จะปรับปรุงความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ได้อย่างไร?

จะปรับปรุงความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ได้อย่างไร?

กล้องจุลทรรศน์ถือเป็นอุปกรณ์หลักอย่างหนึ่งในการทดสอบ และตัวบ่งชี้ที่สำคัญในการประเมินประสิทธิภาพของกล้องจุลทรรศน์ก็คือความละเอียด ความละเอียดหมายถึงความสามารถในการแยกแยะระหว่างจุดเล็กๆ สองจุดหรือระยะห่างระหว่างเส้นสองเส้นได้อย่างชัดเจน ดวงตาของมนุษย์เองก็เป็นกล้องจุลทรรศน์ และภายใต้สภาพแสงมาตรฐาน ความละเอียดของดวงตามนุษย์ที่ระยะการมองเห็น (ซึ่งเป็นที่ยอมรับในระดับสากลคือ 25 ซม.) จะอยู่ที่ประมาณ 1/10 มม. สำหรับการสังเกตเส้นตรงสองเส้นเนื่องจากสามารถกระตุ้นชุดเซลล์ประสาทได้ จึงสามารถปรับปรุงความละเอียดของดวงตาได้เช่นกัน

ความละเอียดของดวงตามนุษย์คือเพียง 1/10 มม. ดังนั้นระยะห่างระหว่างวัตถุที่มีขนาดเล็กกว่า 1/10 มม. หรือวัตถุขนาดเล็กสองชิ้นที่อยู่ใกล้กว่า 1/10 มม. จึงไม่สามารถแยกแยะได้ด้วยตามนุษย์ ดังนั้นจึงมีการเปลี่ยนจากแว่นขยายธรรมดาๆ ไปเป็นกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงเพื่อการสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์ ตามมาด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ถูกกำหนดให้เป็นระยะห่างที่น้อยกว่าระหว่างจุดเล็กๆ สองจุด ซึ่งสามารถแยกแยะความแตกต่างได้อย่างชัดเจนบนชิ้นงานทดสอบ สูตรการคำนวณคือ: D=0.61 แล/NA

ในสูตร: D คือความละเอียด (um); แลมคือความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสง (um) NA คือรูรับแสงตัวเลข (หรือที่เรียกว่าอัตราส่วนรูรับแสง) ของเลนส์ใกล้วัตถุ

ตามสูตร ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสงที่ตกกระทบและค่ารูรับแสงที่เป็นตัวเลขของเลนส์ใกล้วัตถุที่ตรงกัน จากนี้จะเห็นได้ว่าวิธีการปรับปรุงกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงคือ:

1. ลดความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสง
แสงที่มองเห็นจะมีความยาวคลื่นสั้นกว่า 390 นาโนเมตร หากใช้แสงอัลตราไวโอเลตที่ความยาวคลื่นนี้เป็นแหล่งกำเนิดแสง ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงจะลดลงเหลือ 0.2um อย่างไรก็ตาม เนื่องจากวัสดุแก้วธรรมดาส่วนใหญ่ดูดซับแสงจำนวนมากที่มีความยาวคลื่นต่ำกว่า 340 นาโนเมตร แสงอัลตราไวโอเลตจึงไม่สามารถสร้างภาพที่คมชัดและสว่างได้หลังจากการลดทอนลงอย่างมาก ดังนั้น จึงจำเป็นต้องใช้วัสดุราคาแพง เช่น ควอตซ์ (ซึ่งสามารถส่งแสงอัลตราไวโอเลตได้ต่ำถึง 200 นาโนเมตร) และฟลูออร์สปาร์ (ซึ่งสามารถส่งแสงอัลตราไวโอเลตได้ต่ำถึง 185 นาโนเมตร) จึงจำเป็นต้องใช้ และกล้องจุลทรรศน์อัลตราไวโอเลตก็ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า และแม้แต่ จำกัดด้วยตัวอย่างที่สังเกต บวกกับต้นทุนที่แพง ดังนั้นวิธีการปรับปรุงความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์วิธีนี้จึงไม่ค่อยมีการใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีข้อจำกัดในตัวเอง

2. เพิ่มค่ารูรับแสงตัวเลข NA ของเลนส์ใกล้วัตถุ

รูรับแสงตัวเลข NA=n ​​* sin (u)

ในสูตร n คือดัชนีการหักเหของตัวกลางระหว่างเลนส์ใกล้วัตถุและชิ้นงานทดสอบ U คือมุมรูรับแสงครึ่งหนึ่งของเลนส์ใกล้วัตถุ ดังนั้น การใช้มุมรูรับแสงที่กว้างขึ้นหรือการเพิ่มดัชนีการหักเหของแสงในการออกแบบเลนส์จึงกลายเป็นวิธีการทั่วไปในการปรับปรุงความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง โดยทั่วไป เลนส์ใกล้วัตถุกำลังขยายต่ำที่ต่ำกว่า 10 เท่า จะใช้อากาศเป็นสื่อกลาง และมีดัชนีการหักเหของแสงเท่ากับ 1 ซึ่งเป็นเลนส์ใกล้วัตถุชนิดแห้ง ตัวกลางในการแช่น้ำคือน้ำกลั่น โดยมีดัชนีการหักเหของแสง 1.33 ตัวกลางสำหรับเลนส์ที่แช่น้ำมันคือทาร์หรือน้ำมันใสอื่นๆ โดยมีดัชนีการหักเหของแสงโดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 1.52 ซึ่งใกล้เคียงกับดัชนีการหักเหของเลนส์และกระจกสไลด์ เช่น เลนส์น้ำมัน 100X ของ Olympus เป้าหมายการแช่น้ำและเป้าหมายการแช่น้ำมันไม่เพียงแต่มีกำลังขยายสูง แต่ยังปรับปรุงความละเอียดของวัตถุประสงค์ด้วยเนื่องจากการใช้สื่อดัชนีการหักเหของแสงสูง