¿Cuáles son las principales aplicaciones de los microscopios ópticos?
El microscopio óptico es una herramienta científica antigua y joven. Desde su nacimiento, tiene una historia de trescientos años. Los microscopios ópticos se utilizan ampliamente, como en biología, química, física, astronomía, etc. En algunos trabajos de investigación científica, todo es inseparable del microscopio.
En la actualidad, se ha convertido casi en una imagen aval de la ciencia y la tecnología. Basta con ver sus frecuentes apariciones en reportajes de prensa sobre ciencia y tecnología para darse cuenta de que esto es cierto.
En biología, el laboratorio es inseparable de este instrumento experimental, que puede ayudar a los alumnos a estudiar el mundo desconocido; para entender el mundo.
Los hospitales son los lugares de mayor aplicación de microscopios. Se utilizan principalmente para examinar cambios en los fluidos corporales de los pacientes, bacterias que invaden el cuerpo humano, cambios en la estructura celular, etc., y brindan a los médicos métodos de referencia y verificación para formular planes de tratamiento. En microcirugía, el microscopio es la única herramienta del médico; en la agricultura, la cría, el control de plagas y otros trabajos no pueden prescindir de la ayuda del microscopio; en la producción industrial, son posibles el procesamiento, la inspección y el ajuste del montaje de piezas finas, y el estudio de las propiedades de los materiales. 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 culpable; los departamentos de protección ambiental también usan microscopios para detectar varios contaminantes sólidos; ingenieros geológicos y de minas y reliquias culturales y arqueólogos utilizan la ayuda de microscopios. Las pistas encontradas por el microscopio pueden usarse para juzgar las minas subterráneas profundas o inferir la verdadera imagen de la historia polvorienta; incluso la vida diaria de las personas es inseparable del microscopio, como la industria de la belleza y la peluquería, que puede usar el microscopio para detectar la piel, el cabello, etc. Obtenga 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 la aplicación, los microscopios se pueden clasificar aproximadamente y existen cuatro categorías comunes: 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 cuerpos microscópicos 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; Cuando el objeto se amplía y se visualiza, también hace que la orientación del objeto y la imagen en relación con el ojo humano sean consistentes y tiene una sensación de profundidad, que está en línea con los hábitos visuales convencionales de las personas; el microscopio de luz polarizada utiliza las características de transmisión o reflexión de diferentes materiales a la luz polarizada para distinguir diferentes componentes de microobjetos. Además, también se pueden subdividir algunos tipos especiales, como un microscopio biológico invertido o un microscopio de cultivo, que es un microscopio biológico utilizado principalmente para observar el cultivo a través del fondo del recipiente de cultivo; el microscopio de fluorescencia usa ciertas sustancias para absorber luz específica de longitud de onda más corta y Las características de emitir luz específica de longitud de onda más larga, para encontrar la existencia de estas sustancias y determinar su contenido; los microscopios de comparación pueden formar imágenes de lado a lado 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 las estructuras mecánicas que los soportan. Los sistemas ópticos incluyen lentes de objetivo, oculares y condensadores, que son lupas complicadas hechas de varios vidrios ópticos. La lente del objetivo aumenta la muestra y su aumento M está determinado por 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, formando una imagen virtual a 250 mm frente a los ojos de las personas para su observación. Esta es la posición de observación más cómoda para la mayoría de las personas. El aumento del ocular es 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=Mobjeto*Meye=Δ*250∕f'ojo*f;objeto. Se puede ver que la reducción de la distancia focal de la lente del objetivo y el ocular aumentará el aumento total, que es la clave para ver microorganismos como las bacterias con un microscopio, y también es la diferencia entre este y las lupas ordinarias.
Entonces, ¿es concebible reducir infinitamente la malla f' del objeto f' para aumentar la ampliación y poder ver objetos más sutiles? ¡La respuesta es no! Esto se debe a que la luz utilizada para generar imágenes es esencialmente una onda electromagnética, por lo que la difracción y la interferencia inevitablemente ocurrirán durante el proceso de propagación, al igual que las ondas en la superficie del agua que vemos en la vida diaria pueden desviarse al encontrar obstáculos y cuando dos columnas de las ondas de agua se encuentran, pueden fortalecerse entre sí. o debilitado. Cuando la onda de luz emitida por un objeto emisor de luz 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 resulta en difracción e interferencia. Hay una serie de halos con intensidad débil y debilitándose gradualmente. Llamamos al punto brillante central un disco de Airy. Cuando los 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 criterio, que es que cuando la distancia entre los centros de los dos puntos de luz es igual al radio del disco de Airy, se pueden distinguir los dos puntos de luz. Después del cálculo, la distancia entre los dos puntos emisores de luz en este momento es e=0.61 ∕n.sinA=0.61 In ∕ NA , en la fórmula, in es la longitud de onda de la luz onda, la longitud de onda de la onda de luz que el ojo humano puede recibir es de aproximadamente 0.4-0.7um, n es el índice de refracción del medio donde se encuentra el punto emisor de luz, como en el aire, n≈1, en el agua, n≈1.33, y A es la mitad del ángulo de apertura del punto luminoso al marco de la lente del objetivo, y NA se llama la apertura numérica de la lente del objetivo. De la fórmula anterior se puede ver que la distancia entre los dos puntos que la lente del objetivo puede distinguir está limitada por la longitud de onda de la luz y la apertura numérica. Dado que la longitud de onda del ojo humano más nítido es de aproximadamente 0.5um, el ángulo A no puede exceder los 90 grados y sinA siempre es menor que 1. El índice de refracción máximo para el medio de transmisión de luz disponible es aproximadamente 1,5, por lo que el valor de e siempre es mayor que 0,2um, que es la distancia límite más pequeña que puede resolver un microscopio óptico. A través de la ampliación del microscopio, si desea ampliar la distancia del punto del objeto e que se puede resolver con una lente objetivo con un cierto valor de NA suficiente para que el ojo humano la distinga, Me Mayor que o igual a 0.15 mm, donde {{30}}.15 mm es el ojo humano obtenido experimentalmente La distancia mínima entre dos microobjetos colocados a 250 mm frente a los ojos que se pueden distinguir, 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 M, es decir, 500N. A Menor o igual a M Menor o igual a 1000N.A es un rango de selección razonable para el 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. Se detallan los objetos pequeños.
El contraste de imágenes es otra cuestión clave en los microscopios ópticos. El llamado contraste es el contraste en blanco y negro o la diferencia de color entre partes adyacentes en la superficie de la imagen. Es difícil para el ojo humano juzgar la diferencia de brillo por debajo de 0.02. un poco más sensible. Algunos objetos de observación al microscopio, como las muestras biológicas, tienen muy poca diferencia de brillo entre los detalles. Además, los errores de diseño y fabricación del sistema óptico del microscopio reducen aún más el contraste de la imagen y dificultan su distinción. En este momento, los detalles del objeto no se pueden ver con claridad, no porque el aumento total sea demasiado bajo. , no se debe a que la apertura numérica de la lente del objetivo sea demasiado pequeña, sino a que el contraste de la superficie de la imagen es demasiado bajo.
A lo largo de los años, las personas han trabajado arduamente para mejorar el poder de resolución y el contraste de imágenes de los microscopios. Con el avance continuo de la tecnología y las herramientas informáticas, la teoría y los métodos de diseño óptico también mejoran constantemente. La mejora continua de los métodos de detección y la innovación de los métodos de observación han hecho que la calidad de imagen de los microscopios ópticos se acerque al grado perfecto del límite de difracción. Puede adaptarse a la investigación de todo tipo de ejemplares. Aunque los instrumentos de aumento e imagen, como el microscopio electrónico y el microscopio ultrasónico, han aparecido sucesivamente en los últimos años, tienen un rendimiento ventajoso en algunos aspectos, pero aún no pueden ser baratos, convenientes e intuitivos, especialmente adecuados para la investigación de organismos vivos. Rivalizando con los microscopios ópticos, que todavía se mantienen firmes. Por otro lado, combinado con láser, computadora, nueva tecnología de materiales y tecnología de la información, el antiguo microscopio óptico está rejuveneciendo y mostrando una gran vitalidad. El microscopio digital, el microscopio de barrido confocal láser, el microscopio de barrido de campo cercano, el microscopio de dos fotones y los instrumentos con varias funciones nuevas o adaptables a varias condiciones ambientales nuevas emergen en un flujo interminable, ampliando aún más el campo de aplicación de los microscopios ópticos, por ejemplo. ¡Qué emocionantes son las imágenes microscópicas de formaciones rocosas cargadas desde el rover de Marte! Podemos creer plenamente que el microscopio óptico beneficiará a la humanidad con una nueva actitud.
