Những ngành nào sử dụng kính hiển vi quang học nhiều nhất?
Kính hiển vi quang học là một công cụ khoa học cổ xưa và trẻ trung. Nó có lịch sử 300 năm kể từ khi ra đời. Kính hiển vi quang học được sử dụng rộng rãi như trong sinh học, hóa học, vật lý, thiên văn học,… trong một số công trình nghiên cứu khoa học Tất cả đều không cần đến kính hiển vi.
Hiện tại, nó gần như đã trở thành sự chứng thực hình ảnh của khoa học và công nghệ. Bạn chỉ cần nhìn bóng dáng của nó thường xuyên xuất hiện trên các phương tiện truyền thông đưa tin về khoa học và công nghệ để thấy rằng nhận định này là đúng.
Trong sinh học, phòng thí nghiệm không thể tách rời loại thiết bị thí nghiệm này, có thể giúp người học nghiên cứu thế giới chưa biết; để hiểu thế giới.
Bệnh viện là nơi ứng dụng lớn nhất của kính hiển vi, chủ yếu được sử dụng để kiểm tra thông tin như sự thay đổi của chất dịch cơ thể bệnh nhân, vi trùng xâm nhập vào cơ thể con người, sự thay đổi cấu trúc mô tế bào, v.v. các kế hoạch. Trong vi phẫu, kính hiển vi là dụng cụ duy nhất của bác sĩ; trong nông nghiệp, chăn nuôi, kiểm soát dịch hại và các công việc khác không thể thực hiện được nếu không có sự trợ giúp của kính hiển vi; trong sản xuất công nghiệp, việc kiểm tra quá trình và điều chỉnh lắp ráp các bộ phận tốt và nghiên cứu các đặc tính của vật liệu đều có thể thực hiện được với kính hiển vi. Nơi thể hiện tài năng của họ; các nhà điều tra tội phạm thường dựa vào kính hiển vi để phân tích các tội phạm vi mô khác nhau, như một phương tiện quan trọng để xác định kẻ giết người thực sự; các bộ phận bảo vệ môi trường cũng cần kính hiển vi để phát hiện các chất ô nhiễm rắn khác nhau; các kỹ sư địa chất và khai thác mỏ và các nhà khảo cổ học di tích văn hóa sử dụng Các manh mối được tìm thấy qua kính hiển vi có thể phán đoán các mỏ khoáng sản bị chôn vùi sâu hoặc suy ra sự thật lịch sử đầy bụi bặm; ngay cả cuộc sống hàng ngày của mọi người cũng không thể thiếu kính hiển vi, chẳng hạn như ngành làm đẹp và làm tóc, có thể sử dụng kính hiển vi để phát hiện chất lượng da và tóc. Có thể nhận được kết quả tốt nhất. Có thể thấy kính hiển vi gắn bó mật thiết với sản xuất và đời sống của con người như thế nào.
Theo các mục đích ứng dụng khác nhau, kính hiển vi có thể được phân thành bốn loại: kính hiển vi sinh học, kính hiển vi kim loại, kính hiển vi soi nổi và kính hiển vi phân cực. Đúng như tên gọi, kính hiển vi sinh học chủ yếu được sử dụng trong y sinh học và đối tượng quan sát chủ yếu là các vi thể trong suốt hoặc trong mờ; kính hiển vi kim loại chủ yếu được sử dụng để quan sát bề mặt của các vật thể mờ đục, chẳng hạn như cấu trúc kim loại và khuyết tật bề mặt của vật liệu; Trong khi đối tượng được phóng to và tạo ảnh, hướng của đối tượng và hình ảnh so với mắt người cũng nhất quán và có cảm giác về chiều sâu, phù hợp với thói quen thị giác thông thường của con người; Kính hiển vi phân cực sử dụng các đặc tính truyền hoặc phản xạ của các vật liệu khác nhau đối với ánh sáng phân cực để phân biệt các vật thể vi mô khác nhau. Ngoài ra, một số loại đặc biệt cũng có thể được chia nhỏ, chẳng hạn như kính hiển vi sinh học đảo ngược hoặc kính hiển vi nuôi cấy, chủ yếu được sử dụng để quan sát dịch nuôi cấy qua đáy bình nuôi cấy; kính hiển vi huỳnh quang sử dụng một số chất để hấp thụ ánh sáng bước sóng ngắn hơn cụ thể. Đặc điểm phát ra ánh sáng bước sóng dài hơn cụ thể để khám phá sự tồn tại của các chất này và đánh giá nội dung của chúng; kính hiển vi so sánh có thể tạo thành các hình ảnh đặt cạnh nhau hoặc chồng lên nhau của hai đối tượng trong cùng một trường nhìn, để so sánh sự giống và khác nhau của hai đối tượng.
Kính hiển vi quang học truyền thống chủ yếu bao gồm các hệ thống quang học và các cấu trúc cơ khí hỗ trợ của chúng. Các hệ thống quang học bao gồm vật kính, thị kính và thấu kính hội tụ, tất cả đều là kính lúp phức tạp làm bằng nhiều loại kính quang học khác nhau. Vật kính phóng to hình ảnh của vật mẫu và độ phóng đại của vật M được xác định theo công thức sau: Vật M=Δ∕f' vật , trong đó vật f' là tiêu cự của vật kính và Δ có thể hiểu là khoảng cách giữa vật kính và thị kính. Thị kính phóng đại hình ảnh được tạo bởi vật kính một lần nữa và tạo thành một hình ảnh ảo ở 250 mm trước mắt người để quan sát. Đây là vị trí quan sát thoải mái nhất cho hầu hết mọi người. Độ phóng đại của thị kính Mắt M=250/mắt f', mắt f' là tiêu cự của thị kính. Tổng độ phóng đại của kính hiển vi là tích của vật kính và thị kính, tức là M=M vật*M mắt=Δ*250/f' mắt *f; sự vật. Có thể thấy rằng việc giảm độ dài tiêu cự của vật kính và thị kính sẽ làm tăng tổng độ phóng đại, đây là chìa khóa để nhìn thấy vi khuẩn và các vi sinh vật khác bằng kính hiển vi, đồng thời cũng là điểm khác biệt giữa nó với kính lúp thông thường.
Vì vậy, liệu có thể giảm không giới hạn lưới f' đối tượng f', để tăng độ phóng đại, để chúng ta có thể nhìn thấy các đối tượng tinh tế hơn không? Câu trả lời là không! Điều này là do ánh sáng được sử dụng để chụp ảnh thực chất là một loại sóng điện từ, do đó, hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa chắc chắn sẽ xảy ra trong quá trình truyền, giống như những gợn sóng trên mặt nước có thể nhìn thấy trong cuộc sống hàng ngày có thể quay vòng khi gặp chướng ngại vật , và hai cột sóng nước có thể mạnh lên khi gặp nhau Hoặc yếu đi giống nhau. Khi sóng ánh sáng phát ra từ một vật thể phát sáng hình điểm đi vào vật kính, khung của vật kính sẽ cản trở sự truyền ánh sáng, dẫn đến nhiễu xạ và giao thoa. Có một loạt các vòng sáng với cường độ yếu dần và yếu dần. Ta gọi điểm sáng trung tâm là đĩa Airy. Khi hai điểm phát sáng ở gần một khoảng cách nhất định, hai điểm sáng sẽ trùng nhau cho đến khi không thể xác nhận chúng là hai điểm sáng. Rayleigh đề xuất một tiêu chuẩn phán đoán, cho rằng khi khoảng cách giữa tâm của hai đốm sáng bằng bán kính của đĩa Airy, thì hai đốm sáng có thể được phân biệt. Sau khi tính toán, khoảng cách giữa hai điểm phát sáng lúc này là e=0.61 入/n.sinA=0.61 I/NA, trong đó I là bước sóng ánh sáng, bước sóng của ánh sáng mà mắt người có thể nhận được là khoảng 0.4-0.7um, và n là chiết suất của môi trường đặt điểm phát sáng, chẳng hạn như trong không khí, n ≈1, trong nước , n≈1,33 và A là một nửa góc mở của điểm phát sáng tới khung của vật kính và NA được gọi là khẩu độ số của vật kính. Từ công thức trên có thể thấy rằng khoảng cách giữa hai điểm có thể được phân biệt bằng vật kính bị giới hạn bởi bước sóng ánh sáng và khẩu độ số. Vì bước sóng của thị lực sắc nét nhất của mắt người là khoảng 0.5um và góc A không thể vượt quá 90 độ, nên sinA luôn nhỏ hơn 1. Chiết suất tối đa của môi trường truyền ánh sáng khoảng 1,5, vì vậy giá trị e luôn lớn hơn 0.2um, là khoảng cách giới hạn tối thiểu mà kính hiển vi quang học có thể phân biệt được. Phóng đại hình ảnh qua kính hiển vi, nếu bạn muốn phóng đại khoảng cách điểm đối tượng e có thể phân giải bằng vật kính với một giá trị NA nhất định đủ để phân giải bằng mắt người, bạn cần Tôi lớn hơn hoặc bằng {{26 }}.15mm, trong đó {{30}}.15mm là giá trị thực nghiệm của mắt người Khoảng cách tối thiểu giữa hai vi vật thể có thể phân biệt được ở cách mắt 250mm, do đó M Lớn hơn hoặc bằng (0,15∕0,61 in) NA≈500N.A, để việc quan sát không quá tốn công sức, chỉ cần nhân đôi M, tức là 500N là đủ. A Nhỏ hơn hoặc bằng M Nhỏ hơn hoặc bằng 1000N.A là phạm vi lựa chọn hợp lý của tổng độ phóng đại của kính hiển vi. Cho dù tổng độ phóng đại lớn đến đâu cũng vô nghĩa, vì khẩu độ số của vật kính đã giới hạn khoảng cách phân giải tối thiểu và không thể phân biệt nhiều hơn bằng cách tăng độ phóng đại. Các đối tượng nhỏ được chi tiết.
Độ tương phản hình ảnh là một vấn đề quan trọng khác của kính hiển vi quang học. Cái gọi là độ tương phản đề cập đến độ tương phản đen trắng hoặc sự khác biệt về màu sắc giữa các phần liền kề trên bề mặt hình ảnh. Mắt người khó có thể đánh giá chênh lệch độ sáng bên dưới 0.02. là hơi nhạy cảm hơn. Đối với một số đối tượng quan sát bằng kính hiển vi, chẳng hạn như mẫu vật sinh học, sự khác biệt về độ sáng giữa các chi tiết là rất nhỏ và lỗi thiết kế và sản xuất của hệ thống quang học của kính hiển vi càng làm giảm độ tương phản của hình ảnh và gây khó khăn cho việc phân biệt. Lúc này, không thể nhìn rõ các chi tiết của vật thể, không phải do độ phóng đại tổng quá thấp, cũng không phải khẩu độ số của vật kính quá nhỏ, mà do độ tương phản của mặt phẳng hình ảnh quá thấp.
Qua nhiều năm, mọi người đã nỗ lực cải thiện độ phân giải và độ tương phản hình ảnh của kính hiển vi. Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ và công cụ máy tính, lý thuyết và phương pháp thiết kế quang học cũng liên tục được cải tiến. Cùng với việc cải thiện hiệu suất nguyên liệu thô, quy trình và việc cải tiến liên tục các phương pháp phát hiện và đổi mới phương pháp quan sát đã làm cho chất lượng hình ảnh của kính hiển vi quang học gần với sự hoàn hảo của giới hạn nhiễu xạ. Mọi người sẽ sử dụng kỹ thuật nhuộm mẫu, trường tối, tương phản pha, huỳnh quang, giao thoa, phân cực và các kỹ thuật quan sát khác để làm cho kính hiển vi quang học có thể thích ứng với việc nghiên cứu tất cả các loại mẫu vật. Mặc dù kính hiển vi điện tử, kính hiển vi siêu âm và các dụng cụ hình ảnh phóng đại khác đã liên tục ra đời trong những năm gần đây và có hiệu suất vượt trội ở một số khía cạnh, nhưng chúng vẫn không có sẵn về giá rẻ, tiện lợi, trực quan và đặc biệt thích hợp cho nghiên cứu về sinh vật sống. Đối thủ của kính hiển vi ánh sáng, vẫn giữ vững lập trường của nó. Mặt khác, kết hợp với laser, máy tính, công nghệ vật liệu mới và công nghệ thông tin, kính hiển vi quang học cổ đại đang trẻ hóa và thể hiện sức sống mạnh mẽ. Kính hiển vi kỹ thuật số, kính hiển vi quét đồng tiêu laser, kính hiển vi quét trường gần, kính hiển vi hai photon và Có nhiều chức năng hoặc công cụ mới có thể thích ứng với nhiều điều kiện môi trường mới xuất hiện trong một dòng vô tận, giúp mở rộng hơn nữa lĩnh vực ứng dụng của kính hiển vi quang học. Những hình ảnh hiển vi về các thành tạo đá được tải lên từ các xe tự hành trên sao Hỏa thật thú vị làm sao! Chúng ta hoàn toàn có thể tin rằng kính hiển vi quang học sẽ mang lại lợi ích cho nhân loại với thái độ cập nhật.
