Когда вам нужно рассмотреть мельчайшие предметы в мельчайших деталях, вы обращаетесь к микроскопу. Но существует несколько типов микроскопов, и каждый из них подходит для разных целей. Две основные категории, которые следует рассмотреть, - это световые микроскопы и электронные микроскопы. Хотя оба они позволяют рассмотреть микроскопические предметы, они делают это совершенно по-разному.

Давайте подробнее рассмотрим каждый из этих мощных инструментов и увидим, в чем их различия. Затем мы сможем обсудить, когда каждый из них является более подходящим инструментом для работы.

На первый взгляд:

Как работает световой микроскоп?

Как следует из названия, световые микроскопы используют свет, чтобы видеть. Свет проходит через объект, который вы рассматриваете, и объектив увеличивает его до гораздо большего размера, чтобы вы могли четко и детально рассмотреть крошечный объект.

Если вы вспомните уроки естествознания в средней школе, то все микроскопы, которые вы использовали, были световыми микроскопами. Световые микроскопы также называют оптическими микроскопами, они включают в себя множество различных микроскопов, в том числе широко используемый составной микроскоп и стереомикроскоп, который лучше подходит для просмотра немного больших объектов.

Поскольку световые микроскопы используют только свет для просмотра объекта, их можно использовать с мертвыми или живыми образцами. Они не повреждают образец и не убивают его. Это делает их идеальными для изучения живых клеток, бактерий и других живых организмов.

Слайды также гораздо быстрее готовятся для светового микроскопа, обычно на это уходит от нескольких минут до нескольких часов максимум.

Обзор светового микроскопа

Приложения

Световые микроскопы используются в различных хобби, профессиях и областях. Они широко применяются в медицине для просмотра образцов крови, клеток и т.д. Очевидно, что они широко используются в различных областях науки для разнообразных исследований с помощью микроскопа.

Дети и любители используют световые микроскопы для изучения всего - от камней до жуков и живых клеток, ботаники - для изучения внутренней структуры растений, а следователи на месте преступления - для задержания преступников! Как видите, применение светового микроскопа многочисленно и разнообразно.

Посмотреть

Световые микроскопы могут иметь впечатляющее увеличение до 1000x. Этого увеличения достаточно, чтобы наблюдать за размножением клеток или исследовать тромбоциты в крови.

На меньшей стороне спектра стереомикроскопы, еще один тип светового микроскопа, имеют увеличение около 60x-70x, что идеально подходит для просмотра больших образцов.

Но световые микроскопы ограничены в своей работе. Поскольку они полагаются на прохождение света через объект, они ограничены размером частиц света. Хотя вы можете подумать, что частицы света крошечные, и это так, они не такие крошечные, как некоторые вещи, которые ученые хотят рассмотреть.

Фотон света имеет размер около 400-700 нанометров. По сравнению с человеческим волосом, размер которого составляет 50 000-100 000 нанометров, фотон света кажется крошечным. Но по сравнению с 10-нанометровым белком фотон света кажется огромным.

Фотоны света должны пройти через объект, чтобы вы смогли его рассмотреть, поэтому объекты, размер которых меньше фотонов света, невозможно рассмотреть в световом микроскопе. Это означает, что самые маленькие образцы предназначены для электронных микроскопов.

Портативность

Если вы снова вспомните школьный урок естествознания, то, возможно, вспомните, как вы собирали свой микроскоп с тележки и везли его обратно на парту. Это потому, что световые микроскопы маленькие и компактные.

Некоторые модели высшего класса с наибольшим увеличением могут быть немного тяжеловаты, но эти инструменты, как правило, может перемещать один человек.

Цена

Хотя некоторые высококлассные световые микроскопы могут стоить до 1000 долларов, есть много высококачественных вариантов, доступных за гораздо меньшую цену. Вы можете легко найти достойный световой микроскоп по цене менее 100 долларов.

За световой микроскоп профессионального качества вы можете рассчитывать на сумму от $200 до $400. Они стоят дороже, но и в этом ценовом диапазоне есть множество приборов, предлагающих невероятные возможности и функциональность.

Плюсы и минусы световых микроскопов

• Доступная цена как для любителей, так и для профессионалов
• Достаточно компактен для перемещения одним человеком
• Позволяет видеть объекты, слишком маленькие для человеческого глаза
• Можно рассматривать живые образцы

• Максимальное увеличение 1 000x
• Невозможно просмотреть что-либо размером менее 700 нанометров

Как работает электронный микроскоп?

В то время как световой микроскоп пропускает фотоны света через образец, что позволяет рассмотреть его через линзы, электронный микроскоп пропускает электроны через образец. Именно здесь задействован электромагнитный спектр. Электронные микроскопы работают в ультрафиолетовой и гамма-диапазонах спектра.

Чтобы лучше понять эту концепцию, смотрите следующую диаграмму:

В световом микроскопе фотоны, проходящие через образец, попадают через линзы прямо в глаз. Но в электронном микроскопе электроны, проходящие через образец, проходят через ряд электромагнитов. Электромагниты изгибают и преломляют электронный луч, увеличивая его точно так же, как оптические линзы светового микроскопа. Но в электронном микроскопе электроны, проходящие через образец, увеличивают его.Электронный микроскоп во много раз мощнее и обеспечивает увеличение до 2 000 000.

Но эти электроны никогда не достигают вашего глаза. Вместо этого изображение проецируется на экран для просмотра.

Проблема в том, что пучки электронов - рентгеновские лучи и даже хуже - проходя через образец, сильно разрушают его. Вот почему электронные микроскопы можно использовать только с мертвыми образцами. Кроме того, образец необходимо тщательно подготовить в процессе, который занимает несколько дней, и рассматривать его в вакууме, поскольку электроны не проходят далеко в воздухе.

Как и световые микроскопы, существует несколько различных типов электронных микроскопов. Три основных типа - это просвечивающие электронные микроскопы (TEM), сканирующие электронные микроскопы (SEM) и атомно-силовые микроскопы (AFM).

• См. также: Трансмиссионные (TEM) и сканирующие (SEM) электронные микроскопы: в чем разница?

Обзор электронных микроскопов

Приложения

Электронные микроскопы используются в тех случаях, когда необходимо рассмотреть мельчайшие образцы в мельчайших деталях. Речь идет об образцах размером в нанометр, поскольку это примерно размер электрона.

Если вы хотите рассмотреть крошечные бактерии или белки, вам, как правило, придется воспользоваться электронным микроскопом.

Электронные микроскопы также дают трехмерное изображение, поэтому в любой момент, когда вам нужно увидеть структуру чего-то микроскопического, вы, скорее всего, воспользуетесь электронным микроскопом.

Они используются для исследования биопсии, изучения металлов, клеток кристаллов и даже для контроля качества.

Посмотреть

Электронные микроскопы невероятно мощные. Они увеличивают объект исследования в 100 000 раз, но это только начало. Большинство микроскопов достигают увеличения в 1 000 000 раз. Некоторые даже способны увеличивать в 2 000 000 раз.

Более того, электронные микроскопы обеспечивают трехмерное изображение образца, позволяя увидеть структуру клеток более полно, чем с помощью светового микроскопа.

Кредит на изображение: pxhere.com

Но есть одна загвоздка. Электронные микроскопы дают только черно-белые изображения, в то время как световые микроскопы дают полноцветные изображения. Компьютерное улучшение делает все остальное. Итог: если вы хотите рассмотреть что-то размером менее 700 нанометров, электронный микроскоп - это единственный вариант.

Портативность

Электронные микроскопы - это большие и громоздкие приборы. Если они установлены в определенном месте, вы захотите оставить их там, пока не возникнет острая необходимость в их перемещении. Они настолько велики, что существуют специализированные компании, которые занимаются именно перемещением вашего электронного микроскопа.

Настольные СЭМ размером с небольшую посудомоечную машину, а полноразмерные СЭМ размером с холодильник. СЭМ - это большой ящик шириной два метра и высотой пять метров. Для правильной работы им также требуется множество других инструментов, включая вакуумное оборудование для слайдов и многое другое.

Цена

Если световые микроскопы по карману большинству профессионалов и любителей, то электронные микроскопы могут позволить себе очень немногие. Обычно их приобретают крупные компании с огромными фондами.

За высококлассный электронный микроскоп со всеми необходимыми принадлежностями и оборудованием придется заплатить около миллиона долларов. Даже за подержанный электронный микроскоп, которому уже много лет, и за плечами которого много лет эксплуатации, вы все равно заплатите пятизначную сумму. Подержанный, но качественный прибор, не слишком старый, все равно обойдется вам в сумму от 150 000 до 500 000 долларов.

Плюсы и минусы электронных микроскопов

• Увеличение до 2 000 000x
• Обеспечивает трехмерное изображение
• Это единственный инструмент для просмотра образцов размером менее 700 нанометров

• Не по карману большинству людей
• Очень большой и трудно перемещаемый
• Может работать только с мертвыми образцами
• Обеспечивает только черно-белое изображение

Понимание микроскопов, мощности и размеров вещей

Световые микроскопы имеют максимальное увеличение 1 000x. Если микроскоп заявляет об увеличении 2 000x, все, что больше 1 000x, будет размыто и непригодно для использования; пустое увеличение.

Эти микроскопы ограничены 1000-кратным увеличением, поскольку они работают на основе света, а значит, ограничены его длиной волны.

Но не все световые микроскопы имеют 1000-кратное увеличение. Некоторые из них предназначены для изучения крупных объектов, где такое увеличение было бы излишним. Стереомикроскопы - это тип светового микроскопа с увеличением около 60x-70x, который идеально подходит для изучения камней, насекомых и многого другого.

Поскольку фотоны света должны пройти через объект в световом микроскопе, объект должен быть больше фотона света, чтобы вы могли его рассмотреть. Это означает, что 700 нанометров - это самый маленький объект, который можно рассмотреть в световом микроскопе.

Электронные микроскопы обеспечивают невероятные уровни увеличения. В крайнем случае, некоторые из них могут достигать увеличения в 2 000 000 раз, хотя большинство из них достигают 1 000 000 раз. Некоторые из них могут даже создавать трехмерное изображение.

Поскольку размер электронов составляет всего один нанометр, с помощью электронного микроскопа можно рассматривать крошечные объекты размером всего в несколько нанометров. Это единственный вариант для такого микроскопического наблюдения, поскольку световые микроскопы не могут рассматривать объекты размером менее 700 нанометров.

Рассмотрите свой образец

Иногда образец может быть ограничен определенным типом микроскопа. Поскольку электроны, проходящие через образец в электронном микроскопе, могут быть очень разрушительными, этот процесс работает только с мертвыми образцами. Это означает, что световые микроскопы - единственный выбор для живых образцов.

С другой стороны, если ваш образец меньше фотона света, около 700 нанометров, то вы не сможете рассмотреть его с помощью светового микроскопа. В этом случае вам понадобятся крошечные электроны электронного микроскопа, которые могут пройти через ваш маленький объект.

Кредит на изображение: Pixabay

Если вам нужно увидеть трехмерное изображение, как при изучении структуры клеток кристалла, вам понадобится электронный микроскоп. Но если вы изучаете что-то и вам нужно увидеть цвета, вам понадобится световой микроскоп, поскольку электронные микроскопы видят только в черно-белом режиме.

Цена

Для многих людей решающим фактором будет цена. Поскольку световые микроскопы доступны по цене как для любителей, так и для профессионалов, они будут очевидным выбором для большинства людей.

Электронные микроскопы, с другой стороны, обойдутся вам в шестизначную сумму или больше, если только вы не хотите что-то устаревшее и изношенное. Стоимость этих инструментов может приближаться к $1 000 000 в новом состоянии, поэтому они просто не по карману большинству людей или предприятий.

Световой микроскоп и электронный микроскоп - что вам больше подходит?

Итак, какой из этих мощных инструментов подходит для ваших нужд? Если вы не ученый высшего уровня или медицинский исследователь, вам, вероятно, лучше всего подойдет световой микроскоп. Скорее всего, это единственные инструменты, которые в любом случае будут в вашем бюджете, поскольку большинство людей не могут позволить себе потратить полмиллиона на микроскоп.

Если вы хотите рассмотреть образцы крови, живые образцы или что-то большее, чем световые фотоны, то лучше всего подойдет световой микроскоп. Точно так же, если вы захотите его переместить, то световой микроскоп - лучший выбор. Вы также потратите меньше времени на подготовку образцов и вам не понадобится такое дорогое и специализированное оборудование.

Но если вы рассматриваете мельчайшие образцы в медицинских и научных целях, то вам может понадобиться невероятное увеличение, которое может обеспечить только электронный микроскоп. Они могут рассматривать образцы размером всего в несколько нанометров, поэтому идеально подходят для изучения бактерий, белков и других бесконечно малых образцов. Но они могут рассматривать только мертвые образцы и требуют большого количестваспециализированное оборудование для правильной работы, поскольку слайды должны находиться в вакууме.

• Смотрите также: SkyLight Scope: адаптер для сотового телефона с микроскопом, которого больше нет

Featured Image Credit: (L) Herney Gómez, Pixabay