Microscoop
|
Een microscoop (oud Grieks, micros en skopein (μικρος en σκοπειν), 'klein zien') is een instrument voor het bestuderen van objecten die te klein zijn om goed met het blote oog te zien.
Microscopische technieken zijn tegenwoordig niet meer weg te denken uit de wereld van wetenschap en techniek. Zij worden veel gebruikt voor medisch, biologisch en forensisch onderzoek en bij onderzoek van materialen, om maar een paar toepassingen te noemen.
Inhoud |
[bewerk] Twee veel voorkomende typen lichtmicroscoop
zijn de
- 'gewone' of biologische microscoop en de
- stereomicroscoop.
De eerste wordt gebruikt om voorwerpen te bekijken met doorvallend licht en met vergrotingen tussen ca 10× en tot ca 1000×. (De grens voor optische microscopen ligt bij ongeveer 2000×; sterkere vergrotingen zijn wel mogelijk maar laten niet meer details zien). Deze microscopen worden vooral in de geneeskunde en de biologie gebruikt, voor het bekijken van micro-organismen, cellen, en weefsels. Een biologische microscoop heeft wel eens twee oculairen waarmee men tegelijkertijd met beide ogen (binoculair) kan kijken: hiermee ziet men echter geen diepte. Varianten zijn de fasecontrastmicroscoop, de polarisatiemicroscoop en de donkerveldmicroscoop, die vaak als opties bij de betere (lees: duurdere) merken extra te koop zijn. Omdat bij deze microscoop meestal van doorvallend licht gebruik wordt gemaakt, moet het te bekijken preparaat heel dun zijn, en vaak worden gekleurd om details zichtbaar te maken anders niet kunnen worden waargenomen. Dit maakt dit type microscoop minder geschikt voor hobbyisten die niet bereid zijn de vaak langdurige en intensieve bewerkingen uit te voeren die nodig zijn voor het maken van een preparaat. Om van een stukje weefsel dat wordt uitgenomen bij een operatie een microscopisch preparaat te maken moet dit worden gefixeerd, ontwaterd, doordrenkt met paraffine, ingebed, gesneden met een microtoom, op een glaasje gebracht, ontwast, en gekleurd, waarvoor talloze stappen nodig zijn en dure apparaten (microtoom).
De tweede soort, de stereomicroscoop, gebruikt men meestal bij opvallend licht en met vergrotingen tussen 10× en 100×, maar krijgt daarbij wel een stereoscopisch beeld waarbij diepte kan worden waargenomen. Deze is bij uitstek geschikt voor het bestuderen van planten, insecten, edelstenen, fossielen, mineralen, micromechanica en elektronica en wordt o.a. veel gebruikt door taxonomen, horlogemakers en elektronicamonteurs.
[bewerk] Bouw van een gewone microscoop
 |
De waarnemer kijkt door een oculair dat 5 tot 20× vergroot, meestal 7 of 10×. Het oculair zit in de tubus die aan het andere uiteinde voorzien is van een objectief. De meeste microscopen hebben 3 a 5 objectieven die 4 tot 100× vergroten. Ze kunnen worden verwisseld door aan de de revolverkop van de microscoop te draaien. Bij goede microscopen is het beeld van het volgende objectief ook scherp als er eerder met een ander objectief werd scherpgesteld (de objectieven heten dan parfocaal). De totale vergroting wordt berekend door de vergroting van het objectief te vermenigvuldigen met die van het oculair en eventuele andere tussenliggende elementen.
In de tubus zitten tussen objectief en oculair soms nog andere optische elementen, zoals prisma's om de kijkhoek te veranderen zodat men naar een horizontaal liggend preparaat kan kijken zonder boven de microscoop te moeten hangen, splitters die het beeld over twee oculairen verdelen, en correctielenzen om optische gebreken van het objectief te corrigeren, die soms ook nog een kleine vergrotingsfactor toevoegen (b.v. 1,25×).
Voor het objectief bevindt zich het preparaat, bij sterke objectieven op zeer kleine afstand (fracties van een millimeter). Het preparaat kan bij duurdere microscopen met behulp van een kruistafel (niet op de afbeelding) in horizontale X- en Y richting worden verschoven; de afstanden kunnen worden afgelezen door een schaalverdeling met nonius. Verstelling langs de Z-as (scherpstellen) gebeurt door het op en neer draaien van de kruistafel of van de tubus (afbeelding), afhankelijk van het type microscoop. Oudere microscopen deden dit met de tubus, moderne waarbij vaak (zware) foto-apparatuur op de tubus wordt bevestigd bewegen alleen nog de kruistafel.
Voor een goed beeld is een goede lichtbron even belangrijk als een goed lenzensysteem. Achter het preparaat bevindt zich de condensor (niet bij de afgebeelde microscoop) die het licht van de lichtbron concentreert en liefst evenwijdig naar boven straalt. De lichtbron kan ingebouwd onder de preparaattafel zitten of extern zijn; in dat laatste geval wordt het licht via een verstelbaar spiegeltje naar het objectief toe weerkaatst. In het condensorgedeelte zit ook een diafragma om de hoeveelheid licht te kunnen regelen en meestal een of meer filterhouders om met gekleurd licht of polarisatiefilters te kunnen werken.
Voor de scherpstelling zijn er meestal twee knoppen, een grove die een bereik van centimeters heeft, en een fijnscherpstelling die 1 a 2 millimeter verplaatsing mogelijk maakt via een aantal omwentelingen van de knop. De afstand tot het preparaat is bij sterke vergroting zo klein dat men gemakkelijk de lens door het preparaat heen kan draaien. Goede lenzen hebben om dit te voorkomen een beschermende veerinrichting die bij druk meegeeft. Bij zeer sterke vergrotingen moet om optimale afbeeldingen te krijgen gebruikgemaakt worden van olie-immersie: de lens wordt met het preparaat in olie gedompeld zodat er geen lucht-glas lichtbrekingsovergangen zijn die leiden tot vermindering van de maximaal haalbare nuttige vergroting. (Zie voor uitleg hiervan numerieke apertuur).
[bewerk] Goed of goedkoop?
De verschillen tussen dure onderzoeksmicroscopen en goedkope studentenmicroscopen zitten in de extra's en in de kwaliteit van de aanwezige componenten. Een kruistafel en ingebouwde verlichting maken een microscoop duurder. Solide uitvoering, goede optiek met objectieven die gecorrigeerd zijn voor allerlei soorten optische fouten (chromatische en sferische aberratie, vlakke beeldvelden), en ook de grootte van het te bekijken veld (hoeveel beeld zie je bij die 800× vergroting) maken dat een microscoop van topkwaliteit een zeer duur instrument is. Het is beter een oude goede dan een goedkope nieuwe microscoop aan te schaffen. Speelgoedmicroscopen van enige tientallen euro's zijn vrijwel zonder uitzondering zeer slecht: het is beter voor dit geld een goede inslagloep met 2 of 3 elementen te kopen van 10-20× vergroting.
[bewerk] Typen microscopen
[bewerk] Lichtmicroscoop
De lichtmicroscoop maakt voor de afbeelding gebruik van zichtbaar licht.
[bewerk] Geschiedenis lichtmicroscoop
De naam van Antoni van Leeuwenhoek wordt vaak genoemd als uitvinder van de microscoop, maar hij was meer de eerste wetenschapper die resultáten boekte met het instrument. De microscoop van van Leeuwenhoek was een vrij primitief vergrootglas met 1 lens. De samengestelde microscoop, met 2 lenzen, werd waarschijnlijk uitgevonden door Zacharias Jansen of diens vader Hans; hij zou omstreeks 1595 de eerste microscoop hebben gebouwd. Er is weinig bekend over het uiterlijk van deze instrumenten, geen enkele Jansen-microscoop bestaat meer. Wel beschreef de uitvinder Cornelius Drebbel het instrument later. Het gaat om een koker van 5 centimeter doorsnee, die uit drie beweegbare delen bestaat en twee lenzen bevat – vandaar de aanduiding samengestelde microscoop. In volledig uitgetrokken toestand meet de microscoop 45 centimeter. De vergroting is dan negen keer, in de kortste stand vergroot het apparaat drie keer.
Verbeteringen kwamen van o.a. Christiaan Huygens en Jan Swammerdam. De laatste was ook de eerste die het met succes als een wetenschappelijk instrument ging gebruiken. Zijn opvolger Antoni van Leeuwenhoek ontdekte een goede methode voor het slijpen van sterk vergrotende glazen lenzen en bracht daarmee het instrument op een beduidend hoger plan. Toch was ook zijn microscoop niet veel meer dan een zeer klein lensje in een houder. Deze houder diende vlak bij het oog gehouden te worden.
Van Leeuwenhoeks instrument is een voorbeeld van lichtmicroscopie, waarin gebruikgemaakt wordt van zichtbaar licht, dat wil zeggen dat deel van het elektromagnetische spectrum met een golflengte λ tussen ca 300 en 650 nm. Verder wordt er gebruikgemaakt van het vermogen van lenzen om deze golven te kunnen focusseren (bundelen) in een brandpunt. Lichtmicroscopie is sinds van Leeuwenhoeks tijd uitgegroeid tot een ware familie van verwante technieken en subtechnieken, zoals:
- fasecontrastmicroscopie
- donkerveld microscopie
- fluorescentiemicroscopie
- polarisatie microscopie
Andere delen van het lichtspectrum kunnen ook gebruikt worden, zoals ultraviolet licht (UV), maar dat is minder gebruikelijk omdat het technisch moeilijker te verwezenlijken is. Voor Röntgen- of gammastralen is het probleem nog extremer, omdat het moeilijk of onmogelijk is deze golven te focusseren.
Voor langere golven zoals infrarood (IR), microgolven en radiogolven zijn er ook in toenemende mate beperkingen. Het probleem daar is het oplossend vermogen. Voor grotere golflengtes wordt dat vermogen steeds kleiner. Daarmee gaat het vermogen om kleine voorwerpen zichtbaar te maken verloren.
[bewerk] Op basis van andere golven
Ook andere golven die gefocusseerd kunnen worden zijn bruikbaar voor microscopie. Voorbeelden zijn :
- elektronenmicroscopie (materiegolven)
- akoestische microscopie (geluidsgolven)
In het eerste geval wordt gebruikgemaakt van de tweeledige aard van alle materie: Golven en deeltjes zijn twee verschijningsvormen van ëën en hetzelfde in de theorie van de kwantummechanica. Met een deeltje van massa m dat zich voortbeweegt met een snelheid v is een golflengte λ= h/(mv) verbonden. De constante h is de constante van Planck.
[bewerk] Op basis van aftasting
Naast het gebruik van focusseerbare golven is er sinds de jaren negentig een nieuwe familie van microscopen ontstaan die op een ander beginsel gegrondvest zijn, namelijk aftasting. Zij danken allemaal hun bestaan aan de eigenschappen van piëzoelektrische materialen. Deze materialen vervormen op een goed voorspelbare wijze wanneer zij blootgesteld worden aan een elektrische spanning. Dit maakt het mogelijk bijzonder kleine bewegingen uit te voeren met uiterste precisie. Daardoor is het mogelijk de oppervlakte af te tasten met een precisie van de grootte van een atoom. Voorbeelden zijn
[bewerk] Beeldanalyse
Een andere uitbreiding van de mogelijkheden van microscopische technieken is de beeldanalyse. Het vermogen om beelden in digitale vorm op te slaan in een computer en om de informatie die het beeld bevat te bewerken heeft de weg geopend om microscopische beelden getalsmatig te verwerken. Bijvoorbeeld het aantal deeltjes dat in het beeld zichtbaar is kan nu snel geteld worden. Of er kan een statistiek gemaakt van hun doorsneden. Omdat het beeld meestal een twee-dimensionale doorsnede van een drie-dimensionaal voorwerp is, moeten bij dit laatste de wiskundige eigenschappen van doorsneden in rekening gebracht worden. Deze vorm van wiskunde is bekend als stereologie.
[bewerk] Zie ook
[bewerk] Externe links
- http://www.microscopy-uk.org.uk/ Engelstalige site met zeer veel informatie.
- histologische preparaten zelf maken (Goed compleet boek van hobbyist op het web).
- http://www.microscopie.be/ Koninklijk Antwerps Genootschap voor Micrografie.
- http://www.musoptin.com Online Museum voor duitse microscopen van 1816-1920 met meer dan 2000 foto's (Duitstalig)
