Optik mikroskoplar ağırlıklı olarak hangi alanlarda kullanılır?
Bilimsel mikroskop eski ve genç bir bilimsel araçtır. Doğuşundan bu yana üç yüz yıllık bir geçmişe sahiptir. Optik mikroskoplar, biyoloji, kimya, fizik, astronomi vb. gibi bazı bilimsel araştırma çalışmalarında mikroskop olmadan yaygın olarak kullanılmaktadır.
Şu anda, neredeyse bilim ve teknolojinin imaj onayı haline geldi. Bu sözün doğru olduğunu anlamak için basında bilim ve teknoloji ile ilgili haberlerde sık sık yer aldığını görmeniz yeterlidir.
Biyolojide laboratuvar, öğrencilerin bilinmeyen dünyayı incelemelerine yardımcı olabilecek bu tür deneysel ekipmanlardan ayrılamaz; dünyayı anlamak için.
Hastaneler, esas olarak hastanın vücut sıvılarındaki değişiklikler, insan vücudunu işgal eden mikroplar, hücre dokusu yapısındaki değişiklikler vb. planlar. Mikrocerrahide doktorlar için tek araç mikroskoptur; tarımda, üreme, haşere kontrolü ve diğer işler mikroskop yardımı olmadan yapılamaz; endüstriyel üretimde, ince parçaların işleme denetimi ve montaj ayarı ve malzeme özelliklerinin araştırılması mikroskopla mümkündür. Yeteneklerini gösterecekleri bir yer; suç müfettişleri, gerçek katili belirlemenin önemli bir yolu olarak, çeşitli mikroskobik suçları analiz etmek için genellikle mikroskoplara güvenirler; çevre koruma departmanları da çeşitli katı kirleticileri tespit etmek için mikroskoplara ihtiyaç duyar; arkeologların kullandığı jeolojik ve maden mühendisleri ve kültürel kalıntılar Mikroskopla bulunan ipuçları, derinlere gömülü maden yataklarını yargılayabilir veya tozlu tarihsel gerçeği çıkarabilir; cilt ve saç kalitesini tespit etmek için mikroskop kullanabilen güzellik ve kuaförlük endüstrisi gibi, insanların günlük yaşamları bile mikroskop olmadan yapamaz. En iyi sonuçları alabilir. Mikroskobun insanların üretimi ve yaşamı ile ne kadar yakından bütünleştiği görülmektedir.
Farklı uygulama amaçlarına göre mikroskoplar kabaca dört kategoriye ayrılabilir: biyolojik mikroskoplar, metalografik mikroskoplar, stereo mikroskoplar ve polarize mikroskoplar. Adından da anlaşılacağı gibi, biyolojik mikroskoplar esas olarak biyotıpta kullanılır ve gözlem nesneleri çoğunlukla saydam veya yarı saydam mikro cisimlerdir; metalografik mikroskoplar, esas olarak, malzemelerin metalografik yapısı ve yüzey kusurları gibi opak nesnelerin yüzeyini gözlemlemek için kullanılır; Nesne büyütülüp görüntülendiğinde, nesnenin ve görüntünün insan gözüne göre yönü de tutarlıdır ve insanların geleneksel görsel alışkanlıklarına uygun bir derinlik duygusu vardır; Polarize mikroskoplar, farklı mikro nesneleri ayırt etmek için polarize ışık için farklı malzemelerin iletim veya yansıtma özelliklerini kullanır Bileşen. Ek olarak, bazı özel türler de alt bölümlere ayrılabilir, örneğin ters çevrilmiş biyolojik mikroskop veya esas olarak kültürü kültür kabının altından gözlemlemek için kullanılan kültür mikroskobu; bir flüoresan mikroskobu belirli maddeleri daha kısa dalga boyuna sahip ışığı absorbe etmek için kullanır. Bu maddelerin varlığını keşfetmek ve içeriklerini yargılamak için daha uzun dalga boyuna sahip belirli bir ışık yayma özellikleri; karşılaştırma mikroskobu, iki nesnenin benzerliklerini ve farklılıklarını karşılaştırmak için aynı görüş alanındaki iki nesnenin yan yana veya üst üste bindirilmiş görüntülerini oluşturabilir.
Geleneksel optik mikroskoplar, esas olarak optik sistemlerden ve bunları destekleyen mekanik yapılardan oluşur. Optik sistemler, tümü çeşitli optik camlardan yapılmış karmaşık büyüteçler olan objektif lensleri, okülerleri ve yoğunlaştırıcı lensleri içerir. Objektif lens, numunenin görüntüsünü büyütür ve büyütmesi M nesnesi aşağıdaki formülle belirlenir: M nesnesi=Δ∕f' nesne , burada f' nesnesi, objektif merceğin odak uzaklığıdır ve Δ objektif merceği ile oküler arasındaki mesafe olarak anlaşılabilir. Mercek, objektif merceğin oluşturduğu görüntüyü tekrar büyütür ve gözlem için insan gözünün önünde 250 mm'de sanal bir görüntü oluşturur. Bu, çoğu insan için en rahat gözlem pozisyonudur. Merceğin büyütülmesi M eye=250/f' eye, f' eye, oküler odak uzaklığıdır. Mikroskobun toplam büyütmesi, objektif merceğin ve göz merceğinin ürünüdür, yani M=M nesne*M göz=Δ*250/f' göz *f; nesne. Objektif merceğin ve göz merceğinin odak uzaklığının azaltılmasının, mikroskopla bakteri ve diğer mikroorganizmaları görmenin anahtarı olan toplam büyütmeyi artıracağı ve aynı zamanda sıradan büyüteçlerden farkı olduğu görülebilir.
Öyleyse, daha ince nesneleri görebilmemiz için büyütmeyi artırmak üzere f' nesnesi f' ağını sınırsızca küçültmek düşünülebilir mi? Cevap hayır! Bunun nedeni, görüntüleme için kullanılan ışığın esasen bir tür elektromanyetik dalga olmasıdır, bu nedenle, tıpkı günlük hayatta görülebilen su yüzeyindeki dalgalanmaların engellerle karşılaşıldığında dolaşabilmesi gibi, yayılma sürecinde kaçınılmaz olarak kırınım ve girişim olayları meydana gelecektir. ve iki sütun su dalgası karşılaştıklarında birbirini güçlendirebilir veya aynı şeyi zayıflatabilir. Nokta şeklindeki parlak bir nesneden yayılan ışık dalgası objektif merceğe girdiğinde, objektif merceğin çerçevesi ışığın yayılmasını engelleyerek kırınım ve girişime neden olur. Zayıf ve kademeli olarak zayıflayan yoğunluğa sahip bir dizi ışık halkası vardır. Merkezi parlak noktayı Airy diski olarak adlandırıyoruz. İki ışık yayan nokta belirli bir mesafeye yakın olduğunda, iki ışık noktası oldukları doğrulanamayana kadar iki ışık noktası üst üste binecektir. Rayleigh, iki ışık noktasının merkezleri arasındaki mesafe Airy diskinin yarıçapına eşit olduğunda, iki ışık noktasının ayırt edilebileceğini düşünerek bir muhakeme standardı önerdi. Hesaplamadan sonra, şu anda iki ışık yayan nokta arasındaki mesafe e=0.61 入/n.sinA=0.61 I/NA'dır, burada I ışığın dalga boyu, dalga boyu insan gözü tarafından alınabilen ışığın yaklaşık 0.4-0.7um'dir ve n, hava gibi ışık yayan noktanın bulunduğu ortamın kırılma indisidir, n ≈1, suda , n≈1,33 ve A, ışık yayma noktasının objektif merceğin çerçevesine açılma açısının yarısıdır ve NA objektif merceğin sayısal açıklığı olarak adlandırılır. Yukarıdaki formülden, objektif lens tarafından ayırt edilebilen iki nokta arasındaki mesafenin ışığın dalga boyu ve sayısal açıklık ile sınırlı olduğu görülebilir. İnsan gözünün en keskin görüşünün dalga boyu yaklaşık 0.5um olduğundan ve A açısı 90 dereceyi geçemeyeceğinden, sinA her zaman 1'den küçüktür. ışık ileten ortam yaklaşık 1,5'tir, dolayısıyla e değeri her zaman 0,2um'den büyüktür; bu, optik mikroskobun ayırt edebileceği minimum sınır mesafesidir. Görüntüyü mikroskopla büyütün, eğer objektif lens tarafından çözülebilen nesne nokta mesafesini e insan gözünün çözebileceği kadar belirli bir NA değeriyle büyütmek istiyorsanız, Me'ye ihtiyacınız var Büyük veya eşit {{26 }}.15mm, burada {{30}.15mm, insan gözünün deneysel değeridir. Gözlerin önünde 250 mm'de ayırt edilebilen iki mikro nesne arasındaki minimum mesafe, yani M Büyüktür veya (0.15∕0.61 inç) NA≈500N.A'ya eşit, gözlemi çok zahmetli hale getirmek için M'yi ikiye katlamak, yani 500N. A Küçük veya eşit M Küçük veya eşit 1000NA, mikroskobun toplam büyütmesi için makul bir seçim aralığıdır. Toplam büyütme ne kadar büyük olursa olsun anlamsızdır çünkü objektif merceğin sayısal açıklığı minimum çözülebilir mesafeyi sınırlamıştır ve büyütmeyi artırarak daha fazlasını ayırt etmek imkansızdır. Küçük nesneler detaylandırılmıştır.
Görüntüleme kontrastı, optik mikroskopların bir başka önemli sorunudur. Sözde kontrast, görüntü yüzeyindeki bitişik parçalar arasındaki siyah-beyaz kontrast veya renk farkını ifade eder. İnsan gözünün parlaklık farkını 0,02'nin altında yargılaması zordur. biraz daha duyarlıdır. Biyolojik örnekler gibi bazı mikroskop gözlem nesneleri için, ayrıntılar arasındaki parlaklık farkı çok küçüktür ve mikroskop optik sisteminin tasarım ve üretim hataları, görüntüleme kontrastını daha da azaltır ve ayırt etmeyi zorlaştırır. Şu anda, nesnenin ayrıntıları net bir şekilde görülemez, bunun nedeni toplam büyütmenin çok düşük olması veya objektif merceğin sayısal açıklığının çok küçük olmaması değil, görüntü düzleminin kontrastının çok düşük olmasıdır.
Yıllar geçtikçe, insanlar mikroskobun çözünürlüğünü ve görüntüleme kontrastını iyileştirmek için çok çalıştılar. Bilgisayar teknolojisi ve araçlarının sürekli gelişmesiyle birlikte, optik tasarımın teorisi ve yöntemleri de sürekli olarak geliştirilmektedir. Hammadde performansının iyileştirilmesi ile birleştiğinde, proses ve Tespit yöntemlerinin sürekli olarak iyileştirilmesi ve gözlem yöntemlerinin yenilenmesi, optik mikroskobun görüntüleme kalitesini kırınım sınırının mükemmelliğine yaklaştırmıştır. İnsanlar, optik mikroskobu yapmak için numune boyama, karanlık alan, faz kontrastı, floresans, girişim, polarizasyon ve diğer gözlem tekniklerini kullanacaklar. Her türlü numunenin araştırılmasına uyum sağlayabilir. Elektron mikroskopları, ultrasonik mikroskoplar ve diğer büyüteçli görüntüleme cihazları son yıllarda peşpeşe ortaya çıkıp bazı yönlerden üstün performans gösterseler de ucuzluk, kolaylık, sezgi ve özellikle canlı organizmalar üzerinde yapılan araştırmalar için uygun olma açısından halen mevcut değildir. Hala zeminini sağlam tutan ışık mikroskobuna rakip. Öte yandan, lazer, bilgisayar, yeni malzeme teknolojisi ve bilgi teknolojisi ile birleşen eski optik mikroskop, gençleşmekte ve güçlü bir canlılık göstermektedir. Dijital mikroskop, lazer konfokal tarama mikroskobu, yakın alan tarama mikroskobu, iki foton mikroskobu ve çeşitli yeni çevresel koşullara uyum sağlayabilen çeşitli yeni işlevler veya aletler vardır ve bu da optik mikroskopların uygulama alanını daha da genişleten sonsuz bir akışta ortaya çıkar. Mars gezicilerinden yüklenen kaya oluşumlarının mikroskobik resimleri ne kadar heyecan verici! Optik mikroskobun güncellenmiş bir tavırla insanlığa fayda sağlayacağına tamamen inanabiliriz.
