Mikroskops

Mikroskops

Mikroskops ir optisks instruments ar neapbruņotu aci nesaskatāmu objektu vai to struktūrelementu stipri palielinātu attēlu iegūšanai. Mikroskopu izgudrošana 16.gs cilvēcei atklāja, ka augi un dzīvnieki sastāv no miljoniem ļoti mazu šūnu, un vēlāk spēja saskatīt sīkus organismus, piemēram, baktērijas, kuras izraisa slimības. Pirmajiem mikroskopiem bija tikai viena lēca; mūsdienu mikroskopiem ir vairākas lēcas, un ar tiem var aplūkot ļoti mazus objektus. Elektronu mikroskopi ir vēl spēcīgāki, tie attēlu var palielināt līdz pat 200 000 reižu, jo tajos gaismas vietā izmanto elektronu staru.

Mikroskops pa

a
alielina redzes leņķi, ja tiek aplūkots tuvumā esošs sīks objekts. Mikroskops sastāv no objektīva un okulāra. Objektīvs darbojas kā savācēj lēca ar mazu fokusa attālumu, bet okulārs- kā lupa. Attālumu starp objektīvu un okulāru sauc par mikroskopa tubusa garumu, bet attālumu starp objektīva fokusu un okulāra fokusu- par mikroskopa optisko intervālu.

Mikroskopa palielinājums. Mikroskopa redzes leņķa palielinājums aptuveni sakrīt ar lineāro palielinājumu Praksē lieto mikroskopus, kuru palielinājums nepārsniedz 1000. lielāku palielinājumu gadījumā izpaužas difrakcijas parādība. Tā ir parādība, kas izpaužas kā ga
a
aismas apliekšanās ap šķēršļiem. Mikroskopā aplūkojamais objekts atrodas tuvu objektīvam. Mikroskopa izšķiršanas spēja ir atkarīga no gaismas viļņa garuma un objektīva skaitliskās apartūras. Šis leņķis mikroskopos var sasniegt pat 75 grādus. Parasti mikroskops atšķir objektus, ja attālums starp tiem ir lielāks pa
a
ar lietotās gaismas pus viļņa garumu. Izšķiršanas spēju palielina vai nu lietojot gaismu ar mazāku viļņu garumu, vai arī palielinot apertūru (piemēram, objektu un objektīvu ievieto vidē, kurai laušanas koeficients ir lielāks nekā gaisam. Mikroskopā jāizraugās tāds okulāra palielinājums, lai acī nonākušie gaismas stari veidotu redzes leņķi, kas nav mazāks par 1 minūti labā apgaismojumā. Tādēļ optiskajos mikroskopos palielinājums nepārsniedz 1000, jo lielāku palielinājumu gadījumā sāk izpausties attēla kropļojumi.

Gaismas mikroskops

Pirmie mikroskopi bija līdzīgi palielināmajam stiklam un tajos tika izmantota tikai viena stikla vai slīpēta kalnu kristāla lēca. Par vienu no pirmajiem mikroskopa radītājiem uzskata fiziķi un matemātiķi Galileo Galileju. Pirmos saliktos mikroskopus, kas ir līdzīgi mūsdienu mikroskopiem, ap 1590.gadu izgatavoja holandiešu instrumentu meistars Zaharijs Jansens(1580- 1638).

Lielākas tehniskās iespējas un labāku attēla kvalitāti va

a
ar iegūt ar divlēcu mikroskopu. Šādas ierīces izveide saistīta ar angļu fiziķa Roberta Huka vārdu (1665. g.) Viņš arī saskatīja un ieviesa zinātnē jēdzienu šūna. Taču šis mikroskops palielināja tikai 30 reizes un bija par vāju, lai saskatītu baktērijas.

Savam laikam izcilu meistarību mikroskopu darināšanā sasniedza Holandes drēbju tirgotājs Antonijs van Lēvenhuks (1632 – 1723). Darināt dažādas lēcas viņu mudināja profesionāla interese, jo linu auduma kvalitāti vislabāk varēja noteikt aplūkojot auduma šķiedras ar stipru palielināmo stiklu. Aizrāvies ar lēcu slīpēšanu, viņš savas iemaņas pilnveidoja tik tā
ā
ālu, ka spēja iegūt lēcas, kuras palielināja 200 – 270 reizes (tagad fiziķi aprēķinājuši, ka vienas stikla lēcas palielinājuma robeža ir 250 – 300 reizes). Lēcas tika iestiprinātas speciāli veidotā statīvā, jo, sasniedzot šādu palielinājumu, ir svarīgi, lai pētāmais objekts būtu nostiprināts precīzi pretī un noteiktā attālumā no lēcas. Savas dzīves laikā Lēvenhuks uzbūvēja pāri par 200 (iespējams pat 500) mikroskopus. Viņš arī bija pirmais cilvēks, kuram izdevās saskatīt baktērijas (1676.g.)

4. att. A. van Levenhuka darināts mikroskops. A – skrūve pētāmā objekta noregulēšanai tieši pretī lēcai; B – metāla plāksne; C – skrūve ar spicu galu, uz tās uzdūra pētāmo paraugu un ar to paraugu varēja arī grozīt; D – sfēriska lēca.

Neskatoties uz dažādiem pilnveidojumiem un tehnikas straujo attīstību, gaismas mikroskopu iespējas ir ierobežotas. To nosaka neapgāžami fizikas likumi, proti, lietojot redzamo gaismu, nav iespējams iegūt skaidru attēlu lielākā palielinājumā kā 1 500 reizes. Šāds palielinājums mums atļauj saskatīt baktērijas, novērtēt to formu, taču neatļauj pētīt baktērijas šūnas uzbūvi un iekšējo struktūru. Tāpēc mikroskopijas tālākā attīstībā tika radīta ierīce, ko sauc par elektronu mikroskopu.

Elektronmikroskops

Elektronu mikroskopos gaismas vietā cauri pētāmajam objektam tiek laista elektronu plūsma. Elektroni kā sīkākās atomu uzbūves daļiņas ļauj izšķirt daudz mazākas struktūras un līdz ar to iespējams iegūt līdz 1 000 000 reižu lielu palielinājumu. Šāds palielinājums ļauj saskatīt ne tikai baktēriju šūnu uzbūvi, bet arī vīrusus un atsevišķas molekulas. Elektroni ir daļiņas, kas izturas kā viļņi ar ļoti mazu viļņa garumu. Jo ātrāk elektroni kustas, jo mazāks ir viļņa garums un lielāks iegūstamais palielinājums. Elektronu kūļus fokusē nevis stikla lēcas, bet magnētiskais lauks. Divi galvenie elektronmikroskopu veidi ir transmisijas elektronmikroskops(TEM) un rastra elektronmikroskops(REM). Attēlu novēro caur okulāra lēcu līdzīgi kā optiskajā mikroskopā. vakuumsūknis atsūknē gaisu no mikroskopa lai gāzes molekulas neizkliedētu elektronus.

Taču elektronu mikroskopi ir daudz sarežģītākas un dārgākas ierīces. Tajos lēcu vietā tiek izmantoti precīzi elektromagnēti. Lai radītu paātrinātu elektronu plūsmu nepieciešams liels paātrinošais spriegums (50 000 – 300 000 V) un dziļš vakuums. Gaisa klātbūtnē šāds spriegus radīs gāzizlādi (kaut ko līdzīgu zibens spērienam). Arī pētāmais paraugs jāievieto šajā vakuuma telpā.

Lai paraugs izturētu vakuumu un spēcīgo elektronu plūsmu, tas pirms apskates jāsagatavo, apstrādājot to ar speciālām metodēm. Bieži nepieciešams iegūt ļoti plānus parauga griezumus. Tādā gadījumā šūna tiek sagriezta 100 – 1000 plānās šķēlītēs. Parasti šī apstrāde ilgst aptuveni nedēļu. Šo iemeslu dēļ elektronu mikroskops nav spējis izspiest redzamās gaismas mikroskopiju un neizdarīs to arī nākotnē, kaut vai tāpēc, ka elektronu mikroskopā nav iespējams novērot dzīvu šūnu. Vakuums un lielā elektronu plūsmas enerģija momentā nonāvē jebkuru dzīvu organismu.

Pirmo elektronu mikroskopu 1931. g. uzbūvēja vācu fiziķis Ernsts Ruska (1906. – 1988.) Par šo sasniegumu un pētījumiem elektronmikroskopijas pilnveidošanā 1986. g. zinātniekam tika piešķirta Nobela prēmija fizikā. Arī elektronu mikroskops laika gaitā ir attīstījies un pilnveidojies

Mikroskopa pielietojums

Mikroskopus lieto, lai apskatītu un izpētītu sīkus un ļoti sīkus organismus; tie ļauj aplūkot dzīvās šūnas, atomus, molekulas un daži mikroskopi arī tik lielus objektus kā skudras. Tādēļ mikroskopus pielieto bioloģijā, ķīmijā. Mikroloģijā un citās zinātnēs. Pielieto arī medicinā un, līdz ar to, arī veicot sīkas un ļoti sarežģītas operācijas.

Metalorgijā mikroskopus izmanto metālu un kausējumu struktūras pētījumos, ar stereoskopisko mikroskopu iegūst pētāmā priekšmeta telpisko attēlu, mērmikroskopi paredzēti precīziem mērījumiem mašīnbūvē, mikroskops dažādu ātru un lēnu procesu filmēšanai, mikroskopi , ar ko pētī elementārdaļiņas pēdas fotoemulsijā, ķirurģiskie mikroskopi, ko lieto mikroķirurģijā.

Staru gaita mikroskopā

No gaismas avota gaismas stari iet paralēli parpendikulāri pret kondensora lēcu, tā kā tā ir savācējlēca, tad stari krustojas kādā parauga punktā un šinī brīdī visa gaisma ir koncentrēta uz šo puntu. Izejot cauri paraugam, gaisma ieiet objektīva lēcā, kura arī ir savācējlēca, izejot no objektīva lēcas gaisma, jau otro reiz izkliedēta nonāk okulāra lēcā un tiek vēlreiz savācas un šoreiz vietā, kur krustojas gaismas stari, atrodas cilvēka acs lēca, caur kuru gaisma atkal savācas un liek cilvēkam skatīt attēlu palielinātu. Jo tuvāk objektiva lēca atradīsies paraugam, jo lielāku palielinājumu iegūsim.

Elektronmikroskopā neizmanto gaismas starus, bet gan elektronu kūli, kas no elektrona lielgabala izkliedēti nonāk kondensorā un izejot no tā gaisma savācas un krustojoties atkal izkliedējas. Šie stari izkliedēti iziet cauri paraugam un tūlīt pat arī iziet cauri objektīvam, jab savācējlēcai. Pēc krustošanās stari atkal izkliedējas un ieiet starpatēlā, kas darbojas kā savācējlēca, jo savāc izkliedētos starus, pēc iziešanas no starpattēla gaismas stari izkliedēti iziet cauri projekcijas lēcai un parādās un ekrāna kā parauga attēls, bet šoreiz gaisma ir daudz vairāk izkliedēta un tāpēc mēs varam skatīt paraugu daudz lielākā palielinājumā nekā ar optiskajiem mikroskopiem.

Mikroskopa priekšrocības un trūkumi

Trūkumi.

Ja uz sfērisku lēcu krīt plats staru kūlis, tad malējie stari tiek vairāk lauzti nekā vidējie stari. Turklāt, ja šie stari ir paralēli galvenajai optiskajai asij, tad pēc iziešanas caur lēcu tie krusto galveno optisko asi dažādās vietās. Tas nozīmē, ka lēcai ir daudz fokusu. Rezultātā priekšmeta punkta attēls pārvēršas par gaišu plankumu. Šādu īpatnību, kas piemīt lēcām, sauc par sfērisko aberāciju. Mikroskopā aberāciju samazina, kombinējot savācējlēcas ar izkliedētājlēcām, jo izkliedētājlēca staru kūļa malējos starus lauž mazāk, bet vidējos- vairāk. Sfērisko abelāciju var samazināt, lietojot diafragmu ar mazu atvērumu.

Ar mikroskopiem var saskatīt tikai sīkus priekšmetus, bet ne normālus vai lielus. Priekšmetiem jābūt tādiem, lai varētu tiem iziet cauri gaisma un aplūkojamajam objektam jābūt tuvu objektīvam, tātad ar mikroskopu nevar skatīt tālus vai pat netālus objektus.

Tā kā mikroskopiem vajadzīga gaisma, tad strādāt ar to varēs tikai labā apgaismojumā, ja runa ir par okulārajiem mikroskopiem, kuriem gaismas kūli iegūst, atstarojot to ar spogulīti.

Priekšrocības

Ar mikroskopu varam skatīt daudz reiz lielāku palielinājumu nekā ar lupu, mikroskops ir ērts un okulārie mikroskopi ir ērti, viegli un nelieli.

Pielikums

Leave a Comment