Hvad er de vigtigste anvendelser af optiske mikroskoper
Optisk mikroskop er et gammelt og ungt videnskabeligt værktøj. Siden dens fødsel har den en historie på tre hundrede år. Optiske mikroskoper er meget udbredt, såsom i biologi, kemi, fysik, astronomi osv. I noget videnskabeligt forskningsarbejde er det hele uadskilleligt fra mikroskopet.
På nuværende tidspunkt er det næsten blevet en billedgodkendelse af videnskab og teknologi. Du behøver kun at se hans hyppige optrædener i mediernes rapporter om videnskab og teknologi for at se, at dette er sandt.
I biologi er laboratoriet uadskilleligt fra dette eksperimentelle instrument, som kan hjælpe elever med at studere den ukendte verden; at forstå verden.
Hospitaler er de største anvendelsessteder for mikroskoper. De bruges hovedsageligt til at undersøge ændringer i patienters kropsvæsker, bakterier, der invaderer den menneskelige krop, ændringer i cellestruktur osv., og give læger reference- og verifikationsmetoder til at formulere behandlingsplaner. I mikrokirurgi er mikroskopet lægens eneste værktøj; i landbruget kan avl, skadedyrsbekæmpelse og andet arbejde ikke undvære hjælp fra mikroskopet; i industriel produktion er bearbejdning, inspektion og monteringsjustering af fine dele og undersøgelse af materialeegenskaber mulige. Et sted at vise deres talenter; kriminelle efterforskere er ofte afhængige af mikroskoper til at analysere forskellige mikroskopiske forbrydelser, som et vigtigt middel til at fastslå den virkelige skyldige; miljøbeskyttelsesafdelinger bruger også mikroskoper til at opdage forskellige faste forurenende stoffer; geologiske og mineingeniører og kulturlevn og arkæologer bruger hjælp fra mikroskoper. De spor, der findes af mikroskopet, kan bruges til at bedømme de dybe underjordiske miner eller udlede det sande billede af den støvede historie; selv folks dagligdag er uadskilleligt fra mikroskopet, såsom skønheds- og frisørbranchen, der kan bruge mikroskopet til at opdage hud, hår osv. Få de bedste resultater. Det kan ses, hvor tæt mikroskopet er integreret med menneskers produktion og liv.
I henhold til forskellige anvendelsesformål kan mikroskoper groft klassificeres, og der er fire almindelige kategorier: biologiske mikroskoper, metallografiske mikroskoper, stereomikroskoper og polariserende mikroskoper. Som navnet antyder, bruges biologiske mikroskoper hovedsageligt i biomedicin, og observationsobjekterne er for det meste gennemsigtige eller gennemskinnelige mikroskopiske legemer; metallografiske mikroskoper bruges hovedsageligt til at observere overfladen af uigennemsigtige genstande, såsom den metallografiske struktur og overfladedefekter af materialer; Når objektet forstørres og afbildes, gør det også orienteringen af objektet og billedet i forhold til det menneskelige øje konsistent, og har en følelse af dybde, som er i tråd med folks konventionelle visuelle vaner; det polariserede lysmikroskop bruger transmissions- eller reflektionsegenskaberne for forskellige materialer til polariseret lys for at skelne mellem forskellige mikroobjekter Komponent. Derudover kan nogle specielle typer også underopdeles, såsom et omvendt biologisk mikroskop eller et kulturmikroskop, som er et biologisk mikroskop, der hovedsageligt bruges til at observere kulturen gennem bunden af dyrkningskarret; fluorescensmikroskopet bruger visse stoffer til at absorbere specifikt lys med kortere bølgelængde og egenskaberne ved at udsende specifikt lys med længere bølgelængde, for at finde eksistensen af disse stoffer og bestemme deres indhold; sammenligningsmikroskoper kan danne side om side eller overlejrede billeder af to objekter i samme synsfelt, for at sammenligne lighederne og forskellene mellem de to objekter.
Traditionelle optiske mikroskoper er hovedsageligt sammensat af optiske systemer og de mekaniske strukturer, der understøtter dem. De optiske systemer omfatter objektivlinser, okularer og kondensatorer, som er komplicerede forstørrelsesglas lavet af forskellige optiske briller. Objektivlinsen forstørrer prøven, og dens forstørrelse M bestemmes af følgende formel: M objekt =Δ∕f'objekt , hvor f'objekt er objektivlinsens brændvidde, og Δ kan forstås som afstanden mellem objektivlinsen og okularet. Okularet forstørrer billedet dannet af objektivlinsen igen og danner et virtuelt billede på 250 mm foran folks øjne til observation. Dette er den mest komfortable observationsposition for de fleste mennesker. Forstørrelsen af okularet er M øje=250/f' øje, f' øje er okularets brændvidde. Mikroskopets samlede forstørrelse er produktet af objektivlinsen og okularet, det vil sige M=Mobject*Meye=Δ*250∕f'eye*f;objekt. Det kan ses, at reduktion af brændvidden på objektivlinsen og okularet vil øge den totale forstørrelse, hvilket er nøglen til at se mikroorganismer som bakterier med et mikroskop, og det er også forskellen på det og almindelige forstørrelsesglas.
Så er det tænkeligt at reducere f'-objektet f'-maske uendeligt for at øge forstørrelsen, så vi kan se mere subtile objekter? Svaret er nej! Dette skyldes, at lyset, der bruges til billeddannelse, i det væsentlige er en elektromagnetisk bølge, så diffraktion og interferens vil uundgåeligt forekomme under udbredelsesprocessen, ligesom de krusninger på vandoverfladen, som vi ser i dagligdagen, kan omveje, når vi støder på forhindringer, og når to søjler af vandbølger mødes, kan de styrke hinanden. eller svækket. Når lysbølgen, der udsendes fra et punktformet lysemitterende objektpunkt, kommer ind i objektivlinsen, hindrer objektivlinsens ramme udbredelsen af lys, hvilket resulterer i diffraktion og interferens. Der er en række glorier med svag og gradvist aftagende intensitet. Vi kalder det centrale lyspunkt for en luftig disk. Når de to lysudsendende punkter er tæt på en vis afstand, vil de to lyspunkter overlappe hinanden, indtil de ikke kan bekræftes som to lyspletter. Rayleigh foreslog et kriterium, som er, at når afstanden mellem centrene af de to lyspletter er lig med radius af Airy-skiven, kan de to lyspletter skelnes fra hinanden. Efter beregning er afstanden mellem de to lysemitterende punkter på dette tidspunkt e=0.61 ∕n.sinA=0.61 I ∕ NA, i formlen, er in lysets bølgelængde bølge, er bølgelængden af lysbølgen, som det menneskelige øje kan modtage, ca. 0.4-0.7um, n er brydningsindekset for mediet, hvor det lysemitterende punkt er placeret, som f.eks. luften, n≈1, i vandet, n≈1,33, og A er halvdelen af lyspunktets åbningsvinkel til objektivlinsens ramme, og NA kaldes objektivlinsens numeriske blænde. Det kan ses af ovenstående formel, at afstanden mellem de to punkter, som objektivlinsen kan skelne, er begrænset af lysets bølgelængde og den numeriske blænde. Da bølgelængden af det skarpeste menneskelige øje er ca. 0.5um, kan vinklen A ikke overstige 90 grader, og sinA er altid mindre end 1. Det maksimale brydningsindeks for det tilgængelige lystransmitterende medium er omkring 1,5, så e-værdien er altid større end 0.2um, som er den mindste grænseafstand, som et optisk mikroskop kan løse. Hvis du gennem mikroskopforstørrelse vil forstørre objektets punktafstand e, der kan opløses af en objektivlinse med en bestemt NA-værdi nok til at skelnes af det menneskelige øje, Me Større end eller lig med 0.15 mm, hvor {{30}}.15 mm er det eksperimentelt opnåede menneskelige øje. Minimumsafstanden mellem to mikroobjekter placeret 250 mm foran øjnene, der kan skelnes, så M større end eller lig med (0.15∕0.61) in) NA≈500N.A, for at gøre observationen ikke for besværlig, er det nok at fordoble M, det vil sige 500N. A Mindre end eller lig med M Mindre end eller lig med 1000N.A er et rimeligt valgområde for mikroskopets samlede forstørrelse. Uanset hvor stor den samlede forstørrelse er, er den meningsløs, fordi objektivlinsens numeriske blænde har begrænset den mindste opløselige afstand. Små genstande er detaljerede.
Billedkontrast er et andet nøgleproblem i optiske mikroskoper. Den såkaldte kontrast er den sort/hvide kontrast eller farveforskel mellem tilstødende dele på billedoverfladen. Det er svært for det menneskelige øje at bedømme forskellen i lysstyrke under 0.02. lidt mere følsom. Nogle mikroskopobservationsobjekter, såsom biologiske prøver, har meget lille forskel i lysstyrke mellem detaljer. Derudover reducerer design- og fremstillingsfejlene i det optiske mikroskopsystem yderligere billedkontrasten og gør det vanskeligt at skelne. På nuværende tidspunkt kan detaljerne i objektet ikke ses tydeligt, ikke fordi den samlede forstørrelse er for lav. , er det ikke fordi objektivlinsens numeriske blænde er for lille, men fordi billedoverfladekontrasten er for lav.
I årenes løb har folk arbejdet hårdt for at forbedre mikroskopers opløsningsevne og billedkontrast. Med den kontinuerlige udvikling af computerteknologi og værktøjer forbedres teorien og metoderne for optisk design også konstant. Den kontinuerlige forbedring af detektionsmetoder og innovation af observationsmetoder har gjort billedkvaliteten af optiske mikroskoper tæt på den perfekte grad af diffraktionsgrænse. Det kan tilpasse sig forskningen i alle slags prøver. Selvom forstørrelses- og billeddannende instrumenter såsom elektronmikroskop og ultralydsmikroskop er kommet ud successivt i de senere år, har de fordelagtige ydeevne i nogle aspekter, men de kan stadig ikke være billige, bekvemme og intuitive, især velegnede til forskning i levende organismer. Konkurrerende lysmikroskoper, som stadig holder deres jord solidt. På den anden side, kombineret med laser, computer, ny materialeteknologi og informationsteknologi, forynger det ældgamle optiske mikroskop og viser stærk vitalitet. Digitalt mikroskop, laser konfokalt scanningsmikroskop, nærfelt scanningsmikroskop, to-foton mikroskop og instrumenter med forskellige nye funktioner eller tilpasningsdygtige til forskellige nye miljøforhold dukker op i en endeløs strøm, hvilket yderligere udvider anvendelsesområdet for optiske mikroskoper, som et eksempel. Hvor spændende er de mikroskopiske billeder af klippeformationer uploadet fra Mars-roveren! Vi kan fuldt ud tro, at det optiske mikroskop vil gavne menneskeheden med en ny holdning.
