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Für das Sternbild Mikroskop siehe Mikroskop (Konstellation).
EIN Mikroskop (Altgriechisch, mikros und Skopein (μικρός, „klein“ und σκοπεῖν, „genau hinsehen, untersuchen“)) ist ein Instrument zur Untersuchung von Objekten, die zu klein sind, um mit bloßem Auge klar gesehen zu werden.
Mikroskopische Techniken werden unter anderem in der medizinischen, biologischen und forensischen Forschung sowie in der Materialforschung eingesetzt.
Geschichte des Mikroskops
Anthony van Leeuwenhoek wird oft als Erfinder des Mikroskops genannt, aber er war wohl der erste Wissenschaftler, der das Mikroskop wesentlich verbessert und damit eine viel höhere Vergrößerung erreicht hat. Das Van Leeuwenhoek Mikroskop war ziemlich primitiv Lupe mit einem Objektiv.
Das zusammengesetzte Mikroskop mit zwei Linsen wurde wahrscheinlich von . erfunden Sacharias Jansen oder sein Vater Hans; um 1595 soll er das erste Mikroskop gebaut haben. Über das Aussehen dieser Instrumente ist wenig bekannt, da es keine Jansen-Mikroskope mehr gibt. Der Erfinder hat beschrieben Cornelis Drebbel das Werkzeug später. Es ist ein Tubus von 5 Zentimetern Durchmesser, der aus drei beweglichen Teilen besteht und zwei Linsen enthält – daher der Name zusammengesetztes Mikroskop. Voll ausgefahren misst das Mikroskop 45 Zentimeter. Die Vergrößerung beträgt dann das Neunfache; in der kürzesten Position vergrößert das Gerät dreimal. Verbesserungen kamen unter anderem aus Christian Huygens und Jan Swammerdam. Letzterer war auch der erste, der es erfolgreich als wissenschaftliches Werkzeug einsetzte.
Anthony van Leeuwenhoek eine gute Methode zur Herstellung von Gläsern mit hoher Vergrößerung entdeckt Linsen und brachte damit das Einzelmikroskop auf ein deutlich höheres Niveau. Doch sein Mikroskop war kaum mehr als ein sehr kleines Objektiv in einem Halter.[1] Dieser Halter musste nah am Auge gehalten werden. Die Zeichnungen, die er an die königliche Gesellschaft in London, sorgte dort für große Bestürzung. Van Leeuwenhoek erreichte 275-fache Vergrößerungen, während die besten Mikroskope der Zeit 30-fache erreichten. Er weigerte sich 50 Jahre lang, seine Technik für Mikroskope zu teilen, sehr zum Entsetzen der englischen Wissenschaftler. Van Cittert analysierte Antoni van Leeuwenhoeks anomalen Mikroskoptyp und erklärte seinen Aufbau.
Van Leeuwenhoeks Instrument ist ein Beispiel für a Lichtmikroskop, die verwendet sichtbares Licht, das ist es elektromagnetisches Spektrum mit einer Wellenlänge zwischen etwa 300 und 650nm. Darüber hinaus werden Linsen verwendet, um diese Wellen zu a . zu bündeln Mittelpunkt (Fokussierung).
Aufbau eines gewöhnlichen Mikroskops
Die meisten Mikroskope haben 3 bis 5 Objektive, die 4 bis 100-fach vergrößern. Sie können durch Drehen des Revolvers des Mikroskops ausgetauscht werden. Bei guten Mikroskopen ist das Bild des nächsten Objektivs auch dann scharf, wenn zuvor mit einem anderen Objektiv fokussiert wurde (die Objektive heißen dann parfokal). Die Gesamtvergrößerung wird berechnet, indem die Vergrößerung des Objektivs mit der des Okulars und anderer Zwischenelemente multipliziert wird. Die Linse formt das Bild und bestimmt die Auflösung. Der Betrachter schaut durch a Okular auf das vom Objektiv erzeugte Bild. Okulare vergrößern zwischen 5× und 20× (üblicherweise 7× oder 10×). Das Okular befindet sich im Tube des Mikroskops, das mit einem objektiv.
Im Tubus befinden sich manchmal andere optische Elemente zwischen Objektiv und Okular, wie z
- Prisma's, um den Blickwinkel so zu verändern, dass man ein horizontales Präparat betrachten kann, ohne über das Mikroskop hängen zu müssen,
- Splitter, die das Bild auf zwei Okulare aufteilen, und
- Korrekturlinsen, um optische Defekte im Objektiv zu korrigieren und manchmal einen kleinen Vergrößerungsfaktor hinzuzufügen (z. B. 1,25×).
Das Präparat befindet sich unter dem Objektiv, bei starken Objektiven in sehr geringem Abstand (Millimeterbruchteile). Bei teureren Mikroskopen kann die Präparation mit Hilfe eines Kreuztisch (nicht gezeigt) in horizontaler X- und Y-Richtung; die Abstände sind ablesbar von a Skalierung mit Nonius. Die Verstellung entlang der Z-Achse (Fokussierung) erfolgt je nach Mikroskoptyp durch Auf- und Abdrehen des Kreuztisches oder des Tubus (siehe Bild). Ältere Mikroskope machten dies mit dem Tubus; bei modernen, wo oft (schwere) Fotoausrüstung am Rohr befestigt ist, bewegt sich nur der Kreuztisch.
Für ein gutes Bild ist eine gute Lichtquelle genauso wichtig wie ein gutes Linsensystem. Hinter der Vorbereitung steckt die Kondensator (nicht im hier gezeigten Mikroskop), der das Licht der Lichtquelle bündelt und vorzugsweise parallel nach oben abstrahlt. Die Lichtquelle kann unter dem Vorbereitungstisch eingebaut oder extern sein. Im letzteren Fall wird das Licht über einen verstellbaren Spiegel zum Objektiv reflektiert. Der Kondensatorteil enthält auch a Membran um die Lichtmenge regulieren zu können und in der Regel eine oder mehrere Filterhalter um mit farbigem Licht oder Polarisationsfiltern zu arbeiten.
Für die Fokussierung gibt es meist zwei Drehknöpfe, einen groben, der einen Zentimeterbereich hat, und einen Feinfokus, der mit wenigen Umdrehungen des Drehknopfes 1 bis 2 Millimeter Verschiebung ermöglicht. Bei hoher Vergrößerung ist der Abstand zur Probe so gering, dass das Objektiv leicht durch die Probe gedreht werden kann. Um dies zu verhindern, verfügen gute Objektive über eine Federschutzvorrichtung, die unter Druck nachgibt. Bei sehr hohen Vergrößerungen, um optimale Bilder zu erhalten, verwenden Sie Ölimmersion: Das Objektiv wird mit der Probe in ein spezielles Öl getaucht, damit keine Luft-Glas-Lichtbeugungsübergänge entstehen, die zu einer Reduzierung der maximal erreichbaren Nutzvergrößerung führen. (Siehe den Artikel Numerische Apertur zur Erläuterung).
Verschiedene Versionen
Die Unterschiede zwischen teuren Forschungsmikroskopen und günstigeren Studentenmikroskopen liegen in den Extras und in der Qualität der vorhandenen Komponenten. Ein Kreuztisch und eine eingebaute Beleuchtung verteuern ein Mikroskop. Solide Konstruktion, gute Optik mit Linsen, die auf optische Fehler aller Art korrigiert wurden (chromatisch und sphärische Aberration, Bildfeldkrümmung), sowie die Größe des zu betrachtenden Feldes (wie viel Bild sehen Sie bei dieser 800-fachen Vergrößerung?) machen ein hochwertiges Mikroskop zu einem sehr teuren Instrument.
Arten von Mikroskopen
Lichtmikroskop
Das Lichtmikroskop verwendet sichtbares Licht für die Abbildung. Die Objekte werden im Auflicht (mit einem Stereomikroskop mit zwei Okularen und mit zwei Objektiven) oder im Durchlicht (mit einem "normalen" Mikroskop mit einem oder zwei) betrachtet Okulare und ein Ziel). Die Okulare und Objektive sind für andere Vergrößerungen austauschbar.
Andere Teile davon Lichtspektrum kann auch verwendet werden, wie z ultraviolettes Licht (UV), aber das ist seltener, weil es technisch schwieriger zu erreichen ist. Vor dem Röntgen oder gamma Strahlen das Problem ist noch extremer, weil es schwierig oder unmöglich ist, diese Wellen zu fokussieren.
Auch bei längeren Wellen, wie Infrarot (IR), Mikrowellen und Radiowellen, gibt es zunehmende Einschränkungen. Das Problem ist da Auflösung. Bei längeren Wellenlängen wird die Auflösung immer kleiner. Damit geht die Fähigkeit, kleine Objekte sichtbar zu machen, verloren.Zwei gängige Arten von Lichtmikroskopen sind:
- „gewöhnliches“ oder biologisches Mikroskop
- Stereomikroskop
Gewöhnliches oder biologisches Mikroskop
Das biologische Mikroskop kann monokular sein oder Fernglas sein. Das biologische Mikroskop dient der Betrachtung von Objekten im Durchlicht und mit Vergrößerungen zwischen ca. 10x und ca. 1000x. Die Grenze für optische Mikroskope liegt bei etwa 2000×; höhere Vergrößerungen sind möglich, zeigen aber nicht mehr Details. Sichtbares Licht hat eine Wellenlänge zwischen 380 und 780 nm. Kleinere Details sind nicht sichtbar. Diese Mikroskope werden hauptsächlich in der Medizin und Biologie verwendet, um Mikroorganismen, Zellen und Gewebe zu betrachten. Biologische Mikroskope haben oft zwei Okulare, so dass man mit beiden Augen gleichzeitig sehen kann („binokular“). Tiefe wird gesehen, wenn das Mikroskop so konstruiert ist, dass beide Augen getrennt unter verschiedenen Winkeln durch dasselbe Objektiv betrachtet werden. Wenn beide Augen im gleichen Winkel durch die Linse schauen, sehen Sie keine Tiefe.
Varianten sind die Phasenkontrastmikroskop, das Polarisationsmikroskop, Fluoreszenzmikroskop. das Lasermikroskop und der Dunkelfeldmikroskop, die oft als Optionen mit den besseren (sprich: teureren) Marken extra zu kaufen sind. Da dieses Mikroskop normalerweise Durchlicht verwendet, muss es betrachtet werden Vorbereitung sehr dünn sein. Oft muss es auch eingefärbt werden, damit Details sichtbar werden, die sonst nicht zu sehen sind. Beim Studium botanischer Präparate, wie z Moose, Pilze und Flechten, ist diese Art von Mikroskop ein ideales Werkzeug, auch für Bastler. Präparate können oft von Hand geschnitten werden und das Färben ist relativ einfach durchzuführen. Für Bastler, die die oft langwierigen und intensiven Arbeiten zur Herstellung eines Tier Präparation ist dieser Mikroskoptyp weniger geeignet. Um aus einem während der Operation entnommenen Gewebestück eine mikroskopische Probe zu machen, muss es fixiert, dehydriert, mit Paraffin getränkt, eingebettet, mit einem Mikrotom, auf einen Objektträger gelegt, entwachst und gefärbt, was unzählige Schritte und teure Geräte (Mikrotom) erfordert.
Stereomikroskop
Die zweite Art, die Stereomikroskop, werden meist im Auflicht und mit Vergrößerungen zwischen 10x und 100x verwendet. Außerdem erhält man ein stereoskopisches Bild, da beide Augen durch getrennte Okulare und Objektive schauen, so dass Tiefe wahrgenommen werden kann. Diese Art eignet sich ideal zum Studium von Pflanzen, Insekten, Edelsteinen, Fossilien, Mineralien, Mikromechanik und Elektronik. Es wird unter anderem von Taxonomen, Uhrmachern und Elektronikern häufig verwendet.
Konfokale und superauflösende Mikroskope
Diese Lichtmikroskope werden weniger für gewöhnliches Licht, sondern eher für Fluoreszenzaufnahmen verwendet. Dazu müssen die Proben (inkl. Zellen, Gewebe, ...) zunächst fluoreszenzmarkiert werden. Dazu werden üblicherweise Antikörper gegen ein interessierendes Molekül (Protein, DNA, ...) verwendet. Mit Hilfe einer monochromatischen Lichtquelle (Hg-Lampe oder Laser) kann dann ein Fluoreszenzfoto erhalten werden. Konfokale und superauflösende Mikroskopie verbessern auf unterschiedliche Weise die Auflösung, die mit einem gewöhnlichen Mikroskop erreicht werden kann. In der konfokalen Mikroskopie spricht man von einer Auflösung um 250nm, die superauflösende Mikroskopie funktioniert hier je nach verwendeter Technik mit 20-100nm besser.
Basierend auf anderen Wellen
Andere fokussierbare Wellen sind auch für die Mikroskopie nützlich. Beispiele sind:
- Elektronenmikroskopie (Materiewellen)
- akustische Mikroskopie (Schallwellen)
Der erste Fall macht sich die duale Natur aller Materie zunutze: Wellen und Teilchen entsprechen der Quantenmechanik zwei Manifestationen ein und desselben. Mit einem Masseteilchen ich das bewegt sich mit einer geschwindigkeit v ist eine Wellenlänge λ = ha/(bitte) verbunden, wobei ha das Plancksche Konstante ist. Weitere Informationen zur Elektronenmikroskopie finden Sie im Artikel Elektronenoptik.
Basierend auf Scan
Neben der Verwendung fokussierbarer Wellen ist seit den 1990er Jahren eine neue Mikroskopfamilie entstanden, die auf einem anderen Prinzip beruht, nämlich Scan. Sie alle verdanken ihre Existenz den Eigenschaften piezoelektrischer Materialien. Diese Materialien verformen sich in vorhersehbarer Weise, wenn sie einem elektrische Spannung. Dadurch ist es möglich, besonders kleine Bewegungen mit äußerster Präzision auszuführen. Dadurch ist es möglich, die Oberfläche mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von a . abzutasten Atom.Beispiele sind
Bildanalyse
Eine weitere Erweiterung der Möglichkeiten mikroskopischer Techniken ist die Bildanalyse. Die Möglichkeit, Bilder in digitaler Form in einem Computer zu speichern und die im Bild enthaltenen Informationen zu verarbeiten, hat den Weg für die numerische Verarbeitung mikroskopischer Bilder geebnet. So kann beispielsweise die Anzahl der im Bild sichtbaren Partikel jetzt schnell gezählt werden. Oder es kann eine Statistik über ihre Querschnitte erstellt werden. Da es sich bei dem Bild meist um einen zweidimensionalen Querschnitt eines dreidimensionalen Objekts handelt, müssen bei letzterem die mathematischen Eigenschaften von Querschnitten berücksichtigt werden. Diese Form der Mathematik ist bekannt als Stereologie.
Wissenswertes
- Laut der ANS ist beides "das Mikroskop" als "es Mikroskop" ist korrektes Niederländisch. In der Standardsprache heißt es "das Mikroskop", in Fachtexten wird "das Mikroskop" verwendet.
Siehe auch
NüsseExterne Links
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