¿En qué campos se utilizan principalmente los microscopios ópticos?
El microscopio científico es una herramienta científica antigua y joven. Tiene una historia de trescientos años desde su nacimiento. Los microscopios ópticos son ampliamente utilizados, como en biología, química, física, astronomía, etc. en algunos trabajos de investigación científica Todo sin microscopio.
En la actualidad, se ha convertido casi en la imagen aval de la ciencia y la tecnología. Basta ver su figura apareciendo con frecuencia en los reportajes de los medios de comunicación sobre ciencia y tecnología para darse cuenta de que esta afirmación es cierta.
En biología, el laboratorio es inseparable de este tipo de equipo experimental, que puede ayudar a los alumnos a estudiar el mundo desconocido; para entender el mundo.
Los hospitales son los lugares de aplicación más importantes para los microscopios, que se utilizan principalmente para verificar información como cambios en los fluidos corporales del paciente, gérmenes que invaden el cuerpo humano, cambios en la estructura del tejido celular, etc., y brindan a los médicos métodos de referencia y verificación para formular tratamientos. planes En microcirugía, el microscopio es la única herramienta para los médicos; en la agricultura, la cría, el control de plagas y otros trabajos no pueden prescindir de la ayuda del microscopio; en la producción industrial, la inspección del procesamiento y el ajuste del ensamblaje de piezas finas, y la investigación de las propiedades de los materiales son posibles con el microscopio. Un lugar para mostrar sus talentos; los investigadores criminales a menudo se basan en microscopios para analizar varios delitos microscópicos, como un medio importante para determinar el verdadero asesino; los departamentos de protección ambiental también necesitan microscopios para detectar varios contaminantes sólidos; ingenieros geológicos y mineros y reliquias culturales que usan los arqueólogos Las pistas encontradas por el microscopio pueden juzgar los depósitos minerales enterrados profundamente o inferir la polvorienta verdad histórica; incluso la vida diaria de las personas no puede prescindir del microscopio, como la industria de la belleza y la peluquería, que puede usar el microscopio para detectar la calidad de la piel y el cabello. Puede obtener los mejores resultados. Se puede ver cuán estrechamente integrado está el microscopio con la producción y la vida de las personas.
De acuerdo con los diferentes propósitos de aplicación, los microscopios se pueden clasificar aproximadamente en cuatro categorías: microscopios biológicos, microscopios metalográficos, microscopios estereoscópicos y microscopios polarizadores. Como su nombre lo indica, los microscopios biológicos se utilizan principalmente en biomedicina, y los objetos de observación son en su mayoría microcuerpos transparentes o translúcidos; los microscopios metalográficos se utilizan principalmente para observar la superficie de objetos opacos, como la estructura metalográfica y los defectos superficiales de los materiales; Si bien el objeto se magnifica y se visualiza, la orientación del objeto y la imagen en relación con el ojo humano también es consistente y hay una sensación de profundidad, que está en línea con los hábitos visuales convencionales de las personas; Los microscopios de polarización utilizan las características de transmisión o reflexión de diferentes materiales para que la luz polarizada distinga diferentes microobjetos Componente. Además, también se pueden subdividir algunos tipos especiales, como el microscopio biológico invertido o el microscopio de cultivo, que se utiliza principalmente para observar el cultivo a través del fondo del recipiente de cultivo; un microscopio de fluorescencia usa ciertas sustancias para absorber luz específica de longitud de onda más corta Las características de emitir luz específica de longitud de onda más larga para descubrir la existencia de estas sustancias y juzgar su contenido; el microscopio de comparación puede formar imágenes yuxtapuestas o superpuestas de dos objetos en el mismo campo de visión, para comparar las similitudes y diferencias de los dos objetos.
Los microscopios ópticos tradicionales se componen principalmente de sistemas ópticos y sus estructuras mecánicas de soporte. Los sistemas ópticos incluyen lentes de objetivo, oculares y lentes de condensador, todos los cuales son lupas complicadas hechas de varios vidrios ópticos. La lente del objetivo amplía la imagen de la muestra y su aumento M objeto se determina mediante la siguiente fórmula: M objeto=Δ∕f' objeto , donde f' objeto es la distancia focal de la lente del objetivo y Δ puede entenderse como la distancia entre la lente del objetivo y el ocular. El ocular vuelve a ampliar la imagen formada por la lente del objetivo y forma una imagen virtual a 250 mm frente al ojo humano para su observación. Esta es la posición de observación más cómoda para la mayoría de las personas. El aumento del ocular M eye=250/f' eye, f' eye es la distancia focal del ocular. El aumento total del microscopio es el producto de la lente del objetivo y el ocular, es decir, M=M objeto*M ojo=Δ*250/f' ojo *f; objeto. Se puede ver que reducir la distancia focal de la lente del objetivo y del ocular aumentará el aumento total, que es la clave para ver bacterias y otros microorganismos con un microscopio, y también es la diferencia entre este y las lupas ordinarias.
Entonces, ¿es concebible reducir la malla f' objeto f' sin límite, para aumentar la ampliación, de modo que podamos ver objetos más sutiles? ¡La respuesta es no! Esto se debe a que la luz que se utiliza para obtener imágenes es esencialmente un tipo de onda electromagnética, por lo que inevitablemente se producirán fenómenos de difracción e interferencia durante el proceso de propagación, al igual que las ondas en la superficie del agua que se pueden ver en la vida diaria cuando se encuentran con obstáculos. , y dos columnas de ondas de agua pueden fortalecerse mutuamente cuando se encuentran O debilitarse a la misma. Cuando la onda de luz emitida por un objeto luminoso en forma de punto ingresa a la lente del objetivo, el marco de la lente del objetivo dificulta la propagación de la luz, lo que produce difracción e interferencia. Hay una serie de anillos de luz con intensidad débil y debilitándose gradualmente. Llamamos al punto brillante central como el disco de Airy. Cuando dos puntos emisores de luz están cerca de cierta distancia, los dos puntos de luz se superpondrán hasta que no se puedan confirmar como dos puntos de luz. Rayleigh propuso un estándar de juicio, pensando que cuando la distancia entre los centros de los dos puntos de luz es igual al radio del disco de Airy, los dos puntos de luz se pueden distinguir. Después del cálculo, la distancia entre los dos puntos emisores de luz en este momento es e=0.61 入/n.sinA=0.61 I/NA, donde I es la longitud de onda de la luz, la longitud de onda de luz que puede recibir el ojo humano es de 0.4-0.7um, y n es el índice de refracción del medio donde se encuentra el punto emisor de luz, como en el aire, n ≈1, en agua, n≈1.33, y A es la mitad del ángulo de apertura del punto emisor de luz al marco de la lente del objetivo, y NA se denomina apertura numérica de la lente del objetivo. De la fórmula anterior se puede ver que la distancia entre dos puntos que se pueden distinguir por la lente del objetivo está limitada por la longitud de onda de la luz y la apertura numérica. Dado que la longitud de onda de la visión más aguda del ojo humano es de aproximadamente 0.5um, y el ángulo A no puede exceder los 90 grados, sinA siempre es menor que 1. El índice de refracción máximo de los disponibles medio de transmisión de luz es de aproximadamente 1,5, por lo que el valor e siempre es mayor que 0.2um, que es la distancia límite mínima que el microscopio óptico puede distinguir. Amplíe la imagen a través de un microscopio, si desea ampliar la distancia del punto del objeto e que puede ser resuelta por la lente del objetivo con un cierto valor de NA suficiente para ser resuelta por el ojo humano, necesita Me Mayor que o igual a {{26 }}.15 mm, donde {{30}}.15 mm es el valor experimental del ojo humano La distancia mínima entre dos microobjetos que se pueden distinguir a 250 mm frente a los ojos, por lo que M Mayor que o igual a (0.15∕0.61 in) NA≈500N.A, para que la observación no sea demasiado laboriosa, basta con duplicar la M, es decir, 500N. A Menor o igual a M Menor o igual a 1000N.A es un rango de selección razonable del aumento total del microscopio. No importa cuán grande sea el aumento total, no tiene sentido, porque la apertura numérica de la lente del objetivo ha limitado la distancia mínima de resolución y es imposible distinguir más al aumentar el aumento. Se detallan los objetos pequeños.
El contraste de imágenes es otra cuestión clave de los microscopios ópticos. El llamado contraste se refiere al contraste en blanco y negro o la diferencia de color entre las partes adyacentes en la superficie de la imagen. Es difícil para el ojo humano juzgar la diferencia de brillo por debajo de 0.02. es un poco más sensible. Para algunos objetos de observación con microscopio, como muestras biológicas, la diferencia de brillo entre los detalles es muy pequeña, y los errores de diseño y fabricación del sistema óptico del microscopio reducen aún más el contraste de la imagen y dificultan la distinción. En este momento, los detalles del objeto no se pueden ver con claridad, no porque el aumento total sea demasiado bajo, ni porque la apertura numérica de la lente del objetivo sea demasiado pequeña, sino porque el contraste del plano de la imagen es demasiado bajo.
A lo largo de los años, las personas han trabajado duro para mejorar la resolución y el contraste de imágenes del microscopio. Con el avance continuo de la tecnología y las herramientas informáticas, la teoría y los métodos de diseño óptico también se mejoran continuamente. Junto con la mejora del rendimiento de la materia prima, el proceso y La mejora continua de los métodos de detección y la innovación de los métodos de observación han hecho que la calidad de imagen del microscopio óptico se acerque a la perfección del límite de difracción. Las personas utilizarán tinción de muestras, campo oscuro, contraste de fase, fluorescencia, interferencia, polarización y otras técnicas de observación para hacer que el microscopio óptico pueda adaptarse a la investigación de todo tipo de muestras. Aunque los microscopios electrónicos, los microscopios ultrasónicos y otros instrumentos de aumento de imágenes han aparecido sucesivamente en los últimos años y tienen un rendimiento superior en algunos aspectos, todavía no están disponibles en términos de bajo costo, conveniencia, intuición y son especialmente adecuados para la investigación en organismos vivos. Rival del microscopio óptico, que todavía se mantiene firme. Por otro lado, combinado con láser, computadora, nueva tecnología de materiales y tecnología de la información, el microscopio óptico antiguo está rejuveneciendo y mostrando una vigorosa vitalidad. Microscopio digital, microscopio de barrido confocal láser, microscopio de barrido de campo cercano, microscopio de dos fotones y Hay varias funciones o instrumentos nuevos que pueden adaptarse a varias condiciones ambientales nuevas que emergen en un flujo interminable, lo que amplía aún más el campo de aplicación de los microscopios ópticos. ¡Qué emocionantes son las imágenes microscópicas de formaciones rocosas cargadas desde los rovers de Marte! Podemos creer plenamente que el microscopio óptico beneficiará a la humanidad con una actitud actualizada.
