Коли вам потрібно розглянути найдрібніші об'єкти в найдрібніших деталях, ви звертаєтеся до мікроскопа. Але існує кілька типів мікроскопів, і кожен з них підходить для різних цілей. Дві основні категорії, які варто розглянути, - це світлові мікроскопи та електронні мікроскопи. Хоча обидва вони дозволяють бачити мікроскопічні об'єкти, вони роблять це абсолютно різними способами.

Давайте ближче познайомимося з кожним з цих потужних інструментів і подивимося, в чому полягає різниця між ними. Потім ми зможемо обговорити, коли кожен з них є більш придатним інструментом для роботи.

З першого погляду:

Як працює світловий мікроскоп?

Як випливає з назви, світлові мікроскопи використовують світло для того, щоб бачити. Світло проходить крізь об'єкт, який ви розглядаєте, і об'єктив збільшує його до набагато більшого розміру, так що ви можете чітко бачити крихітний об'єкт у найдрібніших деталях.

Якщо ви згадаєте уроки природознавства в середній школі, то всі мікроскопи, які ви використовували, були світловими. Світлові мікроскопи, які також називають оптичними, включають в себе безліч різних мікроскопів, в тому числі широко використовуваний складний мікроскоп і стереомікроскоп, який краще підходить для розгляду трохи більших об'єктів.

Оскільки світлові мікроскопи використовують світло лише для того, щоб розглядати об'єкт, їх можна використовувати як з мертвими, так і з живими зразками. Вони не завдають шкоди зразку і не вбивають його. Це робить їх ідеальними для вивчення живих клітин, бактерій та інших живих організмів.

Підготовка слайдів для світлового мікроскопа також відбувається набагато швидше, зазвичай це займає від кількох хвилин до кількох годин максимум.

Огляд світлового мікроскопа

Додатки

Ви знайдете світлові мікроскопи, які використовуються в різних хобі, професіях і сферах. Вони широко застосовуються в медицині для вивчення зразків крові, клітин і т.д. Очевидно, що вони широко використовуються в багатьох різних наукових галузях для різноманітних мікроскопічних досліджень.

Діти та любителі використовують світлові мікроскопи, щоб вивчати все: від каміння до жуків і живих клітин. Ботаніки досліджують внутрішню будову рослин. Криміналісти навіть допомагають затримувати злочинців! Як бачите, застосування світлового мікроскопа дуже різноманітне і багатогранне.

Вигляд

Світлові мікроскопи можуть мати вражаючі рівні збільшення до 1000 разів. Цього достатньо, щоб спостерігати за розмноженням клітин або досліджувати тромбоцити у крові.

З іншого боку, стереомікроскопи, ще один тип світлових мікроскопів, мають рівні збільшення близько 60x-70x, що ідеально підходить для перегляду великих зразків.

Але світлові мікроскопи обмежені принципом своєї роботи. Оскільки вони покладаються на світло, яке проходить крізь об'єкт, вони обмежені розміром світлових частинок. Хоча ви можете подумати, що частинки світла крихітні, і це дійсно так, вони не настільки крихітні, як деякі речі, які вчені хочуть побачити.

Фотон світла має розмір близько 400-700 нанометрів. У порівнянні з людською волосиною, яка має розмір від 50 000 до 100 000 нанометрів, фотон світла здається крихітним. Але в порівнянні з 10-нанометровим білком, фотон світла здається величезним.

Фотони світла повинні пройти крізь об'єкт, щоб його можна було побачити, тому об'єкти, менші за фотони світла, не можна побачити у світловий мікроскоп. Це означає, що найменші зразки залишаються для електронних мікроскопів.

Портативність

Якщо ви знову згадаєте уроки природознавства в старших класах, то, можливо, пригадаєте, як ви брали мікроскоп з візка і ставили його назад на парту. Це тому, що світлові мікроскопи маленькі і компактні.

Деякі моделі найвищого класу з найбільшим збільшенням можуть бути дещо важкими, але ці інструменти, як правило, може переміщати одна людина.

Ціна

Хоча деякі високоякісні світлові мікроскопи можуть коштувати понад 1000 доларів, є багато високоякісних варіантів, доступних за значно меншу суму. Ви можете легко знайти пристойний світловий мікроскоп за ціною менше 100 доларів.

За світловий мікроскоп професійної якості можна заплатити від $200 до $400. Є й дорожчі, але в цьому ціновому діапазоні є чимало моделей, які пропонують неймовірні можливості та функціональність.

Переваги та недоліки світлових мікроскопів

• Доступний як для любителів, так і для професіоналів
• Досить компактний для переміщення однією людиною
• Дозволяє бачити об'єкти, занадто малі для людського ока
• Можна переглянути живі екземпляри

• Максимальне збільшення 1,000x
• Не може переглядати нічого меншого за 700 нанометрів

Як працює електронний мікроскоп?

У той час як світловий мікроскоп пропускає світлові фотони через зразок, щоб ви могли розглядати його через лінзи, електронний мікроскоп пропускає електрони через зразок. Саме тут задіюється електромагнітний спектр. Електронні мікроскопи працюють в ультрафіолетовому і гамма-діапазоні спектра.

Щоб краще зрозуміти цю концепцію, дивіться наступну діаграму:

У світловому мікроскопі фотони, які проходять крізь зразки, далі проходять крізь лінзи і потрапляють у ваше око. Але в електронному мікроскопі електрони, які проходять крізь зразок, далі проходять крізь серію електромагнітів. Електромагніти згинають і заломлюють електронний промінь, збільшуючи його так само, як і оптична лінза світлового мікроскопа. Але велектронний мікроскоп у багато разів потужніший, пропонуючи рівні збільшення до 2 000 000.

Але ці електрони ніколи не потрапляють у ваше око. Натомість зображення проектується на екран, щоб ви могли його бачити.

Проблема в тому, що електронні пучки - рентгенівські промені або ще гірше - проходячи крізь ваш зразок, дуже руйнівні. Ось чому електронні мікроскопи можна використовувати тільки з мертвими зразками. Крім того, зразок повинен бути ретельно підготовлений в процесі, який займає кілька днів, і його потрібно розглядати у вакуумі, оскільки електрони не мандрують далеко в повітрі.

Як і світлові мікроскопи, існує кілька різних типів електронних мікроскопів. Три основні типи - це просвічуючі електронні мікроскопи (ПЕМ), растрові електронні мікроскопи (РЕМ) та атомно-силові мікроскопи (АСМ).

• Дивіться також: Просвічувальні (ПЕМ) та растрові (РЕМ) електронні мікроскопи: в чому різниця?

Огляд електронного мікроскопа

Додатки

Електронні мікроскопи використовуються там, де потрібно розглянути найдрібніші зразки в найдрібніших деталях. Ми говоримо про зразки розміром до нанометра, оскільки це приблизно розмір електрона.

Якщо ви хочете побачити крихітні бактерії або білки, вам, як правило, доведеться використовувати електронний мікроскоп.

Електронні мікроскопи також надають 3-вимірне зображення, тому щоразу, коли вам потрібно побачити структуру чогось мікроскопічного, ви, швидше за все, скористаєтеся електронним мікроскопом.

Вони використовуються для біопсійних досліджень, вивчення металів, клітин кристалів і навіть для контролю якості.

Вигляд

Електронні мікроскопи неймовірно потужні. Вони збільшують ваш об'єкт у 100 000 разів, але це лише початок. Більшість з них досягають збільшення у 1 000 000 разів, а деякі навіть у 2 000 000 разів.

Крім того, електронні мікроскопи надають 3-вимірне зображення зразка, що дозволяє побачити структуру клітин більш повно, ніж за допомогою світлового мікроскопа.

Копирайт изображения pxhere.com

Але є один нюанс: електронні мікроскопи дають лише чорно-білі зображення, на відміну від повнокольорових зображень, які ви отримуєте за допомогою світлового мікроскопа. Комп'ютерне покращення піклується про все інше. Підсумок: якщо ви розглядаєте щось менше 700 нанометрів, електронний мікроскоп - це дійсно ваш єдиний варіант.

Портативність

Електронні мікроскопи - це великі, громіздкі прилади. Якщо ви встановили їх у певному місці, ви захочете залишити їх там, якщо тільки немає крайньої необхідності в переміщенні. Вони настільки великі, що існують спеціалізовані компанії, які займаються лише переміщенням електронних мікроскопів.

Настільні СЕМ мають розмір невеликої посудомийної машини, а повнорозмірні СЕМ - розмір холодильника. СЕМ - це великий ящик завширшки два метри і заввишки п'ять метрів. Для належного функціонування їм також потрібен цілий ряд інших інструментів, включаючи вакуумне обладнання для предметного столика та багато іншого.

Ціна

Саме тут різниця між світловими та електронними мікроскопами є найбільш суттєвою. У той час як світлові мікроскопи є доступними для більшості професіоналів та аматорів, дуже мало людей можуть дозволити собі електронні мікроскопи. Зазвичай їх купують великі компанії, які мають величезні кошти для фінансування.

Висококласний електронний мікроскоп з усіма необхідними аксесуарами та обладнанням коштуватиме близько мільйона доларів. Навіть за вживаний електронний мікроскоп, якому вже багато років і який багато разів використовувався, ви все одно заплатите п'ятизначну суму. За вживаний, але високоякісний прилад, який не є надто старим, ви все одно заплатите від 150 000 до 500 000 доларів США.

Плюси та мінуси електронних мікроскопів

• Збільшує до 2 000 000 разів
• Забезпечує 3-D зображення
• Це єдиний інструмент для перегляду зразків розміром менше 700 нанометрів

• Не по кишені більшості людей
• Дуже великий і важкий для переміщення
• Може працювати лише з мертвими зразками
• Надає лише чорно-біле зображення

Розуміння мікроскопів, потужності та розмірів речей

Світлові мікроскопи мають максимальне збільшення в 1000 разів. Якщо мікроскоп заявляє, що має 2000-кратне збільшення, то все, що перевищує 1000-кратне, буде розмитим і непридатним для використання; порожнє збільшення.

Ці мікроскопи обмежені 1000-кратним збільшенням, оскільки вони покладаються на світло, а отже, обмежені довжиною його хвилі.

Але не всі світлові мікроскопи мають 1000-кратне збільшення. Деякі з них призначені для вивчення великих об'єктів, де таке збільшення було б надмірним. Стереомікроскопи - це тип світлових мікроскопів зі збільшенням приблизно 60x-70x, які ідеально підходять для вивчення каміння, комах та інших об'єктів.

Оскільки світлові фотони повинні проходити крізь об'єкт у світловому мікроскопі, об'єкт повинен бути більшим за світловий фотон, щоб його можна було розглянути. Це означає, що 700 нанометрів - це приблизно найменший об'єкт, який можна розглянути за допомогою світлового мікроскопа.

Електронні мікроскопи пропонують неймовірні рівні збільшення: деякі з них можуть працювати зі збільшенням у 2 000 000 разів, хоча більшість з них досягають максимуму в 1 000 000 разів. Деякі навіть можуть створювати 3-вимірні зображення.

Оскільки розмір електронів становить лише один нанометр, за допомогою електронного мікроскопа можна розглядати крихітні об'єкти розміром лише кілька нанометрів. Це єдиний варіант для такого мікроскопічного спостереження, оскільки світлові мікроскопи не можуть розглядати об'єкти розміром менше 700 нанометрів.

Розглянемо ваш зразок

Іноді ви будете обмежені певним типом мікроскопа через ваш зразок. Оскільки електрони, що проходять через зразок в електронному мікроскопі, можуть бути дуже руйнівними, процес працює тільки з мертвими зразками. Це означає, що світлові мікроскопи є єдиним вибором для живих зразків.

З іншого боку, якщо ваш зразок менший за фотон світла, близько 700 нанометрів, ви не зможете розглянути його за допомогою світлового мікроскопа. У цьому випадку вам знадобляться крихітні електрони електронного мікроскопа, які зможуть пройти крізь ваш маленький об'єкт.

Копирайт изображения Pixabay

Якщо вам потрібно побачити тривимірне зображення, наприклад, при вивченні структури клітин кристала, вам знадобиться електронний мікроскоп. Але якщо ви вивчаєте щось і хочете побачити кольори, вам знадобиться світловий мікроскоп, оскільки електронні мікроскопи бачать тільки чорно-біле зображення.

Ціна

Для багатьох вирішальним фактором буде ціна. Оскільки світлові мікроскопи доступні як для любителів, так і для професіоналів, вони стануть очевидним вибором для більшості людей.

З іншого боку, електронні мікроскопи обійдуться вам у шість чи більше цифр, якщо ви не хочете придбати щось застаріле і зношене. Ці інструменти можуть коштувати близько 1 000 000 доларів у новому вигляді, тому для більшості людей або підприємств вони просто непідйомні.

Світловий мікроскоп проти електронного мікроскопа - що підходить саме вам?

Отже, який з цих потужних інструментів є правильним вибором для ваших потреб? Якщо ви не є вченим вищого рівня або медичним дослідником, вам, ймовірно, найкраще підійде світловий мікроскоп. Швидше за все, це єдині інструменти, які впишуться у ваш бюджет, оскільки більшість людей не можуть дозволити собі витратити півмільйона доларів на мікроскоп.

Якщо ви хочете переглянути зразки крові, живі зразки або щось більше, ніж світлові фотони, вам найкраще підійде світловий мікроскоп. Так само, якщо ви коли-небудь захочете його перемістити, світловий мікроскоп - найкращий вибір. Ви також витратите менше часу на підготовку зразків, і вам не знадобиться таке дороге і спеціалізоване обладнання.

Але якщо ви розглядаєте найменші зразки для медичних і наукових цілей, вам може знадобитися неймовірне збільшення, яке може забезпечити тільки електронний мікроскоп. Вони можуть розглядати зразки розміром всього в кілька нанометрів, тому ідеально підходять для вивчення бактерій, білків та інших нескінченно малих зразків. Але вони можуть розглядати тільки мертві зразки, і для цього потрібна величезна кількістьспеціалізоване обладнання для правильної роботи, оскільки слайди повинні знаходитися у вакуумі.

• Дивіться також: SkyLight Scope: адаптер для мобільного телефону з мікроскопом, якого вже немає

Фото: (L) Herney Gómez, Pixabay