Melyek az optikai mikroszkópok főbb alkalmazásai?
Az optikai mikroszkóp egy ősi és fiatal tudományos eszköz. Születése óta háromszáz éves története van. Az optikai mikroszkópokat széles körben használják, például a biológiában, a kémiában, a fizikában, a csillagászatban stb. Egyes tudományos kutatómunkákban mindez elválaszthatatlan a mikroszkóptól.
Jelenleg szinte a tudomány és a technológia imázsigéjévé vált. Csak látnia kell gyakori megjelenését a tudományról és a technológiáról szóló médiajelentésekben, hogy lássa, ez igaz.
A biológiában a laboratórium elválaszthatatlan ettől a kísérleti műszertől, amely segítheti a tanulókat az ismeretlen világ tanulmányozásában; megérteni a világot.
A mikroszkópok legnagyobb alkalmazási helyei a kórházak. Főleg a betegek testnedvében bekövetkező változások, az emberi szervezetbe behatoló baktériumok, sejtszerkezeti változások stb. vizsgálatára szolgálnak, valamint referencia- és igazolási módszerekkel látják el az orvosokat a kezelési tervek elkészítéséhez. A mikrosebészetben a mikroszkóp az orvos egyetlen eszköze; a mezőgazdaságban a tenyésztés, a kártevőirtás és egyéb munkák nem nélkülözhetik a mikroszkóp segítségét; az ipari termelésben finom alkatrészek feldolgozása, ellenőrzése, összeszerelése, anyagtulajdonságok vizsgálata lehetséges. Egy hely, ahol megmutathatják tehetségüket; a bűnüldöző nyomozók gyakran támaszkodnak mikroszkópokra a különféle mikroszkopikus bűncselekmények elemzésekor, mivel ez fontos eszköz a valódi tettes meghatározásához; a környezetvédelmi osztályok mikroszkópokat is használnak különféle szilárd szennyező anyagok kimutatására; geológiai és bányamérnökök és kulturális emlékek, régészek veszik igénybe a mikroszkópok segítségét. A mikroszkóp által talált nyomok felhasználhatók a mély földalatti bányák megítélésére vagy a poros történelem valódi képére; még az emberek mindennapi élete is elválaszthatatlan a mikroszkóptól, például a szépség- és fodrászipar, amely a mikroszkóp segítségével képes kimutatni a bőrt, a hajat stb. A legjobb eredményt érheti el. Látható, hogy a mikroszkóp milyen szorosan kapcsolódik az emberek termeléséhez és életéhez.
Különböző felhasználási célok szerint a mikroszkópok nagyjából osztályozhatók, és négy általános kategória van: biológiai mikroszkópok, metallográfiai mikroszkópok, sztereomikroszkópok és polarizáló mikroszkópok. Ahogy a név is sugallja, a biológiai mikroszkópokat főként a biomedicinában használják, a megfigyelési objektumok többnyire átlátszó vagy áttetsző mikroszkopikus testek; a metallográfiai mikroszkópokat elsősorban átlátszatlan tárgyak felületének megfigyelésére használják, mint például az anyagok metallográfiai szerkezete és felületi hibái; A tárgy nagyítása és leképezésekor a tárgy és a kép emberi szemhez viszonyított tájolása is következetessé válik, és mélységérzete van, ami összhangban van az emberek hagyományos vizuális szokásaival; a polarizált fénymikroszkóp a különböző anyagok átviteli vagy reflexiós jellemzőit használja fel a polarizált fényhez a különböző mikroobjektumok megkülönböztetésére. Ezen túlmenően egyes speciális típusok is feloszthatók, mint például a fordított biológiai mikroszkóp vagy a tenyésztési mikroszkóp, amely egy biológiai mikroszkóp, amelyet főként a tenyésztőedény alján keresztüli tenyészet megfigyelésére használnak; a fluoreszcencia mikroszkóp bizonyos anyagokat használ bizonyos rövidebb hullámhosszúságú fény elnyelésére és a specifikus hosszabb hullámhosszú fény kibocsátásának jellemzőire, ezen anyagok létezésének megállapítására és tartalmuk meghatározására; Az összehasonlító mikroszkópok egymás mellett vagy egymásra helyezett képeket készíthetnek két objektumról ugyanabban a látómezőben, hogy összehasonlítsák a két objektum hasonlóságait és különbségeit.
A hagyományos optikai mikroszkópok főként optikai rendszerekből és az azokat támogató mechanikai szerkezetekből állnak. Az optikai rendszerek objektívlencséket, okulárokat és kondenzátorokat foglalnak magukban, amelyek bonyolult, különféle optikai üvegekből készült nagyítók. Az objektív felnagyítja a mintát, és az M nagyítását a következő képlet határozza meg: M objektum =Δ∕f'objektum , ahol f'objektum az objektív gyújtótávolsága, Δ pedig a következőképpen értelmezhető: az objektívlencse és a szemlencse közötti távolság. Az okulár ismét felnagyítja az objektív lencséje által alkotott képet, így 250 mm-re virtuális képet alkot az emberek szeme előtt megfigyelésre. A legtöbb ember számára ez a legkényelmesebb megfigyelési pozíció. A szemlencse nagyítása M eye=250/f' eye, f' eye a szemlencse gyújtótávolsága. A mikroszkóp teljes nagyítása az objektívlencse és a szemlencse szorzata, azaz M=Mobject*Meye=Δ*250∕f'eye*f;object. Látható, hogy az objektívlencse és a szemlencse gyújtótávolságának csökkentése növeli a teljes nagyítást, ami a kulcsa a mikroorganizmusok, például a baktériumok mikroszkóppal történő észlelésének, és ez a különbség is a közönséges nagyítóktól.
Tehát elképzelhető-e az f' objektum f' hálójának végtelenül kicsinyítése a nagyítás növelése érdekében, hogy finomabb tárgyakat lássunk? A válasz nem! Ennek oka, hogy a képalkotáshoz használt fény alapvetően elektromágneses hullám, így a terjedési folyamat során elkerülhetetlenül fellép diffrakció és interferencia, mint ahogy a vízfelszínen a mindennapi életben látható hullámok is kikerülhetnek akadályba ütközéskor, illetve két oszlop esetén. vízhullámok találkoznak, erősíthetik egymást. vagy legyengült. Amikor egy pont alakú fénykibocsátó tárgypontból kibocsátott fényhullám belép az objektívlencsébe, az objektívlencse kerete akadályozza a fény terjedését, diffrakciót és interferenciát eredményezve. Gyenge és fokozatosan gyengülő intenzitású halók sorozata található. A központi fényes foltot Airy lemeznek nevezzük. Ha a két fénykibocsátó pont közel van egy bizonyos távolsághoz, a két fényfolt addig fedi egymást, amíg nem lehet két fényfoltként megerősíteni őket. Rayleigh egy olyan kritériumot javasolt, amely szerint ha a két fényfolt középpontja közötti távolság egyenlő az Airy korong sugarával, akkor a két fényfolt megkülönböztethető. Számítás után a két fénykibocsátó pont közötti távolság ekkor e=0.61 ∕n.sinA=0.61 In ∕ NA , a képletben in a fény hullámhossza hullám, az emberi szem által befogadható fényhullám hullámhossza körülbelül 0.4-0.7um, n annak a közegnek a törésmutatója, ahol a fénykibocsátó pont található, pl. a levegő, n≈1, a vízben , n≈1,33, és A fele a fénypont nyitási szögének a lencse keretéhez képest, és az NA-t az objektívlencse numerikus apertúrájának nevezzük. A fenti képletből látható, hogy az objektívlencse által megkülönböztethető két pont közötti távolságot a fény hullámhossza és a numerikus apertúra korlátozza. Mivel a legélesebb emberi szem hullámhossza körülbelül 0,5 um, az A szög nem haladhatja meg a 90 fokot, és a sinA mindig kisebb, mint 1. A rendelkezésre álló fényáteresztő közeg maximális törésmutatója körülbelül 1,5, tehát az e érték mindig nagyobb, mint 0.2um, ami a legkisebb határtávolság, amelyet egy optikai mikroszkóp fel tud oldani. Ha mikroszkópos nagyítással fel akarja nagyítani a tárgypont távolságát e, amely egy objektív lencsével feloldható egy bizonyos NA-értékkel, amely elegendő ahhoz, hogy az emberi szem megkülönböztethesse, akkor Me nagyobb vagy egyenlő, mint 0,15 mm, ahol {{30},15 mm a kísérletileg kapott emberi szem A minimális távolság két, a szem előtt 250 mm-re elhelyezett mikroobjektum között, amely megkülönböztethető, tehát M nagyobb vagy egyenlő, mint (0,15∕0,61 in) NA≈500N.A, ahhoz, hogy a megfigyelés ne legyen túl fáradságos, elég megduplázni M, azaz 500N. A Kisebb vagy egyenlő M A kisebb vagy egyenlő 1000 N.A ésszerű választási tartomány a mikroszkóp teljes nagyítására. Bármilyen nagy is a teljes nagyítás, értelmetlen, mert az objektív numerikus rekeszértéke korlátozta a minimális feloldható távolságot. A kis objektumok részletesek.
A képalkotás kontrasztja az optikai mikroszkópok másik kulcskérdése. Az úgynevezett kontraszt a fekete-fehér kontraszt vagy színkülönbség a képfelület szomszédos részei között. Az emberi szem nehezen tudja megítélni a 0.02 alatti fényerő különbségét. kicsit érzékenyebb. Egyes mikroszkópos megfigyelési objektumok, például biológiai minták, nagyon csekély különbséget mutatnak a részletek fényességében. Ezenkívül a mikroszkóp optikai rendszerének tervezési és gyártási hibái tovább csökkentik a kép kontrasztját és megnehezítik a megkülönböztetést. Ekkor az objektum részletei nem láthatók tisztán, nem azért, mert a teljes nagyítás túl kicsi. , nem azért, mert túl kicsi az objektív numerikus rekeszértéke, hanem azért, mert túl kicsi a képfelület kontrasztja.
Az évek során az emberek keményen dolgoztak a mikroszkópok felbontóképességének és képalkotási kontrasztjának javításán. A számítástechnika és az eszközök folyamatos fejlődésével az optikai tervezés elmélete és módszerei is folyamatosan javulnak. A detektálási módszerek folyamatos fejlesztése és a megfigyelési módszerek innovációja az optikai mikroszkópok képminőségét a diffrakciós határ tökéletes fokához közelítette. Alkalmazkodni tud mindenféle példány kutatásához. Bár az elmúlt években sorra jelentek meg a nagyító és képalkotó eszközök, mint az elektronmikroszkóp és az ultrahangos mikroszkóp, bizonyos szempontból előnyösek a teljesítményük, de mégsem lehetnek olcsók, kényelmesek és intuitívak, különösen alkalmasak élő szervezetek kutatására. Rivalens fénymikroszkópok, amelyek még mindig szilárdan tartják a helyüket. Másrészt a lézerrel, számítógéppel, új anyagtechnológiával és információs technológiával kombinálva az ősi optikai mikroszkóp megfiatalít és erős életerőt mutat. A digitális mikroszkóp, a lézeres konfokális pásztázó mikroszkóp, a közeli pásztázó mikroszkóp, a kétfoton mikroszkóp és a különféle új funkciókkal rendelkező vagy a különféle új környezeti feltételekhez alkalmazkodó műszerek végtelen folyamban jelennek meg, tovább bővítve például az optikai mikroszkópok alkalmazási területét. Milyen izgalmasak a Mars-járóról feltöltött sziklaalakzatokról készült mikroszkopikus képek! Teljesen elhihetjük, hogy az optikai mikroszkóp új hozzáállással az emberiség hasznára válik.
