Jaké jsou hlavní aplikace optických mikroskopů
Optický mikroskop je starověký a mladý vědecký nástroj. Od svého vzniku má tři sta let dlouhou historii. Optické mikroskopy jsou široce používány, například v biologii, chemii, fyzice, astronomii atd. V některých vědecko-výzkumných pracích To vše je neoddělitelné od mikroskopu.
V současné době se téměř stala image podporou vědy a techniky. Stačí vidět jeho časté vystupování v mediálních zprávách o vědě a technice, abyste viděli, že je to pravda.
V biologii je laboratoř neoddělitelná od tohoto experimentálního nástroje, který může studentům pomoci studovat neznámý svět; pochopit svět.
Největšími aplikačními místy pro mikroskopy jsou nemocnice. Používají se především ke zkoumání změn v tělesných tekutinách pacientů, bakterií, které pronikají do lidského těla, změn v buněčné struktuře atd. a poskytují lékařům referenční a ověřovací metody pro formulování léčebných plánů. V mikrochirurgii je mikroskop jediným nástrojem lékaře; v zemědělství se bez pomoci mikroskopu neobejde šlechtění, hubení škůdců a další práce; v průmyslové výrobě je možné zpracování, kontrola a montážní seřízení jemných dílů a studium vlastností materiálů. Místo, kde mohou ukázat svůj talent; kriminalisté se často spoléhají na mikroskopy při analýze různých mikroskopických zločinů jako na důležitý prostředek k určení skutečného viníka; oddělení ochrany životního prostředí také používají mikroskopy k detekci různých pevných znečišťujících látek; Geologičtí a důlní inženýři a kulturní památky a archeologové využívají pomoci mikroskopů. Stopy nalezené mikroskopem lze použít k posouzení hlubinných podzemních dolů nebo k vyvození skutečného obrazu zaprášené historie; dokonce i každodenní život lidí je neoddělitelný od mikroskopu, jako je kosmetický a kadeřnický průmysl, který může používat mikroskop k detekci pokožky, vlasů atd. Získejte ty nejlepší výsledky. Je vidět, jak úzce je mikroskop integrován s lidskou produkcí a životem.
Podle různých aplikačních účelů lze mikroskopy zhruba klasifikovat a existují čtyři běžné kategorie: biologické mikroskopy, metalografické mikroskopy, stereomikroskopy a polarizační mikroskopy. Jak název napovídá, biologické mikroskopy se používají především v biomedicíně a pozorovacími objekty jsou většinou průhledná nebo průsvitná mikroskopická tělesa; metalografické mikroskopy se používají především k pozorování povrchu neprůhledných předmětů, jako je metalografická struktura a povrchové vady materiálů; Když je objekt zvětšen a zobrazen, je také konzistentní orientace objektu a obrazu vzhledem k lidskému oku a má smysl pro hloubku, což je v souladu s konvenčními vizuálními návyky lidí; mikroskop s polarizovaným světlem využívá charakteristiky přenosu nebo odrazu různých materiálů na polarizované světlo k rozlišení různých mikro objektů Komponenta. Kromě toho lze ještě dále dělit některé speciální typy, jako je inverzní biologický mikroskop nebo kultivační mikroskop, což je biologický mikroskop používaný především k pozorování kultury přes dno kultivační nádoby; fluorescenční mikroskop využívá určité látky k absorpci specifického světla kratších vlnových délek a Charakteristiky vyzařování specifického světla delších vlnových délek, ke zjištění existence těchto látek a stanovení jejich obsahu; srovnávací mikroskopy mohou vytvářet vedle sebe nebo překrývající se obrazy dvou objektů ve stejném zorném poli, aby bylo možné porovnat podobnosti a rozdíly těchto dvou objektů.
Tradiční optické mikroskopy se skládají hlavně z optických systémů a mechanických struktur, které je podporují. Mezi optické systémy patří čočky objektivů, okuláry a kondenzory, což jsou složité lupy vyrobené z různých optických skel. Čočka objektivu zvětšuje preparát a její zvětšení M je určeno následujícím vzorcem: M objekt =Δ∕f'object , kde f'object je ohnisková vzdálenost čočky objektivu a Δ lze chápat jako vzdálenost mezi čočkou objektivu a okulárem. Okulár znovu zvětšuje obraz vytvořený čočkou objektivu a vytváří virtuální obraz ve vzdálenosti 250 mm před očima lidí pro pozorování. Toto je nejpohodlnější pozorovací pozice pro většinu lidí. Zvětšení okuláru je M oko=250/f' oko, f' oko je ohnisková vzdálenost okuláru. Celkové zvětšení mikroskopu je součinem čočky objektivu a okuláru, tedy M=Mobject*Meye=Δ*250∕f'eye*f;objekt. Je vidět, že zmenšením ohniskové vzdálenosti objektivu a okuláru se zvýší celkové zvětšení, které je klíčem k tomu, abyste mikroorganismy jako jsou bakterie viděli mikroskopem a je to také rozdíl mezi ním a běžnými lupami.
Je tedy možné donekonečna zmenšovat f'objekt f'síť za účelem zvýšení zvětšení, abychom mohli vidět jemnější objekty? Odpověď je ne! Je to proto, že světlo používané pro zobrazování je v podstatě elektromagnetická vlna, takže během procesu šíření nevyhnutelně dojde k difrakci a interferenci, stejně jako vlnění na vodní hladině, které vidíme v každodenním životě, může při střetu s překážkami odbočit a když dva sloupy vodních vln se setkávají, mohou se navzájem posilovat. nebo oslabené. Když světelná vlna vyzařovaná z bodového bodu předmětu vyzařujícího světlo vstoupí do čočky objektivu, rám čočky objektivu brání šíření světla, což má za následek difrakci a interferenci. Existuje řada halo se slabou a postupně slábnoucí intenzitou. Centrální světlý bod nazýváme Airy disk. Když jsou dva body vyzařující světlo blízko určité vzdálenosti, budou se dva světelné body překrývat, dokud je nelze potvrdit jako dva světelné body. Rayleigh navrhl kritérium, které spočívá v tom, že když je vzdálenost mezi středy dvou světelných bodů rovna poloměru Airyho disku, lze tyto dvě světelné skvrny rozlišit. Po výpočtu je vzdálenost mezi dvěma body vyzařujícími světlo v tomto okamžiku e=0.61 ∕n.sinA=0.61 In ∕ NA , ve vzorci, in je vlnová délka světla vlnová délka světelné vlny, kterou může lidské oko přijmout, je asi 0.4-0.7um, n je index lomu prostředí, kde se nachází bod vyzařování světla, např. vzduch, n≈1, ve vodě, n≈1,33, a A je polovina úhlu otevření světelného bodu k rámu čočky objektivu a NA se nazývá numerická apertura čočky objektivu. Z výše uvedeného vzorce je vidět, že vzdálenost mezi dvěma body, které může čočka objektivu rozlišit, je omezena vlnovou délkou světla a numerickou aperturou. Protože vlnová délka nejostřejšího lidského oka je asi 0,5 um, úhel A nemůže překročit 90 stupňů a sinA je vždy menší než 1. Maximální index lomu pro dostupné světlo propouštějící médium je asi 1,5, takže hodnota e je vždy větší než 0.2um, což je nejmenší limitní vzdálenost, kterou dokáže optický mikroskop vyřešit. Chcete-li pomocí mikroskopického zvětšení zvětšit vzdálenost bodu objektu e, kterou lze rozlišit čočkou objektivu s určitou hodnotou NA dostačující na to, aby byla rozlišena lidským okem, Me Větší nebo rovna 0.15 mm, kde {{30}}.15 mm je experimentálně získané lidské oko Minimální vzdálenost mezi dvěma mikroobjekty umístěnými 250 mm před očima, které lze rozlišit, takže M Větší nebo rovno (0,15∕0,61 in) NA≈500N.A, aby pozorování nebylo příliš pracné, stačí M zdvojnásobit, tedy 500N. A Menší nebo rovno M Menší nebo rovno 1000 N.A je rozumný výběrový rozsah pro celkové zvětšení mikroskopu. Bez ohledu na to, jak velké je celkové zvětšení, je to nesmyslné, protože numerická apertura čočky objektivu omezila minimální rozlišitelnou vzdálenost. Malé předměty jsou detailně propracovány.
Zobrazovací kontrast je dalším klíčovým problémem optických mikroskopů. Takzvaný kontrast je černobílý kontrast nebo barevný rozdíl mezi sousedními částmi na ploše obrazu. Pro lidské oko je obtížné posoudit rozdíl v jasu pod 0,02. trochu citlivější. Některé objekty pozorování mikroskopem, jako jsou biologické vzorky, mají velmi malý rozdíl v jasnosti mezi detaily. Kromě toho konstrukční a výrobní chyby optického systému mikroskopu dále snižují kontrast zobrazení a znesnadňují rozlišení. V tuto chvíli nelze jasně vidět detaily objektu, ne proto, že by celkové zvětšení bylo příliš malé. není to proto, že by numerická apertura čočky objektivu byla příliš malá, ale proto, že kontrast povrchu obrazu je příliš nízký.
V průběhu let lidé tvrdě pracovali na zlepšení rozlišovací schopnosti a zobrazovacího kontrastu mikroskopů. S neustálým pokrokem výpočetní techniky a nástrojů se neustále zdokonalují i teorie a metody optického designu. Neustálé zlepšování detekčních metod a inovace metod pozorování přiblížily kvalitu zobrazení optických mikroskopů dokonalému stupni difrakční meze. Dokáže se přizpůsobit výzkumu všech druhů exemplářů. Zvětšovací a zobrazovací přístroje jako elektronový mikroskop a ultrazvukový mikroskop sice v posledních letech vycházejí postupně, mají v některých ohledech výhodný výkon, ale stále nemohou být levné, pohodlné a intuitivní, zvláště vhodné pro výzkum živých organismů. Konkurenční světelné mikroskopy, které se stále drží pevně při zemi. Na druhé straně, v kombinaci s laserem, počítačem, novými materiálovými technologiemi a informačními technologiemi, starý optický mikroskop omlazuje a vykazuje silnou vitalitu. Digitální mikroskop, laserový konfokální rastrovací mikroskop, rastrovací mikroskop v blízkém poli, dvoufotonový mikroskop a přístroje s různými novými funkcemi nebo přizpůsobitelné různým novým podmínkám prostředí se objevují v nekonečném proudu a dále rozšiřují oblast použití optických mikroskopů, jako příklad. Jak vzrušující jsou mikroskopické snímky skalních útvarů nahrané z Mars roveru! Můžeme plně věřit, že optický mikroskop prospěje lidstvu novým postojem.
