Principios del microscopio
La estructura de un microscopio óptico ordinario se divide principalmente en tres partes: parte mecánica, parte de iluminación y parte óptica.
1. Componentes mecánicos
(1) Base del espejo: Es la base del microscopio que soporta todo el cuerpo del espejo.
(2) Columna del espejo: Es la parte vertical encima de la base del espejo, que se utiliza para conectar la base del espejo y el brazo del espejo.
(3) Brazo del espejo: un extremo está conectado a la columna del espejo y el otro extremo está conectado al cilindro de la lente. Es la parte que se sostiene con la mano al levantar y colocar el microscopio.
(4) Tubo de lente: conectado a la parte frontal y superior del brazo del espejo, con un ocular en el extremo superior y un convertidor de lente objetivo en el extremo inferior.
(5) Convertidor de objetivo (rotador): Está conectado a la parte inferior de la carcasa del prisma y puede girar libremente. Hay de 3 a 4 orificios redondos en el disco, que son donde se instala la lente del objetivo. Convertidor giratorio para sustituir lentes de objetivos con diferentes aumentos. Cuando escuche un golpe, podrá observar. En este momento, el eje óptico de la lente del objetivo está exactamente alineado con el centro de la apertura y las trayectorias ópticas están conectadas.
(6) Etapa (etapa): Hay dos formas debajo del cilindro de la lente, cuadrada y redonda, con un orificio transmisor de luz en el centro. El microscopio que utilizamos tiene un empujador de portaobjetos (empujador de portaobjetos) en el escenario. Hay un clip de resorte en el lado izquierdo del empujador para sujetar el portaobjetos. Hay una rueda de ajuste de hélice debajo del escenario. y correcto.
(7) Ajustador: Hay dos tipos de tornillos instalados en la columna del espejo, que hacen que la mesa del espejo se mueva hacia arriba y hacia abajo durante el ajuste.
① Ajustador grueso (tornillo de ajuste grueso): el tornillo grande se llama ajustador grueso, que puede hacer que la platina se mueva rápida y grandemente, por lo que la distancia entre la lente objetivo y la muestra se puede ajustar rápidamente para hacer que la imagen del objeto aparezca a la vista. Por lo general, cuando se utiliza una lente de bajo aumento, se puede encontrar rápidamente la imagen del objeto utilizando primero el ajustador grueso.
②Spinner (tornillo fino): el pequeño tornillo se llama spinner, que puede subir y bajar lentamente el escenario cuando se mueve. Se utiliza principalmente cuando se utilizan lentes de gran aumento para obtener imágenes más claras de los objetos y observar. Ejemplares. Estructura a diferentes niveles y profundidades.
2. La parte de iluminación
se instala debajo del escenario del espejo e incluye reflectores y captadores de luz.
(1) Reflector: Se instala en la base del espejo y puede girar en cualquier dirección. Tiene dos lados, plano y cóncavo, y su función es reflejar la luz de la fuente de luz hacia el condensador y luego iluminar la muestra a través del orificio de luz. Los espejos cóncavos tienen un fuerte efecto de captación de luz y son adecuados para usar con poca luz, mientras que los espejos planos tienen un efecto de captación de luz débil y son adecuados para usar con luz intensa.
(2) El colector de luz (concentrador) está ubicado en el marco del colector de luz debajo del escenario y consta de un colector de luz y una abertura. Su función es enfocar la luz sobre la muestra a observar.
(1) Condensador: Consta de una o varias lentes, que pueden captar luz, mejorar la iluminación de la muestra y permitir que la luz entre en la lente del objetivo. Hay un tornillo de ajuste al lado de la columna de la lente. Al girarlo, puede subir y bajar el condensador para ajustar el brillo de la luz en el campo de visión.
(2) Apertura (apertura iridiscente): Debajo del condensador, está compuesto por más de una docena de piezas metálicas, con un asa que sobresale del exterior. Al presionarlo se ajusta el tamaño de la abertura y por tanto la cantidad de luz.
3. Parte óptica
(1) Lentes para gafas: instaladas en el extremo superior del cilindro de la lente, generalmente hay 2-3 oculares con 5×, 10× o 15×. símbolo grabado en ellos para indicar su aumento. Generalmente se instalan oculares de 10×.
(2) Lente objetivo: se instala en el cuerpo giratorio en el extremo inferior del cilindro de la lente. Generalmente hay 3-4 lentes objetivo, entre ellos el más corto grabado con "10X". El símbolo es la lente de baja potencia, grabada con "40X". La más larga con el símbolo es una lente de alta potencia y la más larga con el símbolo "100X" es una lente de aceite. Además, el aumento de un microscopio es el producto del aumento de la lente del objetivo y el aumento del ocular. Por ejemplo, si la lente del objetivo es 10× y el ocular es 10×, el aumento es 10×10=100.
Principio de imagen microscópica
Cuando el objeto a observar se coloca fuera del foco de la lente objetivo cerca del enfoque, la imagen real formada detrás de la lente objetivo está exactamente dentro del enfoque. del ocular cerca del foco y se vuelve a ampliar a través del ocular hasta obtener una imagen virtual. Lo que se observa es una imagen virtual invertida tras dos aumentos.
Clasificación de los microscopios
Los microscopios se pueden dividir en microscopios ópticos y microscopios electrónicos.
En 1590, los Janssen de los Países Bajos inventaron por primera vez el microscopio óptico. Los microscopios ópticos actuales pueden ampliar objetos hasta 1.500 veces con una resolución mínima de 0,2 micrones.
Hay muchos tipos de microscopios ópticos, además de los generales, existen principalmente microscopios de campo oscuro, que tienen un condensador de campo oscuro para que el haz de iluminación no entre desde la parte central sino que incida sobre la muestra desde la periferia. Los microscopios de fluorescencia utilizan luz ultravioleta como fuente de luz para hacer que el objeto iluminado emita fluorescencia.
El microscopio electrónico fue ensamblado por primera vez en Berlín en 1931 por Knoll y Hallowska. Este microscopio utiliza un haz de electrones de alta velocidad en lugar de un haz de luz. Debido a que la longitud de onda del flujo de electrones es mucho más corta que la longitud de onda de las ondas de luz, el aumento de un microscopio electrónico puede alcanzar 800.000 veces y el límite de resolución más bajo es de 0,2 nanómetros. El microscopio electrónico de barrido utilizado en 1963 permite a las personas ver las pequeñas estructuras en la superficie de los objetos.
Existen dos tipos de microscopios ópticos según el método de iluminación: el tipo de transmisión y el tipo de reflexión (gota). La microscopía de transmisión es un método de iluminación que utiliza iluminación transmitida para ver a través de objetos transparentes. Los microscopios de reflexión iluminan objetos opacos desde arriba de la lente del objetivo. Otro método de clasificación se divide en microscopios de campo brillante, microscopios de campo oscuro, microscopios de contraste de fase, microscopios de polarización, microscopios de contraste de interferencia, microscopios de fluorescencia, etc. según diferentes métodos de observación. Cada microscopio generalmente tiene dos tipos: tipo de transmisión y tipo de reflexión. Entre estos microscopios, especialmente la microscopía de campo claro es la base más básica de todos los microscopios. La transmisión (absorción) y la reflectividad del objeto observado por este microscopio son diferentes en diferentes lugares. Este tipo de objeto se llama objeto de amplitud y cambia con la intensidad (amplitud) de la luz que lo ilumina. Los objetos incoloros y transparentes sólo pueden observarse a simple vista cuando cambia la fase de iluminación. Debido a que la microscopía de campo claro no puede cambiar de fase, no se puede observar con muestras transparentes y sin teñir.
Los microscopios ópticos están diseñados para hacer que las imágenes de las muestras sean invisibles a simple vista. Uno imagina un dispositivo que permitiría observar a simple vista la forma de los tejidos de las muestras y las estructuras entre ellos. Este dispositivo imaginario fue creado por generaciones posteriores. Actualmente es muy utilizado en la observación, medición, análisis, clasificación e identificación de diversos objetos pequeños. El rango de longitud de onda no se limita a la banda de luz visible (4000~7000), sino que también incluye (>2000) a la infrarroja (1~2u), así como observación ocular, microscopía, fotografía y amplificación general del detector de radiación.
El aumento integral del microscopio es el producto del aumento de la lente del objetivo G1 y el aumento del ocular G2, G = G = G1 × G2. G1 es de 1 a 100 veces, G2 es de 5 a 20 veces.
La apertura numérica (NA) es el dato básico que determina la resolución, la profundidad focal y el brillo de la imagen de la lente del objetivo. Cuando la lente objetivo está enfocada, el ángulo entre la luz oblicua más externa de la lente frontal de la lente objetivo y el eje óptico del microscopio es α. Es decir, suponiendo que el ángulo de semiapertura de la lente objetivo es n, entonces N.A. = n× sen α.
n suele ser 1 en el aire. Cuando se sumergen agua, glicerina y grasa entre la lente del objetivo y la muestra, el índice de refracción de la muestra cambia con el líquido de inmersión. Este tipo de objetivo se llama lente de inmersión; si es aire, se llama objetivo seco.
En un microscopio, el dispositivo que limita el campo de visión es el diafragma de campo. Cuando el diafragma de campo se ve desde el lado objetivo, el valor del diámetro en mm se denomina número de campo. campo de visión real = campo de visión.
Campo de visión real = número de campos de visión/aumento de la lente del objetivo
Por ejemplo, si el número de campos de visión es 20, entonces una lente de objetivo de 10× observará un campo de visión de 2 mm. Cuando se utiliza un condensador, el valor N.A. del condensador se determina en función del diafragma de campo variable, que está determinado por el diafragma de apertura variable del condensador.
La invención del microscopio permitió a las personas ver muchos organismos que nunca antes se habían visto, como bacterias y virus, y también permitió ver muchas estructuras diminutas de organismos, como las mitocondrias, que desempeñan un papel importante. papel importante en el desarrollo de los organismos. El microscopio es uno de los instrumentos importantes en la investigación biológica. Los microscopios también tienen aplicaciones importantes en la medicina, la industria y la agricultura, como el recuento de glóbulos rojos en la sangre humana en el diagnóstico médico.
A mediados del siglo XIX se inventó el microscopio óptico.
En 1665, el erudito británico Robert Hooke diseñó y fabricó el primer microscopio óptico con un aumento de 40 a 140, y lo utilizó por primera vez para observar y describir células vegetales. Ese mismo año publicó el libro "Microatlas".
Después de eso, el erudito holandés A. V. Leeuwenhoek utilizó un microscopio más avanzado de diseño propio para observar células animales y describió la morfología del núcleo celular.
Hoy en día, los microscopios ópticos se han desarrollado desde microscopios ópticos compuestos ordinarios hasta microscopios de fluorescencia, microscopios de barrido láser confocales, microscopios de imágenes digitales, microscopios de campo oscuro, microscopios de contraste de fase e interferencia diferencial, microscopios de grabación de vídeo y de contraste.
Se puede comprobar que la tecnología de microscopía óptica se ha convertido en una herramienta esencial para que el ser humano entienda el mundo microscópico. Con ella, las personas pueden entender las células. Sin embargo, cálculos teóricos precisos muestran que la calidad de los microscopios ópticos no ha mejorado: no importa cuántas lentes, lentes de aceite o fuentes de luz mejoradas se utilicen, el aumento máximo es de 1000 a 1500 y la resolución máxima. Esto se ha convertido en un obstáculo para que los humanos comprendan objetos más pequeños: virus, moléculas y átomos.
La famosa física Helen Hall y otros han demostrado teóricamente que el factor que limita la resolución y el aumento de los microscopios ópticos es la longitud de onda de la luz. Por lo tanto, la gente busca un medio de imagen: la onda, que tenga las características de ser visible, fotografiable, de longitud de onda corta y que pueda utilizar dispositivos para cambiar la ruta de movimiento de la onda.
A principios del siglo XX, Chayes inventó el microscopio ultravioleta, que mejoró enormemente la resolución. Se trata de un salto cualitativo, pero la luz ultravioleta todavía no es el mejor medio de obtención de imágenes y no puede satisfacer las necesidades de la investigación y la producción científica.
El científico alemán Bosch señaló en 1926 que un campo magnético axialmente simétrico actúa como una lente para los haces de electrones. Desafortunadamente, los investigadores no consideraron usarlo para ampliar objetos.
En 1932, los jóvenes investigadores Luska y Knohl del Laboratorio de Presión de la Universidad Tecnológica de Berlín realizaron algunas mejoras en el osciloscopio de rayos catódicos y obtuvieron con éxito una imagen de una malla de cobre ampliada varias veces, lo que inspiró enormemente a la gente. , estableció el método de microscopía electrónica.
A finales de 1933, Luska construyó un microscopio electrónico con un aumento de 10.000 veces y tomó imágenes ampliadas de láminas y fibras metálicas. El aumento de los microscopios electrónicos supera al de los microscopios ópticos.
En 1937, Clause y Muller, de la Universidad Tecnológica de Berlín, construyeron con éxito un microscopio electrónico con una resolución de nanómetros (10-9 m). Después de que Siemens se enteró de esto, centró sus principales esfuerzos en construir un microscopio electrónico adecuado y contrató a Luce para realizar la investigación. Al año siguiente se logró la resolución de los primeros microscopios electrónicos.
Posteriormente, gracias a la investigación popular, la calidad de los microscopios electrónicos siguió mejorando. Hoy en día, su resolución y aumento permiten una comprensión más precisa de virus, moléculas, átomos y quarks.
Ultramicroscopio
Debido a que el microscopio de campo oscuro no inyecta luz transparente en el sistema de observación directa, cuando no hay ningún objeto, el campo de visión es oscuro, por lo que es imposible observar cualquier objeto. Cuando hay un objeto, la luz difractada y dispersada por el objeto es claramente visible sobre un fondo oscuro. Al observar un objeto en un campo oscuro, la mayor parte de la luz de iluminación se refleja. Debido a la diferente posición, estructura y grosor del objeto (muestra), la dispersión y refracción de la luz varían mucho.
Microscopio de contraste de fases
La estructura de un microscopio de contraste de fases;
Un microscopio de contraste de fases es un microscopio que utiliza el método de contraste de fases. Por lo tanto, se deben agregar los siguientes accesorios al microscopio:
(1) Lente objetivo con placa de fase (placa anular de fase) y lente objetivo de diferencia de fase.
(2) Un condensador con un anillo de fase (placa de hendidura anular) y un condensador de diferencia de fase.
(3) Filtro monocromo - (verde).
Descripción del rendimiento de varios componentes
(1) La placa de fase cambia la fase de la luz directa en 90 grados, absorbiendo y debilitando la intensidad de la luz. Instale la placa de fase en una posición adecuada en el plano focal posterior de la lente del objetivo para garantizar el brillo de la placa de fase. Para reducir la influencia de la luz difractada, la placa de fase tiene forma de anillo.
(2) El anillo de fase (apertura anular) se puede sustituir por un plato giratorio dependiendo del aumento de cada lente objetivo.
(3) El filtro monocromático es un filtro verde con una longitud de onda central de 546 nm (nanómetro). Por lo general, se utilizan filtros monocromáticos para la observación. La placa de fase se mueve 90 grados en una longitud de onda específica para ver la fase de la luz directa. Cuando se requiere una longitud de onda específica, se debe seleccionar un filtro apropiado y el contraste aumentará cuando se inserte el filtro. Además, el centro de la separación del anillo de fase debe ajustarse a la orientación correcta antes del funcionamiento. El telescopio de centrado es el componente que desempeña esta función.
Videomicroscopio
Los microscopios tradicionales combinan un sistema de cámara, un monitor o un ordenador para lograr el propósito de ampliar el objeto que se está midiendo.
El primer prototipo debería ser un microscopio con cámara, que utiliza el principio de imágenes estenopeicas para proyectar la imagen obtenida bajo el microscopio en una fotografía fotosensible para obtener la imagen. O conecte directamente la cámara al microscopio para tomar fotografías. Con el auge de las cámaras CCD, los microscopios pueden transmitir imágenes en tiempo real a un televisor o monitor para observación directa, o pueden ser capturadas por una cámara. A mediados de la década de 1980, con el desarrollo de la industria digital y la industria informática, las funciones de los microscopios también se mejoraron a través de ellos, volviéndose más simples y fáciles de operar. A finales de la década de 1990, a medida que crecía la industria de los semiconductores, las obleas requerían microscopios para ofrecer funciones más coordinadas. La combinación de hardware y software hace que los microscopios sean más inteligentes y fáciles de usar, lo que lleva a un mayor desarrollo industrial de los microscopios.
Microscopía de Fluorescencia
En microscopía de fluorescencia, se debe seleccionar una luz de excitación de una longitud de onda específica de la luz de iluminación de la muestra para producir fluorescencia, que luego debe separarse de la luz mezclada de la luz de excitación y la fluorescencia Se observa fluorescencia. Por tanto, el sistema de filtrado juega un papel extremadamente importante en la selección de longitudes de onda específicas.
Principios del microscopio de fluorescencia:
(a) Fuente de luz: La fuente de luz emite luz de varias longitudes de onda (desde ultravioleta hasta infrarroja).
(b) Fuente de luz con filtro de excitación: transmite luz de una longitud de onda específica que puede hacer que la muestra emita fluorescencia, mientras bloquea la luz que es inútil para excitar la fluorescencia.
(c) Muestras fluorescentes: Generalmente teñidas con pigmentos fluorescentes.
(d) Filtro de bloqueo: bloquea la luz de excitación que no es absorbida por la muestra, lo que permite que la fluorescencia se transmita selectivamente, y algunas longitudes de onda en la fluorescencia también se transmiten selectivamente.
Polarizador micrométrico
El microscopio polarizador es un tipo de microscopio que se utiliza para estudiar los materiales anisotrópicos denominados transparentes y opacos. Bajo un microscopio polarizador se pueden distinguir claramente todas las sustancias con birrefringencia. Por supuesto, estas sustancias también se pueden observar mediante tinción, pero algunas no son posibles y se debe utilizar microscopía de polarización.
(1) Características del microscopio polarizador
Un método para convertir la luz ordinaria en luz polarizada, que se utiliza para el examen microscópico para identificar si una sustancia tiene una refracción única (isotrópica o isotrópica) o birrefringencia (anisotropía). La birrefringencia es una propiedad fundamental de los cristales. Por lo tanto, los microscopios polarizadores se utilizan ampliamente en campos como los minerales y la química, así como en la biología y la botánica.
(2) Principios básicos del microscopio polarizador
El principio del microscopio polarizador es relativamente complicado, por lo que no lo presentaré en detalle aquí. Un microscopio polarizador debe contar con los siguientes accesorios: polarizador, analizador, compensador o placa de fase, lente objetivo especial libre de estrés y platina giratoria.
Microscopio ultrasónico
La característica del microscopio de barrido ultrasónico es que puede reflejar con precisión la interacción entre las ondas sonoras y el medio elástico de muestras diminutas, y analizar las señales retroalimentadas dentro de la muestra. ! Cada píxel (escaneo C) de la imagen corresponde a una señal enviada por un punto de coordenadas bidimensional a una determinada profundidad de la muestra, Z. Un sensor con una buena función de enfoque puede transmitir y recibir señales acústicas al mismo tiempo. Por lo tanto, al escanear la muestra punto por punto y línea por línea, se forma una imagen completa. Las ondas ultrasónicas reflejadas se acoplan con amplitud positiva o negativa de modo que la profundidad de la muestra se refleje en el momento de la transmisión de la señal. Una forma de onda digital en la pantalla del usuario muestra la información de retroalimentación recibida (A-scan). Configure el circuito de puerta correspondiente y con esta medición cuantitativa de diferencia de tiempo (visualización del tiempo de retroalimentación), puede seleccionar la profundidad de la muestra que desea observar.
Microscopio de disección
El microscopio de disección, también conocido como microscopio de sólidos o estereomicroscopio, es un microscopio diseñado para diferentes necesidades de trabajo. Cuando se observa con un microscopio de disección, la luz que ingresa a los ojos proviene de un camino de luz independiente, y los dos caminos de luz tienen solo un ángulo pequeño, por lo que la muestra puede presentar una apariencia tridimensional cuando se observa. Hay dos tipos de diseños de trayectoria óptica para microscopios de disección: tipo Greenough y tipo telescópico. Los microscopios de disección se utilizan a menudo para la observación de la superficie de algunas muestras sólidas o para la disección, la fabricación de relojes y la inspección de placas de circuitos pequeños.