光学显微镜的发展历史——十八世纪的显微科学

显微镜(microscope)是一种借助物理方法产生物体放大影像的仪器。最早发明于16世纪晚期,至今已有400多年的历史。现在,它已经成为了一种极为重要的科学仪器,广泛地用于生物、化学、物理、冶金、酿造等各种科研活动,对人类的发展做出了巨大而卓越的贡献。

光学显微镜的发展历史系列:

  1. 十六世纪的显微科学
  2. 十七世纪的显微科学
  3. 十八世纪的显微科学
  4. 十九世纪的显微科学
  5. 二十世纪及之后的显微科学

十八世纪是欧洲科学复苏的时期,各种新的科学理论层出不穷。但是,由于那时人们对光学的知识掌握得很少,再加上当时玻璃制造技术还存在一些缺陷,因此那时的显微镜都存在很大的像差和色差,成的像很模糊。因而人们宁愿使用成像质量较好的单式显微镜,尽管它们的放大率大都比较低。由于不被人十分重视,十八世纪的复式显微镜发展很慢,但仍然做出了一些漂亮的显微镜。在外观上,它们有一个有趣的特点:几乎所有的显微镜的基座都连在一个木盒子上,盒子的作用很多:有的用来放一些常用物品;有的用来放显微镜上的一些零件;更有甚者,被作为显微镜的镜箱,当显微镜不用时,把显微镜折叠后放进盒子里,就可以长期保存。

十八世纪中使用最广泛的显微镜:卡夫(Cuff)显微镜

英国显微镜设计师John Cuff在17世纪中叶设计了一种新型的显微镜,这种显微镜很快得到了人们的喜爱。在以后的很多年里这种显微镜被大量地制造和使用(甚至在当时的一些解剖学著作里都可以看到对这种显微镜的介绍),同时又被不断地改造和完善。它们被统称为Cuff显微镜。这类显微镜的特色在于:

(1)新式底座:底座是一个小抽屉,用橡木、桃木或果树木制成。抽屉的内部铺着红色的羊毛毯。主要用来存放一些镜头实验器具。  

(2)独特镜臂结构:镜臂由两根金属管互相紧靠共同构成。显微镜的镜身靠一个金属钳固定在镜臂上,在金属钳上还插有一个长螺钉。  

(3)当时最先进的聚光方法:Cuff显微镜的聚光方法有两种。在显微镜黄铜载物台下方有一个凹面镜,它的作用是为显微镜观察透明样品时提供透射光线。当遇到不透明的样品时,就使用载物台上方的聚光镜把光线聚焦在样品表面以达到足够的亮度,完成观察。

(4)使用:Cuff显微镜使用起来很复杂,首先要松开固定镜身的夹钳,然后沿镜臂滑动镜身使显微镜的焦点基本落在样品上,最后再夹紧夹钳使镜身固定住,从而完成粗调焦。但这还不够,使用者还要耐心地旋转夹钳上的那个长螺钉,使镜身在镜臂上小幅度地滑动从而让显微镜的焦点精确地落在样品上。这就是最考验人耐心的细调焦。完成了以上两个步骤,使用者就可以开始观察了。  

(5)功能:Cuff显微镜的功能在当时是最多的。它共有三种性能:透射观察,落射观察和活体观察。其中,活体观察功能是在当时复式显微镜中所特有的。Cuff显微镜载物台是由两块黄铜片叠在一起构成的,每个黄铜片的中间都有一个小孔称为通光孔,但上面的那个黄铜片的通光孔直径较大,一个小的培养皿刚好可以被放在孔中,并由下面的那片黄铜片托住。在培养皿里面装上一些带小虫子的水样或是一些活的小昆虫,就可以观察它们的生活习性,很有意思。  

(6)光学性能:尽管Cuff显微镜的功能在当时是最多的,但它的光学性能还是很糟糕。它的放大倍数不大,最低放大倍数为45倍,最高为100倍。它有很严重的色差和球面像差。它的分辨率极低,只有10微米(现在的光学显微镜最低分辨率也在1微米以下)。尽管如此,Cuff显微镜仍是当时最好的复式显微镜

Cuff显微镜的改进型有:

Chest显微镜

Cuff-Style显微镜

Wales显微镜

受到Cuff显微镜风格影响的显微镜马丁显微镜

历史上最豪华的显微镜:英王George III的银显微镜

1761年英国人George Adams为英王George III制造了一台精美的银显微镜。他的目的是借这个豪华的显微镜表现当时在显微科学领域里人们取得的卓越成就。由于他在这个金属显微镜的表面镀上了大量的银,所以这个显微镜的造价实在高得惊人,也只有英国王室才能负担得起,他们用它来向外国使臣炫耀英国的富有。该显微镜既可以当作单式显微镜来使用(此时只需要使用显微镜上方的那个放大镜),也可以当成复式显微镜来使用(复式显微镜的镜身在显微镜顶端的那两个人像后面,其物镜有八个,都镶在顶部人像脚下的那个圆盘上,通过旋转该圆盘可以选择合适的物镜)。可以说,它的功能在当时还是较多的。

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