Современные микроскопы позволяют увидеть мир в невероятной детализации и разрешении, открывая перед нами невиданные ранее горизонты.
Однако для некоторых задач требуется не только высокое разрешение или получение информации о различных свойствах материалов, но и возможность сравнивать объекты в разных масштабах. В этом случае используют сравнительные микроскопы. Также они называются как криминалистические или судебно-медицинские.
Эти приборы могут проводить исследования используя различные методы микроскопии для получения наиболее полного представления об исследуемом объекте. Обычно в таких микроскопах реализуются методики светлопольной, а также поляризационной микроскопии.
Время чтения: 12 минут
История
Визуально сравнить два объекта, если они не значительно отличаются цветом, текстурой или формой, даже без использования оптических приборов, затруднительно. Что уж говорить о сравнении под микроскопом. Меняя один образец на другой легко допустить ошибку в их оценке. Ведь в таком случае приходится рассчитывать только на свою зрительную память, а она иногда подводит.
Осознание этого момента, в 1985 году, подтолкнуло профессора геологии из Санкт-Петербурга Александра фон Иностранцева к разработке устройства способного отобразить два разных объекта одновременно. Для реализации этого он объединил два монокулярных микроскопа, а также камеру-люциды, установив ее на один из них. Изменяя положение камеры, он смог добиться одновременного отображения обоих объектов. Конструкция позволяла сравнивать предметы как в режиме раздельного изображения, так и в режиме их наложения друг на друга.
Это устройство позволило значительно повысить точность и надежность сравнения. Однако недостатком конструкции Иностранцева было различие в увеличении, а также интенсивности освещения изображений.
В начале 1910-х, в Германии был спроектирован первый микроскоп, использующий оптический мост для объединения двух изображений с возможностью перемещения разделительной линии.
Развитие криминалистики стимулировало совершенствование сравнительной микроскопии, что привело к общему совершенствованию конструкции, появлению моделей для баллистической идентификации патронов.
Сравнительная микроскопия
Сравнительная микроскопия широко используется в материаловедении, геологии, археологии и криминалистике.
Этот метод исследования используется для сравнения и анализа двух и более объектов, или различных образцов под микроскопом.
В последние десятилетия сравнительная микроскопия продолжает свое развитие, благодаря автоматизированным сравнительным мостам, которые увеличили точность, а также скорость анализа. Сегодня, сравнительная микроскопия остается важным инструментом в научных исследованиях и криминалистике, помогая установить связь между объектами и их источниками.
Область применения сравнительных микроскопов
Сравнительные микроскопы (СМС) широко используются в различных областях, включая судебную экспертизу, высокоточное производство, области науки и инженерии. Эти устройства позволяют исследователям получать изображения объектов в высоком качестве, а также быстро сравнивать их. Это полезно для определения подлинности, оценки качества, идентификации объектов, материалов и многих других задач.
Криминалистика
Сравнительная микроскопия – важный метод анализа, который используют в криминалистике при исследовании физических доказательств с места преступления (волосы, волокна, стекло и другие материалы).
Микроскоп увеличивает изображение объекта и одновременно сравнивает несколько образцов на разных частях экрана.
Составные микроскопы в криминалистике используют для:
- сравнения волос с места преступления с волосами подозреваемого. С помощью микроскопа изучают форму, диаметр, текстуру, цвет волос;
- анализа натуральных и синтетических волокон, найденных на месте преступления или на одежде потерпевшего. Это позволяет определить вид материала и, возможно, идентифицировать источник волокон;
- исследования оружия и амуниции. Криминалисты используют такие микроскопы для определения особенностей поверхности, сравнения маркировки на пулях и оболочках;
- исследования документов. СМС широко применяются при исследовании таких документов как подписи, штампы, печати, печатный и рукописный текст. Они помогают выявлять подделки, изменения, другие манипуляции с документами, а также выполнить почерковедческую экспертизу.
Сравнительные микроскопы широко используются в криминалистике для анализа физических доказательств и помогают определить источник материала, выявить подозреваемых в совершенных преступлениях.
Материаловедение
Сравнительная микроскопия в материаловедении - это метод исследования микроструктур различных материалов с целью сравнения их свойств и качества. Сравнительные МС позволяют сопоставить микроструктуры материалов. Например, сравнить структуру и размеры зерен, наличие и плотность распределения различных включений, пор, наличие дефектов, оценить другие микроструктурные элементы для самых разнообразных материалов. Сравнительная микроскопия помогает определить качество материалов, оценить их прочность, устойчивость к коррозии, исследовать изменения микроструктурных элементов при изменении температуры, механических напряжениях, химических, а также других воздействиях. Это очень важно для оценки прочности, долговечности материалов, используемых в разных условиях эксплуатации.
Кроме того, сравнительная микроскопия используется для анализа минералов, связанных с промышленными процессами, например, в производстве стекла, керамики и других материалов. Она помогает оптимизировать технологические процессы производства и улучшить качество конечного продукта.
Биология
Сравнительная микроскопия в биологии — это метод исследования микроструктур у биологических образцов таких, например, как ткани, клетки, микроорганизмы и другие, с целью сравнения их свойств и особенностей.
Этот метод позволяет изучать биологические объекты в деталях, открывая новые возможности для понимания механизмов жизнедеятельности и патологических процессов в живых организмах.
Сравнительная микроскопия в биологии используется в различных областях исследований, включая морфологию, анатомию, гистологию, цитологию, микробиологию и другие. Она позволяет изучать микроструктуры тканей и органов, определять состав и структуру клеток, выявлять присутствие и распределение бактерий, вирусов и других микроорганизмов.
Для проведения исследований используются в основном оптические микроскопы, так как они позволят получить необходимое высокое увеличение.
Сравнительная микроскопия – это важный инструмент для исследования биологических процессов на молекулярном и клеточном уровне, что имеет большое значение для развития науки и медицины.
Минералогия
Сравнительные микроскопы используются в минералогии для изучения структуры, свойств, характеристик различных минералов. Они позволяют анализировать минералы на микроскопическом уровне и выявлять их уникальные особенности, такие как форма, цвет, твердость, оптические свойства и многие другие.
В СМС идентифицируют минералы по их микроструктуре и оптическим свойствам. С их помощью изучают свойства минералов, такие как жесткость, прочность, термическую стойкость. Эти данные могут быть полезными при изучении геологических процессов, поиске полезных ископаемых.
При выборе МС для минералогических исследований очень важно учитывать его возможности по проведению тех или иных методов исследований.
Сравнительные микроскопы, используемые в минералогии, часто имеют функционал, обеспечивающий проведение нескольких методов микроскопических исследований. К ним относятся такие, например, как светлое поле и темное поле, а также методы поляризационной микроскопии как в отраженном, так и проходящем свете.
Электроника
Сравнительная микроскопия в электронике – применяется при экспертизе, на различных этапах производства оборудования, при отслеживании состояния элементов на различных этапах их жизненного цикла. Чаще всего сравнивают структуры, а также оценивают состояния образца с эталоном или определенным стандартом.
Сравнительные микроскопы в электронике используются для:
- анализа компонентов, установленных на плату, проверки соответствия их размеров, расположения заданным требованиям;
- проверки качества проводящих трасс, идущих между компонентами на плате;
- определения, соответствует ли структура печатной платы заданным спецификациям;
- выявления проблем, возникающих на этапе производства или связанных со свойствами используемых материалов;
- обнаружения дефектов на поверхности печатной платы, например таких, как коррозия металлических слоев, микротрещины.
Для сравнения структуры образца используется как оптический микроскоп, так и рентгеновская дифрактометрия или спектроскопия. Такие методы определяют, соответствует ли внутренняя структура образца утвержденным спецификациям, которая поможет выявить скрытые проблемы.
Конструкция сравнительного микроскопа
Сравнительный микроскоп позволяет исследовать одновременно два образца, находящиеся под его объективами. В общем виде они состоят их двух оптических систем, воспринимающих изображение и системы, объединяющей их. В зависимости от способа регистрации изображения СМС делятся на оптические и цифровые.
Оптические СМС
Классические оптические модели имеют уникальную конструктивную особенность. Они сочетают в себе два составных микроскопа и перемычку – оптический мост, соединяющий их. Мост состоит из ряда зеркал и призм, позволяющих объединить изображения двух независимых объектов в единое.
В такой конструкции важно чтобы оптические характеристики параллельно используемых объективов, а также все составные элементы правого и левого плеча оптического моста максимально совпадали. Это даст возможность получить одинаковое увеличение изображений с минимальными оптическими искажениями.
Наблюдатель, использующий оптический СМС смотрит в окуляр как в случае с обычным микроскопом. Единственное различие – это наличие разделительной линии, расположенной посередине изображения. Она отделяет в общем поле зрения левое и правое изображения.
Регулируя положения линз и зеркал оптического моста, получают один из четырёх вариантов изображений:
- разделенное изображение, состоящее из левого и правого;
- перекрывающееся изображение, получаемое наложением левого и правого;
- изображение только с левого микроскопа;
- изображение только с правого микроскопа.
Довольно часто оптические СМС оснащаются тринокулярной насадкой для установки на нее фотоаппарата или цифровой видеокамеры.
Цифровые СМС
Помимо классических оптических моделей существуют цифровые сравнительные микроскопы. От классических моделей их отличают компактная конструкция и расширенный функционал.
Цифровые сравнительные микроскопы обычно состоят из двух, а иногда большего числа цифровых камер, подключенных к компьютеру.
Через него управляют всеми процессами. Камеры обычно располагаются над отдельными столиками, на которых помещаются объекты, подлежащие сравнению. Видеокамеры настраивают на получение изображений с различным увеличением и разрешением.
С помощью специализированного программного обеспечения изображения с обеих камер объединяются в одно. Сравнение объектов производится точнее и быстрее, чем при использовании традиционных сравнительных микроскопов. Кроме того, изображения сохраняют и передают на электронных носителях или по сети Интернет для дальнейшего их анализа, а также сравнения.
Программное обеспечение цифровых СМС обеспечивает:
- быструю привязку по ключевым точкам;
- автоматическое масштабирование;
- быстрое наложение и переключение изображений;
- выполнение измерений;
- регулировку прозрачности;
- корректировку яркости, цвета и других параметров каждого изображения;
- а также другой функционал, расширяющий возможности пользователя.
Выбор сравнительного микроскопа
При выборе СМС обязательно нужно учитывать:
- сферу применения микроскопа;
- наличие функционала для проведения исследований необходимыми методами;
- присутствие требуемых для исследования приспособлений для удержания и позиционирования сравниваемых объектов;
- необходимость наличия видеокамеры и/или специализированного программного обеспечения;
- наличие дополнительных приспособлений и принадлежностей, которые будут необходимы в работе.
В минералогии, материаловедении, электронике, криминалистике большое распространение получили цифровые сравнительные микроскопы. При их небольшом увеличении, однако достаточном для большинства видов работ, цифровые СМС обладают серьёзным программным инструментарием. Это позволяет эффективно взаимодействовать с объемными каталогами и базами данных, эффективно выполнять сравнение, анализ, измерения.
В биологии, а также судебной медицине чаще применяют оптические СМС. Их профессиональная оптика, используемая в объективах и окулярах, увеличивает в несколько тысяч крат. Многие устройства оснащаются цифровыми камерами для фиксации результатов сравнения.
