Microscopio óptico
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El microscopio óptico, a menudo referido como el "microscopio de luz", es un tipo de microscopio que utiliza luz visible y un sistema de lentes para ampliar las imágenes de pequeñas muestras. Microscopios ópticos son los más antiguos y más simple de los microscopios.
Hay microscopios no ópticos, que requieren tinción química o ion de muestras no vivos, y pueden magnificar exponencialmente mayor que el microscopio óptico. Ver: microscopio electrónico de barrido, microscopio electrónico de transmisión.
Configuraciones ópticas
Existen dos configuraciones básicas del microscopio óptico en uso, la sencilla (un objetivo) y compuesto (muchas lentes).
Microscopio óptico simple
Un simple microscopio es un microscopio que utiliza sólo una lente para ampliación, y es el microscopio de luz original. Microscopios de Van Leeuwenhoek constaban de un pequeño, sencillo lente convexa montada sobre una placa de latón, con un mecanismo de tornillo para sujetar la muestra o espécimen a ser examinados. Las manifestaciones de microscopista británica han producido imágenes sorprendentemente detalladas de tales instrumentos básicos. Aunque ahora se considera primitiva, el uso de una única lente, convexa para la visión todavía se encuentra en dispositivos de aumento simples, tales como la lupa, y la lupa. Microscopio de luz son capaces de ver las muestras en el color , una ventaja importante en comparación con los microscopios electrónicos, especialmente para análisis forense.
Historia del microscopio
Es difícil decir que inventó el microscopio compuesto. Espectáculo responsables holandeses Hans Janssen y su hijo Zacharias Janssen menudo se dice que inventó el primer microscopio compuesto en 1590, pero esto fue una declaración hecha por el propio Zacarías Janssen durante la mitad 1600s. La fecha es poco probable, ya que se ha demostrado que Zacharias Janssen en realidad nació alrededor de 1590. Otro de los favoritos para el título de "inventor del microscopio 'fue Galileo Galilei . Desarrolló un microscopio occhiolino o compuesto con una convexa y una lente cóncava en Microscopio 1609. Galileo fue celebrado en el Accademia dei Lincei en 1624 y fue el primer dispositivo de este tipo que se le dio el nombre "microscopio" un último año por su compañero Lincean Giovanni Faber. Faber acuñó el nombre de los griegos palabras μικρόν (micras), que significa "pequeño", y σκοπεῖν (skopein) ", que significa mirar", un nombre que significaba ser analogus con " telescopio ", otra palabra acuñada por los Linceans.
Christiaan Huygens, otro holandés, desarrolló un sistema ocular 2-lente sencillo a finales de 1600 que fue acromáticamente corregido, y por lo tanto un gran paso adelante en el desarrollo de microscopio. El ocular Huygens se sigue produciendo hasta la fecha, pero sufre de un tamaño pequeño campo, y otros problemas menores.
Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) generalmente se le atribuye haber introducido el microscopio a la atención de los biólogos, a pesar de lentes de aumento simples ya se estaban produciendo en el año 1500. Microscopios hechos en casa de Van Leeuwenhoek eran muy pequeños instrumentos simples, con un único objetivo, pero fuerte. Eran incómoda en uso, pero habilitadas van Leeuwenhoek para ver imágenes detalladas. Le tomó cerca de 150 años de desarrollo óptico antes de que el microscopio compuesto fue capaz de proporcionar la misma calidad de imagen como microscopios simples de van Leeuwenhoek, debido a las dificultades puntuales de la configuración de varios lentes. Aún así, a pesar de las afirmaciones generalizadas, van Leeuwenhoek no es el inventor del microscopio.
Los componentes del microscopio
1. lente ocular, o ocular
2. porta objetivos
3. lentes de objetivo
4. mando de ajuste grueso
5. perilla de ajuste fino
6. soporte de objetos o de la etapa
7. espejo
8. diafragma y condensador
Todos los microscopios ópticos comparten los mismos componentes básicos:
- La ocular - un cilindro que contiene dos o más lentes para que la imagen de enfocar el ojo. El ocular se inserta en el extremo superior del tubo de cuerpo. Oculares son intercambiables y muchos oculares diferentes se pueden insertar con diferentes grados de aumento. Valores de ampliación típicos para oculares incluyen 5x, 10x y 2x. En algunos microscopios de alto rendimiento, la configuración óptica de la lente objetivo y el ocular se emparejan para dar el mejor rendimiento óptico posible. Esto ocurre más comúnmente con objetivos apocromáticos.
- La lente del objetivo - un cilindro que contiene una o más lentes para recoger la luz de la muestra. En el extremo inferior del tubo de microscopio de una o más lentes del objetivo se atornillan en una pieza de la nariz circular que puede girar para seleccionar la lente del objetivo requerido. Valores de ampliación típicos de lentes del objetivo son 4x, 5x, 10x, 20x, 40x, 80x y 100x. Algunos lentes de objetivo de alto rendimiento pueden requerir oculares emparejados para ofrecer el mejor rendimiento óptico.
- La etapa - una plataforma por debajo del objetivo que es compatible con la muestra que se está viendo. En el centro de la escena es un orificio circular a través del cual pasa la luz para iluminar la muestra. La fase general tiene brazos para celebrar diapositivas (placas de vidrio rectangulares con dimensiones típicas de 25 mm por 75 mm, sobre la que está montada la muestra).
- La fuente de iluminación - por debajo de la etapa, se proporciona luz y controlado en una variedad de maneras. En su forma más simple, la luz del día se dirige a través de un espejo. La mayoría de los microscopios, sin embargo, tienen su propia fuente de luz controlable que se enfoca a través de un dispositivo óptico llamado condensador, con diafragmas y filtros disponibles para la gestión de la calidad y la intensidad de la luz.
La totalidad del conjunto óptico está unido a un brazo rígido que a su vez está unido a un pie en forma de U robusta para proporcionar la rigidez necesaria. El brazo suele ser capaz de girar sobre su articulación con el pie para que el ángulo de visión que desee ajustar. Montado en el brazo son controles para el enfoque, normalmente una gran rueda moleteada para ajustar el enfoque gruesa, junto con una rueda moleteada más pequeño para controlar el enfoque fino.
Microscopios Actualizado pueden tener muchas más características, incluyendo la iluminación de transmisión, microscopía de contraste de fase y microscopía de contraste de interferencia diferencial, y las cámaras digitales.
En un microscopio óptico compuesto estándar, hay tres lentes de objetivo: una lente de escaneado (4 ×), lente de baja potencia (10 ×) y la lente de alta potencia (40 ×). Microscopios avanzados a menudo tienen cuarta lente objetivo, llamado lente de inmersión en aceite. Para utilizar esta lente, una gota de aceite de inmersión se coloca en la parte superior de la hoja de la cubierta, y la lente se reduce muy cuidadosamente hasta que el elemento objetivo frontal está inmerso en la película de aceite. Tales lentes de inmersión están diseñados para que el índice de refracción del aceite y de la hoja de la cubierta están estrechamente igualada para que la luz se transmite desde la muestra a la cara exterior de la lente objetivo con la refracción mínimo. Una lente de inmersión en aceite por lo general tiene una potencia de 100 ×.
La potencia real o ampliación de un microscopio óptico es el producto de los poderes del ocular ( ocular), normalmente de aproximadamente 10 ×, y la lente del objetivo se está utilizando.
Microscopios ópticos compuestos pueden producir una imagen ampliada de un espécimen hasta 1000 × y, con grandes aumentos, se utilizan para estudiar muestras delgadas ya que tienen una muy limitada profundidad de campo.
¿Cómo funciona un microscopio
Los componentes ópticos de un microscopio moderna son muy complejos y por un microscopio para trabajar bien, todo el camino óptico tiene que ser fijado de forma muy precisa y controlada. A pesar de esto, los principios ópticos básicos de un microscopio son bastante simple.
La lente del objetivo es, en su forma más simple, una muy alta potencia lupa es decir, una lente con una distancia focal muy corta. Esto se lleva muy cerca de la muestra que se examina de modo que la luz de la muestra llega a un foco sobre 160 mm en el interior del tubo de microscopio. Esto crea una imagen ampliada del sujeto. Esta imagen es invertida y se puede ver mediante la eliminación del ocular y la colocación de una pieza de papel de calco sobre el extremo del tubo. Al centrarse cuidadosamente una vez tenues espécimen, una imagen muy ampliada se puede ver. Es esto imagen real que se ve por la lente ocular que proporciona una mayor ampliación.
En la mayoría de los microscopios, el ocular es una lente compuesta, con una lente componente cerca de la parte delantera y uno en la parte trasera del tubo ocular. Esto forma un pareado de aire separados. En muchos diseños, el imagen virtual llega a un foco entre las dos lentes del ocular, la primera lente con lo que la imagen real a un enfoque y la segunda lente que permite al ojo para enfocar en la imagen virtual.
En todos los microscopios de la imagen se ve con los ojos fijos en el infinito (la mente que la posición del ojo en el figura anterior se determina por el foco del ojo). Dolores de cabeza y ojos cansados después de usar un microscopio suelen ser señales de que el ojo se ve obligado a enfocar a una distancia cercana en lugar de en el infinito.
Microscopio estéreo
El microscopio estéreo o disección está diseñado de forma diferente a partir de los diagramas de arriba, y tiene un propósito diferente. Utiliza dos trayectorias ópticas separadas con dos objetivos y dos oculares para proporcionar ángulos de visión ligeramente diferentes para los ojos izquierdo y derecho. De esta manera se produce una visualización tridimensional de la muestra que se examina.
El microscopio estereoscópico se utiliza a menudo para estudiar las superficies de muestras sólidas o para llevar a cabo el trabajo de cerca como la clasificación, la disección, microcirugía, la relojería, la fabricación de placas de circuito pequeño o inspección, y similares.
A diferencia de los microscopios compuestos, la iluminación en un microscopio estereoscópico utiliza con mayor frecuencia reflejada (episcópica) de iluminación en lugar de transmitida (diascópica) de iluminación, es decir, la luz reflejada desde la superficie de un objeto en lugar de la luz transmitida a través de un objeto. El uso de la luz reflejada desde el objeto permite el examen de especímenes que serían demasiado gruesa o de otra manera opaca para microscopía compuesto. Sin embargo, los microscopios estéreos también son capaces de iluminación de luz transmitida, así, típicamente por tener una bombilla o un espejo debajo de una fase transparente debajo del objeto, aunque a diferencia de un microscopio compuesto, la iluminación transmitida no se enfoca a través de un condensador en la mayoría de los sistemas. Estereoscópicos con iluminadores especialmente equipados se pueden utilizar para microscopía de campo oscuro, utilizando luz reflejada o transmitida.
Gran distancia de trabajo y la profundidad de campo aquí son cualidades importantes para este tipo de microscopio. Ambas cualidades están inversamente correlacionados con la resolución: cuanto mayor es la resolución (es decir, más corta es la distancia a la que dos puntos adyacentes pueden distinguirse por separado), menor es la profundidad de campo y distancia de trabajo. Un microscopio estéreo tiene un aumento útil de hasta 100 ×. La resolución es máximo en el orden de un objetivo promedio de 10 × en un microscopio compuesto, y con frecuencia mucho más baja.
Hay dos tipos de sistemas de aumento en microscopios estereoscópicos. Uno de ellos es aumento fijo en el que la ampliación primaria se consigue mediante un conjunto emparejado de lentes del objetivo con un grado conjunto de magnificación. El otro es el zoom o magnificación pancratic, que son capaces de un grado de variación continua de ampliación a través de un rango establecido. Sistemas de zoom pueden lograr una mayor ampliación a través de la utilización de objetivos auxiliares que aumentan la ampliación total por un factor de ajuste. Además, el aumento total en ambos sistemas fijos y zoom se puede variar cambiando oculares.
El microscopio estéreo no se debe confundir con un microscopio compuesto equipado con oculares binoculares. En un microscopio como los dos ojos ven la misma imagen, pero los oculares binoculares proporcionan una mayor comodidad de visualización. Sin embargo, la imagen en un microscopio tales no es diferente de la obtenida con un solo ocular monocular.
Pantalla digital con microscopios estereoscópicos
Recientemente varias camionetas vídeo cámara dual CCD se han instalado en los microscopios estéreo, lo que permite que las imágenes se muestran en un monitor LCD de alta resolución. El software convierte las dos imágenes a una imagen Anachrome 3D integrado, para su visualización con gafas de plástico rojo / cian, o al proceso de convergencia cruz por los vidrios claro y algo mejor precisión de color. Los resultados se pueden ver por un grupo que usa las gafas. Estos archivos pueden grabada también.
Diseños especiales
Otros tipos de microscopio óptico incluyen:
- la microscopio invertido para el estudio de muestras desde abajo; útil para los cultivos de células en líquido;
- la microscopio estudiante diseñado para el bajo costo, durabilidad, y facilidad de uso;
- el microscopio de investigación, que es una herramienta costosa con muchas mejoras;
- la microscopio petrográfico cuyo diseño por lo general incluye un filtro de polarización, la fase y la placa de yeso de rotación para facilitar el estudio de minerales u otros materiales cristalinos cuyas propiedades ópticas puede variar con la orientación.
- el microscopio polarizante
- la microscopio de fluorescencia
- la microscopio de contraste de fase
Limitaciones de los microscopios de luz
A muy altas magnificaciones con luz transmitida, objetos de punto son vistos como discos difusos rodeados de anillos de difracción. Estos se llaman Discos de Airy. Por consiguiente, el límite de resolución se toma como la capacidad de distinguir entre dos discos de Airy estrechamente espaciados. Son estos impactos de difracción que limitan la capacidad de resolver detalles finos. El alcance y magnitud de los patrones de difracción se ven afectados por tanto por la longitud de onda de la luz ( 
), Los materiales utilizados para la fabricación de refracción de la lente objetivo y la apertura numérica (NA o 
) De la lente objetivo. Por tanto, existe un límite finito más allá del cual es imposible resolver puntos separados en el campo objetivo. Suponiendo que las aberraciones ópticas en el conjunto óptico set-up son insignificantes, la resolución d, viene dado por:
Por lo general, una de Se supone 550 nm, correspondiente a luz verde. Con aire como medio, el más alto práctico es 0,95, y con aceite, hasta 1,5. En la práctica, el valor más bajo de d obtenible es de alrededor de 0,2 micrómetros o 200 nanómetros.
Otros diseños microscopio óptico (por ejemplo, Emisión Estimulada agotamiento Microscopía) puede ofrecer una mejor resolución al observar partículas auto-luminosas, que no está cubierto por límite de difracción de Abbe para el microscopio compuesto. La teoría de Abbe (por Ernst Karl Abbe) se basa en el hecho de que una partícula no auto-luminoso es iluminado por una fuente externa. Para el trabajo de Ernst Abbe en microscopía de luz, consulte el sitio web Expresiones Moleculares http://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/abbe.html.
Alternativas a la microscopía óptica
Con el fin de superar las limitaciones establecidas por el límite de difracción de la luz visible otros microscopios han sido diseñados que utilizan otras ondas.
- Microscopio electrónico de transmisión
- Microscopio electrónico de barrido
- Microscopio de rayos X
El uso de electrones y rayos X en lugar de la luz permite una resolución mucho mayor - la longitud de onda de la radiación es más corto por lo que el límite de difracción es menor. Para hacer que la sonda de longitud de onda corta no destructiva, el sistema de imágenes haz atómico ( Se propone nanoscopio atómica) y ampliamente discutido en la literatura, pero aún no es competitivo con los sistemas convencionales de imágenes.
