Kokiose srityse daugiausia naudojami optiniai mikroskopai?
Mokslinis mikroskopas yra senovinis ir jaunas mokslinis įrankis. Nuo gimimo ji turi tris šimtus metų istoriją. Optiniai mikroskopai plačiai naudojami, pavyzdžiui, biologijoje, chemijoje, fizikoje, astronomijoje ir kt. kai kuriuose moksliniuose tiriamuosiuose darbuose Viskas be mikroskopo.
Šiuo metu tai beveik tapo mokslo ir technologijų įvaizdžiu. Norėdami įsitikinti, kad šis teiginys yra teisingas, tereikia pamatyti jo figūrą, dažnai pasirodančią žiniasklaidos pranešimuose apie mokslą ir technologijas.
Biologijoje laboratorija neatsiejama nuo tokio pobūdžio eksperimentinės įrangos, kuri gali padėti besimokantiesiems tyrinėti nežinomą pasaulį; suprasti pasaulį.
Ligoninės yra didžiausios mikroskopų pritaikymo vietos, kurios daugiausia naudojamos norint patikrinti informaciją, pvz., paciento kūno skysčių pokyčius, mikrobų įsiskverbimą į žmogaus organizmą, ląstelių audinio struktūros pokyčius ir kt., o gydytojams pateikti referencinius ir patikros metodus gydymo formulavimui. planus. Mikrochirurgijoje mikroskopas yra vienintelis gydytojų įrankis; žemės ūkyje be mikroskopo pagalbos neapsieina veisimas, kenkėjų kontrolė ir kiti darbai; pramoninėje gamyboje mikroskopu galima atlikti smulkių dalių apdirbimo patikrinimą ir surinkimo reguliavimą bei medžiagų savybių tyrimą. Vieta parodyti savo talentus; kriminalistai dažnai pasitelkia mikroskopus, analizuodami įvairius mikroskopinius nusikaltimus, kaip svarbią priemonę nustatant tikrąjį žudiką; aplinkos apsaugos departamentams taip pat reikalingi mikroskopai įvairiems kietiesiems teršalams aptikti; geologijos ir kalnakasybos inžinieriai bei kultūros reliktai naudoja archeologai Mikroskopo rasti įkalčiai gali spręsti apie giliai palaidotus naudingųjų iškasenų telkinius arba numanyti dulkėtą istorinę tiesą; net kasdienis žmonių gyvenimas neapsieina be mikroskopo, pavyzdžiui, grožio ir kirpyklų pramonė, kuri gali naudoti mikroskopą odos ir plaukų kokybei nustatyti. Gali pasiekti geriausių rezultatų. Matyti, kaip glaudžiai mikroskopas yra integruotas su žmonių gamyba ir gyvenimu.
Pagal skirtingus taikymo tikslus mikroskopus galima apytiksliai suskirstyti į keturias kategorijas: biologinius mikroskopus, metalografinius mikroskopus, stereo mikroskopus ir poliarizacinius mikroskopus. Kaip rodo pavadinimas, biologiniai mikroskopai daugiausia naudojami biomedicinoje, o stebėjimo objektai dažniausiai yra skaidrūs arba permatomi mikrokūnai; metalografiniai mikroskopai daugiausia naudojami nepermatomų objektų paviršiui stebėti, pavyzdžiui, metalografinei struktūrai ir medžiagų paviršiaus defektams; Nors objektas yra padidintas ir vaizduojamas, objekto ir vaizdo orientacija žmogaus akies atžvilgiu taip pat yra nuosekli, jaučiamas gylis, o tai atitinka įprastus žmonių regėjimo įpročius; Poliarizaciniai mikroskopai naudoja skirtingų poliarizuotos šviesos medžiagų perdavimo arba atspindžio charakteristikas, kad atskirtų skirtingus mikro objektus. Be to, kai kurie specialūs tipai taip pat gali būti suskirstyti, pavyzdžiui, apverstas biologinis mikroskopas arba kultūros mikroskopas, kuris daugiausia naudojamas kultūrai stebėti per auginimo indo dugną; fluorescencinis mikroskopas naudoja tam tikras medžiagas, kad sugertų specifinę trumpesnio bangos ilgio šviesą Konkrečios ilgesnės bangos šviesos spinduliavimo charakteristikos, siekiant nustatyti šių medžiagų egzistavimą ir įvertinti jų kiekį; palyginamasis mikroskopas gali sudaryti dviejų objektų, esančių tame pačiame regėjimo lauke, greta esančius arba uždėtus vaizdus, kad būtų galima palyginti dviejų objektų panašumus ir skirtumus.
Tradiciniai optiniai mikroskopai daugiausia sudaryti iš optinių sistemų ir jas laikančių mechaninių struktūrų. Optinės sistemos apima objektyvus, okuliarus ir kondensatoriaus lęšius, kurie visi yra sudėtingi didinamieji stiklai, pagaminti iš įvairių optinių stiklų. Objektyvas padidina bandinio vaizdą, o jo padidinimas M objektas nustatomas pagal šią formulę: M objektas=Δ∕f' objektas , kur f' objektas yra objektyvo židinio nuotolis ir Δ gali būti suprantamas kaip atstumas tarp objektyvo lęšio ir okuliaro. Okuliaras vėl padidina objektyvo lęšio suformuotą vaizdą ir sukuria virtualų vaizdą 250 mm atstumu prieš žmogaus akį, kad būtų galima stebėti. Daugeliui žmonių tai yra patogiausia stebėjimo padėtis. Okuliaro padidinimas M eye=250/f' eye, f' eye yra okuliaro židinio nuotolis. Bendras mikroskopo padidinimas yra objektyvo lęšio ir okuliaro sandauga, tai yra M=M objektas*M akis=Δ*250/f' akis *f; objektas. Matyti, kad sumažinus objektyvo lęšio ir okuliaro židinio nuotolį, padidės bendras didinimas, o tai yra raktas norint mikroskopu pamatyti bakterijas ir kitus mikroorganizmus, taip pat tai skiriasi nuo įprastų didinamųjų stiklų.
Taigi, ar įmanoma be apribojimų sumažinti f'objekto f' tinklelį, kad padidintume padidinimą, kad matytume subtilesnius objektus? Atsakymas yra ne! Taip yra todėl, kad vaizdams naudojama šviesa iš esmės yra tam tikra elektromagnetinė banga, todėl sklidimo procese neišvengiamai atsiras difrakcijos ir trukdžių reiškiniai, kaip ir kasdieniame gyvenime matomi vandens paviršiaus raibuliukai gali apeiti susidūrus su kliūtimis. , o dvi vandens bangų kolonos gali sustiprinti viena kitą, kai susitinka Ar susilpninti tą patį. Kai taško formos šviečiančio objekto skleidžiama šviesos banga patenka į objektyvo lęšį, objektyvo lęšio rėmelis trukdo šviesai sklisti, todėl atsiranda difrakcija ir trukdžiai. Yra keletas lengvų žiedų, kurių intensyvumas silpnas ir palaipsniui silpsta. Centrinę šviesiąją vietą vadiname Airy disku. Kai du šviesą spinduliuojantys taškai yra arti tam tikro atstumo, dvi šviesos dėmės persidengs tol, kol nebus patvirtintos kaip dvi šviesos dėmės. Rayleighas pasiūlė sprendimo standartą, manydamas, kad kai atstumas tarp dviejų šviesos dėmių centrų yra lygus Airy disko spinduliui, galima atskirti dvi šviesos dėmes. Po skaičiavimo atstumas tarp dviejų šviesą spinduliuojančių taškų šiuo metu yra e=0.61 入/n.sinA=0.61 I/NA, kur I yra šviesos bangos ilgis, bangos ilgis šviesos, kurią gali priimti žmogaus akis, yra apie 0.4-0,7 um, o n yra terpės, kurioje yra šviesą skleidžiantis taškas, lūžio rodiklis, pvz., ore, n ≈1, vandenyje , n≈1,33, o A yra pusė šviesą spinduliuojančio taško atsidarymo kampo į objektyvo lęšio rėmą, o NA vadinama objektyvo objektyvo skaitine diafragma. Iš aukščiau pateiktos formulės matyti, kad atstumą tarp dviejų taškų, kuriuos galima atskirti pagal objektyvo lęšį, riboja šviesos bangos ilgis ir skaitmeninė diafragma. Kadangi ūmiausio žmogaus akies regėjimo bangos ilgis yra apie 0,5 um, o kampas A negali viršyti 90 laipsnių, sinA visada yra mažesnis nei 1. Maksimalus turimo lūžio rodiklis šviesą praleidžianti terpė yra apie 1,5, todėl e vertė visada yra didesnė nei 0,2 um, o tai yra mažiausias ribinis atstumas, kurį gali atskirti optinis mikroskopas. Padidinkite vaizdą per mikroskopą, jei norite padidinti objekto taško atstumą e, kurį gali nustatyti objektyvo lęšis su tam tikra NA reikšme, kurios pakanka, kad ją išskirtų žmogaus akis, jums reikia Me Didesnis arba lygus {{26 }},15 mm, kur {{30}},15 mm yra eksperimentinė žmogaus akies vertė Mažiausias atstumas tarp dviejų mikroobjektų, kuriuos galima atskirti 250 mm atstumu prieš akis, taigi M Didesnis nei arba lygus (0,15∕0,61 colio) NA≈500N.A, kad stebėjimas nebūtų pernelyg sudėtingas, pakanka padvigubinti M, tai yra, 500 N. A Mažiau arba lygu M Mažiau arba lygu 1000 N.A yra pagrįstas bendro mikroskopo didinimo diapazono pasirinkimas. Kad ir koks būtų bendras didinimas, jis beprasmis, nes objektyvo objektyvo skaitinė diafragma apribojo minimalų išsprendžiamą atstumą, o didinant didinimą neįmanoma atskirti daugiau. Smulkūs objektai detalizuojami.
Vaizdo kontrastas yra dar viena pagrindinė optinių mikroskopų problema. Vadinamasis kontrastas reiškia juodos ir baltos spalvos kontrastą arba spalvų skirtumą tarp gretimų vaizdo paviršiaus dalių. Žmogaus akiai sunku spręsti apie ryškumo skirtumą žemiau 0.02. yra šiek tiek jautresnis. Kai kurių mikroskopo stebėjimo objektų, pavyzdžiui, biologinių mėginių, ryškumo skirtumas tarp detalių yra labai mažas, o mikroskopo optinės sistemos projektavimo ir gamybos klaidos dar labiau sumažina vaizdo kontrastą ir apsunkina atskirtį. Šiuo metu objekto detalės negali būti aiškiai matomos ne todėl, kad bendras padidinimas yra per mažas, objektyvo objektyvo skaitmeninė diafragma nėra per maža, o todėl, kad vaizdo plokštumos kontrastas yra per mažas.
Bėgant metams žmonės sunkiai dirbo, kad pagerintų mikroskopo skiriamąją gebą ir vaizdo kontrastą. Nuolat tobulėjant kompiuterinėms technologijoms ir įrankiams, optinio projektavimo teorija ir metodai taip pat nuolat tobulinami. Kartu su žaliavų eksploatacinių savybių, procesų ir gerinimu Dėl nuolatinio aptikimo metodų tobulinimo ir stebėjimo metodų naujovių optinio mikroskopo vaizdo kokybė priartėjo prie difrakcijos ribos tobulumo. Žmonės naudos mėginių dažymą, tamsų lauką, fazės kontrastą, fluorescenciją, trukdžius, poliarizaciją ir kitus stebėjimo metodus, kad sukurtų optinį mikroskopą. Jis gali prisitaikyti prie visų rūšių mėginių tyrimų. Nors elektroniniai mikroskopai, ultragarsiniai mikroskopai ir kiti didinamieji vaizdo gavimo prietaisai pastaraisiais metais buvo išleisti iš eilės ir kai kuriais aspektais pasižymi geresniu našumu, jie vis dar nepasiekiami pigumo, patogumo, intuicijos požiūriu ir ypač tinkami gyvų organizmų tyrimams. Varžovas šviesos mikroskopui, kuris vis dar tvirtai laikosi savo pagrindo. Kita vertus, kartu su lazeriu, kompiuteriu, naujomis medžiagų technologijomis ir informacinėmis technologijomis senovinis optinis mikroskopas atjaunina ir demonstruoja energingą gyvybingumą. Skaitmeninis mikroskopas, lazerinis konfokalinis skenuojantis mikroskopas, artimojo lauko skenuojantis mikroskopas, dviejų fotonų mikroskopas ir Begaliniu srautu atsiranda įvairių naujų funkcijų ar instrumentų, galinčių prisitaikyti prie įvairių naujų aplinkos sąlygų, o tai dar labiau išplečia optinių mikroskopų taikymo sritį. Kokios įdomios mikroskopinės uolienų darinių nuotraukos, įkeltos iš marsaeigių! Galime visiškai tikėti, kad atnaujintas optinis mikroskopas bus naudingas žmonijai.
