Quali sono le principali applicazioni dei microscopi ottici
Il microscopio ottico è uno strumento scientifico antico e giovane. Dalla sua nascita, ha una storia di trecento anni. I microscopi ottici sono ampiamente utilizzati, come in biologia, chimica, fisica, astronomia, ecc. In alcuni lavori di ricerca scientifica è tutto inseparabile dal microscopio.
Al momento, è quasi diventata un'approvazione dell'immagine della scienza e della tecnologia. Hai solo bisogno di vedere le sue frequenti apparizioni nei resoconti dei media su scienza e tecnologia per vedere che questo è vero.
In biologia, il laboratorio è inseparabile da questo strumento sperimentale, che può aiutare gli studenti a studiare il mondo sconosciuto; per capire il mondo.
Gli ospedali sono i maggiori luoghi di applicazione per i microscopi. Sono utilizzati principalmente per esaminare i cambiamenti nei fluidi corporei dei pazienti, i batteri che invadono il corpo umano, i cambiamenti nella struttura cellulare, ecc., e forniscono ai medici metodi di riferimento e verifica per la formulazione di piani di trattamento. In microchirurgia il microscopio è l'unico strumento del medico; in agricoltura, allevamento, disinfestazione e altri lavori non possono fare a meno dell'ausilio del microscopio; nella produzione industriale sono possibili la lavorazione, l'ispezione e la regolazione dell'assemblaggio di parti fini e lo studio delle proprietà dei materiali. Un luogo per mostrare i propri talenti; gli investigatori criminali spesso si affidano ai microscopi per analizzare vari crimini microscopici, come mezzo importante per determinare il vero colpevole; i dipartimenti di protezione ambientale utilizzano anche microscopi per rilevare vari inquinanti solidi; ingegneri geologici e minerari e reperti culturali e archeologi usano l'aiuto di microscopi. Gli indizi trovati dal microscopio possono essere usati per giudicare le profonde miniere sotterranee o dedurre la vera immagine della storia polverosa; anche la vita quotidiana delle persone è inseparabile dal microscopio, come l'industria della bellezza e dell'acconciatura, che può utilizzare il microscopio per rilevare la pelle, i capelli, ecc. Ottieni i migliori risultati. Si può vedere quanto strettamente il microscopio sia integrato con la produzione e la vita delle persone.
In base ai diversi scopi applicativi, i microscopi possono essere classificati approssimativamente e ci sono quattro categorie comuni: microscopi biologici, microscopi metallografici, microscopi stereo e microscopi polarizzatori. Come suggerisce il nome, i microscopi biologici sono utilizzati principalmente in biomedicina e gli oggetti di osservazione sono per lo più corpi microscopici trasparenti o traslucidi; i microscopi metallografici sono utilizzati principalmente per osservare la superficie di oggetti opachi, come la struttura metallografica e i difetti superficiali dei materiali; Quando l'oggetto viene ingrandito e ripreso, rende coerente anche l'orientamento dell'oggetto e dell'immagine rispetto all'occhio umano e ha un senso di profondità, che è in linea con le abitudini visive convenzionali delle persone; il microscopio a luce polarizzata utilizza le caratteristiche di trasmissione o riflessione di diversi materiali alla luce polarizzata per distinguere diversi micro oggetti Component. Inoltre, possono essere suddivisi anche alcuni tipi speciali, come un microscopio biologico invertito o un microscopio di coltura, che è un microscopio biologico utilizzato principalmente per osservare la coltura attraverso il fondo del recipiente di coltura; il microscopio a fluorescenza utilizza determinate sostanze per assorbire luce specifica a lunghezza d'onda più corta e le caratteristiche di emissione di luce specifica a lunghezza d'onda più lunga, per trovare l'esistenza di queste sostanze e determinarne il contenuto; i microscopi di confronto possono formare immagini affiancate o sovrapposte di due oggetti nello stesso campo visivo, in modo da confrontare le somiglianze e le differenze dei due oggetti.
I microscopi ottici tradizionali sono composti principalmente da sistemi ottici e dalle strutture meccaniche che li supportano. I sistemi ottici includono obiettivi, oculari e condensatori, che sono complicate lenti d'ingrandimento realizzate con vari vetri ottici. La lente dell'obiettivo ingrandisce il campione e il suo ingrandimento M è determinato dalla seguente formula: M oggetto =Δ∕f'object , dove f'object è la lunghezza focale della lente dell'obiettivo e Δ può essere inteso come la distanza tra la lente dell'obiettivo e l'oculare. L'oculare ingrandisce nuovamente l'immagine formata dalla lente dell'obiettivo, formando un'immagine virtuale a 250 mm davanti agli occhi delle persone per l'osservazione. Questa è la posizione di osservazione più comoda per la maggior parte delle persone. L'ingrandimento dell'oculare è M eye=250/f' eye, f' eye è la lunghezza focale dell'oculare. L'ingrandimento totale del microscopio è il prodotto della lente dell'obiettivo e dell'oculare, ovvero M=Mobject*Meye=Δ*250∕f'eye*f;object. Si può vedere che la riduzione della lunghezza focale della lente dell'obiettivo e dell'oculare aumenterà l'ingrandimento totale, che è la chiave per vedere microrganismi come i batteri con un microscopio, ed è anche la differenza tra questo e le normali lenti d'ingrandimento.
Quindi, è concepibile ridurre all'infinito la maglia f' oggetto f' per aumentare l'ingrandimento in modo da poter vedere oggetti più sottili? La risposta è no! Questo perché la luce utilizzata per l'imaging è essenzialmente un'onda elettromagnetica, quindi la diffrazione e l'interferenza si verificheranno inevitabilmente durante il processo di propagazione, proprio come le increspature sulla superficie dell'acqua che vediamo nella vita quotidiana possono deviare quando incontrano ostacoli e quando due colonne di onde d'acqua si incontrano, possono rafforzarsi a vicenda. o indebolito. Quando l'onda luminosa emessa da un oggetto puntiforme che emette luce entra nella lente dell'obiettivo, il telaio della lente dell'obiettivo ostacola la propagazione della luce, causando diffrazione e interferenza. C'è una serie di aloni con intensità debole e via via attenuante. Chiamiamo il punto luminoso centrale un disco di Airy. Quando i due punti di emissione della luce sono vicini a una certa distanza, i due punti luminosi si sovrapporranno finché non potranno essere confermati come due punti luminosi. Rayleigh ha proposto un criterio, ovvero che quando la distanza tra i centri dei due punti luminosi è uguale al raggio del disco di Airy, i due punti luminosi possono essere distinti. Dopo il calcolo, la distanza tra i due punti che emettono luce in questo momento è e=0.61 ∕n.sinA=0.61 In ∕ NA , nella formula, in è la lunghezza d'onda della luce wave, la lunghezza d'onda dell'onda luminosa che l'occhio umano può ricevere è di circa 0.4-0.7um, n è l'indice di rifrazione del mezzo in cui si trova il punto di emissione della luce, come in l'aria, n≈1, nell'acqua, n≈1.33, e A è la metà dell'angolo di apertura del punto luminoso rispetto alla cornice della lente dell'obiettivo, e NA è chiamata l'apertura numerica della lente dell'obiettivo. Si può vedere dalla formula precedente che la distanza tra i due punti che la lente dell'obiettivo può distinguere è limitata dalla lunghezza d'onda della luce e dall'apertura numerica. Poiché la lunghezza d'onda dell'occhio umano più acuto è di circa 0.5um, l'angolo A non può superare i 90 gradi e sinA è sempre inferiore a 1. L'indice di rifrazione massimo per il mezzo di trasmissione della luce disponibile è circa 1,5, quindi il valore e è sempre maggiore di 0.2um, che è la distanza limite più piccola che un microscopio ottico può risolvere. Attraverso l'ingrandimento al microscopio, se si desidera ingrandire la distanza del punto dell'oggetto e che può essere risolta da una lente dell'obiettivo con un certo valore NA sufficiente per essere distinto dall'occhio umano, Me maggiore o uguale a 0.15 mm, dove {{30}}.15mm è l'occhio umano ottenuto sperimentalmente La distanza minima tra due micro-oggetti posti a 250mm davanti agli occhi che possono essere distinti, quindi M Maggiore o uguale a (0.15∕0.61 in) NA≈500N.A, per rendere l'osservazione non troppo laboriosa basta raddoppiare M, cioè 500N. A Minore o uguale a M Minore o uguale a 1000N.A è un intervallo di selezione ragionevole per l'ingrandimento totale del microscopio. Non importa quanto sia grande l'ingrandimento totale, non ha senso, perché l'apertura numerica della lente dell'obiettivo ha limitato la distanza minima risolvibile. I piccoli oggetti sono dettagliati.
Il contrasto delle immagini è un altro problema chiave nei microscopi ottici. Il cosiddetto contrasto è il contrasto in bianco e nero o la differenza di colore tra parti adiacenti sulla superficie dell'immagine. È difficile per l'occhio umano giudicare la differenza di luminosità al di sotto di 0.02. leggermente più sensibile. Alcuni oggetti di osservazione al microscopio, come i campioni biologici, hanno pochissime differenze di luminosità tra i dettagli. Inoltre, gli errori di progettazione e fabbricazione del sistema ottico del microscopio riducono ulteriormente il contrasto dell'immagine e ne rendono difficile la distinzione. In questo momento, i dettagli dell'oggetto non possono essere visti chiaramente, non perché l'ingrandimento totale sia troppo basso. , non è perché l'apertura numerica della lente dell'obiettivo è troppo piccola, ma perché il contrasto della superficie dell'immagine è troppo basso.
Nel corso degli anni, le persone hanno lavorato duramente per migliorare il potere risolutivo e il contrasto delle immagini dei microscopi. Con il continuo progresso della tecnologia e degli strumenti informatici, anche la teoria e i metodi della progettazione ottica sono in costante miglioramento. Il continuo miglioramento dei metodi di rilevamento e l'innovazione dei metodi di osservazione hanno reso la qualità dell'immagine dei microscopi ottici vicina al perfetto grado di limite di diffrazione. Può adattarsi alla ricerca di tutti i tipi di campioni. Sebbene gli strumenti di ingrandimento e imaging come il microscopio elettronico e il microscopio a ultrasuoni siano usciti successivamente negli ultimi anni, hanno prestazioni vantaggiose per alcuni aspetti, ma non possono ancora essere economici, convenienti e intuitivi, particolarmente adatti alla ricerca di organismi viventi. Microscopi ottici rivali, che mantengono saldamente la loro posizione. D'altra parte, combinato con laser, computer, nuova tecnologia dei materiali e tecnologia dell'informazione, l'antico microscopio ottico sta ringiovanendo e mostrando una forte vitalità. Microscopio digitale, microscopio a scansione confocale laser, microscopio a scansione in campo vicino, microscopio a due fotoni e strumenti con varie nuove funzioni o adattabili a varie nuove condizioni ambientali emergono in un flusso infinito, ampliando ulteriormente il campo di applicazione dei microscopi ottici, ad esempio. Quanto sono emozionanti le immagini microscopiche delle formazioni rocciose caricate dal rover su Marte! Possiamo credere pienamente che il microscopio ottico beneficerà l'umanità con un nuovo atteggiamento.
