W jakich branżach najczęściej wykorzystuje się mikroskopy optyczne?
Mikroskop optyczny jest starożytnym i młodym narzędziem naukowym. Ma historię 300 lat od jego narodzin. Mikroskop optyczny jest szeroko stosowany, np. w biologii, chemii, fizyce, astronomii itp. w niektórych pracach naukowych. Wszystko bez mikroskopu.
Obecnie stał się niemal wizytówką wizerunkową nauki i technologii. Wystarczy zobaczyć jego postać często pojawiającą się w doniesieniach medialnych o nauce i technice, aby przekonać się, że to stwierdzenie jest prawdziwe.
W biologii laboratorium jest nierozerwalnie związane z tego rodzaju aparaturą doświadczalną, która może pomóc uczniom w badaniu nieznanego świata; zrozumieć świat.
Szpitale są największymi miejscami zastosowań mikroskopów, które służą głównie do sprawdzania informacji, takich jak zmiany w płynach ustrojowych pacjenta, zarazki atakujące organizm ludzki, zmiany w strukturze tkanki komórkowej itp., oraz dostarczają lekarzom referencyjnych i weryfikujących metod formułowania leczenia plany. W mikrochirurgii mikroskop jest jedynym narzędziem dla lekarzy; w rolnictwie, hodowli, zwalczaniu szkodników i innych pracach nie można obejść się bez pomocy mikroskopu; w produkcji przemysłowej, kontrola obróbki i regulacja montażu drobnych części oraz badanie właściwości materiałów są możliwe za pomocą mikroskopu. Miejsce do pokazania swoich talentów; śledczy często polegają na mikroskopach do analizy różnych mikroskopijnych przestępstw, jako ważnego środka do ustalenia prawdziwego mordercy; wydziały ochrony środowiska również potrzebują mikroskopów do wykrywania różnych zanieczyszczeń stałych; inżynierowie geolodzy i górnicy oraz archeolodzy zajmujący się reliktami kulturowymi Ślady znalezione przez mikroskop mogą ocenić głęboko zakopane złoża minerałów lub wnioskować o zakurzonej prawdzie historycznej; nawet codzienne życie ludzi nie może obejść się bez mikroskopu, na przykład branża kosmetyczna i fryzjerska, która może wykorzystywać mikroskop do wykrywania jakości skóry i włosów. Może uzyskać najlepsze wyniki. Widać, jak ściśle mikroskop jest zintegrowany z produkcją i życiem ludzi.
Zgodnie z różnymi zastosowaniami mikroskopy można z grubsza podzielić na cztery kategorie: mikroskopy biologiczne, mikroskopy metalograficzne, mikroskopy stereoskopowe i mikroskopy polaryzacyjne. Jak sama nazwa wskazuje, mikroskopy biologiczne są wykorzystywane głównie w biomedycynie, a obiektami obserwacji są w większości przezroczyste lub półprzezroczyste mikrociała; mikroskopy metalograficzne służą głównie do obserwacji powierzchni przedmiotów nieprzezroczystych, takich jak struktura metalograficzna i wady powierzchniowe materiałów; Podczas gdy obiekt jest powiększany i obrazowany, orientacja obiektu i obrazu względem ludzkiego oka jest również spójna i istnieje poczucie głębi, co jest zgodne z konwencjonalnymi nawykami wizualnymi ludzi; Mikroskopy polaryzacyjne wykorzystują charakterystykę transmisji lub odbicia różnych materiałów dla światła spolaryzowanego, aby rozróżnić różne mikroobiekty Element. Ponadto można również podzielić niektóre typy specjalne, takie jak odwrócony mikroskop biologiczny lub mikroskop hodowlany, który jest używany głównie do obserwacji kultury przez dno naczynia hodowlanego; mikroskop fluorescencyjny wykorzystuje pewne substancje do pochłaniania określonego światła o krótszej długości fali Charakterystyka emitowania określonego światła o większej długości fali w celu wykrycia istnienia tych substancji i oceny ich zawartości; mikroskop porównawczy może tworzyć zestawione lub nałożone na siebie obrazy dwóch obiektów w tym samym polu widzenia, aby porównać podobieństwa i różnice między dwoma obiektami.
Tradycyjne mikroskopy optyczne składają się głównie z układów optycznych i wspierających je konstrukcji mechanicznych. Systemy optyczne obejmują soczewki obiektywowe, okulary i soczewki kondensujące, z których wszystkie są skomplikowanymi szkłami powiększającymi wykonanymi z różnych szkieł optycznych. Soczewka obiektywu powiększa obraz preparatu, a jej powiększenie M obiektu określa wzór: M obiekt=Δ∕f' obiekt , gdzie f' obiekt jest ogniskową soczewki obiektywu, a Δ można rozumieć jako odległość między soczewką obiektywu a okularem. Okular ponownie powiększa obraz utworzony przez obiektyw i tworzy wirtualny obraz w odległości 250 mm przed ludzkim okiem do obserwacji. Jest to najwygodniejsza pozycja obserwacyjna dla większości ludzi. Powiększenie okularu M oko=250/f' oko, f' oko to ogniskowa okularu. Całkowite powiększenie mikroskopu to iloczyn soczewki obiektywu i okularu, czyli M=M obiekt*M oko=Δ*250/f' oko *f; obiekt. Widać, że zmniejszenie ogniskowej obiektywu i okularu zwiększy całkowite powiększenie, które jest kluczem do zobaczenia bakterii i innych mikroorganizmów pod mikroskopem, a także różnicą między nim a zwykłymi lupami.
Czy jest więc możliwe zmniejszenie siatki f' obiektu f' bez ograniczeń, aby zwiększyć powiększenie, abyśmy mogli zobaczyć bardziej subtelne obiekty? Odpowiedź brzmi nie! Wynika to z faktu, że światło używane do obrazowania jest zasadniczo rodzajem fali elektromagnetycznej, więc zjawiska dyfrakcji i interferencji nieuchronnie wystąpią podczas procesu propagacji, podobnie jak zmarszczki na powierzchni wody, które można zobaczyć w życiu codziennym, mogą krążyć po napotkaniu przeszkód , a dwie kolumny fal wodnych mogą się wzajemnie wzmacniać lub osłabiać. Kiedy fala świetlna emitowana przez punktowy obiekt świetlny wchodzi do soczewki obiektywu, oprawka soczewki obiektywu utrudnia propagację światła, co powoduje dyfrakcję i interferencję. Występuje seria pierścieni świetlnych 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 standard oceny, myśląc, 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 入/n.sinA=0,61 I/NA, gdzie I to długość fali światła, długość fali światło, które może być odebrane przez ludzkie oko, wynosi około 0,{8}},7 um, a n to współczynnik załamania światła ośrodka, w którym znajduje się punkt emitujący światło, na przykład w powietrzu, n ≈1, w wodzie , n≈1,33, a A jest połową kąta rozwarcia punktu emitującego światło do oprawki soczewki obiektywu, a NA nazywa się aperturą numeryczną soczewki obiektywu. Z powyższego wzoru widać, że odległość między dwoma punktami, które można rozróżnić za pomocą obiektywu, jest ograniczona długością fali światła i aperturą numeryczną. Ponieważ długość fali najostrzejszego widzenia ludzkiego oka wynosi około 0,5um, a kąt A nie może przekraczać 9{22}} stopni, sinA jest zawsze mniejszy niż 1. Maksymalny współczynnik załamania światła dostępnego ośrodek przepuszczający światło wynosi około 1,5, więc wartość e jest zawsze większa niż 0,2 μm, czyli minimalna graniczna odległość, jaką może rozróżnić mikroskop optyczny. Powiększ obraz przez mikroskop, jeśli chcesz powiększyć odległość punktu obiektu e, który może być rozdzielony przez soczewkę obiektywu z pewną wartością NA wystarczającą do rozdzielenia przez ludzkie oko, potrzebujesz Me Większy lub równy {{26 }}.15mm, gdzie {{30}}.15mm to eksperymentalna wartość ludzkiego oka Minimalna odległość między dwoma mikroobiektami, które można rozróżnić na 250mm przed oczami, więc M Większa niż lub równe (0,15∕0,61 cala) 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 całkowitego powiększenia mikroskopu. Bez względu na to, jak duże jest całkowite powiększenie, jest to bez znaczenia, ponieważ apertura numeryczna obiektywu ograniczyła minimalną rozdzielczą odległość i nie można więcej rozróżnić, zwiększając powiększenie. Małe obiekty są szczegółowe.
Kontrast obrazowania to kolejna kluczowa kwestia dotycząca mikroskopów optycznych. Tak zwany kontrast odnosi się do kontrastu czerni i bieli lub różnicy kolorów między sąsiednimi częściami na powierzchni obrazu. Ludzkiemu oku trudno jest ocenić różnicę jasności poniżej 0,02. jest nieco bardziej czuły. W przypadku niektórych obiektów do obserwacji mikroskopowych, takich jak próbki biologiczne, różnica jasności między szczegółami jest bardzo mała, a błędy projektowe i produkcyjne układu optycznego mikroskopu dodatkowo zmniejszają kontrast obrazowania i utrudniają rozróżnienie. W tym momencie szczegóły obiektu nie mogą być wyraźnie widoczne, nie dlatego, że całkowite powiększenie jest zbyt małe, ani apertura numeryczna obiektywu nie jest zbyt mała, ale dlatego, że kontrast płaszczyzny obrazu jest zbyt niski.
Przez lata ludzie ciężko pracowali nad poprawą rozdzielczości i kontrastu obrazowania mikroskopu. Wraz z ciągłym rozwojem technologii i narzędzi komputerowych, teoria i metody projektowania optycznego są również stale ulepszane. W połączeniu z poprawą wydajności surowców, procesu i Ciągłe doskonalenie metod wykrywania oraz innowacje metod obserwacji sprawiły, że jakość obrazowania mikroskopu optycznego jest bliska perfekcji granicy dyfrakcji. Ludzie będą używać barwienia próbek, ciemnego pola, kontrastu fazowego, fluorescencji, interferencji, polaryzacji i innych technik obserwacji, aby stworzyć mikroskop optyczny. Można go dostosować do badań wszelkiego rodzaju okazów. Chociaż mikroskopy elektronowe, mikroskopy ultradźwiękowe i inne powiększające przyrządy do obrazowania pojawiały się sukcesywnie w ostatnich latach i mają lepsze parametry w niektórych aspektach, nadal nie są one dostępne pod względem taniości, wygody, intuicji i szczególnie nadają się do badań żywych organizmów. Rywal dla mikroskopu świetlnego, który wciąż mocno trzyma się ziemi. Z drugiej strony, w połączeniu z laserem, komputerem, nową technologią materiałową i technologią informacyjną, starożytny mikroskop optyczny odmładza i wykazuje energiczną witalność. Mikroskop cyfrowy, laserowy konfokalny mikroskop skaningowy, mikroskop skaningowy bliskiego pola, mikroskop dwufotonowy i Istnieje wiele nowych funkcji lub instrumentów, które można dostosować do różnych nowych warunków środowiskowych, które pojawiają się w niekończącym się strumieniu, co dodatkowo rozszerza zakres zastosowań mikroskopów optycznych. Jakże ekscytujące są mikroskopijne zdjęcia formacji skalnych przesyłane z łazików marsjańskich! Możemy w pełni wierzyć, że mikroskop optyczny przyniesie korzyści ludzkości dzięki zaktualizowanemu podejściu.
