Làm thế nào có thể tăng độ phân giải của kính hiển vi?
Một trong những công cụ kiểm tra chính là kính hiển vi và độ phân giải là thước đo quan trọng để đánh giá hiệu suất của công cụ. Độ phân giải là khả năng phân biệt rõ ràng giữa hai đường hoặc điểm nhỏ ở cự ly gần. Bản thân con mắt có chức năng như một chiếc kính hiển vi. Độ phân giải của mắt người ở khoảng cách nhìn, được mọi người chấp nhận là 25 cm, là khoảng 1/10 mm trong điều kiện ánh sáng bình thường. Do các đường thẳng có thể kích thích một số tế bào thần kinh nên có thể tăng độ phân giải của mắt khi quan sát hai đường thẳng.
Vì độ phân giải của mắt người chỉ là 1/10 mm nên mắt người không thể phân biệt giữa hai vật thể cực nhỏ cách nhau gần hơn 1/10 mm. Vì vậy, sự phát triển của kính hiển vi quang học để kiểm tra bằng kính hiển vi xuất hiện đầu tiên, sau đó là sự phát triển của kính hiển vi điện tử. Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm nhỏ có thể phân biệt rõ ràng trên mẫu vật được gọi là độ phân giải của kính hiển vi. D=0.61/NA là công thức tính toán của nó.
Trong phương trình, D là viết tắt của độ phân giải tính bằng um, cho bước sóng của nguồn sáng tính bằng um và NA cho khẩu độ số của thấu kính vật kính tính bằng um (còn được gọi là tỷ lệ khẩu độ).
Công thức chỉ ra rằng khẩu độ số của vật kính phù hợp và bước sóng của nguồn sáng tới xác định độ phân giải của kính hiển vi. Có thể thấy, kính hiển vi quang học có thể được cải thiện bằng cách:
1. Giảm bước sóng của nguồn sáng.
Ánh sáng khả kiến có bước sóng ngắn hơn là 390nm. Bước sóng của tia cực tím này có thể làm giảm độ phân giải của kính hiển vi quang học xuống 0,2um khi được sử dụng làm nguồn chiếu sáng. Tuy nhiên, phần lớn thủy tinh của các vật liệu thông thường hấp thụ rất nhiều ánh sáng có bước sóng dưới 340 nm, khiến tia UV không thể tạo ra hình ảnh rõ ràng và rực rỡ ngay cả sau khi bị suy giảm đáng kể. Vì không thể nhìn thấy kính hiển vi ánh sáng UV bằng kính hiển vi bằng mắt thường và thậm chí cả mẫu được quan sát, phải sử dụng các vật liệu đắt tiền như thạch anh và fluorit, có thể truyền qua tia cực tím ở bước sóng thấp tương ứng là 185nm và 200nm. Kỹ thuật này để tăng độ phân giải của kính hiển vi không được sử dụng thường xuyên vì những giới hạn của chính nó, được kết hợp bởi chi phí cao và những hạn chế của kính hiển vi.
2. Tăng khẩu độ số NA của vật kính.
Khẩu độ số NA=n*sin(u)
Trong phương trình, n là chỉ số khúc xạ của môi trường nằm giữa vật kính và mẫu vật, và u là nửa góc khẩu độ của vật kính. Do đó, từ quan điểm của thiết kế quang học, việc áp dụng chính xác góc khẩu độ lớn hơn hoặc tăng chỉ số khúc xạ đã nổi lên như một kỹ thuật phổ biến để nâng cao độ phân giải của kính hiển vi quang học. Môi trường cho các vật kính có độ phóng đại thấp, chẳng hạn như các thấu kính có độ phóng đại dưới 10X, điển hình là không khí, có chiết suất bằng 1, khiến nó trở thành môi trường khô. Môi trường ngâm nước là nước cất có chiết suất 1,33. Môi trường cho vật kính ngâm dầu, chẳng hạn như thấu kính dầu 100X của Olympus, có chỉ số khúc xạ thường vào khoảng 1,52. Do sử dụng môi trường chiết suất cao, vật kính ngâm nước và vật kính ngâm dầu không chỉ có độ phóng đại cao mà còn nâng cao độ phân giải của vật kính.
