Wat zijn de belangrijkste toepassingen van optische microscopen
Optische microscoop is een oud en jong wetenschappelijk hulpmiddel. Sinds zijn geboorte heeft het een geschiedenis van driehonderd jaar. Optische microscopen worden veel gebruikt, zoals in de biologie, scheikunde, natuurkunde, astronomie, enz. In sommige wetenschappelijke onderzoeken is het allemaal onlosmakelijk verbonden met de microscoop.
Op dit moment is het bijna een afbeelding van wetenschap en technologie geworden. Je hoeft alleen maar zijn frequente optredens in mediaberichten over wetenschap en technologie te zien om te zien dat dit waar is.
In de biologie is het laboratorium onlosmakelijk verbonden met dit experimentele instrument, dat leerlingen kan helpen de onbekende wereld te bestuderen; om de wereld te begrijpen.
Ziekenhuizen zijn de grootste toepassingsplaatsen voor microscopen. Ze worden voornamelijk gebruikt om veranderingen in lichaamsvloeistoffen van patiënten, bacteriën die het menselijk lichaam binnendringen, veranderingen in celstructuur enz. te onderzoeken, en bieden artsen referentie- en verificatiemethoden voor het opstellen van behandelplannen. Bij microchirurgie is de microscoop het enige hulpmiddel van de arts; in de landbouw kunnen fokkerij, ongediertebestrijding en ander werk niet zonder de hulp van de microscoop; bij de industriële productie zijn de verwerking, inspectie en assemblage van fijne onderdelen en de studie van materiaaleigenschappen mogelijk. Een plek om hun talenten te laten zien; rechercheurs vertrouwen vaak op microscopen om verschillende microscopische misdaden te analyseren, als een belangrijk middel om de echte boosdoener te bepalen; milieubeschermingsafdelingen gebruiken ook microscopen om verschillende vaste verontreinigende stoffen te detecteren; geologische en mijningenieurs en culturele overblijfselen en archeologen gebruiken de hulp van microscopen. De aanwijzingen die door de microscoop worden gevonden, kunnen worden gebruikt om de diepe ondergrondse mijnen te beoordelen of het ware beeld van de stoffige geschiedenis af te leiden; zelfs het dagelijkse leven van mensen is onlosmakelijk verbonden met de microscoop, zoals de schoonheids- en kappersindustrie, die de microscoop kan gebruiken om de huid, het haar, enz. te detecteren. Krijg de beste resultaten. Het is te zien hoe nauw de microscoop is geïntegreerd met de productie en het leven van mensen.
Volgens verschillende toepassingsdoeleinden kunnen microscopen grofweg worden geclassificeerd en zijn er vier algemene categorieën: biologische microscopen, metallografische microscopen, stereomicroscopen en polarisatiemicroscopen. Zoals de naam al aangeeft, worden biologische microscopen voornamelijk gebruikt in de biogeneeskunde en zijn de observatieobjecten meestal transparante of doorschijnende microscopische lichamen; metallografische microscopen worden voornamelijk gebruikt om het oppervlak van ondoorzichtige objecten te observeren, zoals de metallografische structuur en oppervlaktedefecten van materialen; Wanneer het object wordt vergroot en afgebeeld, maakt het ook de oriëntatie van het object en het beeld ten opzichte van het menselijk oog consistent, en heeft het een gevoel van diepte, wat in overeenstemming is met de conventionele visuele gewoonten van mensen; de gepolariseerde lichtmicroscoop gebruikt de transmissie- of reflectiekarakteristieken van verschillende materialen voor gepolariseerd licht om verschillende micro-objectcomponenten te onderscheiden. Daarnaast zijn er nog enkele bijzondere typen te onderscheiden, zoals een omgekeerde biologische microscoop of een kweekmicroscoop, dit is een biologische microscoop die voornamelijk gebruikt wordt om de kweek door de bodem van het kweekvat te bekijken; de fluorescentiemicroscoop gebruikt bepaalde stoffen om specifiek licht met een kortere golflengte te absorberen en de kenmerken van het uitzenden van specifiek licht met een langere golflengte, om het bestaan van deze stoffen te vinden en hun inhoud te bepalen; vergelijkingsmicroscopen kunnen zij-aan-zij of gesuperponeerde beelden vormen van twee objecten in hetzelfde gezichtsveld, om de overeenkomsten en verschillen van de twee objecten te vergelijken.
Traditionele optische microscopen zijn voornamelijk samengesteld uit optische systemen en de mechanische structuren die deze ondersteunen. De optische systemen omvatten objectieflenzen, oculairs en condensors, dit zijn gecompliceerde vergrootglazen gemaakt van verschillende optische glazen. De objectieflens vergroot het preparaat en de vergroting M wordt bepaald door de volgende formule: M object =Δ∕f'object , waarbij f'object de brandpuntsafstand van de objectieflens is, en Δ kan worden opgevat als de afstand tussen de objectieflens en het oculair. Het oculair vergroot het beeld dat door de objectieflens wordt gevormd opnieuw en vormt een virtueel beeld op 250 mm voor de ogen van mensen ter observatie. Dit is voor de meeste mensen de meest comfortabele observatiepositie. De vergroting van het oculair is M eye=250/f' eye, f' eye is de brandpuntsafstand van het oculair. De totale vergroting van de microscoop is het product van de objectieflens en het oculair, dat wil zeggen M=Mobject*Meye=Δ*250∕f'eye*f;object. Het is te zien dat het verkleinen van de brandpuntsafstand van de objectieflens en het oculair de totale vergroting vergroot, wat de sleutel is tot het zien van micro-organismen zoals bacteriën met een microscoop, en het is ook het verschil met gewone vergrootglazen.
Dus, is het denkbaar om de f' object f' mesh oneindig te verkleinen om de vergroting te vergroten zodat we meer subtiele objecten kunnen zien? Het antwoord is nee! Dit komt omdat het licht dat wordt gebruikt voor beeldvorming in wezen een elektromagnetische golf is, dus diffractie en interferentie zullen onvermijdelijk optreden tijdens het voortplantingsproces, net zoals de rimpelingen op het wateroppervlak die we in het dagelijks leven zien, kunnen omleiden wanneer we obstakels tegenkomen en wanneer twee kolommen van watergolven elkaar ontmoeten, kunnen ze elkaar versterken. of verzwakt. Wanneer de lichtgolf die wordt uitgezonden door een puntvormig lichtuitstralend objectpunt de objectieflens binnenkomt, belemmert het frame van de objectieflens de voortplanting van licht, wat resulteert in diffractie en interferentie. Er is een reeks halo's met een zwakke en geleidelijk afnemende intensiteit. We noemen de centrale lichtvlek een Airy-schijf. Wanneer de twee lichtuitstralende punten zich dicht bij een bepaalde afstand bevinden, zullen de twee lichtvlekken elkaar overlappen totdat ze niet kunnen worden bevestigd als twee lichtvlekken. Rayleigh stelde een criterium voor, namelijk dat wanneer de afstand tussen de middelpunten van de twee lichtvlekken gelijk is aan de straal van de Airy-schijf, de twee lichtvlekken kunnen worden onderscheiden. Na berekening is de afstand tussen de twee lichtuitstralende punten op dit moment e=0.61 ∕n.sinA=0.61 In ∕ NA , in de formule, is in de golflengte van het licht golf, is de golflengte van de lichtgolf die het menselijk oog kan ontvangen ongeveer 0.4-0.7um, n is de brekingsindex van het medium waar het lichtuitstralende punt zich bevindt, zoals in de lucht, n≈1, in het water, n≈1.33, en A is de helft van de openingshoek van het lichtpunt ten opzichte van het frame van de objectieflens, en NA wordt de numerieke apertuur van de objectieflens genoemd. Uit de bovenstaande formule blijkt dat de afstand tussen de twee punten die de objectieflens kan onderscheiden, wordt beperkt door de golflengte van het licht en de numerieke apertuur. Aangezien de golflengte van het scherpste menselijke oog ongeveer 0.5um is, kan hoek A niet groter zijn dan 90 graden en is sinA altijd kleiner dan 1. De maximale brekingsindex voor het beschikbare lichtdoorlatende medium is ongeveer 1,5, dus de e-waarde is altijd groter dan 0.2um, wat de kleinste limietafstand is die een optische microscoop kan oplossen. Als u door middel van microscoopvergroting de objectpuntafstand e wilt vergroten die kan worden opgelost door een objectieflens met een bepaalde NA-waarde die voldoende is om door het menselijk oog te worden onderscheiden, Me Groter dan of gelijk aan 0.15 mm, waarbij {{30}}.15 mm het experimenteel verkregen menselijk oog is De minimale afstand tussen twee micro-objecten geplaatst 250 mm voor de ogen die kunnen worden onderscheiden, dus M Groter dan of gelijk aan (0,15∕0,61 in) NA≈500N.A, om de waarneming niet al te omslachtig te maken, volstaat het om M te verdubbelen, dat wil zeggen 500N. A Kleiner dan of gelijk aan M Kleiner dan of gelijk aan 1000N.A is een redelijk selectiebereik voor de totale vergroting van de microscoop. Het maakt niet uit hoe groot de totale vergroting is, het is zinloos, omdat de numerieke apertuur van de objectieflens de minimaal oplosbare afstand heeft beperkt. Kleine objecten zijn gedetailleerd.
Beeldcontrast is een ander belangrijk punt bij optische microscopen. Het zogenaamde contrast is het zwart-wit contrast of kleurverschil tussen aangrenzende delen op het beeldoppervlak. Het is moeilijk voor het menselijk oog om het verschil in helderheid te beoordelen onder 0.02. iets gevoeliger. Sommige objecten voor microscoopobservatie, zoals biologische monsters, hebben weinig verschil in helderheid tussen details. Bovendien verminderen de ontwerp- en fabricagefouten van het optische systeem van de microscoop het afbeeldingscontrast verder en maken het moeilijk te onderscheiden. Op dit moment zijn de details van het object niet duidelijk te zien, niet omdat de totale vergroting te laag is. , is het niet omdat de numerieke apertuur van de objectieflens te klein is, maar omdat het contrast van het beeldoppervlak te laag is.
In de loop der jaren hebben mensen hard gewerkt om het oplossend vermogen en beeldcontrast van microscopen te verbeteren. Met de voortdurende vooruitgang van computertechnologie en hulpmiddelen, verbeteren ook de theorie en methoden van optisch ontwerp voortdurend. De voortdurende verbetering van detectiemethoden en de innovatie van observatiemethoden hebben ervoor gezorgd dat de beeldkwaliteit van optische microscopen de perfecte mate van diffractielimiet benadert. Het kan zich aanpassen aan het onderzoek van allerlei soorten exemplaren. Hoewel de vergrotende en beeldvormende instrumenten zoals elektronenmicroscoop en ultrasone microscoop de afgelopen jaren achtereenvolgens zijn uitgebracht, hebben ze in sommige opzichten voordelige prestaties, maar ze kunnen nog steeds niet goedkoop, handig en intuïtief zijn, vooral geschikt voor het onderzoek van levende organismen. Concurrerende lichtmicroscopen, die nog steeds hun mannetje staan. Aan de andere kant, gecombineerd met laser, computer, nieuwe materiaaltechnologie en informatietechnologie, verjongt de oude optische microscoop en toont hij een sterke vitaliteit. Digitale microscoop, laser confocale scanning microscoop, near-field scanning microscoop, twee-fotonen microscoop en Instrumenten met verschillende nieuwe functies of aanpasbaar aan verschillende nieuwe omgevingsomstandigheden verschijnen in een eindeloze stroom, waardoor het toepassingsgebied van bijvoorbeeld optische microscopen verder wordt uitgebreid. Hoe opwindend zijn de microscopische foto's van rotsformaties die zijn geüpload vanaf de Marsrover! We kunnen volledig geloven dat de optische microscoop de mensheid zal helpen met een nieuwe houding.
