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Mikroskop

 

[zu griechisch skopeĩn »betrachten«] das, -s/-e,  

 1) allgemein Bezeichnung für jedes Instrument oder Gerät, mit dem kleine nahe Objekte vergrößert betrachtet oder abgebildet und gegebenenfalls nach verschiedenen Verfahren untersucht werden können; im engeren Sinn für solche Instrumente, die dies unter Verwendung von Licht, d. h. elektromagnetische Strahlung aus dem sichtbaren Bereich des Spektrums und den an diesen angrenzenden Bereichen, ermöglichen (Lichtmikroskop); zu diesen gehören neben starken Lupen (als einfache Mikroskope bezeichnet, besonders, wenn ihr Linsenrand als Aperturblende wirkt) v. a. zusammengesetzte Mikroskope (im Folgenden kurz als Mikroskop bezeichnet).

 

Aufbau:

 

Die wesentlichen Bestandteile eines zusammengesetzten Mikroskops sind seine optische Systeme, die durch einen Tubus fest miteinander verbunden sind, eine Beleuchtungseinrichtung und ein Objekttisch sowie ein Stativ, das alle Komponenten trägt. Zu den optischen Systemen gehört immer ein Objektiv, das ein vergrößertes reelles Bild des Objekts erzeugt (Zwischenbild) und ein Okular, mit dem das Zwischenbild nochmals vergrößert betrachtet werden kann. Die Gesamtvergrößerung eines derartigen Mikroskops ist gleich dem Produkt aus Abbildungsmaßstab (Abbildung) des Objektivs und der Vergrößerung des Okulars. Zur Einstellung verschiedener Vergrößerungen können Objektive und Okulare ausgetauscht werden. Moderne Geräte besitzen dazu einen Objektivrevolver mit mehreren Objektiven. Zur Scharfstellung des Bildes kann der Objekttisch (seltener der Tubus) mit einer Grob- und Feineinstellung verschoben werden. Außerdem kann er bei Messmikroskopen in zwei Koordinatenachsen senkrecht zur optischen Achse des Objektivs messbar verstellt (Kreuztisch) und auch gedreht (Drehtisch) werden. Für beidäugiges Sehen werden Mikroskope mit zwei Okularen ausgestattet (Binokularmikroskop, Stereomikroskop).

 

Nach der Art der Beleuchtung unterscheidet man v. a. zwischen Durchlichtmikroskop zur Untersuchung durchsichtiger Objekte und Auflichtmikroskop für die Oberflächenuntersuchung undurchsichtiger Objekte. Bei Durchlicht wird meist die Leuchtfeldblende, die über den Kollektor von der im Fuß des Stativs eingebauten Lampe gleichmäßig ausgeleuchtet wird, mit dem Kondensor in die Objektebene abgebildet (köhlersche Beleuchtungseinrichtung). Bei Auflicht dient das Objektiv gleichzeitig als Kondensor. Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengang werden im Tubus durch Prismen (geometrische Strahlteilung, führt zu Auflösungsverlust) oder durch teildurchlässige Spiegel (physikalische Strahlteilung, führt zu Intensitätsverlust) getrennt.

 

Vergrößerung und Auflösungsvermögen:

 

Die Grundlagen der Bildentstehung im Mikroskop wurden von E. Abbe und H. von Helmholtz geschaffen. Maßgebend für die Bildentstehung ist die Beugung des Lichts am Objekt; damit wird die so genannte nützliche oder förderliche Vergrößerung eines Mikroskops durch das Auflösungsvermögen des Objektivs begrenzt. Wenn ein objektähnliches Bild entstehen soll, muss von der Objektivöffnung (Aperturblende) mindestens das vom Objekt abgebeugte Bündel 1. Ordnung noch erfasst werden. Tritt dagegen nur das ungebeugte Licht (Bündel nullter Ordnung) in das Objektiv, dann wird das Sehfeld nur gleichmäßig ausgeleuchtet. Zwei Objektpunkte können dann noch getrennt abgebildet werden, wenn ihr Abstand größer als λ / A ist, wobei λ die Wellenlänge des verwendeten Lichts und A die numerische Apertur des Objektivs ist. Immersionsmikroskope enthalten zur Steigerung der numerischen Apertur eine Immersionsflüssigkeit (z. B. Glycerin, Öle) hoher Brechzahl zwischen Objekt und Objektiv. Bei sichtbarem Licht und üblichen optischen Systemen liegt die förderliche Vergrößerung bei etwa 500 A bis 1 000 A, das Auflösungsvermögen etwa bei 0,5 μm. Bei Benutzung ultravioletten Lichts (Ultraviolettmikroskop) kann das Auflösungsvermögen gegenüber dem des Lichtmikroskops auf über das Doppelte gesteigert werden (Ultraviolettmikroskopie). Noch wesentlich höhere Auflösungen werden mit dem Elektronenmikroskop und dem Nahfeldmikroskop erreicht.

 

Mit besonderem Beleuchtungsstrahlengang kann ferner sowohl bei Auflicht als auch bei Durchlicht das nicht am Objekt gebeugte Licht am Objektiv vorbeigeführt werden. Diese Dunkelfeldbeleuchtung, bei der im Gegensatz zur gewöhnlichen Hellfeldbeleuchtung die Objekte nur in ihren Konturen aufleuchten, wird zur Beobachtung von Linienstrukturen oder kontrastarmen Objekten benutzt. Teilchen, deren Größe unter dem Auflösungsvermögen des Mikroskops liegt, lassen sich mit der Dunkelfeldbeleuchtung unter Verzicht auf die Abbildung ihrer Größe und Gestalt sichtbar machen (Ultramikroskop).

 

Mikroskoparten und Verwendung:

 

Moderne Mikroskope zeichnen sich durch einen modularen Aufbau aus, der einen leichten Um- oder Ausbau für unterschiedliche Zwecke und insbesondere die Anwendung der verschiedenen Beleuchtungsverfahren sowie der Verfahren zur Erhöhung des Bildkontrastes ermöglicht. Durch Ausstattung mit optischen Sonder- und Zusatzsystemen sowie die Anwendung besonderer Untersuchungsmethoden ist das Mikroskop zu einem vielseitig verwendbaren Instrument geworden. Für die fotografische Bildaufzeichnung (Mikrofotografie) und die elektronische Aufzeichnung mithilfe spezieller Fernsehkameras wurden viele Zusatzgeräte entwickelt. Auch Zeichen- und Projektionseinrichtungen können mit einem Mikroskop verbunden werden. Durch die elektronische Aufzeichnung und Wiedergabe ist die gleichzeitige Betrachtung eines Objekts durch mehrere Personen möglich. Die elektronische Aufzeichnung ermöglicht darüber hinaus, in Verbindung mit Computern, die Analyse der Bilder nach Helligkeit, Farbe und Farbsättigung und deren Auswertung nach morphologischen sowie kolorimetrischen und densitometrischen Parametern. Sie bietet ferner die Möglichkeit der Bildbearbeitung, beispielsweise zur Kontrastanhebung oder -senkung oder zur Hervorhebung besonderer Aspekte durch Falschfarben, und der automatischen Durchführung von Routineuntersuchungen wie Ausmessung und Zählung von Objektstrukturen.

 

Der Untersuchung optisch anisotroper Substanzen (z. B. Kristalle, Minerale) mit polarisiertem Licht dienen Polarisationsmikroskope. Mit dem Phasenkontrastmikroskop und dem Interferenzmikroskop werden auch Objekte sichtbar, die sich nicht durch Farbe oder Helligkeit (Amplitudenkontrast), sondern nur durch geringe Brechzahlunterschiede (und damit einen Phasenunterschied der Lichtwellen) von ihrer Umgebung unterscheiden. Fluoreszenzmikroskope dagegen dienen der Erzeugung eines Amplitudenkontrasts, indem das Präparat mit ultraviolettem Licht zum Fluoreszieren angeregt wird. Zur räumlichen Beobachtung und Präparation von Objekten dienen Stereomikroskope. Ähnliche Geräte werden in der Medizin als Operationsmikroskope eingesetzt. Vergleichsmikroskope dienen zur gleichzeitigen Betrachtung zweier durch separate Objektive erzeugter Bilder (z. B. in der Kriminalistik). Robuster Aufbau und besondere Messeinrichtungen kennzeichnen die Werkstatt-Messmikroskope. So genannte umgekehrte Mikroskope, bei denen die Objektive unterhalb der Objekte angeordnet sind, dienen speziellen Verwendungszwecken, z. B. in der Metallographie oder zur Erleichterung der Manipulation der Objekte mit Mikromanipulatoren wie bei der In-vitro-Fertilisation.

 

Das akustische Mikroskop (Ultraschallmikroskop) arbeitet mit Ultraschallwellen, der Bildkontrast entsteht dabei infolge unterschiedlicher mechanischer Eigenschaften in der Probe. Die verschiedenen Arten von Rastermikroskopen beruhen auf dem Abtasten des Objekts mit feinen Sonden. Beim Rasterelektronenmikroskop ist die Sonde ein Elektronenstrahl, beim optischen Rastermikroskop (Laserscanningmikroskop) ein fokussierter Laserstrahl. (Mikroskopie)

 

Geschichte:

 

Weder Zeitpunkt noch Urheberschaft der Erfindung des Mikroskops sind genau belegbar. Der erste bekannte Hinweis auf die Wirkung zweier Linsen als zusammengesetztes Mikroskop stammt von G. Fracastoro (1538). Das erste zusammengesetzte Mikroskop wurde vermutlich von dem niederländischen Brillenmacher Hans Janssen und seinem Sohn Zacharias gebaut (1590). A. van Leeuwenhoek gilt zwar als Pionier der Mikroskopie, verwendete aber nur einfache Mikroskope, allerdings mit bis zu 300facher Vergrößerung (17. Jahrhundert). Der englische Arzt Joseph Jackson Lister zeigte 1830, dass man durch Linsenkombinationen achromatische Mikroskopobjektive herstellen kann. E. Abbe schuf ab 1869 die theoretischen Grundlagen der mikroskopischen Abbildung. Er berechnete apochromatische Objektive und führte zur Erhöhung der numerischen Apertur die Ölimmersion ein. C. Zeiss fertigte ab 1872 Mikroskopobjektive mit den von O. Schott entwickelten optischen Gläsern an. Ab etwa 1900 setzte eine zunehmende Differenzierung im Mikroskopbau ein.

 

Literatur:

 

K. Michel: Die Grundzüge der Theorie des M. in elementarer Darst. (³1981);

 H. u. W. de Martin: Vier Jh. M. (Wiener-Neustadt 1983);

 M. Born u. E. Wolf: Principles of optics (Neuausg. Oxford 1986);

 W. Gloede: Vom Lesestein zum Elektronenmikroskop (Berlin-Ost 1986);

 

Hb. der Mikroskopie, hg. v. H. Riesenberg (Berlin-Ost ³1988);

 J. Rzeznik: Das M. Gestern, heute, morgen (1988).

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

optische Geräte: Der Blick in den Kosmos

 

Naturwissenschaft und Technik: Ein neues Weltbild setzt sich durch

 

 2) Astronomie: lat.lateinisch Microscopium, Abkürzung Mic, unscheinbares Sternbild am Südhimmel, das von unseren Breiten aus nicht sichtbar ist.