Як можна покращити роздільну здатність мікроскопа?
Мікроскоп є одним з основних пристроїв для тестування обладнання, і важливим показником для оцінки продуктивності мікроскопа є роздільна здатність. Роздільна здатність означає здатність чітко розрізняти меншу відстань між двома маленькими точками або двома лініями. Людське око саме по собі є мікроскопом. За стандартних умов освітлення роздільна здатність людського ока на фотопічній відстані (міжнародно визнана як 25 см) приблизно дорівнює 1/10 мм. Для спостереження за двома прямими лініями, оскільки прямі лінії можуть стимулювати низку нервових клітин, роздільна здатність очей може бути покращена.
Роздільна здатність людського ока становить лише 1/10 мм, тому людське око не може розрізнити об’єкти менші за 1/10 мм або відстань між двома крихітними об’єктами ближче ніж 1/10 мм. Так з’явилися прості макроскопічні лупи, оптичні мікроскопи для мікроскопічних спостережень, а потім електронні мікроскопи. Роздільна здатність мікроскопа визначається як менша відстань між двома маленькими точками на зразку, які можна чітко розрізнити. Формула розрахунку: D=0.61λ/NA
У формулі: D – роздільна здатність (um); λ - довжина хвилі джерела світла (мкм); NA — числова апертура лінзи об’єктива (також називається світлосилою лінзи).
З формули можна отримати, що роздільна здатність мікроскопа визначається довжиною хвилі джерела падаючого світла та числовою апертурою відповідної лінзи об’єктива. Звідси видно, що методи вдосконалення оптичної мікроскопії:
1. Зменшіть довжину хвилі джерела світла.
Коротша довжина хвилі видимого світла становить 390нм. Якщо ультрафіолетове світло цієї довжини хвилі використовувати як джерело освітлення, роздільну здатність оптичного мікроскопа можна знизити до 0,2 мкм. Однак, оскільки більшість звичайних скляних матеріалів поглинають велику кількість світла з довжиною хвилі нижче 340 нм, ультрафіолетове світло не може сформувати чітке та яскраве зображення після значного ослаблення. Тому потрібно використовувати дорогі матеріали, такі як кварц (який може пропускати ультрафіолетове світло до 200 нм) і флюорит (який може пропускати ультрафіолетове світло до 185 нм), а в ультрафіолетових мікроскопах неможливо спостерігати неозброєним оком, навіть під спостереження за зразками. У поєднанні з високою вартістю цей метод покращення роздільної здатності мікроскопа не має широкого застосування через власні обмеження.
2. Збільшити числову апертуру NA лінзи об’єктива.
Числова апертура NA=n*sin(u)
У формулі n — показник заломлення середовища між лінзою об'єктива і зразком; u — половинний кут апертури лінзи об'єктива. Тому відповідне застосування більшого кута апертури в оптичній конструкції або збільшення показника заломлення стало звичайним методом покращення роздільної здатності оптичних мікроскопів. Як правило, середовище для лінз об’єктивів із низьким збільшенням, таких як об’єктиви нижче 10X, – це повітря з показником заломлення 1, тобто об’єктив із сухою системою; середовищем для занурення у воду є дистильована вода з показником заломлення 1,33; Середовище масляної іммерсійної лінзи об’єктива – це кедрова олія або інша прозора олія із середнім показником заломлення. Приблизно в 1,52 він близький до показника заломлення лінз і предметних стекол, таких як масляна лінза Olympus 100X. Водно-імерсійні об’єктиви та масляні іммерсійні об’єктиви не тільки мають високе збільшення, але також використовують середовища з високим показником заломлення для покращення роздільної здатності лінзи об’єктива.
