In welchen Branchen werden optische Mikroskope am häufigsten eingesetzt?
Das optische Mikroskop ist ein altes und junges wissenschaftliches Werkzeug. Seit seiner Gründung blickt es auf eine 300-jährige Geschichte zurück. Das optische Mikroskop ist weit verbreitet, beispielsweise in der Biologie, Chemie, Physik, Astronomie usw. Bei einigen wissenschaftlichen Forschungsarbeiten kommt alles ohne Mikroskop aus.
Gegenwärtig ist es fast zur Image-Bestätigung von Wissenschaft und Technologie geworden. Um zu erkennen, dass diese Aussage wahr ist, muss man nur sehen, dass diese Zahl häufig in den Medienberichten über Wissenschaft und Technologie auftaucht.
In der Biologie ist das Labor untrennbar mit dieser Art experimenteller Ausrüstung verbunden, die den Lernenden helfen kann, die unbekannte Welt zu erforschen; um die Welt zu verstehen.
Krankenhäuser sind die größten Einsatzorte für Mikroskope, die hauptsächlich dazu dienen, Informationen wie Veränderungen in den Körperflüssigkeiten des Patienten, in den menschlichen Körper eindringende Keime, Veränderungen in der Zellgewebestruktur usw. zu überprüfen und Ärzten Referenz- und Verifizierungsmethoden für die Formulierung von Behandlungen zur Verfügung zu stellen Pläne. In der Mikrochirurgie ist das Mikroskop das einzige Werkzeug für Ärzte; In der Landwirtschaft sind Zucht, Schädlingsbekämpfung und andere Arbeiten nicht ohne die Hilfe des Mikroskops möglich. In der industriellen Produktion sind die Bearbeitungskontrolle und Montagejustierung feiner Teile sowie die Erforschung von Materialeigenschaften mit dem Mikroskop möglich. Ein Ort, an dem sie ihre Talente zeigen können; Kriminalbeamte greifen bei der Analyse verschiedener mikroskopischer Verbrechen häufig auf Mikroskope zurück, da sie ein wichtiges Mittel zur Ermittlung des wahren Mörders darstellen. Auch Umweltschutzbehörden benötigen Mikroskope, um verschiedene feste Schadstoffe zu erkennen; Geologie- und Bergbauingenieure sowie Archäologen für kulturelle Relikte nutzen die vom Mikroskop gefundenen Hinweise, um die tief vergrabenen Mineralvorkommen zu beurteilen oder auf die staubige historische Wahrheit zu schließen; Auch im täglichen Leben der Menschen kommt das Mikroskop nicht aus, etwa in der Schönheits- und Friseurbranche, die das Mikroskop zur Erkennung der Haut- und Haarqualität nutzen kann. Kann die besten Ergebnisse erzielen. Man erkennt, wie eng das Mikroskop mit der Produktion und dem Leben der Menschen verknüpft ist.
Je nach Anwendungszweck lassen sich Mikroskope grob in vier Kategorien einteilen: biologische Mikroskope, metallografische Mikroskope, Stereomikroskope und Polarisationsmikroskope. Wie der Name schon sagt, werden biologische Mikroskope hauptsächlich in der Biomedizin eingesetzt und die Beobachtungsobjekte sind meist transparente oder durchscheinende Mikrokörper; Metallografische Mikroskope werden hauptsächlich zur Beobachtung der Oberfläche undurchsichtiger Objekte verwendet, beispielsweise der metallografischen Struktur und Oberflächenfehler von Materialien. Während das Objekt vergrößert und abgebildet wird, ist auch die Ausrichtung des Objekts und des Bildes relativ zum menschlichen Auge konsistent und es entsteht ein Tiefengefühl, das den herkömmlichen Sehgewohnheiten der Menschen entspricht; Polarisationsmikroskope nutzen die Transmissions- oder Reflexionseigenschaften verschiedener Materialien für polarisiertes Licht, um verschiedene Mikroobjekte und Komponenten zu unterscheiden. Darüber hinaus lassen sich auch einige Spezialtypen unterteilen, etwa ein inverses biologisches Mikroskop oder ein Kulturmikroskop, das hauptsächlich zur Beobachtung der Kultur durch den Boden des Kulturgefäßes dient; Ein Fluoreszenzmikroskop verwendet bestimmte Substanzen, um spezifisches Licht mit kürzerer Wellenlänge zu absorbieren. Die Eigenschaften der Emission von spezifischem Licht mit längerer Wellenlänge, um die Existenz dieser Substanzen zu entdecken und ihren Gehalt zu beurteilen; Das Vergleichsmikroskop kann nebeneinander liegende oder überlagerte Bilder von zwei Objekten im gleichen Sichtfeld erstellen, um so die Ähnlichkeiten und Unterschiede der beiden Objekte zu vergleichen.
Herkömmliche optische Mikroskope bestehen hauptsächlich aus optischen Systemen und ihren tragenden mechanischen Strukturen. Zu den optischen Systemen gehören Objektive, Okulare und Kondensorlinsen, bei denen es sich allesamt um komplizierte Lupen aus verschiedenen optischen Gläsern handelt. Die Objektivlinse vergrößert das Bild der Probe und ihre Vergrößerung M Objekt wird durch die folgende Formel bestimmt: M Objekt=Δ∕f' Objekt, wobei f' Objekt die Brennweite der Objektivlinse und Δ ist kann als Abstand zwischen Objektiv und Okular verstanden werden. Das Okular vergrößert das von der Objektivlinse erzeugte Bild erneut und erzeugt ein virtuelles Bild bei 250 mm vor dem menschlichen Auge zur Beobachtung. Dies ist für die meisten Menschen die bequemste Beobachtungsposition. Die Vergrößerung des Okulars M Auge=250/f' Auge, f' Auge ist die Brennweite des Okulars. Die Gesamtvergrößerung des Mikroskops ist das Produkt aus Objektiv und Okular, also M=M Objekt*M Auge=Δ*250/f' Auge *f; Objekt. Es ist ersichtlich, dass eine Verringerung der Brennweite des Objektivs und des Okulars die Gesamtvergrößerung erhöht, was der Schlüssel zum Erkennen von Bakterien und anderen Mikroorganismen mit einem Mikroskop ist und auch den Unterschied zu gewöhnlichen Lupen ausmacht.
Ist es also denkbar, das f'-Objekt-f'-Netz unbegrenzt zu verkleinern, um die Vergrößerung zu erhöhen, sodass wir subtilere Objekte sehen können? Die Antwort ist nein! Dies liegt daran, dass das für die Bildgebung verwendete Licht im Wesentlichen eine Art elektromagnetische Welle ist, sodass während des Ausbreitungsprozesses zwangsläufig Beugungs- und Interferenzphänomene auftreten, genau wie die Wellen auf der Wasseroberfläche, die im täglichen Leben zu sehen sind, beim Auftreffen auf Hindernisse umherlaufen können und zwei Säulen von Wasserwellen können sich gegenseitig verstärken oder schwächen, wenn sie aufeinandertreffen. Wenn die von einem punktförmigen leuchtenden Objekt emittierte Lichtwelle in die Objektivlinse eintritt, behindert der Rahmen der Objektivlinse die Lichtausbreitung, was zu Beugung und Interferenz führt. Es gibt eine Reihe von Lichtringen mit schwacher und allmählich schwächer werdender Intensität. Wir nennen den zentralen hellen Fleck die Airy-Scheibe. Wenn zwei Licht emittierende Punkte nahe bei einem bestimmten Abstand liegen, überlappen sich die beiden Lichtpunkte, bis sie nicht mehr als zwei Lichtpunkte bestätigt werden können. Rayleigh schlug einen Beurteilungsstandard vor und ging davon aus, dass die beiden Lichtflecken unterschieden werden können, wenn der Abstand zwischen den Mittelpunkten der beiden Lichtflecken gleich dem Radius der Airy-Scheibe ist. Nach der Berechnung beträgt der Abstand zwischen den beiden Lichtemissionspunkten zu diesem Zeitpunkt e=0.61 入/n.sinA=0.61 I/NA, wobei I die Wellenlänge des Lichts ist Die Menge an Licht, die vom menschlichen Auge empfangen werden kann, beträgt etwa 0.4-0,7 um, und n ist der Brechungsindex des Mediums, in dem sich der lichtemittierende Punkt befindet, z. B. in Luft, n ≈1, in Wasser ist n≈1,33 und A ist die Hälfte des Öffnungswinkels des lichtemittierenden Punktes zum Rahmen der Objektivlinse, und NA wird als numerische Apertur der Objektivlinse bezeichnet. Aus der obigen Formel ist ersichtlich, dass der Abstand zwischen zwei Punkten, der durch die Objektivlinse unterschieden werden kann, durch die Wellenlänge des Lichts und die numerische Apertur begrenzt ist. Da die Wellenlänge des schärfsten Sehvermögens des menschlichen Auges etwa 0,5 um beträgt und der Winkel A 90 Grad nicht überschreiten kann, ist sinA immer kleiner als 1. Der maximale Brechungsindex der verfügbaren Das lichtdurchlässige Medium beträgt etwa 1,5, daher ist der e-Wert immer größer als 0,2 um, was der minimale Grenzabstand ist, den das optische Mikroskop unterscheiden kann. Vergrößern Sie das Bild durch ein Mikroskop. Wenn Sie den Objektpunktabstand e, der von der Objektivlinse aufgelöst werden kann, mit einem bestimmten NA-Wert vergrößern möchten, der ausreicht, um vom menschlichen Auge aufgelöst zu werden, benötigen Sie Me Größer als oder gleich {{26 }}.15mm, wobei {{30}}.15mm der experimentelle Wert des menschlichen Auges ist. Der minimale Abstand zwischen zwei Mikroobjekten, der 250 mm vor dem Auge unterschieden werden kann, also M Größer als oder gleich (0,15∕0,61 in) NA≈500N.A, um die Beobachtung nicht zu mühsam zu machen, reicht es aus, M zu verdoppeln, also 500N. A Kleiner oder gleich M Kleiner oder gleich 1000 N.A ist ein sinnvoller Auswahlbereich für die Gesamtvergrößerung des Mikroskops. Unabhängig davon, wie groß die Gesamtvergrößerung ist, ist sie bedeutungslos, da die numerische Apertur des Objektivs die minimal auflösbare Entfernung begrenzt hat und es unmöglich ist, durch Erhöhen der Vergrößerung mehr zu unterscheiden. Kleine Objekte sind detailliert.
Der Abbildungskontrast ist ein weiteres zentrales Thema optischer Mikroskope. Der sogenannte Kontrast bezeichnet den Schwarz-Weiß-Kontrast bzw. Farbunterschied zwischen benachbarten Teilen auf der Bildoberfläche. Für das menschliche Auge ist es schwierig, den Helligkeitsunterschied unter 0.02 zu beurteilen. ist etwas empfindlicher. Bei einigen Mikroskopbeobachtungsobjekten, wie z. B. biologischen Proben, ist der Helligkeitsunterschied zwischen den Details sehr gering, und Konstruktions- und Herstellungsfehler des optischen Mikroskopsystems verringern den Abbildungskontrast weiter und erschweren die Unterscheidung. Zu diesem Zeitpunkt sind die Details des Objekts nicht klar zu erkennen, nicht weil die Gesamtvergrößerung zu gering ist oder die numerische Apertur des Objektivs zu klein ist, sondern weil der Kontrast der Bildebene zu gering ist.
Im Laufe der Jahre wurde hart daran gearbeitet, die Auflösung und den Bildkontrast des Mikroskops zu verbessern. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Computertechnologie und -werkzeuge werden auch die Theorie und Methoden des optischen Designs kontinuierlich verbessert. In Verbindung mit der Verbesserung der Rohstoffleistung, des Prozesses und der kontinuierlichen Verbesserung der Nachweismethoden und der Innovation der Beobachtungsmethoden ist die Abbildungsqualität des optischen Mikroskops nahe an die Perfektion der Beugungsgrenze herangekommen. Menschen werden Probenfärbung, Dunkelfeld, Phasenkontrast, Fluoreszenz, Interferenz, Polarisation und andere Beobachtungstechniken verwenden, um das optische Mikroskop herzustellen. Es kann an die Untersuchung aller Arten von Proben angepasst werden. Obwohl Elektronenmikroskope, Ultraschallmikroskope und andere vergrößernde Bildgebungsinstrumente in den letzten Jahren sukzessive auf den Markt gekommen sind und in einigen Aspekten eine überlegene Leistung aufweisen, sind sie im Hinblick auf Kostengünstigkeit, Bequemlichkeit, Intuition und insbesondere Eignung für die Forschung an lebenden Organismen immer noch nicht verfügbar. Konkurrent zum Lichtmikroskop, das sich immer noch gut behauptet. Andererseits verjüngt sich das alte optische Mikroskop in Kombination mit Laser, Computer, neuer Materialtechnologie und Informationstechnologie und zeigt eine kraftvolle Vitalität. Digitale Mikroskope, konfokale Laser-Scanning-Mikroskope, Nahfeld-Scanning-Mikroskope, Zwei-Photonen-Mikroskope usw. Es entstehen in einem endlosen Strom verschiedene neue Funktionen oder Instrumente, die sich an verschiedene neue Umgebungsbedingungen anpassen können, was den Anwendungsbereich optischer Mikroskope weiter erweitert. Wie aufregend sind die mikroskopischen Bilder von Felsformationen, die von den Mars-Rovern hochgeladen wurden! Wir können fest davon überzeugt sein, dass das optische Mikroskop der Menschheit mit einer aktualisierten Einstellung zugute kommen wird.
