Aké sú hlavné aplikácie optických mikroskopov
Optický mikroskop je starý a mladý vedecký nástroj. Od svojho zrodu má za sebou tristoročnú históriu. Optické mikroskopy sú široko používané, napríklad v biológii, chémii, fyzike, astronómii atď. V niektorých vedeckých výskumných prácach je to všetko neoddeliteľné od mikroskopu.
V súčasnosti sa takmer stala imidžovou podporou vedy a techniky. Stačí vidieť jeho časté vystupovanie v mediálnych správach o vede a technike, aby ste videli, že je to pravda.
V biológii je laboratórium neoddeliteľné od tohto experimentálneho nástroja, ktorý môže pomôcť študentom študovať neznámy svet; pochopiť svet.
Nemocnice sú najväčšími aplikačnými miestami pre mikroskopy. Používajú sa najmä na skúmanie zmien v telesných tekutinách pacientov, baktérií, ktoré prenikajú do ľudského tela, zmien v štruktúre buniek a pod., a poskytujú lekárom referenčné a overovacie metódy na zostavovanie liečebných plánov. V mikrochirurgii je mikroskop jediným nástrojom lekára; v poľnohospodárstve, chove, kontrole škodcov a iných prácach sa nezaobíde bez pomoci mikroskopu; v priemyselnej výrobe je možné spracovanie, kontrola a montážna úprava jemných dielov a štúdium vlastností materiálov. Miesto, kde môžu ukázať svoj talent; kriminalisti sa pri analýze rôznych mikroskopických trestných činov často spoliehajú na mikroskopy, ktoré sú dôležitým prostriedkom na určenie skutočného vinníka; oddelenia ochrany životného prostredia používajú mikroskopy aj na detekciu rôznych tuhých znečisťujúcich látok; Geologickí a banskí inžinieri a kultúrne pamiatky a archeológovia využívajú pomoc mikroskopov. Stopy nájdené mikroskopom môžu byť použité na posúdenie hlbokých podzemných baní alebo odvodenie skutočného obrazu zaprášenej histórie; dokonca aj každodenný život ľudí je neoddeliteľný od mikroskopu, ako je napríklad kozmetický a kadernícky priemysel, ktorý môže použiť mikroskop na detekciu pokožky, vlasov atď. Získajte tie najlepšie výsledky. Je vidieť, ako úzko je mikroskop integrovaný s ľudskou produkciou a životom.
Podľa rôznych aplikačných účelov možno mikroskopy zhruba klasifikovať a existujú štyri bežné kategórie: biologické mikroskopy, metalografické mikroskopy, stereomikroskopy a polarizačné mikroskopy. Ako už názov napovedá, biologické mikroskopy sa používajú najmä v biomedicíne a pozorovacie objekty sú väčšinou priehľadné alebo priesvitné mikroskopické telesá; metalografické mikroskopy sa používajú najmä na pozorovanie povrchu nepriehľadných predmetov, ako je metalografická štruktúra a povrchové chyby materiálov; Keď je objekt zväčšený a zobrazený, je tiež konzistentná orientácia objektu a obrazu vzhľadom na ľudské oko a má zmysel pre hĺbku, čo je v súlade s bežnými vizuálnymi návykmi ľudí; mikroskop s polarizovaným svetlom využíva prenosové alebo odrazové charakteristiky rôznych materiálov na polarizované svetlo na rozlíšenie rôznych mikro objektov Komponent. Okrem toho sa dajú rozdeliť aj niektoré špeciálne typy, ako napríklad inverzný biologický mikroskop alebo kultivačný mikroskop, čo je biologický mikroskop, ktorý sa používa hlavne na pozorovanie kultúry cez dno kultivačnej nádoby; fluorescenčný mikroskop využíva určité látky na absorbovanie špecifického svetla s kratšou vlnovou dĺžkou a charakteristiky vyžarovania špecifického svetla s dlhšími vlnovými dĺžkami, na zistenie existencie týchto látok a určenie ich obsahu; porovnávacie mikroskopy môžu vytvárať vedľa seba alebo prekryté obrazy dvoch objektov v rovnakom zornom poli, aby sa porovnali podobnosti a rozdiely týchto dvoch objektov.
Tradičné optické mikroskopy sa skladajú hlavne z optických systémov a mechanických štruktúr, ktoré ich podporujú. Optické systémy zahŕňajú šošovky objektívu, okuláre a kondenzory, čo sú zložité lupy vyrobené z rôznych optických skiel. Šošovka objektívu zväčšuje preparát a jeho zväčšenie M je určené nasledujúcim vzorcom: M objekt =Δ∕f'object , kde f'object je ohnisková vzdialenosť šošovky objektívu a Δ možno chápať ako vzdialenosť medzi šošovkou objektívu a okulárom. Okulár opäť zväčšuje obraz vytvorený šošovkou objektívu a vytvára virtuálny obraz vo vzdialenosti 250 mm pred očami ľudí na pozorovanie. Toto je najpohodlnejšia pozorovacia pozícia pre väčšinu ľudí. Zväčšenie okuláru je M oko=250/f' oko, f' oko je ohnisková vzdialenosť okuláru. Celkové zväčšenie mikroskopu je súčinom šošovky objektívu a okuláru, teda M=Mobject*Meye=Δ*250∕f'eye*f;objekt. Je vidieť, že zmenšením ohniskovej vzdialenosti objektívu a okuláru sa zvýši celkové zväčšenie, čo je kľúčom k tomu, aby ste mikroskopom videli mikroorganizmy ako sú baktérie a je to aj rozdiel medzi ním a bežnými lupami.
Je teda možné donekonečna zmenšovať sieť f'objektu f', aby sa zvýšilo zväčšenie, aby sme mohli vidieť jemnejšie objekty? Odpoveď je nie! Je to preto, že svetlo používané na zobrazovanie je v podstate elektromagnetická vlna, takže k difrakcii a interferencii nevyhnutne dôjde počas procesu šírenia, rovnako ako vlnky na vodnej hladine, ktoré vidíme v každodennom živote, sa môžu obísť pri stretnutí s prekážkami a keď dva stĺpy vodných vĺn sa stretávajú, môžu sa navzájom posilňovať. alebo oslabený. Keď svetelná vlna vyžarovaná z bodového bodu objektu vyžarujúceho svetlo vstúpi do šošovky objektívu, rám šošovky objektívu bráni šíreniu svetla, čo vedie k difrakcii a interferencii. Existuje séria haló so slabou a postupne slabnúcou intenzitou. Centrálnu svetlú škvrnu nazývame Airy disk. Keď sú dva body vyžarujúce svetlo blízko určitej vzdialenosti, budú sa tieto dva svetelné body prekrývať, až kým ich nemožno potvrdiť ako dva svetelné body. Rayleigh navrhol kritérium, ktorým je, že keď sa vzdialenosť medzi stredmi dvoch svetelných škvŕn rovná polomeru Airyho disku, možno tieto dve svetelné škvrny rozlíšiť. Po výpočte je vzdialenosť medzi dvoma bodmi vyžarovania svetla v tomto čase e=0.61 ∕n.sinA=0.61 In ∕ NA , vo vzorci, in je vlnová dĺžka svetla vlna, vlnová dĺžka svetelnej vlny, ktorú ľudské oko dokáže prijať, je približne 0.4-0.7um, n je index lomu prostredia, kde sa nachádza bod vyžarovania svetla, ako napr. vzduch, n≈1, vo vode, n≈1,33, a A je polovica uhla otvorenia svetelného bodu k rámu šošovky objektívu a NA sa nazýva numerická apertúra šošovky objektívu. Z vyššie uvedeného vzorca je zrejmé, že vzdialenosť medzi dvoma bodmi, ktoré šošovka objektívu dokáže rozlíšiť, je obmedzená vlnovou dĺžkou svetla a numerickou apertúrou. Keďže vlnová dĺžka najostrejšieho ľudského oka je približne 0,5 um, uhol A nemôže presiahnuť 90 stupňov a sinA je vždy menší ako 1. Maximálny index lomu pre dostupné svetlo prenášajúce médium je približne 1,5, takže hodnota e je vždy väčšia ako 0.2um, čo je najmenšia limitná vzdialenosť, ktorú dokáže optický mikroskop rozlíšiť. Ak chcete pomocou mikroskopického zväčšenia zväčšiť vzdialenosť bodu objektu e, ktorú možno rozlíšiť šošovkou objektívu s určitou hodnotou NA dostatočnou na to, aby ju rozlíšilo ľudské oko, Me Väčšie alebo rovné 0.15 mm, kde {{30}}.15 mm je experimentálne získané ľudské oko Minimálna vzdialenosť medzi dvoma mikroobjektmi umiestnenými 250 mm pred očami, ktoré možno rozlíšiť, takže M Väčšie alebo rovné (0,15∕0,61 in) NA≈500N.A, aby pozorovanie nebolo príliš prácne, stačí M zdvojnásobiť, teda 500N. A Menšie alebo rovné M Menšie alebo rovné 1000 N.A je primeraný rozsah výberu pre celkové zväčšenie mikroskopu. Bez ohľadu na to, aké veľké je celkové zväčšenie, je to nezmyselné, pretože numerická apertúra šošovky objektívu obmedzila minimálnu rozlíšiteľnú vzdialenosť. Malé predmety sú detailne prepracované.
Zobrazovací kontrast je ďalšou kľúčovou otázkou v optických mikroskopoch. Takzvaný kontrast je čiernobiely kontrast alebo farebný rozdiel medzi susednými časťami na ploche obrazu. Pre ľudské oko je ťažké posúdiť rozdiel v jase pod 0,02. trochu citlivejšie. Niektoré objekty pozorovania mikroskopom, ako napríklad biologické vzorky, majú veľmi malý rozdiel v jase medzi detailmi. Okrem toho konštrukčné a výrobné chyby optického systému mikroskopu ďalej znižujú kontrast zobrazenia a sťažujú rozlíšenie. V tomto okamihu nie je možné jasne vidieť detaily objektu, nie preto, že celkové zväčšenie je príliš nízke. nie je to preto, že by numerická apertúra šošovky objektívu bola príliš malá, ale preto, že kontrast povrchu obrazu je príliš nízky.
V priebehu rokov ľudia tvrdo pracovali na zlepšení rozlišovacej schopnosti a zobrazovacieho kontrastu mikroskopov. S neustálym pokrokom vo výpočtovej technike a nástrojoch sa neustále zlepšuje aj teória a metódy optického dizajnu. Neustálym zdokonaľovaním metód detekcie a inováciou metód pozorovania sa kvalita zobrazenia optických mikroskopov priblížila k dokonalému stupňu difrakčného limitu. Dokáže sa prispôsobiť výskumu všetkých druhov exemplárov. Zväčšovacie a zobrazovacie prístroje ako elektrónový mikroskop a ultrazvukový mikroskop síce v posledných rokoch vychádzajú postupne, majú v niektorých aspektoch výhodný výkon, no stále nemôžu byť lacné, pohodlné a intuitívne, vhodné najmä na výskum živých organizmov. Súperiace svetelné mikroskopy, ktoré sa stále pevne držia. Na druhej strane, v kombinácii s laserom, počítačom, novou materiálovou technológiou a informačnými technológiami, starý optický mikroskop omladzuje a vykazuje silnú vitalitu. Digitálny mikroskop, laserový konfokálny rastrovací mikroskop, skenovací mikroskop v blízkom poli, dvojfotónový mikroskop a prístroje s rôznymi novými funkciami alebo prispôsobiteľné rôznym novým podmienkam prostredia sa objavujú v nekonečnom prúde, čím sa napríklad ďalej rozširuje oblasť použitia optických mikroskopov. Aké vzrušujúce sú mikroskopické obrázky skalných útvarov nahrané z Mars roveru! Môžeme plne veriť, že optický mikroskop bude prínosom pre ľudstvo s novým postojom.
