Come si può aumentare la risoluzione del microscopio?
Uno degli strumenti di test principali è il microscopio e la risoluzione è una metrica cruciale per valutare le prestazioni dello strumento. La risoluzione è la capacità di discernere distintamente tra due linee o piccoli punti a distanza ravvicinata. L'occhio stesso funziona come un microscopio. La risoluzione dell'occhio umano alla distanza di visione, che è universalmente accettata pari a 25 cm, è di circa 1/10 mm in condizioni di illuminazione normali. Poiché le linee rette possono eccitare un certo numero di cellule nervose, la risoluzione degli occhi può essere aumentata osservando due linee rette.
Poiché la risoluzione dell'occhio umano è di solo 1/10 mm, non è in grado di discernere tra due oggetti estremamente piccoli che sono distanti meno di 1/10 mm. Quindi lo sviluppo del microscopio ottico per l'ispezione microscopica venne prima, seguito dallo sviluppo del microscopio elettronico. La distanza più breve tra due piccoli punti chiaramente distinguibili su un campione viene definita risoluzione del microscopio. D=0.61/NA è la sua formula di calcolo.
Nell'equazione, D sta per la risoluzione in um, per la lunghezza d'onda della sorgente luminosa in um e NA per l'apertura numerica della lente dell'obiettivo in um (chiamata anche rapporto di apertura).
La formula indica che l'apertura numerica della lente dell'obiettivo corrispondente e la lunghezza d'onda della sorgente di luce incidente determinano la risoluzione del microscopio. Come si può vedere, il microscopio ottico può essere migliorato da:
1. Ridurre la lunghezza d'onda della sorgente luminosa.
La luce visibile ha una lunghezza d'onda più corta di 390nm. Questa lunghezza d'onda della luce ultravioletta può degradare la risoluzione del microscopio ottico a 0,2um quando utilizzata come sorgente di illuminazione. Il vetro della maggior parte dei materiali comuni, tuttavia, assorbe molta luce con una lunghezza d'onda inferiore a 340 nm, rendendo impossibile per la luce UV produrre un'immagine chiara e brillante anche dopo un'attenuazione significativa. Poiché il microscopio a luce UV non può essere visto con il occhio nudo e persino il campione osservato, devono essere utilizzati materiali costosi come il quarzo e la fluorite, che possono passare attraverso la luce ultravioletta fino a 185 nm e 200 nm rispettivamente. Questa tecnica per aumentare la risoluzione del microscopio non è frequentemente impiegata a causa dei suoi limiti, che sono aggravati dall'alto costo e dalle restrizioni del microscopio.
2. Aumentare l'apertura numerica NA della lente dell'obiettivo.
Apertura numerica NA=n*sin(u)
Nell'equazione, n sta per l'indice di rifrazione del mezzo che si trova tra la lente dell'obiettivo e il campione, e u per l'angolo di semiapertura della lente dell'obiettivo. Per questo motivo, dal punto di vista del design ottico, l'adozione corretta di un angolo di apertura maggiore o l'aumento dell'indice di rifrazione è emersa come una tecnica popolare per migliorare la risoluzione di un microscopio ottico. Il mezzo per obiettivi a basso ingrandimento, come quelli con ingrandimenti sotto 10X, è tipicamente aria, che ha un indice di rifrazione di 1, che lo rende un mezzo secco. Il mezzo per l'immersione in acqua è acqua distillata, che ha un indice di rifrazione di 1,33. Il mezzo per le lenti dell'obiettivo a immersione in olio, come la lente a olio 100X di Olympus, ha un indice di rifrazione che è generalmente di circa 1,52. A causa dell'uso di un mezzo ad alto indice di rifrazione, la lente dell'obiettivo ad immersione in acqua e la lente dell'obiettivo ad immersione in olio non solo hanno un elevato ingrandimento, ma migliorano anche la risoluzione della lente dell'obiettivo.
