Микроскопия

    Міністерство  освіти і науки України

    Національний  технічний університет України

    “Київський  політехнічний інститут”

    Видавничо-поліграфічний  інститут 

    Кафедра технології поліграфічного виробництва 
 
 

    Р Е Ф Е Р А Т 
 
 

    З дисципліни “Фізико-хімічні методи

    аналізу ”

    на  тему

    Мікроскопія 
 
 
 

    Студента                               ___________             Талімоновa Я.Ю.

         ІV курс                                      гр. СТ-61

    Перевірив                             ___________                 Шерстюк В.П. 
 
 
 
 

    Київ 2011

 

      Зміст 
 

     Втуп

     Оптична мікроскопія

     Ультрамікроскопія

     Електронна  мікроскопія

     Трансмісійна  мікроскопія

     Растрова  мікроскопія

     Скануюча тунельна мікроскопія

     Атомно-силова мікроскопія

     Література 
 

 

      Втуп

     Протягом  тривалого часу людина жила в оточенні невидимих істот, використовувла продукти їх життєдіяльності (наприклад, при випічці хліба з кислого тесту, приготуванні вина й оцту), страждала, коли ці істоти були причинами хвороб або псували запаси їжі, але не підозрювала про їх присутність . Не підозрювала тому, що не бачила, а не бачила тому, що розміри цих мікро істот лежали багато нижче тієї межі видимості, на що здатний людське око. Відомо, що людина з нормальним зором на оптимальній відстані (25-30 см) може розрізнити у вигляді точки предмет розміром 0,07-0,08 мм. Менші об'єкти людина помітити не може. Це визначається особливостями будови його органу зору.

     Приблизно в той же час, коли почалося дослідження  космосу за допомогою телескопів, були зроблені перші спроби розкрити, за допомогою лінз таємниці мікросвіту. Так, при археологічних розкопках в Стародавньому Вавилоні знаходили двоопуклі лінзи - найпростіші оптичні прилади. Лінзи були виготовлені з відшліфованого гірського кришталю. Можна вважати, що з їх винаходом людина зробила перший крок на шляху в мікросвіт.

     Найпростіший  спосіб збільшити зображення невеликого предмета - це спостерігати його за допомогою  лупи. Лупою називають лінзу з  малим фокусною відстанню (як правило, не більше 10 см), вставлену в рукоятку.

     Творець телескопа Галілей в 1610 році виявив, що в сильно розсунутому стан його зорова труба дозволяє сильно збільшити дрібні предмети. Його можна вважати винахідником мікроскопа, що складається з позитивної і негативної лінз.

     Більш досконалим інструментом для спостереження  мікроскопічних предметів є простий мікроскоп. Коли з'явилися ці прилади, в точності невідомо. На самому початку XVII століття кілька таких мікроскопів виготовив очковий майстер Захарія Янсен з Міддельбурга.

     У творі А. Кирхера, що вийшов в 1646 році, міститься опис найпростішого мікроскопа, названого ним "блошиних склом". Він складався з лупи, вправленої в мідну основу, на якій зміцнювали предметний столик, який служив для приміщення розглянутого об'єкта; внизу знаходилося плоске або увігнуте дзеркало, що відбиває сонячні промені на предмет і таким чином висвітлює його знизу. Лупу пересували допомогою гвинта до предметного столика, поки зображення не ставало виразним і ясним.

     Перші видатні відкриття були зроблені саме з допомогою простого мікроскопа. У середині XVII століття блискучих успіхів домігся голландський натураліст Антоні Ван Левенгук. Протягом багатьох років Левенгук вдосконалювався у виготовленні крихітних (іноді менше 1 мм в діаметрі) двоопуклих лінз, які він виготовляв з маленьких скляних кульок, в свою чергу отримує в результаті розплавлення скляної палички в полум'я. Потім цю скляну кульку піддавав шліфовці на примітивному шліфувальному верстаті. Протягом свого життя Левенгук виготовив не менше 400 подібних мікроскопів. Один з них, що зберігається в університетському музеї в Утрехті, дає більш ніж 300-кратне збільшення, що для XVII століття було величезним успіхом.

     На  початку XVII століття з'явилися більш складні мікроскопи, які складались з двох лінз. Винахідник такого складного мікроскопа точно не відомий, але багато фактів говорять про те, що їм був голландець Корнелій Дребель, що жив у Лондоні і перебував на службі в англійського короля Якова I. У складному мікроскопі було два скла: одне - об'єктив - звернене до предмета, інше - окуляр - звернене до ока спостерігача. У перших мікроскопах об'єктивом служило двоопуклою скло, що давало дійсне, збільшене, але дзеркальне зображення. Це зображення і розглядалося за допомогою окуляра, який грав, таким чином, роль лупи, але тільки лупа служила для збільшення не самого предмета, а його зображення. У 1663 році мікроскоп Дребеля був удосконалений англійським фізиком Робертом Гуком, який ввів в нього третє лінзу. Цей тип мікроскопа придбав велику популярність, і більшість мікроскопів кінця XVII-першої половини XVIII століття будувалися за його схемою.

     Мікроскоп - прилад для отримання збільшеного  зображення об'єктів або деталей  їх структури, не видимих неозброєним  оком. Око здатне розрізняти деталі об'єкта, віддалені один від одного не менше ніж на 0,08 мм; за допомогою світлового мікроскопа можна бачити деталі, відстань між якими становить до 0,2мкм; електронний мікроскоп дозволяє отримати розширення до 0,1-0,01 нм.

     Швидке  поширення і вдосконалення мікроскопів  почалося після того, як Галілей (G. Galilei), вдосконалюючи сконструйовану їм зорову трубу, став використовувати її як своєрідний мікроскоп (1609 - 1610), змінюючи відстань між об'єктивом і окуляром.

     У 1625 р. членом Римської «Академії пильних» («Akudemia dei lincei») І. Фабер був запропонований термін «мікроскоп». Перші успіхи, пов'язані із застосуванням мікроскопа в наукових біологічних дослідженнях, були досягнуті Гуком (R. Hooke), який першим описав рослинну клітину (близько 1665 р.).

     Оптична мікроскопія

     Розвиток  оптичних методів у мікроскопії  привело до теперішнього часу до появи величезної кількості методик, багато з яких слід було б віднести до класичних. Введення цих основних понять ми виконаємо на прикладі мікроскопа з широким полем зору (рис.1 )

     

     Рис. 1. Схема "класичного" оптичного  мікроскопа з широким полем зору.

     У такому мікроскопі певне поле зору рівномірно висвітлюється світловим  пучком, потім оптична система  проектує зображення об'єкта, що знаходиться у полі зору на сітківку ока або на площину фотоприймача. При цьому в фотоприймач потрапляє світло, і спущений з різних областей зразка: як перебувають у фокусі об'єктивної лінзи, так і поза фокусом (рис. 2). 

     

     Рис. 2. У мікроскопі з широким полем  зору одночасно видні різні точки  зразка, при цьому точки з площин відмінних від предметної створюватимуть фонове засвічення, що знижує контрастність.

     У флуоресцентній мікроскопії об'єкт  стає видимим не завдяки світлу від  первинного джерела, який він пропускає  або відбиває як у звичайній мікроскопії, а завдяки флуоресценції, що збуджується в ньому світлом або ж катодними або рентгенівськими променями. Сам мікроскоп не відрізняється від інших типів мікроскопів.

     Кварцові  лінзи не потрібні, якщо спостерігається  видима флуоресценція. Так само як і  у звичайній мікроскопії, об'єкти розглядаються в минаючому світлі (світло падає знизу, якщо мікроскоп перебуває у вертикальному положенні) або у відбитому світлі (світло падає зверху). Для непрозорих об'єктів застосуємо тільки другий спосіб. Він має те достоїнство, що не вимагає тонких зрізів об'єкта що спостерігається. 

     Отже, для фіолетової й близької ультрафіолетової області більше підходящою є вугільна дуга, а для далекої ультрафіолетової області - ртутна дуга високого тиску. Хайтингер, спеціаліст у флуоресцентній мікроскопії, рекомендує дугу між залізними електродами, що горить при 5А и 40V у закритій металевій камері, що має невеликий отвір для виходу пучка збудливого світла. 

     Якщо  дозволяє фокусна відстань об'єктива мікроскопа, світло може бути спрямований на об'єкт зверху під кутом в 45° за допомогою ввігнутого дзеркала. Однак при великому збільшенні й, особливо, при імерсійних системах це нездійсненно. Для цієї мети у звичайних мікроскопах існують різні типи вертикальних освітлювачів. Для флуоресцентної мікроскопії був сконструйований спеціальний пристрій, що сполучить велике збільшення й більшу світлосилу. Потрібно мати на увазі, що всі дзеркала й відбивачі для збудливого світла повинні мати поверхню покриту алюмінієм, а не посріблену. 

     Об'єктив  мікроскопа повинен бути по можливості захищений від відбитого світла фільтром, що не пропускає ультрафіолетові промені. Об'єкти, розглянуті під флуоресцентним мікроскопом, бувають двох різних типів. 

     Вони  або проводять люмінісценцію самі по собі, або повинні бути пофарбовані флюоpиcцентним розчином точно так само, як при звичайному мікроскопічному дослідженні. Хайтингер приводить довгий перелік барвників і інших органічних сполук,. які можуть бути застосовані для цієї мети.

     До  відомого ступеня вибір "флуорохрома" визначається природою речовини, його кислотністю, властивим йому кольором, природною флуоресценцією окремих частин об'єкта й т.д. Для порушення катодними променями мінеральних фосфорів під мікроскопом Геллап розробив простий пристрій. 

     Катодні промені він одержував високочастотним розрядом іскровий котушки в невеликій камері. Флуоресценція спостерігалася через плоске скло, прикріплене вакуумною замазкою до краю камери, що має форму чашки. Камера кріпилася на столику звичайного мікроскопа з 16-мм об'єктивом. 

     Прилад  служив для вибору мікрокристалічного матеріалу для флуоресціюючих екранів, порушуваних катодними променями, в умовах порушення, подібних з тими, які є в осцилографах і інших катодних трубках. Та обставина, що у флуоресцентних мікроскопах розглядаються об'єкти, видимі завдяки власному світінню, а не за допомогою відбитого або минаючого світла, не вносить істотної різниці в змісті теоретичної роздільної здатності, що в обох випадках визначається довжиною хвилі видимого світла й апертурою об'єктива. 

     Однак, якщо інтенсивність флуоресценції досить велика, цей метод може бути застосований для ультрамікроскопії як метод темного поля. Тут можна буде виявляти об'єкти з діаметром, менше роздільної здатності мікроскопа, причому, звичайно, в об'єктів не можна буде розрізняти їхню форму й будову. 
 

     Ультрамікроскопія

     Ультрамікроскопа (від лат. Ultra, грец. Mikros - маленький  і skopeo - дивлюся), оптичний метод спостереження та аналізу колоїдних частинок в рідкому або газовій фазі за допомогою ультрамікроскопа (УМ). Розроблено та реалізовано P. Зігмонді і Г. Зідентопфом (1903), який створив перший УМ (рис.3). У ньому досліджувана система нерухома. Містить досліджувану речовину яка висвітлюється через прямокутну щілину, зображення якої проектується в зону спостереження. У окуляр спостерігача мікроскопа видно крапки, що світяться, що знаходяться в площині зображення щілини. Вище і нижче освітленої зони присутність частинок не виявляється.

     

     Рис. 3. Схема щілинного ультрамікроскопа: 1 - джерело світла; 2 - конденсор; 3 - оптич. щілину, 4 - освітить, об'єктив, 5 - кювета; 6 - наблюдатеся. мікроскоп.

     В основі ультрамікроскопії лежить дифракція  світла на колоїдних частках, розмір яких  менше половини довжини  світлової хвилі, в результаті чого система починає світитися. Частинки можна спостерігати в УМ як яскраві дифракції плям, вивчати їх природу, оцінювати концентрацію, однак зображень частинок мікроскоп не створює. Яскравість світіння, а отже, і видимість частинок залежать від різниці показників заломлення частки і дисперсійного середовища. Якщо вони великі, то чітко фіксуються частки розмірами 2-4 нм (тобто значно менше межі розширення звичайних мікроскопів).

     Мінім. розмір виявляються частинок залежить також від інтенсивності освітлення, тому в УМ застосовують сильні джерела світла (ртутні лампи високого тиску).

     У 1950-х рр.. Б. В. Дерягин і Г. Я. Власенко розробили потоковий УМ, в к-ром  потік рідкого золю або аерозолю рухається по скляній трубці назустріч  спостерігачеві. Перетинаючи зону освітлення, що формується сильним джерелом світла з щілинною діафрагмою, частки дають яскраві спалахи, які реєструються візуально або за допомогою фотометричної апаратури

     У сучасних потокових УМ (рис. 4) джерелами світла служать лазери. Такі прилади дозволяють досліджувати колоїдні системи кількісно з великою точністю, напр. будувати діаграми розподілу мікрочастинок за розмірами, а також використовуються в гідродинамічних дослідженнях (для спостереження характеру руху рідини чи газу в складних трубопровідних системах). У цих випадках мікрочастинки стандартного розміру спеціально вносять у струмінь рідини або газу, відстежують їх траєкторії, вимірюють швидкість руху на різних ділянках, після чого комп'ютери обробляють результати і будують мат. модель гідродинамічної системи.