کاربردهای اصلی میکروسکوپ های نوری چیست؟

کاربردهای اصلی میکروسکوپ های نوری چیست؟

میکروسکوپ نوری یک ابزار علمی قدیمی و جوان است. از بدو تولد تا کنون سیصد سال سابقه دارد. میکروسکوپ های نوری به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، مانند در زیست شناسی، شیمی، فیزیک، نجوم، و غیره.

در حال حاضر، تقریباً به تأیید تصویر علم و فناوری تبدیل شده است. شما فقط باید حضورهای مکرر او را در گزارش های رسانه ای در مورد علم و فناوری ببینید تا متوجه شوید که این حقیقت دارد.

در زیست شناسی، آزمایشگاه از این ابزار آزمایشی جدایی ناپذیر است، که می تواند به فراگیران برای مطالعه جهان ناشناخته کمک کند. برای درک جهان

بیمارستان ها بزرگترین مکان های کاربردی برای میکروسکوپ هستند. آنها عمدتاً برای بررسی تغییرات مایعات بدن بیماران، باکتری‌هایی که به بدن انسان حمله می‌کنند، تغییرات در ساختار سلولی و غیره استفاده می‌شوند و روش‌های مرجع و تأیید را برای تنظیم برنامه‌های درمانی در اختیار پزشکان قرار می‌دهند. در جراحی میکروسکوپ تنها ابزار پزشک است. در کشاورزی، اصلاح نژاد، کنترل آفات و کارهای دیگر نمی تواند بدون کمک میکروسکوپ انجام شود. در تولید صنعتی، پردازش، بازرسی و تنظیم مونتاژ قطعات ظریف و مطالعه خواص مواد امکان پذیر است. مکانی برای نشان دادن استعدادهای خود؛ بازرسان جنایی معمولاً برای تجزیه و تحلیل جنایات میکروسکوپی مختلف به میکروسکوپ ها به عنوان ابزاری مهم برای تعیین مجرم واقعی متکی هستند. بخش حفاظت از محیط زیست نیز از میکروسکوپ برای شناسایی آلاینده های جامد مختلف استفاده می کند. مهندسان زمین شناسی و معدن و آثار فرهنگی و باستان شناسان از کمک میکروسکوپ استفاده می کنند. سرنخ های یافت شده توسط میکروسکوپ را می توان برای قضاوت در معادن عمیق زیرزمینی یا استنباط تصویر واقعی از تاریخ غبارآلود استفاده کرد. حتی زندگی روزمره افراد از میکروسکوپ جدا نیست، مانند صنعت زیبایی و آرایشگری که می تواند از میکروسکوپ برای تشخیص پوست، مو و غیره استفاده کند. بهترین نتیجه را بگیرید. می توان دید که میکروسکوپ چقدر با تولید و زندگی مردم ادغام شده است.

با توجه به کاربردهای مختلف، میکروسکوپ ها را می توان تقریباً طبقه بندی کرد و چهار دسته رایج وجود دارد: میکروسکوپ های بیولوژیکی، میکروسکوپ های متالوگرافی، میکروسکوپ های استریو و میکروسکوپ های قطبی. همانطور که از نام آن پیداست، میکروسکوپ‌های بیولوژیکی عمدتاً در زیست‌پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند و اجسام مشاهده عمدتاً اجسام میکروسکوپی شفاف یا نیمه شفاف هستند. میکروسکوپ های متالوگرافی عمدتاً برای مشاهده سطح اجسام مات مانند ساختار متالوگرافی و عیوب سطحی مواد استفاده می شوند. هنگامی که جسم بزرگ شده و تصویر می شود، جهت گیری جسم و تصویر را نسبت به چشم انسان همسان می کند و حس عمقی دارد که با عادات بصری مرسوم افراد همخوانی دارد. میکروسکوپ نور پلاریزه از ویژگی های انتقال یا انعکاس مواد مختلف به نور پلاریزه شده برای تشخیص اجزای میکرو اجسام مختلف استفاده می کند. علاوه بر این، برخی از انواع خاص نیز می توانند تقسیم شوند، مانند میکروسکوپ بیولوژیکی معکوس یا میکروسکوپ کشت، که یک میکروسکوپ بیولوژیکی است که عمدتاً برای مشاهده کشت از طریق ته ظرف کشت استفاده می شود. میکروسکوپ فلورسانس از مواد خاصی برای جذب نور با طول موج کوتاه تر و ویژگی های ساطع نور با طول موج بلندتر برای یافتن وجود این مواد و تعیین محتوای آنها استفاده می کند. میکروسکوپ های مقایسه می توانند تصاویری در کنار هم یا روی هم از دو جسم در یک میدان دید ایجاد کنند تا شباهت ها و تفاوت های دو جسم را با هم مقایسه کنند.

میکروسکوپ‌های نوری سنتی عمدتاً از سیستم‌های نوری و ساختارهای مکانیکی که از آنها پشتیبانی می‌کنند تشکیل شده‌اند. سیستم های نوری شامل عدسی های شیئی، چشمی ها و کندانسورها هستند که ذره بین های پیچیده ای هستند که از عینک های نوری مختلف ساخته شده اند. عدسی شیئی نمونه را بزرگ‌نمایی می‌کند، و بزرگ‌نمایی M آن با فرمول زیر تعیین می‌شود: M شی =Δ∕f'object، که در آن f'object فاصله کانونی عدسی شیئی است، و Δ را می‌توان به صورت زیر درک کرد. فاصله بین عدسی شیئی و چشمی چشمی تصویر تشکیل شده توسط عدسی شیئی را دوباره بزرگ می کند و یک تصویر مجازی در 250 میلی متر در مقابل چشمان افراد برای مشاهده تشکیل می دهد. این راحت ترین موقعیت مشاهده برای اکثر مردم است. بزرگنمایی چشمی M eye=250/f' eye، f' eye فاصله کانونی چشمی است. بزرگنمایی کلی میکروسکوپ حاصلضرب عدسی شیئی و چشمی است، یعنی M=Mobject*Meye=Δ*250∕f'eye*f;object. مشاهده می شود که کاهش فاصله کانونی عدسی شیئی و چشمی باعث افزایش بزرگنمایی کل می شود که کلید دیدن میکروارگانیسم هایی مانند باکتری با میکروسکوپ است و همچنین تفاوت آن با ذره بین معمولی است.

بنابراین، آیا می‌توان به‌طور بی‌نهایت مش f' جسم را کاهش داد تا بزرگ‌نمایی را افزایش دهیم تا بتوانیم اجسام ظریف‌تری را ببینیم؟ پاسخ منفی است! این به این دلیل است که نور مورد استفاده برای تصویربرداری اساساً یک موج الکترومغناطیسی است، بنابراین پراش و تداخل به طور اجتناب‌ناپذیری در طول فرآیند انتشار رخ می‌دهد، درست مانند امواج روی سطح آب که در زندگی روزمره می‌بینیم هنگام برخورد با موانع و هنگام برخورد دو ستون می‌توانند منحرف شوند. امواج آب با هم ملاقات می کنند، آنها می توانند یکدیگر را تقویت کنند. یا ضعیف شده است. هنگامی که موج نوری ساطع شده از یک نقطه شی تابش نور به شکل نقطه وارد عدسی شیئی می شود، قاب عدسی شیئی مانع از انتشار نور می شود و در نتیجه پراش و تداخل ایجاد می شود. یک سری هاله با شدت ضعیف و به تدریج ضعیف می شود. ما نقطه روشن مرکزی را دیسک هوا می نامیم. هنگامی که دو نقطه ساطع کننده نور به فاصله مشخصی نزدیک شوند، دو نقطه نورانی با هم همپوشانی دارند تا زمانی که نتوان آنها را به عنوان دو نقطه نوری تأیید کرد. رایلی معیاری را پیشنهاد کرد و آن این بود که وقتی فاصله بین مرکز دو نقطه نوری برابر با شعاع دیسک Airy باشد، می توان دو نقطه نوری را از هم تشخیص داد. پس از محاسبه، فاصله بین دو نقطه ساطع کننده نور در این زمان e=0.61 ∕n.sinA=0 است.61 در ∕ NA، در فرمول، در طول موج نور است. موج، طول موج موج نوری که چشم انسان می تواند دریافت کند حدود 0 است.4-0.7um، n ضریب شکست محیطی است که نقطه تابش نور در آن قرار دارد، مانند در هوا، n≈1، در آب، n≈1.33، و A نیمی از زاویه باز شدن نقطه نورانی به قاب عدسی شیئی است و NA را دیافراگم عددی عدسی شیئی می نامند. از فرمول بالا می توان دریافت که فاصله بین دو نقطه ای که عدسی شیئی می تواند تشخیص دهد با طول موج نور و دیافراگم عددی محدود می شود. از آنجایی که طول موج تیزترین چشم انسان حدود 0.5m است، زاویه A نمی‌تواند از 90 درجه تجاوز کند و sinA همیشه کمتر از 1 است. حداکثر ضریب شکست برای محیط انتقال نور موجود حدود 1.5 است، بنابراین مقدار e همیشه بزرگتر از 0.2um است، که کوچکترین فاصله حدی است که یک میکروسکوپ نوری می تواند آن را حل کند. از طریق بزرگنمایی میکروسکوپ، اگر می‌خواهید فاصله نقطه جسم e را بزرگ‌نمایی کنید که می‌تواند توسط یک عدسی شیئی با مقدار NA مشخص به اندازه‌ای باشد که توسط چشم انسان تشخیص داده شود، Me بزرگ‌تر یا مساوی 0.15 میلی‌متر، جایی که {{30}}.15 میلی‌متر، چشم انسان تجربی به‌دست‌آمده است. حداقل فاصله بین دو شی ریز قرار گرفته در 250 میلی‌متر در جلوی چشم‌ها قابل تشخیص است، بنابراین M بزرگ‌تر یا مساوی (0.15∕0.61) در) NA≈500N.A، برای اینکه مشاهدات خیلی پر زحمت نباشد، کافی است M، یعنی 500N را دو برابر کنیم. A کمتر یا مساوی M کمتر یا مساوی 1000N.A یک محدوده انتخاب معقول برای بزرگنمایی کل میکروسکوپ است. مهم نیست که بزرگنمایی کل چقدر زیاد باشد، بی معنی است، زیرا دیافراگم عددی عدسی شیئی حداقل فاصله قابل تفکیک را محدود کرده است. اشیاء کوچک با جزئیات هستند.

کنتراست تصویر یکی دیگر از مسائل کلیدی در میکروسکوپ های نوری است. به اصطلاح کنتراست کنتراست سیاه و سفید یا تفاوت رنگ بین قسمت های مجاور روی سطح تصویر است. قضاوت در مورد تفاوت روشنایی زیر 0.02 برای چشم انسان دشوار است. کمی حساس تر برخی از اجسام مشاهده میکروسکوپی، مانند نمونه های بیولوژیکی، تفاوت بسیار کمی در روشنایی بین جزئیات دارند. علاوه بر این، خطاهای طراحی و ساخت سیستم نوری میکروسکوپ باعث کاهش بیشتر کنتراست تصویر شده و تشخیص آن را دشوار می کند. در این زمان، جزئیات جسم را نمی توان به وضوح دید، نه به این دلیل که بزرگنمایی کل بسیار کم است. ، به این دلیل نیست که دیافراگم عددی لنز شیئی خیلی کوچک است، بلکه به این دلیل است که کنتراست سطح تصویر بسیار کم است.

در طول سال‌ها، مردم برای بهبود قدرت تفکیک و کنتراست تصویربرداری میکروسکوپ‌ها سخت کار کرده‌اند. با پیشرفت مداوم فناوری و ابزارهای کامپیوتری، تئوری و روش های طراحی نوری نیز به طور مداوم در حال بهبود است. بهبود مستمر روش‌های تشخیص و نوآوری روش‌های مشاهده، کیفیت تصویربرداری میکروسکوپ‌های نوری را به درجه کامل حد پراش نزدیک کرده است. می تواند با تحقیقات انواع نمونه ها سازگار شود. اگرچه ابزارهای بزرگ‌نمایی و تصویربرداری مانند میکروسکوپ الکترونی و میکروسکوپ اولتراسونیک در سال‌های اخیر به‌طور متوالی عرضه شده‌اند، اما از برخی جنبه‌ها عملکرد مفیدی دارند، اما هنوز نمی‌توانند ارزان، راحت و شهودی باشند، به‌ویژه برای تحقیق در مورد موجودات زنده. میکروسکوپ های نوری رقیب، که هنوز زمین خود را محکم نگه داشته اند. از سوی دیگر، همراه با لیزر، کامپیوتر، فناوری مواد جدید و فناوری اطلاعات، میکروسکوپ نوری باستانی در حال جوان سازی و نشان دادن سرزندگی قوی است. میکروسکوپ دیجیتال، میکروسکوپ روبشی کانفوکال لیزری، میکروسکوپ روبشی میدان نزدیک، میکروسکوپ دو فوتونی و ابزارهایی با عملکردهای مختلف جدید یا سازگار با شرایط مختلف محیطی جدید در یک جریان بی‌پایان ظاهر می‌شوند و به عنوان مثال، زمینه کاربرد میکروسکوپ‌های نوری را بیشتر گسترش می‌دهند. تصاویر میکروسکوپی سازنده‌های سنگی که از مریخ‌نورد بارگذاری شده‌اند، چقدر هیجان‌انگیز هستند! ما کاملاً می‌توانیم باور کنیم که میکروسکوپ نوری با نگرش جدیدی برای بشر مفید خواهد بود.