Mitkä ovat optisten mikroskooppien pääsovellukset
Optinen mikroskooppi on ikivanha ja nuori tieteellinen työkalu. Sen syntymästä lähtien sen historia on kolmesataa vuotta. Optisia mikroskooppeja käytetään laajalti, kuten biologiassa, kemiassa, fysiikassa, tähtitiedessä jne. Joissakin tieteellisissä tutkimuksissa se kaikki on erottamaton mikroskoopista.
Tällä hetkellä siitä on melkein tullut tieteen ja teknologian mielikuva. Sinun tarvitsee vain nähdä hänen usein esiintymisensä tiedettä ja teknologiaa koskevissa tiedotusvälineissä nähdäksesi, että tämä on totta.
Biologiassa laboratorio on erottamaton tästä kokeellisesta instrumentista, joka voi auttaa oppijoita tutkimaan tuntematonta maailmaa; ymmärtämään maailmaa.
Sairaalat ovat mikroskooppien suurin käyttöpaikka. Niillä tutkitaan pääasiassa muutoksia potilaiden kehon nesteissä, ihmiskehoon tunkeutuvia bakteereja, solurakenteen muutoksia jne. sekä tarjotaan lääkäreille referenssi- ja varmistusmenetelmiä hoitosuunnitelmien laatimiseen. Mikrokirurgiassa mikroskooppi on lääkärin ainoa työkalu; maataloudessa jalostus, tuholaistorjunta ja muu työ ei tule toimeen ilman mikroskoopin apua; teollisessa tuotannossa hienojen osien käsittely, tarkastus ja kokoonpanosäätö sekä materiaaliominaisuuksien tutkiminen ovat mahdollisia. Paikka näyttää kykynsä; rikostutkijat luottavat usein mikroskoopeihin analysoidakseen erilaisia mikroskooppisia rikoksia, koska ne ovat tärkeä keino todellisen syyllisen määrittämisessä; ympäristönsuojeluosastot käyttävät myös mikroskooppeja erilaisten kiinteiden epäpuhtauksien havaitsemiseen; geologiset ja kaivosinsinöörit sekä kulttuurijäännökset ja arkeologit käyttävät mikroskooppien apua. Mikroskoopin löytämien vihjeiden avulla voidaan arvioida syvät maanalaiset kaivokset tai päätellä todellinen kuva pölyisestä historiasta; jopa ihmisten jokapäiväinen elämä on erottamaton mikroskoopista, kuten kauneus- ja kampaamoteollisuus, joka voi käyttää mikroskooppia ihon, hiusten jne. havaitsemiseen. Saat parhaat tulokset. On nähtävissä, kuinka tiiviisti mikroskooppi on integroitunut ihmisten tuotantoon ja elämään.
Eri käyttötarkoitusten mukaan mikroskoopit voidaan karkeasti luokitella, ja yhteisiä kategorioita on neljä: biologiset mikroskoopit, metallografiset mikroskoopit, stereomikroskoopit ja polarisaatiomikroskoopit. Kuten nimestä voi päätellä, biologisia mikroskooppeja käytetään pääasiassa biolääketieteessä, ja havaintoobjektit ovat enimmäkseen läpinäkyviä tai läpikuultavia mikroskooppisia kappaleita; metallografisia mikroskooppeja käytetään pääasiassa läpinäkymättömien esineiden pinnan, kuten materiaalien metallografisen rakenteen ja pintavirheiden tarkkailuun; Kun kohdetta suurennetaan ja kuvataan, se tekee myös kohteen ja kuvan suunnasta ihmissilmään nähden johdonmukaisen ja sillä on syvyyden tunne, mikä on sopusoinnussa ihmisten tavanomaisten visuaalisten tapojen kanssa; polarisoidun valon mikroskooppi käyttää eri materiaalien läpäisy- tai heijastusominaisuuksia polarisoituun valoon erottaakseen eri mikrokohteita Komponentti. Lisäksi joitain erikoistyyppejä voidaan myös jakaa alaryhmiin, kuten käänteinen biologinen mikroskooppi tai viljelymikroskooppi, joka on biologinen mikroskooppi, jota käytetään pääasiassa viljelmän tarkkailuun viljelyastian pohjan läpi; Fluoresenssimikroskoopissa käytetään tiettyjä aineita absorboimaan tiettyä lyhyemmän aallonpituuden valoa ja tietyn pidemmän aallonpituisen valon emittoimisen ominaisuudet näiden aineiden olemassaolon selvittämiseksi ja niiden sisällön määrittämiseksi; Vertailumikroskoopit voivat muodostaa vierekkäisiä tai päällekkäisiä kuvia kahdesta samassa näkökentässä olevasta kohteesta, jotta voidaan verrata näiden kahden kohteen yhtäläisyyksiä ja eroja.
Perinteiset optiset mikroskoopit koostuvat pääasiassa optisista järjestelmistä ja niitä tukevista mekaanisista rakenteista. Optiset järjestelmät sisältävät objektiivilinssit, okulaarit ja kondensaattorit, jotka ovat monimutkaisia erilaisista optisista laseista valmistettuja suurennuslaseja. Objektiivin linssi suurentaa näytettä ja sen suurennus M määritetään seuraavalla kaavalla: M objekti =Δ∕f'objekti , jossa f'objekti on objektiivin polttoväli ja Δ voidaan ymmärtää seuraavasti: objektiivin ja okulaarin välinen etäisyys. Okulaari suurentaa objektiivin muodostamaa kuvaa uudelleen muodostaen virtuaalisen kuvan 250 mm:n etäisyydellä ihmisten silmien edessä havainnointia varten. Tämä on mukavin havaintoasento useimmille ihmisille. Okulaarin suurennus on M eye=250/f' eye, f' eye on okulaarin polttoväli. Mikroskoopin kokonaissuurennus on objektiivin ja okulaarin tulos, eli M=Mobject*Meye=Δ*250∕f'eye*f;objekti. Voidaan nähdä, että objektiivin ja okulaarin polttovälin pienentäminen lisää kokonaissuurennusta, mikä on avain mikro-organismien, kuten bakteerien, näkemiseen mikroskoopilla, ja se on myös ero sen ja tavallisten suurennuslasien välillä.
Onko siis mahdollista pienentää f'objektin f'-verkkoa äärettömästi suurennuksen lisäämiseksi, jotta voimme nähdä hienovaraisempia kohteita? Vastaus on ei! Tämä johtuu siitä, että kuvantamiseen käytetty valo on pohjimmiltaan sähkömagneettista aaltoa, joten diffraktiota ja interferenssiä esiintyy väistämättä etenemisprosessin aikana, aivan kuten jokapäiväisessä elämässä näkemämme väreet veden pinnalla voivat kiertää esteiden kohtaamisen ja kahden pylvään sattuessa. veden aallot kohtaavat, ne voivat vahvistaa toisiaan. tai heikentynyt. Kun pistemäisestä valoa lähettävästä kohdepisteestä säteilevä valoaalto saapuu objektiiviin, objektiivilinssin kehys estää valon etenemisen, mikä johtaa diffraktioon ja häiriöihin. Siellä on sarja haloja, joiden voimakkuus on heikko ja heikkenee vähitellen. Kutsumme keskeistä valopilkkua ilmavaksi levyksi. Kun kaksi valoa säteilevää pistettä ovat lähellä tiettyä etäisyyttä, kaksi valopistettä menevät päällekkäin, kunnes niitä ei voida vahvistaa kahdeksi valopisteeksi. Rayleigh ehdotti kriteeriä, joka on, että kun kahden valopisteen keskipisteiden välinen etäisyys on yhtä suuri kuin Airy-kiekon säde, kaksi valopistettä voidaan erottaa. Laskennan jälkeen kahden valoa emittoivan pisteen välinen etäisyys tällä hetkellä on e=0.61 ∕n.sinA=0.61 In ∕ NA , kaavassa in on valon aallonpituus aallon valoaallon aallonpituus, jonka ihmissilmä voi vastaanottaa, on noin 0.4-0,7 um, n on sen väliaineen taitekerroin, jossa valoa säteilevä piste sijaitsee, esim. ilma, n≈1, vedessä, n≈1,33 ja A on puolet valopisteen avautumiskulmasta objektiivin kehykseen nähden, ja NA:ta kutsutaan objektiivin numeeriseksi aukoksi. Yllä olevasta kaavasta voidaan nähdä, että kahden pisteen välistä etäisyyttä, jonka objektiivilinssi voi erottaa, rajoittaa valon aallonpituus ja numeerinen aukko. Koska terävimmän ihmissilmän aallonpituus on noin 0,5 um, kulma A ei saa ylittää 90 astetta ja sinA on aina pienempi kuin 1. Käytettävissä olevan valoa läpäisevän väliaineen suurin taitekerroin on noin 1,5, joten e-arvo on aina suurempi kuin 0.2um, joka on pienin rajaetäisyys, jonka optinen mikroskooppi voi selvittää. Mikroskoopin suurennuksen avulla, jos haluat suurentaa kohteen pisteen etäisyyttä e, joka voidaan määrittää objektiivilla, jonka NA-arvo on riittävän ihmissilmä erottavaksi, Me suurempi tai yhtä suuri kuin 0,15 mm, missä {{30}.15mm on kokeellisesti saatu ihmissilmä Pienin etäisyys kahden 250 mm:n etäisyydelle silmien eteen sijoitettujen mikroobjektien välillä voidaan erottaa, joten M suurempi tai yhtä suuri kuin (0,15∕0,61 in) NA≈500N.A, jotta havainto ei olisi liian työläs, riittää kaksinkertaistamaan M eli 500N. A Pienempi tai yhtä suuri kuin M Pienempi tai yhtä suuri kuin 1000 N.A on kohtuullinen valintaalue mikroskoopin kokonaissuurennukselle. Riippumatta siitä, kuinka suuri kokonaissuurennus on, se on merkityksetöntä, koska objektiivin numeerinen aukko on rajoittanut pienintä erotettavaa etäisyyttä. Pienet esineet ovat yksityiskohtaisia.
Kuvan kontrasti on toinen avainkysymys optisissa mikroskoopeissa. Ns. kontrasti on mustavalkokontrasti tai väriero kuvan pinnan vierekkäisten osien välillä. Ihmissilmän on vaikea arvioida kirkkauseroa alle 0.02. hieman herkempi. Joidenkin mikroskoopin havainnointiobjektien, kuten biologisten näytteiden, kirkkausero yksityiskohtien välillä on hyvin pieni. Lisäksi mikroskoopin optisen järjestelmän suunnittelu- ja valmistusvirheet vähentävät edelleen kuvan kontrastia ja vaikeuttavat erottamista. Tällä hetkellä kohteen yksityiskohdat eivät näy selvästi, ei siksi, että kokonaissuurennus olisi liian pieni. , se ei johdu siitä, että objektiivin linssin numeerinen aukko on liian pieni, vaan siksi, että kuvan pinnan kontrasti on liian pieni.
Vuosien mittaan ihmiset ovat työskennelleet kovasti parantaakseen mikroskooppien erottelukykyä ja kuvantamiskontrastia. Tietokonetekniikan ja työkalujen jatkuvan kehittymisen myötä myös optisen suunnittelun teoria ja menetelmät kehittyvät jatkuvasti. Ilmaisumenetelmien jatkuva parantaminen ja havaintomenetelmien innovaatiot ovat saaneet optisten mikroskooppien kuvanlaadun lähelle täydellistä diffraktiorajaa. Se voi mukautua kaikenlaisten yksilöiden tutkimukseen. Vaikka suurennus- ja kuvantamislaitteet, kuten elektronimikroskooppi ja ultraäänimikroskooppi, ovat tulleet markkinoille peräkkäin viime vuosina, niillä on joiltakin osin edullinen suorituskyky, mutta ne eivät silti voi olla halpoja, käteviä ja intuitiivisia, erityisesti sopivia elävien organismien tutkimukseen. Kilpailevat valomikroskoopit, jotka pitävät edelleen tiukasti paikallaan. Toisaalta, yhdistettynä laseriin, tietokoneeseen, uuteen materiaaliteknologiaan ja tietotekniikkaan, ikivanha optinen mikroskooppi on virkistävä ja vahvasti elinvoimainen. Digitaalinen mikroskooppi, laserkonfokaalinen pyyhkäisymikroskooppi, lähikenttäpyyhkäisymikroskooppi, kaksifotonimikroskooppi ja instrumentteja, joissa on useita uusia toimintoja tai jotka soveltuvat erilaisiin uusiin ympäristöolosuhteisiin, ilmaantuu loputtomana virtana laajentaen entisestään optisten mikroskooppien sovellusaluetta esimerkkinä. Kuinka jännittäviä ovatkaan Mars-kulkijasta ladatut kivimuodostelmien mikroskooppiset kuvat! Voimme täysin uskoa, että optinen mikroskooppi hyödyttää ihmiskuntaa uudella asenteella.
