Мікроскопи є незамінними інструментами в наукових і медичних дослідженнях, дозволяючи побачити світ, невидимий неозброєним оком. Роздільна здатність мікроскопа-це мінімальна відстань між двома точками на об'єкті, при якому вони все ще видно як окремі. Вона визначає, наскільки добре можна розрізнити деталі в структурах, дозволяючи вченому або лікарю побачити деталі, які іноді неможливо побачити іншим методом.
Роздільна здатність світлового мікроскопа визначається дифракцією світла на отворах і межах об'єкта. Вона залежить від довжини хвилі використовуваного світла і числа апертури об'єктива мікроскопа. Чим коротше довжина хвилі світла і чим більше апертура об'єктива, тим краще дозвіл. Однак, існує фундаментальне обмеження-роздільна здатність світлового мікроскопа обмежена дифракцією світла, яка не дозволяє побачити об'єкти менше половини довжини хвилі світла.
На відміну від світлового мікроскопа, роздільна здатність електронного мікроскопа не обмежується дифракцією світла, оскільки він використовує пучок електронів замість світла. Електронний мікроскоп має куди меншу довжину хвилі, що дозволяє побачити об'єкти з дуже високою роздільною здатністю. Роздільна здатність електронного мікроскопа визначається довжиною хвилі електронів і методами фокусування пучка. Оскільки довжина хвилі електронів куди менше довжини хвилі світла, електронний мікроскоп може побачити об'єкти на порядки менше, ніж світловий мікроскоп.
До яких дрібниць може бачити світловий мікроскоп: роздільна здатність
Роздільна здатність світлового мікроскопа залежить від довжини хвилі використовуваного світла і числа апертури об'єктива. Довжина хвилі світла зазвичай становить кілька сотень нанометрів, що обмежує роздільну здатність мікроскопа приблизно до півтора мікрометрів.
Розроблені спеціальні методи, такі як фазове і інтерференційне контрастування, дозволяють поліпшити роздільну здатність і бачити деталі з більш високою чіткістю. Однак, навіть за допомогою цих методів, світловий мікроскоп не може бачити об'єкти, менші за довжину хвилі світла.
Таким чином, світловий мікроскоп має обмежену роздільну здатність і може бачити об'єкти розміром від декількох сотень нанометрів до декількох мікрометрів. Для вивчення менших деталей та структур використовуються інші методи, такі як електронний мікроскоп.
Механіка роботи світлового мікроскопа
Основними факторами, що впливають на роздільну здатність світлового мікроскопа, є довжина хвилі світла і чисельна апертура об'єктива. Довжина хвилі світла визначає межу роздільної здатності мікроскопа, а чисельна апертура об'єктива визначає його ефективність. Чим менше довжина хвилі світла і чим вище чисельна апертура об'єктива, тим вище роздільна здатність мікроскопа.
Світловий мікроскоп використовує об'єктивну лінзу, щоб зібрати світло від зразка і створити збільшене зображення. Об'єктивна лінза має здатність фокусуватися на різні площини зразка і збирати світло з різних ділянок. Це дозволяє отримати більш чітке зображення, так як об'єктивна лінза збирає світло з більшою точністю.
Окуляр використовується для спостереження зображення, створеного об'єктивним об'єктивом. Він також служить для збільшення зображення і може мати різні збільшення в залежності від необхідної роздільної здатності.
Джерело світла надає необхідне освітлення зразка. Зазвичай це світильник, який направляє світло через об'єкт і об'єктивну лінзу мікроскопа.
Підставка для зразка призначена для утримання зразка на місці та забезпечує стабільність під час спостереження. Вона також може мати спеціальні механізми для переміщення зразка і регулювання його положення.
Всі ці компоненти працюють разом, щоб створити збільшене і чітке зображення зразка. Роздільна здатність світлового мікроскопа може бути збільшена шляхом використання більш коротких довжин хвиль світла і об'єктивів з більш високою чисельною апертурою. Однак її значення обмежене фізичними властивостями світла і матеріалами, використовуваними в об'єктивах.
Як встановлюється роздільна здатність світлового мікроскопа
Роздільна здатність світлового мікроскопа залежить від ряду факторів:
- Довжина хвилі використовуваного світла. Чим менше довжина хвилі, тим вище роздільна здатність мікроскопа. В ідеальному випадку, коли використовується ультрафіолетове світло, роздільна здатність може досягати декількох нанометрів.
- Тип об'єктива. Лінзи зі спеціальними конструкціями, такими як ахроматичні або апохроматичні лінзи, можуть забезпечити більш високу роздільну здатність шляхом корекції хроматичної та сферичної аберацій.
- Апертурна діафрагма. Управління апертурної діафрагмою дозволяє контролювати кількість падаючого на зразок світла і покращує роздільну здатність мікроскопа.
- Якість і стан оптичних компонентів. Наявність і якість антирефлексного покриття на лінзах, а також відсутність пошкоджень і забруднень на оптичних компонентах також впливають на роздільну здатність мікроскопа.
Значення роздільної здатності світлового мікроскопа можна визначити за допомогою формули Релея:
Роздільна здатність = 0.61 × λ / NA
де λ-довжина хвилі світла, а NA - числова апертура об'єктива. Числова апертура залежить від кута приходу світла на об'єктив і його показника заломлення.
Шляхом вибору відповідних параметрів і використовуючи формулу Релея, можна досягти більш високої роздільної здатності світлового мікроскопа.
Що таке роздільна здатність електронного мікроскопа?
Роздільна здатність електронного мікроскопа визначається довжиною хвилі електронів, що використовуються як джерело випромінювання. Характерним для електронного мікроскопа є те, що він використовує електрони замість світла для формування зображення. Довжина хвилі електронів набагато менша, ніж довжина хвилі видимого світла, що дозволяє електронному мікроскопу забезпечити набагато більшу роздільну здатність порівняно зі світловим мікроскопом.
Для розрахунку роздільної здатності електронного мікроскопа застосовується формула, яка залежить від довжини хвилі електронів і числа, званого апертурним кутом. Чим менше довжина хвилі електронів і більше апертурний кут, тим вище роздільна здатність електронного мікроскопа.
Висока роздільна здатність електронного мікроскопа дозволяє досліджувати об'єкти на мікро-і нанометровому рівні, що робить його незамінним інструментом в різних областях науки і технологій, таких як біологія, медицина, матеріалознавство та інші.