Die Wahl des richtigen Mikroskops

Ein Mikroskop ist ein optisches Instrument, mit dem die Details extrem kleiner Proben mittels einer Linse beobachtet werden können.

Mikroskope haben zahlreiche Anwendungsfelder in Wissenschaft und Industrie. Sie werden insbesondere zur Qualitätskontrolle (Halbleiterverarbeitung, metallurgische Analyse), aber auch in Labors (medizinische Bildgebung, Zellforschung) eingesetzt.

Es gibt zwei Hauptfamilien von Mikroskopen: optische Mikroskope und elektronische Mikroskope. In diesem Leitfaden werden, nach der Vorstellung der Unterschiede zwischen beiden, nur optische Mikroskope behandelt.

Unsere Mikroskope auf einen Blick

  • Optisches oder elektronisches Mikroskop?

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    Optisches Mikroskop von Carl Zeiss Microscopy

    Es gibt zwei Hauptfamilien von Mikroskopen: optische Mikroskope und Elektronenmikroskope.

    Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Mikroskoptypen besteht darin, wie das Licht durch die zu beurteilende Probe, die sogenannte Präparation, hindurchdringt. Dies bestimmt die Bildqualität (Vergrößerung, Farbe, Schwarz-Weiß).

    Bei einem optischen Mikroskop wird die auf einem Glasträger platzierte Probe von Lichtstrahlen durchdrungen:

    • Die Auflösung liegt bei ca. 200 Nanometern.
    • So ist es beispielsweise möglich, eine ganze Zelle zu untersuchen.
    • Die Vergrößerung ist jedoch eher begrenzt, so dass Details von weniger als 200 Nanometern nicht untersucht werden können.

    Mit einem Elektronenmikroskop wird die Probe von einem Elektronenstrahl durchdrungen:

    • Die Vergrößerung ist stärker.
    • Das erhaltene Bild ist Schwarz-Weiss.
    • Die Farben können jedoch anschließend am Computer digital hinzugefügt werden.
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    Elektronenmikroskop von Jonel

    Es gibt zwei Typen von elektronischen Mikroskopen: mit Abtastung und mit Übertragung.

    • Das Rasterelektronenmikroskop (MEB):
      • Es gibt Elektronen ab, die die Oberfläche der Präparation abtasten.
      • Die Auflösung ist sehr hoch, ca. 0,4 bis 20 Nanometer. Dadurch wird es möglich, zwei Punkte im Abstand von weniger als einem Nanometer zu unterscheiden.
      • Das Bild erscheint in Reliefform, so dass Struktur und Form der Probe untersucht werden können.
      • Diese Art von Mikroskop wird hauptsächlich von biologischen Forschungseinrichtungen verwendet, um die Form von Zellen oder Organen zu erhalten.
      • Der Preis liegt zwischen 150.000 und einer Million Euro.
    • Das Transmissionselektronmikroskop (MEB):
      • Es gibt Elektronen ab, die durch die Oberfläche der Präparation hindurchgehen.
      • Das so erhaltene Bild liefert die auch kleinsten Details der Probe.
      • Dieser Mikroskoptyp wird in der Zellbiologie verwendet, weil es der einzige Weg ist, genaue Bilder des Zellinneren zu erhalten.
  • Welches optische Mikroskoptyp sollte man wählen?

    Es gibt unterschiedliche Arten von optischen Mikroskopen, deren Auswahl sich nach den zu analysierenden Proben richtet. Zunächst müssen Sie zwischen konventionellen und inversen Mikroskopen wählen.

    Die klassischen Mikroskope:

    • Die Lichtquelle wird unter der Probe platziert und diese von oben beobachtet.
    • Das konventionelle Mikroskop wird zur Beobachtung und Vergrößerung von Proben auf dem Objektträger verwendet.

    Inverse Mikroskope:

    • Die Lichtquelle wird über der Probe platziert und die Objektive darunter.
    • Das inverse Mikroskop wird zur Beobachtung von Zellen in der In-vitro-Kultur verwendet und ermöglicht die Untersuchung von dicken oder auf dem Boden von Petrischalen befindlichen Objekten.

    Die Mikroskope sind weiterhin mit verschiedenen Okulartypen erhältlich.

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    Monokulares Mikroskop von Optika Srl

    Monokulare Mikroskope:

    • Die Beobachtung erfolgt mit nur einem Auge.
    • Die Preise für diesen Mikroskoptyp sind niedrig.
    • Die Arbeit mit einem solchen Mikroskop ist nicht komfortabel und eignet sich nicht für längere Beobachtungen.
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    Binokularmikroskop von Optika Srl

    Binokularmikroskope:

    • Die Beobachtung erfolgt mit beiden Augen und ist daher deutlich weniger ermüdend.
    • Sie sind für den Langzeitgebrauch geeignet.
    • Sie werden auch für die stereoskopische Beobachtung verwendet, um die Tiefe der Proben zu erfassen.
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    Trinokularmikroskop von Optika Srl

    Trinokularmikroskope:

    • Die Beobachtung erfolgt mit beiden Augen und ist daher deutlich weniger ermüdend.
    • Eine Kamera mit einem“dritten Auge“ ist am oberen Teil des Mikroskops befestigt, um die Beobachtungen zu filmen und aufzuzeichnen.
    • Diese Mikroskope sind vor allem für erfahrene Anwender konzipiert.
    • Sie sind extrem kostspielig.
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    Microscope numérique Keyence

    Digitalmikroskope:

    • Sie verfügen über einen LCD-Bildschirm, was mehreren Personen gleichzeitig die Möglichkeit der Beobachtung gibt.
    • Die Untersuchung am Bildschirm macht die Arbeit komfortabel.
    • Die Vergrößerung ist stark, so dass nahezu alle Details der Probe beobachtet werden können.
    • Das von diesem Mikroskop gelieferte Bild ist, verglichen mit anderen Mikroskopen, extrem präzise.
    • Die Untersuchungen können weiterhin gefilmt oder fotografiert werden.
    • Diese Mikroskope sind extem teuer und werden hauptsächlich im Labor eingesetzt.
  • Welchen Okulartyp sollte man wählen?

    Huygens-Okulare:

    • Sie sind mit einer einfachen Optik ausgestattet.
    • Sie sind kostengünstig und einfach in der Anwendung.
    • Sie sind für Anfänger geeignet.
    • Ihr Beobachtungsfeld ist begrenzt, was sie weniger komfortabel macht.

    Weitwinkel-Okulare:

    • Das Inspektionsfeld ist größer, was auch die Handhabung vereinfacht.
    • Die Optik ist qualitativ besser, was den höheren Preis erklärt.

    Mikrometer-Okulare:

    • Sie bieten die Möglichkeit, die Abmessungen der beobachteten Proben zu bestimmen und so Vergleiche anzustellen.
    • Sie können auch mit anderen Geräten, wie beispielsweise einem Objektmikrometer, gekoppelt werden.
    • Sie sind vor allem für erfahrene Anwender gedacht, die eine gründliche Beobachtung der Proben durchführen möchten.
  • Welchen Kopf sollte man wählen?

    Der Kopf eines Mikroskops ist der obere Teil der Vorrichtung, an dem die Okulare befestigt sind. Es gibt verschiedene Arten von Köpfen: gerade und abgewinkelte Köpfe.

    Gerader Kopf:

    • Die Platte ist im Allgemeinen fest; der Kopf muss sich langsam bewegen, um zu fokussieren.
    • Dies ist typisch für monokulare Mikroskope mit einer einfachen Optik.
    • Mikroskope mit geradem Kopf sind für Anfänger und einen gelegentlichen Gebrauch geeignet, da sie nicht sehr komfortabel sind.

    Abgewinkelter Kopf:

    • Diese Mikroskope haben eine beweglichen Platte. Der Benutzer muss sich beim Fokussieren nicht bewegen; der Mikroskopkopf bleibt feststehend.
    • Mikroskope mit abgewinkeltem Kopf sind teurer aber komfortabler.
    • Sie sind für Personen bestimmt, die das Gerät regelmäßig und über einen längeren Zeitraum benutzen möchten. Sie sind ergonomischer und damit besser für den professionellen Einsatz geeignet.
  • Wie wählt man ein Objektiv??

    Die Wahl des richtigen Objektivs ist entscheidend, um das genaue Bild einer Probe zu erhalten, d.h. ein Bild, das eine Vergrößerung des Objekts bietet, ohne es jedoch zu verformen.

    Die Wahl des Objektivs hängt in erster Linie von der gewünschten Vergrößerung ab. Der Markt bietet drei Arten der Vergrößerung an:

    • Geringe Vergrößerungen (von x1 bis x10)
    • Mittelgroße Vergrößerungen (von x10 bis x40)
    • Starke Vergrößerugen (> x40)

    Das Objektiv muss auch ein genaues Bild der beobachteten Probe liefern und Fehler in optischen Systemen, auch bekannt als optische Aberrationen, korrigieren.

    Es gibt zwei Arten von optischen Aberrationen: chromatischeund geometrische (odermonochromatische) Aberrationen.

    Die chromatische Aberration:

    • Eine Chromatische Aberration ist ein Farbfehler, das Ergebnis einer Zerlegung von weißem Licht in verschiedene Farben.
    • Diese Zerlegung bewirkt, dass je nach Wellenlänge unterschiedliche Fokussierungen erzeugt werden.
    • Das erhaltene Bild ist dann unscharf.
    • Achromatische Linsen kompensieren diese Aberration und liefern ein scharfes Bild.

    Die geometrische Aberration:

    • Die geometrische Aberration hängt von geometrischen Parametern (Feldwinkel, Pupillenposition) ab und beeinflusst die Fähigkeit des Mikroskops, Details zu unterscheiden.
    • Das erhaltene Bild ist dann gekrümmt.
    • Planchromatische Objektive wurden entwickelt, um die Planheit des Bildes zu korrigieren und gleichzeitig chromatische Aberrationen zu kompensieren.
  • Welche Anwendungen erfordern Mikroskope?

    Zusammenbau und Qualitäts-Untersuchung:

    • Montage- und Qualitätskontrollmikroskope werden zur Inspektion von Materialien und Fertigprodukten eingesetzt.
    • Diese Mikroskope sind oft mit einem Display ausgestattet, so dass die zu betrachtenden Elemente auf einem Bildschirm und für mehrere Personen gut sichtbar sind.

    Elektronik-Inspektion:

    • Mit den stereoskopischen Mikroskopen mit einer Vergrößerung von bis zu x400 können Sie kleine Objekte, wie z.B. Leiterplatten oder Werkstücke, untersuchen und mögliche Fertigungsfehler aufdecken.

    Messung:

    • Messmikroskope werden für berührungslose Messungen an einer Probe eingesetzt. Mit einem telezentrischen Objektiv liefert ein solches Mikroskop ein perfekt flaches Bild, ideal für dimensionale Messungen. Sein Präzisionsmesstisch ermöglicht es, Mikroverschiebungen auszuführen.
    • Sie liefern genaue und zuverlässige Messungen an den Achsen X, Y und Z.
    • Diese Mikroskope eignen sich ganz besonders für Messungen, bei denen die Präzision besonders wichtig ist.

    Metallindustrie:

    • Metallografische Mikroskope sind für die Inspektion von glänzenden, flachen und/oder reflektierenden Materialien konzipiert.
    • Sie bieten eine stärkere Vergrößerung als stereoskopische Mikroskope.

    Geologie:

    • Polarisationsmikroskope, auch bekannt als Polarisationslichtmikroskope, zeigen die chemische Zusammensetzung vieler organischer und anorganischer Materialien.
    • Sie werden oft verwendet, um Mineralien in dünnen Gesteinsschichten zu untersuchen.
    • Andere mit solchen Mikroskopen beobachtbare Materialien sind Zement, Keramik, Polymere, Kristallmoleküle, Stärke, Holz.

    In Labors und Krankenhäusern:

    • Biologische Mikroskope werden hauptsächlich in Labors eingesetzt, um biologische Proben für Forschungs- oder Diagnosezwecke zu untersuchen.
    • Das Licht eines biologischen Mikroskops kommt immer von unten, denn die beobachteten Proben müssen das Licht durchscheinen lassen. So können beispielsweise Blutzellen oder Bakterien beobachtet werden.
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