Оптическое и геометрическое увеличение микроскопа

Работать с ювелирной точностью

Ценовая категория: чем отличаются детские и школьные микроскопы

Решая, как выбрать микроскоп для ребенка, следует знать о наличии по-настоящему «детских» и «школьных» моделей. Первые представляют собой, скорее, не технику для исследований, а дорогую игрушку. Цена их в среднем ниже, а качество изображения — хуже. Покупать приборы такого типа стоит детям от 6 до 10-12 лет.

Если покупатель принимает решение о том, как выбрать микроскоп для школьника старших классов, больше подойдут варианты с качественной оптикой и отсутствием размытия даже при настройке высокой кратности. Особенности таких приборов — улучшенная механика, светодиодная подсветка и металлический корпус. Цены на них выше, но и покупка, и ремонт обойдутся дороже.

Микробы на руках под микроскопом

Микроорганизмы (или попросту микробы) — это живые «существа», которых мы не можем увидеть простым глазом. Их размер настолько мал (от 0,1 мм и менее), что подробно их разглядеть возможно только через микроскоп. При этом, существуют как опасные микробы, так и микрофлора, постоянно обитающая на человеческих руках.

Родители, приходящие в магазины оптических товаров с детьми, часто спрашивают, можно ли рассмотреть микробы на руках под микроскопом и как это сделать. Такой эксперимент возможен, но он требует времени и покупки ряда предметов, используемых в микробиологических лабораториях.

Проведение опыта с инфузорией

Для проведения опыта понадобится совсем немного воды из лесной лужи, зацветшего водоема, из вазы с цветами или даже из аквариума. Идеально, если в воде окажется несколько веточек водорослей. Препарат с инфузорией можно приготовить по принципу раздавленной капли, или сделать «висячую» каплю на предметном стекле с выемкой.

При рассматривании образца под микроскопом (лучше всего это делать на среднем или большом увеличении) можно заметить двигающихся овальных существ. Строго говоря, они не совсем овальные – передний конец инфузории заострен, а задний, наоборот, имеет сильно округлую форму. Одна из боковых сторон, приблизительно по центру туловища, вогнута, что придает существу большое сходство с подошвой туфли. Отсюда и название микроорганизма – инфузория туфелька. Вокруг всего тела инфузории располагаются в несколько слоев реснички, которые помогают ей двигаться и «загонять» пищу в ротовое отверстие, расположенное неподалеку от головного конца.

Для особо пытливых исследователей будет интересно понаблюдать за процессом пищеварения у инфузории. Пища, попавшая в ротовое отверстие, постепенно перемещается в «желудок» — пищеварительную вакуоль, похожую на пузырек. В ней пища переваривается, а затем выталкивается в другую вакуоль – сократительную, которая является чем то, наподобие кишечника у животных. Сократительная вакуоль служит для устранения остатков пищи наружу. Для того чтобы увидеть, как происходят эти процессы, нужно покормить инфузорию, например, несколькими капельками обычной туши для заправки перьевых ручек. После того, как инфузория заглотнет ее, можно рассмотреть месторасположение пищеварительной вакуоли – темный шарик на фоне светлого тела микроорганизма.

Многие знают, что инфузории относятся к классу простейших, но это название довольно относительное, т.к. многочисленные опыты над инфузориями обнаружили у них зачатки психической деятельности. К примеру, инфузорию помещали в узкую трубку, диаметр которой совсем немного превосходил размер самого животного. Трубку с обеих сторон запаивали. Когда инфузория доплывала до одной стороны, она делала попытки проплыть дальше, но вскоре разворачивалась головным концом и направлялась в другую сторону. Со временем инфузория стала тратить на развороты все меньше времени и сил, а значит, смогла приспособиться к новым условиям.

Но поражает в инфузории даже не это. В человеческом или другом сложном организме все клетки узкоспециализированы и выполняют какую-либо одну функцию. Инфузория же состоит из одной-единственной клетки, в которой есть, хоть и примитивная, но выделительная и пищеварительная системы, мышечная система, состоящая из сократительных волокон, двигательный аппарат из ресничек. Следовательно, эта единственная клетка может полностью обеспечивать все стороны жизнедеятельности. Возможно поэтому ученые прошлого с таким уважением относились к инфузории и часами просиживали над микроскопом, изучая и зарисовывая ее повадки.

Объяснение ребенку устройства микроскопа

Изготовление препаратов из картона от упаковочной коробки

Попробуйте объяснить ребенку, что микроскоп похож на обычную лупу, только он сложнее и содержит несколько дополнительных элементов, облегчающих его использование, а также обеспечивающих большее увеличение, по сравнению с лупой. Назовите ребенку только основные части микроскопа: окуляр, головка, объективы, верхнее освещение для просмотра объектов в отраженном свете, предметный стол, выключатели освещения и ручки регулировки положения образца на предметном столе. Если вы объясняете устройство микроскопа нескольким детям, стоит попросить их повторить названия. Однако, если вы объясняете только своему ребенку, которого вы хорошо знаете, вы определенно увидите понимает он или нет, не задавая лишних вопросов. Полное описание основных частей микроскопа приведено в .

Разрешающая способность микроскопа

Качество изображения определяется разрешающей способностью микроскопа, т.е. минимальным расстоянием, на котором оптика микроскопа может различить раздельно две близко расположенные точки. разрешающая способность зависит от числовой апертуры объектива, конденсора и длины волны света, которым освещается препарат. Числовая апертура (раскрытие) зависит от угловой апертуры и показателя преломления среды, находящейся между фронтальной линзой объектива и конденсора и препаратом.

Угловая апертура объектива — это максимальный угол (AOB), под которым могут попадать в объектив лучи, прошедшие через препарат. Числовая апертура объектива равна произведению синуса половины угловой апертуры на показатель преломления среды, находящейся между предметным стеклом и фронтальной линзой объектива. N.A. = n • sinα где, N.A. — числовая апертура; n — показатель преломления среды между препаратом и объективом; sinα — синус угла α равного половине угла АОВ на схеме.

Таким образом, апертура сухих систем (между фронтальной линзой объектива и препаратом-воздух) не может быть более 1 (обычно не более 0,95). Среда, помещаемая между препаратом и объективом, называется иммерсионной жидкостью или иммерсией, а объектив, рассчитанный для работы с иммерсионной жидкостью, называют иммерсионным. Благодаря иммерсии с более высоким показателем преломления чем у воздуха, можно повысить числовую апертуру объектива и, следовательно, разрешающую способность.

Числовая апертура объективов всегда гравируется на их оправах. Разрешающая способность микроскопа зависит также от апертуры конденсора. Если считать апертуру конденсора равной апертуре объектива, то формула разрешающей способности имеет вид R=λ/2NA, где R — предел разрешения; λ — длина волны; N.A — числовая апертура. Из этой формулы видно, что при наблюдении в видимом свете (зеленый участок спектра — λ=550нм), разрешающая способность (предел разрешения) микроскопа не может быть > 0,2мкм

Примеры моделей: микроскопы NIKON

• Микроскоп Nikon Eclipse Е;
• Микроскоп Nikon Eclipse Ci;
• Микроскоп NikonNi;
• NikonSMZ445/460.
• Смотреть все модели микроскопов

Современные технологии позволяют проводить лабораторные исследования практически любой сложности. Для выбора оптимального прибора, который способен точно решать поставленные перед лабораторией задачи, необходимо проконсультироваться со специалистами. На рынке производителей микроскопии в мире выделяется несколько основных производителей. Ведущим производителем обоурдования для лаборатоhных исcледований является компаниz Nikon.  Оборудование отличается повышенной точность результатов, великолепными и практически неограниченными возможностями. При выборе оборудования, необходимо учитывать и технические характеристики приборов и возможности поддержки производителя по настройке и эксплуатации оборудования. 

Теоретический расчет

Каждый микроскоп – детский, лабораторный, школьный – имеет такие параметры, как кратность объектива и окуляра. Чтобы определить увеличение микроскопа, необходимо умножить кратность окуляра на ту же величину объектива. Полученный результат – количество крат, на которые увеличивается исследуемый предмет:

Хмикроскопа = Хобъектива * Хокуляра

Такая формула оптимальна по следующей логике: для формирования изображения свет от осветителя проходит через всю оптическую систему. Потому должны учитываться преобразования света до того момента, как он доходит до глаз исследователя и передает увеличенный предмет.

Например, окуляр 16х и объектив 10х, получаем Х = 160 крат. Если объективов несколько, будет и несколько кратностей, в зависимости от возможностей прибора. А при использовании Линзы Барлоу 2х полученные значения можно будет умножить еще на два. При используемых выше параметрах оборудование будет давать увеличение в 160 крат, с Линзой Барлоу – в 320.

Сфера применения оптического микроскопа

В последние пару десятилетий микроскоп перестал быть исключительно лабораторным оборудованием и «вышел в люди»: сфера его применения значительно расши­рилась. Теперь микроскопы покупают не только для исследований клеток в научных и лечебно-диагностических центрах, но и для дома, для школы и просто в подарок.

В качественный микроскоп среднего ценового сегмента можно увидеть растительные и животные клетки, грибы и микроорганизмы. Объектом самостоятельного исследования может послужить что угодно! К примеру, клетки лука под микроскопом вполне способны пробудить интерес к биологии не только у школьника, но и у пенсионера. Изучение микромира может стать увлекательным хобби для взрослого, в чьем детстве микроскопов в школах еще не было.

Очень распространены сегодня компактные цифровые микроскопы, подключаемые к ПК или ноутбуку через USB-порт. Весят USB-микроскопы всего 100-200 г, при этом генерируют изображение высокого разрешения на увеличениях в сотни крат. Обычные бинокулярные модели также могут быть оснащены цифровым окуляром – специальной камерой, которая устанавливается в окулярную трубку вместо обычного окуляра. Благодаря возможности выводить изображение на монитор или стену аудитории через проектор, микроскопы с камерами востребованы в учебных учреждениях разного уровня.

Замечание. Если вы нуждаетесь в простых советах и не готовы тратить время на чтение общих сведений, пропустите следующие разделы до .

Типы подсветки

Дни, когда единственным вариантом сбора света для микроскопа было зеркало, ушли в прошлое. Современные приборы оснащены электрической подсветкой, а значит, возможность работы с микроскопом не зависит более от условий освещения. Остановимся на самых распространенных типах подсветки.

Лампа накаливания

Освещение лампой накаливания – наиболее дешевый в производстве тип подсветки. Вольфрамовые лампы характеризуются стабильным свечением, но для микроскопии это не лучший вариант. Основные недостатки ламп накаливания перечислены ниже.

Теплый спектр излучаемого света: такое освещение заметно искажает цветопередачу оптики

Для образовательной сферы это не так уж важно, однако серьезные задачи с такой подсветкой не решаются.
Очень большое тепловое излучение: оно может убить исследуемых живых существ или иссушить препараты на слайдах.
Типы ламп не стандартизованы: бывает сложно найти подходящую для данной модели микроскопа.
Невозможно регулировать интенсивность свечения.

Светодиодная подсветка

LED (Light-Emitting Diode) – новейшая технология, применение которой дает множество преимуществ.

1. Светодиоды потребляют крайне мало энергии: это позволяет выпускать даже переносные микроскопы, работающие от аккумуляторной батареи.
2. LED-лампы излучают свет холодного спектра, наиболее предпочтительный для исследования прозрачных образцов.
3. Осветители на светодиодах могут быть оборудованы диммером для плавного регулирования яркости.

Изначально LED-подсветкой оснащали в основном микроскопы студенческого уровня. Но последующие достижения в области LED- технологий сделали эти лампы ярче, надежней и долговечней, поэтому они быстро завоевали популярность в профессиональной сфере.

Галогеновая лампа

Галогеновую подсветку применяют на медицинских и исследовательских приборах. Лампы такого типа дают мощный поток света и всегда комплектуются регулятором яркости. На монокулярные микроскопы галогеновую подсветку почти не устанавливают из-за чрезмерной для такой оптической системы яркости, зато для бинокулярных моделей мощность светового излучения как раз оптимальна.

В микроскопии используются и другие виды подсветки – например, флюоресцентные кольцевые осветители. Но служат они весьма частным целям, и в общем обзоре останавливаться на их описании не имеет смысла.

Лучший микроскоп для ребенка

Рейтинг:

Микромед Эврика 40х-1280х . Прибор предназначается для учебных и лабораторных работ в области биологии в школе, лицее или другом учебном заведении. Универсальное питание системы освещения (адаптер и три батарейки) допускает использование дома.

Объективами 4х, 10× изучаются непрозрачные плоские элементы. Камера 2мп выводит изображение на экран компьютера.

MP -450 – самый доступный. Микроскоп двойного действия, используется освещение солнечного света при зеркале вверх, при изменении положения поступает освещение от лампы.

Комплектация включает 4 предметных стекла с подготовленными препаратами. Исследуемый объект – биологические материалы в виде срезов и мазков. Комплектация включает линзу Барлоу, которая изменяет кратность увеличения.

Levenhuk LabZZ M 101 Lime >– самый стильный. Микроскоп изготавливается в ярких, привлекательных цветах. Оптика соответствует уровню традиционных моделей.

Стандартный набор включает 4 дополнительных предметных стекла со стикерами для маркировки. Комплектация включает все необходимые материалы для проведения исследований. Выдвижной окуляр не требует замены, поэтому риск потерять стекла не возникает.

Для исключения усталости трубка наклонена на 45 градусов. Образец располагается на круглом предметном столике, фиксируется плотно зажимами.

Приборы характеризуются средней мощностью. Они оказывают помощь в изучении ботаники, зоологии, биологии, химии, физики. Объекты микромира рассматриваются на мониторе, так как цифровые устройства подключаются через USB к компьютеру, ноутбуку или планшету.

Приборы просты в использовании.

Характеристики:

• Питание – сеть, батарейки.
• Фокусировка грубая.
• Яркость регулируется.
• Количество объективов 3.
• Выдвижной окуляр.
• Увеличение до 640×.
• Предметный столик 90×90.
• Поддержка программного обеспечения.
• Сенсорная камера.
• Разрешение 1600×1200.

Плюсы:

• Низкое энергопотребление.
• Набор для опытов.
• Ребенок погружается в увлекательный мир науки.
• Компактные размеры.
• Быстрое включение.
• Легкие, но прочные приборы.
• Продолжительная автономная работа (около 20000 часов).

Минусы:

• Небольшое увеличение.
• Оптические элементы из пластика.

Как выбрать микроскоп

Важные параметры:

Тип конструкции

Материал изготовления прибора говорит о надежности и долговечности изделия. Лучшими характеристиками отличается металлический сплав. Его структура снижает вибрацию, а при температурных изменениях колебания отсутствуют.

Пластиковый корпус уступает металлическому по прочности.

Оптика

Важнейший параметр – обустройство качественного фокуса.

Стандартными линзами считаются DIN или JIN. Эти модели есть в розничной продаже, их легко заменить при поломке.

Линзы дают светокоррекцию.

Чем их количество больше, тем лучше передаются цвета, особенно на больших расстояниях. Пластиковые варианты, которыми оборудуются детские микроскопы, дают нечеткое и размытое изображение.

Окуляры

Линзы, расположенные ближе к глазу. Характеризуются широким полем зрения, что дает большее изображение. Глазам легче фокусироваться на объекте. Минимальный допустимый диаметр линз окуляра составляет 18 мм.

Подсветка

• Лампа накаливания. Самая простая и недорогая.
• Флуоресцентное освещение. Стеклянная колба, заполненная газом. Стоимость дороже, но работает дольше.
• LED-лампы. Относятся к профессиональным устройствам, экономны, эффективны.
• Галогеновые лампы. Мощный поток белого света гарантируют яркое освещение при любых условиях.

Фокус

Грубая фокусировка состоит из одного регулятора, который двигает предмет через фокальную плоскость линзы. Чтобы увидеть изображение, регулятор поворачивается, но сделать это сложно.

При точной фокусировке объект увеличивается в вертикальной и горизонтальной плоскости.

Второстепенные параметры:

• Сменные окуляры. Замена механизма происходит быстро, что ограничивает попадание пыли, так как очистить эти места сложно.
• Набор для опытов. Если комплектация включает готовые образцы, то к работе можно приступить сразу после приобретения микроскопа. Это удобно, но не играет роли при выборе подходящего устройства.
• Цифровой экран. Такое приспособление подходит как способ демонстрации процесса, так как действия видны на дисплее. Но стоимость значительно возрастает, практически все модели подключаются к внешним мониторам.

Какой должен быть хороший микроскоп:

Важное требование к качественному изделию – бинокулярная или тринокулярная насадка. Два окуляра позволяют смотреть двумя глазами, не оказывают нагрузку для глаз при продолжительной эксплуатации

Тринокулярный механизм включает в себя дополнительную трубку для установки камеры, поэтому одновременно проводится наблюдение, фото или видеосъемка.

Характеристики

• Ирисовая диафрагма.
• Держатель фильтра
• Увеличение до 2000 раз.
• Предметный столик с препаратодержателем.
• Мощная подсветка (нижняя, верхняя).
• Точная, грубая фокусировка.
• Адаптер переменного тока.
• Регулируемое межзрачковое расстояние.

Плюсы:

• Встроенный экран.
• Качественная оптика.
• Работа от сети и автономная.
• Диоптрийная коррекция зрения.
• Эргономичная конструкция штатива.
• Комплектация набором для исследований.
• Запись фото, видеофайлов с выводом на компьютер.
• Оптическая схема микроскопа рассчитана на бесконечность.

Минусы:

• Высокая стоимость.
• Тяжелый вес или объем.

Микроскопы компании Nikon

Микроскопы торговой марки Nikon занимают высшую ступеньку. Это современные микроскопы, в которых конструкторы интегрировали самые новые и современные инновационные технические решения и возможности мировой науки и техники.

По сфере применения микроскопы компании Nikon подразделяются на следующие группы:

• биологический микроскоп;
• стереомикроскопы.

Биомедицинские или биологические микроскопы Nikon используются для современных биологических и медицинских исследований по изучению живых организмов и объектов, а также для автоматизированных и многоцелевых лабораторных анализов.

Среди биомедицинских Nikon выделяются следующие модельные ряды:

• Микроскоп Nikon Eclipse Е;
• Микроскоп Nikon Eclipse Ci;
• Микроскоп Nikon Ni;
• Микроскоп Nikon Ti.

Стереомикроскопы Nikon позволяют оператору наблюдать трёхмерный объект исследования с возможностью получения вполне естественного изображения.

Среди стереомикроскопов Никон выделяются следующие серии моделей:

• Микроскоп Nikon SMZ1270/1270i;
• Микроскоп Nikon SMZ800N;
• Микроскоп Nikon SMZ25/SMZ18;
• Микроскоп Nikon SMZ745/745T;
• Nikon SMZ660;
• Nikon SMZ445/460.

Документация(фиксирование) изображения.

Интеграция современных микроскопов Nikon с цифровыми камерами позволяет вести непрерывное наблюдение за рассматриваемыми объектами с одновременной фиксацией и записью их изображений. Цифровые камеры, в настоящее время широко применяются для наблюдений за живыми организмами, а также в других отраслях науки и техники.

Компания Nikon выпускает следующие цифровые камеры:

Nikon DS-Fi2 Nikon DS-Qi1 Nikon DS-Vi1 Nikon DS-Fi1c Nikon DS-Ri1

• цифровую камеру Nikon DS-Fi2;
• цифровую камеру Nikon DS-Qi1;
• цифровую камеру Nikon DS-Vi1;
• цифровую камеру Nikon DS-Fi1c;
• цифровую камеру NikonDS—Ri1.

Параметры выбора. На что обратить внимание при выборе микроскопа?

Современные микроскопы – это высокоточные оптические устройства, функциональность которых всецело зависит от реализованных производителем технических решений и набора дополнительных опций, присутствующих в нем. Разумеется, чем выше функциональность того либо иного микроскопа – тем дороже его итоговая стоимость. Именно по этой причине, подбирая устройство, обладающее максимальным соотношением цены и качества, следует принимать к расчету следующие функции:

1. Конструкция объектива . От того, насколько продуманной является конструкция, зависит разрешение выводимого изображения и общее его качество. В настоящее время в продаже можно встретить как безыммерсионные объективы, так и их жидкостные аналоги. Последние позволяют получить изображение высокого разрешения, а в качестве рабочей жидкости в них применяется масло либо дистиллят.
2. Наличие системы оптической коррекции изображения . Любой оптический прибор непременно имеет так называемую хроматическую аберрацию – своеобразный дефект, выражающийся в искажении геометрических прямых изображения. Для того, чтобы свести его к минимуму, производители применяют множество различных решений и в частности устанавливают специальные объективы, имеющие особую форму. Наиболее качественные устройства оборудованы планахроматическими и планапохроматическими объективами, хроматическая аберрация в которых полностью отсутствует. Маркируюстя такие объективы буквами PLAN и PLAN-APO соответственно;
3. Увеличение объектива . Отображает максимальную кратность приближения и способность рассматривать мельчайшие подробности того либо иного объекта. Кратность практически всегда начинается с 10-15х и может достигать 2000-4000х у профессиональных исследовательских моделей. Поскольку данный параметр оказывает на функциональность микроскопа самое непосредственное влияние, перед покупкой того либо иного устройства необходимо определиться с задачами, которые будут решаться с его помощью.
4. Разрешающая способность микроскопа . Параметр, напрямую влияющий на качество, резкость и контрастность получаемого изображения. Всецело зависит от апертуры устройства – чем выше данный параметр для конкретного микроскопа – тем выше его разрешающая способность. Если речь идет о сухих линзах, их числовая апертура составляет 1.0. Для «мокрых» моделей данный параметр составляет 1.25 соответственно. Выбирая оптический микроскоп, предпочтение следует отдавать моделям с разрешением не менее 0.2 мкм.
5. Максимальное полезное приближение микроскопа . Отображает тот предел зумирования, при котором качество картинки все еще сохраняетя на максимальном уровне. Как правило, для оптических микроскопов данный параметр может варьироваться в диапазоне от 1000 до 1250 крат в зависимости от типа установленных на нем линз. Несмотря на то, что такие устройства способны обеспечить и большее приближение, качество картинки при этом сильно страдает, что в ряде случаев делает устройство бесполезным;
6. Тип и конструкция окуляров . Если говорить об оптических моделях, в продаже можно встретить устройства, оборудованные монокулярном, бинокулярные микроскопы, а также модели комбинированного типа, оборудованные как монокуляром, так и бинокулярами. В случае с электронными и цифровыми устройствами роль окуляров выполняет цифровой дисплей либо монитор компьютера.