光學(xué)顯微鏡主要應(yīng)用在哪些領(lǐng)域
光學(xué)顯微鏡是一種既古老又年輕的科學(xué)工具，從誕生至今，已有三百年的歷史光學(xué)顯微鏡的用途十分廣泛，例如在生物學(xué)中，化學(xué)中，物理學(xué)中，天文等等在一些科研工作中都是離不開顯微鏡。
目前，幾乎成了科學(xué)技術(shù)的形象代言，你只需看媒體上有關(guān)科學(xué)技術(shù)的報道中頻頻出現(xiàn)其身影，便可見此言之不謬也。
? ?生物學(xué)中，實驗室是離不開這種實驗儀器，它可以幫助學(xué)習(xí)者去研究未知的世界；去認(rèn)識世界。
? ?醫(yī)院是顯微鏡的zui大應(yīng)用場所，主要用來檢查患者的體液變化、入侵人體的病菌、細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)的變化等等信息，為醫(yī)生提供制定治療方案的參考依據(jù)和驗證手段，在基因工程、顯微外科手術(shù)中，顯微鏡更是醫(yī)生*的工具；農(nóng)業(yè)方面，育種、病蟲害防治等工作離不開顯微鏡的幫助；工業(yè)生產(chǎn)中，精細(xì)零件的加工檢測和裝配調(diào)整、材料性能的研究是顯微鏡可以的顯身手的地方；刑偵人員常常依靠顯微鏡來分析各種微觀的罪跡，作為確定真兇的重要手段；環(huán)保部門檢測各種固體污染物時也得助顯微鏡；地礦工程師和文物考古工作者借助顯微鏡所發(fā)現(xiàn)的蛛絲馬跡可以判斷深埋地下的礦藏或推斷出塵封的歷史真像；甚至人們的日常生活也離不開顯微鏡，如美容美發(fā)行業(yè)，能用顯微鏡對皮膚、發(fā)質(zhì)等進(jìn)行檢測，當(dāng)能獲得zui佳的效果?？梢婏@微鏡與人們的生產(chǎn)生活結(jié)合得是多么的緊密。
按照不同的應(yīng)用目的，可以大致對顯微鏡進(jìn)行分類，常見的有生物顯微鏡、金相顯微鏡、體視顯微鏡、偏光顯微鏡等四大類。顧名思義，生物顯微鏡主要用在生物醫(yī)學(xué)方面，觀察對象多為透明或半透明微體；金相顯微鏡主要用來觀察不透明物體的表面，如材料的金相結(jié)構(gòu)和表面缺陷；體視顯微鏡在將微物放大成像的同時，還使物與像相對于人眼的方位一致，并且有縱深感，符合人的常規(guī)視覺習(xí)慣；偏光顯微鏡利用不同材料對偏振光的透射或反射特性來區(qū)分不同的微物組份。另外，還可細(xì)分出一些特殊的種類，如倒置生物顯微鏡或稱培養(yǎng)顯微鏡是主要用來透過培養(yǎng)器皿底部觀察培養(yǎng)的一種生物顯微鏡；熒光顯微鏡利用某些物質(zhì)吸收特定較短波長光線而發(fā)射特定較長波長光線的特性，去發(fā)現(xiàn)這些物質(zhì)的存在，判斷其含量；比較顯微鏡可以在同一視場中形成兩個物體的并列或重合圖像，以便對比兩個物體的異同。
傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡主要由光學(xué)系統(tǒng)及支撐它們的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，光學(xué)系統(tǒng)包括物鏡、目鏡和聚光鏡，都是由各種光學(xué)玻璃做成的復(fù)雜化了的放大鏡。物鏡將標(biāo)本放大成像，其放大倍率M 物由下式?jīng)Q定： M物 =Δ∕f'物 ，式中 f'物是物鏡的焦距， Δ可理解為物鏡與目鏡間的距離。目鏡將物鏡所成之像再次放大，成一個虛像在人眼前 250mm 處供人觀察, 這是多數(shù)人感覺zui舒適的觀察位置，目鏡的倍率M 目 =250/f' 目,f' 目是目鏡的焦距。顯微鏡的總放大倍率是物鏡與目鏡的乘積，即 M=M 物*M 目=Δ*250∕f' 目 *f; 物?？梢姡瑴p小物鏡及目鏡焦距將使總放大倍率提高，這是用顯微鏡可以看到細(xì)菌等微生物的關(guān)鍵, 也是其與普通放大鏡的區(qū)別所在。
那么，是否可以設(shè)想無限制地減少 f' 物f' 目，以便提高放大倍率，使我們能看到更加細(xì)微的物體呢 ? 回答是否定的！這是因為用以成像的光本質(zhì)是一種電磁波，因而在傳播過程中免不了產(chǎn)生衍射和干涉現(xiàn)象，就像日常所見水面的波紋遇到障礙時能繞行，兩列水波相遇時能互相加強(qiáng)或削弱一樣。當(dāng)從一個點狀的發(fā)光物點發(fā)出的光波進(jìn)入物鏡時，物鏡的邊框阻礙了光的傳播，產(chǎn)生衍射和干涉，經(jīng)物鏡后無法再會集于一點，而是形成有一定大小的光斑，外圍還有強(qiáng)度微弱并逐漸減弱的一系列光環(huán)，我們稱中心亮斑為艾里斑，兩個發(fā)光點靠近到一定距離時兩光斑就會重疊，直至無法確認(rèn)為兩個光斑。瑞利提出了一個判定標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為當(dāng)兩光斑中心相距等于艾里斑半徑時，兩光斑是能分辨的，經(jīng)計算，這時候兩個發(fā)光點間的距離 e=0.61 入∕n.sinA=0.61 入 ∕N.A ，式中，入為光波波長，人眼可接收的光波波長約為0.4—0.7um ，n 為發(fā)光點所處介質(zhì)的折射率，如處在空氣中， n≈1 ，處在水中，n≈1.33 ，而 A 為發(fā)光點對物鏡邊框張角之半，N.A 稱為物鏡的數(shù)值孔徑。從上式可見，物鏡能分辨的兩點間的距離受到了光的波長和數(shù)值孔徑的限制，由于人眼視覺zui敏銳的波長約為 0.5um ，而A 角不可能超過90 度， sinA 總小于1 ，對于可用的透光介質(zhì)zui大折射率約為1.5 ，故 e 值始終大于0.2um ，這是光學(xué)顯微鏡能分辨的zui小極限距離。通過顯微鏡放大成像，若想將能被具有某些 N.A 值的物鏡分辨率的物點間距e 放大到足以被人眼分辨，則需M.e≥0.15mm ，此處 0.15mm 為實驗得出的人眼能分辨的置于眼前250mm 處兩微物間的zui小距離，故 M≥ （0.15∕0.61 入）N.A≈500N.A ，為使觀察不致太費力， M 擴(kuò)大一倍便足夠了，即500N.A≤M≤1000N.A ，是顯微鏡總倍率的合理選取范圍，再大的總放大倍率是沒有意義的，因為物鏡數(shù)值孔徑已經(jīng)限制了zui小可分辨距離，提高放大倍率已不可能分辨出更小的物體細(xì)節(jié)了。
成像襯度是光學(xué)顯微鏡的另一個關(guān)鍵問題，所謂襯度，即是像面上相鄰部份間的黑白對比度或顏色差，人眼對于0.02 以下的亮度差別是很難判定的，對顏色差別則稍微敏感一些。有些顯微鏡觀察對象，如生物標(biāo)本，其細(xì)節(jié)間亮度差別甚小，加之顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計制造誤差使其成像襯度進(jìn)一步降低而難于分辨，此時，看不清物體細(xì)節(jié)，不是總放大倍率過低，也不是物鏡數(shù)值孔徑太小，而是由于像面襯度太低的緣故。
多少年來，人們?yōu)樘岣唢@微鏡的分辨能力和成像襯度付出了艱辛的勞動，隨著計算機(jī)技術(shù)和工具的不斷進(jìn)步，光學(xué)設(shè)計的理論和方法也在不斷改進(jìn)，加上原材料性能的提高，工藝和檢測手段的不斷完善，觀察方法的創(chuàng)新，使光學(xué)顯微鏡的成像質(zhì)量已經(jīng)接近衍射極限的完善程度，人們將用標(biāo)本染色、暗場、相襯、熒光、干涉、偏光等觀察技術(shù)，使得光學(xué)顯微鏡已能適應(yīng)形形色色標(biāo)本的研究，雖然近年來電子顯微鏡，超聲顯微鏡等放大成像儀器先后問世，在某些方面具有優(yōu)勢的性能，但在廉價、方便、直觀、特別是適合生物活體的研究等方面仍無法與光學(xué)顯微鏡匹敵，光學(xué)顯微鏡仍然牢固地占據(jù)著自己的陣地。另一方面，與激光、計算機(jī)、新材料技術(shù)、信息技術(shù)相結(jié)合，古老的光學(xué)顯微鏡正煥發(fā)青春，顯示了旺盛的生命力，數(shù)碼顯微鏡、激光共焦掃描顯微鏡、近場掃描顯微鏡、雙光子顯微鏡及具有各種新的功能或能適應(yīng)各種新的環(huán)境條件的儀器層出不窮，更加擴(kuò)大了光學(xué)顯微鏡的應(yīng)用領(lǐng)域，作為的例子。從火星探測車上傳回的巖層顯微圖片是多么令人振奮！我們完全可以相信，光學(xué)顯微鏡將會以更新的姿態(tài)，造福人類。
