Pengantar bidang aplikasi utama mikroskop optik
Mikroskop optik adalah alat ilmiah kuno dan muda. Ia memiliki sejarah 300 tahun sejak kelahirannya. Mikroskop optik mempunyai kegunaan yang luas. Misalnya dalam biologi, kimia, fisika, astronomi, dan lain-lain, tidak dapat dipisahkan dari mikroskop dalam beberapa penelitian ilmiah.
Menurut tujuan penerapannya yang berbeda, mikroskop secara kasar dapat diklasifikasikan menjadi empat kategori: mikroskop biologis, mikroskop metalografi, mikroskop stereo, dan mikroskop polarisasi. Sesuai dengan namanya, mikroskop biologis terutama digunakan dalam biomedis, dan objek pengamatannya sebagian besar berupa benda mikro transparan atau tembus cahaya; mikroskop metalografi terutama digunakan untuk mengamati permukaan benda buram, seperti struktur metalografi dan cacat permukaan bahan; Meskipun mikroskop stereoskopis memperbesar objek mikro, mikroskop juga membuat objek dan gambar searah dengan mata manusia, dan memiliki kesan kedalaman, yang sejalan dengan kebiasaan visual konvensional masyarakat; mikroskop polarisasi menggunakan karakteristik transmisi atau refleksi bahan yang berbeda untuk cahaya terpolarisasi untuk membedakan komponen objek mikro yang berbeda. Selain itu, beberapa tipe khusus juga dapat dibagi lagi. Misalnya, mikroskop biologi terbalik atau mikroskop kultur adalah mikroskop biologis yang terutama digunakan untuk mengamati kultur melalui bagian bawah wadah kultur; mikroskop fluoresensi menggunakan ciri-ciri zat tertentu untuk menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu yang lebih pendek dan memancarkan cahaya dengan panjang gelombang tertentu yang lebih panjang untuk mengetahui keberadaan zat tersebut dan menentukan kandungannya; mikroskop perbandingan dapat membentuk bayangan dua benda yang disandingkan atau ditumpangkan dalam bidang pandang yang sama untuk membandingkan persamaan dan perbedaan kedua benda tersebut.
Mikroskop optik tradisional sebagian besar terdiri dari sistem optik dan struktur mekanis pendukungnya. Sistem optik meliputi lensa objektif, lensa okuler, dan lensa kondensor, yang semuanya merupakan kaca pembesar rumit yang terbuat dari berbagai kaca optik. Lensa obyektif memperbesar spesimen, dan perbesarannya Mobject ditentukan dengan rumus berikut: Mobject =Δ∕f'object, dimana f'object adalah panjang fokus lensa objektif, dan Δdapat dipahami sebagai jarak antara lensa objektif dan lensa okuler. Lensa mata memperbesar kembali bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif, membentuk bayangan maya pada jarak 250mm di depan mata manusia untuk diamati. Ini adalah posisi observasi paling nyaman bagi kebanyakan orang. Perbesaran lensa okuler M=250/f' mata, dimana f' adalah jarak fokus lensa okuler. Perbesaran total mikroskop adalah hasil kali lensa objektif dan lensa okuler, yaitu M=M benda*M mata=Δ*250/f' mata *f; obyek. Terlihat bahwa pengurangan panjang fokus lensa objektif dan lensa okuler akan meningkatkan perbesaran total, yang merupakan kunci untuk melihat bakteri dan mikroorganisme lain dengan mikroskop, dan juga perbedaannya dengan kaca pembesar biasa.
Jadi, apakah mungkin untuk memperkecil jaring f' objek f' tanpa batas, sehingga dapat meningkatkan pembesaran, sehingga kita dapat melihat objek yang lebih halus? Jawabannya adalah tidak! Hal ini dikarenakan cahaya yang digunakan untuk pencitraan pada hakikatnya adalah sejenis gelombang elektromagnetik, sehingga fenomena difraksi dan interferensi pasti akan terjadi selama proses propagasinya, seperti halnya riak di permukaan air yang terlihat dalam kehidupan sehari-hari dapat berputar-putar ketika menemui rintangan. , dan dua kolom gelombang air dapat saling menguatkan atau melemahkan ketika bertemu. Ketika gelombang cahaya yang dipancarkan dari benda bercahaya berbentuk titik memasuki lensa objektif, bingkai lensa objektif menghalangi perambatan cahaya, sehingga terjadi difraksi dan interferensi. Setelah melewati lensa obyektif, ia tidak dapat lagi berkumpul pada satu titik, melainkan membentuk titik cahaya dengan ukuran tertentu, dan terdapat rangkaian cincin cahaya dengan intensitas lemah dan berangsur-angsur melemah di pinggirannya. Kami menyebut titik terang pusat sebagai disk Airy. Ketika dua titik pemancar cahaya berada dekat pada jarak tertentu, kedua titik cahaya tersebut akan tumpang tindih hingga tidak dapat dikenali sebagai dua titik cahaya. Rayleigh mengusulkan standar penilaian, dengan berpikir bahwa ketika jarak antara pusat dua titik cahaya sama dengan jari-jari piringan Airy, kedua titik cahaya tersebut dapat dibedakan. Setelah dihitung, jarak antara dua titik pemancar cahaya saat ini adalah e=0.61 In/n.sinA=0.61 In/NA Dalam rumusnya, In adalah panjang gelombang gelombang cahaya, dan panjang gelombang gelombang cahaya yang dapat diterima mata manusia adalah sekitar 0.4-0.7um, dan n adalah indeks bias medium tempat titik pemancar cahaya berada. Misalnya, di udara, n≈1 , di air, n≈1.33, dan A adalah setengah sudut bukaan titik luminescent ke bingkai lensa objektif, dan NA disebut bukaan numerik lensa objektif. Terlihat dari rumus di atas bahwa jarak antara dua titik yang dapat dibedakan oleh lensa objektif dibatasi oleh panjang gelombang cahaya dan bukaan numerik. Karena panjang gelombang mata manusia yang paling sensitif adalah sekitar 0.5um, dan sudut A tidak boleh melebihi 90 derajat, sinA selalu kurang dari 1. Indeks bias maksimum dari transmisi cahaya yang tersedia mediumnya sekitar 1,5, sehingga nilai e selalu lebih besar dari 0.2um, yang merupakan batas jarak minimum yang dapat diselesaikan dengan mikroskop optik. Perbesar bayangan melalui mikroskop. Jika anda ingin memperbesar jarak titik benda e yang dapat diselesaikan oleh lensa obyektif dengan nilai NA tertentu yang cukup untuk diselesaikan oleh mata manusia, anda membutuhkan Me Lebih Besar dari atau sama dengan 0.15mm, dimana { {29}}.15mm adalah jarak minimum antara dua objek mikro yang dapat dibedakan oleh mata manusia pada jarak 250mm di depan mata, jadi M Lebih besar dari atau sama dengan (0.15∕0.61)NA ≈500N.A. Cukup dengan menggandakan perbesaran, yaitu 500N.A Kurang dari atau sama dengan M Kurang dari atau sama dengan 1000N.A, yang merupakan rentang pilihan yang masuk akal dari total perbesaran mikroskop. Tidak peduli seberapa besar perbesaran totalnya, hal ini tidak ada artinya, karena bukaan numerik lensa objektif telah membatasi jarak minimum yang dapat diselesaikan, dan tidak mungkin membedakan detail objek yang lebih kecil dengan meningkatkan perbesaran.
Kontras pencitraan adalah masalah utama lainnya dalam mikroskop optik. Yang disebut kontras mengacu pada kontras hitam-putih atau perbedaan warna antara bagian-bagian yang berdekatan pada permukaan gambar. Sulit bagi mata manusia untuk menilai perbedaan kecerahan di bawah 0.02, namun mata sedikit lebih sensitif terhadap perbedaan warna. Beberapa objek mikroskop, seperti spesimen biologis, memiliki perbedaan kecerahan yang sangat kecil antara detailnya, dan kesalahan desain serta pembuatan sistem optik mikroskop semakin mengurangi kontras gambar dan membuatnya sulit untuk dibedakan. Saat ini, detail objek belum bisa terlihat jelas.
Selama bertahun-tahun, orang-orang telah bekerja keras untuk meningkatkan resolusi dan kontras gambar mikroskop. Dengan kemajuan teknologi dan peralatan komputer yang berkelanjutan, teori dan metode desain optik juga terus ditingkatkan. Ditambah dengan peningkatan kinerja bahan baku, peningkatan berkelanjutan dalam teknologi dan metode deteksi, serta inovasi metode observasi, kualitas pencitraan mikroskop optik telah mendekati kesempurnaan batas difraksi. Orang akan menggunakan pewarnaan spesimen, medan gelap, kontras fase, fluoresensi, interferensi, dan cahaya terpolarisasi. Instrumen pencitraan telah bermunculan satu demi satu, dan memiliki kinerja yang unggul dalam beberapa aspek, namun masih kalah bersaing dengan mikroskop optik dalam hal murah, nyaman, intuitif, dan sangat cocok untuk penelitian organisme hidup. Mikroskop optik masih menempati posisinya masing-masing. Di sisi lain, dikombinasikan dengan laser, komputer, teknologi material baru, dan teknologi informasi, mikroskop optik kuno meremajakan dan menunjukkan vitalitas yang kuat. Mikroskop digital, mikroskop pemindaian confocal laser, mikroskop pemindaian jarak dekat, mikroskop dua foton dan instrumen dengan berbagai fungsi baru atau yang dapat beradaptasi dengan berbagai kondisi lingkungan baru muncul dalam aliran tanpa akhir, yang semakin memperluas bidang penerapan mikroskop optik, seperti contoh. Betapa serunya gambar mikroskopis formasi batuan yang diunggah oleh rover Mars! Kami sepenuhnya yakin bahwa mikroskop optik akan bermanfaat bagi umat manusia dengan sikap terkini.
