Jakie są główne zastosowania mikroskopów optycznych
Mikroskop optyczny jest starożytnym i młodym narzędziem naukowym. Od momentu narodzin ma historię trzystu lat. Mikroskopy optyczne są szeroko stosowane, np. w biologii, chemii, fizyce, astronomii itp. W niektórych pracach naukowych To wszystko jest nierozerwalnie związane z mikroskopem.
Obecnie stał się niemal wizerunkowym potwierdzeniem nauki i technologii. Wystarczy zobaczyć jego częste występowanie w doniesieniach medialnych o nauce i technice, aby przekonać się, że to prawda.
W biologii laboratorium jest nierozerwalnie związane z tym eksperymentalnym instrumentem, który może pomóc uczniom w badaniu nieznanego świata; zrozumieć świat.
Szpitale to największe miejsca zastosowań mikroskopów. Wykorzystywane są głównie do badania zmian w płynach ustrojowych pacjentów, bakterii atakujących organizm ludzki, zmian w strukturze komórkowej itp. oraz dostarczają lekarzom referencyjnych i weryfikujących metod formułowania planów leczenia. W mikrochirurgii mikroskop jest jedynym narzędziem lekarza; w rolnictwie, hodowli, zwalczaniu szkodników i innych pracach nie można obejść się bez pomocy mikroskopu; w produkcji przemysłowej możliwa jest obróbka, kontrola i regulacja montażu drobnych części oraz badanie właściwości materiałów. Miejsce do pokazania swoich talentów; śledczy często polegają na mikroskopach do analizy różnych mikroskopijnych przestępstw, jako ważnego środka do ustalenia prawdziwego winowajcy; wydziały ochrony środowiska wykorzystują również mikroskopy do wykrywania różnych zanieczyszczeń stałych; z pomocy mikroskopów korzystają inżynierowie geolodzy i górnicy oraz relikty kulturowe i archeolodzy. Wskazówki znalezione przez mikroskop mogą posłużyć do oceny głębokich podziemnych kopalń lub wywnioskowania prawdziwego obrazu zakurzonej historii; nawet codzienne życie ludzi jest nierozerwalnie związane z mikroskopem, na przykład branża kosmetyczna i fryzjerska, która może używać mikroskopu do wykrywania skóry, włosów itp. Uzyskaj najlepsze wyniki. Widać, jak ściśle mikroskop jest zintegrowany z produkcją i życiem ludzi.
Według różnych celów zastosowania mikroskopy można z grubsza sklasyfikować i istnieją cztery wspólne kategorie: mikroskopy biologiczne, mikroskopy metalograficzne, mikroskopy stereoskopowe i mikroskopy polaryzacyjne. Jak sama nazwa wskazuje, mikroskopy biologiczne są używane głównie w biomedycynie, a obiektami obserwacji są w większości przezroczyste lub półprzezroczyste mikroskopijne ciała; mikroskopy metalograficzne służą głównie do obserwacji powierzchni przedmiotów nieprzezroczystych, takich jak struktura metalograficzna i wady powierzchniowe materiałów; Kiedy obiekt jest powiększony i zobrazowany, sprawia to również, że orientacja obiektu i obrazu względem ludzkiego oka jest spójna i ma poczucie głębi, co jest zgodne z konwencjonalnymi nawykami wizualnymi ludzi; Mikroskop światła spolaryzowanego wykorzystuje właściwości transmisji lub odbicia różnych materiałów do światła spolaryzowanego, aby rozróżnić różne mikroobiekty Komponent. Ponadto można również podzielić niektóre typy specjalne, takie jak odwrócony mikroskop biologiczny lub mikroskop hodowlany, który jest mikroskopem biologicznym używanym głównie do obserwacji kultury przez dno naczynia hodowlanego; mikroskop fluorescencyjny wykorzystuje określone substancje do pochłaniania określonego światła o krótszej długości fali oraz Charakterystyki emitowania określonego światła o większej długości fali, aby stwierdzić istnienie tych substancji i określić ich zawartość; mikroskopy porównawcze mogą tworzyć obok siebie lub nakładać obrazy dwóch obiektów w tym samym polu widzenia, aby porównać podobieństwa i różnice między tymi dwoma obiektami.
Tradycyjne mikroskopy optyczne składają się głównie z układów optycznych i wspierających je struktur mechanicznych. Systemy optyczne obejmują soczewki obiektywowe, okulary i kondensory, które są skomplikowanymi szkłami powiększającymi wykonanymi z różnych szkieł optycznych. Soczewka obiektywu powiększa preparat, a jej powiększenie M określa się za pomocą następującego wzoru: M obiekt =Δ∕f'obiekt , gdzie f'obiekt jest ogniskową obiektywu, a Δ można rozumieć jako odległość między soczewką obiektywu a okularem. Okular ponownie powiększa obraz utworzony przez obiektyw, tworząc wirtualny obraz w odległości 250 mm przed oczami ludzi do obserwacji. Jest to najwygodniejsza pozycja obserwacyjna dla większości ludzi. Powiększenie okularu to M oko=250/f' oko, f' oko to ogniskowa okularu. Całkowite powiększenie mikroskopu to iloczyn soczewki obiektywu i okularu, czyli M=Mobject*Meye=Δ*250∕f'eye*f;obiekt. Można zauważyć, że zmniejszenie ogniskowej obiektywu i okularu zwiększy całkowite powiększenie, które jest kluczem do zobaczenia mikroorganizmów, takich jak bakterie pod mikroskopem, a także różnicą między nim a zwykłymi lupami.
Czy jest więc możliwe nieskończone zmniejszanie siatki f' obiektu f' w celu zwiększenia powiększenia, abyśmy mogli zobaczyć bardziej subtelne obiekty? Odpowiedź brzmi nie! Dzieje się tak dlatego, że światło używane do obrazowania jest zasadniczo falą elektromagnetyczną, więc dyfrakcja i interferencja nieuchronnie wystąpią podczas procesu propagacji, podobnie jak zmarszczki na powierzchni wody, które widzimy w życiu codziennym, mogą zawracać, gdy napotykamy przeszkody, a kiedy dwie kolumny spotykających się fal wodnych, mogą się wzajemnie wzmacniać. lub osłabiony. Gdy fala świetlna emitowana z punktowego punktu obiektu emitującego światło wchodzi do soczewki obiektywu, ramka soczewki obiektywu utrudnia propagację światła, powodując dyfrakcję i interferencję. Występuje seria halo o słabym i stopniowo słabnącym natężeniu. Centralny jasny punkt nazywamy dyskiem Airy'ego. Kiedy dwa punkty emitujące światło znajdują się w pewnej odległości, dwa punkty świetlne będą się nakładać, dopóki nie będzie można potwierdzić, że są dwoma punktami świetlnymi. Rayleigh zaproponował kryterium, które polega na tym, że gdy odległość między środkami dwóch plamek świetlnych jest równa promieniowi dysku Airy'ego, można rozróżnić dwie plamki świetlne. Po obliczeniu odległość między dwoma punktami emitującymi światło w tym czasie wynosi e=0,61 ∕n.sinA=0,61 In ∕ NA , we wzorze, in jest długością fali światła fala, długość fali fali świetlnej, którą ludzkie oko może odbierać, wynosi około 0.4-0,7um, n to współczynnik załamania światła ośrodka, w którym znajduje się punkt emitujący światło, na przykład w powietrze, n≈1, w wodzie, n≈1,33, a A jest połową kąta rozwarcia punktu świetlnego z oprawką soczewki obiektywu, a NA nazywa się aperturą numeryczną soczewki obiektywu. Z powyższego wzoru widać, że odległość między dwoma punktami, które może rozróżnić obiektyw, jest ograniczona długością fali światła i aperturą numeryczną. Ponieważ długość fali najostrzejszego ludzkiego oka wynosi około 0,5 µm, kąt A nie może przekraczać 9{22}} stopni, a sinA jest zawsze mniejszy niż 1. Maksymalny współczynnik załamania dla dostępnego ośrodka przepuszczającego światło wynosi około 1,5, więc wartość e jest zawsze większa niż 0,2um, czyli najmniejsza graniczna odległość, jaką może rozróżnić mikroskop optyczny. Poprzez powiększenie mikroskopowe, jeśli chcesz powiększyć odległość punktu obiektu e, którą można rozdzielić za pomocą obiektywu o pewnej wartości NA wystarczającej do rozróżnienia przez ludzkie oko, Me Większa lub równa 0,15 mm, gdzie {{30}}.15mm to eksperymentalnie otrzymane ludzkie oko Minimalna odległość między dwoma mikroobiektami umieszczonymi 250mm przed oczami, które można rozróżnić, więc M Większy lub równy (0,15∕0,61 in) NA≈500N.A, aby obserwacja nie była zbyt pracochłonna, wystarczy podwoić M, czyli 500N. A Mniejsze lub równe M Mniejsze lub równe 1000N.A to rozsądny zakres wyboru dla całkowitego powiększenia mikroskopu. Bez względu na to, jak duże jest całkowite powiększenie, jest to bez znaczenia, ponieważ apertura numeryczna obiektywu ograniczyła minimalną rozdzielczą odległość. Małe obiekty są szczegółowe.
Kontrast obrazu to kolejna kluczowa kwestia w mikroskopach optycznych. Tak zwany kontrast to kontrast czerni i bieli lub różnica koloru między sąsiednimi częściami na powierzchni obrazu. Ludzkiemu oku trudno jest ocenić różnicę w jasności poniżej 0,02. nieco bardziej czuły. Niektóre obiekty obserwowane pod mikroskopem, takie jak próbki biologiczne, mają bardzo małe różnice w jasności między szczegółami. Ponadto błędy projektowe i produkcyjne układu optycznego mikroskopu dodatkowo zmniejszają kontrast obrazowania i utrudniają rozróżnienie. W tym czasie szczegóły obiektu nie mogą być wyraźnie widoczne, nie dlatego, że całkowite powiększenie jest zbyt małe. , to nie dlatego, że apertura numeryczna obiektywu jest zbyt mała, ale dlatego, że kontrast powierzchni obrazu jest zbyt niski.
Przez lata ludzie ciężko pracowali nad poprawą zdolności rozdzielczej i kontrastu obrazowania mikroskopów. Wraz z ciągłym rozwojem technologii i narzędzi komputerowych, teoria i metody projektowania optycznego są również stale ulepszane. Ciągłe doskonalenie metod detekcji i innowacje w metodach obserwacji sprawiły, że jakość obrazowania mikroskopów optycznych zbliżyła się do granicy idealnego stopnia dyfrakcji. Może dostosować się do badań wszelkiego rodzaju okazów. Chociaż instrumenty powiększające i obrazujące, takie jak mikroskop elektronowy i mikroskop ultradźwiękowy, pojawiają się sukcesywnie w ostatnich latach, mają w niektórych aspektach korzystne działanie, ale nadal nie mogą być tanie, wygodne i intuicyjne, szczególnie odpowiednie do badań organizmów żywych. Rywalizujące mikroskopy świetlne, które wciąż trzymają się mocno swojej pozycji. Z drugiej strony, w połączeniu z laserem, komputerem, nową technologią materiałową i informatyczną, starożytny mikroskop optyczny odmładza i wykazuje silną witalność. Mikroskop cyfrowy, laserowy konfokalny mikroskop skaningowy, mikroskop skaningowy bliskiego pola, mikroskop dwufotonowy i instrumenty z różnymi nowymi funkcjami lub przystosowane do różnych nowych warunków środowiskowych pojawiają się w nieskończonym strumieniu, dodatkowo rozszerzając pole zastosowań mikroskopów optycznych, na przykład. Jakże ekscytujące są mikroskopijne zdjęcia formacji skalnych przesłane z łazika marsjańskiego! Możemy w pełni wierzyć, że mikroskop optyczny przyniesie korzyści ludzkości dzięki nowemu podejściu.
