顯微鏡的結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)知識(shí)
顯微鏡的結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)知識(shí)
顯微鏡: 顯微鏡是用于放大微小物體使其被人的肉眼能清晰看到的儀器。顯微鏡分光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡。
光學(xué)顯微鏡是在1590年由荷蘭的楊森父子所首創(chuàng)。現(xiàn)在的光學(xué)顯微鏡可把物體放大1600倍，分辨的最小極限達(dá)0.2微米。
電子顯微鏡是在1931年在德國(guó)柏林由克諾爾和哈羅斯卡首先裝配完成的。這種顯微鏡用高速電子束代替光束。由于電子流的波長(zhǎng)比光波短得多，所以電子顯微鏡的放大倍數(shù)可達(dá)80萬(wàn)倍，分辨的最小極限達(dá)0.2納米。1963年開(kāi)始使用的掃描電子顯微鏡更可使人看到物體表面的微小結(jié)構(gòu)。
顯微鏡的發(fā)明，使人看到了許多以前從未看到過(guò)的生物，如細(xì)菌、病毒等，也使人看到了生物的許多微小結(jié)構(gòu)，如線(xiàn)粒體的結(jié)構(gòu)，從而對(duì)生物學(xué)的發(fā)展起著重要的推動(dòng)作用。顯微鏡是生物學(xué)研究的重要儀器之一。在醫(yī)學(xué)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中顯微鏡也有著重要用途，例如在醫(yī)學(xué)診斷上，可對(duì)人血液中的紅細(xì)胞進(jìn)行病理分析并計(jì)數(shù)等。
顯微鏡的結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)知識(shí)
顯微鏡的放大原理：
顯微鏡的放大原理：由物鏡將被觀測(cè)物體（標(biāo)本）放大為可以被屏幕接收映射的實(shí)像，通過(guò)目鏡的轉(zhuǎn)換，使物鏡成的實(shí)像再次放大并讓其成在人眼正?？次矬w的明視距離處。
明視距離：250mm (人眼看物體的正常距離） 放大鏡的原理：人眼觀察到的是放大的虛像
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顯微鏡的結(jié)構(gòu)：
被觀測(cè)物體（標(biāo)本）-物鏡-光闌-目鏡-人眼 早期顯微鏡-------現(xiàn)代顯微鏡
顯微鏡的結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)知識(shí)
普通顯微鏡主要由3部分構(gòu)成：
①光學(xué)放大系統(tǒng)：由物鏡和目鏡組成，是顯微鏡的主體。（為了消除球差和色差，目鏡和物鏡都由復(fù)雜的透鏡組構(gòu)成。）
③機(jī)械裝置：用于固定材料和使觀察方便。
放大率和有效放大率(又稱(chēng)放大倍數(shù)):
物體通過(guò)顯微鏡要經(jīng)過(guò)物鏡和目鏡兩次放大，所以顯微鏡總的放大率Γ應(yīng)該是物鏡放大率β和目鏡放大率Γ1 的乘積：
即 Γ = β Γ1
顯微鏡可以通過(guò)調(diào)換不同放大率的物鏡和目鏡，能夠方便地改變顯微鏡的放大率。放大率是顯微鏡的重要參數(shù)，但也不能盲目相信放大率越高越好。顯微鏡放大倍率的極限即有效放大倍率,被稱(chēng)為鏡頭的分辨率。 分辨率和放大倍率是兩個(gè)不同的但又互有聯(lián)系的概念。 當(dāng)選用的物鏡數(shù)值孔徑不夠大，即分辨率不夠高時(shí)，顯微鏡不能分清物體的微細(xì)結(jié)構(gòu)，此時(shí)即使過(guò)度地增大放大倍率，得到的也只能是一個(gè)輪廓雖大但細(xì)節(jié)不清的圖像，稱(chēng)為無(wú)效放大倍率。反之如果分辨率已滿(mǎn)足要求而放大倍率不足，則顯微鏡雖已具備分辨的能力，但因圖像太小而仍然不能被人眼清晰視見(jiàn)。所以為了充分發(fā)揮顯微鏡的分辨能力，應(yīng)使數(shù)值孔徑與顯微鏡總放大倍率合理匹配。
鏡頭分辨率(有效放大率)：
顯微鏡物象是否清楚不僅決定于放大倍數(shù)，還與顯微鏡的分辨力（resolution）有關(guān)，分辨力是指顯微鏡（或人的眼睛距目標(biāo)25cm處）能分辨物體最小間隔的能力，分辨力的大小決定于光的波長(zhǎng)和 數(shù)值孔徑（又稱(chēng)：鏡口率）以及介質(zhì)的折射率，用公式表示為：
顯微鏡的分辨力： R=0.61λ /NA
NA＝ｎSin α/2 （數(shù)值孔徑）
式中： λ 為成像光線(xiàn)的波長(zhǎng)；
n = 標(biāo)本和物鏡之間介質(zhì)折射率；
α = 鏡口角（標(biāo)本對(duì)物鏡鏡口的張角） ；
NA = 數(shù)值孔徑（Numeric Aperture）。
鏡口角總是要小于180?，所以 Sin α /2 的最大值必然小于 1 。
介質(zhì)的折射率 n：
介質(zhì) | 空氣 | 水 | 香柏油 | α溴萘 |
折射率 | 1 | 1.33 | 1.515 | 1.66 |
制作光學(xué)鏡頭所用的玻璃折射率為1.65~1.78，所用介質(zhì)的折射率越接近玻璃的越好。對(duì)于干燥物鏡來(lái)說(shuō)，介質(zhì)為空氣，數(shù)值孔徑一般為0.05~0.95；油鏡頭用香柏油為介質(zhì)，數(shù)值孔徑可接近1.5。
顯微鏡的分辨力與放大率的關(guān)系式： 500NA<Γ<1000NA
景深：
景深為聚焦深度的簡(jiǎn)稱(chēng)，即在使用顯微鏡時(shí)，當(dāng)焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)某一物體時(shí)，不僅位于該點(diǎn)平面上的各點(diǎn)都可以看清楚，而且在此平面的上下一定深度內(nèi)，也能看得清楚，這個(gè)清楚部分的深度就是景深。景深大,可以看到被檢物體的深層；而景深小，則只能看到被檢物體的一薄層。景深與其它技術(shù)參數(shù)有以下關(guān)系：
（1）景深與總放大倍數(shù)及物鏡的數(shù)值孔徑成反比。 （2）景深增大，分辨率降低。
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顯微鏡物鏡的基本類(lèi)型：
a.消色差物鏡（Achromatic objective） 這是應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)顯微物鏡，外殼上常有"Ach"字樣。它校正了軸上點(diǎn)的位置色差（紅，藍(lán)二色）、球差（黃綠光）和正弦差，保持了齊明條件。軸外點(diǎn)的象散不超過(guò)允許值(－4屈光度)，二級(jí)光譜未校正。
b.復(fù)消色差物鏡（Apochromatic objective） 這類(lèi)物鏡的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，透鏡采用了特種玻璃或螢石等材料制作而成，物鏡的外殼上標(biāo)有"Apo"字樣。它對(duì)兩個(gè)色光實(shí)現(xiàn)了正弦條件，要求嚴(yán)格地校正軸上點(diǎn)的位置色差（紅，藍(lán)二色）、球差（紅，藍(lán)二色）和正弦差，同時(shí)要求校正二級(jí)光譜（再校正綠光的位置色差）。其倍率色差并不能完全校正，一般須用目鏡補(bǔ)償。
c.平場(chǎng)物鏡（Plan objective） 平場(chǎng)物鏡是在物鏡的透鏡系統(tǒng)中增加一快半月形的厚透鏡，以達(dá)到校正場(chǎng)曲的缺陷，提高視場(chǎng)邊緣成像質(zhì)量的目的。平場(chǎng)物鏡的視場(chǎng)平坦，更適用于鏡檢和顯微照相。對(duì)于平視場(chǎng)消色差物鏡，其倍率色差不大，不必用特殊目鏡補(bǔ)償。而平視場(chǎng)復(fù)消色差物鏡，則必須用目鏡來(lái)補(bǔ)償它的倍率色差。
d.特種物鏡 所謂"特種物鏡"是在上述物鏡的基礎(chǔ)上，專(zhuān)門(mén)為達(dá)到某些特定的觀察效果而設(shè)計(jì)制造的。主要有以下幾種：相襯物鏡（Phase-contrast objective），熒光物鏡（Fluorescenceobjective），偏光無(wú)應(yīng)力物鏡（Polarizeobjective）,帶校正環(huán)物鏡（Correction collar objective）等。
還有按顯微鏡結(jié)構(gòu)分類(lèi)的： （1）按顯微鏡鏡筒長(zhǎng)：透射光用160mm鏡筒，帶0.17mm厚或更厚的蓋玻片；反射光用190mm鏡筒，不帶蓋玻片；透射光與反射光用鏡筒，筒長(zhǎng)無(wú)限大。（2）按浸法特征：非浸式(干式)、浸式(油浸、水浸、甘油浸及其它浸法)。 （3）按光學(xué)裝置：透射式、反射式以及折反射式。
光學(xué)顯微鏡成像光波：
光學(xué)顯微鏡的成像研究和設(shè)計(jì)，是以人眼可見(jiàn)光光線(xiàn)（人們常說(shuō)的：可見(jiàn)光）的物理現(xiàn)象為基礎(chǔ)進(jìn)行的。可見(jiàn)光的波長(zhǎng)為400~700nm，因此 光學(xué)顯微鏡分辨力數(shù)值不會(huì)小于0.2μm。人眼的分辨力是0.2mm，所以一般光學(xué)顯微鏡設(shè)計(jì)的最大光學(xué)放大倍數(shù)通常為1000X。
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電子顯微鏡成像機(jī)理：
光學(xué)顯微鏡的分辨力受可見(jiàn)光波長(zhǎng)的限制，質(zhì)量較好的光學(xué)顯微鏡的分辨極限約為0.2μm。小于光波波長(zhǎng)的物體因衍射而不能成像。為了觀察到更細(xì)微的物體和結(jié)構(gòu)，科學(xué)家采用更短波長(zhǎng)的電子射線(xiàn)來(lái)代替光波，設(shè)計(jì)出了電子顯微鏡。電子微粒高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其行為類(lèi)似光波的傳播過(guò)程。運(yùn)動(dòng)電子的電子波波長(zhǎng)隨其速度而定，給其增壓達(dá)到50萬(wàn)伏時(shí)，電子波波長(zhǎng)約為0.001nm，即電子射線(xiàn)的波長(zhǎng)約為可見(jiàn)光的十萬(wàn)分之一。其分辨力的極限約為4?，其放大倍數(shù)比最高級(jí)的光學(xué)顯微鏡要高很多級(jí)。以電子射線(xiàn)為成像“光源”的顯微鏡稱(chēng)為電子顯微鏡。