроскопов. Кроме того, такие микроскопы по своим возможностям и сервисам позволяют пользователю достигать высокого уровня производительности труда.

Группа рутинных микроскопов включает в себя микроскопы проходящего света с возможностью использования методов фазового контраста, а также темного поля в области биологических и медицинских исследований.

Рабочие микроскопы

Функционально это особая группа микроскопов, которая несет на себе всю тяжесть и ответственность повседневной исследовательской и лабораторной работы. С помощью рабочих микроскопов ставится диагноз, выдается окончательный результат медикобиологических исследований, который можно при необходимости задокументировать. Рабочие микроскопы — это промежуточная группа между рутинными и лабораторными микроскопами. Стоимость их выше за счет повышения качества изображения, совершенствования оптической системы микроскопа и точности изготовления механических узлов.

Они должны быть просты и надежны настолько, чтобы оптико-механическая конструкция обеспечивала наименьшее количество настроечных операций, особенно связанных с освещением и методами исследования, но при этом сохранялось отличное качество изображения по полю исследования.

Группа рабочих микроскопов включает в себя практически все типы: плоского поля, стереоскопические, проходящего и отраженного света, светлого и темного поля, фазового и дифференциально-интерференционного контраста, люминесцентные и поляризационные, прямые и инвертированные, включая анализаторы изображения.

Лабораторные микроскопы

Функцию этой группы микроскопов можно охарактеризовать следующим образом — последняя по сложности модель, которая может быть использована в практической медицине на стадии повседневных исследований и простая модель для научно-исследовательских работ.

Это, обычно, средние по габаритам модели, по качеству изображения близкие как к рабочим, так и к исследовательским моделям Отличительным признаком можно назвать наличие нескольких модулей для контрастирования изображения и модуля для документирования. Серийность подобных микроскопов обычно невысока по сравнению с исследовательскими микроскопами.

Исследовательские и универсальные микроскопы

Основная функция этой группы микроскопов — обеспечение проведения научно-исследовательских работ по «полной» программе с максимально возможным количеством заменяемых по необходимости модулей, обеспечение работы с набором высококлассной оптики предельных параметров и широчайшего диапазона. Естественно, что стоимость подобных наукоемких приборов весьма значительна.

Для более полного представления об устройстве и функциональных возможностях микроскопов, а также окончательного выбора модели, рассмотрим классификацию микроскопов неразрывно связанную с:

• отношением к объекту исследования;
• способом его освещения;
• принципом построения изображения, способом его наблюдения, документирования и анализа изображения.

Отношение к объекту исследования

По этому признаку микроскопы можно разделить на следующие основные виды:

• микроскопы плоского поля — это микроскопы, оптическая схема которых обеспечивает воспроизведение объекта в двумерном пространстве – в плоскости. Объекты исследования — тонкие, в среднем, толщиной от 10 мм до 0,1 мм, просматриваемый слой от 1 мм до 0,001 мм. В этих микроскопах возможно наблюдение объемного изображения в пределах 100-200 мкм по высоте, за счет особых способов освещения (эффекта косого освещения, фазового контраста, дифференциально-интерференционного контраста);
• стереоскопические микроскопы — это микроскопы, оптическая схема которых обеспечивает воспроизведение объекта в трехмерном пространстве — объемное, трехмерное изображение. Объекты исследования — габаритные, в среднем, толщиной от 100 мм до 1 мм, просматриваемый слой по высоте/глубине — от 50 мм до 0,5 мм. В этих микроскопах можно наблюдать также плоские объекты.

Для удобства работы с объектами или в зависимости от условия их размещения (специальная посуда, термокамера) микроскопы конструктивно могут быть выполнены в двух вариантах:

• прямые микроскопы (классическое построение схемы микроскопа) сконструированы таким образом, что наблюдательная часть микроскопа (бинокулярная насадка с окулярами) расположена сверху объекта. Это относится как к микроскопам плоского поля, так и к стереомикроскопам;
• инвертированные микроскопы (перевернутое построение схемы микроскопа) — сконструированы таким образом, что наблюдательная часть микроскопа (бинокулярная насадка с окулярами) расположена снизу объекта. Этот конструктивный признак относится только к микроскопам плоского поля.

По способу освещения

В зависимости от способа освещения, все рассмотренные выше типы микроскопов можно разделить следующим образом:

• микроскопы проходящего света (классические микроскопы для биолого-медицинских исследований), основной принцип освещения в которых связан с тем, что свет проходит через объект. С помощью микроскопов проходящего света плоского поля, которые могут быть как прямыми, так и инвертированными, а также стереоскопическими, можно рассматривать прозрачные и полупрозрачные объекты;

• микроскопы отраженного света (металлографические микроскопы), основной принцип освещения в которых связан с тем, что свет падает на объект и отражается от него. На микроскопах отраженного света плоского поля, которые могут быть как прямыми, так и инвертированными, а также стереоскопическими, исследуются объекты непрозрачные, с различной степенью отражающей способности, и полупрозрачные.

Существуют два вида микроскопов отраженного света, связанные с освещением объекта с помощью объектива и вне него:

• собственно микроскопы отраженного света, в которых свет проходит через оптическую систему микроскопа (в том числе, и объектив, как часть осветительной системы), отражается от объекта, и вновь проходит через оптическую систему микроскопа (объектив, как основной элемент, воспроизводящий увеличенное изображение объекта);
• микроскопы падающего света, в которых свет «падает» на объект, минуя оптическую систему микроскопа (объектив), отражается от объекта и проходит через оптическую систему микроскопа (объектив).

В основном микроскопы падающего света — это стереоскопические микроскопы.

В отечественной практике люминесцентные микроскопы плоского поля с осветителем отраженного света относят к микроскопам, работающим в падающем свете. Дело в том, что мы рассматриваем изображение, построенное не совсем тем световым потоком, который прошел через оптическую систему микроскопа от источника света и отразился от объекта. Строго говоря, речь идет об одном и том же световом потоке, только объект освещается одной длиной волны, а изображение строится другой.

Обе основные осветительные системы могут быть конструктивно объединены, тогда полученный комплекс становится микроскопом проходящего и отраженного света. Обычно это исследовательские или универсальные микроскопы.

По принципу построения изображения

В основном, это связано с физико-химическими явлениями, которые возникают при воздействии светового потока на объект или препарат, приготовленный специальным способом. При этом световой поток также может быть подвержен изменению, как по форме, так и по своим физическим свойствам. В таком случае микроскопы классифицируются следующим образом:

Микроскопы с методом светлого поля формируют картину — на светлом фоне более темное изображение объекта.
Основные условия освещения: это обычный прямо проходящий свет, изменения в котором могут быть связаны только с длиной волны светового потока, определяемой применением в осветительной системе широкополосных светофильтров из обычного цветного стекла. Реже используются узкополосные специальные светофильтры (интерференционные).

Микроскопы с методом темного поля — «темнопольный микроскоп» формируют следующее изображение — на темном фоне можно наблюдать более светлое изображение объекта или ярко блестящий контур объекта.
Основные условия освещения: а) в микроскопах проходящего света — обычный прямо проходящий свет полностью перекрывается до того, как попадает на объект; б) в микроскопах отраженного света — обычный свет, проходит через кольцевую диафрагму с непрозрачным диском, по размеру перекрывающим выходной зрачок объектива.

Микроскопы с методом фазового контраста — «фазовый микроскоп». Основное достоинство данного метода заключается в том, что при его помощи получают чрезвычайно контрастные изображения в светлом поле живых неокрашенных клеток и тканей.

«Иммерсионный микроскоп» относится к группе микроскопов с иммерсионным объективом (самый популярный микроскоп для биолого-медицинских исследований прозрачных слабоконтрастных объектов).
Дает возможность с максимальной степенью визуализации и детализации наблюдать на сером фоне более темное «объемное» изображение объекта, окруженного по контуру светлой полосой. При негативном (темнопольном) фазовом контрасте картина обратная.
Основные условия освещения: обычный прямо проходящий свет перекрывается, но в два этапа — часть света до объекта, а затем после объекта прошедшая часть света перекрывается с ослаблением. При этом свет в виде светового кольца определенной площади проходит через объект, а затем после объекта — через полупрозрачное кольцо в объективе.

Для практической работы не всегда требуются такие узкоспециализированные микроскопы. Тем более, что реализация указанных методов контрастирования изображения объекта осуществляется достаточно просто и, практически, только в одном узле — конденсоре. Производителям проще выпускать один съемный узел или дополнительное устройство (если необходимы замены объективов — при фазовом контрасте).
Все проблемы унификации микроскопов разрешились, когда появился новый принцип конструирования — модульный, который обеспечивает полную взаимозаменяемость узлов, по принципу кубиков-модулей. Применение различных модулей для методов контрастирования расширяет функциональные возможности базовой модели микроскопа проходящего или отраженного света, позволяя создавать именно тот функциональный комплекс, который наилучшим способом удовлетворяет требованиям пользователя.Тем не менее, в семействе микроскопов есть место для специализированных моделей, которые, несмотря на модульность конструкций, все же имеют собственное название и определяют свою группу. Методы исследования в этих микроскопах реализуются значительно большим количеством узлов и деталей (помимо объективов и конденсоров).

Люминесцентные микроскопы обеспечивают возможность наблюдения на темном фоне свечение объекта.
Основные условия освещения: обычный прямо падающий свет определенной длины волны попадает на объект, изображение объекта строится в другой длине волны; выделение соответствующих областей спектра происходит с помощью сложной системы блоков интерференционных светофильтров.

Поляризационные микроскопы — обеспечивают наблюдение на сером или темном фоне формируя разноцветное, четкое или контрастное изображение.
Основные условия освещения: обычный прямо проходящий свет с помощью поляризатора в осветительной системе превращается в линейно-поляризованный свет, после объекта с помощью анализатора происходит выделение из структуры изображения тех элементов, которые связаны с анизотропией объекта. Микроскопы этого типа включают модели, которые, в последнее время, создаются на базе микроскопа светлого поля. 

Микроскопы дифференциально-интерференционного контраста или интерференционного контраста, обеспечивают наблюдение на однотонном цветном фоне яркого цветного «объемного» изображения или изображения того же цвета, что и фон, но с окантовкой из другого цвета.

Основные условия освещения: обычный прямо проходящий свет с помощью поляризатора в осветительной системе превращается в линейно-поляризованный свет, после объекта с помощью специальной призмы (или другого специального элемента) и анализатора происходит создание объемного (в пределах глубины резкости объектива) цветного контрастного изображения независимо от того, является ли объект анизотропным или нет.

Эта группа микроскопов существует как самостоятельно, так и в виде модулей — дополнительных принадлежностей.  

Ультрафиолетовые микроскопы и инфракрасные микроскопы — освещение и наблюдение изображения объекта с помощью электронно-оптических преобразователей (ЭОПов) вне видимого спектрального диапазона: до 400 нм и свыше 700 нм.

Рассмотренная классификация в одинаковой степени подходит к микроскопам плоского поля — прямым и инвертированным, к стереомикроскопам, а также к микроскопам проходящего и отраженного света.

По способу наблюдения, документирования и анализа изображения

В обычных микроскопах, в которых изображение фиксируется и анализируется глазами человека, с помощью дополнительных съемных приспособлений можно выводить изображение на мультимедийный экран, монитор, фиксировать на фотопленку.

• Фотомикроскопы — это сложная фотосистема, встроенная в схему микроскопа, с наличием полностью автоматизированной системы настройки, также в микроскопе может быть осуществлена передача изображения на ТВ-зкран или дисплей, с возможностью видеозаписи, фиксации изображения на фотопленку.
• Анализаторы изображения (аппаратно-програмные комплексы) — это комплекс оборудования, в котором изображение фиксируется, передается с помощью аналоговых или цифровых камер с последующим анализом, посредством компьютера, обрабатывающего изображение по определенной программе.
• Микроскопы проекционные, в которых проекция изображения осуществляется непосредственно на специальный экран (система обычного наблюдения с помощью окуляров отсутствует), мультимедийный проектор обеспечивает максимально высокое качество передачи изображения препарата.
• Микроскопы сравнения, оптические системы, в которых обеспечивается объединение в одном поле зрения двух изображений, полученных с помощью двух разных микроскопов, при этом, оба изображения могут накладываться друг на друга или располагаться рядом, занимая какую-либо часть поля.
• Микроскопы-спектрофотометры, в которых производится измерение оптической плотности, светопропускания или светоотражения участка объекта в спектральном диапазоне от 300 нм до 700 нм. Это происходит с помощью фотометрических насадок, включающих ФЭУ (фотоэлектрические умножители) и системы диафрагм, ограничивающих фотометрируемый (изучаемый) участок на объекте, а также специального монохроматора, выделяющего необходимую длину волны.

Развитие современной науки, техники и технологии ведет к усовершенствованию световых микроскопов, приближая их по разрешению и формированию изображения к электронным микроскопам. Все чаще встречаются такое словосочетание: лазерный сканирующий микроскоп, конфокальный микроскоп, наноскоп и туннельный микроскоп. В них используется принцип послойного сканирования изображения с различным шагом по глубине и площади с помощью лазерного луча или обычного пучка света минимального (точечного) размера. Шаг сканирования объекта по глубине может составлять доли микрона: чем он меньше, тем точнее воспроизводится объемный рельеф объекта. Оптико-механическая конструкция и электронная схема микроскопов, формирующая сканирующий пучок, достаточно сложные и требуют высочайшей точности в изготовлении.

Уважаемый читатель, пусть этот объем прочитанной Вами информации, не покажется избыточнм или не нужным. Микроскопия обширная и сложная область науки. Специалистов в этой области трудно чем-либо удивить. Но человеку увлеченному, ищущему здесь есть над чем задуматься и сделать свой выбор.

Представим себе эту, несколько громоздкую классификацию, в виде набора программ в современном фотоаппарате. Разница лишь в том, что в фотоаппарате подключаются дополнительные возможности для фиксации красот окружающего нас макромира, а в микроскопии, меняя модули микроскопа вы открываете для себя фантастические образы микромира. Чем не «клондайк» для фотохудожника, который не применет приукрасить это «фэнтэзи» компьютерной гафикой. Смело выбирайте микроскоп! Удачи Вам!