In welke velden worden optische microscopen voornamelijk gebruikt?
De wetenschappelijke microscoop is een oud en jong wetenschappelijk hulpmiddel. Het heeft een geschiedenis van driehonderd jaar sinds zijn geboorte. Optische microscopen worden veel gebruikt, zoals in de biologie, scheikunde, natuurkunde, astronomie, enz. Bij sommige wetenschappelijke onderzoekswerkzaamheden. Allemaal zonder microscoop.
Op dit moment is het bijna de imago-onderschrijving van wetenschap en technologie geworden. Je hoeft alleen maar zijn figuur regelmatig te zien verschijnen in de mediaberichten over wetenschap en technologie om te zien dat deze bewering waar is.
In de biologie is het laboratorium onlosmakelijk verbonden met dit soort experimentele apparatuur, die leerlingen kan helpen de onbekende wereld te bestuderen; om de wereld te begrijpen.
Ziekenhuizen zijn de grootste toepassingsplaatsen voor microscopen, die voornamelijk worden gebruikt om informatie te controleren, zoals veranderingen in de lichaamsvloeistoffen van de patiënt, ziektekiemen die het menselijk lichaam binnendringen, veranderingen in celweefselstructuur, enz., en bieden artsen referentie- en verificatiemethoden voor het formuleren van een behandeling plannen. Bij microchirurgie is de microscoop het enige hulpmiddel voor artsen; in de landbouw kunnen fokkerij, ongediertebestrijding en ander werk niet zonder de hulp van de microscoop; in de industriële productie zijn de verwerkingsinspectie en assemblageaanpassing van fijne onderdelen en het onderzoek naar materiaaleigenschappen allemaal mogelijk met de microscoop. 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 moordenaar te bepalen; milieubeschermingsafdelingen hebben ook microscopen nodig om verschillende vaste verontreinigende stoffen te detecteren; geologische en mijnbouwingenieurs en culturele overblijfselen die archeologen gebruiken De aanwijzingen die door de microscoop worden gevonden, kunnen de diep begraven minerale afzettingen beoordelen of de stoffige historische waarheid afleiden; zelfs het dagelijkse leven van mensen kan niet zonder de microscoop, zoals de schoonheids- en kappersindustrie, die de microscoop kan gebruiken om huid- en haarkwaliteit te detecteren. Kan de beste resultaten behalen. 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 ingedeeld in vier 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 micro-lichamen; metallografische microscopen worden voornamelijk gebruikt om het oppervlak van ondoorzichtige objecten te observeren, zoals de metallografische structuur en oppervlaktedefecten van materialen; Terwijl het object wordt vergroot en afgebeeld, is de oriëntatie van het object en het beeld ten opzichte van het menselijk oog ook consistent en is er een gevoel van diepte, wat in overeenstemming is met de conventionele visuele gewoonten van mensen; Polarisatiemicroscopen gebruiken de transmissie- of reflectiekarakteristieken van verschillende materialen voor gepolariseerd licht om verschillende micro-objectcomponenten te onderscheiden. Daarnaast zijn er nog enkele bijzondere soorten te onderscheiden, zoals een omgekeerde biologische microscoop of een kweekmicroscoop, die vooral gebruikt wordt om de kweek door de bodem van het kweekvat te bekijken; een fluorescentiemicroscoop gebruikt bepaalde stoffen om specifiek licht met een kortere golflengte te absorberen. De kenmerken van het uitzenden van specifiek licht met een langere golflengte om het bestaan van deze stoffen te ontdekken en hun inhoud te beoordelen; de vergelijkingsmicroscoop kan naast elkaar geplaatste of op elkaar geplaatste afbeeldingen 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 hun ondersteunende mechanische structuren. De optische systemen omvatten objectieflenzen, oculairs en condensorlenzen, allemaal gecompliceerde vergrootglazen gemaakt van verschillende optische glazen. De objectieflens vergroot het beeld van het preparaat en de vergroting M object 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 door de objectieflens gevormde beeld weer en vormt ter observatie een virtueel beeld op 250 mm voor het menselijk oog. Dit is voor de meeste mensen de meest comfortabele observatiepositie. De vergroting van het oculair M oog=250/f' oog, f' oog 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=M object*M oog=Δ*250/f' oog *f; object. Het is te zien dat het verminderen van de brandpuntsafstand van de objectieflens en het oculair de totale vergroting vergroot, wat de sleutel is om bacteriën en andere micro-organismen met een microscoop te zien, en het is ook het verschil tussen een gewone vergrootglas.
Dus, is het denkbaar om de f' object f' mesh onbeperkt 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 soort elektromagnetische golf is, dus diffractie en interferentieverschijnselen zullen onvermijdelijk optreden tijdens het voortplantingsproces, net zoals de rimpelingen op het wateroppervlak die in het dagelijks leven te zien zijn, rond kunnen gaan bij het tegenkomen van obstakels , en twee kolommen watergolven kunnen elkaar versterken wanneer ze elkaar ontmoeten of verzwakken. Wanneer de lichtgolf die wordt uitgezonden door een puntvormig lichtgevend object de objectieflens binnendringt, belemmert het frame van de objectieflens de voortplanting van licht, wat resulteert in diffractie en interferentie. Er is een reeks lichte ringen met een zwakke en geleidelijk afnemende intensiteit. We noemen het centrale lichtpuntje de Airy-schijf. Wanneer 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 beoordelingsstandaard voor, denkend 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 入/n.sinA=0.61 I/NA, waarbij I de golflengte van licht is, de golflengte van licht dat kan worden ontvangen door het menselijk oog is ongeveer 0.4-0.7um, en n is de brekingsindex van het medium waar het lichtuitstralende punt zich bevindt, zoals in lucht, n ≈1, in water, n≈1.33, en A is de helft van de openingshoek van het lichtuitstralende punt naar het frame van de objectieflens, en NA wordt de numerieke apertuur van de objectieflens genoemd. Uit de bovenstaande formule blijkt dat de afstand tussen twee punten die door de objectieflens kunnen worden onderscheiden, wordt beperkt door de golflengte van het licht en de numerieke apertuur. Aangezien de golflengte van het scherpste gezichtsvermogen van het menselijk oog ongeveer 0.5um is, en de hoek A niet groter kan zijn dan 90 graden, is sinA altijd kleiner dan 1. De maximale brekingsindex van het beschikbare lichtdoorlatend medium is ongeveer 1,5, dus de e-waarde is altijd groter dan 0.2um, wat de minimale grensafstand is die de optische microscoop kan onderscheiden. Vergroot het beeld door een microscoop, als je de objectpuntafstand e wilt vergroten die kan worden opgelost door de objectieflens met een bepaalde NA-waarde die voldoende is om door het menselijk oog te worden opgelost, heb je Me nodig Groter dan of gelijk aan {{26 }}.15 mm, waarbij {{30}}.15 mm de experimentele waarde van het menselijk oog is De minimale afstand tussen twee micro-objecten die kunnen worden onderscheiden op 250 mm voor de ogen, dus M Groter dan of gelijk aan (0,15∕0,61 inch) NA≈500N.A, om de waarneming niet al te omslachtig te maken, volstaat het om de 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 van de totale vergroting van de microscoop. Hoe groot de totale vergroting ook is, het heeft geen betekenis, omdat de numerieke apertuur van de objectieflens de minimaal oplosbare afstand heeft beperkt en het onmogelijk is om meer te onderscheiden door de vergroting te vergroten. Kleine objecten zijn gedetailleerd.
Beeldcontrast is een ander belangrijk punt van optische microscopen. Het zogenaamde contrast verwijst naar het zwart-witcontrast of kleurverschil tussen aangrenzende delen op het beeldoppervlak. Het is moeilijk voor het menselijk oog om het helderheidsverschil onder 0.02 te beoordelen. is iets gevoeliger. Voor sommige observatieobjecten van de microscoop, zoals biologische monsters, is het helderheidsverschil tussen de details erg klein, en de ontwerp- en fabricagefouten van het optische systeem van de microscoop verminderen het beeldcontrast 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, noch omdat de numerieke lensopening van de objectieflens te klein is, maar omdat het contrast van het beeldvlak te laag is.
Door de jaren heen hebben mensen hard gewerkt om de resolutie en het beeldcontrast van de microscoop te verbeteren. Met de voortdurende vooruitgang van computertechnologie en -hulpmiddelen worden ook de theorie en methoden van optisch ontwerp voortdurend verbeterd. In combinatie met de verbetering van de prestaties van grondstoffen, het proces en de voortdurende verbetering van detectiemethoden en de innovatie van observatiemethoden hebben de beeldkwaliteit van de optische microscoop de perfectie van de diffractielimiet bereikt. Mensen zullen specimenkleuring, donker veld, fasecontrast, fluorescentie, interferentie, polarisatie en andere observatietechnieken gebruiken om de optische microscoop te maken. Het kan zich aanpassen aan het onderzoek van allerlei soorten specimens. Hoewel elektronenmicroscopen, ultrasone microscopen en andere vergrotende beeldvormingsinstrumenten de afgelopen jaren achtereenvolgens zijn verschenen en in sommige opzichten superieure prestaties leveren, zijn ze nog steeds niet beschikbaar in termen van goedkoopheid, gemak, intuïtie en vooral geschikt voor onderzoek aan levende organismen. Rivaliserend aan de lichtmicroscoop, die nog steeds stevig op de grond staat. Aan de andere kant, gecombineerd met laser, computer, nieuwe materiaaltechnologie en informatietechnologie, verjongt de oude optische microscoop en toont hij krachtige vitaliteit. Digitale microscoop, laser confocale scanning microscoop, near-field scanning microscoop, twee-foton microscoop en Er zijn verschillende nieuwe functies of instrumenten die zich kunnen aanpassen aan verschillende nieuwe omgevingsomstandigheden die in een eindeloze stroom verschijnen, wat het toepassingsgebied van optische microscopen verder uitbreidt. Hoe opwindend zijn de microscopische foto's van rotsformaties die zijn geüpload vanaf de Mars-rovers! We kunnen volledig geloven dat de optische microscoop de mensheid ten goede zal komen met een bijgewerkte houding.
