Kiedy chcesz zobaczyć najmniejsze przedmioty w najdrobniejszych szczegółach, sięgasz po mikroskop. Istnieje jednak wiele rodzajów mikroskopów i każdy z nich nadaje się do innych celów. Dwie główne kategorie, które należy rozważyć, to mikroskopy świetlne i mikroskopy elektronowe. Chociaż oba umożliwiają oglądanie mikroskopijnych przedmiotów, robią to na zupełnie inne sposoby.

Przyjrzyjmy się bliżej każdemu z tych potężnych narzędzi i zobaczmy, jakie są między nimi różnice. Następnie możemy omówić, kiedy każde z nich jest bardziej przydatnym narzędziem do pracy.

Na pierwszy rzut oka:

Jak działa mikroskop świetlny?

Jak sama nazwa wskazuje, mikroskopy świetlne wykorzystują światło do obserwacji. Światło przechodzi przez oglądany obiekt, a obiektyw powiększa go do znacznie większego rozmiaru, dzięki czemu można wyraźnie zobaczyć swój maleńki obiekt w najdrobniejszych szczegółach.

Jeśli przypomnisz sobie zajęcia z przedmiotów ścisłych w szkole średniej, wszystkie mikroskopy, których używałeś, były mikroskopami świetlnymi. Mikroskopy świetlne, zwane również optycznymi, obejmują wiele różnych mikroskopów, w tym powszechnie stosowany mikroskop złożony i mikroskop stereoskopowy, który jest lepszy do oglądania nieco większych obiektów.

Ponieważ mikroskopy świetlne wykorzystują tylko światło do oglądania obiektu, mogą być używane zarówno z martwymi, jak i żywymi okazami. Nie powodują uszkodzeń ani nie zabijają okazów, co czyni je idealnymi do badania żywych komórek, bakterii i innych żywych organizmów.

Szkiełka są również znacznie szybsze w przygotowaniu do mikroskopu świetlnego, zwykle zajmuje to zaledwie kilka minut do maksymalnie kilku godzin.

Przegląd mikroskopów świetlnych

Aplikacje

Mikroskopy świetlne są wykorzystywane w różnych dziedzinach hobby, zawodach i dziedzinach. Są one powszechnie stosowane w medycynie do oglądania próbek krwi, komórek i innych. Oczywiście, są one powszechnie stosowane w wielu różnych dziedzinach nauki do różnorodnych badań mikroskopowych.

Dzieci i hobbyści używają mikroskopów świetlnych do oglądania wszystkiego, od skał, przez robaki, po żywe komórki. Botanicy używają ich do badania wewnętrznej struktury roślin. Śledczy z miejsca zbrodni używają ich nawet do zatrzymania przestępców! Jak widać, zastosowania mikroskopu świetlnego są liczne i różnorodne.

Zobacz

Mikroskopy świetlne mogą mieć imponujące powiększenie do 1000x. To wystarczające powiększenie, aby obserwować rozmnażanie się komórek lub badać płytki krwi.

Po mniejszej stronie spektrum, mikroskopy stereoskopowe, inny rodzaj mikroskopu świetlnego, mają poziomy powiększenia około 60x-70x, idealne do oglądania większych okazów.

Mikroskopy świetlne są jednak ograniczone przez sposób, w jaki działają. Ponieważ polegają na przechodzeniu światła przez obiekt, są ograniczone przez wielkość cząsteczek światła. Chociaż można pomyśleć, że cząsteczki światła są małe, i są, to nie są tak małe jak niektóre rzeczy, które naukowcy chcą zobaczyć.

Foton światła ma wielkość około 400-700 nanometrów. W porównaniu z ludzkim włosem, który ma od 50 000 do 100 000 nanometrów, foton światła wydaje się maleńki. Ale w porównaniu z 10-nanometrowym białkiem, foton światła wydaje się teraz ogromny.

Fotony światła muszą być w stanie przejść przez obiekt, aby można było go obejrzeć, dlatego obiekty mniejsze niż fotony światła nie są widoczne przez mikroskop świetlny. Oznacza to, że najmniejsze okazy są pozostawione dla mikroskopów elektronowych.

Przenośność

Jeśli wrócisz myślami do szkoły średniej, to być może pamiętasz, jak podnosiłeś swój mikroskop z wózka i zabierałeś go z powrotem na biurko. To dlatego, że mikroskopy świetlne są małe i kompaktowe.

Niektóre modele z najwyższej półki z największym powiększeniem mogą być nieco ciężkie, ale te narzędzia są zazwyczaj w stanie przenieść jedna osoba.

Cena

Chociaż niektóre mikroskopy świetlne z wyższej półki mogą kosztować nawet 1000 dolarów, istnieje wiele wysokiej jakości opcji dostępnych za znacznie mniej. Można łatwo znaleźć przyzwoity mikroskop świetlny za mniej niż 100 dolarów.

Za profesjonalnej jakości mikroskop świetlny można spodziewać się wydatku rzędu 200$-400$. Zdarzają się droższe, ale w tym przedziale cenowym dostępnych jest wiele urządzeń, które oferują niesamowite cechy i funkcjonalność.

Zalety i wady mikroskopów świetlnych

• Przystępna cena zarówno dla hobbystów, jak i profesjonalistów
• Wystarczająco kompaktowy, aby mogła go przenieść jedna osoba
• Umożliwia oglądanie obiektów zbyt małych, aby można je było zobaczyć ludzkim okiem
• Można oglądać żywe okazy

• Powiększenie do 1000x
• Nie można zobaczyć niczego mniejszego niż 700 nanometrów.

Jak działa mikroskop elektronowy?

Podczas gdy mikroskop świetlny przepuszcza fotony światła przez preparat, co umożliwia oglądanie go przez soczewki, mikroskop elektronowy przepuszcza elektrony przez preparat. W tym miejscu pojawia się widmo elektromagnetyczne. Mikroskopy elektronowe działają w zakresie od ultrafioletu do promieniowania gamma.

Aby lepiej zrozumieć tę koncepcję, zobacz następny diagram:

W mikroskopie świetlnym fotony, które przechodzą przez preparat, przechodzą przez soczewki i trafiają do oka.Natomiast w mikroskopie elektronowym elektrony, które przechodzą przez preparat, przechodzą przez szereg elektromagnesów.Elektromagnesy uginają i załamują wiązkę elektronów, powiększając w ten sposób w podobny sposób, jak soczewki optyczne mikroskopu świetlnego.AleMikroskop elektronowy jest wielokrotnie potężniejszy, oferując poziomy powiększenia do 2 000 000.

Ale te elektrony nigdy nie docierają do Twojego oka. Zamiast tego obraz jest wyświetlany na ekranie, który możesz oglądać.

Problem polega na tym, że wiązki elektronów - promieniowanie rentgenowskie i gorsze - przechodzące przez próbkę są bardzo niszczące. Dlatego mikroskopy elektronowe mogą być używane tylko z martwymi okazami. Ponadto, próbka musi być starannie przygotowana w procesie, który trwa kilka dni i musi być oglądana w próżni, ponieważ elektrony nie podróżują daleko w powietrzu.

Podobnie jak w przypadku mikroskopów świetlnych, istnieje kilka różnych typów mikroskopów elektronowych. Trzy główne typy to transmisyjne mikroskopy elektronowe (TEM), skaningowe mikroskopy elektronowe (SEM) oraz mikroskopy sił atomowych (AFM).

• Zobacz także: Mikroskopy elektronowe transmisyjne (TEM) a skaningowe (SEM): Jaka jest różnica?

Przegląd mikroskopów elektronowych

Aplikacje

Mikroskopy elektronowe są stosowane wszędzie tam, gdzie istnieje potrzeba dokładnego obejrzenia najdrobniejszych okazów. Mówimy tu o okazach tak małych jak nanometr, bo tyle właśnie ma elektron.

Jeśli chcesz obejrzeć maleńkie bakterie lub białka, zazwyczaj będziesz musiał użyć mikroskopu elektronowego.

Mikroskopy elektronowe dają również obraz trójwymiarowy, więc zawsze, gdy trzeba zobaczyć strukturę czegoś mikroskopijnego, używa się mikroskopu elektronowego.

Używa się ich do badań biopsyjnych, badania metali, komórek kryształów, a nawet funkcji kontroli jakości.

Zobacz

Mikroskopy elektronowe są niezwykle potężne. Powiększają obiekt 100 000 razy, ale to dopiero początek. Większość z nich osiąga poziomy powiększenia 1 000 000x, a niektóre nawet 2 000 000x.

Co więcej, mikroskopy elektronowe zapewniają trójwymiarowy widok próbki, pozwalając zobaczyć strukturę komórek w sposób bardziej kompletny niż w przypadku mikroskopu świetlnego.

Image credit: pxhere.com

Jest jednak pewien haczyk: mikroskopy elektronowe dostarczają jedynie czarno-białych obrazów, w porównaniu z pełnokolorowymi, które można uzyskać przy użyciu mikroskopu świetlnego. Komputerowa obróbka zajmuje się resztą. Podsumowując: jeśli oglądasz coś mniejszego niż 700 nanometrów, mikroskop elektronowy jest naprawdę jedyną opcją.

Przenośność

Mikroskopy elektronowe są dużymi, nieporęcznymi urządzeniami. Kiedy już znajdą się w danym miejscu, będziesz chciał je tam zostawić, chyba że będzie to absolutnie konieczne, aby je przenieść. Są one tak duże, że istnieją wyspecjalizowane firmy zajmujące się właśnie przenoszeniem mikroskopów elektronowych.

Stołowe SEM są wielkości małej zmywarki do naczyń, ale pełnowymiarowe SEM są wielkości lodówki. TEM jest dużym pudełkiem o szerokości dwóch metrów i wysokości pięciu metrów. Potrzebują one również wielu innych narzędzi do prawidłowego funkcjonowania, w tym urządzeń próżniowych dla slajdów i innych.

Cena

W tym miejscu różnice między mikroskopami świetlnymi a elektronowymi są najbardziej drastyczne. Podczas gdy mikroskopy świetlne są w zasięgu możliwości finansowych większości profesjonalistów i hobbystów, bardzo niewiele osób może sobie pozwolić na mikroskop elektronowy. Są one zazwyczaj kupowane przez ogromne firmy z ogromnymi funduszami.

Za wysokiej klasy mikroskop elektronowy ze wszystkimi niezbędnymi akcesoriami i wyposażeniem trzeba będzie zapłacić blisko milion dolarów. Nawet za używany mikroskop elektronowy, który ma wiele lat i wiele lat użytkowania, wciąż trzeba będzie zapłacić wiele pięciocyfrowych kwot. Używane, ale wysokiej jakości urządzenie, które nie jest zbyt stare, wciąż będzie kosztować od 150 000 do 500 000 dolarów.

Zalety i wady mikroskopów elektronowych

• Powiększa do 2,000,000x
• Zapewnia obraz trójwymiarowy
• Jest to jedyne narzędzie do oglądania okazów mniejszych niż 700 nanometrów

• Poza budżetem większości ludzi
• Bardzo duże i trudne do przeniesienia
• Może pracować tylko z martwymi osobnikami
• Zapewnia tylko obraz czarno-biały

Zrozumieć mikroskopy, moc & Wielkość rzeczy

Mikroskopy świetlne mają maksymalne powiększenie 1000x. Jeśli mikroskop twierdzi, że ma 2000x powiększenie, wszystko powyżej 1000x będzie rozmyte i nieużyteczne; puste powiększenie.

Mikroskopy te są ograniczone do powiększenia 1000x, ponieważ opierają się na świetle, więc są ograniczone długością jego fali.

Nie wszystkie mikroskopy świetlne mają powiększenie 1000x. Niektóre są przeznaczone do oglądania większych obiektów, gdzie takie powiększenie byłoby zbyteczne. Mikroskopy stereoskopowe to rodzaj mikroskopu świetlnego o powiększeniu około 60x-70x, który jest idealny do oglądania skał, owadów i innych.

Ponieważ fotony światła muszą przejść przez obiekt w mikroskopie świetlnym, obiekt musi być większy niż foton światła, aby można go było zobaczyć. Oznacza to, że 700 nanometrów to najmniejszy obiekt, jaki można obejrzeć w mikroskopie świetlnym.

Mikroskopy elektronowe oferują niewiarygodne poziomy powiększenia. W skrajnych przypadkach niektóre mogą nawet uzyskać powiększenie 2,000,000x, choć większość z nich kończy się na 1,000,000x. Niektóre mogą nawet stworzyć obraz trójwymiarowy.

Ponieważ elektrony mają rozmiary zaledwie jednego nanometra, za pomocą mikroskopu elektronowego można oglądać małe obiekty o rozmiarach zaledwie kilku nanometrów. Mikroskop elektronowy jest jedyną opcją dla takich mikroskopów, ponieważ mikroskopy świetlne nie mogą oglądać obiektów mniejszych niż 700 nanometrów.

Zastanów się nad swoim wzorem

Czasami, ze względu na rodzaj preparatu, ograniczamy się do określonego typu mikroskopu. Ponieważ elektrony przechodzące przez preparat w mikroskopie elektronowym mogą być bardzo niszczące, proces ten działa tylko w przypadku martwych okazów. Oznacza to, że mikroskopy świetlne są jedynym wyborem dla żywych okazów.

Z drugiej strony, jeśli próbka jest mniejsza niż foton światła, czyli około 700 nanometrów, nie będzie można jej obejrzeć za pomocą mikroskopu świetlnego. W tym przypadku potrzebne będą maleńkie elektrony z mikroskopu elektronowego, które mogą przejść przez mały obiekt.

Image Credit: Pixabay

Jeśli musisz zobaczyć trójwymiarowy obraz, jak podczas badania struktury komórek kryształu, będziesz potrzebował mikroskopu elektronowego. Ale jeśli badasz coś i musisz zobaczyć kolory, będziesz chciał mikroskopu świetlnego, ponieważ mikroskopy elektronowe widzą tylko w czerni i bieli.

Cena

Dla wielu osób czynnikiem decydującym będzie cena. Ponieważ mikroskopy świetlne są przystępne zarówno dla hobbystów, jak i profesjonalistów, będą one oczywistym wyborem dla większości osób.

Mikroskopy elektronowe, z drugiej strony, będą kosztować sześć cyfr lub więcej w najniższym punkcie spektrum, chyba że chcesz coś, co jest przestarzałe i zużyte. Te narzędzia mogą kosztować blisko 1.000.000 dolarów, gdy są nowe, więc nie są one po prostu wykonalne dla większości ludzi lub firm.

Mikroskop świetlny a mikroskop elektronowy - który jest dla Ciebie odpowiedni?

Zatem, które z tych potężnych narzędzi jest właściwym wyborem dla Twoich potrzeb? O ile nie jesteś naukowcem najwyższego szczebla lub badaczem medycznym, prawdopodobnie najlepiej sprawdzi się mikroskop świetlny. Najprawdopodobniej są to jedyne narzędzia, które i tak będą w Twoim budżecie, ponieważ większość ludzi nie może sobie pozwolić na wydanie pół miliona na mikroskop.

Jeśli chcesz obejrzeć próbki krwi, żywe okazy lub cokolwiek większego niż fotony światła, najlepiej zrobisz używając mikroskopu świetlnego. Podobnie, jeśli kiedykolwiek będziesz chciał je przenieść, to mikroskop świetlny jest najlepszym wyborem. Spędzisz również mniej czasu na przygotowaniu próbek i nie potrzebujesz tak drogiego i specjalistycznego sprzętu.

Jeśli jednak oglądasz najmniejsze okazy do celów medycznych i naukowych, możesz potrzebować niesamowitego powiększenia, które zapewnia tylko mikroskop elektronowy. Mikroskopy elektronowe mogą oglądać okazy o wielkości zaledwie kilku nanometrów, więc są idealne do badania bakterii, białek i innych nieskończenie małych okazów. Ale mogą one oglądać tylko martwe okazy i wymagają dużej ilościspecjalistyczny sprzęt do prawidłowego działania, ponieważ slajdy muszą znajdować się w próżni.

• Zobacz także: SkyLight Scope: adapter do mikroskopu na telefon komórkowy, który już nie istnieje

Featured Image Credit: (L) Herney Gómez, Pixabay