Что такое микроскоп?

Что такое микроскоп?

Микроскоп — это инструмент для увеличения и наблюдения за микроскопическими объектами, которые невозможно увидеть невооруженным глазом, с помощью окуляра и объектива.

Хотя некоторые микроскопы используют флуоресценцию или лазеры в качестве источников света, большинство микроскопов используют видимый свет.

Увеличение варьируется от нескольких раз до примерно 1500 раз. Существуют различные типы биологических микроскопов и металлургических микроскопов в зависимости от объекта наблюдения. Они используются в соответствии со светопропускаемостью целевого образца.

Биологические образцы, пропускающие свет, наблюдаются с использованием проходящего света, в то время как металлические образцы, не пропускающие свет, наблюдаются с использованием отраженного света. По этой причине источники света, линзы и образцы располагаются по-разному для биологических и металлургических микроскопов.

Применение микроскопа

Оптические микроскопы широко используются в различных областях, таких как биология, медицина, пищевая промышленность, полупроводники и образование, поскольку они используют видимый свет в качестве источника света и могут напрямую наблюдаться человеческим глазом без преобразования света.

В частности, они используются в различных тестах, таких как анализы крови, микробиологические тесты, тесты на пыль и тесты интегральных схем, а также в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах в этих областях.

Принципы работы микроскопа

Принцип микроскопа прост: свет падает на наблюдаемый объект, а прошедший или отраженный свет, прошедший через объект, увеличивается объективом.

Увеличение микроскопа выражается как произведение увеличительной силы объектива и окуляра. Чем больше увеличение, тем больше можно увеличить небольшой объект для наблюдения.

Микроскопы можно в целом разделить на два типа в зависимости от метода освещения: «пропускающего типа» и «отражательного типа». Пропускающий тип используется для объектов, пропускающих свет, таких как клетки, бактерии и другие биологические образцы. Напротив, отражательный тип используется для объектов, не пропускающих свет, таких как металлы и полупроводники. Существует два типа объективов: прямой тип, где объектив расположен над образцом, и перевернутый тип, где объектив расположен под образцом. В частности, перевернутый тип используется для образцов, культивируемых в чашках Петри, поскольку необходимо смотреть на образец снизу.

Оптическое увеличение микроскопа определяется увеличением объектива и окуляра. Помимо увеличения, важными факторами при наблюдении под микроскопом являются также разрешение и контрастность.

Разрешение относится к минимальному расстоянию (δ), на котором две разные точки могут быть распознаны как отдельные точки. Оно показывает, насколько много деталей можно различить. В микроскопах разрешение определяется числовой апертурой (NA) объектива и длиной волны света (λ) и выражается следующим уравнением:

δ = kλ/NA (k — константа)

Числовая апертура (NA) рассчитывается по формуле n × sinθ, где n — показатель преломления между объективом и средой, а θ — максимальный угол луча света, падающего на объектив, относительно оптической оси.

Далее давайте обсудим контраст.

В последние годы, в дополнение к окрашиванию и регулировке апертуры, были установлены методы наблюдения, использующие рассеяние света, дифракцию и флуоресценцию, под такими названиями, как фазовый контраст и дифференциальная интерференция. Существуют специализированные микроскопы для этих методов наблюдения, которые называются фазово-контрастными микроскопами или дифференциально-интерференционными микроскопами. Когда клетки окрашиваются, клетки мертвы, но фазово-контрастные микроскопы и дифференциально-интерференционные микроскопы позволяют наблюдать живые клетки.

Другая информация о микроскопе

1. Разница между наблюдениями в светлом и темном поле с помощью микроскопа

При наблюдении с помощью микроскопа способ, которым вы видите объект, зависит от того, как на него падает свет. Существует три основных метода наблюдения: наблюдение в светлом поле, наблюдение в темном поле и наблюдение с косым освещением.

Наблюдение в светлом поле является самым базовым методом наблюдения, при котором объект освещается светом и наблюдается проходящий свет. Он в основном используется для наблюдения окрашенных образцов.

С другой стороны, при наблюдении в темном поле свет падает прямо снизу, а рассеянный или отраженный свет используется для наблюдения. Этот метод в основном используется для наблюдения прозрачных объектов, которые не были окрашены, или небольших объектов.

Хотя окрашивание объекта является основополагающим требованием для наблюдения в светлом поле, если объект является живым организмом, есть опасения, что окрашивание может убить его или нарушить его функции, поэтому используется метод темного поля.

Наблюдение с использованием косого освещения является промежуточным между этими двумя методами наблюдения. Освещая объект под косым углом, можно достичь внешнего вида, промежуточного между методами наблюдения в светлом поле и темном поле.

2. Иммерсионный объектив в микроскопе

Поскольку разрешение оптического микроскопа обратно пропорционально количеству апертур, можно получить меньшее разрешение, увеличив количество апертур. Апертура пропорциональна показателю преломления между объективом и средой. Иммерсионный объектив использует эту характеристику для получения более высокого разрешения путем заполнения пространства между образцом и объективом жидкостью с высоким показателем преломления. Используемая жидкость зависит от наблюдаемого объекта.

Объектив, использующий масло в качестве жидкости, называется «объектив с масляной иммерсией». Поскольку показатель преломления масла выше, чем у воды, это приводит к повышению разрешения, и с помощью объектива с масляной иммерсией можно получить более яркое и четкое изображение. Однако при наблюдении за объектом с толщиной или зазором между образцом и покровным стеклом изображение, формируемое микроскопом, будет размытым из-за сферической аберрации, возникающей из-за объектива, которая вызвана разницей в показателе преломления между объектом и покровным стеклом.

С другой стороны, объектив, использующий воду в качестве жидкости, называется «объектив с водной иммерсией». Объективы с водной иммерсией предназначены для получения одинакового изображения независимо от толщины объекта. При наблюдении тонкого объекта объектив с масляной иммерсией обеспечивает более яркое и четкое изображение, но при наблюдении толстого объекта объектив с водной иммерсией обеспечивает лучшую производительность.