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当心“无效”放大率

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在一个最简的情况,光学显微镜由一个靠近标本的透镜(物镜)和一个靠近眼睛的透镜(目镜)组成。显微镜放大率是两个显微镜透镜系数的乘积。比如,40倍物镜和10倍目镜可以得到400倍放大率。

通过光波确定限值

但是,表现光学显微镜性能不仅仅有放大率,还有分辨率。分辨率指对两个紧密相邻的点分辨的能力。根据瑞利(Rayleigh定律,能够分别成像的两个点之间的最小距离大约相当于光波长的一半。

λ=光波长
n=标本和物镜之间的介质的折光率
α=物镜孔径角的一半

因此,对于蓝光,分辨率限值约为d=0.2μm;对于红光,d=0.35μm左右。UV物镜的分辨率略低于0.2μm。肉眼无法区分小于0.2mm的结构。

n×sin α的数值对应于数值孔径(NA),即表示聚光能力和物镜分辨率的量度。由于孔径角不能超过90°,折光率永远大于等于1nair=1),所以大气中的NA始终在1左右。如果采用油浸的方式(n>1),数值孔径将增加(达到约1.45),分辨率也将随之升高。

因此,对于蓝光,分辨率限值约为d=0.2μm;对于红光,d=0.35μmUV物镜的分辨率略低于0.2μm。肉眼无法区分小于0.2mm的结构。

放大率并非越大越好

为了使人眼能够观察到显微分辨率,目镜中出现的图像应具有相应的放大率。分辨率和放大率始终直接相关。放大率低的物镜具有低数值孔径,因此分辨率低。

高倍物镜的数值孔径也很高,如果是40倍干式物镜,则数值孔径通常为0.8。但由于数值孔径增加到某个特定点后无法继续增加,所以在传统的光学显微镜中,可用的放大范围也是有限的。“有用”的显微镜放大率在500×NA1000×NA之间。

一些光学显微镜声称具有极大的放大率,但实际上最高还不到1400倍。专家将超出该范围的一切倍率都称作“无效放大率”。虽然看似放大了结构,但并没有进一步分辨细节部分。

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