Koje su glavne primjene optičkih mikroskopa
Optički mikroskop je staro i mlado znanstveno sredstvo. Od svog rođenja ima povijest dugu tri stotine godina. Optički mikroskopi imaju široku primjenu, primjerice u biologiji, kemiji, fizici, astronomiji itd. U nekim znanstvenim istraživanjima sve je to neodvojivo od mikroskopa.
Trenutno je gotovo postao imidž znanosti i tehnologije. Dovoljno je samo vidjeti njegove česte istupe u medijskim izvješćima o znanosti i tehnologiji da biste vidjeli da je to istina.
U biologiji, laboratorij je neodvojiv od ovog eksperimentalnog instrumenta, koji može pomoći učenicima u proučavanju nepoznatog svijeta; razumjeti svijet.
Bolnice su najveća mjesta primjene mikroskopa. Uglavnom se koriste za ispitivanje promjena u tjelesnim tekućinama pacijenata, bakterija koje napadaju ljudsko tijelo, promjena u staničnoj strukturi itd., a liječnicima pružaju referentne i metode provjere za formuliranje planova liječenja. U mikrokirurgiji je mikroskop jedini liječnikov alat; u poljoprivredi, uzgoju, kontroli štetočina i drugim poslovima ne može bez pomoći mikroskopa; u industrijskoj proizvodnji moguća je obrada, kontrola i podešavanje finih dijelova te proučavanje svojstava materijala. Mjesto gdje će pokazati svoje talente; kriminalistički istražitelji često se oslanjaju na mikroskope za analizu različitih mikroskopskih zločina, kao važno sredstvo za utvrđivanje pravog krivca; odjeli za zaštitu okoliša također koriste mikroskope za otkrivanje raznih krutih zagađivača; inženjeri geologije i rudarstva te kulturni relikti i arheolozi koriste se pomoću mikroskopa. Tragovi pronađeni mikroskopom mogu se koristiti za prosuđivanje dubokih podzemnih rudnika ili za zaključivanje prave slike prašnjave povijesti; čak i svakodnevni život ljudi neodvojiv je od mikroskopa, kao što je kozmetička i frizerska industrija, koja može koristiti mikroskop za otkrivanje kože, kose itd. Postignite najbolje rezultate. Može se vidjeti koliko je mikroskop usko povezan s proizvodnjom i životom ljudi.
Prema različitim namjenama primjene, mikroskopi se mogu grubo klasificirati, a postoje četiri uobičajene kategorije: biološki mikroskopi, metalografski mikroskopi, stereo mikroskopi i polarizacijski mikroskopi. Kao što naziv implicira, biološki mikroskopi uglavnom se koriste u biomedicini, a objekti promatranja uglavnom su prozirna ili prozirna mikroskopska tijela; metalografski mikroskopi se uglavnom koriste za promatranje površine neprozirnih predmeta, kao što su metalografska struktura i površinski defekti materijala; Kada se objekt poveća i slika, to također čini orijentaciju objekta i slike u odnosu na ljudsko oko konzistentnom i ima osjećaj dubine, što je u skladu s konvencionalnim vizualnim navikama ljudi; mikroskop polarizirane svjetlosti koristi karakteristike prijenosa ili refleksije različitih materijala na polariziranu svjetlost za razlikovanje različitih mikro objekata Komponenta. Osim toga, neke posebne vrste također se mogu dodatno podijeliti, kao što je invertirani biološki mikroskop ili mikroskop kulture, koji je biološki mikroskop koji se uglavnom koristi za promatranje kulture kroz dno posude za kulturu; fluorescentni mikroskop koristi određene tvari za apsorpciju specifične svjetlosti kraće valne duljine i karakteristike emitiranja specifične svjetlosti duže valne duljine, kako bi se utvrdilo postojanje tih tvari i odredio njihov sadržaj; usporedni mikroskopi mogu oblikovati usporedne ili superponirane slike dvaju objekata u istom vidnom polju, kako bi se usporedile sličnosti i razlike dvaju objekata.
Tradicionalni optički mikroskopi uglavnom se sastoje od optičkih sustava i mehaničkih struktura koje ih podržavaju. U optičke sustave spadaju leće objektiva, okulari i kondenzori, koji su složena povećala izrađena od različitih optičkih stakala. Leća objektiva povećava uzorak, a njegovo povećanje M određeno je sljedećom formulom: M objekt =Δ∕f'object , gdje je f'objekt žarišna duljina leće objektiva, a Δ se može shvatiti kao udaljenost između leće objektiva i okulara. Okular ponovno povećava sliku koju stvara leća objektiva, stvarajući virtualnu sliku na 250 mm ispred očiju ljudi za promatranje. Ovo je najudobniji položaj za promatranje za većinu ljudi. Povećanje okulara je M oko=250/f' oko, f' oko je žarišna duljina okulara. Ukupno povećanje mikroskopa umnožak je leće objektiva i okulara, odnosno M=Object*Meye=Δ*250∕f'eye*f;object. Vidi se da će smanjenje žarišne duljine leće objektiva i okulara povećati ukupno povećanje, što je ključno za viđenje mikroorganizama poput bakterija mikroskopom, a ujedno je i razlika između njega i običnih povećala.
Dakle, je li moguće beskonačno smanjiti f' objekt f' mrežu kako bi se povećalo povećanje tako da možemo vidjeti suptilnije objekte? Odgovor je ne! To je zato što je svjetlost koja se koristi za snimanje u biti elektromagnetski val, pa će do difrakcije i smetnji neizbježno doći tijekom procesa širenja, baš kao što valovi na površini vode koje vidimo u svakodnevnom životu mogu zaobići kada naiđu na prepreke i kada dva stupa vodenih valova koji se susreću, mogu ojačati jedan drugog. ili oslabljena. Kada svjetlosni val emitiran iz točkastog objekta koji emitira svjetlost uđe u leću objektiva, okvir leće objektiva sprječava širenje svjetlosti, što dovodi do difrakcije i interferencije. Postoji niz aureola slabog intenziteta koji postupno slabi. Središnju svijetlu točku nazivamo Airyjev disk. Kada su dvije točke emitiranja svjetla blizu određene udaljenosti, dvije svjetlosne točke će se preklapati sve dok se ne mogu potvrditi da su dvije svjetlosne točke. Rayleigh je predložio kriterij, a to je da se dvije svjetlosne točke mogu razlikovati kada je udaljenost između središta dviju svjetlosnih točaka jednaka polumjeru Airyjevog diska. Nakon izračuna, udaljenost između dviju točaka emitiranja svjetlosti u ovom trenutku je e=0.61 ∕n.sinA=0.61 In ∕ NA , u formuli, in je valna duljina svjetlosti val, valna duljina svjetlosnog vala koji ljudsko oko može primiti je oko 0.4-0.7um, n je indeks loma medija u kojem se nalazi točka emitiranja svjetlosti, kao što je zrak, n≈1, u vodi, n≈1,33, a A je polovica kuta otvora svjetleće točke prema okviru leće objektiva, a NA se naziva numerička apertura leće objektiva. Iz gornje formule se može vidjeti da je udaljenost između dviju točaka koje leća objektiva može razlikovati ograničena valnom duljinom svjetlosti i numeričkim otvorom blende. Budući da je valna duljina najoštrijeg ljudskog oka oko 0.5um, kut A ne može prijeći 90 stupnjeva, a sinA je uvijek manji od 1. Maksimalni indeks loma za raspoloživi medij za prijenos svjetlosti je oko 1,5, tako da je vrijednost e uvijek veća od 0.2um, što je najmanja granična udaljenost koju optički mikroskop može razlučiti. Povećanjem mikroskopa, ako želite povećati udaljenost točke objekta e koju može razlučiti leća objektiva s određenom NA vrijednošću dovoljnom da je razlikuje ljudsko oko, Me Veće od ili jednako 0.15 mm, gdje je {{30}}.15 mm eksperimentalno dobiveno ljudsko oko Minimalna udaljenost između dva mikroobjekta postavljena 250 mm ispred očiju koji se mogu razlikovati, tako da je M Veći ili jednak (0,15∕0,61 in) NA≈500N.A, da promatranje ne bi bilo previše naporno, dovoljno je udvostručiti M, odnosno 500N. A Manje od ili jednako M Manje od ili jednako 1000N.A je razuman raspon odabira za ukupno povećanje mikroskopa. Bez obzira koliko veliko ukupno povećanje bilo, ono je besmisleno, jer je numerički otvor leće objektiva ograničio minimalnu razlučivu udaljenost. Mali predmeti su detaljizirani.
Kontrast slike još je jedno ključno pitanje u optičkim mikroskopima. Takozvani kontrast je crno-bijeli kontrast ili razlika u boji između susjednih dijelova na površini slike. Ljudskom oku je teško procijeniti razliku u svjetlini ispod 0.02. malo osjetljiviji. Neki predmeti promatranja mikroskopom, poput bioloških uzoraka, imaju vrlo malu razliku u svjetlini između detalja. Osim toga, pogreške u dizajnu i proizvodnji optičkog sustava mikroskopa dodatno smanjuju kontrast slike i otežavaju njegovo razlikovanje. U ovom trenutku se detalji objekta ne mogu jasno vidjeti, ne zato što je ukupno povećanje premalo. , nije zato što je numerički otvor leće objektiva premalen, već zato što je kontrast površine slike prenizak.
Tijekom godina ljudi su naporno radili na poboljšanju razlučivosti i kontrasta slike mikroskopa. Sa stalnim napretkom računalne tehnologije i alata, teorija i metode optičkog dizajna također se stalno poboljšavaju. Stalno poboljšanje metoda detekcije i inovacija metoda promatranja učinili su kvalitetu slike optičkih mikroskopa blizu granice savršenog stupnja difrakcije. Može se prilagoditi istraživanju svih vrsta uzoraka. Iako su se instrumenti za povećanje i snimanje kao što su elektronski mikroskop i ultrazvučni mikroskop sukcesivno pojavili posljednjih godina, oni imaju prednost u nekim aspektima, ali još uvijek ne mogu biti jeftini, praktični i intuitivni, posebno prikladni za istraživanje živih organizama. Konkurentski svjetlosni mikroskopi koji još uvijek čvrsto drže svoje. S druge strane, u kombinaciji s laserom, računalom, tehnologijom novih materijala i informacijskom tehnologijom, drevni optički mikroskop se pomlađuje i pokazuje snažnu vitalnost. Digitalni mikroskop, laserski konfokalni skenirajući mikroskop, skenirajući mikroskop bliskog polja, dvofotonski mikroskop i instrumenti s raznim novim funkcijama ili prilagodljivi različitim novim uvjetima okoline pojavljuju se u beskrajnom nizu, dodatno proširujući područje primjene optičkih mikroskopa, kao primjer. Kako su samo uzbudljive mikroskopske slike kamenih formacija prenesene s marsovskog rovera! Možemo u potpunosti vjerovati da će optički mikroskop koristiti čovječanstvu s novim stavom.
