Kā var uzlabot mikroskopa izšķirtspēju?
Mikroskops ir viena no galvenajām iekārtām aprīkojuma testēšanai, un svarīgs rādītājs mikroskopa veiktspējas vērtēšanai ir izšķirtspēja. Izšķirtspēja attiecas uz spēju skaidri atšķirt mazāko attālumu starp diviem maziem punktiem vai divām līnijām. Pati cilvēka acs ir mikroskops. Standarta apgaismojuma apstākļos cilvēka acs izšķirtspēja fotopiskā attālumā (starptautiski atzīta par 25 cm) ir aptuveni vienāda ar 1/10 mm. Divu taisnu līniju novērošanai, jo taisnās līnijas var stimulēt virkni nervu šūnu, var uzlabot acu izšķirtspēju.
Cilvēka acs izšķirtspēja ir tikai 1/10 mm, tāpēc cilvēka acs nevar atšķirt objektus, kas ir mazāki par 1/10 mm, vai attālumu starp diviem sīkiem objektiem, kas ir tuvāk par 1/10 mm. Tātad bija vienkārši makroskopiski palielināmi stikli, optiskie mikroskopi mikroskopiskai novērošanai un pēc tam elektronu mikroskopi. Mikroskopa izšķirtspēju definē kā mazāku attālumu starp diviem maziem parauga punktiem, kurus var skaidri atšķirt. Aprēķina formula ir: D=0.61λ/NA
Formulā: D ir izšķirtspēja (um); λ ir gaismas avota viļņa garums (um); NA ir objektīva objektīva skaitliskā apertūra (saukta arī par objektīva apertūras attiecību).
No formulas var iegūt, ka mikroskopa izšķirtspēju nosaka krītošā gaismas avota viļņa garums un atbilstošā objektīva skaitliskā apertūra. No tā var redzēt, ka optiskās mikroskopijas uzlabošanas metodes:
1. Samaziniet gaismas avota viļņa garumu.
Redzamās gaismas īsākais viļņa garums ir 390nm. Ja kā apgaismojuma avotu izmanto šāda viļņa garuma ultravioleto gaismu, optiskā mikroskopa izšķirtspēju var samazināt līdz 0,2 um. Tomēr, tā kā vairums parasto stikla materiālu absorbē lielu daudzumu gaismas ar viļņu garumu, kas mazāks par 340 nm, ultravioletā gaisma pēc liela vājinājuma nevar veidot skaidru un spilgtu attēlu. Tāpēc ir jāizmanto dārgi materiāli, piemēram, kvarcs (kas spēj caurlaidīt ultravioleto gaismu līdz pat 200 nm) un fluorīts (kas spēj caurlaidīt ultravioleto gaismu līdz 185 nm), un ultravioletās gaismas mikroskopus nevar novērot ar neapbruņotu aci, pat zem paraugu novērošana. Kopā ar augstajām izmaksām šī mikroskopa izšķirtspējas uzlabošanas metode netiek plaši izmantota tās ierobežojumu dēļ.
2. Palieliniet objektīva objektīva skaitlisko diafragmas atvērumu NA.
Skaitliskā diafragma NA=n*sin(u)
Formulā n ir vides refrakcijas koeficients starp objektīvu un paraugu; u ir puse no objektīva diafragmas atvēruma leņķa. Tāpēc lielāka apertūras leņķa pareiza izmantošana optiskajā dizainā vai refrakcijas indeksa palielināšana ir kļuvusi par izplatītu metodi optisko mikroskopu izšķirtspējas uzlabošanai. Parasti zema palielinājuma objektīvu, piemēram, zem 10 X objektīvu vide ir gaiss ar refrakcijas koeficientu 1, tas ir, sausas sistēmas objektīvs; ūdens iegremdēšanas vide ir destilēts ūdens ar refrakcijas koeficientu 1,33; eļļas imersijas objektīva vide ir ciedra eļļa vai cita caurspīdīga eļļa ar vidējo refrakcijas koeficientu. Apmēram 1,52 tas ir tuvu lēcu un stikla priekšmetstikliņu, piemēram, Olympus 100X eļļas lēcu, refrakcijas indeksam. Ūdens iegremdēšanas objektīviem un eļļas iegremdēšanas objektīviem ir ne tikai liels palielinājums, bet tie arī izmanto augstu refrakcijas indeksu, lai uzlabotu objektīva izšķirtspēju.
