АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Особенности развития микроскопии до Аббе

Изобретателями сложного микроскопа, состоящего из двух линз, считают обычно Г. и 3. Янсенов, Галилея, Дреббеля. Точно известно, что в 1609-1610 гг. такой микроскоп был построен Г. Галилеем [1]. В первой половине XVII в. конструкция сложного микроскопа почти не претерпевала изменений. От очковых линз, используемых в качестве объективных стекол в микроскопах, переходили ко все более короткофокусным линзам. В 1646 г. А. Кирхер сделал первый обзор имеющихся в то время типов микроскопов [2].

В 1655 г. в Гааге выходит книга французского врача Пьера Бореля "О подлинном изобретателе телескопа, с краткой историей всякого рода увеличительных стекол", в которой публикуются документы, связанные с историей изобретения микроскопа. В числе этих документов было опубликовано письмо посла Соединенной Бельгии Виллема Бореля врачу Людовика XIV Пьеру Борелю, датированное 9 июля 1655 г.:

"Миддельбург, главный город Зеландии, моя родина; поблизости от дома, где я родился, на Зеленой площади, находится Новая церковь, у стен которой расположено несколько довольно низеньких домишек; в одном из них, около Западных Монетных ворот, жил в 1591 году (когда я родился) некий мастер очков по имени Ганс, а жену его звали Мария, который, помимо двух дочерей, имел сына по имени Захарий, коего я знал весьма близко, так как он, будучи мальчиком, постоянно бывал у меня, ибо мы были близкими соседями, и мы вместе играли с самого раннего возраста, и я также, будучи мальчиком, частенько бывал в их мастерской. Этот-то Ганс, т.е. Иоганн, с сыном своим Захарием изобрели, как мне часто приходилось слышать, первые микроскопы, которые они поднесли принцу Морицу, правителю и верховному командующему войсками Соединенной Бельгии, и получили какую-то награду. Подобный же микроскоп был ими впоследствии поднесен герцогу Альберту Австрийскому, верховному правителю королевства Бельгии.

Когда я в 1619 г. был послом в Англии, Корнелий Дреббель из Алькмара в Голландии, муж, сведущий во многих тайнах природы, находившийся там на службе у короля Иакова в качестве математика и близко мне знакомый, показывал мне тот самый инструмент, который эрцгерцог передал в дар этому Дреббелю, а именно микроскоп того Захария, и он не был (как их в настоящее время показывают) с короткой трубкой, но почти полтора фута длиною, а сама труба его, шириною в два пальца в диаметре, была сделана из позолоченной меди и укреплена на трех медных дельфинах, в свою очередь опирающихся на круглое основание из черного дерева, и этот круг поддерживал положенную на него всякую мелочь или что-либо весьма малое, каковые предметы мы рассматриваем сверху, наблюдая их в увеличенных почти до чудесных размеров форме..." [3].

Экземпляр микроскопа Захария Янсена, аналогичный тому, который упоминается в этом письме, хранится в музее г. Миддельбурга. По своей конструкции он состоит из трех грубо сделанных трубок из железа, входящих друг в друга. В качестве линз используются очковые стекла.

Наиболее интересный факт, который можно извлечь из приведенного выше письма Бореля, - описание микроскопа, который он видел у Дреббеля в Лондоне в 1619 г. В связи с этим возникает вопрос: а не является ли Дреббель изобретателем сложного микроскопа? Именно такого мнения придерживается Хр. Гюйгенс в написанной им "Диоптрике". Того же мнения придерживается и член Петербургской академии наук А.Н. Гришов.

Приведенные выше факты говорят о том, что двухлинзовый (сложный) микроскоп с двумя выпуклыми линзами (объектив и окуляр) появляется впервые в Англии или Голландии в 1617-1619 гг. При этом весьма вероятно, что К. Дреббель изготовлял микроскопы именно в этот период времени. Однако не известно, является ли сам Дреббель изобретателем микроскопа.

Известный историк микроскопостроения И. Гартинг придерживается версии случайного изобретения микроскопа:

"Мастер, шлифуя линзы и добиваясь все большей точности шлифовки, рассматривал одну линзу при помощи другой, как это и сейчас делают мастера-оптики. При этом могло быть случайно обнаружено, что пара линз, определенным образом расположенных друг относительно друга, дает большее увеличение, чем одиночная линза" [4].

В числе первых изобретателей сложного микроскопа называется Г. Галилей, который изобрел раздвижной телескоп. В конце 1609 - начале 1610 г. Галилей обнаружил, что его зрительная труба в раздвинутом состоянии позволяет сильно увеличивать мелкие предметы.

"Возможность изменять длину трубы, - отмечает С.И. Вавилов, - понадобилась Галилею не только для установки по глазу и портативности. Манипулируя выпуклой и вогнутой линзами, Галилей, по-видимому, еще в 1609-1610 гг. заметил, что при изменении расстояния между линзами можно рассматривать в увеличенном виде не только удаленные предметы, но и близкие. Иными словами, та же система из вогнутой и выпуклой линз может давать и телескоп, и микроскоп при вариации расстояния между линзами" [5].

В своем произведении "Пробирщик", опубликованном Галилеем в 1623 г., он ставит вопрос о том, как расстояние от зрительной трубы до наблюдаемых предметов влияет на их увеличение:

"Если приближаться на расстояния совсем малые, - в четыре шага, в два, в один, в половину, то изображение мутнеет и темнеет и для отчетливого и ясного наблюдения телескоп надо удлинять. Этому удлинению соответствует большее увеличение. При этом увеличение зависит только от удлинения трубы, а не от приближения предмета" [6].

Первое упоминание о микроскопе Галилея встречается в сочинении его ученика Джона Уоддерборна (1610):

"Несколько дней назад я слышал, как сам автор Галилей рассказывал Сиятельнейшему Синьору Кремоне различные вещи и, между прочим, каким способом при помощи своей перспективы (зрительной трубы. - В.Г.) он прекрасно различает органы движения и чувства мелких животных" [7].

Биограф Галилея Д. Вивиани также указывает на изобретение Галилеем микроскопа:

"Изобретение телескопа привело великого мужа к изобретению микроскопа... В 1612 г. он послал один свой микроскоп польскому королю Казимиру".

Факт изобретения Галилеем микроскопа подтверждает каноник Жан Тард, который, путешествуя в 1614 г. по Италии, посетил Галилея:

"Галилей сообщил мне, - писал Ж. Тард, - что труба зрительного инструмента для наблюдения звезд имеет в длину не более двух футов, но, чтобы видеть объекты, которые находятся очень близко и которые мы не в состоянии рассмотреть по причине их крайней малости, необходимо, чтобы труба имела в длину два или три брасса; он рассказал мне, что с помощью этой длинной трубы он рассматривал двух мух, которые кажутся столь большими, как ягненок..." [8].

Таким образом, Галилей в 1609-1610 гг. создал свою конструкцию сложного микроскопа, состоящего из положительной и отрицательной линз. К 1624 г. микроскоп Галилея получает некоторое усовершенствование: он становится короче и для его изготовления Галилей применяет более короткофокусные линзы. Об этом сообщается в письме, написанном 11 мая 1624 г. Фабером в адрес Федерико Чези:

"Вчера я встретился с нашим синьором Галилеем, проживающим у церкви Магдалины. Он передал прекраснейший микроскоп синьору кардиналу Цолеру для герцога Баварского. Я сам видел муху, показанную мне синьором Галилеем. Я был поражен и сказал синьору Галилею, что он новый творец, так как показывает вещи, о которых не знали, что они были созданы" [9].

Именно такой микроскоп Галилей посылает 23 сентября 1624 г. князю Федерико Чези, основателю итальянской "Академии зорких", с сопроводительным письмом следующего содержания:

"Посылаю Вашему Превосходительству микроскоп для рассмотрения вблизи мельчайших предметов. Надеюсь, что вы найдете в этом также немалое удовольствие, как и я. Посылаю с запозданием, так как раньше не удавалось его довести до совершенства вследствие трудности хорошей обработки стекол. Предмет прикрепляется на подвижный круг, находящийся внизу; для того, чтобы видеть все, его надо двигать, ибо глазом видна только малая часть. Расстояние между линзой и предметом должно быть точнейшим, поэтому при рассматривании предметов, имеющих рельеф, нужно иметь возможность приближать и смещать стекла соответственно тому, какая часть рассматривается. Поэтому трубочка сделана подвижной на своей ножке или проводнике, как хотелось бы это назвать. Инструментом следует пользоваться на очень ясном и прозрачном воздухе, а лучше прямо на солнце, так, чтобы предмет был хорошо освещен. Я наблюдал очень много зверушек с бесконечным восхищением... В целом здесь можно без конца созерцать величие природы, сколь тонко она работает и с коей несказанной тщательностью" [10].

Начиная примерно с 1624 г. сложный микроскоп начинает применяться в качестве инструмента для научных исследований. Так, в 1625 г. Франческо Стеллути сообщает в своей книге по микроскопии об использовании микроскопа Галилея в анатомической практике.

В Музее истории науки во Флоренции хранятся два микроскопа, изготовление которых приписывают Галилею. Предполагают, что оба они принадлежали "Академии зорких". Механические части обоих микроскопов выполнены из меди. В связи со сложностью и совершенством механических частей этих микроскопов некоторые исследователи считают, что они более позднего производства. Подтверждает это и большое их сходство с микроскопами Кампани, которые изготовлялись в 70-80-х годах XVII в.

Таким образом, первоначальным типом сложного микроскопа был двухлинзовый микроскоп, состоящий из двояковыпуклого объектива и двояковогнутого окуляра (микроскоп Галилея), а также микроскоп Дреббеля, состоящий из двояковыпуклого объектива и двояко- или плосковыпуклого окуляра. Последний тип микроскопа является родоначальником современных сложных микроскопов.

Рис. 3. Микроскоп Р. Гука (1663 г.)

До 60-х годов XVII в. микроскоп Дреббеля не претерпел каких-либо существенных изменений. Первые принципиальные изменения в конструкцию и оптическую схему этого микроскопа были внесены английским физиком Робертом Гуком около 1663 г. Отличительной особенностью микроскопа Гука (рис. 3) являлось введение третьей линзы, получившей в дальнейшем название полевой линзы, или коллектива. Последний располагался между линзами объектива и окуляра. Введение коллектива в микроскоп увеличивало его линейное поле. Микроскоп Гука приобрел большую популярность, и большинство микроскопов конца XVII и первой половины XVIII в. строились по этой схеме. Большое распространение получили микроскопы гуковского типа, изготовляемые сначала Джоном Маршаллом (около 1693 г.) и позднее Эдмундом Кульпепером (около 1730 г.). Увеличение этих микроскопов составляло от 40х до 140х. В 70-х годах XVIII в. микроскоп по схеме Гука комплектовался набором объективов с разными фокусными расстояниями, что позволяло менять увеличение микроскопа в нужных пределах. Сферическая и хроматическая аберрации в указанных микроскопах достигали значительной величины и вносили существенные искажения в изображения.

Оригинальную конструкцию микроскопа гуковского типа предложил в 1691 г. Бонани. Существенной особенностью его было горизонтальное расположение тубуса микроскопа и возможность рассматривать прозрачные объекты в проходящем свете.

Важное усовершенствование микроскопа Гука было сделано немецким оптиком Гертелем в 1716 г. Гертель ввел в конструкцию микроскопа вращающийся предметный столик и зеркало подсветки, помещенное под этим столиком. Это привело к значительному улучшению освещения объекта и, следовательно, к получению лучшего изображения при рассматривании прозрачных объектов в проходящем свете. Однако только в 30-х годах XVIII в. такие микроскопы получили широкое распространение. Дальнейшее улучшение качества изображения микроскопа нужно было искать в исправлении сферической и хроматической аберраций [11].

В 1784 г. петербургский академик Ф.Т.У. Эпинус на основе теоретических исследований Л. Эйлера рассчитал и изготовил первый в мире ахроматический микроскоп. Сообщение об этом изобретении было сделано Эпинусом на заседании Петербургской академии наук 8 апреля 1784 г. Более совершенная конструкция этого микроскопа была изготовлена уже после смерти Эпинуса, в 1808 г., немецким мастером-оптиком И.Г. Тидеманом в Штуттгарте. Этот уникальный инструмент, являющийся родоначальником ахроматических микроскопов, хранится в Политехническом музее в Москве.

В 1811 г. Фраунгофер выпустил свой ахроматический микроскоп, дающий увеличение до 120 раз. Разрешающая способность этого инструмента составляла около 3 мкм. Конструктивно объектив был выполнен из двух линз, разделенных небольшим воздушным промежутком.

Идея создания ахроматического объектива микроскопа из нескольких свинчивающихся линз принадлежит французскому оптику Селлингу, который в 1824 г. представил Парижской академии наук микроскоп с описанной выше конструкцией объектива, имеющей хорошую аберрационную коррекцию.

Итальянский физик Д.Б. Амичи в 1827 г. сконструировал горизонтальный ахроматический микроскоп. Сферическая аберрация в этом микроскопе была значительно ослаблена за счет того, что объектив был помещен здесь плоской поверхностью к объекту. Разрешающая способность микроскопа - 0,5 мкм. В середине 40-х годов XIX в. Амичи сконструировал иммерсионный объектив. Он помещал между покровным стеклом микроскопа и свободной поверхностью нижней линзы объектива жидкость (воду, глицерин, маковое масло). Благодаря этому удалось значительно ослабить отражение света с поверхности объектива. Применение иммерсионных объективов позволило увеличить разрешающую способность микроскопа почти в полтора раза.

С 1828 г. начинает выпускать свои микроскопы венский оптик Г.С. Плессль. Эти микроскопы имели две отличительные особенности: в качестве штатива использовалась складывающаяся тренога, а ахроматические объективы можно было свинчивать из отдельных ахроматических пар в произвольном порядке. Увеличение этих микроскопов достигало 1500 раз. Наряду с микроскопами Ч. Шевалье и Ф. Шика, микроскопы Плессля были лучшими микроскопами первой половины XIX в.

Почти одновременно с фирмой Г.С. Плессля в Берлине возникает фирма Ф. Шика и Л. Пистора, которая вскоре разделяется на две самостоятельные фирмы "Шик" и "Пистор". Характеризуя качество изготовляемых ими микроскопов, известный немецкий натуралист X.Г. Эренберг в 1832 г. писал: "Резкость и увеличение в микроскопах Шика превосходны. Лучшими современными микроскопами являются микроскопы Шевалье, Г.С. Плессля и Ф. Шика. Их преимущества основаны на применении открытия Селлинга" [12]. Увеличение микроскопов Шика достигает 2400 за счет двухлинзовых окуляров.

Основной задачей оптиков XVII-XVIII вв. было создание микроскопов с максимально большим увеличением. Известно, что увеличение микроскопа возрастает с уменьшением фокусного расстояния его объектива. По этой причине оптики XVII-XVIII вв. старались использовать в своих микроскопах короткофокусные объективы. Это порождало определенные трудности, связанные с тем, что в короткофокусных объективах аберрации достигали большой величины и с ними было трудно бороться. Если бы удалось устранить эти аберрации, то, по мнению микроскопистов начала XIX в., разрешающая способность микроскопа зависела бы только от его увеличения.

В 1829 г. английский физик Горинг предложил различать определяющую и проникающую разрешающую способность микроскопа. При этом, согласно Горингу, определяющая способность характеризовала возможность различать с помощью микроскопа внешние контуры объекта наблюдения, а проникающая способность - его "внутреннее" строение (прожилки на крыльях стрекоз, тончайший рисунок на крыльях бабочек и т.п.). Горинг считал, что проникающая способность существенно зависит от увеличения микроскопа.

Рис. 4. К определению отверстного угла

Для более ясного понимания тех представлений, которые Горинг вкладывал в термин "отверстный угол", приведем выдержку из книги, написанной его ближайшим сотрудником Причардом в 1842 г.:

"Пусть А и а (рис. 4) представляют два объекта, схожих во всех отношениях; возьмем два микроскопа равной увеличивающей силы, чтобы рассмотреть их. Предположим, что мы будем рассматривать небольшую часть поверхности А или а, которая имеет очень тонкое строение. По хорошо известному закону света, от данного участка во всех направлениях отходят лучи в виде прямых линий, как это изображено на рисунке. Предположим, что ВВ и bb два объектива равной фокусной длины; первый - простая линза лучшей конструкции, какие употреблялись в старых сложных микроскопах; вторая - система новейшей формы, оканчивающаяся ахроматической комбинацией. Эти объективы дадут соответствующие изображения в I и i, имеющие одинаковые размеры. Но если число лучей, исходящих из А, падающих на простую линзу ВВ и собирающихся в I, будет мало для достаточного раздражения глаза, какая-нибудь пора, полоска или другая подробность в А будет невидимой; в то же время, вследствие увеличения апертуры ахроматической линзы bb, больше света может упасть на нее, пройти и собраться в i, а поэтому та же подробность в а будет ясно представлена в i, и глаз, получивши сильное воздействие вследствие увеличения света, сделается в высокой степени чувствительным к ней. Углы ВАВ и bab представляют отверстные углы соответствующих объективов; количество света, собранное и переданное через их посредство, будет пропорционально квадратам ВВ и bb при равной фокусной длине. Таким образом, сила микроскопа или способность его делать видимой структуру объекта зависит от отверстного угла объектива, а не от одной увеличивающей силы" [13].

Горинг экспериментальным путем доказал, что проникающая способность микроскопа зависит от величины его апертуры. С этого момента фокусное расстояние объектива микроскопа и величина его апертуры стали считаться важнейшими показателями качества этого инструмента. Идеи Горинга оказали заметное влияние на конструкции микроскопов. Начиная с 30-х годов XIX в. намечается заметная тенденция к увеличению апертуры микроскопов. Так, английский оптик Росс изготовил в 1832 г. объектив микроскопа с апертурой в 14°; в 1834 г. апертура его объектива была уже 55°, а в 1842 г. - 74°. Вслед за ним итальянский оптик Амичи достиг в 1844 г. апертуры в 112°. К середине XIX в. американский оптик Спенсер получил рекордную апертуру объектива микроскопа - 172°. Однако объективы со столь большой апертурой имели значительные аберрации и по этой причине были непригодны для микроскопических наблюдений.

Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 917 | Нарушение авторских прав