Anvendelse av moderne mikroskopkonsept i observasjon av mikroskopisk verden
Fra eldgamle tider til i dag har mennesker forfulgt høyere og lengre sannheter. Fra havreiser til romutforskning har folk erobret store mål etter hverandre. Imidlertid er den makroskopiske verden som folk ser med det blotte øye ikke hele verden, og det menneskelige øyet kan ikke se det klart. Det tiltrekker seg også utallige mennesker til å utforske og forfølge.
Uavhengig av makroskopiske eller mikroskopiske ting, er våre observasjoner basert på attributtene til tredimensjonalt rom, det vil si XYZ tredimensjonalt, og observasjonen av endringer i tings form må introdusere en annen målefaktor - tid T, så Den mest komplette måten å observere ting på må være. Samtidig opptak av XYZT, det vil si langtidsfotografering av form pluss tid, er også den ultimate funksjonen til mikroskopet.
Etter mer enn 300 år med utvikling har moderne mikroskoper foreslått konsepter som oppløsning, dybdeskarphet og synsfelt, og har kontinuerlig foreslått løsninger. Mikroskoper har i utgangspunktet dekket våre behov for å observere den mikroskopiske verden og hjulpet oss med å registrere rom og tid i den mikroskopiske verden.
Det viktigste i mikroskopisk verdensobservasjon er oppløsningen av detaljer, og begrepet oppløsning ble født av dette. Oppløsning refererer til minimumsavstanden mellom to punkter som kan skilles fra det menneskelige øyet, og er kun gyldig i XY-dimensjonen. I henhold til Rayleigh-kriteriet, Rayleigh Criterion, er grensen som normale mennesker kan skille to punkter på 0.2 mm i en avstand på 25 cm. Når vi bruker et mikroskop, kan vi se to punkter på mindre avstand, noe som forbedrer oppløsningen på observasjonen vår. Med den kontinuerlige utdypingen av moderne forskning øker også folks krav til oppløsning stadig, og forskerne forbedrer også stadig oppløsningen til mikroskoper. For eksempel har elektronmikroskop økt oppløsningen til nanometernivå, noe som muliggjør observasjon av virus. Ultrahøy mikroskopisk bildeteknologi forbedrer oppløsningen til mikroskopet fra 200 nanometer til titalls nanometer, og realiserer observasjonen av levende celleorganeller.
Forbedringen av oppløsning gir også nye problemer, det vil si reduksjon av synsfelt og dybdeskarphet. Ved bruk av den ordinære sentrale belysningsmetoden (den fotopiske belysningsmetoden som får lyset jevnt til å passere gjennom prøven), er oppløsningsavstanden til mikroskopet d=0.61 λ/NA, bølgelengdeområdet til synlig lys er { {2}}nm, gjennomsnittlig bølgelengde er 550nm, og bølgelengden er en fast konstant. Derfor kan økning av NA-verdien få en mindre D-verdi, det vil si avstanden mellom to punkter som kan skilles fra mindre, slik at folk kan se mindre objekter tydelig.
NA-verdien er den numeriske blenderåpningen, som beskriver størrelsen på linsens lysmottakende kjeglevinkel, NA=n * sin , det vil si produktet av brytningsindeksen (n) til mediet mellom linsen og objektet som skal inspiseres og sinusen til halvparten av blendervinkelen (2). n er lysbrytningsindeksen til mediet mellom objektivlinsen og prøven. Når mikroskopobjektromsmediet er luft, er brytningsindeksen n=1. Bruk av et medium med høyere brytningsindeks enn luft kan øke NA-verdien betydelig. Vannnedsenkningsmediet er destillert vann, og brytningsindeksen Forholdet er 1,33; Objektivmediet for oljeneddykking er sedertreolje eller andre gjennomsiktige oljer, og brytningsindeksen er vanligvis rundt 1,52, som er nær brytningsindeksen til linsen og glassglasset. Derfor er NA-verdien til oljelinsen høyere enn for luftlinsen.
Blendervinkel, også kjent som "speilmunningsvinkel", er vinkelen som dannes av objektpunktet på objektivets optiske akse og den effektive diameteren til frontlinsen til objektivlinsen. Økning av speilmunningsvinkelen kan øke sinusverdien, og dens faktiske øvre grense er omtrent 72 grader (sinusverdien er 0.95), multiplisert med brytningsindeksen til sedertreolje 1.52, kan det oppnås at maksimal NA-verdi er omtrent 1,45, og erstattet med oppløsningsberegningsformelen kan det oppnås at grense XY-planoppløsningen til et konvensjonelt mikroskop er omtrent 0.2um.
NA-verdien påvirker også direkte lysstyrken til mikroskopets synsfelt (B). Fra formelen B∝NA2/M2 kan vi utlede at lysstyrken øker med økningen av den numeriske blenderåpningen (NA) eller reduksjonen av objektivets forstørrelse (M).
Teoretisk sett bør vi forfølge høyest mulig NA-verdi for å oppnå bedre XY-planoppløsning og synsfeltlysstyrke. Men alt har to sider. Forbedringen av XY-planets oppløsning vil redusere Z-aksens dybdeskarphet og observasjonsfelt.
Mikroskoper ser vanligvis utsikten vertikalt nedover. Når den konvekse posisjonen og den konkave posisjonen på overflaten av objektet observert innenfor synsfeltets diameter kan sees tydelig, er høydeforskjellen mellom det konvekse punktet og det konkave punktet dybdeskarpheten. Vel, for mikroskoper, jo større dybdeskarphet, jo bedre. Jo større dybdeskarphet, desto bedre og mer tredimensjonale klarhetsbilder kan man få når man observerer overflaten til ujevne objekter. Den store dybdeskarpheten hjelper oss å observere den mikroskopiske verden i vertikal retning. Det vil si Z-akseinformasjonen i XYZ tredimensjonal form.
Dybdeskarphet er dybden av plass foran og bak som tilsvarer det klare bildet på bildeplanet: dtot=(λ*n)/NA pluss n/(M∗NA) * e, dtot: dybdeskarphet , NA: numerisk blenderåpning, M: total forstørrelse, λ: lysets bølgelengde, (vanligvis λ=0.55um), n: brytningsindeksen til mediet mellom prøven og objektivlinsen (luft: n{{3 }}, olje: n=1.52) I henhold til denne formelen kan vi vite at Z-aksens dybdeskarphet er omvendt proporsjonal med XY-planets NA-verdi.
I tillegg til dybdeskarpheten påvirkes også synsfeltet av NA-verdien. Det romlige området som kan sees når instrumentet ser fast på et punkt, er synsfeltet. Beregningen er direkte relatert til forstørrelsen av objektivlinsen. Den faktiske diameteren til synsfeltet sett ved observasjon er lik diameteren til synsfeltet Delt på forstørrelsen til objektivlinsen, vil okularet indikere det tilsvarende synsfeltet, for eksempel 10/18, det vil si forstørrelsen er 10 ganger, og diameteren på synsfeltet er 18 mm. Derfor, når okularet bestemmes, jo større forstørrelsen er, desto mindre blir det observerte synsfeltet.
XY-planoppløsningen er analysen av lokale detaljer, og synsfeltet bestemmer vårt observasjonsområde for prøven. Jo større synsfelt, jo bedre, men begrenset av dagens teknologi, må vi bruke høyeffekts objektivlinser for å oppnå gode NA-verdier, derfor har synsfelt- og NA-verdier en indirekte negativ korrelasjon.
