Как улучшить разрешающую способность микроскопа?
Микроскопы являются одним из основных средств испытательной техники, и важным показателем оценки работоспособности 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 ярком расстоянии (международно признанное расстояние 25 см) составляет примерно 1/10 мм. При наблюдении двух прямых линий разрешение глаза можно улучшить, стимулируя ряд нервных клеток.
Разрешение человеческого глаза составляет всего 1/10 мм, поэтому человеческий глаз не может различить расстояние между объектами размером менее 1/10 мм или двумя небольшими объектами размером ближе 1/10 мм. Таким образом, произошел переход от простых макроскопических луп к оптическим микроскопам для микроскопического наблюдения, а затем к электронным микроскопам. Определение разрешения микроскопа относится к меньшему расстоянию между двумя маленькими точками, которые можно четко различить на образце.
Формула расчета: D=0.61 λ／ NA
В формуле D представляет 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 падающего источника света и числовой апертуры согласованного объектива. Отсюда видно, что методами совершенствования оптических микроскопов являются:
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 приходится использовать дорогие материалы, такие как кварц (который может передавать ультрафиолетовый свет длиной до 200 нм) и флюорит (который может передавать ультрафиолетовый свет длиной до 185 нм). Более того, ультрафиолетовые микроскопы невозможно наблюдать невооруженным глазом, и они даже ограничены 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 линзах 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; Объективная среда, погруженная в масло, представляет собой смолу 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. Водоиммерсионные линзы и масляно-иммерсионные линзы не только имеют большое увеличение, но и улучшают разрешение объектива за счет использования сред с высоким показателем преломления.
