Ποιες είναι οι κύριες εφαρμογές των οπτικών μικροσκοπίων
Το οπτικό μικροσκόπιο είναι ένα αρχαίο και νέο επιστημονικό εργαλείο. Από τη γέννησή του έχει ιστορία τριακοσίων ετών. Τα οπτικά μικροσκόπια χρησιμοποιούνται ευρέως, όπως στη βιολογία, τη χημεία, τη φυσική, την αστρονομία κ.λπ. Σε ορισμένες επιστημονικές ερευνητικές εργασίες Όλα είναι αδιαχώριστα από το μικροσκόπιο.
Προς το παρόν, έχει γίνει σχεδόν μια υποστήριξη εικόνας της επιστήμης και της τεχνολογίας. Αρκεί να δείτε τις συχνές εμφανίσεις του σε αναφορές των μέσων ενημέρωσης σχετικά με την επιστήμη και την τεχνολογία για να δείτε ότι αυτό είναι αλήθεια.
Στη βιολογία, το εργαστήριο είναι αδιαχώριστο από αυτό το πειραματικό όργανο, το οποίο μπορεί να βοηθήσει τους μαθητές να μελετήσουν τον άγνωστο κόσμο. για να καταλάβεις τον κόσμο.
Τα νοσοκομεία είναι οι μεγαλύτεροι χώροι εφαρμογής για μικροσκόπια. Χρησιμοποιούνται κυρίως για την εξέταση αλλαγών στα σωματικά υγρά των ασθενών, βακτήρια που εισβάλλουν στο ανθρώπινο σώμα, αλλαγές στη δομή των κυττάρων κ.λπ., και παρέχουν στους γιατρούς μεθόδους αναφοράς και επαλήθευσης για τη διαμόρφωση σχεδίων θεραπείας. Στη μικροχειρουργική, το μικροσκόπιο είναι το μόνο εργαλείο του γιατρού. στη γεωργία, η αναπαραγωγή, ο έλεγχος παρασίτων και άλλες εργασίες δεν μπορούν να κάνουν χωρίς τη βοήθεια του μικροσκοπίου. στη βιομηχανική παραγωγή, είναι δυνατή η επεξεργασία, η επιθεώρηση και η συναρμολόγηση των λεπτών εξαρτημάτων και η μελέτη των ιδιοτήτων του υλικού. Ένα μέρος για να δείξουν τα ταλέντα τους. Οι ποινικοί ανακριτές συχνά βασίζονται σε μικροσκόπια για να αναλύσουν διάφορα μικροσκοπικά εγκλήματα, ως σημαντικό μέσο για τον προσδιορισμό του πραγματικού ένοχου. Τα τμήματα προστασίας του περιβάλλοντος χρησιμοποιούν επίσης μικροσκόπια για την ανίχνευση διαφόρων στερεών ρύπων. γεωλόγοι και μηχανικοί ορυχείων και πολιτιστικά κειμήλια και αρχαιολόγοι χρησιμοποιούν τη βοήθεια μικροσκοπίων. Οι ενδείξεις που βρέθηκαν από το μικροσκόπιο μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να κριθούν τα βαθιά υπόγεια ορυχεία ή να συναχθεί η αληθινή εικόνα της σκονισμένης ιστορίας. Ακόμη και η καθημερινή ζωή των ανθρώπων είναι αδιαχώριστη από το μικροσκόπιο, όπως η βιομηχανία ομορφιάς και κομμωτικής, η οποία μπορεί να χρησιμοποιήσει το μικροσκόπιο για να ανιχνεύσει το δέρμα, τα μαλλιά κ.λπ. Αποκτήστε τα καλύτερα αποτελέσματα. Μπορεί να φανεί πόσο στενά είναι ενσωματωμένο το μικροσκόπιο με την παραγωγή και τη ζωή των ανθρώπων.
Σύμφωνα με διαφορετικούς σκοπούς εφαρμογής, τα μικροσκόπια μπορούν να ταξινομηθούν χονδρικά και υπάρχουν τέσσερις κοινές κατηγορίες: βιολογικά μικροσκόπια, μεταλλογραφικά μικροσκόπια, στερεοσκοπικά μικροσκόπια και πολωτικά μικροσκόπια. Όπως υποδηλώνει το όνομα, τα βιολογικά μικροσκόπια χρησιμοποιούνται κυρίως στη βιοϊατρική και τα αντικείμενα παρατήρησης είναι κυρίως διαφανή ή ημιδιαφανή μικροσκοπικά σώματα. Τα μεταλλογραφικά μικροσκόπια χρησιμοποιούνται κυρίως για την παρατήρηση της επιφάνειας αδιαφανών αντικειμένων, όπως η μεταλλογραφική δομή και τα επιφανειακά ελαττώματα των υλικών. Όταν το αντικείμενο μεγεθύνεται και απεικονίζεται, καθιστά επίσης συνεπή τον προσανατολισμό του αντικειμένου και της εικόνας σε σχέση με το ανθρώπινο μάτι και έχει μια αίσθηση βάθους, η οποία είναι σύμφωνη με τις συμβατικές οπτικές συνήθειες των ανθρώπων. το μικροσκόπιο πολωμένου φωτός χρησιμοποιεί τα χαρακτηριστικά μετάδοσης ή ανάκλασης διαφορετικών υλικών στο πολωμένο φως για να διακρίνει διαφορετικά μικροαντικείμενα. Επιπλέον, ορισμένοι ειδικοί τύποι μπορούν επίσης να υποδιαιρεθούν, όπως ένα ανεστραμμένο βιολογικό μικροσκόπιο ή ένα μικροσκόπιο καλλιέργειας, το οποίο είναι ένα βιολογικό μικροσκόπιο που χρησιμοποιείται κυρίως για την παρατήρηση της καλλιέργειας μέσω του πυθμένα του δοχείου καλλιέργειας. το μικροσκόπιο φθορισμού χρησιμοποιεί ορισμένες ουσίες για την απορρόφηση συγκεκριμένου φωτός μικρότερου μήκους κύματος και Τα χαρακτηριστικά της εκπομπής φωτός συγκεκριμένου μεγαλύτερου μήκους κύματος, για να βρει την ύπαρξη αυτών των ουσιών και να καθορίσει την περιεκτικότητά τους. Τα συγκριτικά μικροσκόπια μπορούν να σχηματίσουν δίπλα-δίπλα ή επάλληλες εικόνες δύο αντικειμένων στο ίδιο οπτικό πεδίο, έτσι ώστε να συγκρίνουν τις ομοιότητες και τις διαφορές των δύο αντικειμένων.
Τα παραδοσιακά οπτικά μικροσκόπια αποτελούνται κυρίως από οπτικά συστήματα και τις μηχανικές δομές που τα υποστηρίζουν. Τα οπτικά συστήματα περιλαμβάνουν αντικειμενικούς φακούς, προσοφθάλμιους φακούς και συμπυκνωτές, οι οποίοι είναι περίπλοκοι μεγεθυντικοί φακοί κατασκευασμένοι από διάφορα οπτικά γυαλιά. Ο αντικειμενικός φακός μεγεθύνει το δείγμα και η μεγέθυνσή του M καθορίζεται από τον ακόλουθο τύπο: M αντικείμενο =Δ∕f'object , όπου f'object είναι η εστιακή απόσταση του αντικειμενικού φακού και το Δ μπορεί να γίνει κατανοητό ως την απόσταση μεταξύ του αντικειμενικού φακού και του προσοφθάλμιου φακού. Το προσοφθάλμιο μεγεθύνει ξανά την εικόνα που σχηματίζεται από τον αντικειμενικό φακό, σχηματίζοντας μια εικονική εικόνα στα 250 mm μπροστά στα μάτια των ανθρώπων για παρατήρηση. Αυτή είναι η πιο άνετη θέση παρατήρησης για τους περισσότερους ανθρώπους. Η μεγέθυνση του προσοφθάλμιου είναι M eye=250/f' eye, f' eye είναι η εστιακή απόσταση του προσοφθάλμιου. Η συνολική μεγέθυνση του μικροσκοπίου είναι το γινόμενο του αντικειμενικού φακού και του προσοφθάλμιου φακού, δηλαδή, M=Mobject*Meye=Δ*250∕f'eye*f;object. Μπορεί να φανεί ότι η μείωση της εστιακής απόστασης του αντικειμενικού φακού και του προσοφθάλμιου φακού θα αυξήσει τη συνολική μεγέθυνση, η οποία είναι το κλειδί για την προβολή μικροοργανισμών όπως τα βακτήρια με μικροσκόπιο, και είναι επίσης η διαφορά μεταξύ αυτού και των συνηθισμένων μεγεθυντικών φακών.
Λοιπόν, είναι δυνατόν να μειωθεί άπειρα το f' αντικειμένου f' mesh προκειμένου να αυξηθεί η μεγέθυνση ώστε να μπορούμε να δούμε πιο λεπτά αντικείμενα; Η απάντηση είναι όχι! Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το φως που χρησιμοποιείται για την απεικόνιση είναι ουσιαστικά ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα, επομένως η περίθλαση και η παρεμβολή θα προκύψουν αναπόφευκτα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας διάδοσης, όπως ακριβώς οι κυματισμοί στην επιφάνεια του νερού που βλέπουμε στην καθημερινή ζωή μπορούν να παρακάμψουν όταν συναντάμε εμπόδια και όταν δύο στήλες των κυμάτων του νερού συναντώνται, μπορούν να ενισχύσουν το ένα το άλλο. ή εξασθενημένος. Όταν το κύμα φωτός που εκπέμπεται από ένα σημείου σχήματος σημείου αντικειμένου που εκπέμπει φως εισέρχεται στον αντικειμενικό φακό, το πλαίσιο του αντικειμενικού φακού εμποδίζει τη διάδοση του φωτός, με αποτέλεσμα την περίθλαση και την παρεμβολή. Υπάρχει μια σειρά από φωτοστέφανα με ασθενή και σταδιακά εξασθενημένη ένταση. Ονομάζουμε το κεντρικό φωτεινό σημείο Αέρινο δίσκο. Όταν τα δύο σημεία εκπομπής φωτός βρίσκονται κοντά σε μια ορισμένη απόσταση, τα δύο φωτεινά σημεία θα επικαλύπτονται μέχρι να μην μπορούν να επιβεβαιωθούν ως δύο φωτεινά σημεία. Ο Rayleigh πρότεινε ένα κριτήριο, το οποίο είναι ότι όταν η απόσταση μεταξύ των κέντρων των δύο φωτεινών κηλίδων είναι ίση με την ακτίνα του Airy δίσκου, μπορούν να διακριθούν τα δύο φωτεινά σημεία. Μετά τον υπολογισμό, η απόσταση μεταξύ των δύο σημείων εκπομπής φωτός αυτή τη στιγμή είναι e=0.61 ∕n.sinA=0.61 Σε ∕ NA , στον τύπο, in είναι το μήκος κύματος του φωτός κύμα, το μήκος κύματος του κύματος φωτός που μπορεί να λάβει το ανθρώπινο μάτι είναι περίπου 0.4-0.7um, n είναι ο δείκτης διάθλασης του μέσου όπου βρίσκεται το σημείο εκπομπής φωτός, όπως στο ο αέρας, n≈1, στο νερό , n≈1,33 και A είναι το ήμισυ της γωνίας ανοίγματος του φωτεινού σημείου προς το πλαίσιο του αντικειμενικού φακού και NA ονομάζεται αριθμητικό άνοιγμα του αντικειμενικού φακού. Μπορεί να φανεί από τον παραπάνω τύπο ότι η απόσταση μεταξύ των δύο σημείων που μπορεί να διακρίνει ο αντικειμενικός φακός περιορίζεται από το μήκος κύματος του φωτός και το αριθμητικό άνοιγμα. Δεδομένου ότι το μήκος κύματος του πιο αιχμηρού ανθρώπινου ματιού είναι περίπου 0,5um, η γωνία Α δεν μπορεί να υπερβαίνει τις 90 μοίρες και το sinA είναι πάντα μικρότερο από 1. Ο μέγιστος δείκτης διάθλασης για το διαθέσιμο μέσο μετάδοσης φωτός είναι περίπου 1,5, επομένως η τιμή e είναι πάντα μεγαλύτερη από 0.2um, που είναι η μικρότερη οριακή απόσταση που μπορεί να επιλύσει ένα οπτικό μικροσκόπιο. Μέσω της μεγέθυνσης μικροσκοπίου, εάν θέλετε να μεγεθύνετε την απόσταση του σημείου αντικειμένου e που μπορεί να επιλυθεί από έναν αντικειμενικό φακό με μια συγκεκριμένη τιμή ΝΑ που είναι αρκετή για να διακρίνεται από το ανθρώπινο μάτι, Με μεγαλύτερο ή ίσο με 0.15 mm, όπου {{30}}.15mm είναι το πειραματικά ληφθέν ανθρώπινο μάτι Η ελάχιστη απόσταση μεταξύ δύο μικροαντικειμένων τοποθετημένων 250mm μπροστά από τα μάτια που μπορεί να διακριθεί, άρα M Μεγαλύτερο ή ίσο με (0,15∕0,61 σε) NA≈500N.A, για να μην είναι πολύ επίπονη η παρατήρηση, αρκεί να διπλασιαστεί το M, δηλαδή 500N. A Μικρότερο ή ίσο με M Μικρότερο ή ίσο με 1000N.A είναι ένα εύλογο εύρος επιλογής για τη συνολική μεγέθυνση του μικροσκοπίου. Ανεξάρτητα από το πόσο μεγάλη είναι η συνολική μεγέθυνση, δεν έχει νόημα, επειδή το αριθμητικό διάφραγμα του αντικειμενικού φακού έχει περιορίσει την ελάχιστη αναλύσιμη απόσταση. Τα μικρά αντικείμενα είναι λεπτομερή.
Η αντίθεση απεικόνισης είναι ένα άλλο βασικό ζήτημα στα οπτικά μικροσκόπια. Η λεγόμενη αντίθεση είναι η ασπρόμαυρη αντίθεση ή διαφορά χρώματος μεταξύ γειτονικών τμημάτων στην επιφάνεια της εικόνας. Είναι δύσκολο για το ανθρώπινο μάτι να κρίνει τη διαφορά στη φωτεινότητα κάτω από το 0.02. λίγο πιο ευαίσθητο. Ορισμένα αντικείμενα παρατήρησης με μικροσκόπιο, όπως τα βιολογικά δείγματα, έχουν πολύ μικρή διαφορά στη φωτεινότητα μεταξύ των λεπτομερειών. Επιπλέον, τα σφάλματα σχεδιασμού και κατασκευής του οπτικού συστήματος μικροσκοπίου μειώνουν περαιτέρω την αντίθεση απεικόνισης και καθιστούν δύσκολη τη διάκριση. Αυτή τη στιγμή, οι λεπτομέρειες του αντικειμένου δεν μπορούν να φανούν καθαρά, όχι επειδή η συνολική μεγέθυνση είναι πολύ χαμηλή. , δεν οφείλεται στο ότι το αριθμητικό διάφραγμα του αντικειμενικού φακού είναι πολύ μικρό, αλλά επειδή η αντίθεση της επιφάνειας της εικόνας είναι πολύ χαμηλή.
Με τα χρόνια, οι άνθρωποι έχουν εργαστεί σκληρά για να βελτιώσουν την ικανότητα ανάλυσης και την αντίθεση απεικόνισης των μικροσκοπίων. Με τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας και των εργαλείων των υπολογιστών, η θεωρία και οι μέθοδοι οπτικού σχεδιασμού επίσης βελτιώνονται συνεχώς. Η συνεχής βελτίωση των μεθόδων ανίχνευσης και η καινοτομία των μεθόδων παρατήρησης έχουν κάνει την ποιότητα απεικόνισης των οπτικών μικροσκοπίων κοντά στον τέλειο βαθμό περιθλάσεως ορίου. Μπορεί να προσαρμοστεί στην έρευνα κάθε είδους δειγμάτων. Αν και τα όργανα μεγέθυνσης και απεικόνισης όπως το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο και το μικροσκόπιο υπερήχων έχουν κυκλοφορήσει διαδοχικά τα τελευταία χρόνια, έχουν πλεονεκτική απόδοση από ορισμένες απόψεις, αλλά δεν μπορούν να είναι φθηνά, βολικά και διαισθητικά, ειδικά κατάλληλα για την έρευνα ζωντανών οργανισμών. Αντίπαλα μικροσκόπια φωτός, τα οποία εξακολουθούν να κρατούν σταθερά το έδαφος τους. Από την άλλη, σε συνδυασμό με λέιζερ, υπολογιστή, νέα τεχνολογία υλικών και πληροφορική, το αρχαίο οπτικό μικροσκόπιο αναζωογονεί και δείχνει έντονη ζωτικότητα. Ψηφιακό μικροσκόπιο, λέιζερ ομοεστιακό μικροσκόπιο σάρωσης, μικροσκόπιο σάρωσης κοντινού πεδίου, μικροσκόπιο δύο φωτονίων και όργανα με διάφορες νέες λειτουργίες ή προσαρμόσιμα σε διάφορες νέες περιβαλλοντικές συνθήκες αναδύονται σε μια ατελείωτη ροή, επεκτείνοντας περαιτέρω το πεδίο εφαρμογής των οπτικών μικροσκοπίων, για παράδειγμα. Πόσο συναρπαστικές είναι οι μικροσκοπικές εικόνες από βραχώδεις σχηματισμούς που ανέβηκαν από το ρόβερ του Άρη! Μπορούμε να πιστέψουμε πλήρως ότι το οπτικό μικροσκόπιο θα ωφελήσει την ανθρωπότητα με μια νέα στάση.
