Невидимые микрочастицы в оптическом микроскопе
Природа света и разрешение
Основным ограничением для видимости малых частиц в оптическом микроскопе является их размер относительно длины волны света, используемого для освещения. Оптические микроскопы обычно используют видимый свет, длина волны которого варьируется от 400 до 700 нанометров (нм). Разрешающая способность объектива определяется критериями Релея, согласно которому минимальное разрешённое расстояние между двумя точками $d_{min}$ можно выразить как:
$$ d_{min} = \frac{\lambda}{2NA}, $$
где $\lambda$ — длина волны света, а $NA$ — числовая апертура объектива.
Предел разрешения
Числовая апертура (NA) определяется как $NA = n \sin(\theta)$, где $n$ — показатель преломления среды, а $\theta$ — угол, под которым свет входит в линзу. Даже при максимальных значениях показателя преломления и угла, $d_{min}$ редко бывает меньше 200-300 нм. Это означает, что частицы размером менее 0,3 мкм находятся за пределами разрешения стандартных оптических микроскопов.
Альтернативные методы
Для исследования частиц меньших размеров используются методы, не основанные на видимом свете, например, электронная микроскопия или атомно-силовая микроскопия, которые позволяют рассматривать объекты на наноуровне, обеспечивая гораздо более высокое разрешение.
Таким образом, ограничение на наблюдение частиц в оптическом микроскопе задаётся законами физики, связанными с длиной волны света и оптическими характеристиками микроскопа.
Примечания: использование более коротких длин волн света — например, ультрафиолета, — также наблюдается в некоторых специализированных системах, но они требуют иных материалов и конструкций.
Категория: Физика
Теги: оптическая микроскопия, волновая оптика, разрешение