Apa aplikasi utama mikroskop optik
Mikroskop optik adalah alat ilmiah kuno dan muda. Sejak kelahirannya, ia memiliki sejarah tiga ratus tahun. Mikroskop optik banyak digunakan, seperti dalam biologi, kimia, fisika, astronomi, dll. Dalam beberapa penelitian ilmiah, semuanya tidak dapat dipisahkan dari mikroskop.
Saat ini hampir menjadi sebuah image endorsement terhadap ilmu pengetahuan dan teknologi. Anda hanya perlu melihat seringnya dia muncul di pemberitaan media tentang sains dan teknologi untuk melihat bahwa ini benar.
Dalam biologi, laboratorium tidak terlepas dari instrumen eksperimen ini, yang dapat membantu pembelajar mempelajari dunia yang belum diketahui; untuk memahami dunia.
Rumah sakit adalah tempat penerapan mikroskop terbesar. Mereka terutama digunakan untuk memeriksa perubahan cairan tubuh pasien, bakteri yang menyerang tubuh manusia, perubahan struktur sel, dll., dan memberikan referensi dan metode verifikasi kepada dokter untuk merumuskan rencana perawatan. Dalam bedah mikro, mikroskop adalah satu-satunya alat dokter; di bidang pertanian, pemuliaan, pengendalian hama dan pekerjaan lain tidak dapat dilakukan tanpa bantuan mikroskop; dalam produksi industri, pemrosesan, inspeksi dan penyesuaian perakitan bagian-bagian halus, dan studi tentang sifat-sifat material dimungkinkan. Tempat untuk menunjukkan bakat mereka; penyelidik kriminal seringkali mengandalkan mikroskop untuk menganalisis berbagai kejahatan mikroskopis, sebagai sarana penting untuk menentukan pelaku sebenarnya; departemen perlindungan lingkungan juga menggunakan mikroskop untuk mendeteksi berbagai polutan padat; insinyur geologi dan pertambangan serta peninggalan budaya dan arkeolog menggunakan bantuan mikroskop. Petunjuk yang ditemukan oleh mikroskop dapat digunakan untuk menilai kedalaman tambang bawah tanah atau menyimpulkan gambaran sebenarnya dari sejarah berdebu; Bahkan kehidupan sehari-hari masyarakat pun tidak terlepas dari mikroskop, seperti industri kecantikan dan tata rambut yang dapat menggunakan mikroskop untuk mendeteksi kulit, rambut, dll. Terlihat betapa eratnya mikroskop terintegrasi dengan produksi dan kehidupan manusia.
Menurut tujuan penerapannya yang berbeda, mikroskop dapat diklasifikasikan secara kasar, dan ada empat kategori umum: 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 mikroskopis transparan atau tembus cahaya; mikroskop metalografi terutama digunakan untuk mengamati permukaan benda buram, seperti struktur metalografi dan cacat permukaan bahan; Ketika suatu objek diperbesar dan dicitrakan, hal ini juga membuat orientasi objek dan gambar relatif terhadap mata manusia menjadi konsisten, serta memiliki kesan kedalaman, yang sejalan dengan kebiasaan visual konvensional masyarakat; mikroskop cahaya terpolarisasi menggunakan karakteristik transmisi atau refleksi dari bahan yang berbeda ke cahaya terpolarisasi untuk membedakan Komponen objek mikro yang berbeda. Selain itu, beberapa jenis khusus juga dapat dibagi lagi, seperti mikroskop biologi terbalik atau mikroskop kultur, yaitu mikroskop biologis yang terutama digunakan untuk mengamati kultur melalui bagian bawah wadah kultur; mikroskop fluoresensi menggunakan zat tertentu untuk menyerap cahaya spesifik dengan panjang gelombang lebih pendek dan Karakteristik memancarkan cahaya spesifik dengan panjang gelombang lebih panjang, untuk menemukan keberadaan zat tersebut dan menentukan kandungannya; mikroskop perbandingan dapat membentuk bayangan dua benda dalam satu bidang pandang secara berdampingan atau ditumpangkan, sehingga dapat membandingkan persamaan dan perbedaan kedua benda tersebut.
Mikroskop optik tradisional sebagian besar terdiri dari sistem optik dan struktur mekanis yang mendukungnya. Sistem optik mencakup lensa objektif, lensa okuler, dan kondensor, yaitu kaca pembesar rumit yang terbuat dari berbagai kaca optik. Lensa objektif memperbesar spesimen, dan perbesarannya M ditentukan dengan rumus berikut: M objek =Δ∕f'object , di mana f'object adalah jarak fokus lensa objektif, dan Δ dapat 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 orang untuk diamati. Ini adalah posisi observasi paling nyaman bagi kebanyakan orang. Perbesaran lensa okuler adalah M mata=250/f' mata, f' mata adalah panjang fokus lensa okuler. Perbesaran total mikroskop adalah hasil kali lensa objektif dan lensa okuler, yaitu M=Mobject*Meye=Δ*250∕f'eye*f;object. Terlihat bahwa pengurangan panjang fokus lensa objektif dan lensa okuler akan meningkatkan perbesaran total, yang merupakan kunci untuk melihat mikroorganisme seperti bakteri dengan mikroskop, dan juga perbedaannya dengan kaca pembesar biasa.
Jadi, apakah mungkin untuk memperkecil jaring f' objek f' tanpa batas untuk meningkatkan pembesaran sehingga kita dapat melihat objek yang lebih halus? Jawabannya adalah tidak! Hal ini karena cahaya yang digunakan untuk pencitraan pada dasarnya adalah gelombang elektromagnetik, sehingga difraksi dan interferensi pasti akan terjadi selama proses propagasi, seperti halnya riak di permukaan air yang kita lihat dalam kehidupan sehari-hari dapat memutar ketika menghadapi rintangan, dan ketika dua kolom. dari gelombang air yang bertemu, mereka dapat saling menguatkan. atau melemah. Ketika gelombang cahaya yang dipancarkan dari suatu titik benda pemancar cahaya berbentuk titik memasuki lensa objektif, bingkai lensa objektif menghalangi perambatan cahaya, sehingga terjadi difraksi dan interferensi. Terdapat rangkaian lingkaran cahaya dengan intensitas lemah dan perlahan melemah. Kami menyebut titik terang pusat sebagai disk Airy. Apabila kedua titik pancaran cahaya tersebut berada dekat pada jarak tertentu, maka kedua titik cahaya tersebut akan tumpang tindih hingga tidak dapat dipastikan sebagai dua titik cahaya. Rayleigh mengajukan kriteria, yaitu ketika jarak antara pusat dua titik cahaya sama dengan jari-jari piringan Airy, maka kedua titik cahaya tersebut dapat dibedakan. Setelah dihitung, jarak kedua titik pancaran cahaya saat ini adalah e=0.61 ∕n.sinA=0.61 In ∕ NA , pada rumusnya, in adalah panjang gelombang cahaya gelombang, panjang gelombang gelombang cahaya yang dapat diterima mata manusia adalah sekitar 0.4-0.7um, n adalah indeks bias medium tempat titik pemancar cahaya berada, seperti pada udara, n≈1, di dalam air, n≈1.33, dan A adalah setengah sudut bukaan titik bercahaya 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 tajam adalah sekitar 0.5um, sudut A tidak boleh melebihi 90 derajat, dan sinA selalu kurang dari 1. Indeks bias maksimum untuk media transmisi cahaya yang tersedia adalah sekitar 1,5, sehingga nilai e selalu lebih besar dari 0.2um, yang merupakan batas jarak terkecil yang dapat diselesaikan oleh mikroskop optik. Melalui perbesaran mikroskop, jika ingin memperbesar jarak titik benda e yang dapat diselesaikan oleh lensa objektif dengan nilai NA tertentu yang cukup untuk dapat dibedakan oleh mata manusia, Me Lebih Besar atau sama dengan 0.15mm, dimana {{30}}.15mm adalah mata manusia yang diperoleh secara eksperimental Jarak minimum antara dua benda mikro yang ditempatkan 250mm di depan mata yang dapat dibedakan, maka M Lebih besar dari atau sama dengan (0,15∕0,61 di dalam) NA≈500N.A, agar pengamatan tidak terlalu melelahkan, cukup menggandakan M yaitu 500N. A Kurang dari atau sama dengan M Kurang dari atau sama dengan 1000N.A adalah rentang pilihan yang masuk akal untuk perbesaran total mikroskop. Tidak peduli seberapa besar perbesaran totalnya, itu tidak ada artinya, karena bukaan numerik lensa objektif telah membatasi jarak minimum yang dapat diselesaikan. Benda-benda kecil dirinci.
Kontras pencitraan adalah masalah utama lainnya dalam mikroskop optik. Yang disebut kontras adalah 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. sedikit lebih sensitif. Beberapa objek pengamatan mikroskop, seperti spesimen biologis, memiliki perbedaan kecerahan antar detail yang sangat kecil. Selain itu, kesalahan desain dan pembuatan sistem optik mikroskop semakin mengurangi kontras gambar dan membuatnya sulit untuk dibedakan. Saat ini, detail objek belum bisa terlihat jelas, bukan karena perbesaran totalnya terlalu rendah. , hal ini bukan karena bukaan numerik lensa objektif terlalu kecil, namun karena kontras permukaan gambar terlalu rendah.
Selama bertahun-tahun, orang-orang telah bekerja keras untuk meningkatkan daya resolusi dan kontras gambar mikroskop. Dengan kemajuan teknologi dan peralatan komputer yang berkelanjutan, teori dan metode desain optik juga terus meningkat. Peningkatan berkelanjutan dalam metode deteksi dan inovasi metode observasi telah membuat kualitas pencitraan mikroskop optik mendekati batas difraksi sempurna. Itu dapat beradaptasi dengan penelitian semua jenis spesimen. Meskipun instrumen pembesar dan pencitraan seperti mikroskop elektron dan mikroskop ultrasonik telah diperkenalkan secara berturut-turut dalam beberapa tahun terakhir, mereka memiliki kinerja yang menguntungkan dalam beberapa aspek, namun tetap tidak murah, nyaman dan intuitif, terutama cocok untuk penelitian organisme hidup. Menyaingi mikroskop cahaya, yang masih bertahan dengan kokoh. 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 dapat beradaptasi dengan berbagai kondisi lingkungan baru muncul dalam aliran tanpa akhir, semakin memperluas bidang penerapan mikroskop optik, sebagai contoh. Betapa serunya gambar mikroskopis formasi batuan yang diunggah dari rover Mars! Kami sepenuhnya percaya bahwa mikroskop optik akan bermanfaat bagi umat manusia dengan sikap baru.
