Οπτικές ιδιότητες βιολογικών μικροσκοπίων
Η οπτική απόδοση του μικροσκοπίου καθορίζεται από τις ακόλουθες οκτώ βασικές οπτικές παραμέτρους (ή παραμέτρους):
(1) Αριθμητικό διάφραγμα
Το αριθμητικό διάφραγμα ονομάζεται επίσης αναλογία καθρέφτη. Αναφέρεται στο γινόμενο του δείκτη διάθλασης n του μέσου μεταξύ του παρατηρούμενου αντικειμένου και του φακού και της ημιτονοειδούς τιμής του μισού της γωνίας του αντικειμενικού φακού. Χρησιμοποιήστε NA ή A. για να αναπαραστήσετε. NA=nsin( /2)
Η λεγόμενη γωνία στομίου καθρέφτη αναφέρεται στη γωνία μεταξύ των οριακών ακτίνων του παρατηρούμενου σημείου που εισέρχονται στον μπροστινό φακό του αντικειμενικού φακού.
Το αριθμητικό διάφραγμα είναι μια σημαντική παράμετρος του αντικειμενικού φακού και του συμπυκνωτικού φακού και σχετίζεται στενά με άλλες οπτικές παραμέτρους του μικροσκοπίου. Γενικά υπάρχει ελπίδα ότι όσο μεγαλύτερο τόσο το καλύτερο. Μπορεί να φανεί από τον τύπο ότι υπάρχουν δύο τρόποι για να αυξηθεί το αριθμητικό διάφραγμα, ο ένας είναι να αυξηθεί η γωνία στομίου του καθρέφτη και ο άλλος να αυξηθεί ο δείκτης διάθλασης μεταξύ του αντικειμενικού φακού και του δείγματος.
Όταν υιοθετηθεί η προηγούμενη μέθοδος, το δείγμα και το αντικείμενο μπορούν να διατηρηθούν όσο το δυνατόν πιο κοντά. Αλλά ανεξάρτητα από το πόσο κοντά, είναι πάντα λιγότερο από 180 μοίρες . Έτσι, το sin( /2) είναι επίσης μικρότερο από 1. Ο δείκτης διάθλασης του αέρα είναι n=1. Επομένως, το αριθμητικό διάφραγμα nsin( /2) του ξηρού αντικειμενικού φακού είναι πάντα μικρότερο από 1, γενικά μεταξύ 0,04 και 0,95.
Όταν υιοθετηθεί η τελευταία μέθοδος, μπορεί να προστεθεί ένα μέσο με υψηλότερο δείκτη διάθλασης μεταξύ του αντικειμενικού φακού και του δείγματος. Για παράδειγμα, ο δείκτης διάθλασης του ελαίου κέδρου είναι n=1.515. Όταν χρησιμοποιείται λάδι κέδρου ως μέσο, το αριθμητικό άνοιγμα μπορεί να φτάσει περισσότερο από 1,2. Γι' αυτό σε ορισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται γυαλιά λαδιού. Προς το παρόν, το μέγιστο αριθμητικό διάφραγμα που μπορεί να επιτύχει ο φακός λαδιού είναι 1,4.
(2) Ψήφισμα
Η επίλυση ονομάζεται επίσης ποσοστό διακρίσεων ή ισχύς επίλυσης. Η λεγόμενη ανάλυση αναφέρεται στην ικανότητα του μικροσκοπίου να διακρίνει τη λεπτή δομή του υπό εξέταση αντικειμένου. Είναι αντιστρόφως ανάλογο με την απόσταση ανάλυσης. Η απόσταση ανάλυσης αναφέρεται στην ελάχιστη απόσταση μεταξύ δύο σημείων αντικειμένων που μπορούν να διακριθούν. Όσο μικρότερη είναι η απόσταση ανάλυσης, τόσο μεγαλύτερη είναι η ανάλυση του μικροσκοπίου. Εάν η απόσταση μεταξύ δύο σημείων αντικειμένων είναι μικρότερη από την απόσταση ανάλυσης, τα δύο σημεία θα μπερδευτούν με ένα σημείο και η δομή του δεν μπορεί να φανεί καθαρά. Η ανάλυση του μικροσκοπίου καθορίζεται από τον αντικειμενικό φακό. Τα προσοφθάλμια μόνο μεγεθύνουν και δεν αυξάνουν την ανάλυση του μικροσκοπίου.
Στην περίπτωση κανονικού κεντρικού φωτισμού, η απόσταση ανάλυσης d του αντικειμενικού φακού προσδιορίζεται από τον ακόλουθο τύπο.
d=(λ/2)N.A.
Στον τύπο: το d αντιπροσωπεύει την απόσταση ανάλυσης, η μονάδα είναι micron, το λ αντιπροσωπεύει το μήκος κύματος του φωτός φωτισμού, η μονάδα είναι επίσης micron.
Στο ορατό φως, το μήκος κύματος με τη μεγαλύτερη φωτεινότητα και την μεγαλύτερη ευαισθησία στα ανθρώπινα μάτια είναι {{0}},55 μm και το μέγιστο NA του αντικειμενικού φακού είναι 1,4. Αντικαθιστώντας τον παραπάνω τύπο, το d είναι περίπου 0,2 μm. Δηλαδή, με ένα συνηθισμένο οπτικό μικροσκόπιο, το όριο της απόστασης ανάλυσης είναι 0,2 μm στην περίπτωση κεντρικού φωτισμού. Δηλαδή, τα συνηθισμένα οπτικά μικροσκόπια δεν μπορούν να διακρίνουν δύο αντικείμενα μικρότερα από 0,2 μm.
Χρησιμοποιώντας το υπεριώδες φως, το μήκος κύματος του φωτός φωτισμού μπορεί να μειωθεί, επιτρέποντας στην απόσταση ανάλυσης να φτάσει τα 0,1 μm. Αλλά οι υπεριώδεις ακτίνες δεν είναι ορατές από το ανθρώπινο μάτι. Μπορεί να παρατηρηθεί μόνο μετά τη λήψη φωτογραφίας.
Το μήκος κύματος της ροής ηλεκτρονίων είναι μόνο 0,00387nm. Χρησιμοποιώντας "ηλεκτρονικό φακό" ή μαγνητικό φακό για τον έλεγχο της ροής των ηλεκτρονίων, η απόσταση ανάλυσης του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου είναι μέχρι μερικά δέκατα του νανομέτρου. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρατήρηση της δομής των ατόμων.
(3) Μεγέθυνση
Η μεγέθυνση του μικροσκοπίου είναι ίση με το γινόμενο της μεγέθυνσης του αντικειμενικού φακού και της μεγέθυνσης του προσοφθάλμιου φακού. Κατ 'αρχήν, η μεγέθυνση μπορεί να γίνει πολύ μεγάλη. Ωστόσο, εάν οι λεπτομέρειες του δείγματος δεν μπορούν να επιλυθούν από τον αντικειμενικό φακό, όσο μεγάλη και αν είναι η μεγέθυνση, δεν έχει νόημα. Θεωρητικά, μπορεί να συναχθεί ότι η καταλληλότερη μεγέθυνση του μικροσκοπίου (που ονομάζεται αποτελεσματική μεγέθυνση, που αντιπροσωπεύεται αποτελεσματικά από το M) είναι μεταξύ 500 και 1000 φορές το αριθμητικό άνοιγμα του αντικειμενικού φακού. Δηλαδή 500Ν.Α. Μικρότερο ή ίσο με M αποτελεσματικό Μικρότερο από ή ίσο με 1000N.A.
Μέσα στο εύρος αποτελεσματικής μεγέθυνσης, τα μάτια μπορούν να παρατηρούν για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς κούραση. Εάν η μεγέθυνση είναι μικρότερη από 500 NA, θα είναι δύσκολο να παρατηρηθεί. Εάν είναι υψηλότερο από 1000 N.A., θα επιδεινώσει την ποιότητα της εικόνας και θα προκαλέσει ακόμη και μια εξωπραγματική εικόνα. Επομένως, η μεγέθυνση πάνω από 1000Ν.Α. ονομάζεται μη έγκυρη μεγέθυνση.
(4) Απόσταση εργασίας
Η απόσταση εργασίας αναφέρεται στην απόσταση μεταξύ της κάτω επιφάνειας του αντικειμενικού φακού και της άνω επιφάνειας του γυαλιού καλύμματος μετά την εστίαση του μικροσκοπίου, χρησιμοποιώντας ένα τυπικό γυαλί καλύμματος και ένα τυπικό μήκος μηχανικού σωλήνα. Όσο μεγαλύτερη είναι η μεγέθυνση του αντικειμενικού φακού, τόσο μικρότερη είναι η απόσταση εργασίας. Γενικά, η απόσταση εργασίας του αντικειμενικού φακού χαμηλής ισχύος κάτω από 10 φορές είναι 5-7mm, ενώ η απόσταση εργασίας του φακού λαδιού 100 φορές είναι μόνο περίπου 0,19 mm.
(5) Βάθος εστίασης
Όταν το μικροσκόπιο εστιάζει σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο στο δείγμα, όχι μόνο το επίπεδο αντικειμένου μπορεί να φανεί καθαρά, αλλά και το πάνω και το κάτω επίπεδο αντικειμένου που συνδέονται με αυτό μπορούν να φανούν καθαρά ταυτόχρονα. Η απόσταση μεταξύ του άνω και του κάτω επιπέδου αντικειμένου ονομάζεται βάθος εστίασης ή βάθος εστίασης για συντομία.
Το βάθος εστίασης του μικροσκοπίου είναι πολύ μικρό και όσο μεγαλύτερο είναι το αριθμητικό διάφραγμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η συνολική μεγέθυνση και τόσο μικρότερο είναι το βάθος εστίασης. Για παράδειγμα, όταν χρησιμοποιείτε φακό λαδιού με NA 1,25/100 φορές και προσοφθάλμιο 12,5 φορές για παρατήρηση, το βάθος εστίασης είναι μόνο 0,27 μm. Δηλαδή, μετά την εστίαση, μόνο ένα λεπτό στρώμα πάχους 0,27 μm μπορεί να φανεί καθαρά κάθε φορά. Τα συνηθισμένα δείγματα έχουν γενικά πάχος πολλών μικρών. Για να δείτε ολόκληρο το δείγμα, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε τον μηχανισμό λεπτομέρειας του μικροσκοπίου για να παρατηρήσετε σε στρώματα από πάνω προς τα κάτω.
(6) οπτικό πεδίο
Το οπτικό πεδίο ονομάζεται επίσης οπτικό πεδίο. Αναφέρεται στο εύρος του αντικειμένου υπό επιθεώρηση που μπορεί να δει το μικροσκόπιο ταυτόχρονα. Συνήθως θέλουμε το οπτικό πεδίο να είναι όσο το δυνατόν μεγαλύτερο. Το οπτικό πεδίο του μικροσκοπίου καθορίζεται από το οπτικό πεδίο του αντικειμενικού φακού και το οπτικό πεδίο του προσοφθάλμιου φακού. Το οπτικό πεδίο του συνηθισμένου αντικειμενικού φακού είναι μικρότερο από 20 mm και ο μεγάλος μπορεί να φτάσει περισσότερα από 40 mm. Το οπτικό πεδίο των συνηθισμένων προσοφθάλμιων φακών 10x είναι 14 mm και οι μεγάλοι μπορούν να φτάσουν περισσότερα από 24 mm. Μόλις σχεδιαστεί ο αντικειμενικός φακός και το προσοφθάλμιο, το οπτικό τους πεδίο σταθεροποιείται. Επειδή το οπτικό πεδίο ενός γενικού μικροσκοπίου είναι μικρό, είναι αδύνατο να δούμε ολόκληρο το δείγμα σε ένα οπτικό πεδίο, μόνο ένας πολύ μικρός κύκλος στο δείγμα μπορεί να φανεί. Επιπλέον, το μέγεθος του οπτικού πεδίου είναι αντιστρόφως ανάλογο με τη συνολική μεγέθυνση του μικροσκοπίου. Όσο μεγαλύτερη είναι η συνολική μεγέθυνση, τόσο μικρότερο είναι το οπτικό πεδίο. Η λύση είναι να χρησιμοποιήσετε το μηχανισμό κίνησης για να κάνετε κάθε μέρος του δείγματος να εισέλθει στο οπτικό πεδίο με τη σειρά και να παρατηρήσει με τη σειρά του.
(7) Φωτεινότητα καθρέφτη
Η φωτεινότητα του καθρέφτη αναφέρεται στη φωτεινότητα και το σκοτάδι της εικόνας του αντικειμένου που φαίνεται στο μικροσκόπιο. Προκειμένου να διευκολυνθεί η παρατήρηση, ελπίζουμε ότι η εικόνα που προκύπτει είναι πιο φωτεινή. Στην περίπτωση σταθερού εξωτερικού φωτός, η φωτεινότητα του καθρέφτη είναι ανάλογη με το τετράγωνο του αριθμητικού διαφράγματος και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της συνολικής μεγέθυνσης. Για να γίνει πιο φωτεινή η εικόνα, θα πρέπει να χρησιμοποιείται ένας αντικειμενικός φακός με μεγάλο αριθμητικό διάφραγμα με προσοφθάλμιο χαμηλής μεγέθυνσης. Για παράδειγμα, στην περίπτωση του ίδιου αντικειμενικού φακού, η χρήση ενός προσοφθάλμιου φακού 5X θα παράγει μια κατοπτρική εικόνα που είναι 4 φορές πιο φωτεινή από τη χρήση ενός προσοφθάλμιου φακού 10X.
Για μικροσκόπια που χρησιμοποιούν πηγές ηλεκτρικού φωτός, η φωτεινότητα του κατοπτρικού ειδώλου μπορεί να ελεγχθεί ρυθμίζοντας τη φωτεινότητα του φωτιστικού.
(8) Σαφήνεια
Η ευκρίνεια της απεικόνισης με μικροσκόπιο εξαρτάται από το οπτικό της σύστημα, ιδιαίτερα από την οπτική απόδοση του αντικειμενικού φακού. Σχετίζεται με το σχεδιασμό, την κατασκευή, τη χρήση και την αποθήκευση μικροσκοπίων. Είναι ένα σημαντικό και σύνθετο ζήτημα. Από την άποψη χρήσης και αποθήκευσης, οι κύριοι λόγοι που επηρεάζουν τη διαύγεια είναι: το πάχος του γυαλιού καλύμματος που χρησιμοποιείται δεν είναι κατάλληλο, η εστίαση δεν προσαρμόζεται στην ιδανική θέση, η συνολική μεγέθυνση είναι πολύ μεγάλη και ο φακός του λαδιού ο φακός δεν σκουπίζεται. Καθαρίστε, ωίδιο φακών, κ.λπ.
