Tillämpning av modernt mikroskopkoncept vid observation av mikroskopisk värld
Från forntida tider till nutid har människor strävat efter högre och längre sanningar. Från havsresor till utforskning av rymden har människor erövrat stora mål efter varandra. Den makroskopiska världen som människor ser med blotta ögat är dock inte hela världen, och det mänskliga ögat kan inte se det klart. Det lockar också otaliga människor att utforska och förfölja.
Oavsett makroskopiska eller mikroskopiska saker är våra observationer baserade på attributen för tredimensionellt rymd, det vill säga XYZ tredimensionell, och observationen av förändringar i sakers form behöver införa en annan mätfaktor - tid T, så Det mest kompletta sättet att observera saker måste vara. Samtidig inspelning av XYZT, det vill säga långtidsfotografering av form plus tid, är också mikroskopets ultimata funktion.
Efter mer än 300 år av utveckling har moderna mikroskop föreslagit koncept som upplösning, skärpedjup och synfält och har kontinuerligt föreslagit lösningar. Mikroskop har till en början uppfyllt våra behov av att observera den mikroskopiska världen och hjälpt oss att registrera rum och tid i den mikroskopiska världen.
Det viktigaste i mikroskopisk världsobservation är upplösningen av detaljer, och begreppet upplösning föddes ur detta. Upplösning hänvisar till det minsta avståndet mellan två punkter som kan urskiljas av det mänskliga ögat och är endast giltigt i XY-dimensionen. Enligt Rayleigh-kriteriet, Rayleigh Criterion, är gränsen som normala människor kan urskilja två punkter på 0.2 mm på ett avstånd av 25 cm. När vi använder ett mikroskop kan vi se två punkter på mindre avstånd, vilket förbättrar upplösningen av vår observation. Med den ständiga fördjupningen av modern forskning ökar också människors krav på upplösning ständigt, och forskarna förbättrar också ständigt upplösningen i mikroskop. Till exempel har elektronmikroskop ökat upplösningen till nanometernivå, vilket möjliggör observation av virus. Ultrahög mikroskopisk avbildningsteknik förbättrar mikroskopets upplösning från 200 nanometer till tiotals nanometer, vilket gör observationen av levande cellorganeller.
Förbättringen av upplösningen medför också nya problem, det vill säga minskningen av synfält och skärpedjup. När man använder den vanliga centrala belysningsmetoden (den fotopiska belysningsmetoden som får ljuset att passera jämnt genom provet), är mikroskopets upplösningsavstånd d=0.61 λ/NA, våglängdsområdet för synligt ljus är { {2}}nm, den genomsnittliga våglängden är 550nm, och våglängden är en fast konstant. Därför kan en ökning av NA-värdet få ett mindre D-värde, det vill säga avståndet mellan två punkter som kan särskiljas Mindre, vilket gör att människor kan se mindre föremål tydligt.
NA-värdet är den numeriska bländaren, som beskriver storleken på linsens ljusmottagande konvinkel, NA=n * sin , det vill säga produkten av brytningsindex (n) för mediet mellan linsen och föremålet som ska inspekteras och sinus för halvan av bländarvinkeln (2 ). n är ljusbrytningsindexet för mediet mellan objektivlinsen och provet. När mikroskopobjektets rymdmedium är luft, brytningsindex n=1. Att använda ett medium med ett högre brytningsindex än luft kan avsevärt öka NA-värdet. Vattendoppningsmediet är destillerat vatten och brytningsindex. Förhållandet är 1,33; oljedoppningsobjektivet är cederträolja eller andra genomskinliga oljor, och dess brytningsindex är i allmänhet runt 1,52, vilket är nära brytningsindexet för linsen och objektglaset. Därför är NA-värdet för oljelinsen högre än för luftlinsen.
Bländarvinkel, även känd som "spegelmunvinkel", är den vinkel som bildas av objektpunkten på linsens optiska axel och den effektiva diametern på objektivlinsens främre lins. Att öka spegelns mynningsvinkel kan öka sinusvärdet, och dess faktiska övre gräns är cirka 72 grader (sinusvärdet är 0.95), multiplicerat med brytningsindexet för cederolja 1,52, kan det erhållas att maximalt NA-värde är cirka 1,45, och ersatt i upplösningsberäkningsformeln kan det erhållas att gränsen för XY-planets upplösning för ett konventionellt mikroskop är cirka 0.2um.
NA-värdet påverkar också direkt ljusstyrkan i mikroskopets synfält (B). Från formeln B∝NA2/M2 kan vi härleda att ljusstyrkan ökar med ökningen av den numeriska bländaren (NA) eller minskningen av objektivets förstoring (M).
Teoretiskt sett bör vi sträva efter högsta möjliga NA-värde för att få bättre XY-planupplösning och synfältsljusstyrka. Allt har dock två sidor. Förbättringen av XY-planets upplösning kommer att minska Z-axelns skärpedjup och observationsfält.
Mikroskop ser vanligtvis vyn vertikalt nedåt. När det konvexa läget och det konkava läget på objektets yta som observeras inom synfältets diameter kan ses tydligt, är höjdskillnaden mellan den konvexa punkten och den konkava punkten skärpedjupet. Jo, för mikroskop, ju större skärpedjup desto bättre. Ju större skärpedjup, desto bättre och mer tredimensionella klarhetsbilder kan erhållas när man observerar ytan på ojämna föremål. Det stora skärpedjupet hjälper oss att observera den mikroskopiska världen i vertikal riktning. Det vill säga Z-axelinformationen i XYZ tredimensionell form.
Skärpedjup är djupet på främre och bakre utrymmet som motsvarar den tydliga bilden på bildplanet: dtot=(λ*n)/NA plus n/(M∗NA) * e, dtot: skärpedjup , NA: numerisk bländare, M: total förstoring, λ: ljusets våglängd, (vanligtvis λ=0.55um), n: brytningsindex för mediet mellan provet och objektivlinsen (luft: n{{3 }}, oil: n=1.52) Enligt denna formel kan vi veta att Z-axelns skärpedjup är omvänt proportionell mot XY-planets NA-värde.
Utöver skärpedjupet påverkas även synfältet av NA-värdet. Det rumsliga omfånget som kan ses när instrumentet tittar fast på en punkt är synfältet. Dess beräkning är direkt relaterad till förstoringen av objektivlinsen. Den faktiska diametern på synfältet sett vid observation är lika med diametern på synfältet Delat med förstoringen av objektivlinsen kommer okularet att indikera motsvarande synfält, såsom 10/18, det vill säga förstoringen är 10 gånger, och synfältets diameter är 18 mm. Därför, när okularet bestäms, ju större förstoring, desto mindre blir det observerade synfältet.
XY-planets upplösning är analysen av lokala detaljer, och synfältet bestämmer vårt observationsområde för provet. Ju större synfält, desto bättre, men begränsat av den nuvarande tekniken, måste vi använda objektiv med hög effekt för att få bra NA-värden, därför har synfälts- och NA-värden en indirekt negativ korrelation.
