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Microscópio óptico

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Uma 1879 microscópio Carl Zeiss Jena óptica.

O microscópio óptico, muitas vezes referida como o "microscópio de luz", é um tipo de microscópio que utiliza a luz visível e um sistema de lentes para ampliar imagens de amostras pequenas. Microscópios ópticos são os mais antigos e mais simples dos microscópios.

Há microscópios não ópticos, que requerem alteração química ou ião de amostras não-vivos, e pode aumentar exponencialmente maior do que o microscópio óptico. Veja: microscópio eletrônico de varredura, microscopia eletrônica de transmissão.

Configurações ópticas

Há duas configurações básicas de microscópio óptico em uso, o simples (uma lente) e composto (muitas lentes).

Microscópio óptico simples

Um simples microscópio é um microscópio que utiliza apenas uma lente de ampliação, e é o microscópio de luz original. Microscópios de Van Leeuwenhoek consistiu de um pequeno, único lente convexa montado sobre uma placa de latão, com um mecanismo de parafuso para manter a amostra ou amostra para ser analisada. Manifestações de microscopista britânico produziram imagens surpreendentemente detalhados de tais instrumentos básicos. Embora agora considerado primitivo, a utilização de uma única lente, convexa para visualização ainda é encontrado em dispositivos de ampliação simples, tais como o lupa, eo lupa. Microscópio de luz são capazes de ver espécimes em cor , uma vantagem importante quando comparado com microscópios eletrônicos, especialmente para análise forense.

História do microscópio

Microscópio composto feito por John Cuff em 1750
A mais antiga imagem publicada conhecido por ter sido feito com um microscópio: abelhas por Francesco Stelluti, 1630

É difícil dizer quem inventou o microscópio composto. Óculos decisores holandeses Hans Janssen e seu filho Zacharias Janssen são muitas vezes disse ter inventado o primeiro microscópio composto em 1590, mas esta foi uma declaração feita pelo próprio Zacharias Janssen durante o mid 1600. A data é pouco provável, uma vez que foi mostrado que Zacharias Janssen, na verdade, nasceu por volta de 1590. Outro favorito para o título de "inventor do microscópio" foi Galileo Galilei . Ele desenvolveu um occhiolino ou composto microscópio com uma convexa e uma lente côncava em Microscópio 1609. Galileu foi celebrada na Accademia dei Lincei em 1624 e foi o primeiro dispositivo desse tipo a ser dado o nome de "microscópio" um último ano pelo colega Lincean Giovanni Faber. Faber criou o nome dos gregos palavras μικρόν (micron), que significa "pequeno", e σκοπεῖν (skopein) ", que significa olhar", um nome significava ser analogus com " telescópio ", outro termo cunhado pelos Linceans.

Christiaan Huygens, outro holandês, desenvolveu um sistema simples ocular 2-lente no final de 1600, que era achromatically corrigido, e, portanto, um enorme passo em frente no desenvolvimento do microscópio. O ocular Huygens ainda está sendo produzido para este dia, mas sofre de um tamanho de campo pequeno, e outros problemas menores.

Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) é geralmente creditado com trazer o microscópio para a atenção de biólogos, apesar de simples lentes de aumento já estavam sendo produzidos em 1500. Microscópios caseiros de Van Leeuwenhoek eram muito pequenos instrumentos simples, com uma única lente, mas forte. Eles foram um pouco estranho em uso, mas permitiu van Leeuwenhoek para ver imagens detalhadas. Levou cerca de 150 anos de desenvolvimento óptico antes de o microscópio composto foi capaz de proporcionar a mesma qualidade de imagem como microscópios simples de van Leeuwenhoek, devido a dificuldades pontuais de configurar múltiplas lentes. Ainda assim, apesar das alegações generalizadas, van Leeuwenhoek não é o inventor do microscópio.

Os componentes do microscópio

Elementos básicos da microscopia óptica (1990)
Elementos básicos de microscópio óptico (1900):

1. lente ocular, ou ocular
2. turret objetivo
3. lentes objetivas
4. botão de ajuste macrométrico
5. botão de ajuste fino
6. titular objeto ou estágio
7. espelho
8. diafragma e condensador

Todos os microscópios ópticos compartilhar os mesmos componentes básicos:

  • O ocular - um cilindro que contém duas ou mais lentes para trazer a imagem para concentrar para o olho. A ocular é inserida para dentro da extremidade superior do tubo do corpo. Oculares são intercambiáveis e muitas oculares diferentes pode ser inserido com diferentes graus de ampliação. Valores de ampliação típicas para oculares incluem 5x, 10x e 2x. Em alguns microscópios de alta performance, a configuração óptica da lente objetiva e ocular são combinados para dar o melhor desempenho óptico possível. Isso ocorre mais comumente com apocromáticas objectivos.
  • A lente objectiva - um cilindro que contém um ou mais lentes para recolher luz a partir da amostra. Na extremidade inferior do tubo de microscópio de um ou mais lentes objectivas forem conectadas a uma parte do nariz circular que pode ser rodado para seleccionar a lente objectiva necessária. Valores de ampliação típicas de lentes objetivas são 4x, 5x, 10x, 20x, 40x, 80x e 100x. Algumas lentes objetivas de alto desempenho podem exigir oculares combinados para oferecer o melhor desempenho óptico.
  • O palco - uma plataforma abaixo do objectivo que apoia o modelo que está sendo visto. No centro do estágio é um furo circular através do qual a luz passa para iluminar a amostra. O palco geralmente tem braços para segurar lâminas (placas de vidro retangulares com dimensões típicas de 25 milímetros por 75 milímetros, no qual o espécime está montado).
  • A fonte de iluminação - abaixo do palco, a luz é fornecida e controlada de uma variedade de maneiras. Na sua forma mais simples, a luz do dia é dirigido através de um espelho. A maioria dos microscópios, no entanto, têm a sua própria fonte de luz controlável que é focada por meio de um dispositivo óptico denominado condensador, com diafragmas e filtros disponíveis para gerir a qualidade e intensidade da luz.

A totalidade do conjunto óptico é acoplado a um braço rígido que por sua vez está ligado a um pé em forma de U robusta para proporcionar a rigidez necessária. O braço é geralmente capaz de rodar no seu conjunto com o pé para permitir que o ângulo de visão para ser ajustado. Montada no braço são controles para focar, tipicamente uma grande roda serrilhada para ajustar o foco grosseiro, junto com uma roda serrilhada menor para controlar foco fino.

Microscópios Atualizado pode ter muitos mais recursos, incluindo iluminação de transmissão, microscopia de contraste de fase e microscopia de interferência diferencial contraste e câmeras digitais.

Em um microscópio óptico composto padrão, existem três lentes objectivas: uma lente de varrimento (4 ×), lente de baixa potência (10 ×) e lentes de elevada potência (40 vezes). Microscópios avançados têm, frequentemente, uma quarta lente objetiva, chamado de lente de imersão em óleo. Para utilizar esta lente, uma gota de óleo de imersão é colocado em cima da tampa de deslizamento, e a lente é cuidadosamente descida até que o elemento objectivo da frente está imerso na película de óleo. Tais lentes de imersão são concebidos de modo a que o índice de refracção do óleo e da lamela de cobertura são intimamente combinados de modo a que a luz é transmitida a partir da amostra para a face exterior da lente objectiva com refracção mínimo. Uma lente de imersão em óleo geralmente tem uma potência de 100 ×.

O poder real ou ampliação de um microscópio óptico é o produto dos poderes da ocular ( ocular), geralmente de cerca de 10 ×, e a lente objectiva a ser utilizado.

Microscópios ópticos pode produzir uma imagem ampliada de um espécime até 1000 × e, em grandes ampliações, são utilizados para estudar amostras finas, que têm uma muito limitada profundidade de campo.

Como um microscópio funciona

Caminho óptico de um microscópio típico

Os componentes ópticos, de um microscópio modernos são muito complexas e para um microscópio para trabalhar bem, todo o percurso óptico tem que ser ajustado de forma muito precisa e controlada. Apesar disso, os princípios ópticos básicos de um microscópio são bastante simples.

A lente objectiva é, da forma mais simples, uma lupa alimentado muito alta ou seja, uma lente com uma distância focal muito curta. Isto é apresentado muito perto da amostra a ser analisada, de modo que a luz do espécime chega a um foco de cerca de 160 mm para o interior do tubo de microscópio. Isto cria uma imagem ampliada do objecto. Esta imagem é invertido e pode ser visto através da remoção da ocular e colocando um pedaço de papel de decalque sobre a extremidade do tubo. Ao concentrar-se cuidadosamente uma amostra em vez dim, uma imagem altamente ampliada pode ser visto. É este imagem real que é visto pela lente ocular que fornece um novo alargamento.

Na maioria dos microscópios, a ocular é uma lente de composto, com um componente de lente perto da frente e uma perto da parte traseira do tubo ocular. Isso forma um dístico separados por ar. Em muitos projetos, o imagem virtual trata de um foco entre as duas lentes da ocular, a primeira lente trazendo a imagem real para um foco e a segunda lente permitindo que o olho para focar a imagem virtual.

Em todos os microscópios a imagem é vista com os olhos focados no infinito (mente que a posição do olho na figura acima é determinado pelo foco do olho). Dores de cabeça e olhos cansados depois de usar um microscópio são geralmente sinais de que o olho está sendo forçada a focar a uma distância próxima, em vez de no infinito.

Microscópio estéreo

Microscópio estéreo

O microscópio estéreo ou dissecando é projetado de forma diferente a partir dos diagramas acima, e serve a um propósito diferente. Ele usa dois caminhos ópticos separados com dois objectivos e duas oculares para fornecer um pouco diferentes ângulos de visão para os olhos esquerdo e direito. Desta forma, produz um visualização tridimensional da amostra a ser analisada.

O microscópio estéreo é muitas vezes usado para estudar as superfícies de amostras sólidas ou para realizar trabalhos fora perto como classificação, dissecção, microcirurgia, relojoaria, fabricação pequena placa de circuito ou de inspecção, e outros semelhantes.

Ao contrário de microscópios compostos, iluminação em um microscópio estéreo usa com mais freqüência reflectido (episcópica) em vez de iluminação transmitido (diascopic) iluminação, isto é, a luz reflectida a partir da superfície de um objecto em vez de luz transmitida através de um objecto. A utilização de luz reflectida a partir do objecto permite o exame de espécimes que seriam demasiado espesso ou de outro modo opaca para microscopia composto. No entanto, microscópios estéreo são também capazes de transmitir luz de iluminação, bem como, tipicamente tendo uma lâmpada ou por baixo de uma fase espelho transparente por baixo do objecto, embora ao contrário de um microscópio composto, iluminação transmitida não é focado por meio de um condensador na maioria dos sistemas. Stereoscopes com iluminadores especialmente equipados pode ser usado para microscopia de campo escuro, usando luz refletida ou transmitida.

Cientista usando um microscópio estéreo equipado com uma imagem digital pick-up

Grande distância de trabalho e profundidade de campo aqui são qualidades importantes para este tipo de microscópio. Ambas as qualidades estão inversamente correlacionados com resolução: quanto maior for a resolução (isto é, menor é a distância a que dois pontos adjacentes podem ser distinguidos como separado), quanto menor for a profundidade de campo e distância de trabalho. Um microscópio estéreo tem uma ampliação útil de até 100 ×. A resolução é, no máximo, na ordem de um objectivo média 10 × em um microscópio composto, e frequentemente muito mais baixa.

Existem dois tipos de sistemas de ampliação em microscópios estéreo. Um deles é a ampliação fixa na qual ampliação primária é conseguido através de um conjunto emparelhado de lentes objetivas com um grau conjunto de ampliação. O outro é de zoom ou ampliação pancratic, que são capazes de um grau de variação contínua de ampliação através de um intervalo definido. Sistemas zoom podem alcançar mais de ampliação através da utilização de objectivos auxiliares que aumentam a ampliação total por um fator set. Além disso, o aumento total em ambos os sistemas fixos e zoom pode ser variada mudando-oculares.

O microscópio estéreo não deve ser confundido com um microscópio composto equipado com oculares binoculares. Em tal microscópio ambos os olhos ver a mesma imagem, mas as oculares binoculares proporcionar maior conforto de visualização. No entanto, a imagem em tal microscópio não é diferente do que o obtido com um único ocular monocular.

Display digital com microscópios estéreo

Recentemente vários vídeo dupla câmera CCD pickups foram instalados em microscópios estéreo, permitindo que as imagens sejam exibidas em um monitor LCD de alta resolução. Software converte as duas imagens para uma imagem Anachrome 3D integrado, para ver com óculos vermelho / ciano de plástico, ou para o processo de convergência cruz para óculos claros e um pouco melhor precisão de cor. Os resultados são visíveis por um grupo usando os óculos. Estes ficheiros podem também registada.

Projetos especiais

Outros tipos de microscópio óptico incluem:

  • o microscópio invertido para o estudo de amostras a partir de baixo; útil para culturas de células em líquido;
  • o microscópio estudante projetado para o baixo custo, durabilidade e facilidade de uso;
  • o microscópio de pesquisa que é uma ferramenta caro com muitas melhorias;
  • o petrographic microscópio cuja concepção inclui normalmente um filtro de polarização, da placa de gesso e fase de rotação para facilitar o estudo de minerais ou outros materiais cristalinos cujas propriedades ópticas podem variar de acordo com a orientação.
Um velho microscópio de bolso
  • o microscópio de polarização
  • o microscópio de fluorescência
  • o microscópio de contraste de fase

Limitações de microscópios de luz

Em muito grandes ampliações com luz transmitida, objetos de ponto são vistos como discos nebulosos cercados por anéis de difracção. Estes são chamados Discos arejado. O limite de resolução é, portanto, considerada como a capacidade para distinguir entre dois discos espaçados Airy. É estes impactos de difração que limitam a capacidade de resolver detalhes finos. A extensão e magnitude dos padrões de difracção são afectados por tanto pela comprimento de onda de luz ( \ Lambda ), Os materiais de refracção usados para fabricar a lente objectiva e o abertura numérica (NA ou A_n ) Da lente objectiva. Existe, portanto, um limite finito para além do qual não é possível resolver pontos separados no campo da objectiva. Partindo do princípio de que as aberrações ópticas em todo óptica set-up são insignificantes, a resolução d, é dada por:

d = \ frac {\ lambda} {2} a_n

Normalmente, uma \ Lambda de 550 nm é assumida, o que corresponde a luz verde. Com ar como o meio, a maior prático A_n é de 0,95, e com óleo, até 1,5. Na prática, o valor mais baixo de d obtida é de cerca de 0,2 micrómetros ou 200 nanómetros.

Um microscópio moderno com um lâmpada de mercúrio para A microscopia de fluorescência. O microscópio tem um câmara digital, e é ligado a um computador .

Outros projetos de microscópio óptico (por exemplo, Emissão Estimulada de Esgotamento Microscopy) pode oferecer uma resolução melhorada quando observar partículas auto-luminoso, que não está abrangido pelo limite de difração de Abbe para o microscópio composto. A teoria de Abbe (por Ernst Karl Abbe) baseia-se no facto de uma partícula não-auto-luminosa é iluminado por uma fonte extrínseca. Para o trabalho de Ernst Abbe em microscopia de luz, consulte o site do Expressões Molecular da http://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/abbe.html.

Alternativas à microscopia óptica

A fim de superar as limitações definidas pelo limite de difração da luz visível outros microscópios foram projetados que utilizam outras ondas.

  • Microscopia eletrônica de transmissão
  • Microscópio eletrônico de varredura
  • Microscópio de raios-X

O uso de electrões e raios X em vez de luz permite uma resolução muito maior - o comprimento de onda da radiação é mais curto de modo que o limite de difracção é inferior. Para fazer com que a sonda de curto comprimento de onda não-destrutivo, o sistema de imagem feixe atômico ( Nanoscope atômica) é proposta e amplamente discutido na literatura, mas ainda não é competitivo com sistemas de imagem convencionais.

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