Microscopia optica

2.1 Introducere. Scurt istoric.

Scopul microscopiei optice este acela de a putea observa obiecte ale caror dimensiuni sunt mai mici de 0,1mm, dar si acela de a observa si analiza detalii ale obiectelor macroscopice, care nu pot fi observate cu ochiul liber.

Instrumentul optic utilizat în acest scop este microscopul. Descoperirea si perfectionarea microscopului a permis omului, pentru prima data, sa patrunda în lumea fascinanta si vasta a microcosmosului.

Curiozitatea oamenilor de a descifra tainele microuniversului i-a determinat pe acestia sa gaseasca o cale de 212g68c a-l descoperi înca din cele mei vechi timpuri.

Galileo Galilei (1564-1642) astronom matematician si fizician italian, profesor la Universitatii din Pisa si Padova, este considerat fondatorul stiintelor exacte si metodelor stiintifice moderne. În 1610 el s-a alaturat precursorilor microscopului compus modern.

Francesco Fontana(1580-1656), astronom italian, a fost probabil primul care a schimbat ocularul initial cancav al microscopului cu ocularul convex.

Denumirea de microscop a fost introdusa de catre Demiscianus(1645), membru al Alcademiei din Lincei, iar denumirile de obiectiv si ocular au ramas de la Schyrlaus Rheita(1597-1660), inventatorul lunetei terestre.

Robert Hooke(1635-1703) a realizat primul microscop compus de interes practic(1675), devenind pionierul observatiilor microscopice de precizie. Toate aceste observatii sunt descrise în cartea sa de referinta în istoria microscopului, "Micrograpfia or some philosophical description of minute bodies", London, 1665.

Primul microscop din lume era reprezentat de o micuta sfera din sticla:

Fig. 2.1

Acest microscop functioneaza astfel: se pune sfera în dreptul ochiului, iar insecta care trebuie studiata se asaza în focarul F. Un punct de pe insecta care trebuie studiata va da un fascicul paralel de lumina, care intra în ochi.

Fiind un fascicul paralel muschii de acomodare ai cristalinului sunt relaxati si fasciculul se va focaliza într-un punct pe retina. Alt punct de pe insecta va fi focalizat în alt punct de pe retina.

Fie Xins înaltimea insectei pe verticala. Razele ce pleaca de la extremitatile insectei si trec prin centrul sferei sunt nedeviate. Unghiul dintre fasciculele paralele ce corespund imaginilor extremitatilor insectei pe retina este chiar marimea unghiului pe care o "vedem" folosind microscopul si are eXins a:

2.1 Când privim insecta fara microscop trebuie tinuta la aproximativ 25cm pentru a focaliza confortabil.

Marimea unghiulara va fi în acest caz: Xins / 25cm, iar marimea unghiulara M este:

2.2 Tipuri de microscoape

Înca din antichitate, dupa cum am aratat în prima parte a acestui capitol, oamenii au fost preocupati de a patrunde în tainele naturii, ale microuniversului, ceea ce a impus dezvoltarea microdcopiei optice. Astfel, exista o mare varietate de microscoape, în functie de necesitatile practice si de principiul optic de evidentiere a imaginii.

La proiectarea si constructia lor s-a tinut cont de obiectul care trebuie analizat si, implicit, de performantele care trebuie sa le aiba microscoapele pentru a se atinge scopul dorit.

Microscoape destinate învatamântului

Microscoape destinate învatamântului trebuie sa fie superioare, ca reproductibilitate a datelor obtinute, microscoapelor profesionale deoarece sunt folosite de elevi si studenti, care nu au, initial, o pregatire optica adecvata manevrarii aparatelor. Ele au un principiu de functionare mai simplu deoarece procesul de instructie implica, în primul rând, urmarirea modului de funtionare a aparatului.

Un tip de microscop destinat învatamântului este microscopul M.I.- 1, produs de I.O.R., având grosimentul pâna la 640x, obiectiv acromat 6x, 16x si 40x si ocular Huygens 8xsi 16x, permitând analiza unor obiecte cu grosime pâna la 20mm. Cursa masei microscopului este de aproximativ 26mm, iar lungimea tubului optic de aproximativ 160mm. Iluminarea se face natural sau artificial.

Exista si microscoape cu sistem zoom, ceea ce determina o variatie continua a grosimentului, fara ca imagine sa dispara din câmpul vizual al microscopului, permitând astfel observatorului sa sesizeze corelatia dintre grosiment si detaliile imaginii.

Unele microscoape destinate învatamântului permit obtinerea unor imagini stereoscopice, folosindu-se doua sisteme de formare a imaginii.

Microscoape destinate cercetarii

Microscoapele destinate cercetarii nu difera prea mult de microscoapele pentru învatamânt, însa au un grad foarte mare de adaptabilitate, pentru a exista posibilitatea înlocuirii unor componente optice sau mecanice si de a adauga alte accesorii.

Astfel, masuta port-obiect sau capul revolver pot fi înlocuite cu alte sisteme, sistemul de iluminat poate fi modificat, iar imaginea poate fi proiectata sau fotografiata pe un ecran, observarea în câmp luminos poate fi transformata în observare pe câmp obscur, toate aceste modificari facându-se în functie de scopurile practice care trebuie urmarite.

Pentru realizarea modificarilor care se impun, microscoapele destinate cercetarii su o structura mai solida decât cea a microscoapelor destinate învatamântului.

Microscoapele cu contrast de faza

Acest tip de microscopie a fost dezvoltat de F. Zernike în anul 1930 si pune în practica folosirea fenomenului de contrast de faza, în special în studiul preparatelor biologice. Unele preparate biologice, precum bacteriile, sunt greu de studiat la microscop deoarece nu se disting din mediul din care fac parte, decât printr-o usoara variatie a indicelui de refractie.

Contrastul de faza determina aceasta variatie, fara sa fie necesara recurgerea la contrastul de vizibilitate prin colorare chimica, procedeu care ar afecta preparatul studiat.

Contrastul de faza determina modificarea fazei luminii care strabate un obiect transparent si cu indicele de refractie variabil în raport cu faza luminii care trece prin mediul transparent în care se afla obiectul.

Acest tip de microscopie este analog celei interferntiale, deoarece si în acest caz obiectul apare vizibil datorita indicelui sau de refractie si nu datorita absorbtiei luminii, este însa mai ingenioasa deoarece obiectul divide energia luminoasa în doua fascicule de lumina care interfera.

Mecanismul fizic de producere a contrastului de faza este prezentat în urmatoarea figura:

Fig. 2.18

În planul focal al condensatorului de iluminare se asaza o fanta inelara(fanta inelara de luminozitate) a carei imagine se formeaza în planul focal al obiectivului, suprapusa peste elementul fanta-inelara de contrast de faza, constituit dintr-un material usor absorbant si având dimensiunile ceva mai mari decât cele ale imaginii suprapuse.

Fiecare punct de iluminare al fantei da nastere la un fascicul înclinat si paralel de lumina.

Obiectul care trebuie studiat este iluminat de o multime de astfel de fascicule care sunt focalizate în planul elementului fanta-inelara de contrst de faza, acelasi cu planul focal al obiectivului. Numai lumina nedifractata trece prin fanta elementului de contrast de faza, lumina difractata ocolind-o. Acest element reprezinta baza microscopiei cu contrast de faza.

Microscoapele interferentiale

Obiectele pot fi percepute de ochi cu un microscop interferential, daca lumina care trece printr-un obiect transparent sau cea care este reflectata de un obiect opac, interfera cu lumina care a strabatut un alt drum, diferenta de drum optic fiind convertita în diferenta de intensitate luminoasa a imaginii.

Principiile interferometrelo Michelson, Jasmin, Mach-Zehnder, pot fi utilizate si în microscopie.

Unele tipuri de microscoape interferentiale au principii de functionare fara corespondent în interferometria clasica.

Microscoapele interferentiale pot functiona fie în lumina reflectata, fie în lumina transmisa si pot fi atât calitative cât si cantitative.

Cele care functioneaza în lumina reflectata se folosesc pentru observarea corpurilor microscopice opace, iar cele în lumina transmisa se folosesc când corpul este partial transparent.

Microscoape bazate pe polarizarea luminii

Microscoapele bazate pe polarizarea luminii au polarizorul dispus înaintea condensatorului de iluminare, iar analizatorul este dispus dupa obiectiv. Cel putin unul dintre dispozitivele de polarizare poate fi rotit. Un microscop obisnuit poate fi transformat în microscop cu polarizare daca se fac modificarile mentionate mai sus, însa mai trebui operate anumite schimbari.

Astfel, obiectivul si condensatorul nu trebuie sa prezinte tensiuni, pentru a nu depolariza lumina, iar masa port-obiect trebuie sa fie mobila, pentru a se putea roti în jurul axei optice a microscopului. Deasemenea, sistemul de iluminare trebuie sa permita trecerea de la iluminarea în lumina convergenta la iluminarea în lumina paralela. Utilizând un astfel de microscop, putem detecta daca un cristal este sau nu izotropic, putem observa detaliile dintr-un material transparent si fibros, putem detecta tensiunile din materialele izotrope(cum ar fi sticla optica).

Pentru masuratori cantitative, microscopul trebuie echipat si cu fire reticulare orientate adecvat în planul focal al ocularului si cu o fanta dispusa imediat sub analizator. Masa port-obiect trebuie sa fie mobila pentru a se putea roti în mai multe planuri. Aceste microscoape se utilizeaza în studiile mineralogice, petografice, chimice, etc. În primele microscoape de acest fel se foloseau prisme din spat de Islanda, pe când în cele moderne se utilizeaza filtre polarizante, care elimina lumina parazita, aparuta prin absorbtie.

Microscoape metalografice

Aceste tipuri de microscoape se folosesc curent în metalografie. Pentru a putea fi examinate obiectele opace, microscoapele trebuie sa functioneze în reflexie. Caracteristica lor principala este ca sistemul de iluminare, în general vertical, este parte integranta a microscopului.

Microscoapele metalografice folosesc atât iluminarea cu fond luminos cât si iluminarea cu fond obscur.

Principiile de functionare ale unui microscop metalografic cu iluminare verticala, pe fond luminos, sunt ilustrate în figura de mai jos:

Fig. 2.19

Lumina provenita de la sursa de lumina este orientata de lentila de iluminare A prin diafragma de apertura si diafragma de câmp, dupa care este preluata de lentila de iluminare B, astfel încât divizorul de fascicul o orienteaza catre planul obiect, care joaca si rol de condensator de focalizare. Lumina reflectata de obiect ajunge în ocular si mai departe la observator.

Lentila de iluminare A determina doua plane, unul conjugat cu planul imagine al obiectivului microscopului, iar altul conjugat cu planul pupilei de iesire al obiectivului microscopului, ceea ce permite controlul independent al aperturii si iluminarii câmpului prin intermediul diafragmelor variabile din aceste plane.

Randamentul divizorului de fascicul fiind de cca 20%, apar probleme de luminozitate, mai ales în lumina polarizanta. Contrastul de imagine este redus din cauza reflexiilor pe suprafetele lentilelor obiectivului. Din aceasta cauza, în ultimul timp, aceste suprafete sunt acoperite cu straturi antireflectante.

Randamentul mic al divizorului de fascicul implica folosirea surselor cu plasma compacta de arc de mercur sau xenon, de mare intensitate.

Microscoapele metalografice folosite pentru fotomicrografiere se numesc metalografe. Ele sunt dotate cu o sursa puternica de lumina si un sistem adecvat de fotografiere.

Daca se lucreaza în lumina polarizata, polarizorul se poate plasa oriunde pe axa orizonatala a sistemului de iluminare, iar analizatorul, oriunde pe axa verticala, deasupra divizorului de fascicul, conform figurii a.

Pentru a reduce cât mai mult depolarizarea cauzata de divizorul de fascicul, polarizorul trebuie orientat cu planul de polarizare perpendicular pe planul desenului, deci planul de polarizare al analizatorului trebuie plasat în planul desenului.

Elementele unui microscop metalografic cu iluminare pe verticala, pe fond obscur, sunt si ele ilustrate tot în figura a:

Fig. 2.20

Pentru acest tip de microscop, lentilele obiectivului sunt montate într-un tub de sticla sau de plastic transparent, capatul tubului transparent din partea divizorului de fascicul fiind slefuit sub forma unei suprafete plane, iar capatul din partea planului obiect este proiectat astfel încât lumina care intra în tub sa cada pe obiect sub forma unui con de lumina tubular.

Dimensiunile divizorului de fascicul sunt mai mari decât în cazul microscopului metalografic cu iluminare verticala pe fond luminos, pentru a include suprafata periferica complet reflectanta. A doua lentila condensoare(B) este montata într-o fanta inelara, transparenta, iar lentila A este un dublet special.

Limitatorul de fascicul se afla în planul diafragmei de apertura, iar sursa de lumina în planul focal al lentilei condensoare, astfel încât forma fasciculului de lumina de la diafragma de apertura si pâna la obiectivul microscopului sa fie conica.

Microscoapele metalografice, cu iluminare pe verticala, pe fond obscur se utilizeaza pentru a pune în evidenta zgârieturile fine de pe o suprafata bine slefuita, zgârieturi ce sunt invizibile daca se foloseste iluminarea pe fond luminos.

Fotomicrografia

Reprezinta tehnica de înregistrare a imaginilor microscopice pe film.

Tehnica de lucru este mai complexa în acest caz, deoarece trebuie combinate cunostintele de fotografiere cu cele de microscopie optica.

În fotomicrografie, mici defecte de iluminare, focalizare sau curatire a pieselor optice pot afecta observatiile finale.

Pentru obtinerea unei bune focalizari trebuie tinut cont de o regula generala: puterea de acomodare a ochiului trebuie sa fie un factor neglijabil în operatia de focalizare, deoarece aparatul fotografic nu prezinta aceasta proprietate.

Pentru a evita efectele de acomodare a ochiului se foloseste metoda cu geam mat, metoda ecranului cu geam transparent si metoda focalizarii ocularului.

În cadrul metodei cu geam mat se asaza în locul filtrului un geam mat pe care se formeaza imaginea.

Daca imaginea prezinta un contrast mai slab se foloseste metoda ecranului cu geam transparent, pe care se graveaza o retea de linii. Aceasta metoda se utilizeaza in cazul aparatelor de fotografiat mai mari, prevazute cu burduf.

Metoda de focalizare a ocularului(figura b) se utilizeaza atunci când aparatul fotografic nu permite modificarea distantei pâna la imagine sau nu permite accesul la planul focal.

Fig. 2.21

Aceasta metoda este folosita cel mai des în practica fotomicrografierii, deoarece reduce la minimum influenta efectelor introduse de acomodarea ochiului, mai ales daca profunzimea de focalizare a ocularului este mica.

Distanta de la divizorul de fascicul pâna la planul focal al aparatului fotografic trebuie sa fie egala cu distanta de la divizorul de fascicul la imaginea focalizata de ocular.

În cazul fotomicrografiei, iluminarea trebuie sa fie mai puternica decât în microscopia vizuala, folosindu-se surse de lumina cu plasma concentrata de arc.

Daca unele microscoape de cercetare nu sunt prevazute cu un control automat al expunerii, expunerea va fi stabilita prin încercari prealabile, respectându-se anumite reguli:

-                     timpul de expunere variaza direct proportional cu patratul grosimentului microscopului;

-                     timpul de expunere variaza invers proportional cu apertura numerica a conului de iluminare;

-                     cresterea tensiunii de alimentare a sursei de lumina cu 25% reduce timpul de expunere aproximativ la jumatate.

Un timp de expunere prea mare poate introduce defocalizarea imaginii, în timp ce valori mici pot produce umbre.

Pentru a obtine o valoare optima a timpului de expunere se folosesc filtre neutre.

Exista situatii în care se poate trece de la microscopia vizuala la fotomicrografie, cu ajutorul unei prisme detasabile, ca în urmatoarea figura:

Fi. 2.22

În figura de mai sus se pot distinge un subsistem vizual si un subsistem fotografic, obtinute cu ajutorul prismei, ambele având pozitii fixe. În prezenta prismei lumina este reflectata cître sistemul vizual, iar prin îndepartarea ei, lumina este orientata catre subsisitemul aparatului fotografic. Daca se utilizeaza filme colorate, temperatura de culoarea a sistemului de iluminare a microscopului trebuie controlata. Filmele implica temperaturi de 3200K, 3450K sau 3800K, iar la lampile cu incandescenta având o temperatura de culoare de cca 2800K, temperatura de culoare se poate marii folosind filtre adecvate. Daca se înregistreaza obiecte colorate pe un film alb-negru, trebuie controlat contrastul prin folosirea unor filtre colorate adecvate, dispuse în sistemul de iluminare.

Ce este un microscop?

Un microscop este un instrument optic de mare precizie, care foloseste o lentila sau o combinatie de lentile, pentru a produce imagini mult marite ale unor specimene sau obiecte mici – in special atunci cand sunt prea mici pentru a le observa cu ochiul liber.

Ce este microscopia?

Prin microscopie se intelege folosirea unui microscop sau investigarea cu ajutorul microscopului

Cine a inventat microscopul?

Nu exista un singur inventator al microscopului deoarece cativa inventatori au experimentat cu teoriile si ideile si au dezvoltat diferite aspecte ale conceptului pana cand acesta a evoluat la ceea ce intelegem azi prin microscop.

In jurul anului 1590, doi olandezi producatori de ochelari, Zaccharias Janssen si fiul sau Hans, au experimentat cu conceptul brut de microscop care marea obiectele de 10 pana la 30 de ori. In 1609 Galileo a imbunatatit principiul si a adaugat un instrument de focusare.

Aceste instrumente rudimentare nu s-au schimbat foarte mult pana la inceputul anilor 70 din secolul XVII. Anton von Leeuwenhoek este considerat parintele microscoapelor datorita transformarilor pe care le-a adus in design-ul sau si domeniului de utilizare al microscopului. Acesta lucra ucenic intr-un magazin in care lentilele de marire erau folosite pentru a observa tesatura hainelor. Anton a fost inspirat de aceste lentile si a invatat singur metode noi de finisare pentru lentile mici care mareau de pana la 270 de ori. Astfel a aparut primul microscop propriu-zis. In 1674, Anton a fost primul care a putut vedea si descrie bacterii, mucegaiuri, plante sau viata dintr-o picatura de apa.

Pana in anii 50 ai secolului XIX nu au mai fost facute imbunatatiri substantiale. In acesti ani insa, cativa inventatori din Europa si America au adus contributii importante. Din acei ani microscoapele clasice sau stereo s-au schimbat foarte putin.

La inceputul anilor 30 din secolul trecut primul microscop cu raze cu electroni a fost dezvoltat – un mare avans in tehnologie deoarece s-a reusit cresterea puterii de marire de la 1000x pana la 250.000x sau mai mult. Aceste microscoape folosesc electroni pentru a examina obiectele.

Ce poti face cu un microscop?

S-ar putea scrie o carte raspunzand doar la aceasta intrebare. Pe scurt insa, microscopul poate fi folosit in multe situatii:

- studierea timbrelor, monedelor, insectelor

- copiii pot descoperi o lume noua si interesanta

- elevii si studentii pot invata foarte multe cu ajutorul microscoapelor

- un microscop poate fi folosit in medicina pentru analize sau pentru cercetare in diferite discipline

- masurarea si inspectia instrumentelor in industrie

- analize pentru observarea unor aspecte ce tin de sanatatea publica

- realizarea de fotografii

Normalul devine extraordinar atunci cand este privit prin microscop.

Microscoapele sunt instrumente esentiale pentru crearea de noi medicamente si la gasirea tratamentelor pentru numeroase boli

Toata lumea ar trebui sa detina un microscop, acesta va dura o viata intreaga daca il veti manevra corespunzator. Multa lume considera ca microscoapele sunt complexe si dificil de utilizat, folosite doar in cercetare si universitati sau ca sunt extrem de scumpe- in realitate sunt mai ieftine decat credeti iar lumea pe care v-o deschid este uimitoare. In plus sunt si foarte usor de folosit.

In ce domenii sunt folosite microscoaple si de catre cine?

- Pasionati: monede, timbre, pentru invatare sau descoperire de lucruri noi

- Educatie: chimie, biologie, botanica, zoologie

- Medicina: microbiologie, hematologie, patologie, entomologie, dermatologie, stomatologie, medicina veterinara, in analize uzuale sau in cercetari avansate. De la scolile de medicina pana la laboratoarele spitalelor.

- Industrie:  inspectia componentelor si ansamblurilor electronice, a diferitelor materiale ca metalul, textile, plastic, etc. Se mai foloseste in agricultura, berariii sau pentru gravuri. Mai sunt folosite de bijutieri sau arheologi.

- Elevi si profesori: in procesul de invatare incepand cu scoala primara pana in universitati

- Stiinta: arheologie, oceanografie, geologie, metalurgie, sanatate publica, siguranta publica - calitatea apei, farmaceutica, aplicatii militare etc

Tipuri de microscoape

Foarte multe microscoape intra in categoria microscoapelor cu iluminare: au nevoie de lumina pentru ca dumneavoastra sa vedeti o imagine marita. In aceasta categorie intra doua tipuri de microscoape: microscoape biologice (de mare putere) si microscoapele stereo sau de disectie (de putere mai mica)

Microscopul biologic

Acesta este cel mai comun tip de microscop. Mai este numit de cercetare. Puterea de marire variaza intre 40 si 1000 de ori dar poate merge pana la 1500x sau 2000x. Cea mai importanta zona folosita este cea intre 400x-500x

In cazul acestui tip de microscoape, pentru a obtine o imagine marita, lumina are un traseu unic care trece printr-o serie de lentile – in linie – fiecare lentila marind imaginea deja marita de lentila care a precedat-o. Pe scurt: un singur traseu al luminii si mai multe lentile.

Sistemul de lentile consta dintr-un obiectiv (cea mai apropiata lentila de obiect sau specimen), un ocular (cea mai apropiata lentila de ochiul observatorului), un mecanism de focusare a imaginii si unul de pozitionare a specimenului sau obiectului. In plus, microscopul foloseste lumina (reflectata de o oglinda, naturala, de la o alta sursa  sau de la un iluminator incorporat) pentru a ilumina specimenul sau obiectul astfel incat acesta sa poata fi vazut cu ochiul.

De obicei obiectivul consta din 3 sau 4 lentile (uneori chiar 5) montate pe un adaptor rotativ pentru obiective astfel incat puterea de marire sa poata fi modificata in functie de

obiectivul selectat. Imaginea produsa este bidimensionala (2D) si este de obicei in oglinda si rasturnata. Cea mai folosita metoda de iluminare a specimenului este trans-iluminarea – lumina este proiectata de dedesubt si trece prin specimen.

La o marire de 400x detaliile sunt la nivel celular in cazul specimenelor biologice. A invata despre celule si micro-organisme este educational si foarte important in domenii medicale sau stiintifice.

Microscopul stereo

Acest tip de microscoape este al doilea tip de microscop in ordinea popularitatii. Ele mai sunt denumite microscoape de disectie sau de inspectie.

Prin microscop stereo intelegem un instrument cu putere mica de marire. Puterea de marire poate varia intre 10x si 80x – dar de obicei este situata intre 10x si 40x. Modelele cu zoom sunt foarte convenabile avand de obicei posibilitatea de a mari intre 10x si 60x.

Puterile mici de marire sunt folosite pentru a examina obiecte mai mari precum parti de insecte sau plante, roci sau fosile, timbre, placi de PC, monede, suprafata diferitelor materiale etc. Pot fi studiate si lame cu specimene la aceste puteri mici de marire.

In cazul microscoapelor stereo exista doua trasee separate ale luminii care produc o imagine tridimensionala (3D) a obiectului sau specimenului. Obiectivul consta din doua lentile, una langa alta, care corespund celor doua trasee amintite mai sus.  Parametrii design-ului unui microscop stereo limiteaza efectul 3D doar la puteri mici de marire.

De obicei sistemul de lentile consta din obiective (lentilele mai apropiate de obiect sau specimen), oculare (lentilele mai apropiate de ochii observatorului), un mecanism de focusare si unul de pozitionare a specimenului sau obiectului. In plus, un microscop foloseste lumina (de la lampi, lumina naturala, iluminator integrat) pentru a ilumina obiectul sau specimenul astfel incat acesta sa poata fi observat.

Imaginile sunt corect orientate. Majoritatea microscoapelor stereo au iluminator incorporat sau atasabil, pentru a putea observa specimene de diferite forme sau culori.

Alte tipuri de microscoape

In acesta categorie intra microscoapele avansate si mai scumpe, construite pentru utilizari specifice in domeniul medical sau in cercetare. Exista mai multe tipuri de astfel de microscoape, le amintim mai jos pe cele mai populare

Cu contrast de faza – este un microscop care foloseste diferentele din fazele luminii transmise sau reflectate de un specimen pentru a forma imagini distincte si contrastante a diferitelor parti ale specimenului

Polarizante – un microscop la care specimenul observat este iluminat cu lumina polarizata – pentru analiza unor materiale ne-organice precum cristalele, in chimie sau mineralogie optica.

Fluorescente – microscoape care folosesc o metoda de iluminare pentru localizarea materialelor marcate fluorescent (proteine, enzime, gene) extragand o lungime de unda in speranta ca elemente fluorescente vor aparea emitand o lumina la o lungime de unda distincta.

Metalurgice – microscoape folosite pentru identificare, inspectia si analiza diferitelor metale sau aliaje.

Cu raza de electroni – Pretul acest tip de microscoape trece de obicei de suma de 100.000$. Un astfel de microscop foloseste o raza cu electroni in locul luminii, pentru a face examinari de mare finete a unor specimene. Pot ajunge la mariri de peste 250.000x si se pot examina la un specimen topologia, morfologia, compozitia, etc.

Digitale – Combinatii intre un microscop si o camera digitala. Cele mai populare camere digitale sunt cele care folosesc senzori CMOS sau CCD. Camera poate fi incorporata sau atasabila. Folosind un software dedicat, utilizatorul poate vedea, salva si edita imaginea. Unele programe deloc ieftine pot face si diferite tipuri de analize ale imagini (medicale, de exemplu)

Microscoape de buzunar – folosesc noi tehnologii pentru o camera miniaturala si iluminator. Puteti folosi un calculator pentru a vedea imaginea si pentru a o captura.

Partile unui microscop

Obiectivele

Obiectivele sunt cele mai importante componente ale microscopului si le vom discuta mai in detaliu. Principala functie a lor este de a aduna lumina care trece prin specimen si apoi sa proiecteze imaginea in corpul microscopului. Apoi, ocularul transmite imaginea mai departe, la ochiul observatorului. Microscoapele de calitate folosesc obiective din sticla, nu din plastic. Obiectivele sunt lentilele cele mai apropiate de specimen sau obiect.

Intr-un microscop biologic exista un obiectiv si un ocular. La microscoapele stereo obiectivele sunt in pereche (cate un obiectiv pentru fiecare ocular) pentru a forma o imagine 3D.

Pe obiectivele microscoapelor biologice sunt trecute urmatoarele informatii: puterea, lungimea tubului DIN, N.A. (diametrul aperturii), grosimea optima a lamelei (sticlei de

protectie), un inel in culoarea specifica puterii de marire. 

Obiectivele au puteri de marire diferite, de la 1x la 160x, dar cele mai populare variaza intre 4x si 100x. Majoritatea microscoapelor biologice au 3 sau 4 (ocazional 5) obiective cu puteri de 4x, 10x, 40x si 100x care se rotesc pe un adaptor pentru a oferi diferite puteri de marire. Obiectivele de 4x, 10x, 40x mai sunt denumite obiective “uscate” ceea ce inseamna ca opereaza cu aer intre obiectiv si specimen. Obiectivele de 100x sunt numite obiective “umede” ceea ce inseamna ca opereaza cu ulei de imersie intre lentila si specimen.

Microscoapele stereo au de obicei unul sau doua tipuri de oculare cu puteri de 1x, 2x, 3x sau 4x. Mai exista si obiective cu zoom care opereaza intre 0.5x si 5x.

Capacitatea de a corecta aberatiile lentilei si planeitatea campului determina destinatia de utilizare si pretul obiectivelor la microscoapele biologice. Cele mai ieftine obiective sunt cele acromate si se intalnesc la microscoape cu preturi sub 750$. Pretul obiectivelor creste la cele cu fluorit sau semi-apocromate. Cele mai scumpe sunt obiectivele apocromate.

Planeitatea campului (sau curbura campului) se refera la cat de focalizat este specimenul pe intreaga suprafata a imaginii. La obiectivele acromate planeitatea se regaseste pe o suprafata de 50% - 70% din intreaga suprafata a imaginii. Obiectivele mai plane (micro-plane sau semi-plane) sunt cele semi-apocromate care sunt plane pe 70% - 85% din suprafata. Obiectivele apocromate sunt plane si ofera imagini clare pe 90-100% din campul vizual.

Apertura numerica (N.A.) este un numar care exprima capabilitatea lentilei de a rezolva detalii fine la un obiect care este observat. Cu cat numarul N.A. este mai mare, rezolutia este mai buna. N.A poate varia de la 0.04 (putere mica) la 1.4 (putere mare, in cazul obiectivelor plane, “umede”). N.A. este trecut pe obiectiv si de obicei apare astfel: 4x=0.10, 10x=0.25, 40x= 0.65 si 100x=1.25

Rezolutia (propriu-zisa, nu teoretica) este distanta de separare dintre doua detalii (linii sau puncte) care se afla unul langa celalalt, dar vazute ca distincte. Cu cat rezolutia este mai mare cu atat cele doua puncte pot fi mai apropiate si distincte in acelasi timp. Rezolutia apartine obiectivelor si nu ocularelor, cele din urma doar marind rezolutia.

Uneori obiectivele au inele colorate (dupa un sistem de culori universal recunoscut) pentru a putea identifica mai usor puterea de marire: negru=1x, maro=2x, rosu=4x, galben=10x, verde=20x, turcoaz=25x, albastru deschis=40x, albastru inchis=60x, alb=100x

Alt numar care se poate afla inscris pe un obiectiv (cum ar fi 0.17) se refera la grosimea in mm a lamelei recomandata de producator pentru a imbunatati performantele obiectivului.

Obiectivele cu standard DIN (Deutsche Institut Fur Normung) sunt cele mai populare in standardele internationale. Asta insemana ca un obiectiv cu acest standard produs de o anumita firma este compatibil cu microscoapele produse la acelasi standard de catre o alta firma. Standardul se refera distanta de 45mm parafocala (explicata mai jos) si la filetul RMS standard de 33mm pentru obiectiv. Distanta de 45mm este distanta de la orificiul de montare al obiectivului in ocular pana la punctul de focus de pe specimen. JIS (Japanese Industrial Standard) este un standard mai putin folosit pentru obiective. In acest caz se folosesc obiective cu distanta de 36mm. RMS (Royal Microscopical Society) foloseste o distanta parafocala de 33mm. Diametrul de montare este de 20.32mm

Parfocal – se refera la posibilitatea de a schimba obiectivele de diferite puteri si de a pastra focusul (sau sa fie necesara foarte putina refocusare). Paracentrat se refera la pozitia centrata a specimenului care ramane aceeasi dupa schimbarea obiectivelor.

Uleiul de imersie concentreaza lumina si mareste rezolutia. Un ulei special este folosit cu obiectivele de 100x atunci cand se doreste obtinerea de mariri cuprinse intre 1000x si 1500x. Tehnica este folosita pentru a face sa dispara aerul aflat intre obiectiv si specimen. Dupa ce obiectivul atinge uleiul, care trebuie sa aiba o reflectivitate specifica, cele doua elemente se comporta ca o singura unitate. Uleiul de imersie este singurul ulei potrivit pentru acest scop, asigura imagini marite de calitate si inlatura pericolul distrugerii obiectivului. Exista doua

tipuri de uleiuri de imersie – Tipul A care are o vascozitate scazuta si Tipul B cu o vascozitate mai mare.

Ocularele

Ocularele sunt formate dintr-o serie de lentile montate intr-un tub si se afla in partea superioara a unui microscop. Functia principala a ocularelor este acela de a permite utilizatorului sa vada imaginea focusata, proiectata de obiectiv si sa mareasca pentru a doua oara aceasta imagine. Ca si in cazul obiectivelor, ocularele construite din plastic asigura o calitate scazuta. Ocularele pot fi de diferite design-uri: Huygens, Ramsden, Kellner, Plossl, etc. si toate sunt potrivite pentru microscoape, diferentele fiind mult mai putine ca in cazul ocularelor folosite la telescoapele astronomice.

Ocularele sunt de obicei de 10x dar exista si oculare 5x, 12.5x, 15x si 20x. “x” se refera la puterea de multiplicare a maririi pe care o are obiectivul. Pe oculare sunt inscrise puterea de marire si diametrul aperturii. Apertura este cea care limiteaza campul vizual.

Ocularele pot fi si cu un camp vizual larg. In acest caz au un diametru mare. Majoritatea sunt 10x dar se intalnesc si de 15x sau

20x. Relieful ocular este distanta (in milimetri) dintre ochiul observatorului (cornee) si suprafata cea mai apropiata a ocularului – cu cat mai mare acest relief ocular cu atat mai bine pentru cei care poarta ochelari.

Punctul ocular este pozitia ideala a ochiului fata de ocular pentru obtinerea celei mai bune imagini. Un reticul (micrometru) este o bucata de sticla care are un pattern ce permite efectuarea de masuratori asupra obiectelor vazute prin microscop.

Inelul de ajustare a dioptriilor face posibila obtinerea de imagini focusate pentru persoanele care au dioptrii diferite la ochi. Inelul pentru ajustarea dioptriilor poate fi folosit si de cei care poarta ochelari pentru a vedea imagini clare si fara a purta ochelarii. In mod normal, inelul se afla pe ocularul stang. Pentru a face ajustari inchideti ochiul stang, priviti cu ochiul drept si focusati imaginea pana cand devine foarte clara. Inchideti apoi ochiul drept, priviti cu stangul si focusati folosind inelul de ajustare a dioptriilor.

Cupele de cauciuc ale ocularelor se intalnesc mai ales la microscoapele stereo. Au rolul de a reduce lumina ambientala si ofera comfort - nu este recomandat sa fie folosite de persoanele care poarta ochelari.

Condensatorul

O lentila sau un sistem de lentile care se afla sub platforma microscoapelor biologice. Functia condensatorului este de a aduna lumina ambientala si de a o concentra intr-un con de lumina inspre specimen. Obiectivele puternice au diametre foarte mici si au nevoie de o lumina corespunzatoare. Un condensator clasic este de obicei fixat. Un condensator care se misca si este mult mai precis (dar si mai scump) este condensatorul Abbe. Acesta poate fi deplasat de obicei pe verticala, reglandu-se cantitatea de lumina transmisa. Se monteaza sub platforma si are de obicei o apertura de tip iris,

ajustabila pentru a controla diametrul razei de lumina care intra in sistemul de lentile. Condensatorul este foarte util cand se folosesc puteri de mariri de 400x sau mai mari.

Un condensator ar trebui sa aiba un N.A. egal sau mai mare cu N.A. al obiectivului folosit. Un condensator clasic are N.A de 0.65 care este bun pentru mariri de 400x sau mai mici. Pentru mariri mai mari aveti nevoie de condensatoare Abbe cu N.A. de 1.20 sau 1.25.  Exista si condensatoare mai performante decat cele de tip Abbe – condensatoarele aplanate acormate care au un camp foarte plat dar sunt si foarte scumpe.

Unele condensatoare pot fi construite avand accesorii speciale de control al fazei, de polarizare a luminii, interferente diferentiale si camp negru.

Diafragma

Diafragma mai este denumita si diafragma de sub platforma sau diafragma aperturii. De obicei se gaseste sub platforma microscopului si ajusteaza cantitatea de lumina care trece spre specimen. Este foarte utila la puteri mari de marire. Majoritatea microscoapelor biologice au unul din cele doua tipuri de diafragme:

1.    Diafragma disc – cel mai simplu si mai ieftin tip de diafragma. Este localizata intre sursa de lumina si lama sau specimen. Consta dintr-un disc rotativ si 5-10 orificii de diferite diametre care pot limita cantitatea de lumina care trece.

2.    Diafragma iris – un tip de diafragma mai simplu si mai scump. Au un diametru variabil (precum irisul unui ochi) care are rolul de a limita diametrul orificiului prin care trece lumina. Se poate astfel optimiza rezolutia, contrastul, claritatea. De obicei se controleaza cu ajutorul unei mici manete.

Sistemul de iluminare (sursa de lumina)

Deoarece specimenele nu genereaza ele insele lumina, este nevoie de un iluminare. Iluminarea este aplicarea de lumina pe specimen sau obiect. Iluminatorul este sursa de lumina care ilumineaza obiectul sau specimenul pentru a putea fi observat. Iluminarea trebuie sa fie luminoasa, fara reflexii nedorite si uniforma.

Cel mai simple moduri de iluminare sunt folosirea unei lampi sau a luminii ambientale. Multe microscoape biologice sunt dotate cu oglinzi plan/concave pentru redirectionarea luminii spre specimen. Partea plana a oglinzii ofera imagini clare. Daca simtiti ca este nevoie de mai multa lumina atunci trebuie folosita partea concava a luminii. Acestea sunt metode ieftine de iluminare dar nu pot fi intotdeauna cele de care aveti nevoie.

Un alt tip de iluminare, un pic mai scump, este folosirea unui iluminator incorporat (sau atasat) care asigura iluminare directa si mai intensa. Iluminatoarele se afla deasupra specimenului atunci cand sunt folosite puteri mici de marire (microscoape stereo) si se numeste iluminare incidenta. Daca iluminatorul se afla sub specimen atunci este vorba despre transiluminare. Iluminarea care se face atat de deasupra cat si de dedesubt este destinata

specimenelor subtiri care prezinta iregularitati pe suprafata. Iluminatoarele pot avea lumina cu intensitate fixa sau variabila (in acest ultim caz au un buton de reglare a intensitatii)

Iluminatoarele pot folosi diferite tipuri de surse de lumina:

Tungsten – un bec cu filament care este foarte popular si ieftin. Da o lumina galbena si caldura moderata. De obicei sunt de 15W sau 20W.

Halogen – o lampa care de obicei este cea mai fierbinte sursa de lumina pentru un microscop. Lumina este foarte puternica, alba si concentrata. Sursele de lumina cu halogen sunt mai scumpe decat cele tungsten. Sunt de obicei de 15W sau 20W

Fluorescente – o lampa cu temperatura mica. Lumina este puternica, alba si ofera imagini clare, comfortabile pentru ochi. Este foarte indicata pentru observarea specimenelor vii. Sunt de obicei de 5W sau 10W si dau o luminozitate echivalenta cu sursele halogen sau tungsten. Pot fi montate pe baza microscopului sau pot fi atasate.

LED - diode care emit lumina si ofera o lumina puternica si aproape deloc caldura. Este cel mai luminos si mai rece sistem de iluminare. Folosesc baterii si din acesta cauza microscoapele nu au nevoie de cabluri si pot fi folosite si afara.

Exista variate forme de iluminare in functie de cantitatea de lumina sau calitatea luminii:

Camp luminos - cea mai importanta si cea mai populara forma de iluminare intalnita la microscoape. Este o sursa de lumina directionata si intensa. Lumina este transmisa de sub platforma, prin condensator, prin specimen, prin obiectiv, prin ocular, pana la ochiul observatorului.

Difuza - atunci cand se aplica un material semitransparent, translucid in fata condensatorului.  Deseori o astfel de iluminare aduce modificari subtile imaginii.

Contrast de faza – folosita pentru ca o gama larga de specimene vii (sange, tesuturi, culturi de celule) sunt transparente si au un contrast slab. Folosind un inel de reglare a fazei montat in fata planului focal al condensatorului se moduleaza raza de lumina. Se scade si lumina de fundal cu 85%, fundalul fiind aproape negru pentru a contrasta cu structura iluminata a obiectului. Chiar daca rezolutia imagini scade, pot fi vazute detalii care nu apareau.

Camp inchis – o metoda de a examina specimene transparente sau semi-transparente, care nu pot fi distinse de fundal. Doar un mic volum de lumina ajunge la specimen pentru a putea fi observate texturi.

Koehler – o tehnica de a optimiza calitatea luminii si claritatea, aliniind si ajustand fiecare componenta a sitemului optic incepand cu un focalizator de lumina. Lumina va fi puternica si uniforma. Koehler este cea mai buna forma de iluminare pentru un microscop si este caracteristica microscoapelor scumpe.

Sisteme de focalizare

Sunt folosite pentru focalizarea imaginii pe care o priviti. Fiecare microscop detine un buton (rotita) pentru focus rapid (de cursa). Microscoapele biologice mai scumpe detin si un buton (rotita) de focus fin. Focusul fin este avantajos in cazul folosirii puterilor mari de marire (peste 400x). Microscoapele stereo, care folosesc puteri mici de marire, nu necesita focus fin.

Controale coaxiale – sunt acelea la care butonul de control rapid si butonul control fin sunt unul deasupra celuilalt. Butonul mai mare este de obicei pentru focus rapid iar cel mai mic pentru control fin al focusului. Butonul mai mic se afla de obicei centrat pe butonul mai mare.

Mecanismele de focusare folosite intr-un microscop constau dintr-o tija cu pinion. Acesta este un design care foloseste o roata dintata si o tija dedicata. Tija reprezinta o cale cu dinti iar pinionul are o cursa pe acesta tija. Rotind butonul, pinionul se misca de-a lungul tijei.

Un element de blocare a tijei (surub de blocare) este un surub ajustabil localizat la sau langa baza mecanismului de focus. Atunci cand ajustati corespunzator acest surub, evitati sa loviti obiectivul de lamela cu specimen.

Focusul se poate realiza in doua moduri. Platforma se misca vertical mai aproape sau mai departe de obiectivul care ramane fix.  Cealalta metoda presupune miscarea pe verticala a obiectivului in timp ce platforma ramane fixa.

Capul (corpul)

Capul este partea superioara a microscopului care conecteaza ocularul de adaptorul pentru obiective. Unele au o pozitie fixa si pot fi indoite la unghiuri cuprinse intre 0 si 60 de grade. Microscoapele mai scumpe au un cap care poate fi rotit 360 de grade, astfel incat doi sau mai multi observatori sa poata vedea specimenul fara a fi nevoie sa se deplaseze sau sa roteasca intreg microscopul.

Exista cateva tipuri de capuri:

Monocular: la microscoapele cu un singur ocular. Acestea sunt modele mai economice. Un cap monocular care mai are un port vertical de observare este denumit cap pentru invatare si poate fi folosit si de o a doua persoana. In acest port se pot instala si camere de fotografiat.

Binocular: un microscop cu doua oculare, unul pentru fiecare ochi. Sunt in general folosite la microscoapele biologice cu puteri mari de marire sau la microscoapele stereo. Sunt mai comfortabile ca si cele monoculare. Exista mai multe tipuri de capuri binoculare in functie de modul in care se ajusteaza distanta interpupilara (IPD): (1) seidentoff –IPD este ajustata rotind ocularele sus-jos. (2) slider – IPD este ajustabil miscand ocularele mai aproape sau mai departe unul de altul.

Trinocular: un microscop cu cap binocular pentru observatii si cu un al treilea port care poate fi folosit pentru un al treilea ocular pentru o a doua persoana sau pentru a monta o camera. La multe microscoape, cantitatea de lumina poate fi ajustata (de la 30% la 70%) pentru cel de-al treilea port.

Capurile binoculare contin prisme care transmit razele de lumina de la obiective la oculare. Cele doua oculare trebuie aliniate cu pupilele utilizatorului pentru observatii comfortabile si imagini clare. Procedeul se numeste ajustarea distantei interpupilare (IPD)

Adaptorul de obiective

Adaptorul de obiective este rotativ si se afla deasupra platformei microscoapelor biologice si poate sustine mai multe obiective, cu puteri diferite de marire. Rotind obiectivele si plasandu-le pe traseul luminii si deasupra specimenelor puteti vedea specimenele la diferite puteri de marire. Cand se rotesc, obiectivele vor face clic in momentul in care ajung in pozitia corespunzatoare pentru observatii. In mod normal exista 3 sau 4 obiective (uneori cinci), cele mai populare puteri de mariri fiind de 4x, 10x, 40x, 100x.

Uneori, obiectivele de 40x si 100x pot fi retractate usor pentru a preveni contactul cu suportul specimenului sau cu obiectul. Unele adaptoare de obiective se numesc “inversate” deoarece obiectivele se monteaza intre cap si adaptor.

La microscoapele stereo adaptorul poate fi o singura carcasa ce adaposteste obiectivul sau poate fi rotativ, avand doua obiective.

Bratul

Este acea parte a microscopului care include mecanismul de focusare si pe care este montata platforma. Bratul ofera rigiditate microscopului, pornind de la baza.  Atunci cand vrem sa miscam un microscop trebuie sa il tinem cu o mana de brat si cu cealalta de sub baza. Cateva tipuri de brate:

Fixe – bratul si corpul sunt parti integrate ale microscopului si sunt conectate solid cu baza.

Stalp – porneste vertical din baza. Corpul microscopului se poate roti in jurul postului si poate fi miscat in sus sau jos

Universal – sustine corpul microscopului. Are posibilitatea de a fi ajustat pentru a alinia microscopul in diferite configuratii. Este cel mai putin popular tip de brat.

Baza

Baza este suportul inferior al microscopului. Ofera echilibru, stabilitate si rigiditate. Gazduieste componentele electrice necesare iluminarii.

Tuburile pentru oculare

Se mai numesc si tuburi de observatie.  Sunt atasate bratului, deasupra adaptorului pentru obiective. Sunt de obicei pozitionate la 30 de grade sau 45 de grade pentru a asigura observatii comfortabile. In capat, au o lentila speciala, numita lentila tubului. Lungimea tubului are marime fixa care echivaleaza cu distanta dintre capatul obiectivului si punctul in care se formeaza imaginea focusata. Aceasta distanta este hotaratoare in ceea ce priveste posibilitatea de a schimba componentele optice.

Lentila tubului

La capatul tubului pentru oculare se afla o lentila numita lentila tubului. Functia sa este de a aduna razele paralele de lumina proiectate de obiective si de a le concentra in planul

diafragmei ocularului. Pe unele microscoape lentila tubului este inclusa chiar in corpul microscopului.

Platforma

Se afla sub obiective, si pe ea sunt asezate specimenele sau obiectele pe care doriti sa le observati. Au o suprafata fina, plana care poate fi circulara sau rectangulara. La cele mai multe microscoape biologice platforma se misca sus-jos in timp ce adaptorul pentru obiective este fix. Platforma are un orificiu care permite trecerea luminii. Exista platforme simple, dar si complexe, cum ar fi cele mecanice.

Cu cat o platforma este mai complexa si mai scumpa, cu atat mai usor va va fi sa centrati specimenul. O scala de tip Vernier pe platforma va poate oferi posibilitatea sa efectuati masuratori.

La microscoapele stereo, o platforma-placuta este instalata peste iluminatorul inferior, intr-un orificiu circular. De obicei este o sticla aproape opaca sau o placa de plastic cu doua fete (alba si neagra) care sunt folosite pentru a mari contrastul diferitelor specimene iluminate de iluminatorul superior.

Distanta de lucru a platformei este zona disponibila pentru amplasarea specimenelor

Termeni asociati microscoapelor

Puterea de marire – puterea de marire a unui microscop poate fi determinata inmultind puterea de marire a obiectivelor cu puterea de marire a ocularelor. De exemplu, un obiectiv 40x folosit impreuna cu un ocular 10x ofera o putere de marire a microscopului de 400x. Puterea de marire indica de cate ori mai mare apare imaginea specimenului fata de cum este vazuta cu ochiul liber.

Puterile mai mici de marire permit formarea de imagini mai luminoase, mai clare si ofera un camp vizual mai larg. Puterile mai mari,ofera imagini mai intunecate un pic si un camp vizual mai ingust. Atunci cand faceti observatii, incepeti cu o putere de marire mai mica si continuati cu puteri mai mari. Puterile mari de marire sunt nefolositoare daca rezolutia nu este buna. Daca puterea de marire creste fara ca si detaliile sa se imbunatateasca atunci avem de-a face cu o “marire goala”. Daca aveti nevoie de mariri mari folositi un obiectiv mai puternic, mai degraba decat un ocular puternic.  De exemplu, folosind un obiectiv 40x si un ocular 10x obtineti o imagine mai buna decat daca folositi un obiectiv 20x si un ocular 20x, chiar daca puterea de marire este identica, 400x.

Camp vizual – este diametrul cercului de lumina pe care il vedeti cand priviti prin microscop si se masoara in milimetri. Puterile de marire mai mici ofera un camp vizual mai mare. Daca mariti puterea, campul vizual se va ingusta.  Exista oculare cu camp larg sau super-larg, a caror camp vizual este mai mare decat al ocularelor standard.

Profunzimea campului – reprezinta o caracteristica a obiectivelor si indica cel mai apropiat punct si cel mai indepartat punct in campul vizual, care sunt in focus simultan. Obiectivele cu putere mica de marire au o profunzime de camp mai mare decat obiectivele cu puteri mari de marire.

Adancimea de focus – indica cel mai indepartat punct si cel mai apropiat punct din planul filmului (fotomicrologie) sau in planul CCD-ului (video microfotografie) care se afla simultan in focus. Este reversul profunzimii de camp – este mai mare la obiectivele cu putere mare de marire.

Planeitatea campului – o calitate care descrie aparenta campului vizual ca fiind plan de la o margine la alta.

Luminozitate – cat de luminoasa sau intunecata este o imagine? Luminozitatea este strans legata de sistemul de iluminare folosit. Mai este legat si de N.A. al obiectivului – cu cat apertura este mai mare cu atat imaginea va fi mai luminoasa.

Contrast – raportul partilor luminoase si intunecate dintr-o imagine. Arata cat de bine este definit specimenul. Este influentat de sistemul de iluminare

Colimarea (alinierea) – centrarea tuturor elementelor optice pe o singura axa

Accesorii pentru microscop

Lame cu preparate – pentru cei care nu doresc sa prepare propriile lame sau pentru cei care doresc sa-si imbogateasca colectia de lame cu preparate. Aceste lame deschid drumul catre lumea micro-organismelor. Pentru cele mai bune rezultate folositi doar lame de sticla cu dimensiunea de 1”x3”

Filtre – se pot dovedi utile in cresterea contrastului si corectia de culoare pentru observatii, nu si pentru fotografie. Albastru este cel mai folosit filtru deoarece absoarbe lumina rosie si galbena a becurilor de la iluminatoarele care se intalnesc la foarte multe microscoape. Filtrele verzi, galbene sau semi-opace dau efecte variate. Toate filtrele ar trebui testate pentru a observa modificarile care apar in functie de tipul folosit.

Lame goale – destinate celor care doresc sa realizeze propriile preparate. Cele de o calitate mai buna sunt fabricate din sticla. Unele ar putea avea o mica depresiune pentru a sustine in ea cateva picaturi de lichid.

Lamele (sticla de protectie) – extrem de subtiri, din plastic sau sticla. Se aseaza deasupra specimenului pentru a-l proteja in timpul observatiilor sau al depozitarii si pentru a presa preparatele temporare. Au diferite grosimi care corespund unui numar inscris pe obiectiv, pentru a oferi cele mai bune rezultate.

Kit pentru realizarea de preparate – contine lame goale, lamele, substante pentru colorarea obiectelor si specimenelor, instrumente de disectie, etichete, etc. care sunt extrem de folositoare.

Camere si adaptoare foto – pentru foto-micrografie prin microscop. Cea mai populara forma de capturare a imaginilor este folosirea de camere digitale sau camere CCD. Majoritatea camerelor sunt folosite ca accesorii ale microscoapelor, impreuna cu adaptoare pentru atasarea lor la tuburile pentru oculare – atat la microscoapele biologice cat si la microscoapele stereo. Exista diferite adaptoare pentru atasarea camerelor digitale sau cu film la un anumit tip de microscop.

Accesorii specializate – unele microscoape sunt construite pentru a fi folosite cu anumite tipuri de kituri sau adaptoare dedicate – kit pentru contrast de faza, adaptor pentru camp inchis sau kit de polarizare.

Aberatii optice

Aberatiile reprezinta orice eroare care duce la aparitia imprfectiunilor intr-o imagine. Astfel de erori se pot datora design-ului, modului de fabricare. Este imposibila constructia unui microscop perfect. Mici aberatii sunt prezente la orice microscop si in general sunt cu atat mai putin vizibile cu cat pretul microscopului este mai mare. Nu trebuie sa va nelinistiti din cauza aberatiilor optice, decat daca sunt severe si deranjante.

Extremele, din acest punct de vedere, sunt microscoapele plan-optice care au o performanta incredibila si cele mai putine aberatii si microscoapele cu elemente optice din plastic, cu o performanta nemultumitoare si cu multe aberatii

Aberatia cromatica – incapacitatea de a aduce lumina de diferite lungimi de unda intr-un singur punct de focus. Se pot vedea halouri langa marginile campului vizual sau in jurul specimenului. Aberatiile cromatice sunt inerente lentilelor acromate, care sunt folosite standard la obiectivele microscoapelor. Obiectivele bine construite mentin aceste aberatii cromatice in limite acceptabile.

Distorsiunea – in general provocata cand puterea de marire variaza intre centrul campului vizual si margine. O linie dreapta va aparea curbata in zona apropiata de margini. Curbele pot fi orientate spre exterior (barrel distortion) sau spre interior (pincushion distortion)

Curbarea campului – este cauzata de razele de lumina care nu focuseaza in acelasi plan. Centrul campului poate fi clar iar imaginea pe margini sa nu fie focusata sau invers.

Aberatii de sfericitate – apar atunci cand razele de lumina la distante diferite fata de centrul optic focuseaza in puncte diferite pe axa. Apar imagini neclare si nu veti putea focusa niciun obiect.

Microscopul electric

Inventia microscopului electronic a fost posibila in urma unor studii experimentale si teoretice in fizica si inginerie. Principalul concept pe care microscopul electronic s-a format: electronii au unda asociata. Acesta a fost ipotetizat de catre fizicianul francez Printul Luis Victor de Broglie in 1924. In 1927, ipoteza lui de Broglie a fost verificata experimental de catre fizicienii americani Clinton J. Davisson si Lester H. Germer si independent de catre fizicianul englez George Paget Thomson. In 1932 inginerii germani Max Knoll si Ernst Ruska construiesc primul microscop de transmisie electronica. In 1938 Ruska si inginerul german Bodo von Borries construiesc primul model al comercialului M. E. T. pentru Siemens-Halske Company din Berlin, Germania. Inginerul englez Sir Charles Oatley a inventat M. E. S. -ul. Ernst Ruska a realizat primele experimente cu ajutorul microscopului electronic construit de el insusi, primul de acest fel din lume, in care rolul razelor de lumina era indeplinit de un fascicul de electroni ce traversau mai multe lentile electronice. Primul microscop electronic putea mari imaginea obiectelor doar de 400 de ori.Se stie ca puterea separatoare a intrumentelor optice este invers proportionala cu lungimea de unda a radiatiei utilizate. Microscoapele optice nu vor putea da imagini clare ale unor obiecte cu dimensiuni mai mici de circa 0, 15 µ m. Puterea separatoare a putut fi sensibil marita cu ajutorul microscopului electronic, deorece lungimea de unda a undei asociate electronului este mult mai mica decat a radiatiilor vizibile sau ultraviolete utilizate de microscopul optic.Microscoapele pot doar sa mareasca structuri care sunt mai mari decat lungimea undelor (unda luminoasa). Acestea pot obtine mult mai multa putere de marire decat microscoapele standard ce folosesc lumina solara pentru ca electronii au lungime de unda asociata mai mica decat cea a lungimea de unda a luminii. Cea mai mare marire posibila este de 2 000 X decat cea initiala. Microscoapele electronice moderne pot ajunge la magnificari de aproximativ 1 000 000 XDin punct de vedere constructiv, microscopul electronic are o structura mult mai complexa decat microscopul optic. Totusi, partile principale ale microscopului electronic indeplinesc aceleasi functii ca si lentilele microscopului optic. Ele sunt magnetice sau electrice, dupa cum devierea fasciculului de electroni are loc intr-un camp magnetic sau intr-un camp electric.In cazul microscopului electronic, electronii pe toata traiectoria lor de la sursa pana la imaginea finala - se deplaseaza in vid. Pentru ca imaginea electronica sa fie vizibila, este necesar ca aceasta sa fie transformata intr-una luminoasa. In acest scop, in planul imaginii finale se afla un ecran fluorescent.

SURSA 02

Microscopul electronic este folosit in diferite domenii de cercetare, dar una din utilizarile curente este in domeniul cercetarilor medicale si biologice. Substantele biologice, in general, nu pot fi studiate sub forma vie, deoarece la o tensiune curenta de 30-50 000 V, timpul de expunere a probelor biologice in vid este destul de lung, ceea ce conduce la distrugerea tesuturilor vii. In 1962 a fost pus la punct un microscop electronic pentru cercetarile biologice pe viu. La acest microscop se foloseste o tensiune de 2 000 000 V, ceea ce conduce la micsorarea sensibila a timpului de expunere si deci si la o absorbtie mult mai mica a fasciculului de electroni in proba biologica. Ulterior s-au construit si alte microscoape protonice si ionice care au condus la mariri de 10 -15 ori mai mari decat cele obtinute cu microscopul electronic. Cu ajutorul microscopului ionic s-au obtinut fotografii clare ale pozitiilor atomilor in reteaua cristalina.Microscopul electronic foloseste electronii in loc de lumina zilei pentru a produce imagini marite ale unor obiectelor. Oamenii de stiinta folosesc microscopul electronic in diferite domenii de cercertare incluzand

medicina, biologie, chimie, metalurgie, entomologie (studiul insectelor) si FIZICA. Inca din 1930 cand a fost folosit pentru prima data microscopul electronic a revolutionat studiul structurilor microscopice si al suprafetelor.Microscoapele electronice s-au dovedit a fi unelte puternice de cercetare pentru investigarea structurii principale a materiei in special in curtea medicinei, biologie si stiinta materiei solide. Acestea au ajutat de exemplu pentru a descoperii natura structurii suprafetei a unei varietati de metale si confirmarea formei si comportamentului bacteriilor la fel si a celulelor animale si umane. Sunt importante in cercetarea efectelor variatelor manipulatii sau tratamente ale acestor variate tipuri de subiecte ale materiei. Oamenii de stiinta si ziaristii adeseori adauga culoare inaltei calitati a detaliului microscopului pentru a creste interesul, pentru a ajuta la imagine si pentru a sublinia ariile importante in care acesta isi joaca rolul sau important, vital in domeniul vast al stiintei. Microscopul electronic a dat stiintei si mediului fotografic si video remarcabile imagini cum ar fi “fetle insectelor”, formele organismelor microscopice si suprafata structurii moleculelor ale noilor, de ultima generatie, obiecte si alte substante. De asemeni devin importante pentru autopsie in centrele medicale.

SURSA 03

Un microscop electronic este un tip de microscop care foloseşte electroni pentru a ilumina specimenul şi a crea o imagine mărită a acestuia. Microscoapele electronice au rezoluţie superioară microscoapelor cu lumină, şi pot mări de mult mai multe ori imaginea. Unele microscoape electronice ajung să mărească de 2 milioane de ori, pe când cele mai bune microscoape cu lumină măresc de 2 000 de ori.Primul microscop electronic a fost construit în 1931 de către inginerii germani Ernst Ruska şi Max Knoll. Acesta era bazat pe ideile şi descoperirile fizicianului francez Louis de Broglie. Deşi primitiv şi nepotrivit utilizărilor practice, instrumentul era capabil să mărească obiectele de patru sute de ori.Reinhold Rudenberg, directorul de cercetări al companiei Siemens, a patentat microscopul electronic în 1931, deşi Siemens nu făcea cercetări în domeniul microscoapelor electronice la acea vreme. În 1937 Siemens a început să-i finanţeze pe Ruska şi pe Bodo von Borries pentru dezvoltarea unui microscop electronic. Siemens l-a angajat şi pe fratele lui Ruska, Helmut să lucreze la aplicaţii, în particular cu specimene biologice.În acelaşi deceniu, Manfred von Ardenne a inventat microscopul electronic cu scanare şi un microscop electronic universal.Siemens a început producţia comercială a microscopului electronic cu transmisie în 1939, dar până atunci primul microscop electronic cu utilizare practică fusese construit la Universitatea Toronto în 1938, de către Eli Franklin Burton şi studenţii Cecil Hall, James Hillier şi Albert Prebus.Deşi microscoapele electronice moderne pot mări obiectele de până la două milioane de ori, toate se bazează pe prototipul lui Ruska. Microscopul electronic este nelipsit în multe laboratoare. Cercetătorii îl folosesc pentru a examina material biologic (cum ar fi microorganisme şi celule), diferite molecule mari, probe de biopsie medicală, metale şi structuri cristaline, şi caracteristicile diferitelor suprafeţe. Microscopul electronic este folosit extensiv pentru inspecţia şi asigurarea calităţii în industrie, inclusiv, în mod deosebit, în fabricarea dispozitivelor semiconductoare.Cel mai puternic microscop din lume a fost anunţat la inceputul lui 2008. Transmission electron aberration-corrected microscope, prescurtat "TEAM" atinge rezoluţia de 0,5 Ångström, in jur de 1 milion de ori mai mic decât diametrul unui fir de păr.Tipuri de microscoape electroniceMicroscopul electronic cu transmisieForma originală a microscopiei electronice, microscopia electronică cu transmisie implica o rază de electroni la tensiune înaltă emisă de un catod, de regulă filament de tungsten, şi focalizată de lentile electrostatice şi electromagnetice. Raza de electroni care a fost transmisă printr-un specimen parţial transparent pentru electroni transportă informaţie despre structura internă a specimenului în raza care ajunge la sistemul de formare a imaginii. Variaţia spaţială a acestei informaţii ("imaginea") este apoi mărită de o serie de lentile electromagnetice până când este înregistrată la coliziunea cu un ecran fluorescent, placă fotografică, sau senzor de lumină cum ar fi un senzor CCD. Imaginea detectată de CCD poate fi afişată în timp real pe un monitor sau transmisă pe loc unui calculator.Rezoluţia unui microscop electronic cu transmisie este limitată în principal de aberaţia de sfericitate, dar o nouă generaţie de sisteme de corecţie a aberaţiilor a avut ca efect depăşirea parţială a aberaţiilor sferice şi creşterea rezoluţiilor. Corecţiile din software ale aberaţiei de sfericitate pentru microscoapele electronice cu transmisie de înaltă rezoluţie a permis producerea unor imagini cu rezoluţie suficient de bună pentru a evidenţia atomi de carbon în diamante, aflaţi la distanţe de doar 0.89 ångströmi (89 picometri) unii de alţii şi atomi din silicon la distanţe de 0.78 ångströmi (78 picometri), mărind de 50 de milioane de ori. Capacitatea de a determina poziţiile

atomilor în cadrul materialelor a făcut din acest tip de microscop o unealtă importantă pentru cercetarea şi dezvoltarea din domeniul nanotehnologiilor.Prin utilizarea grafenului ca purtător de specimen rezoluţia acestui tip de microscop a putut fi mărită recent (2008) în mod foarte eficient.Microscopul electronic cu scanareSpre deosebire de MET, unde raza de electroni la tensiune înaltă formează imaginea specimenului, microscopul electronic cu scanare produce imagini prin detecţia electronilor secundari, cu energie scăzută, emisi de pe suprafaţa specimenului datorită excitării acestuia de către raza principală de electroni. În MES, raza de electroni parcurge întreg specimenul, detectorii construind o imagine prin maparea semnalelor detectate la poziţia razei.În general, rezoluţia MET este de regulă cu un ordin de mărime mai mare decât cea a MES, dar, datorită faptului ca imaginea produsă de microscoapele cu scanare se bazează pe procese de suprafaţă şi nu pe transmisie, este capabil să vizualizeze probe mai mari, şi are o adâncime de penetrare mult mai mare, producând astfel imagini care sunt o bună reprezentare tridimensională a probei.Microscopul electronic cu reflexieÎn plus, există şi microscoape electronice cu reflexie (MER). Ca şi MET, această tehnică implică raze de electroni incidente pe o suprafaţă, dar în loc să folosească electronii transmişi, sau cei secundari, se detectează raza reflectată.Microscopul electronic cu scanare şi transmisieMEST combină înalta rezoluţie a MET cu funcţionalităţile MES, permiţând folosirea unei game de tehnici de analiză imposibil de atins cu MET convenţionale.

Mersul razelor de lumina prin microscopul optic.