Mikroskops — definīcija, darbības princips un pielietojums

Mikroskops ir zinātnisks instruments. Ar to mazi objekti izskatās lielāki. Tas ļauj cilvēkiem ieraudzīt sīkas lietas. Cilvēki, kuri savā darbā bieži izmanto mikroskopus, ir ārsti un zinātnieki. Arī skolēni dabaszinātņu stundās, piemēram, bioloģijā, mikroskopus izmanto, lai pētītu sīkas lietas. Pirmajiem mikroskopiem bija tikai viena lēca, un tos sauc par vienkāršiem mikroskopiem. Saliktajiem mikroskopiem ir vismaz divas lēcas. Saliktajā mikroskopā objektīvu, kas atrodas tuvāk acij, sauc par okulāru. Objektīvu, kas atrodas otrā galā, sauc par objektīvu. Objektīvi reizinās, tāpēc 10x okulārs un 40x objektīvs kopā dod 400x palielinājumu.

Mikroskopi padara lietas šķiet lielākas, nekā tās ir, līdz pat 1000 reižu lielākas. Tas ir daudz spēcīgāk nekā palielināmais stikls, kas darbojas kā vienkāršs mikroskops.

Darbības princips

Optiskajiem (gaismas) mikroskopiem pamatā ir lēcu sistēma, kas fokusē gaismu no parauga, radot palielinātu attēlu, ko redz okulārs vai kamera. Tipiski elementi, kas iesaistīti darbībā:

• Objektīvs — lēca, kas atrodas tuvu paraugam un veido pirmo, īsto vai virtualu attēlu.
• Okulārs — lēca, caur kuru skatās; tā palielina objektīva radīto attēlu.
• Kondensators — fokusē apgaismojumu uz paraugu un uzlabo kontrastu.
• Gaismas avots — parasti spuldze vai LED, kas izgaismo paraugu no apakšas (transmisijas mikroskopiem) vai no virsmas (refleksijas gadījumā).

Elektronu mikroskopi (TEM, SEM) izmanto elektronu staru, nevis redzamo gaismu, kas ļauj sasniegt daudz lielāku izšķirtspēju. TEM (pārneses elektronmikroskops) ļauj redzēt struktūras iekšienē, bet SEM (skanējošais elektronmikroskops) sniedz detalizētus virsmas attēlus.

Palielinājums un izšķirtspēja

Palielinājums rāda, cik reizes attēls šķiet lielāks nekā objekts. Kopējais palielinājums = okulāra palielinājums × objektīva palielinājums (piemērs: 10× × 40× = 400×). Tomēr svarīgāks par palielinājumu ir izšķirtspēja — spēja atdalīt divus ļoti tuvu esošus punktus kā atsevišķas detaļas.

Gaismas mikroskopiem teorētiskā izšķirtspēja ir ierobežota ar gaismas viļņu garumu — praktiski apmēram 200 nm (0,2 µm). Elektronu mikroskopi var sasniegt subnanometru izšķirtspēju, jo elektronu viļņu garums ir daudz mazāks.

Veidi

• Vienkāršie mikroskopi — viena lēca (piem., palielināmais stikls).
• Saliktie (optiskie) mikroskopi — vairāku lēcu sistēma; visizplatītākais tipa laboratorijās un skolās.
• Fāzu kontrasta mikroskopi — ļauj redzēt caurspīdīgus, nepiedēvētus dzīvus paraugus bez krāsošanas.
• Fluorescences mikroskopi — izmanto specifisku gaismu, lai izceltu krāsainas iezīmes, piemēram, molekulu marķējumus.
• Elektronu mikroskopi (TEM, SEM) — augsta izšķirtspēja cietiem vai plānām sekcijām.
• Skenējošie zondes mikroskopi (piem., AFM, STM) — mēra virsmas topogrāfiju ar zondes palīdzību, neskaitot optisku attēlu veidošanu.

Paraugu sagatavošana

Lielākajai daļai mikroskopijas veidu nepieciešama paraugu sagatavošana:

• Fiksācija — ķīmiskas vielas vai sasalšanas metodes, lai saglabātu struktūru.
• Sekcionēšana — ļoti plānu šķēlīšu sagatavošana (histoloģijā), lai gaisma vai elektroni varētu cauriet.
• Krāsošana (staining) — palielina kontrastu un izceļ noteiktas struktūras (piem., hematoksilīns un eozīns, Gram krāsošana baktērijām).
• Mountēšana — paraugs tiek novietots uz preparāta stikliņa un pārklāts ar vāciņu, lai to aizsargātu.
• Dažos gadījumos lieto arī dzīvās šūnas novērošanu bez fiksācijas, izmantojot īpašas barotnes un temperatūras kontroli.

Pielietojums

• Medicīna: asins šūnu analīze, patoloģija, mikrobioloģija, diagnostika.
• Bioloģija un pētniecība: šūnu struktūru, organellu un molekulāro interakciju izpēte.
• Izglītība: skolās un universitātēs — mācību laboratorijas un demonstrācijas.
• Industrija: materiālu analīze, mikroelektronika, kvalitātes kontrole.
• Forenzika: šķiedru, atlieku un bioloģisku paraugu analīze.
• Vide un lauksaimniecība: mikroorganismu un augu audzējumu izpēte.

Kopšana un drošība

• Turiet lēcas tīras, tīriet ar speciāliem linumiem vai objektīvu audumiem.
• Izvairieties no stikla trieciena un mitruma iekļūšanas optikā.
• Elektronu mikroskopijā jāievēro augsts vakuums un drošības procedūras saistībā ar elektromagnētiskajiem laukas un augstiem spriegumiem.
• Arī darbs ar bioloģiskiem paraugiem prasa laboratorijas higiēnu un, ja nepieciešams, aizsardzības aprīkojumu.

Mikroskops ir pamatinstrumentu komplekta gabals daudzās nozarēs — no skolas klases līdz augstākajam pētniecības līmenim. Sapratne par tā darbības principiem, izšķirtspēju un paraugu sagatavošanu palīdz iegūt precīzus un lietderīgus attēlus.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir mikroskops?

J: Kas savā darbā parasti izmanto mikroskopus?

J: Kādi dabaszinātņu studenti savās studijās izmanto mikroskopus?

J: Kāda ir atšķirība starp vienkāršo mikroskopu un salikto mikroskopu?

J: Kā sauc saliktā mikroskopa objektīvus?

J: Kā saliktā mikroskopa lēcas darbojas kopā, lai palielinātu objektus?

J: Salīdzinot ar palielināmo stiklu, cik stipri mikroskops var palielināt objektus?

Meklēt pēc burta