Назвіть основні сфери застосування оптичних мікроскопів
Оптичний мікроскоп — давній і молодий науковий інструмент. З моменту свого народження вона налічує триста років історії. Оптичні мікроскопи широко використовуються, наприклад, у біології, хімії, фізиці, астрономії тощо. У деяких наукових дослідженнях все це невіддільне від мікроскопа.
В даний час він став майже іміджевою підтримкою науки і техніки. Щоб переконатися, що це правда, потрібно лише побачити його часту появу в ЗМІ про науку та технології.
У біології лабораторія невіддільна від цього експериментального приладу, який може допомогти учням вивчати невідомий світ; щоб зрозуміти світ.
Лікарні є найбільшими місцями застосування мікроскопів. Вони в основному використовуються для вивчення змін в біологічних рідинах пацієнтів, бактерій, які вторгаються в організм людини, змін у структурі клітин тощо, а також надають лікарям довідкові та верифікаційні методи для формулювання планів лікування. У мікрохірургії мікроскоп є єдиним інструментом лікаря; у сільському господарстві, селекції, боротьбі зі шкідниками та інших роботах не обійтися без допомоги мікроскопа; у промисловому виробництві можлива обробка, перевірка і налагодження складання тонких деталей, а також вивчення властивостей матеріалів. Місце для прояву своїх талантів; кримінальні слідчі часто покладаються на мікроскопи для аналізу різних мікроскопічних злочинів, як на важливий засіб визначення справжнього винуватця; відділи охорони навколишнього середовища також використовують мікроскопи для виявлення різних твердих забруднюючих речовин; інженери-геологи та гірники, культурні реліквії та археологи користуються допомогою мікроскопів. Підказки, знайдені мікроскопом, можуть бути використані, щоб судити про глибокі підземні шахти або зробити висновок про справжнє зображення запорошеної історії; навіть повсякденне життя людей невіддільне від мікроскопа, як-от індустрія краси та перукарні, яка може використовувати мікроскоп для виявлення шкіри, волосся тощо. Отримайте найкращі результати. Можна побачити, наскільки тісно мікроскоп інтегрований у виробництво та життя людей.
За різними цілями застосування мікроскопи можна приблизно класифікувати, і існує чотири загальні категорії: біологічні мікроскопи, металографічні мікроскопи, стереомікроскопи та поляризаційні мікроскопи. Як випливає з назви, біологічні мікроскопи в основному використовуються в біомедицині, а об'єктами спостереження є переважно прозорі або напівпрозорі мікроскопічні тіла; металографічні мікроскопи в основному використовуються для спостереження поверхні непрозорих об'єктів, таких як металографічна структура та поверхневі дефекти матеріалів; Коли об’єкт збільшено та зображено, це також робить орієнтацію об’єкта та зображення відносно людського ока узгодженою та створює відчуття глибини, що відповідає звичайним візуальним звичкам людей; мікроскоп з поляризованим світлом використовує характеристики пропускання або відбиття різних матеріалів для поляризованого світла, щоб розрізняти різні мікрооб’єкти. Крім того, деякі спеціальні типи також можна розділити, такі як перевернутий біологічний мікроскоп або культуральний мікроскоп, який є біологічним мікроскопом, який в основному використовується для спостереження за культурою через дно посудини з культурою; флуоресцентний мікроскоп використовує певні речовини для поглинання певного світла з короткою довжиною хвилі та характеристики випромінювання специфічного світла з довшою довжиною хвилі, щоб знайти існування цих речовин і визначити їх вміст; порівняльні мікроскопи можуть формувати поряд або накладені зображення двох об’єктів в одному полі зору, щоб порівняти подібності та відмінності двох об’єктів.
Традиційні оптичні мікроскопи в основному складаються з оптичних систем і механічних структур, які їх підтримують. До оптичних систем відносяться лінзи об'єктивів, окуляри і конденсори - складні збільшувальні скла, виготовлені з різних оптичних стекол. Лінза об’єктива збільшує зразок, а її збільшення M визначається такою формулою: M об’єкт =Δ∕f’об’єкт , де f’об’єкт — фокусна відстань лінзи об’єктива, а Δ можна розуміти як відстань між лінзою об’єктива та окуляром. Окуляр знову збільшує зображення, сформоване об’єктивом, утворюючи віртуальне зображення на відстані 250 мм перед очима людей для спостереження. Це найзручніше положення для спостереження для більшості людей. Збільшення окуляра становить M око=250/f' око, f' око — фокусна відстань окуляра. Загальне збільшення мікроскопа є добутком лінзи об’єктива й окуляра, тобто M=Object*Meye=Δ*250∕f'eye*f;object. Можна побачити, що зменшення фокусної відстані лінзи об’єктива та окуляра збільшить загальне збільшення, яке є ключем до того, щоб побачити мікроорганізми, такі як бактерії, за допомогою мікроскопа, і це також відмінність між ним і звичайними збільшувальними окулярами.
Отже, чи можна нескінченно зменшувати сітку f' об'єкта f', щоб збільшити збільшення, щоб ми могли бачити більш тонкі об'єкти? Відповідь - ні! Це пов’язано з тим, що світло, яке використовується для отримання зображень, по суті, є електромагнітною хвилею, тому дифракція та інтерференція неминуче виникнуть під час процесу розповсюдження, подібно до того, як брижі на поверхні води, які ми бачимо в повсякденному житті, можуть об’їжджати, стикаючись з перешкодами, і коли дві колони коли хвилі води зустрічаються, вони можуть зміцнювати одна одну. або ослаблений. Коли світлова хвиля, що випромінюється від точки світловипромінюючого об’єкта у формі точки, потрапляє в лінзу об’єктива, рамка лінзи об’єктива перешкоджає поширенню світла, що призводить до дифракції та інтерференції. Виникає серія гало зі слабкою і поступово слабшаючою інтенсивністю. Центральну яскраву пляму ми називаємо диском Ейрі. Коли дві точки випромінювання світла знаходяться на певній відстані, дві світлові плями перекриватимуться, доки їх не буде неможливо підтвердити як дві світлові плями. Релей запропонував критерій, який полягає в тому, що коли відстань між центрами двох світлових плям дорівнює радіусу диска Ейрі, дві світлові плями можна розрізнити. Після обчислення відстань між двома точками випромінювання світла в цей момент становить e=0.61 ∕n.sinA=0.61 In ∕ NA , у формулі in — довжина хвилі світла довжина хвилі світлової хвилі, яку може сприйняти людське око, становить приблизно 0.4-0.7um, n — показник заломлення середовища, де розташована точка випромінювання світла, наприклад, повітря, n≈1, у воді, n≈1,33, і A дорівнює половині кута розкриття світлової точки до оправи лінзи об’єктива, а NA називається числовою апертурою лінзи об’єктива. З наведеної вище формули видно, що відстань між двома точками, які може розрізнити лінза об’єктива, обмежена довжиною хвилі світла та числовою апертурою. Оскільки довжина хвилі найгострішого людського ока становить близько 0,5 мкм, кут A не може перевищувати 90 градусів, а sinA завжди менше 1. Максимальний показник заломлення для доступного середовища, що пропускає світло приблизно 1,5, тому значення e завжди більше за 0.2um, що є найменшою граничною відстанню, яку може розрізнити оптичний мікроскоп. За допомогою збільшення мікроскопа, якщо ви хочете збільшити відстань до точки об’єкта e, яку можна розділити лінзою об’єктива з певним значенням NA, достатнім для розрізнення людським оком, Me Більше або дорівнює 0.15 мм, де {{30}}.15 мм — експериментально отримане людське око Мінімальна відстань між двома мікрооб’єктами, розташованими на відстані 250 мм перед очима, які можна розрізнити, тому M Більше або дорівнює (0,15∕0,61 в) NA≈500N.A, щоб спостереження не було надто трудомістким, достатньо подвоїти M, тобто 500N. A Менше або дорівнює M Менше або дорівнює 1000N.A є розумним діапазоном вибору для загального збільшення мікроскопа. Яким би великим не було загальне збільшення, воно безглузде, оскільки числова апертура лінзи об’єктива обмежує мінімальну роздільну відстань. Дрібні предмети деталізовані.
Контраст зображення є ще одним ключовим питанням в оптичних мікроскопах. Так званий контраст — це чорно-білий контраст або різниця кольорів між суміжними частинами на поверхні зображення. Людському оку важко оцінити різницю в яскравості нижче 0.02. трохи чутливіші. Деякі об’єкти спостереження під мікроскопом, такі як біологічні зразки, мають дуже незначну різницю в яскравості між деталями. Крім того, помилки конструкції та виготовлення оптичної системи мікроскопа ще більше зменшують контраст зображення та ускладнюють розрізнення. У цей час деталі об’єкта не видно чітко не тому, що загальне збільшення занадто мале. , це не тому, що числова апертура лінзи об’єктива занадто мала, а тому, що контраст поверхні зображення занадто низький.
Протягом багатьох років люди наполегливо працювали над покращенням роздільної здатності та контрастності зображення мікроскопів. З безперервним прогресом комп’ютерних технологій та інструментів теорія та методи оптичного дизайну також постійно вдосконалюються. Постійне вдосконалення методів виявлення та інновації методів спостереження зробили якість зображення оптичних мікроскопів близькою до ідеальної межі дифракції. Він може адаптуватися до дослідження всіх видів зразків. Незважаючи на те, що збільшувальні прилади та прилади для формування зображень, такі як електронний мікроскоп та ультразвуковий мікроскоп, з’явилися послідовно в останні роки, вони мають перевагу в деяких аспектах, але вони все ще не можуть бути дешевими, зручними та інтуїтивно зрозумілими, особливо придатними для дослідження живих організмів. Світлові мікроскопи-конкуренти, які все ще міцно тримають позицію. З іншого боку, у поєднанні з лазером, комп’ютером, технологіями нових матеріалів та інформаційними технологіями стародавній оптичний мікроскоп омолоджується та демонструє сильну життєву силу. Цифровий мікроскоп, лазерний конфокальний скануючий мікроскоп, скануючий мікроскоп ближнього поля, двофотонний мікроскоп та інструменти з різноманітними новими функціями або адаптованими до різноманітних нових умов навколишнього середовища з’являються нескінченним потоком, ще більше розширюючи область застосування оптичних мікроскопів, як приклад. Наскільки ж захоплюючі мікроскопічні зображення гірських утворень, завантажені з марсохода! Ми можемо цілком вірити, що оптичний мікроскоп принесе користь людству завдяки новому ставленню.
