Какви са основните приложения на оптичните микроскопи
Оптичният микроскоп е древен и млад научен инструмент. От раждането си има триста годишна история. Оптичните микроскопи се използват широко, например в биологията, химията, физиката, астрономията и т.н. В някои научни изследвания всичко е неделимо от микроскопа.
В момента той почти се е превърнал в имиджово одобрение на науката и технологиите. Трябва само да видите честите му изяви в медийни репортажи за наука и технологии, за да видите, че това е вярно.
В биологията лабораторията е неразделна част от този експериментален инструмент, който може да помогне на учащите да изучават непознатия свят; да разберем света.
Болниците са най-големите места за приложение на микроскопи. Те се използват главно за изследване на промени в телесните течности на пациентите, бактерии, които нахлуват в човешкото тяло, промени в клетъчната структура и т.н., и предоставят на лекарите референтни и верифициращи методи за формулиране на планове за лечение. В микрохирургията микроскопът е единственият инструмент на лекаря; в селското стопанство, развъждането, борбата с вредителите и друга работа не може без помощта на микроскопа; в промишленото производство са възможни обработката, инспекцията и настройката на сглобяването на фини части и изследването на свойствата на материалите. Място, където да покажат своите таланти; криминалните следователи често разчитат на микроскопи, за да анализират различни микроскопични престъпления, като важно средство за определяне на истинския виновник; отделите за опазване на околната среда също използват микроскопи за откриване на различни твърди замърсители; геоложки и минни инженери и културни реликви и археолози използват помощта на микроскопи. Уликите, открити от микроскопа, могат да се използват за преценка на дълбоките подземни мини или за извеждане на истинския образ на прашната история; дори ежедневието на хората е неотделимо от микроскопа, като индустрията за красота и фризьорство, която може да използва микроскопа за откриване на кожата, косата и т.н. Получете най-добрите резултати. Може да се види колко тясно е интегриран микроскопът с производството и живота на хората.
Според различните цели на приложение микроскопите могат да бъдат грубо класифицирани и има четири общи категории: биологични микроскопи, металографски микроскопи, стерео микроскопи и поляризационни микроскопи. Както подсказва името, биологичните микроскопи се използват главно в биомедицината, а обектите за наблюдение са предимно прозрачни или полупрозрачни микроскопични тела; металографските микроскопи се използват главно за наблюдение на повърхността на непрозрачни обекти, като металографската структура и повърхностните дефекти на материалите; Когато обектът е увеличен и изобразен, това също прави ориентацията на обекта и изображението спрямо човешкото око последователна и има усещане за дълбочина, което е в съответствие с конвенционалните визуални навици на хората; микроскопът с поляризирана светлина използва характеристиките на предаване или отразяване на различни материали спрямо поляризираната светлина, за да разграничи различни микрообекти Компонент. В допълнение, някои специални видове също могат да бъдат подразделени, като обърнат биологичен микроскоп или микроскоп за култура, който е биологичен микроскоп, използван главно за наблюдение на културата през дъното на съда за култура; флуоресцентният микроскоп използва определени вещества, за да абсорбира специфична светлина с по-къса дължина на вълната и характеристиките на излъчване на специфична светлина с по-дълга дължина на вълната, за да открие съществуването на тези вещества и да определи тяхното съдържание; сравнителните микроскопи могат да образуват едно до друго или насложени изображения на два обекта в едно и също зрително поле, така че да сравнят приликите и разликите на двата обекта.
Традиционните оптични микроскопи се състоят главно от оптични системи и механични структури, които ги поддържат. Оптичните системи включват обективни лещи, окуляри и кондензатори, които са сложни лупи, направени от различни оптични стъкла. Лещата на обектива увеличава образеца и нейното увеличение M се определя по следната формула: M обект =Δ∕f'object , където f'object е фокусното разстояние на лещата на обектива, а Δ може да се разбира като разстоянието между лещата на обектива и окуляра. Окулярът отново увеличава изображението, образувано от лещата на обектива, образувайки виртуално изображение на 250 мм пред очите на хората за наблюдение. Това е най-удобната позиция за наблюдение за повечето хора. Увеличението на окуляра е M eye=250/f' eye, f' eye е фокусното разстояние на окуляра. Общото увеличение на микроскопа е произведение на лещата на обектива и окуляра, т.е. M=Object*Meye=Δ*250∕f'eye*f;object. Може да се види, че намаляването на фокусното разстояние на лещата на обектива и окуляра ще увеличи общото увеличение, което е ключът към виждането на микроорганизми като бактерии с микроскоп и също така е разликата между него и обикновените увеличителни очила.
И така, възможно ли е да се намали безкрайно f' обект f' мрежата, за да се увеличи увеличението, така че да можем да видим по-фини обекти? Отговорът е не! Това е така, защото светлината, използвана за изображения, е по същество електромагнитна вълна, така че дифракцията и смущенията неизбежно ще се появят по време на процеса на разпространение, точно както вълните на водната повърхност, които виждаме в ежедневието, могат да се заобикалят, когато срещат препятствия и когато две колони на водни вълни се срещат, те могат да се укрепват взаимно. или отслабена. Когато светлинната вълна, излъчвана от точкова точка на излъчващ светлина обект, навлезе в лещата на обектива, рамката на лещата на обектива възпрепятства разпространението на светлината, което води до дифракция и смущения. Има поредица от ореоли със слаб и постепенно отслабващ интензитет. Наричаме централното светло петно диск на Ейри. Когато двете светлоизлъчващи точки са близо до определено разстояние, двете светлинни петна ще се припокриват, докато не могат да бъдат потвърдени като две светлинни петна. Rayleigh предложи критерий, който е, че когато разстоянието между центровете на двете светлинни петна е равно на радиуса на диска на Airy, двете светлинни петна могат да бъдат разграничени. След изчислението разстоянието между двете светлоизлъчващи точки в този момент е e=0.61 ∕n.sinA=0.61 In ∕ NA , във формулата in е дължината на вълната на светлината вълна, дължината на вълната на светлинната вълна, която човешкото око може да приеме, е около 0.4-0.7um, n е индексът на пречупване на средата, където се намира точката на излъчване на светлина, като например в въздухът, n≈1, във водата, n≈1,33, и A е половината от ъгъла на отваряне на светещата точка към рамката на лещата на обектива, а NA се нарича числова апертура на лещата на обектива. От горната формула може да се види, че разстоянието между двете точки, които лещата на обектива може да различи, е ограничено от дължината на вълната на светлината и цифровата апертура. Тъй като дължината на вълната на най-остреното човешко око е около 0.5um, ъгълът A не може да надвишава 90 градуса, а sinA винаги е по-малък от 1. Максималният индекс на пречупване за наличната светлопропусклива среда е около 1,5, така че стойността на e винаги е по-голяма от 0.2um, което е най-малкото гранично разстояние, което един оптичен микроскоп може да разреши. Чрез увеличение на микроскопа, ако искате да увеличите разстоянието на точката на обекта e, което може да бъде разрешено от обективна леща с определена NA стойност, достатъчна, за да бъде разпозната от човешкото око, Me По-голямо или равно на 0.15 mm, където {{30}}.15 mm е експериментално полученото човешко око Минималното разстояние между два микрообекта, поставени на 250 mm пред очите, които могат да бъдат разграничени, така че M По-голямо или равно на (0,15∕0,61 в) NA≈500N.A, за да не е твърде трудоемко наблюдението, достатъчно е да удвоите M, тоест 500N. A По-малко или равно на M По-малко или равно на 1000N.A е разумен диапазон за избор за общото увеличение на микроскопа. Колкото и да е голямо общото увеличение, то е безсмислено, тъй като цифровата апертура на обектива ограничава минималното разрешимо разстояние. Малките предмети са детайлизирани.
Контрастът на изображението е друг ключов проблем при оптичните микроскопи. Така нареченият контраст е черно-белият контраст или цветовата разлика между съседни части на повърхността на изображението. За човешкото око е трудно да прецени разликата в яркостта под 0.02. малко по-чувствителен. Някои обекти за наблюдение с микроскоп, като например биологични проби, имат много малка разлика в яркостта между детайлите. В допълнение, грешките в дизайна и производството на оптичната система на микроскопа допълнително намаляват контраста на изображението и затрудняват разграничаването. В този момент детайлите на обекта не могат да се видят ясно, не защото общото увеличение е твърде ниско. , не защото числовата апертура на лещата на обектива е твърде малка, а защото контрастът на повърхността на изображението е твърде нисък.
През годините хората са работили усилено, за да подобрят разделителната способност и контраста на изображенията на микроскопите. С непрекъснатия напредък на компютърните технологии и инструменти, теорията и методите на оптичното проектиране също непрекъснато се подобряват. Непрекъснатото усъвършенстване на методите за откриване и иновациите в методите за наблюдение направиха качеството на изображението на оптичните микроскопи близо до перфектната степен на граница на дифракция. Може да се адаптира към изследването на всякакви екземпляри. Въпреки че увеличителните и изобразителни инструменти като електронен микроскоп и ултразвуков микроскоп се появяват последователно през последните години, те имат изгодна производителност в някои аспекти, но все още не могат да бъдат евтини, удобни и интуитивни, особено подходящи за изследване на живи организми. Конкурентни светлинни микроскопи, които все още твърдо държат позициите си. От друга страна, съчетан с лазер, компютър, нови материални технологии и информационни технологии, древният оптичен микроскоп се подмладява и показва силна жизненост. Цифрови микроскопи, лазерни конфокални сканиращи микроскопи, сканиращи микроскопи в близко поле, двуфотонни микроскопи и инструменти с различни нови функции или адаптивни към различни нови условия на околната среда се появяват в безкраен поток, разширявайки допълнително полето на приложение на оптичните микроскопи като пример. Колко вълнуващи са микроскопичните снимки на скални образувания, качени от марсохода! Можем напълно да вярваме, че оптичният микроскоп ще бъде от полза за човечеството с ново отношение.
