Как улучшить разрешение микроскопа?
Микроскопы являются одним из основных средств тестирования, и важным показателем оценки работы микроскопов является разрешающая способность. Разрешение относится к способности четко различать две маленькие точки или меньшее расстояние между двумя линиями. Человеческий глаз сам по себе представляет собой микроскоп, и при стандартных условиях освещения разрешение человеческого глаза на визуальном расстоянии (международно признанное 25 см) составляет примерно 1/10 мм. При наблюдении двух прямых линий, поскольку они могут стимулировать ряд нервных клеток, разрешение глаз также можно улучшить.
Разрешение человеческого глаза составляет всего 1/10 мм, поэтому человеческий глаз не может различить расстояние между объектами размером менее 1/10 мм или двумя крошечными объектами размером ближе 1/10 мм. Таким образом, произошел переход от простых макроскопических луп к оптическим микроскопам для микроскопических наблюдений, а затем к электронным микроскопам. Разрешение микроскопа определяется как меньшее расстояние между двумя маленькими точками, которые можно четко различить на образце. Формула расчета: D=0,61 λ/NA.
В формуле: D – разрешение (мкм); λ – длина волны источника света (мкм); NA — числовая апертура (также известная как светосила) объектива.
Согласно формуле, разрешающая способность микроскопа зависит от длины волны источника падающего света и числовой апертуры согласованного объектива. Из этого видно, что метод улучшения оптической микроскопии заключается в следующем:
1. Уменьшите длину волны источника света.
Видимый свет имеет более короткую длину волны — 390нм. Если в качестве источника освещения использовать ультрафиолет этой длины волны, разрешение оптического микроскопа можно уменьшить до 0,2 мкм. Однако из-за того, что большинство обычных стеклянных материалов поглощают большое количество света с длиной волны ниже 340 нм, ультрафиолетовый свет не может формировать четкие и яркие изображения после значительного ослабления. Поэтому необходимо использовать дорогие материалы, такие как кварц (который может передавать ультрафиолетовый свет с длиной волны до 200 нм) и плавиковый шпат (который может передавать ультрафиолетовый свет с длиной волны до 185 нм), а ультрафиолетовые микроскопы невозможно наблюдать невооруженным глазом, и даже ограничено наблюдаемыми образцами в сочетании с высокими затратами. Поэтому этот метод улучшения разрешения микроскопа не получил широкого распространения из-за собственных ограничений.
2. Увеличьте числовую апертуру NA объектива.
Числовая апертура NA=n * sin (u)
В формуле n — показатель преломления среды между линзой объектива и образцом; U — половина угла апертуры объектива. Поэтому использование большего угла апертуры или увеличение показателя преломления в оптической конструкции стало распространенным методом улучшения разрешения оптических микроскопов. Обычно в объективах с малым увеличением ниже 10X в качестве среды используется воздух, а показатель преломления равен 1, что соответствует объективу сухого типа; Водная иммерсионная среда – дистиллированная вода с показателем преломления 1,33; Средой для линз с масляной иммерсией является смола или другое прозрачное масло с показателем преломления обычно около 1,52, что близко к показателю преломления линз и предметных стекол, таких как масляные линзы Olympus 100X. Объектив с водной иммерсией и объектив с масляной иммерсией не только имеют высокое увеличение, но и улучшают разрешение объектива за счет использования сред с высоким показателем преломления.
