În ce domenii sunt utilizate în principal microscoapele optice?
Microscopul științific este un instrument științific vechi și tânăr. Are o istorie de trei sute de ani de la naștere. Microscoapele optice sunt utilizate pe scară largă, cum ar fi în biologie, chimie, fizică, astronomie etc. în unele lucrări de cercetare științifică Toate fără microscop.
În prezent, aproape că a devenit susținerea imaginii științei și tehnologiei. Trebuie doar să vezi figura sa care apare frecvent în reportajele mass-media despre știință și tehnologie pentru a vedea că această afirmație este adevărată.
În biologie, laboratorul este inseparabil de acest tip de echipament experimental, care poate ajuta cursanții să studieze lumea necunoscută; a intelege lumea.
Spitalele sunt cele mai mari locuri de aplicare pentru microscoape, care sunt utilizate în principal pentru a verifica informații precum modificările fluidelor corporale ale pacientului, germeni care invadează corpul uman, modificări ale structurii țesutului celular etc. și oferă medicilor metode de referință și verificare pentru formularea tratamentului. planuri. În microchirurgie, microscopul este singurul instrument pentru medici; în agricultură, creșterea, combaterea dăunătorilor și alte activități nu se pot descurca fără ajutorul microscopului; în producția industrială, inspecția procesării și reglarea asamblarii pieselor fine și cercetarea proprietăților materialelor sunt toate posibile cu microscopul. Un loc pentru a-și arăta talentele; anchetatorii criminali se bazează adesea pe microscoape pentru a analiza diferite crime microscopice, ca mijloc important de a determina criminalul real; departamentele de protecție a mediului au nevoie și de microscoape pentru a detecta diferiți poluanți solizi; inginerii geologici și minieri și relicvele culturale pe care arheologii le folosesc. Indiciile găsite de microscop pot judeca zăcămintele minerale adânc îngropate sau pot deduce adevărul istoric prăfuit; chiar și viața de zi cu zi a oamenilor nu se poate lipsi de microscop, cum ar fi industria de frumusețe și coafură, care poate folosi microscopul pentru a detecta calitatea pielii și a părului. Poate obține cele mai bune rezultate. Se poate observa cât de strâns este integrat microscopul cu producția și viața oamenilor.
În funcție de diferite scopuri de aplicare, microscoapele pot fi clasificate aproximativ în patru categorii: microscoape biologice, microscoape metalografice, microscoape stereo și microscoape polarizante. După cum sugerează și numele, microscoapele biologice sunt utilizate în principal în biomedicină, iar obiectele de observare sunt în mare parte microcorpi transparente sau translucide; microscoapele metalografice sunt utilizate în principal pentru a observa suprafața obiectelor opace, cum ar fi structura metalografică și defectele de suprafață ale materialelor; În timp ce obiectul este mărit și imagine, orientarea obiectului și a imaginii în raport cu ochiul uman este, de asemenea, consecventă și există un sentiment de profunzime, care este în conformitate cu obiceiurile vizuale convenționale ale oamenilor; Microscoapele polarizante folosesc caracteristicile de transmisie sau reflexie ale diferitelor materiale pentru lumina polarizată pentru a distinge diferite micro-obiecte Componentă. În plus, unele tipuri speciale pot fi, de asemenea, subdivizate, cum ar fi un microscop biologic inversat sau un microscop de cultură, care este folosit în principal pentru a observa cultura prin fundul vasului de cultură; un microscop cu fluorescență folosește anumite substanțe pentru a absorbi lumina specifică cu lungime de undă mai scurtă Caracteristicile emiterii luminii specifice cu lungime de undă mai lungă pentru a descoperi existența acestor substanțe și a judeca conținutul lor; microscopul de comparație poate forma imagini juxtapuse sau suprapuse ale două obiecte din același câmp vizual, astfel încât să compare asemănările și diferențele dintre cele două obiecte.
Microscoapele optice tradiționale sunt compuse în principal din sisteme optice și structurile mecanice suport ale acestora. Sistemele optice includ lentile obiective, oculare și lentile condensatoare, toate acestea fiind lupe complicate realizate din diverse ochelari optici. Lentila obiectiv mărește imaginea specimenului, iar mărirea lui M obiect este determinată de următoarea formulă: M obiect=Δ∕f' obiect , unde f' obiect este distanța focală a obiectivului și Δ poate fi înțeles ca distanța dintre lentila obiectiv și ocular. Ocularul mărește din nou imaginea formată de obiectivul și formează o imagine virtuală la 250 mm în fața ochiului uman pentru observare. Aceasta este cea mai confortabilă poziție de observație pentru majoritatea oamenilor. Mărirea ocularului M ochi=250/f' ochi, f' ochi este distanța focală a ocularului. Mărirea totală a microscopului este produsul dintre obiectivul și ocularul, adică M=M obiect*M ochi{=Δ*250/f' ochi *f; obiect. Se poate observa că reducerea distanței focale a obiectivului și a ocularului va crește mărirea totală, care este cheia pentru a vedea bacteriile și alte microorganisme cu un microscop și este, de asemenea, diferența dintre acesta și lupele obișnuite.
Deci, este posibil să reducem fără limită ochiul f’ obiect f’, astfel încât să creștem mărirea, astfel încât să putem vedea obiecte mai subtile? Raspunsul este nu! Acest lucru se datorează faptului că lumina folosită pentru imagistica este în esență un fel de undă electromagnetică, astfel încât fenomenele de difracție și interferență vor avea loc inevitabil în timpul procesului de propagare, la fel cum ondulațiile de pe suprafața apei care pot fi văzute în viața de zi cu zi se pot ocoli atunci când întâlnesc obstacole. , iar două coloane de valuri de apă se pot întări reciproc atunci când se întâlnesc Sau slăbesc la fel. Când unda luminoasă emisă de un obiect luminos în formă de punct intră în lentila obiectivului, cadrul lentilei obiectivului împiedică propagarea luminii, rezultând difracție și interferență. Există o serie de inele luminoase cu intensitate slabă și care slăbește treptat. Numim punctul luminos central ca disc Airy. Când două puncte emițătoare de lumină sunt aproape de o anumită distanță, cele două puncte de lumină se vor suprapune până când nu pot fi confirmate ca două puncte de lumină. Rayleigh a propus un standard de judecată, considerând că atunci când distanța dintre centrele celor două puncte de lumină este egală cu raza discului Airy, cele două puncte de lumină pot fi distinse. După calcul, distanța dintre cele două puncte emițătoare de lumină în acest moment este e=0.61 入/n.sinA{=0.61 I/NA, unde I este lungimea de undă a luminii, lungimea de undă de lumină care poate fi recepționată de ochiul uman este de aproximativ 0.4-0.7um și n este indicele de refracție al mediului în care se află punctul care emite lumină, cum ar fi în aer, n ≈1, în apă , n≈1,33, iar A este jumătate din unghiul de deschidere al punctului emițător de lumină față de cadrul lentilei obiectivului, iar NA se numește deschiderea numerică a lentilei obiectiv. Din formula de mai sus se poate observa că distanța dintre două puncte care pot fi distinse de obiectivul este limitată de lungimea de undă a luminii și de deschiderea numerică. Deoarece lungimea de undă a celei mai acute vederi a ochiului uman este de aproximativ 0.5um, iar unghiul A nu poate depăși 90 grade, sinA este întotdeauna mai mic de 1. Indicele maxim de refracție al disponibilului Mediul de transmitere a luminii este de aproximativ 1,5, deci valoarea e este întotdeauna mai mare decât 0.2um, care este distanța limită minimă pe care o poate distinge microscopul optic. Măriți imaginea printr-un microscop, dacă doriți să măriți distanța punctului obiect e care poate fi rezolvată de obiectivul cu o anumită valoare NA suficientă pentru a fi rezolvată de ochiul uman, aveți nevoie de Me Mai mare sau egală cu {{26 }}.15mm, unde {{30}}.15mm este valoarea experimentală a ochiului uman Distanța minimă dintre două micro-obiecte care pot fi distinse la 250mm în fața ochilor, deci M Mai mare decât sau egal cu (0,15∕0,61 in) NA≈500N.A, pentru ca observația să nu fie prea laborioasă, este suficient să dublezi M, adică 500N. A Mai mic sau egal cu M Mai mic sau egal cu 1000N.A este un interval rezonabil de selecție a măririi totale a microscopului. Oricât de mare ar fi mărirea totală, este lipsită de sens, deoarece deschiderea numerică a obiectivului a limitat distanța minimă rezolvabilă și este imposibil să distingem mai mult prin creșterea măririi. Obiectele mici sunt detaliate.
Contrastul imagistic este o altă problemă cheie a microscoapelor optice. Așa-numitul contrast se referă la contrastul alb-negru sau la diferența de culoare dintre părțile adiacente de pe suprafața imaginii. Este dificil pentru ochiul uman să judece diferența de luminozitate sub 0.02. este ceva mai sensibil. Pentru unele obiecte de observare la microscop, cum ar fi specimenele biologice, diferența de luminozitate între detalii este foarte mică, iar erorile de proiectare și fabricație ale sistemului optic al microscopului reduc și mai mult contrastul imaginii și îl fac dificil de distins. În acest moment, detaliile obiectului nu pot fi văzute clar, nu pentru că mărirea totală este prea mică și nici deschiderea numerică a obiectivului nu este prea mică, ci pentru că contrastul planului imaginii este prea scăzut.
De-a lungul anilor, oamenii au muncit din greu pentru a îmbunătăți rezoluția și contrastul imaginii microscopului. Odată cu progresul continuu al tehnologiei și instrumentelor informatice, teoria și metodele de proiectare optică sunt, de asemenea, îmbunătățite continuu. Împreună cu îmbunătățirea performanței materiilor prime, procesului și Îmbunătățirea continuă a metodelor de detectare și inovarea metodelor de observare au făcut ca calitatea imaginii microscopului optic să fie aproape de perfecțiunea limitei de difracție. Oamenii vor folosi colorarea specimenului, câmpul întunecat, contrastul de fază, fluorescența, interferența, polarizarea și alte tehnici de observare pentru a face microscopul optic Se poate adapta la cercetarea tuturor tipurilor de specimene. Deși microscoapele electronice, microscoapele cu ultrasunete și alte instrumente de mărire a imaginii au apărut succesiv în ultimii ani și au performanțe superioare în unele aspecte, acestea încă nu sunt disponibile în ceea ce privește ieftinitatea, comoditatea, intuiția și mai ales potrivite pentru cercetarea asupra organismelor vii. Rival cu microscopul cu lumină, care încă ține ferm. Pe de altă parte, combinat cu laserul, computerul, noua tehnologie a materialelor și tehnologia informației, microscopul optic străvechi se întinerește și arată o vitalitate viguroasă. Microscop digital, microscop cu scanare confocal cu laser, microscop cu scanare în câmp apropiat, microscop cu doi fotoni și Există diverse funcții sau instrumente noi care se pot adapta la diferite condiții noi de mediu apar într-un flux nesfârșit, care extinde și mai mult domeniul de aplicare al microscoapelor optice. Cât de interesante sunt imaginile microscopice ale formațiunilor de stâncă încărcate de pe roverele de pe Marte! Putem crede pe deplin că microscopul optic va aduce beneficii omenirii cu o atitudine actualizată.
