میکروسکوپ های نوری عمدتاً در چه زمینه هایی استفاده می شوند؟

میکروسکوپ های نوری عمدتاً در چه زمینه هایی استفاده می شوند؟

میکروسکوپ علمی یک ابزار علمی قدیمی و جوان است. از تاریخ تولدش سابقه سیصد ساله دارد. میکروسکوپ های نوری به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، مانند در زیست شناسی، شیمی، فیزیک، نجوم، و غیره در برخی از تحقیقات علمی همه بدون میکروسکوپ.

در حال حاضر، تقریباً به تأیید تصویر علم و فناوری تبدیل شده است. شما فقط باید ببینید که این رقم به طور مکرر در گزارش های رسانه ای در مورد علم و فناوری ظاهر می شود تا ببینید این گفته درست است.

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

بیمارستان ها بزرگترین مکان های کاربردی برای میکروسکوپ ها هستند که عمدتاً برای بررسی اطلاعاتی مانند تغییرات مایعات بدن بیمار، میکروب های وارد شده به بدن انسان، تغییرات در ساختار بافت سلولی و غیره استفاده می شوند و روش های مرجع و تأیید را برای فرمولاسیون درمان در اختیار پزشکان قرار می دهند. برنامه ها در جراحی میکروسکوپ تنها ابزار پزشکان است. در کشاورزی، اصلاح نژاد، کنترل آفات و کارهای دیگر نمی تواند بدون کمک میکروسکوپ انجام شود. در تولید صنعتی، بازرسی پردازش و تنظیم مونتاژ قطعات ریز و تحقیق در مورد خواص مواد با میکروسکوپ امکان پذیر است. مکانی برای نشان دادن استعدادهای خود؛ بازرسان جنایی اغلب برای تجزیه و تحلیل جنایات میکروسکوپی مختلف، به عنوان ابزار مهمی برای تعیین قاتل واقعی، به میکروسکوپ تکیه می کنند. بخش‌های حفاظت از محیط زیست نیز برای شناسایی آلاینده‌های جامد مختلف به میکروسکوپ نیاز دارند. مهندسین زمین شناسی و معدن و آثار فرهنگی باستان شناسان استفاده می کنند. حتی زندگی روزمره مردم نیز بدون میکروسکوپ نمی تواند انجام شود، مانند صنعت زیبایی و آرایشگری که می تواند از میکروسکوپ برای تشخیص کیفیت پوست و مو استفاده کند. می تواند بهترین نتایج را بگیرد. 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 به چهار دسته تقسیم کرد: میکروسکوپ های بیولوژیکی، میکروسکوپ های متالوگرافی، میکروسکوپ های استریو و میکروسکوپ های قطبی. همانطور که از نام آن پیداست، میکروسکوپ‌های بیولوژیکی عمدتاً در زیست‌پزشکی استفاده می‌شوند و اجسام مشاهده عمدتاً اجسام میکرو شفاف یا نیمه شفاف هستند. میکروسکوپ های متالوگرافی عمدتاً برای مشاهده سطح اجسام مات مانند ساختار متالوگرافی و عیوب سطحی مواد استفاده می شوند. در حالی که جسم بزرگ‌نمایی و تصویربرداری می‌شود، جهت‌گیری جسم و تصویر نسبت به چشم انسان نیز سازگار است و حس عمق وجود دارد که با عادات بصری مرسوم افراد همخوانی دارد. میکروسکوپ های پلاریزه از ویژگی های انتقال یا انعکاس مواد مختلف برای نور پلاریزه استفاده می کنند تا اجزای میکرو اجسام مختلف را تشخیص دهند. علاوه بر این، برخی از انواع خاص نیز می توانند تقسیم شوند، مانند میکروسکوپ بیولوژیکی معکوس یا میکروسکوپ کشت، که عمدتا برای مشاهده کشت از طریق ته ظرف کشت استفاده می شود. یک میکروسکوپ فلورسانس از مواد خاصی برای جذب نور با طول موج کوتاه‌تر استفاده می‌کند. میکروسکوپ مقایسه می تواند تصاویری در کنار هم یا روی هم از دو جسم در یک میدان دید ایجاد کند تا شباهت ها و تفاوت های دو جسم را با هم مقایسه کند.

میکروسکوپ‌های نوری سنتی عمدتاً از سیستم‌های نوری و ساختارهای مکانیکی پشتیبان آن‌ها تشکیل شده‌اند. سیستم های نوری شامل عدسی های شیئی، چشمی و لنزهای خازنی هستند که همگی ذره بین های پیچیده ای هستند که از عینک های نوری مختلف ساخته شده اند. عدسی شیئی تصویر نمونه را بزرگ می‌کند و بزرگ‌نمایی آن M شی با فرمول زیر تعیین می‌شود: M شی=Δ∕f' شی، که در آن شی f' فاصله کانونی عدسی شیئی است، و Δ را می توان به عنوان فاصله بین عدسی شیئی و چشمی درک کرد. چشمی دوباره تصویری را که توسط عدسی شیئی تشکیل شده بزرگ می کند و یک تصویر مجازی در فاصله 250 میلی متری جلوی چشم انسان 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 حاصل ضرب عدسی شیئی و چشمی است، یعنی M=M object*M eye=Δ*250/f' eye *f; هدف - شی. مشاهده می شود که کاهش فاصله کانونی عدسی شیئی و چشمی باعث افزایش بزرگنمایی کل می شود که کلید دیدن باکتری ها و سایر میکروارگانیسم ها با میکروسکوپ است و همچنین تفاوت آن با ذره بین های معمولی است.

بنابراین، آیا می توان بدون محدودیت مش f' جسم را کاهش داد تا بزرگنمایی را افزایش دهیم تا بتوانیم اجسام ظریف تری را ببینیم؟ پاسخ منفی است! این به این دلیل است که نور مورد استفاده برای تصویربرداری اساساً نوعی موج الکترومغناطیسی است، بنابراین پدیده های پراش و تداخل به طور اجتناب ناپذیری در طول فرآیند انتشار رخ می دهند، درست مانند امواج روی سطح آب که در زندگی روزمره دیده می شوند، می توانند در هنگام برخورد با موانع به اطراف بچرخند. ، و دو ستون از امواج آب می توانند یکدیگر را در هنگام ملاقات تقویت کنند یا همان را ضعیف کنند. هنگامی که موج نوری ساطع شده از یک جسم نورانی نقطه‌ای شکل وارد عدسی شیئی می‌شود، قاب عدسی شیئی مانع از انتشار نور می‌شود و در نتیجه پراش و تداخل ایجاد می‌شود. یک سری حلقه های نور با شدت ضعیف و به تدریج ضعیف می شود. ما نقطه روشن مرکزی را دیسک هوا می نامیم. هنگامی که دو نقطه تابش نور به یک فاصله مشخص نزدیک شوند، دو نقطه نورانی با هم همپوشانی دارند تا زمانی که نتوان آنها را به عنوان دو نقطه نوری تأیید کرد. ریلی یک استاندارد قضاوت را پیشنهاد کرد، با این تصور که وقتی فاصله بین مراکز دو نقطه نوری برابر با شعاع دیسک Airy باشد، می توان دو نقطه نوری را تشخیص داد. پس از محاسبه، فاصله بین دو نقطه ساطع کننده نور در این زمان e{3}}.61 入/n.sinA=0.61 I/NA است که در آن I طول موج نور است، طول موج نور قابل دریافت توسط چشم انسان حدود 0 است.4-0.7um و n ضریب شکست محیطی است که نقطه تابش نور در آن قرار دارد، مانند هوا، n ≈1، در آب، n≈1.33 و A نیمی از زاویه باز شدن نقطه تابش نور 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 توسط عدسی شیئی قابل تشخیص است با طول موج نور و دیافراگم عددی محدود می شود. از آنجایی که طول موج حادترین دید چشم انسان حدود 0.5m است و زاویه A نمی تواند از 90 درجه تجاوز کند، sinA همیشه کمتر از 1 است. حداکثر ضریب شکست موجود محیط انتقال نور حدود 1.5 است، بنابراین مقدار e همیشه بزرگتر از 0.2um است، که حداقل فاصله حدی است که میکروسکوپ نوری می تواند تشخیص دهد. تصویر را از طریق میکروسکوپ بزرگ کنید، اگر می‌خواهید فاصله نقطه جسم e را که می‌تواند توسط عدسی شیئی با مقدار NA مشخصی به اندازه‌ای که توسط چشم انسان قابل تفکیک باشد، بزرگ‌نمایی کنید، به Me بزرگتر یا مساوی {{26} نیاز دارید. }}.15mm، که در آن {{30}}.15mm مقدار آزمایشی چشم انسان است حداقل فاصله بین دو شی ریز که در 250 میلی متر جلوی چشم قابل تشخیص است، بنابراین M بزرگتر از یا برابر با (0.15∕0.61 اینچ) 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 محدوده انتخاب معقولی از بزرگنمایی کل میکروسکوپ است. بزرگنمایی کل هر چقدر هم زیاد باشد بی معنی است، زیرا دیافراگم عددی عدسی شیئی حداقل فاصله قابل تفکیک را محدود کرده است و تشخیص بیشتر با افزایش بزرگنمایی غیرممکن است. اشیاء کوچک با جزئیات هستند.

کنتراست تصویر یکی دیگر از مسائل کلیدی میکروسکوپ های نوری است. اصطلاح کنتراست به کنتراست سیاه و سفید یا تفاوت رنگ بین قسمت های مجاور روی سطح تصویر اشاره دارد. برای چشم انسان دشوار است که تفاوت روشنایی زیر 0.02 را قضاوت کند. کمی حساس تر است برای برخی از اجسام مشاهده میکروسکوپی، مانند نمونه های بیولوژیکی، تفاوت روشنایی بین جزئیات بسیار کم است و خطاهای طراحی و ساخت سیستم نوری میکروسکوپ کنتراست تصویر را بیشتر کاهش می دهد 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 خیلی کم است، و نه دیافراگم عددی لنز شیئی خیلی کوچک است، بلکه به این دلیل که کنتراست صفحه تصویر بسیار کم است.

در طول سال ها، مردم برای بهبود وضوح و کنتراست تصویربرداری میکروسکوپ سخت کار کرده اند. با پیشرفت مداوم فناوری و ابزارهای کامپیوتری، تئوری و روش های طراحی نوری نیز به طور مداوم بهبود می یابد. همراه با بهبود عملکرد مواد خام، فرآیند و بهبود مستمر روش‌های تشخیص و نوآوری روش‌های مشاهده، کیفیت تصویربرداری میکروسکوپ نوری را نزدیک به کمال حد پراش کرده است. مردم از رنگ‌آمیزی نمونه، میدان تاریک، کنتراست فاز، فلورسانس، تداخل، پلاریزاسیون و سایر تکنیک‌های مشاهده برای ساختن میکروسکوپ نوری استفاده می‌کنند که می‌تواند با تحقیقات انواع نمونه‌ها سازگار شود. اگرچه میکروسکوپ‌های الکترونی، میکروسکوپ‌های اولتراسونیک و سایر ابزارهای تصویربرداری بزرگ‌نمایی در سال‌های اخیر به‌طور متوالی تولید شده‌اند و از برخی جنبه‌ها عملکرد برتری دارند، اما هنوز از نظر ارزانی، راحتی، شهود و به‌ویژه برای تحقیق روی موجودات زنده مناسب نیستند. رقیب میکروسکوپ نوری است که هنوز زمین خود را محکم نگه داشته است. از سوی دیگر، همراه با لیزر، کامپیوتر، فناوری مواد جدید و فناوری اطلاعات، میکروسکوپ نوری باستانی جوان‌سازی می‌کند و سرزندگی شدیدی از خود نشان می‌دهد. میکروسکوپ دیجیتال، میکروسکوپ روبشی کانفوکال لیزری، میکروسکوپ روبشی میدان نزدیک، میکروسکوپ دو فوتونی و عملکردها یا ابزارهای مختلفی وجود دارند که می توانند با شرایط محیطی مختلف سازگار شوند در یک جریان بی پایان ظاهر می شوند که زمینه کاربرد میکروسکوپ های نوری را بیشتر گسترش می دهد. تصاویر میکروسکوپی سازنده‌های سنگی که از مریخ‌نوردان بارگذاری شده‌اند، چقدر هیجان‌انگیز هستند! ما می توانیم کاملاً باور کنیم که میکروسکوپ نوری با نگرش به روز شده برای بشر مفید خواهد بود.