Микроскоп и его составные части. Правила работы с микроскопом Из чего состоит микроскоп и описание

Главная

Болезни ЖКТ

Лабораторное занятие по ботанике №1

Тема: «Строение микроскопа. Приготовление временных препаратов. Строение растительной клетки. Плазмолиз и деплазмолиз.»

Цель: 1. Изучить строение микроскопа (марок - МБР, МБИ, Биолам), назначение его частей. Усвоить правила работы с микроскопом.

2. Усвоить методику приготовления временных препаратов.
3. Изучить структурные основные компоненты растительной клетки: оболочку, цитоплазму, ядро, пластиды.
4. Познакомиться с явлением плазмолиза и деплазмолиза.
5. Научиться сравнивать между собой клетки различных тканей, находить в них одинаковые и различные черты.

Оборудование: микроскоп, набор для микрокопирования, раствор хлористого натрия или сахарозы, раствор йода в йодистом калии, полоски фильтровальной бумаги, глицерин, метиленовый синий, ломтики арбуза, томата, лук с антоцианом. микроскоп препарат клетка

1. Ознакомиться с устройством биологического микроскопа МБР - 1 или Биолам. Записать назначение основных частей.
2. Ознакомиться с устройством стереоскопических микроскопов МБС - 1.
3. Записать правила работы с микроскопом.
4. Усвоить методику изготовления временных препаратов.
5. Изготовить препарат эпидермы сочной чешуи лука и рассмотреть при малом увеличении участок эпидермы, состоящий из одного слоя клеток с хорошо заметными ядрами.
6. Изучить строение клетки при большом увеличении, сначала в капле воды, затем в растворе йода в йодистом калии.
7. В клетках чешуи лука вызвать плазмолиз, воздействуя раствором хлористого натрия. Затем перевести в состояние деплазмолиза. Зарисовать.

Общие замечания

Биологический микроскоп - это прибор, с помощью которого можно рассмотреть различные клетки и ткани растительного организма. Устройство этого прибора довольно просто, однако неумелое пользование микроскопом приводит к его порче. Вот почему необходимо усвоить строение микроскопа, основные правила работы с ним. В микроскопе любой марки выделяют следующие части: оптическую, осветительную и механическую. К оптической части относят: объективы и окуляры.

Объективы служат для увеличения изображения объекта и состоят из системы линз. Степень увеличения объектива находятся в прямой зависимости от числа линз. Объектив с большим увеличением имеет 8 - 10 линз. Первую линзу, обращенную к препарату, называют фронтальной. Микроскоп МБР - 1 снабжен тремя объективами. Увеличение объектива обозначено на нем цифрами: 8х, 40х, 90х. Различают рабочее состояние объектива, т. е. расстояние от покровного стекла до фронтальной линзы. Рабочее расстояние при объективе 8х равно 13,8 мм, при объективе 40х - 0,6 мм, при объективе 90х - 0,12 мм. Необходимо очень аккуратно и бережно обращаться с объективами большего увеличения, чтобы ни в коем случае не повредить фронтальную линзу. С помощью объектива в тубусе получают увеличенное, действительное, но обратное изображение объекта и выявляют детали его структуры. Окуляр служит для увеличения изображения, идущего от объектива и состоит из 2 - 3 линз, вмонтированных в металлический цилиндр. Увеличение окуляра обозначено на нем цифрами 7х, 10х,15х.

Для определения общего увеличения следует умножить увеличение объектива на увеличение окуляра.

Осветительное устройство состоит из зеркала, конденсора с ирисовой диафрагмой и предназначено для освещения объекта пучком света.

Зеркало служит для собирания и направления лучей света, падающего от зеркала на объект. Ирисовая диафрагма расположена между зеркалом и конденсором, состоит из тонких металлических пластинок. Диафрагма служит для регулирования диаметра светового потока, направляемого зеркалом через конденсор на объект.

Механическая система микроскопа состоит из подставки микро - и макровинтов, тубусодержателя, револьвера и предметного столика. Микрометрический винт служит для незначительного перемещения тубусодержателя, а и объектива, на расстояния, измеряемые микрометрами (мкм). Полный оборот микровинта передвигает тубусодержатель на 100 мкм, а поворот на одно деление на 2 мкм. Во избежание порчи микрометрического механизма разрешается поворачивать микрометрический винт в сторону не более чем на половину оборота.

Макровинт используют для значительного перемещения тубусодержателя. Обычно пользуются им при фокусировке объекта на малом увеличении. В тубус - цилиндр сверху вставляют окуляры. Револьвер предназначен для быстрой смены объективов, которые ввинчены в его гнезда. Центрированное положение объектива обеспечивает защелка, расположенная внутри револьвера.

Предметный столик предназначен для расположения на нем препарата, который фиксируется на нем с помощью двух замков.

Правила работы с микроскопом

1. мягкой салфеткой протирают оптическую часть микроскопа.
2. ставят микроскоп у края стола так, чтобы окуляр находился на против левого глаза экспериментатора и в течение работы микроскоп не передвигают. Тетрадь и все предметы, необходимые для работы располагают справа от микроскопа.
3. открывают полностью диафрагму. Конденсор ставят в полуопущенное положение.
4. при помощи зеркала настраивают солнечный «зайчик», глядя в отверстие предметного столика. Для этого линза конденсора, находящегося под отверстием предметного столика, должна быть ярко освещена.
5. переводят микроскоп при малом увеличении (8х) в рабочее положение - устанавливают объектив на расстоянии 1 см от предметного столика и, глядя в окуляр, проверяют освещенность поля зрения. Оно должно быть ярко освещено.
6. на предметный столик помещают изучаемый объект и медленно поднимают тубус микроскопа до появления четкого изображения. Просматривают весь препарат.
7. для изучения какого - либо участка объекта при большом увеличении сначала ставят этот участок в центр поля зрения малого объектива. После этого поворачивают револьвер так, чтобы объектив 40х занял рабочее положение (объектив не поднимать!). С помощью микроскопа добиваются четкой видимости изображения объекта.
8. после окончания работы переводят револьвер с большого увеличения на малое. Снимают с рабочего столика объект, переводят микроскоп в нерабочее состояние.

Методика приготовления микропрепарата

1. на предметное стекло наносят каплю жидкости (вода, спирт, глицерин).
2. препаровальной иглой берут часть объекта и помещают его в каплю жидкости. Иногда делают срез изучаемого органа при помощи бритвы. Затем, выбрав самый тонкий срез, кладут его на предметное стекло в каплю жидкости.
3. закрывают объект покровным стеклом так, чтобы под него не попал воздух. Для этого покровное стекло берут двумя пальцами за грани, проводят нижнюю грань к краю капли жидкости и плавно опускают, придерживая его препаровальной иглой.
4. препарат помещают на предметный столик и рассматривают.

Ход лабораторного занятия

Из мясистой чешуи луковицы скальпелем вырезать небольшой кусочек (около 1 см 2). С внутренней стороны (вогнутой) пинцетом снять прозрачную пленку (эпидерму). Положить в приготовленную каплю и наложить покровное стекло.

При слабом увеличении найти наиболее освещенное место (наименее поврежденное, без складок и пузырьков). Перевести на сильное увеличение. Рассмотреть и зарисовать одну клетку. Отметить оболочку с порами, постенный слой цитоплазмы, ядро с ядрышками, вакуоль с клеточным соком. Затем с одной стороны покровного стекла капают раствор хлористого натрия (плазмолитик). С противоположной стороны, не сдвигая препарата, начинают отсасывать воду кусочками фильтровальной бумаги, при этом необходимо смотреть в микроскоп и следить за тем, что происходит в клетках. Обнаруживают постепенное отхождение протопласта от оболочки клетки, вследствие выхода воды из клеточного сока. Наступает такой момент, когда протопласт внутри клетки отделяется от оболочки полностью и принимает полный плазмолиз клетки. Затем меняют плазмолитик водой. Для этого осторожно помещают каплю воды на границу покровного стекла с предметными медленно отмывают препарат от плазмолитика. Наблюдают, что постепенно клеточный сок заполняет весь объем вакуоли, цитоплазма применяется к оболочке клетки, т.е. наступает деплазмолиз.

Следует зарисовать клетку в плазмолированном и деплазмолированном состояниях, обозначить все части клетки: ядро, оболочку, цитоплазму.

По таблицам зарисовать схему субмикроскопического строения растительной клетки, обозначить все компоненты.

Кожица лука

Цитоплазма ядро оболочка

Кожица лука. Органоиды клетки.

Цитоплазма - это обязательная составная часть клетки, в которой происходят сложные и разнообразные процессы синтеза, дыхания, роста.

Ядро - одно из важнейших органоидов клетки.

Оболочка - это поверхностный слой, обтягивающий покрывающий что - нибудь.

Плазмолиз при добавлении раствора натрий хлор

Плазмолиз - это отставание цитоплазмы от клеточной оболочки, которое происходит в результате потери воды вакуолью.

Деплазмолиз

Деплазмолиз - это явление при котором протопласт возвращается в обратное состояние.

Плазмолиз при добавлении сахарозы

Деплазмолиз при добавлении сахарозы

Вывод: Сегодня мы ознакомились с устройством биологического микроскопа, так же усвоили методику приготовления временных препаратов. Мы изучали основные структурные компоненты растительной клетки: оболочку, цитоплазму, ядро на примере кожицы лука. И ознакомились с явлением плазмолиза и деплазмолиза.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие части клетки можно рассмотреть в оптический микроскоп?
2. Субмикроскопическое строение растительной клетки.
3. Какие органеллы составляют субмикроскопическую структуру ядра?
4. Каково строение цитоплазматической мембраны?
5. Отличия растительной клетки от животной?
6. Как доказать проницаемость клеточной мембраны?
7. Значение плазмолиза и деплазмолиза для растительной клетки?
8. Как осуществляется связь между ядром и цитоплазмой?
9. Место изучения темы «Клетка» в курсе общей биологии средней школы.

Литература

1. А.Е. Васильев и др. Ботаника (анатомия и морфология растений), «Просвещение», М,1978, с.5-9, с.20-35
2. Киселева Н.С. Анатомия и морфология растений. М. «Высшая школа»,1980, с.3-21
3. Киселева Н.С., Шелухин Н.В. Атлас по анатомии растений. . «Высшая школа»,1976
4. Хржановский В.Г. и др. Атлас по анатомии и морфологии растений. «Высшая школа», М., 1979, с.19-21
5. Воронин Н.С. Руководство к лабораторным занятиям по анатомии и морфологии растений. М., 1981, с.27-30
6. Тутаюк В.Х. Анатомия и морфология растений. М. «Высшая школа»,1980, с.3-21
7. Д.Т. Конысбаева ПРАКТИКУМ ПО АНАТОМИИ И МОРФОЛОГИИ РАСТЕНИЙ

Изучение морфологических признаков микробов - их формы, строения и величины клеток, способности к движению и пр. - производится с помощью оптического прибора - микроскопа (от греческого «микрос» - малый, «скопео» - смотрю). Из выпускаемых биологических микроскопов лучшими являются МБИ-1, МБИ-2, МБИ-3, МБР-1 и некоторые другие.

Основные части микроскопа: оптическая система (объектив и окуляр), осветительная оптическая система (конденсор и зеркало) и механическая часть. Оптическая система создает увеличенное изображение объекта. Механическая часть обеспечивает перемещение оптической системы и наблюдаемого объекта (предмета). Основными частями механической системы микроскопа (рис. 60) являются: штатив, предметный столик, тубусодержатель с револьвером и винты для передвижения тубуса - макрометрический и микрометрический.

Макрометрический винт (кремальера, или зубчатка) служит для грубой наводки микроскопа. Микрометрический винт является механизмом тонкой подачи и служит для окончательной, точной фокусировки микроскопа на препарат. Полный оборот микровинта передвигает тубус микроскопа на 0,1 мм. Микрометрический винт является одной из наиболее хрупких частей микроскопа, и обращаться с ним нужно особенно осторожно. Наиболее четкое и ясное изображение получают передвижением тубуса с помощью макро- и микрометрического винтов при соответствующей настройке освещения. Тубус микроскопа закреплен в верхней части штатива в тубусодержателе. Предметный столик также укреплен в верхней части штатива. У современных микроскопов предметный столик почти всегда делается подвижным. Он приводится в движение двумя винтами, расположенными по обе стороны столика. При помощи этих винтов препарат вместе со столиком передвигается в разных направлениях, что в значительной степени облегчает рассмотрение препарата в различных его точках. Закрепление препарата на столике производится двумя клеммами (зажимами).

Кроме подвижных столиков, некоторые микроскопы снабжаются крестообразными столиками. Препараты в этом случае перемещают в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Две шкалы на столике позволяют отмечать интересующие исследователя участки препарата, с тем чтобы их можно было легко отыскать при повторном микроскопировании.

В нижней части тубусодержателя находится револьвер с отверстиями, снабженными нарезкой. В эти отверстия ввинчиваются объективы. Объективы составляют наиболее важную и дорогую часть микроскопа. Это сложная система двояковыпуклых линз, заключенных в металлическую оправу. Объективы увеличивают рассматриваемый предмет, давая действительное увеличенное обратное изображение.

Все объективы делятся на ахроматы и апохроматы. Ахроматы более распространены вследствие своей простоты и дешевизны. В них имеется шесть линз, изготовленных из оптического стекла. Изображение, получаемое с помощью ахроматов, наиболее резкое в центре. Края поля вследствие хроматической аберрации часто бывают окрашены в синий, желтый, зеленый, красный и другие цвета. Апохроматы состоят из большего числа линз (до 10). Для их изготовления употребляется стекло различного химического состава: борное, фосфорное, флюорит, квасцы. В апохроматах в значительной степени устранена хроматическая аберрация.

Обычно микроскопы снабжаются тремя объективами, на которых указывается даваемое ими увеличение: объективы 8Х (малое увеличение), 40Х (среднее увеличение) и 90Х (большое увеличение). Объективы 8Х и 40X являются сухими системами, так как при работе с ними между препаратом и объективом находится слой воздуха. Лучи света, проходя сквозь среды различной плотности (показатель преломления воздуха п=1, стекла п=1,52) и попадая из среды более плотной (стекло) в менее плотную (воздух), сильно отклоняются и не полностью попадают в объектив микроскопа. Поэтому сухими объективами можно пользоваться только при сравнительно небольших увеличениях (до 500-600 раз).

Чем больше увеличение, тем меньшего диаметра должны быть линзы. Поэтому при больших увеличениях слишком малая часть лучей попадает в линзу объектива и изображение получается недостаточно отчетливое. Во избежание этого прибегают к иммерсии (погружению) объектива в среду, имеющую коэффициент преломления, близкий к коэффициенту преломления стекла. Таким иммерсионным, или погружаемым, объективом в биологических микроскопах является объектив 90X. При работе между этим, объективом ц предметным стеклом помещают каплю иммерсионного (чаще всего кедрового) масла, коэффициент преломления которого равен 1,51. Объектив погружают непосредственно в масло, световые лучи проходят через однородную систему не преломляясь и не рассеиваясь, что способствует получению четкого изображения рассматриваемого объекта.

В верхнюю часть тубуса микроскопа вставляется окуляр. Окуляр состоит из двух собирающих линз: одной, обращенной к объективу, и второй, обращенной к глазу. Между ними в окуляре имеется диафрагма, которая задерживает боковые лучи и пропускает лучи, параллельные оптической оси. Это обеспечивает более контрастное промежуточное изображение. Глазная линза окуляра увеличивает изображение, полученное от объектива. Окуляры изготовляются с собственным увеличением в 7Х, 10Х, 15Х раз. Общее увеличение микроскопа равняется произведению увеличения объектива на увеличение окуляра. При комбинировании окуляров с объективами можно получить различные увеличения - от 56 до 1350 раз.

Конденсор представляет собой двояковыпуклую линзу, которая собирает отраженный от зеркала свет в пучок и направляет его в плоскость препарата, что обеспечивает наилучшее освещение объекта. Поднятием и опусканием конденсора можно регулировать степень освещенности препарата. В нижней части конденсора расположена ирис-диафрагма, посредством которой также можно менять яркость освещения, суживая или, наоборот, полностью раскрывая ее.

Зеркало, имеющее две отражающие поверхности - плоскую и вогнутую, укреплено на качающемся рычажке, при помощи которого его можно устанавливать в любой плоскости. Вогнутой стороной зеркала пользуются редко - при работе со слабыми объективами. Зеркало отражает световые лучи и направляет их в объектив через ирис-диафрагму конденсора, конденсор и рассматриваемый объект. В нижней части оправы конденсора имеется откидная рамка, которая служит для установки светофильтров.

Микроскоп - сложный оптический прибор, он требует осторожного и бережного обращения, соответствующих навыков в работе. Надлежащий уход за прибором и тщательное соблюдение правил пользования гарантируют безупречность и долговременность его службы. Качество изображения в микроскопе в значительной степени зависит от освещения, поэтому настройка освещения является важной подготовительной операцией.

Работа с микроскопом может проводиться как при естественном, так и при искусственном освещении. При ответственных работах пользуются искусственным освещением, применяя осветитель ОИ-19. При естественном освещении нужно пользоваться рассеянным боковым, а не прямым солнечным светом.

Современные микроскопы МБИ-2, МБИ-3 снабжаются бинокулярными насадками типа АУ-12, имеющими собственное увеличение 1,5х, и прямым сменным тубусом (рис. 61). При использовании бинокулярной насадки микроскопирование облегчается, так как наблюдение производится обоими глазами и зрение не утомляется.

Термин «микроскоп» имеет греческие корни. Он состоит из двух слов, которые в переводе означают «маленький» и «смотрю». Основная роль микроскопа заключается в его применении при рассмотрении весьма малых объектов. При этом данный прибор позволяет определить размеры и форму, строение и иные характеристики невидимых невооруженным глазом тел.

История создания

Точных сведений о том, кто являлся изобретателем микроскопа, в истории нет. По одним данным, его в 1590 г. сконструировали отец и сын Янссены, мастера по изготовлению очков. Еще один претендент на звание изобретателя микроскопа - Галилео Галилей. В 1609 г. этим ученым был представлен прибор с вогнутой и выпуклой линзами на обозрение публики в Академии деи Линчеи.

С годами система для рассмотрения микроскопических объектов развивалась и совершенствовалась. Огромным шагом в ее истории стало изобретение простого ахроматически регулировавшегося двухлинзового устройства. Представил эту систему голландец Кристиан Гюйгенс в конце 1600-х годов. Окуляры данного изобретателя находятся в производстве и сегодня. Единственным их минусом является недостаточная широта поля обзора. Кроме того, по сравнению с устройством современных приборов окуляры Гюйгенса имеют неудобное расположение для глаз.

Особый вклад в историю микроскопа внес изготовитель подобных приборов Антон Ван Левенгук (1632-1723 гг.). Именно он привлек внимание биологов к этому устройству. Левенгук изготавливал небольшие по размеру изделия, оснащенные одной, но весьма сильной линзой. Использовать такие приборы было неудобно, но они не удваивали дефекты изображений, что присутствовало в составных микроскопах. Исправить этот недостаток изобретатели смогли только спустя 150 лет. Вместе с развитием оптики улучшилось качество изображения в составных приборах.

Совершенствование микроскопов продолжается и в наши дни. Так, в 2006 г. немецкими учеными, работающими в институте биофизической химии, Мариано Босси и Штефаном Хеллем, был разработан новейший оптический микроскоп. Из-за возможности наблюдать предметы с размерами в 10 нм и трехмерные высококачественные 3D-изображения прибор назвали наноскопом.

Классификация микроскопов

В настоящее время существует большое разнообразие приборов, предназначенных для рассмотрения малых по величине объектов. Их группирование производится исходя из различных параметров. Это может быть назначение микроскопа или принятый способ освещения, строение, использованное для оптической схемы и т. д.

Но, как правило, основные виды микроскопов классифицируются по величине разрешения микрочастиц, которые можно увидеть при помощи данной системы. Согласно такому делению, микроскопы бывают:
- оптическими (световыми);
- электронными;
- рентгеновскими;
- сканирующими зондовыми.

Наибольшее распространение получили микроскопы светового типа. Их богатый выбор имеется в магазинах оптики. При помощи подобных приборов решаются основные задачи по исследованию того или иного объекта. Все другие виды микроскопов относят к специализированным. Их использование производится, как правило, в условиях лаборатории.

Каждый из вышеперечисленных видов приборов имеет свои подвиды, которые применяются в той или иной сфере. Кроме того, сегодня есть возможность купить школьный микроскоп (или учебный), который является системой начального уровня. Предлагаются потребителям и профессиональные приборы.

Применение

Для чего нужен микроскоп? Человеческий глаз, будучи особой оптической системой биологического типа, имеет определенный уровень разрешения. Другими словами, существует наименьшее расстояние между наблюдаемыми объектами, когда их еще можно различить. Для нормального глаза такое разрешение находится в пределах 0,176 мм. А вот размеры большинства животных и растительных клеток, микроорганизмов, кристаллов, микроструктуры сплавов, металлов и т. п. намного меньше этой величины. Каким же образом изучать и наблюдать подобные объекты? Вот здесь на помощь людям и приходят различные виды микроскопов. К примеру, приборы оптического типа позволяют различить структуры, у которых расстояние между элементами составляет минимум 0,20 мкм.

Как устроен микроскоп?

Прибор, с помощью которого человеческому глазу становится доступным рассмотрение микроскопических объектов, имеет два основных элемента. Ими являются объектив и окуляр. Закреплены данные части микроскопа в подвижном тубусе, располагающемся на металлическом основании. На нем же имеется и предметный столик.

Современные виды микроскопов, как правило, оснащены осветительной системой. Это, в частности, конденсор, имеющий ирисовую диафрагму. Обязательной комплектацией увеличительных приборов являются микро- и макровинты, которые служат для настройки резкости. В конструкции микроскопов предусматривается и наличие системы, управляющей положением конденсора.

В специализированных, более сложных микроскопах нередко используются и иные дополнительные системы и устройства.

Объективы

Начать описание микроскопа хотелось бы с рассказа об одной из его основных частей, то есть с объектива. Они является сложной оптической системой, увеличивающей размеры рассматриваемого предмета в плоскости изображения. Конструкция объективов включает в себя целую систему не только одиночных, но и склеенных по две или три штуки линз.

Сложность подобной оптико-механической конструкции зависит от круга тех задач, которые должны быть решены тем или иным прибором. Например, в самом сложном микроскопе предусматривается до четырнадцати линз.

В составе объектива находятся фронтальная часть и системы, последующие за ней. Что является основой для построения изображения нужного качества, а также определения рабочего состояния? Это фронтальная линза или их система. Последующие части объектива необходимы для обеспечения требуемого увеличения, фокусного расстояния и качества изображения. Однако осуществление таких функций возможно только в сочетании с фронтальной линзой. Стоит сказать и о том, что конструкция последующей части влияет на длину тубуса и высоту объектива прибора.

Окуляры

Эти части микроскопа представляют собой оптическую систему, предназначенную для построения необходимого микроскопического изображения на поверхности сетчатки глаз наблюдателя. В составе окуляров находятся две группы линз. Ближайшая к глазу исследователя называется глазной, а дальняя - полевой (с ее помощью объектив выстраивает изображение изучаемого объекта).

Осветительная система

В микроскопе предусмотрена сложная конструкция из диафрагм, зеркал и линз. С ее помощью обеспечивается равномерная освещенность исследуемого объекта. В самых первых микроскопах данную функцию осуществляли По мере усовершенствования оптических приборов в них стали применять сначала плоские, а затем и вогнутые зеркала.

С помощью таких нехитрых деталей лучи от солнца или лампы направлялись на объект исследования. В современных микроскопах более совершенна. Она состоит из конденсора и коллектора.

Предметный столик

Микроскопические препараты, требующие изучения, располагаются на плоской поверхности. Это и есть предметный столик. Различные виды микроскопов могут иметь данную поверхность, сконструированную таким образом, что объект исследования будет поворачиваться в наблюдателя по горизонтали, по вертикали или под определенным углом.

Принцип действия

В первом оптическом приборе система линз давала обратное изображение микрообъектов. Это позволяло разглядеть строение вещества и мельчайшие детали, которые подлежали изучению. Принцип действия светового микроскопа сегодня схож с той работой, которую осуществляет рефракторный телескоп. В этом приборе свет преломляется в момент прохождения через стеклянную часть.

Как же увеличивают современные световые микроскопы? После попадания в прибор пучка световых лучей происходит их преобразование в параллельный поток. Только затем идет преломление света в окуляре, благодаря чему и увеличивается изображение микроскопических объектов. Далее эта информация поступает в нужном для наблюдателя виде в его

Подвиды световых микроскопов

Современные классифицируют:

1. По классу сложности на исследовательский, рабочий и школьный микроскоп.
2. По области применения на хирургические, биологические и технические.
3. По видам микроскопии на приборы отраженного и проходящего света, фазового контакта, люминесцентные и поляризационные.
4. По направлению светового потока на инвертированные и прямые.

Электронные микроскопы

С течением времени прибор, предназначенный для рассмотрения микроскопических объектов, становился все более совершенным. Появились такие виды микроскопов, в которых был использован совершенно иной, не зависящий от преломления света принцип работы. В процессе использования новейших типов приборов задействовали электроны. Подобные системы позволяют увидеть настолько малые отдельные части вещества, что их попросту обтекают световые лучи.

Для чего нужен микроскоп электронного типа? С его помощью изучают структуру клеток на молекулярном и субклеточном уровнях. Также подобные приборы применяют для исследования вирусов.

Устройство электронных микроскопов

Что лежит в основе работы новейших приборов для рассмотрения микроскопических объектов? Чем электронный микроскоп отличается от светового? Есть ли между ними какие-либо сходства?

Принцип работы электронного микроскопа основан на тех свойствах, которыми обладают электрические и магнитные поля. Их вращательная симметрия способна оказывать фокусирующее действие на электронные пучки. Исходя из этого, можно дать ответ на вопрос: «Чем электронный микроскоп отличается от светового?» В нем, в отличие от оптического прибора, нет линз. Их роль играют соответствующим образом рассчитанные магнитные и электрические поля. Создаются они витками катушек, через которые проходит ток. При этом такие поля действуют подобно При увеличении или уменьшении силы тока происходит изменение фокусного расстояния прибора.

Что касается принципиальной схемы, то у электронного микроскопа она аналогична схеме светового прибора. Отличие заключено лишь в том, что оптические элементы замещены подобными им электрическими.

Увеличение объекта в электронных микроскопах происходит за счет процесса преломления пучка света, проходящего сквозь исследуемый объект. Под различными углами лучи попадают в плоскость объективной линзы, где и происходит первое увеличение образца. Далее электроны проходят путь к промежуточной линзе. В ней происходит плавное изменение увеличения размеров объекта. Конечную картинку исследуемого материала дает проекционная линза. От нее изображение попадает на флуоресцентный экран.

Виды электронных микроскопов

Современные виды включают в себя:

1. ПЭМ, или просвечивающий электронный микроскоп. В этой установке изображение очень тонкого, толщиной до 0,1 мкм, объекта формируется при взаимодействии пучка электронов с исследуемым веществом и с последующим его увеличением находящимися в объективе магнитными линзами.
2. РЭМ, или растровый электронный микроскоп. Такой прибор позволяет получить изображение поверхности объекта с большим разрешением, составляющим порядка нескольких нанометров. При использовании дополнительных методов подобный микроскоп выдает информацию, помогающую определить химический состав приповерхностных слоев.
3. Туннельный сканирующий электронный микроскоп, или СТМ. При помощи данного прибора измеряется рельеф проводящих поверхностей, имеющих высокое пространственное разрешение. В процессе работы с СТМ острую металлическую иглу подводят к изучаемому объекту. При этом выдерживается расстояние всего в несколько ангстрем. Далее на иглу подают небольшой потенциал, благодаря чему возникает туннельный ток. При этом наблюдатель получает трехмерное изображение исследуемого объекта.

Микроскопы «Левенгук»

В 2002 году в Америке появилась новая компания, занимающаяся производством оптических приборов. В ассортиментном перечне ее продукции находятся микроскопы, телескопы и бинокли. Все эти приборы отличает высокое качество изображения.

Головной офис и отдел разработок компании располагаются в США, в городе Фримонде (Калифорния). А вот что касается производственных мощностей, то они находятся в Китае. Благодаря всему этому компания поставляет на рынок передовую и качественную продукцию по приемлемой цене.

Вам нужен микроскоп? Levenhuk предложит необходимый вариант. В ассортименте оптической техники компании находятся цифровые и биологические приборы для увеличения изучаемого объекта. Кроме того, покупателю предлагаются и дизайнерские модели, исполненные в разнообразной цветовой гамме.

Микроскоп Levenhuk обладает обширными функциональными возможностями. Например, учебный прибор начального уровня может быть присоединен к компьютеру, а также он способен выполнять видеосъемку проводимых исследований. Таким функционалом оснащена модель Levenhuk D2L.

Компания предлагает биологические микроскопы различного уровня. Это и более простые модели, и новинки, которые подойдут профессионалам.

КЛЕТОК ПРОКАРИОТ И ЭУКАРИОТ

Цели занятия:

· Изучить устройство светового микроскопа, освоить методику установки света, технику приготовления и микроскопирования временных препаратов.

· Познакомиться со строением клетки, научиться отличать прокариотические клетки от эукариотических.

· Научиться правильно оформлять отчет о лабораторной работе.

Вопросы и задания для самоподготовки

1. Биология как наука. Методы биологии.
2. Основные концепции биологии.
3. Основные свойства живых систем.
4. Уровни организации живой материи.
5. Современное определение жизни и живого организма.

6. Основные положения современной клеточной теории.

7. Надцарства (империи) и царства живых организмов.

8. Строение прокариотической клетки.

9. Уметь показать на микроскопе механическую, оптическую и осветительную части и рассказать об их устройстве.

10. Какие бывают окуляры; объективы и их фокусное расстояние. Особенности иммерсионного объектива.

11. Что такое увеличение и разрешающая способность микроскопа?

12. Настройка освещения по методу светлого поля.

13. Основные правила работы с оптическим микроскопом.

14. Постоянные и временные микропрепараты. Основные этапы приготовления временных микропрепаратов.

Оборудование и материалы :

1. Микроскоп Микмед -5 или аналог.

2. Предметные и покровные стекла, чашки Петри, стаканчики с водой, глазные пипетки, пинцеты, ножницы, кусочки ваты, иммерсионное масло.

3. Постоянные микропрепараты: фиксированные окрашенные мазки культур сенной палочки и сарцины, крови лягушки.

4. Материалы для приготовления временных препаратов: 2-3 головки репчатого лука.

5. 0,01% раствор метиленовой сини, раствор иода.

РАБОТА 1.1. Изучение устройства светового микроскопа

Световая микроскопия – один из основных методов изучения биологических объектов, поэтому владение техникой микроскопирования необходимо для всех последующих занятий по биологическим наукам, а также для практической деятельности микробиолога.

Рассмотрим конструкцию световых микроскопов на примере микроскопа отечественного производства Микмед - 5. Световой микроскоп состоит из трех основных частей: механической, осветительной, оптической. К механической ч а с т и относятся: штатив, револьверное устройство, макро- и микрометрические винты, предметный столик (рис.1).

Рисунок 1 – Устройство светового микроскопа Микмед -5

1 – окуляры; 2 – бинокулярная насадка; 3 – винт крепления насадки; 4 – револьверное устройство; 5 – объективы; 6 – штатив; 7 – предметный столик; 8 – кольцо;
9 – рукоятка механизма грубой фокусировки (кремальера); 10 – рукоятка механизма микрометрической фокусировки; 11 – выключатель; 12 – рукоятка регулирования яркости источника света; 13 – винт крепления конденсора; 14 – конденсор; 15 – основание штатива; 16 – препаратоводитель; 17 – рукоятка перемещения объекта в продольном направлении; 18 – рукоятка перемещения объекта в поперечном направлении; 19 – коллектор в корпусе

Штатив состоит из массивного основания и изогнутого под углом тубусодержателя. Основание имеет снизу четыре опорные площадки, что обеспечивает устойчивое положение микроскопа на рабочем столе.

В верхней части тубусодержателя имеется головка для закрепления бинокулярной насадки и гнездо с винтовой нарезкой для револьвера. Тубус (окулярная трубка) представляет собой полую трубку, в верхнюю часть которой вставляется окуляр.

Револьвер (от лат. revolvo – вращаю) – это вращающийся диск с четырьмя гнездами для ввинчивания объективов.

Винт грубой фокусировки микроскопа – макрометрический винт , или кремальера – расположен с левой стороны штатива. С помощью этого винта предметный столик передвигается в вертикальном направлении вверх и вниз на большое расстояние. Макрометрический винт используется при слабом увеличении, когда объект изучается главным образом в одной плоскости.

Рукоятки микрометрической фокусировки (они - меньшего диаметра)расположены с обеих сторон штатива,используются при сильном увеличении и позволяют при их использовании рассматривать детали объекта, лежащие на разной глубине. Ими следует пользоваться только тогда, когда при помощи кремальеры объект поставлен точно в фокус.

Предметный столик представляет собой четырехугольную пластину с отверстием в центре, над которым помещают предметное стекло с изучаемым объектом. Во избежание смещения, предметное стекло фиксируют специальным прижимом препаратоводителя. Справа под предметным столиком находятся рукоятки механизма координатного перемещения, с помощью которого препарат можно передвигать в поперечном и продольном направлениях.
Осв е т и т е л ь н а я ч а с т ь микроскопа состоит из осветителя, конденсора с ирисовой диафрагмой и съемного светофильтра.
Осветитель встроен в основание штатива. Он включается с помощью выключателя, расположенного на боковой поверхности штатива справа от наблюдателя. Яркость источника света можно изменить, вращая рукоятку регулирования яркости источника света (расположена на штативе справа, под выключателем).
Держатель патрона галогенной лампы прикреплен к основанию штатива двумя винтами снизу, доступ к которым обеспечивается при наклоне прибора. Винты в отжатом состоянии позволяют перемещать держатель патрона с лампой в бобовидных отверстиях основания в случае неравномерного освещения объекта. Если в данном микроскопе источником света является светодиод, то его перемещение при настройке освещения не требуется.

Конденсор находится под предметным столиком, состоит из двух линз, закрепленных в общую оправу, вставлен в кронштейн, который крепится к предметному столику. Для перемещения конденсора служит специальная рукоятка, расположенная слева от наблюдателя. Меняя положение конденсора, можно изменять интенсивность освещения объекта: при опускании освещенность уменьшается, при поднимании – увеличивается.

Ирисовая диафрагма вмонтирована в нижнюю часть конденсора. Она представляет собой кольцо с подвижно укрепленными стальными пластинками, которые могут сдвигаться и раздвигаться с помощью особой ручки; в центре остается отверстие для прохождения светового пучка. Диафрагма позволяет регулировать величину светового потока; максимально суженная, она способствует наибольшей четкости изображения.

О п т и ч е с к а я ч а с т ь микроскопа представлена окулярами и объективами.

Окуляр (от лат. oculus – глаз) помещается в верхней части тубуса и обращен к глазу. Окуляр представляет собой две линзы, заключенные в металлическую гильзу. По числу на верхней плоскости окуляра можно судить о кратности его увеличения (х7, х10, х15). Окуляр можно вынимать из тубуса и заменять по мере необходимости другим.

Объектив – это система линз, укрепленных в общей металлической оправе. Объективы ввинчиваются в гнезда револьвера и имеют различную кратность увеличения, которая обозначена числом на их боковой поверхности. Различают объективы малого увеличения (х4 и х10), объектив большого увеличения (х40) и иммерсионный объектив (х100), используемый для изучения наиболее мелких объектов.

Все объективы по способу применения делят на сухие и иммерсионные (от лат. immersio – погружаю или окунаю). У сухих объективов между фронтальной линзой и рассматриваемым препаратом находится воздух. Воздух и стекло имеют разные показатели преломления света (соответственно 1,0 и 1,52), в результате чего лучи света, переходя из одной среды в другую, преломляются, рассеиваются, происходит частичное искажение рассматриваемых объектов (рис.2). У иммерсионных объективов пространство между фронтальной линзой и препаратом заполнено, как правило, кедровым маслом или водой. Предметное стекло, стекло объектива и кедровое масло имеют почти одинаковый показатель преломления света (1,52 и 1,515), поэтому лучи, проходя из одной среды в другую, почти не преломляются, свет не рассеивается, рассматриваемые объекты не искажаются. Показатель преломления света, близкий к таковому стекла, имеют и другие вещества, которые используются в качестве иммерсионных составов: касторовое масло (1,48-1,49), гвоздичное масло (1,53), смесь касторового и гвоздичного масел (1,515).

Рисунок 2 – Ход лучей между конденсором и объективом микроскопа

Справа – сухой объектив, слева – иммерсионный. 1 – линза объектива; 2 – верхняя линза конденсора; 3 – предметное стекло; 4 – объект; 5 – покровное стекло; 6 – иммерсионное масло; 7 – воздух. АБ – луч света, проходящий через воздушную среду, отклоняется и не попадает в объектив; ВГ – луч света, проходящий через иммерсионное масло, попадает в объектив.

Общее увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива на увеличение окуляра. Эта величина, однако, не характеризует всех возможностей микроскопа. Увеличенное изображение может быть как четким, так и нечетким. Отчетливость получаемого изображения определяется разрешающей способностью микроскопа. Под последней понимают минимальное расстояние между двумя видимыми точками, когда они еще не сливаются в одну, т.е. чем лучше разрешающая способность, тем меньший объект можно увидеть.

Разрешающая способность светового микроскопа определяется в основном дифракцией световых лучей и равна примерно половине длины волны используемого света. Освещая препарат светом с более короткой длиной волны (голубым или синим), можно увидеть более мелкие объекты; при этом разрешающая способность микроскопа близка к 0,2 мкм. С этой целью микроскоп укомплектован синим светофильтром.

ЗАДАНИЕ . Ознакомьтесь с устройством световых микроскопов. Найдите и назовите все их основные части.

РАБОТА 1.2. Приготовление временного препарата.

Настройка освещения

Наилучшие результаты при работе с микроскопом могут быть получены лишь при условии правильного освещения объекта. Вот один из способов установки света на микроскопе Микмед - 5.

1. Для настройки микроскопа приготовьте препарат, который представляет собой два положенных крест-накрест волоса. Для приготовления этого временного препарата отрежьте ножницами часть волоса длиной примерно 3 см, разрежьте его пополам и поместите оба кусочка друг на друга на предметное стекло, сделав перекрест. Затем глазной пипеткой нанесите на волосы каплю воды и накройте покровным стеклом.

Постарайтесь избежать образования пузырьков воздуха под покровным стеклом: возьмите покровное стекло за боковые грани и прикоснитесь его ребром к поверхности капли воды с краю так, чтобы вода растеклась по ребру покровного стекла, затем осторожно опустите (уроните) покровное стекло на предметное. Научитесь брать каплю жидкости такого объема, чтобы она заполнила все пространство под покровным стеклом. Слишком малая капля жидкости не заполнит всего пространства, и оставшийся в виде пузырьков воздух затруднит работу. Взяв слишком большую каплю, вы увидите, что вода выступила за пределы покровного стекла. В этом случае избыток воды нужно удалить полоской фильтровальной бумаги.

Препарат поместите на предметный столик и закрепите его прижимом препаратоводителя. Поставьте место перекреста волос точно в центр светового пучка. Вместо указанного препарата может быть использован любой другой препарат, детали которого хорошо различимы при малом увеличении.

2. Установите в рабочее положение объектив малого увеличения (х4). Когда объектив займет срединное положение над отверстием столика, в револьвере сработает защелка, при этом будет слышен легкий щелчок, и револьвер фиксируется. Поднимите конденсор до упора. При переходе к объективам других увеличений положение конденсора по высоте не менять.

3. Смотря сбоку, с помощью макрометрического винта поднимите предметный столик почти до соприкосновения объекта с с фронтальной линзой объектива. Глядя в окуляр, медленным вращением кремальеры в обратном направлении осторожно опускайте предметный столик до тех пор, пока в поле зрения не появятся очертания объекта. С помощью рукоятки механизма микрометрической фокусировки добейтесь резкого изображения объекта.
4. Выньте окуляр из правой окулярной трубки бинокулярной насадки. Наблюдая в окулярную трубку, раскройте апертурную диафрагму конденсора до размера выходного зрачка объектива.
5. Установите окуляр в окулярную трубку, наблюдайте поле зрения окуляра. При неравномерно освещенном поле зрения отцентрируйте лампу, как указано в руководстве по эксплуатации. Для достижения наилучшего качества изображения рекомендуется для каждого объектива прикрывать апертурную диафрагму конденсора на 1/3 выходного зрачка объектива, а также использовать синий светофильтр.
Нормальная работа осветительной системы обеспечивается только при использовании предметных стекол толщиной 1 – 2 мм.

ЗАДАНИЕ . Приготовьте микропрепарат и настройте освещение, как указано выше.

В учебных лабораториях наиболее распространены биологические микроскопы МБР-1 (МБИ-1) и М-11 (М-9), приведенные на рисунке 1. Они дают увеличение от 56 до 1350 раз.

Рис.1. Общий вид биологических микроскопов :
А - микроскоп М-11 ; Б - микроскоп МБР-1 ; 1-окуляр; 2-тубус; 8 - тубусодержатель; 4 - кремальера грубой наводки; 5 - микрометрический винт; 6 - основание штатива; 7 - зеркало; 8 - конденсор и ирисовая диафрагма; 9 - подвижный предметный столик; 10 - револьвер с объективами.

В каждом микроскопе независимо от конструкции можно различить оптическую и механическую части.

Оптическая часть , являясь главной в микроскопе, состоит из объективов, сменяемых окуляров и осветительного устройства. При помощи объектива, состоящего из системы 5-7 линз, получают сильно увеличенное, действительное, обратное изображение исследуемого объекта (или его части) и при помощи окуляра, как через лупу, рассматривают это изображение. Окуляр состоит из системы 2-3 линз и дополнительно увеличивает изображение объекта без добавления тонких деталей. Обычно микроскопы имеют три объектива, дающие увеличение в 8, 40 и 90 раз.

В соответствии с этим на объективе поставлена цифра 8, 40 или 90. Аналогично и на окулярах поставлены цифры их увеличения. Чаще всего употребляют окуляры с увеличением 7, 10 и 15 раз (соответственно этому ставят обозначения 7 Х, 10 Х и 15 Х). Общее увеличение микроскопа можно определить, если умножить увеличение объектива на увеличение окуляра. Например, при окуляре 10 Х и объективах 8 и 40 мы будем иметь увеличение микроскопа 8 Х 10 = 80 раз и 40 Х 10 = 400 раз, а при окуляре 15 Х и объективах 8 и 40 - соответственно в 120 и 600 раз. Размеры поля зрения микроскопа ограничены специальной диафрагмой, находящейся внутри окуляра между его линзами. Поэтому при малых увеличениях микроскопа мы будем видеть общую картину объекта, а при больших увеличениях - центральный участок рассматриваемого объекта. На объективах ставят не только цифры, показывающие их собственное увеличение, но и цифры (0,20; 0,65; 1,25), обозначающие их численную (нумерическую) апертуру. Чем больше нумерическая апертура объектива, тем выше его разрешающая способность и тем больше тонких деталей можно увидеть в изучаемом объекте. Иногда бывает и третья цифра, характеризующая толщину покровного стекла, на которую рассчитан объектив.

Нумерическая апертура объектива (NA) - это величина, характеризующая светособирающую способность объектива. Под разрешающей способностью объектива микроскопа (d) понимают тот наименьший диаметр частицы, которую можно увидеть в микроскоп d = λ / 2NA, где λ - длина волны световых лучей, NА - нумерическая апертура объектива.

Для занятий достаточно употреблять два увеличения: слабое (56-80 раз) с объективом 8 и сильное (400-600 раз) с объективом 40.

Осветительное устройство состоит из подвижного зеркала, ирисовой диафрагмы, конденсора и двух матовых стекол (обычного и синего). Оно служит для направления света на препарат (объект), установки оптимального освещения объекта и регулировки силы освещения. Зеркало имеет две поверхности - плоскую и вогнутую. Иногда рекомендуют применять вогнутую поверхность зеркала при слабых источниках освещения, а плоскую поверхность при сильных источниках освещения. Однако эта рекомендация ошибочна, так как совершенно не учитывает принцип освещения объектов в современных микроскопах, имеющих конденсор. Вогнутое зеркало следует применять только при снятом конденсоре микроскопа, а во всех остальных случаях для правильного освещения изучаемого объекта следует применять плоское зеркало.

Лучи света, падающие от окна или от электрической осветительной лампы, зеркало направляет в отверстие диафрагмы через конденсор, состоящий из системы 2-3 линз, на изучаемый препарат. В простейшем препарате изучаемый объект помещен в капле воды на специальном предметном стекле (толщиной 1-1,5 мм) и накрыт покровным стеклом (толщиной 0,12-0,20 мм).

Ирисовая диафрагма служит для изменения ширины светового потока, направляемого зеркалом через конденсор на препарат, в соответствии с диаметром фронтальной линзы объектива. Для этого при рассмотрении препарата вынимают окуляр и, глядя в тубус микроскопа, уменьшают отверстие диафрагмы конденсора до появления ее краев на светлом фоне фронтальной линзы объектива. При этом пучок света, проходящий через диафрагму, становится примерно равным тому, который может пропустить фронтальная линза объектива. Использовать диафрагму для иных целей не рекомендуется, так как это может ухудшить качество изображения объекта.

Конденсор можно передвигать специальной кремальерой, и это позволяет установить оптимальное освещение препарата (то есть сфокусировать световой пучок на объекте) при различной толщине предметного стекла. Обычное положение конденсора самое верхнее, и не следует перемешать его вниз для регулировки силы освещения объекта.

Регулируют освещение в микроскопе матовыми стеклами (белое или синее), которые вкладывают в специальную откидную оправу, находящуюся под ирисовой диафрагмой конденсора.

К механической части микроскопа относятся: подставка микроскопа (основание штатива - башмак); шарнир (отсутствует в микроскопах МБР-1 и МБИ-1); тубусодержатель дугообразной формы; кремальера (винт с зубчаткой и зубчатой рейкой) перемещения конденсора и диафрагмы; подвижный предметный столик с отверстием в средней части, двумя пружинящими зажимами (клеммами), двумя винтами для перемещения столика и стопорным винтом; кремальера перемещения тубуса микроскопа (винт грубой наводки); коробка микромеханизма и связанный с ней микрометрический винт; тубус (труба) микроскопа; револьвер с тремя или четырьмя гнездами для ввинчивания объективов.

Поворотом револьвера быстро сменяют объективы. В верхнюю часть тубуса вставляют один из окуляров. Шарнир, соединяющий тубусодержатель с подставкой, позволяет нам устанавливать удобный угол наклона тубуса микроскопа М-11 (М-9). В микроскопе МБР-1 (МБИ-1) тубус установлен с постоянным углом наклона. Зажимы служат для закрепления препарата над отверстием в столике. Винт грубой наводки предназначен для грубого перемещения тубуса микроскопа и обычно используется при малом увеличении (8). Микрометрическим винтом пользуются при больших увеличениях микроскопа (объективы 40 и 90) для изучения всей толщины объекта; его не следует поворачивать в ту или другую сторону более чем на один поворот во избежание порчи тонкого микрометрического механизма. Перед началом работы метка на неподвижной части тубусодержателя микроскопа должна находиться между двумя черточками подвижной части коробки микромеханизма (метки нанесены сбоку), а метка на микрометрическом винте должна стоять против цифры «ноль» на шкале винта. Микромеханизм перемещает тубус микроскопа вместе с механизмом грубой подачи.

Нужно бережно обращаться с микроскопом. Переносят его с места хранения на рабочее место обеими руками: одной рукой берут за тубус, а другой поддерживают за основание. Никогда не следует применять силу при заедании револьвера или одной из кремальер. Все части микроскопа нужно поддерживать в чистоте, оберегать от соприкосновения с химически активными жидкостями (кислота, щелочи, органические растворители). Нельзя прикасаться пальцами к линзам объектива, окуляра и конденсора. В случае загрязнения их протирают чистыми хлопчатобумажными тряпочками (сухими, или смоченными водой, или увлажненными бензином, или смесью спирта с эфиром). После окончания работы микроскоп следует накрывать колпаком, непроницаемым для пыли (из полиэтиленовой пленки или плотной материи). Ремонтировать, чистить и смазывать микроскоп может только опытный мастер.

Разделы