Dans quels domaines les microscopes optiques sont-ils principalement utilisés ?
Le microscope scientifique est un outil scientifique ancien et jeune. Il a une histoire de trois cents ans depuis sa naissance. Les microscopes optiques sont largement utilisés, comme en biologie, chimie, physique, astronomie, etc. dans certains travaux de recherche scientifique. Tout cela sans microscope.
À l'heure actuelle, il est presque devenu l'endossement de l'image de la science et de la technologie. Il suffit de voir sa figure apparaître fréquemment dans les reportages des médias sur la science et la technologie pour voir que cette affirmation est vraie.
En biologie, le laboratoire est indissociable de ce type d'équipement expérimental, qui peut aider les apprenants à étudier le monde inconnu ; pour comprendre le monde.
Les hôpitaux sont les plus grands lieux d'application des microscopes, qui sont principalement utilisés pour vérifier des informations telles que les changements dans les fluides corporels du patient, les germes envahissant le corps humain, les changements dans la structure des tissus cellulaires, etc., et fournir aux médecins des méthodes de référence et de vérification pour formuler un traitement. des plans. En microchirurgie, le microscope est le seul outil du médecin ; dans l'agriculture, l'élevage, la lutte antiparasitaire et d'autres travaux ne peuvent se passer de l'aide du microscope; dans la production industrielle, l'inspection du traitement et le réglage de l'assemblage de pièces fines, ainsi que la recherche des propriétés des matériaux sont tous possibles avec le microscope. Un endroit pour montrer leurs talents; les enquêteurs criminels s'appuient souvent sur des microscopes pour analyser divers crimes microscopiques, comme un moyen important pour déterminer le véritable meurtrier; les services de protection de l'environnement ont également besoin de microscopes pour détecter divers polluants solides ; les ingénieurs géologiques et miniers et les archéologues utilisent les reliques culturelles Les indices trouvés par le microscope peuvent juger les gisements minéraux profondément enfouis ou déduire la vérité historique poussiéreuse; même la vie quotidienne des gens ne peut pas se passer du microscope, comme l'industrie de la beauté et de la coiffure, qui peut utiliser le microscope pour détecter la qualité de la peau et des cheveux. Peut obtenir les meilleurs résultats. On peut voir à quel point le microscope est étroitement intégré à la production et à la vie des gens.
Selon différents objectifs d'application, les microscopes peuvent être grossièrement classés en quatre catégories : les microscopes biologiques, les microscopes métallographiques, les stéréomicroscopes et les microscopes polarisants. Comme leur nom l'indique, les microscopes biologiques sont principalement utilisés en biomédecine, et les objets d'observation sont pour la plupart des micro-corps transparents ou translucides ; les microscopes métallographiques sont principalement utilisés pour observer la surface d'objets opaques, tels que la structure métallographique et les défauts de surface des matériaux ; Alors que l'objet est agrandi et imagé, l'orientation de l'objet et de l'image par rapport à l'œil humain est également cohérente, et il y a une sensation de profondeur, qui est conforme aux habitudes visuelles conventionnelles des gens ; Les microscopes polarisants utilisent les caractéristiques de transmission ou de réflexion de différents matériaux pour la lumière polarisée afin de distinguer différents composants de micro-objets. De plus, certains types spéciaux peuvent également être subdivisés, comme un microscope biologique inversé ou un microscope de culture, qui est principalement utilisé pour observer la culture à travers le fond du récipient de culture ; un microscope à fluorescence utilise certaines substances pour absorber une lumière spécifique de longueur d'onde plus courte Les caractéristiques d'émission d'une lumière spécifique de longueur d'onde plus longue pour découvrir l'existence de ces substances et juger de leur contenu ; le microscope de comparaison peut former des images juxtaposées ou superposées de deux objets dans le même champ de vision, de manière à comparer les similitudes et les différences des deux objets.
Les microscopes optiques traditionnels sont principalement composés de systèmes optiques et de leurs structures mécaniques de support. Les systèmes optiques comprennent des lentilles d'objectif, des oculaires et des lentilles de condenseur, qui sont toutes des loupes compliquées constituées de divers verres optiques. L'objectif agrandit l'image de l'échantillon et son grossissement M objet est déterminé par la formule suivante : M objet=Δ∕f' objet , où f' objet est la distance focale de l'objectif et Δ peut être compris comme la distance entre l'objectif et l'oculaire. L'oculaire agrandit à nouveau l'image formée par l'objectif et forme une image virtuelle à 250 mm devant l'œil humain pour l'observation. C'est la position d'observation la plus confortable pour la plupart des gens. Le grossissement de l'oculaire M eye=250/f' eye, f' eye est la distance focale de l'oculaire. Le grossissement total du microscope est le produit de l'objectif et de l'oculaire, c'est-à-dire M=M objet*M œil=Δ*250/f' œil *f ; objet. On peut voir que la réduction de la distance focale de l'objectif et de l'oculaire augmentera le grossissement total, qui est la clé pour voir les bactéries et autres micro-organismes avec un microscope, et c'est aussi la différence entre celui-ci et les loupes ordinaires.
Alors, est-il concevable de réduire le maillage f' objet f' sans limite, de manière à augmenter le grossissement, pour que l'on puisse voir des objets plus subtils ? La réponse est non! En effet, la lumière utilisée pour l'imagerie est essentiellement une sorte d'onde électromagnétique, de sorte que des phénomènes de diffraction et d'interférence se produiront inévitablement pendant le processus de propagation, tout comme les ondulations à la surface de l'eau que l'on peut voir dans la vie quotidienne peuvent se déplacer lorsqu'elles rencontrent des obstacles. , et deux colonnes d'ondes d'eau peuvent se renforcer lorsqu'elles se rencontrent ou s'affaiblir. Lorsque l'onde lumineuse émise par un objet lumineux en forme de point pénètre dans la lentille d'objectif, le cadre de la lentille d'objectif entrave la propagation de la lumière, ce qui entraîne une diffraction et des interférences. Il y a une série d'anneaux lumineux avec une intensité faible et s'affaiblissant progressivement. Nous appelons la tache lumineuse centrale le disque d'Airy. Lorsque deux points émettant de la lumière sont proches d'une certaine distance, les deux points lumineux se chevauchent jusqu'à ce qu'ils ne puissent pas être confirmés comme deux points lumineux. Rayleigh a proposé une norme de jugement, pensant que lorsque la distance entre les centres des deux taches lumineuses est égale au rayon du disque d'Airy, les deux taches lumineuses peuvent être distinguées. Après calcul, la distance entre les deux points émetteurs de lumière à ce moment est e=0.61 入/n.sinA=0.61 I/NA, où I est la longueur d'onde de la lumière, la longueur d'onde de lumière pouvant être reçue par l'œil humain est d'environ 0.4-0.7um, et n est l'indice de réfraction du milieu où se trouve le point d'émission de lumière, comme dans l'air, n ≈1, dans l'eau , n≈1,33, et A est la moitié de l'angle d'ouverture du point émetteur de lumière par rapport au cadre de l'objectif, et NA est appelé l'ouverture numérique de l'objectif. On peut voir à partir de la formule ci-dessus que la distance entre deux points qui peuvent être distingués par l'objectif est limitée par la longueur d'onde de la lumière et l'ouverture numérique. Étant donné que la longueur d'onde de la vision la plus aiguë de l'œil humain est d'environ 0.5um et que l'angle A ne peut pas dépasser 90 degrés, sinA est toujours inférieur à 1. L'indice de réfraction maximal de la le milieu transmettant la lumière est d'environ 1,5, de sorte que la valeur e est toujours supérieure à 0.2um, qui est la distance limite minimale que le microscope optique peut distinguer. Agrandissez l'image à travers un microscope, si vous voulez agrandir la distance du point objet e qui peut être résolue par l'objectif avec une certaine valeur NA suffisante pour être résolue par l'œil humain, vous avez besoin de Me supérieur ou égal à {{26 }}.15mm, où {{30}}.15mm est la valeur expérimentale de l'œil humain La distance minimale entre deux micro-objets qui peuvent être distingués à 250mm devant les yeux, donc M Supérieur à ou égal à (0.15∕0.61 in) NA≈500N.A, pour que l'observation ne soit pas trop laborieuse, il suffit de doubler le M, soit 500N. A Inférieur ou égal à M Inférieur ou égal à 1000N.A est une plage de sélection raisonnable du grossissement total du microscope. Quelle que soit la taille du grossissement total, il n'a pas de sens, car l'ouverture numérique de l'objectif a limité la distance de résolution minimale et il est impossible de distinguer davantage en augmentant le grossissement. Les petits objets sont détaillés.
Le contraste d'imagerie est un autre problème clé des microscopes optiques. Le soi-disant contraste fait référence au contraste noir et blanc ou à la différence de couleur entre les parties adjacentes sur la surface de l'image. Il est difficile pour l'œil humain de juger de la différence de luminosité en dessous de 0.02. est légèrement plus sensible. Pour certains objets d'observation au microscope, tels que les spécimens biologiques, la différence de luminosité entre les détails est très faible, et les erreurs de conception et de fabrication du système optique du microscope réduisent encore le contraste d'imagerie et le rendent difficile à distinguer. À ce moment, les détails de l'objet ne peuvent pas être vus clairement, non pas parce que le grossissement total est trop faible, ni l'ouverture numérique de l'objectif trop petite, mais parce que le contraste du plan image est trop faible.
Au fil des ans, les gens ont travaillé dur pour améliorer la résolution et le contraste d'imagerie du microscope. Avec les progrès continus de la technologie et des outils informatiques, la théorie et les méthodes de conception optique sont également continuellement améliorées. Couplé à l'amélioration des performances des matières premières, des processus et L'amélioration continue des méthodes de détection et l'innovation des méthodes d'observation ont rendu la qualité d'imagerie du microscope optique proche de la perfection de la limite de diffraction. Les gens utiliseront la coloration des échantillons, le champ sombre, le contraste de phase, la fluorescence, l'interférence, la polarisation et d'autres techniques d'observation pour fabriquer le microscope optique. Il peut s'adapter à la recherche de toutes sortes d'échantillons. Bien que les microscopes électroniques, les microscopes à ultrasons et autres instruments d'imagerie grossissante soient apparus successivement ces dernières années et aient des performances supérieures à certains égards, ils ne sont toujours pas disponibles en termes de bon marché, de commodité, d'intuition et particulièrement adaptés à la recherche sur les organismes vivants. Rival du microscope optique, qui tient toujours bon. D'autre part, combiné au laser, à l'ordinateur, aux nouvelles technologies des matériaux et aux technologies de l'information, l'ancien microscope optique rajeunit et fait preuve d'une vitalité vigoureuse. Microscope numérique, microscope à balayage confocal laser, microscope à balayage en champ proche, microscope à deux photons et diverses nouvelles fonctions ou instruments pouvant s'adapter à diverses nouvelles conditions environnementales émergent dans un flux sans fin, ce qui élargit encore le champ d'application des microscopes optiques. Comme les images microscopiques de formations rocheuses téléchargées depuis les rovers martiens sont passionnantes ! Nous pouvons pleinement croire que le microscope optique bénéficiera à l'humanité avec une attitude mise à jour.
