Care sunt principalele aplicații ale microscoapelor optice
Microscopul optic este un instrument științific vechi și tânăr. De la naștere, are o istorie de trei sute de ani. Microscoapele optice sunt utilizate pe scară largă, cum ar fi în biologie, chimie, fizică, astronomie etc. În unele lucrări de cercetare științifică, totul este inseparabil de microscop.
În prezent, a devenit aproape o susținere a imaginii științei și tehnologiei. Trebuie doar să-i vezi aparițiile frecvente în reportajele media despre știință și tehnologie pentru a vedea că acest lucru este adevărat.
În biologie, laboratorul este inseparabil de acest instrument experimental, care poate ajuta cursanții să studieze lumea necunoscută; a intelege lumea.
Spitalele sunt cele mai mari locuri de aplicare pentru microscoape. Acestea sunt utilizate în principal pentru a examina modificările fluidelor corporale ale pacienților, bacteriile care invadează corpul uman, modificările structurii celulare etc. și oferă medicilor metode de referință și verificare pentru formularea planurilor de tratament. În microchirurgie, microscopul este singurul instrument al medicului; în agricultură, creșterea, combaterea dăunătorilor și alte activități nu se pot descurca fără ajutorul microscopului; în producția industrială, sunt posibile prelucrarea, inspecția și reglarea asamblarii pieselor fine și studiul proprietăților materialelor. Un loc pentru a-și arăta talentele; anchetatorii criminali se bazează adesea pe microscoape pentru a analiza diverse infracțiuni microscopice, ca mijloc important pentru a determina adevăratul vinovat; departamentele de protecție a mediului folosesc și microscoape pentru a detecta diferiți poluanți solizi; inginerii geologici și minieri și relicve culturale și arheologi folosesc ajutorul microscoapelor. Indiciile găsite de microscop pot fi folosite pentru a judeca minele subterane adânci sau pentru a deduce imaginea adevărată a istoriei prăfuite; chiar și viața de zi cu zi a oamenilor este inseparabilă de microscop, cum ar fi industria de frumusețe și coafură, care poate folosi microscopul pentru a detecta pielea, părul etc. Obțineți 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 și există patru categorii comune: 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 corpuri microscopice 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; Când obiectul este mărit și imagine, face, de asemenea, orientarea obiectului și a imaginii în raport cu ochiul uman consistentă și are un sentiment de profunzime, care este în conformitate cu obiceiurile vizuale convenționale ale oamenilor; microscopul cu lumină polarizată folosește caracteristicile de transmisie sau reflexie ale diferitelor materiale la 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 un microscop biologic utilizat în principal pentru a observa cultura prin fundul vasului de cultură; microscopul cu fluorescență folosește anumite substanțe pentru a absorbi lumina specifică cu lungime de undă mai scurtă și Caracteristicile emiterii luminii specifice cu lungime de undă mai lungă, pentru a afla existența acestor substanțe și a determina conținutul lor; microscoapele de comparație pot forma imagini una lângă alta sau suprapuse ale două obiecte în 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 din structurile mecanice care le susțin. Sistemele optice includ lentile obiective, oculare și condensatoare, care sunt lupe complicate realizate din diverși ochelari optici. Lentila obiectiv mărește specimenul, iar mărirea lui M este determinată de următoarea formulă: M obiect =Δ∕f'object , unde f'object este distanța focală a obiectivului și Δ poate fi înțeles ca distanța dintre obiectiv și ocular. Ocularul mărește din nou imaginea formată de obiectivul, formând o imagine virtuală la 250 mm în fața ochilor oamenilor pentru observare. Aceasta este cea mai confortabilă poziție de observație pentru majoritatea oamenilor. Mărirea ocularului este M eye=250/f' eye, f' eye este distanța focală a ocularului. Mărirea totală a microscopului este produsul dintre obiectivul și ocularul, adică M=Mobject*Meye=Δ*250∕f'eye*f;object. Se poate observa că reducerea distanței focale a obiectivului și a ocularului va crește mărirea totală, care este cheia pentru a vedea microorganisme precum bacteriile cu un microscop și este, de asemenea, diferența dintre acesta și lupele obișnuite.
Deci, este posibil să reducem la infinit ochiul f' obiect f' pentru a crește mărirea, astfel încât să putem vedea obiecte mai subtile? Raspunsul este nu! Acest lucru se datorează faptului că lumina folosită pentru imagini este în esență o undă electromagnetică, astfel încât difracția și interferența vor avea loc inevitabil în timpul procesului de propagare, la fel cum ondulațiile de pe suprafața apei pe care le vedem în viața de zi cu zi se pot ocoli atunci când întâlnesc obstacole și când două coloane. de valuri de apă se întâlnesc, se pot întări reciproc. sau slăbit. Când unda luminoasă emisă de un punct al obiectului emițător de lumină în formă de punct intră în lentila obiectivului, cadrul lentilei obiectivului împiedică propagarea luminii, rezultând difracție și interferență. Există o serie de halouri cu intensitate slabă și care slăbește treptat. Numim punctul luminos central un disc Airy. Când cele 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 criteriu, și anume 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 ∕n.sinA{=0.61 In ∕ NA , în formula, in este lungimea de undă a luminii undă, lungimea de undă a undei luminoase pe care ochiul uman o poate primi este de aproximativ 0.4-0.7um, n este indicele de refracție al mediului în care se află punctul care emite lumină, cum ar fi în aerul, n≈1, în apă, n≈1.33, și A este jumătate din unghiul de deschidere al punctului luminos față de cadrul lentilei obiectivului, iar NA se numește deschiderea numerică a lentilei obiectivului. Din formula de mai sus se poate observa că distanța dintre cele două puncte pe care le poate distinge obiectivul este limitată de lungimea de undă a luminii și de deschiderea numerică. Deoarece lungimea de undă a celui mai ascuțit ochi uman este de aproximativ 0.5um, unghiul A nu poate depăși 90 grade, iar sinA este întotdeauna mai mic de 1. Indicele maxim de refracție pentru mediul de transmitere a luminii disponibil este de aproximativ 1,5, deci valoarea e este întotdeauna mai mare decât 0.2um, care este cea mai mică distanță limită pe care o poate rezolva un microscop optic. Prin mărirea microscopului, dacă doriți să măriți distanța punctului obiect e care poate fi rezolvată de o lentilă obiectiv cu o anumită valoare NA suficient pentru a fi distinsă de ochiul uman, Me Mai mare sau egală cu 0,15 mm, unde {{30}}.15mm este ochiul uman obținut experimental. Distanța minimă dintre două micro-obiecte plasate la 250 mm în fața ochilor care pot fi distinse, deci M Mai mare sau egală cu (0,15∕0,61 in) NA≈500N.A, pentru ca observatia sa nu fie prea laborioasa este suficient sa dublezi M, adica 500N. A Mai mic sau egal cu M Mai mic sau egal cu 1000N.A este un interval de selecție rezonabil pentru mărirea totală a microscopului. Oricât de mare ar fi mărirea totală, nu are sens, deoarece deschiderea numerică a obiectivului a limitat distanța minimă rezolvabilă. Obiectele mici sunt detaliate.
Contrastul imaginilor este o altă problemă cheie în microscoapele optice. Așa-numitul contrast este contrastul alb-negru sau diferența de culoare dintre părțile adiacente de pe suprafața imaginii. Este dificil pentru ochiul uman să judece diferența de luminozitate sub 0.02. ceva mai sensibil. Unele obiecte de observare la microscop, cum ar fi specimenele biologice, au o diferență foarte mică de luminozitate între detalii. În plus, erorile de proiectare și de 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. , nu pentru că deschiderea numerică a obiectivului este prea mică, ci pentru că contrastul suprafeței imaginii este prea scăzut.
De-a lungul anilor, oamenii au muncit din greu pentru a îmbunătăți puterea de rezoluție și contrastul imagistic al microscoapelor. Odată cu progresul continuu al tehnologiei și instrumentelor informatice, teoria și metodele de proiectare optică se îmbunătățesc în mod constant. Îmbunătățirea continuă a metodelor de detectare și inovarea metodelor de observare au făcut ca calitatea imaginii microscoapelor optice să se apropie de gradul perfect de limită de difracție. Se poate adapta la cercetarea tuturor tipurilor de exemplare. Deși instrumentele de mărire și imagistică precum microscopul electronic și microscopul cu ultrasunete au apărut succesiv în ultimii ani, ele au performanțe avantajoase în unele aspecte, dar tot nu pot fi ieftine, convenabile și intuitive, potrivite în special pentru cercetarea organismelor vii. Microscoape luminoase rivale, care încă țin ferm. Pe de altă parte, combinat cu laserul, computerul, tehnologia materialelor noi și tehnologia informației, microscopul optic străvechi se întinerește și arată o vitalitate puternică. Microscop digital, microscop cu scanare confocal cu laser, microscop cu scanare în câmp apropiat, microscop cu doi fotoni și Instrumente cu diferite funcții noi sau adaptabile la diferite condiții noi de mediu apar într-un flux nesfârșit, extinzând și mai mult domeniul de aplicare al microscoapelor optice, de exemplu. Cât de interesante sunt imaginile microscopice ale formațiunilor de stâncă încărcate de pe roverul Marte! Putem crede pe deplin că microscopul optic va aduce beneficii omenirii cu o nouă atitudine.
