Quines són les principals aplicacions dels microscopis òptics
El microscopi òptic és una eina científica antiga i jove. Des del seu naixement, té una història de tres-cents anys. Els microscopis òptics són molt utilitzats, com en biologia, química, física, astronomia, etc. En alguns treballs de recerca científica, tot és inseparable del microscopi.
Actualment, gairebé s'ha convertit en un aval d'imatge de la ciència i la tecnologia. Només cal veure les seves aparicions freqüents als informes dels mitjans de comunicació sobre ciència i tecnologia per veure que això és cert.
En biologia, el laboratori és inseparable d'aquest instrument experimental, que pot ajudar els aprenents a estudiar el món desconegut; per entendre el món.
Els hospitals són els llocs d'aplicació més grans dels microscopis. S'utilitzen principalment per examinar els canvis en els fluids corporals dels pacients, els bacteris que envaeixen el cos humà, els canvis en l'estructura cel·lular, etc., i proporcionen als metges mètodes de referència i verificació per formular plans de tractament. En microcirurgia, el microscopi és l'única eina del metge; en l'agricultura, la cria, el control de plagues i altres treballs no poden prescindir de l'ajuda del microscopi; en la producció industrial, és possible el processament, la inspecció i l'ajust de muntatge de peces fines i l'estudi de les propietats del material. Un lloc per mostrar els seus talents; els investigadors criminals sovint confien en els microscopis per analitzar diversos crims microscòpics, com a mitjà important per determinar el veritable culpable; Els departaments de protecció del medi ambient també utilitzen microscopis per detectar diversos contaminants sòlids; Els enginyers geològics i de mines i les relíquies culturals i els arqueòlegs utilitzen l'ajuda dels microscopis. Les pistes trobades pel microscopi es poden utilitzar per jutjar les mines subterrànies profundes o inferir la imatge real de la història polsegosa; Fins i tot la vida quotidiana de les persones és inseparable del microscopi, com ara la indústria de la bellesa i la perruqueria, que pot utilitzar el microscopi per detectar la pell, els cabells, etc. Obtenir els millors resultats. Es pot veure fins a quin punt el microscopi està integrat amb la producció i la vida de les persones.
Segons els diferents propòsits d'aplicació, els microscopis es poden classificar aproximadament i hi ha quatre categories comunes: microscopis biològics, microscopis metal·logràfics, estereomicroscopis i microscopis polaritzadors. Com el seu nom indica, els microscopis biològics s'utilitzen principalment en biomedicina, i els objectes d'observació són majoritàriament cossos microscòpics transparents o translúcids; Els microscopis metalogràfics s'utilitzen principalment per observar la superfície d'objectes opacs, com ara l'estructura metal·logràfica i els defectes superficials dels materials; Quan l'objecte s'amplia i s'imatge, també fa que l'orientació de l'objecte i la imatge respecte a l'ull humà sigui coherent i té una sensació de profunditat, que s'ajusta als hàbits visuals convencionals de les persones; el microscopi de llum polaritzada utilitza les característiques de transmissió o reflexió de diferents materials a la llum polaritzada per distingir diferents microobjectes Component. A més, també es poden subdividir alguns tipus especials, com ara un microscopi biològic invertit o un microscopi de cultiu, que és un microscopi biològic utilitzat principalment per observar el cultiu a través del fons del recipient de cultiu; el microscopi de fluorescència utilitza determinades substàncies per absorbir la llum específica de longitud d'ona més curta i Les característiques d'emetre llum específica de longitud d'ona més llarga, per trobar l'existència d'aquestes substàncies i determinar el seu contingut; Els microscopis de comparació poden formar imatges una al costat de l'altra o superposades de dos objectes en el mateix camp de visió, per tal de comparar les semblances i diferències dels dos objectes.
Els microscopis òptics tradicionals estan formats principalment per sistemes òptics i les estructures mecàniques que els suporten. Els sistemes òptics inclouen lents objectius, oculars i condensadors, que són complicades lupes fetes de diverses ulleres òptiques. La lent objectiu augmenta l'exemplar, i la seva ampliació M ve determinada per la fórmula següent: M object =Δ∕f'object , on f'object és la distància focal de la lent objectiu, i Δ es pot entendre com la distància entre la lent de l'objectiu i l'ocular. L'ocular torna a augmentar la imatge formada per la lent de l'objectiu, formant una imatge virtual a 250 mm davant dels ulls de la gent per a l'observació. Aquesta és la posició d'observació més còmoda per a la majoria de la gent. L'augment de l'ocular és M eye=250/f' ull, f' eye és la distància focal de l'ocular. L'augment total del microscopi és el producte de la lent de l'objectiu i l'ocular, és a dir, M=Mobject*Meye{=Δ*250∕f'eye*f;objecte. Es pot veure que reduir la distància focal de la lent de l'objectiu i de l'ocular augmentarà la magnificació total, que és la clau per veure microorganismes com els bacteris amb un microscopi, i també és la diferència entre aquest i les lupes ordinàries.
Aleshores, és concebible reduir infinitament la malla f' object f' per augmentar l'ampliació de manera que puguem veure objectes més subtils? La resposta és no! Això es deu al fet que la llum utilitzada per a la imatge és essencialment una ona electromagnètica, de manera que la difracció i la interferència es produiran inevitablement durant el procés de propagació, de la mateixa manera que les ondulacions a la superfície de l'aigua que veiem a la vida diària poden desviar-se quan ens trobem amb obstacles i quan dues columnes. de les ones d'aigua es troben, es poden enfortir mútuament. o debilitat. Quan l'ona de llum emesa des d'un punt d'objecte emissor de llum en forma de punt entra a la lent de l'objectiu, el marc de la lent de l'objectiu dificulta la propagació de la llum, donant lloc a difracció i interferències. Hi ha una sèrie d'halos amb una intensitat feble i debilitant gradualment. Anomenem el punt brillant central un disc Airy. Quan els dos punts emissors de llum estiguin a prop d'una certa distància, els dos punts de llum es superposaran fins que no es puguin confirmar com a dos punts de llum. Rayleigh va proposar un criteri, que és que quan la distància entre els centres dels dos punts de llum és igual al radi del disc Airy, es poden distingir els dos punts de llum. Després del càlcul, la distància entre els dos punts emissors de llum en aquest moment és e=0.61 ∕n.sinA{{=0.61 In ∕ NA , a la fórmula, in és la longitud d'ona de la llum ona, la longitud d'ona de l'ona de llum que l'ull humà pot rebre és d'aproximadament 0.4-0.7um, n és l'índex de refracció del medi on es troba el punt emissor de llum, com ara en l'aire, n≈1, a l'aigua, n≈1,33, i A és la meitat de l'angle d'obertura del punt lluminós respecte al marc de la lent de l'objectiu, i NA s'anomena obertura numèrica de la lent de l'objectiu. A partir de la fórmula anterior es pot veure que la distància entre els dos punts que la lent objectiu pot distingir està limitada per la longitud d'ona de la llum i l'obertura numèrica. Com que la longitud d'ona de l'ull humà més nítid és d'aproximadament 0,5um, l'angle A no pot superar els 90 graus, i sinA sempre és inferior a 1. L'índex de refracció màxim per al medi de transmissió de llum disponible és d'aproximadament 1,5, de manera que el valor e sempre és superior a 0.2um, que és la distància límit més petita que pot resoldre un microscopi òptic. Mitjançant l'ampliació del microscopi, si voleu augmentar la distància del punt d'objecte e que es pot resoldre amb una lent objectiu amb un cert valor de NA suficient per distingir-lo per l'ull humà, Me Major o igual a 0,15 mm, on {{30}},15 mm és l'ull humà obtingut experimentalment La distància mínima entre dos microobjectes situats 250 mm davant dels ulls que es poden distingir, per tant M Major o igual a (0,15∕0,61 in) NA≈500N.A, per tal que l'observació no sigui massa laboriosa, n'hi ha prou amb doblar M, és a dir, 500N. A Menor o igual a M Menor o igual a 1000 N.A és un rang de selecció raonable per a l'ampliació total del microscopi. Per gran que sigui l'ampliació total, no té sentit, perquè l'obertura numèrica de la lent de l'objectiu ha limitat la distància mínima resoluble. Es detallen objectes petits.
El contrast d'imatge és un altre tema clau en els microscopis òptics. L'anomenat contrast és el contrast en blanc i negre o la diferència de color entre les parts adjacents a la superfície de la imatge. És difícil per a l'ull humà jutjar la diferència de brillantor per sota de 0.02. una mica més sensible. Alguns objectes d'observació al microscopi, com els exemplars biològics, tenen molt poca diferència de brillantor entre els detalls. A més, els errors de disseny i fabricació del sistema òptic del microscopi redueixen encara més el contrast de la imatge i dificulten la seva distinció. En aquest moment, els detalls de l'objecte no es poden veure amb claredat, no perquè l'augment total sigui massa baix. , no és perquè l'obertura numèrica de la lent de l'objectiu sigui massa petita, sinó perquè el contrast de la superfície de la imatge és massa baix.
Al llarg dels anys, la gent ha treballat dur per millorar el poder de resolució i el contrast d'imatges dels microscopis. Amb l'avenç continu de la tecnologia i les eines informàtiques, la teoria i els mètodes de disseny òptic també milloren constantment. La millora contínua dels mètodes de detecció i la innovació dels mètodes d'observació han fet que la qualitat d'imatge dels microscopis òptics s'apropi al límit del grau de difracció perfecte. Es pot adaptar a la recerca de tot tipus d'exemplars. Tot i que els instruments d'augment i d'imatge com el microscopi electrònic i el microscopi ultrasònic han sortit successivament en els darrers anys, tenen un rendiment avantatjós en alguns aspectes, però encara no poden ser barats, còmodes i intuïtius, especialment adequats per a la investigació d'organismes vius. Microscopis de llum rivals, que encara mantenen el seu terreny fermament. D'altra banda, combinat amb làser, ordinador, tecnologia de nous materials i tecnologia de la informació, l'antic microscopi òptic s'està rejovenint i mostra una forta vitalitat. Microscopi digital, microscopi d'exploració confocal làser, microscopi d'escaneig de camp proper, microscopi de dos fotons i instruments amb diverses funcions noves o adaptables a diverses noves condicions ambientals sorgeixen en un corrent infinit, ampliant encara més el camp d'aplicació dels microscopis òptics, com a exemple. Què emocionants són les imatges microscòpiques de formacions rocoses penjades des del rover de Mart! Podem creure plenament que el microscopi òptic beneficiarà la humanitat amb una nova actitud.
