Современная наука для изучения поверхности низкоразмерных образцов использует микроскопы, в основе работы которых лежат различные физические процессы. В наиболее общем случае микроскопию подразделяют на три большие группы: оптическую, электронную и сканирующую зондовую. Первым микроскопом был оптический - тот самый, с которым большинство из нас имело возможность познакомиться на школьных уроках биологии.
В основе работы оптического микроскопа лежат следующие физические процессы: дифракция, отражение и преломление электромагнитного излучения (света) при взаимодействии с исследуемым объектом и последующая регистрация излучения для построения изображения. Минимальный размер образца, изображение которого можно получить, при этом определяется разрешающей способностью микроскопа, то есть длиной волны излучения. Такой минимальный размер образца называется дифракционным пределом и, кроме длины волны света, зависит так же от показателя преломления среды и угла падения. Диапазон видимого света (воспринимаемого человеческим глазом) составляет 380-780 нанометров, а разрешающая способность оптического микроскопа составляет ~200 нм.
Для получения увеличенного изображения в оптических микроскопах используется система линз.
Наиболее простые оптические микроскопы используют объектив или набор линз для увеличения объекта только с помощью углового увеличения, что дает зрителю вертикальное увеличенное виртуальное изображение (image). Более сложные микроскопы используют две линзы. Линза, расположенная рядом с объектом, называется объективом. Объектив собирает свет и фокусирует изображение объекта внутри микроскопа (image 1). Вторая линза (или группа линз) носит название окуляра. Окуляр даёт наблюдателю увеличенное перевернутое виртуальное изображение (image 2). Использование системы «объектив-окуляр» позволяет существенно улучшить разрешающую способность.
Современные оптические микроскопы часто выполняют в тринокулярном исполнении:
Тринокулярный микроскоп имеет два окуляра, например, бинокулярный микроскоп и дополнительную третью глазную трубку для подключения камеры микроскопа. Камера в современных микроскопах позволяет выводить изображение объекта на экран компьютера для дальнейшей их обработки и изучения с помощью идущего в комплекте с микроскопом программного обеспечения. Таким образом, тринокулярный оптический микроскоп представляет собой бинокль с подвижным призматическим узлом, в котором свет направлен либо на бинокулярный узел микроскопа, либо на камеру.
Примеры изображений, полученных с помощью оптического микроскопа:
Необходимость получения информации об объектах, размеры которых меньше дифракционного предела оптического микроскопа, обусловило бурное развитие микроскопии в нескольких направлениях. Например, электронная микроскопия, использующая для исследования образцов вместо видимого света поток электронов. Разрешающая способность современных электронных микроскопов по крайне мере в 1000 раз превосходит разрешение современных оптических и может достигать нескольких ангстрем.
В следующей статье я расскажу о том, как работают электронные микроскопы и какую информацию о свойствах объектов можно получить с их помощью.
Подписывайся и задавай вопросы :)