Was sind die Hauptanwendungen von Lichtmikroskopen?
Das optische Mikroskop ist ein altes und junges wissenschaftliches Werkzeug. Seit seiner Geburt hat es eine Geschichte von dreihundert Jahren. Lichtmikroskope sind weit verbreitet, beispielsweise in der Biologie, Chemie, Physik, Astronomie usw. Bei einigen wissenschaftlichen Forschungsarbeiten ist alles untrennbar mit dem Mikroskop verbunden.
Gegenwärtig ist es fast zu einem Imageträger von Wissenschaft und Technik geworden. Dass das stimmt, muss man sich nur seine häufigen Auftritte in Medienberichten über Wissenschaft und Technik ansehen.
In der Biologie ist das Labor untrennbar mit diesem experimentellen Instrument verbunden, das den Lernenden helfen kann, die unbekannte Welt zu studieren; die Welt zu verstehen.
Krankenhäuser sind die größten Einsatzorte für Mikroskope. Sie werden hauptsächlich verwendet, um Veränderungen in den Körperflüssigkeiten von Patienten, Bakterien, die in den menschlichen Körper eindringen, Veränderungen in der Zellstruktur usw. zu untersuchen, und bieten Ärzten Referenz- und Überprüfungsmethoden für die Formulierung von Behandlungsplänen. In der Mikrochirurgie ist das Mikroskop das einzige Werkzeug des Arztes; in der Landwirtschaft kommen Züchtung, Schädlingsbekämpfung und andere Arbeiten nicht ohne die Hilfe des Mikroskops aus; in der industriellen Fertigung sind die Bearbeitung, Prüfung und Montage von Feinteilen sowie die Untersuchung von Materialeigenschaften möglich. Ein Ort, um ihre Talente zu zeigen; Kriminalbeamte verlassen sich häufig auf Mikroskope, um verschiedene mikroskopische Verbrechen zu analysieren, als wichtiges Mittel, um den wahren Täter zu ermitteln. Umweltschutzabteilungen verwenden Mikroskope auch zum Nachweis verschiedener fester Schadstoffe; Geo- und Bergbauingenieure sowie Kulturdenkmäler und Archäologen nutzen die Hilfe von Mikroskopen. Die vom Mikroskop gefundenen Hinweise können verwendet werden, um die tiefen unterirdischen Minen zu beurteilen oder auf das wahre Bild der staubigen Geschichte zu schließen; Sogar das tägliche Leben der Menschen ist untrennbar mit dem Mikroskop verbunden, z. B. in der Schönheits- und Friseurindustrie, die mit dem Mikroskop Haut, Haare usw. erkennen kann. Erzielen Sie die besten Ergebnisse. Man sieht, wie eng das Mikroskop in die Produktion und das Leben der Menschen integriert ist.
Nach verschiedenen Anwendungszwecken können Mikroskope grob eingeteilt werden, und es gibt vier gängige Kategorien: biologische Mikroskope, metallographische Mikroskope, Stereomikroskope und Polarisationsmikroskope. Wie der Name schon sagt, werden biologische Mikroskope hauptsächlich in der Biomedizin verwendet, und die Beobachtungsobjekte sind meist transparente oder durchscheinende mikroskopische Körper; metallographische Mikroskope werden hauptsächlich verwendet, um die Oberfläche von undurchsichtigen Objekten zu beobachten, wie z. B. die metallographische Struktur und Oberflächendefekte von Materialien; Wenn das Objekt vergrößert und abgebildet wird, macht es auch die Ausrichtung des Objekts und des Bilds relativ zum menschlichen Auge konsistent und hat ein Gefühl von Tiefe, das den herkömmlichen Sehgewohnheiten der Menschen entspricht; Das Polarisationslichtmikroskop nutzt die Transmissions- oder Reflexionseigenschaften verschiedener Materialien für polarisiertes Licht, um verschiedene Mikroobjekte zu unterscheiden. Darüber hinaus können auch einige spezielle Typen unterteilt werden, wie z. B. ein inverses biologisches Mikroskop oder ein Kulturmikroskop, bei dem es sich um ein biologisches Mikroskop handelt, das hauptsächlich zur Beobachtung der Kultur durch den Boden des Kulturgefäßes verwendet wird; das Fluoreszenzmikroskop verwendet bestimmte Substanzen, um spezifisches kurzwelliges Licht zu absorbieren und spezifisches längerwelliges Licht zu emittieren, um das Vorhandensein dieser Substanzen zu finden und ihren Gehalt zu bestimmen; Vergleichsmikroskope können nebeneinander oder überlagerte Bilder von zwei Objekten im selben Sichtfeld erstellen, um die Ähnlichkeiten und Unterschiede der beiden Objekte zu vergleichen.
Herkömmliche optische Mikroskope bestehen hauptsächlich aus optischen Systemen und den sie unterstützenden mechanischen Strukturen. Die optischen Systeme umfassen Objektivlinsen, Okulare und Kondensoren, die komplizierte Lupen sind, die aus verschiedenen optischen Gläsern hergestellt sind. Die Objektivlinse vergrößert die Probe, und ihre Vergrößerung M wird durch die folgende Formel bestimmt: M Objekt =Δ∕f'Objekt, wobei f'Objekt die Brennweite der Objektivlinse ist und Δ verstanden werden kann als der Abstand zwischen Objektiv und Okular. Das Okular vergrößert das von der Objektivlinse erzeugte Bild erneut und erzeugt ein virtuelles Bild bei 250 mm vor den Augen der Menschen zur Beobachtung. Dies ist für die meisten Menschen die bequemste Beobachtungsposition. Die Vergrößerung des Okulars ist 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=Mobject*Meye=Δ*250∕f'eye*f;object. Es ist ersichtlich, dass eine Reduzierung der Brennweite von Objektiv und Okular die Gesamtvergrößerung erhöht, was der Schlüssel zum Sehen von Mikroorganismen wie Bakterien mit einem Mikroskop ist, und es ist auch der Unterschied zwischen ihm und gewöhnlichen Lupen.
Ist es also denkbar, das f'-Objekt-f'-Netz unendlich zu verkleinern, um die Vergrößerung zu erhöhen, damit wir subtilere Objekte sehen können? Die Antwort ist nein! Dies liegt daran, dass das für die Bildgebung verwendete Licht im Wesentlichen eine elektromagnetische Welle ist, sodass während des Ausbreitungsprozesses zwangsläufig Beugung und Interferenz auftreten, genau wie die Wellen auf der Wasseroberfläche, die wir im täglichen Leben sehen, beim Auftreffen auf Hindernisse und bei zwei Säulen umgeleitet werden können Treffen Wasserwellen aufeinander, können sie sich gegenseitig stärken. oder geschwächt. Wenn die von einem punktförmigen lichtemittierenden Objektpunkt emittierte Lichtwelle in die Objektivlinse eintritt, behindert der Rahmen der Objektivlinse die Lichtausbreitung, was zu Beugung und Interferenz führt. Es gibt eine Reihe von Lichthöfen mit schwacher und allmählich schwächer werdender Intensität. Wir nennen den zentralen hellen Fleck eine Airy-Scheibe. Wenn sich die zwei lichtemittierenden Punkte in der Nähe eines bestimmten Abstands befinden, überlappen sich die zwei Lichtpunkte, bis sie nicht mehr als zwei Lichtpunkte bestätigt werden können. Rayleigh schlug ein Kriterium vor, nämlich dass, wenn der Abstand zwischen den Mittelpunkten der zwei Lichtpunkte gleich dem Radius der Airy-Scheibe ist, die zwei Lichtpunkte unterschieden werden können. Nach der Berechnung beträgt der Abstand zwischen den beiden lichtemittierenden Punkten zu diesem Zeitpunkt e=0.61 ∕n.sinA=0.61 In ∕ NA , in der Formel ist in die Wellenlänge des Lichts Welle, die Wellenlänge der Lichtwelle, die das menschliche Auge empfangen kann, beträgt etwa 0.4-0.7um, n ist der Brechungsindex des Mediums, in dem sich der lichtemittierende Punkt befindet, z die Luft, n≈1, im Wasser, n≈1,33, und A ist die Hälfte des Öffnungswinkels des Leuchtpunkts zum Rahmen der Objektivlinse, und NA wird die numerische Apertur der Objektivlinse genannt. Aus der obigen Formel ist ersichtlich, dass der Abstand zwischen den beiden Punkten, die das Objektiv unterscheiden kann, durch die Wellenlänge des Lichts und die numerische Apertur begrenzt ist. Da die Wellenlänge des schärfsten menschlichen Auges etwa 0,5 um beträgt, kann der Winkel A 90 Grad nicht überschreiten, und sinA ist immer kleiner als 1. Der maximale Brechungsindex für das verfügbare lichtdurchlässige Medium beträgt etwa 1,5, daher ist der e-Wert immer größer als 0,2 um, was der kleinste Grenzabstand ist, den ein optisches Mikroskop auflösen kann. Wenn Sie durch Mikroskopvergrößerung den Objektpunktabstand e vergrößern möchten, der von einer Objektivlinse mit einem bestimmten NA-Wert genug aufgelöst werden kann, um vom menschlichen Auge unterschieden zu werden, Me größer als oder gleich 0.15 mm, wobei {{30}},15 mm das experimentell ermittelte menschliche Auge ist. Der minimale Abstand zwischen zwei Mikroobjekten, die 250 mm vor den Augen platziert werden und unterschieden werden können, also M größer als oder gleich (0,15∕0,61 in) NA≈500N.A, um die Beobachtung nicht zu mühselig zu machen, genügt es, 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. Egal wie groß die Gesamtvergrößerung ist, sie ist bedeutungslos, weil die numerische Apertur des Objektivs die minimal auflösbare Entfernung begrenzt hat. Kleine Objekte sind detailliert.
Der Bildkontrast ist ein weiterer wichtiger Punkt bei optischen Mikroskopen. Der sogenannte Kontrast ist der Schwarz-Weiß-Kontrast oder Farbunterschied zwischen benachbarten Teilen auf der Bildfläche. Für das menschliche Auge ist es schwierig, den Helligkeitsunterschied unterhalb von 0,02 zu beurteilen. etwas empfindlicher. Einige Mikroskop-Beobachtungsobjekte, wie z. B. biologische Proben, weisen sehr geringe Helligkeitsunterschiede zwischen Details auf. Darüber hinaus verringern Konstruktions- und Herstellungsfehler des optischen Systems des Mikroskops den Abbildungskontrast weiter und erschweren die Unterscheidung. Zu diesem Zeitpunkt sind die Details des Objekts nicht klar erkennbar, nicht weil die Gesamtvergrößerung zu gering ist. liegt dies nicht an einer zu kleinen numerischen Apertur des Objektivs, sondern an einem zu geringen Bildflächenkontrast.
Im Laufe der Jahre wurde hart daran gearbeitet, das Auflösungsvermögen und den Abbildungskontrast von Mikroskopen zu verbessern. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Computertechnologie und -werkzeuge verbessern sich auch die Theorie und Methoden des optischen Designs ständig. Die kontinuierliche Verbesserung von Nachweismethoden und die Innovation von Beobachtungsmethoden haben die Abbildungsqualität optischer Mikroskope nahe an die perfekte Beugungsgrenze gebracht. Es kann sich an die Untersuchung aller Arten von Proben anpassen. Obwohl die Vergrößerungs- und Abbildungsinstrumente wie Elektronenmikroskope und Ultraschallmikroskope in den letzten Jahren sukzessive herausgekommen sind, haben sie in einigen Aspekten eine vorteilhafte Leistung, aber sie können immer noch nicht billig, bequem und intuitiv sein, insbesondere geeignet für die Erforschung lebender Organismen. Konkurrierende Lichtmikroskope, die sich immer noch behaupten. Andererseits verjüngt sich das alte optische Mikroskop in Kombination mit Laser, Computer, neuer Materialtechnologie und Informationstechnologie und zeigt eine starke Vitalität. Digitalmikroskope, konfokale Laser-Scanning-Mikroskope, Nahfeld-Scanning-Mikroskope, Zwei-Photonen-Mikroskope und Instrumente mit verschiedenen neuen Funktionen oder anpassbar an verschiedene neue Umgebungsbedingungen entstehen in einem endlosen Strom und erweitern das Anwendungsfeld beispielsweise von Lichtmikroskopen weiter. Wie aufregend sind die mikroskopischen Bilder von Felsformationen, die vom Marsrover hochgeladen werden! Wir können fest davon überzeugt sein, dass das optische Mikroskop der Menschheit mit einer neuen Einstellung zugute kommen wird.
