mikroskopia optyczna

mikroskopia optyczna,

dziedzina nauki i techniki, w której wykorzystuje się fale elektromagnetyczne do formowania powiększonych obrazów obiektów lub ich elementów;

podstawowym narzędziem badawczym m.o. jest mikroskop optyczny; w m.o. wykorzystuje się różne zakresy widma fal elektromagnetycznych: miękkie promieniowanie rentgenowskie o długości fali poniżej 50 nm, promieniowanie nadfioletowe, światło widzialne, promieniowanie bliskiej podczerwieni, aż do promieniowania podczerwonego o długości fali do ok. 20 µm. Ze względu na zdolność rozdzielczą mikroskopu (która jest ograniczona dyfrakcją fal i maleje wraz ze wzrostem długości fali; rozdzielczość) nie używa się promieniowania o większych długościach fali. Minimalny rozmiar elementu obiektu rozróżnialny w m.o., w którym wykorzystuje się promieniowanie widzialne, wynosi ok. 200 nm. Można również obserwować obrazy mniejszych przedmiotów w ultramikroskopie, ale daje się sprawdzić w ten sposób jedynie obecność przedmiotu, a nie jego kształt; stąd metoda ta ma wyłącznie znaczenie historyczne. W celu polepszenia rozdzielczości używa się promieniowania o mniejszej długości fali (dla miękkiego promieniowania rentgenowskiego udaje się uzyskać rozdzielczość rzędu 10 nm). Lepszą rozdzielczość uzyskuje się także przy użyciu mikroskopu skanującego bliskiego pola, w którym głowica wyposażona w światłowód z naniesioną przesłoną o średnicy ok. 50 nm skanuje powierzchnię obiektu, oświetlając ją z odległości równej ułamkowi długości fali świetlnej; światło odbite przez obiekt jest kierowane przez światłowód do detektora; rozdzielczość tej metody w widzialnym zakresie widma sięga 50 nm. Obrazy tworzone przez fale elektromagnetycznych poza widzialnym zakresem są obserwowane za pomocą odpowiednich przetworników, a do oświetlenia przedmiotów wykorzystuje się odpowiednie źródła promieniowania, takie jak np. lampy rtęciowe wysokociśnieniowe, lampy ksenonowe wysokociśnieniowe czy też lampy halogenowe; źródła te użyte wraz z zestawami odpowiednio dobranych filtrów interferencyjnych pozwalają na wybór przedziału widmowego oświetlenia.

Podstawową metodą obserwacji m.o. jest tzw. metoda jasnego pola, pozwalająca na obserwację przedmiotów pochłaniających lub rozpraszających światło — przedmiot taki tworzy ciemny obraz na jasnym tle. W metodzie ciemnego pola do obiektywu dochodzą tylko promienie rozproszone na przedmiocie. Dzięki temu staje się możliwa obserwacja przedmiotów przezroczystych (tj. odróżniających się od otoczenia jedynie przez zmianę drogi opt. spowodowaną różnym współczynnikiem załamania lub grubością przedmiotu); używa się wówczas kondensora o odpowiedniej konstrukcji, kierującego światło nie rozproszone na przedmiocie poza obiektyw. Przedmioty przezroczyste obserwuje się również, wykorzystując metodę kontrastu fazowego i metodę interferencyjną. Oprócz klas. metod m.o., stosowanych zarówno w świetle przechodzącym, jak i odbitym, wyróżnia się ponadto metodę kontrastu fazowego i metodę dyferencjalnego kontrastu różniczkowego, które pozwalają na wizualizację obiektów przezroczystych poprzez wykorzystanie zjawiska interferencji światła. W metodzie kontrastu fazowego różnica drogi opt., wywołana obecnością przedmiotu, jest zamieniana w układzie opt. na różnicę poziomu jasności obrazu dzięki modyfikacji fali świetlnej w płaszczyźnie ogniskowej obiektywu. Polega ona na wprowadzeniu opóźnienia fazowego fali ugiętej, niosącej informację o obiekcie, względem fali nieugiętej, skupionej w środku płaszczyzny ogniskowej za pomocą umieszczonego tam odpowiedniego filtru. W metodzie interferencyjnej różnice dróg opt., wywołane obecnością przedmiotu, zostają zamienione na różne poziomy jasności obrazu dzięki interferencji światła; interferują 2 fale (lub więcej), na które zostaje podzielona fala przechodząca przez przedmiot i układ opt. mikroskopu, albo fale — przechodząca przez przedmiot i układ opt. mikroskopu oraz zewn. fala odniesienia.

M.o. znalazła zastosowania w chemii, fizyce, biologii, medycynie, metalurgii, przemyśle elektronicznym, szklarskim, włókienniczym i in. Każdy z zakresów widma dostarcza specyficznej informacji i znajduje różne zastosowania; mikroskopia bliskiej podczerwieni znalazła zastosowanie w przemyśle mikroelektronicznym do sprawdzania jakości elementów; mikroskopia dalszej podczerwieni pozwala na pomiar temperatury przedmiotów na podstawie detekcji ich promieniowania podczerwonego; mikroskopia nadfioletu znajduje zastosowania przede wszystkim w badaniach biol. i medycznych. Do specjalnych zadań stosuje się liczne modyfikacje oraz odmiany mikroskopów opt. (np. mikroskop fluorescencyjny, interferencyjny, metalograficzny, polaryzacyjny, stereoskopowy).

Zbigniew Jaroszewicz