显微镜分辨率:概念、因素和计算

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显微镜分辨率:概念、因素和计算

2024-05-18 16:21| 来源: 网络整理| 查看: 265

将以上全部理论都考虑在内就可以明显看出,在计算分辨率的理论极限时需要考虑很多因素。分辨率还取决于样本性质。我们来看一下使用阿贝衍射极限以及使用瑞利判据进行的分辨率计算。

首先应当要牢记:

NA= n x sin α

式中n为成像介质的折射率,α是物镜孔径角的一半。物镜的最大孔径角大约为144º。该角度一半的正弦为0.95。如果使用油浸物镜且折射率为1.52,则物镜的最大NA为1.45。如果使用‘干式’(无浸没)物镜,则物镜最大NA为0.95(因为空气的折射率为1.0)。

横向(即XY)分辨率的阿贝衍射公式为:

d= λ/2 NA

式中λ 是标本成像所用的光波长。如果使用514 nm的绿光及NA为1.45的油浸物镜,则分辨率的(理论)极限将达到177 nm。

轴向(即Z)分辨率的阿贝衍射公式为:

d= 2 λ/NA2

同样的,如果我们假设通过波长514 nm的光来观察标本且物镜NA数值为1.45,则轴向分辨率为488 nm。

在阿贝衍射极限的基础上,瑞利判据稍稍得到了细化:

R= 1.22 λ/NAobj+NAcond

式中λ为标本成像用的光波长。NAobj 为物镜NA。NAcond为聚光镜NA。‘1.22’是一个常系数。该数值根据Rayleigh的贝塞尔函数研究推导得出。这些主要用于对系统当中的问题,例如波的传递,进行计算。

将聚光镜的NA考虑在内,空气(折射率为1.0)通常是聚光镜和玻片之前的成像介质。假设聚光镜的孔径角为144º,则NAcond数值将等于0.95。

如果使用514 nm的绿光,油浸物镜的NA为1.45,聚光镜的NA为0.95,则分辨率的(理论)极限将达到261 nm。

如上所述,用于对标本成像的光波长越短,可以分辨的细节越多。因此如果使用400 nm的最短可见光波长,油浸物镜NA为1.45,聚光镜NA为0.95,则R等于203 nm。

要在显微镜系统当中达到(理论)分辨率的最大值,每个光学组件都应当具备最高可用的NA(把孔径角纳入考虑)。此外,观察标本所用的光波长越短则分辨率越高。最后,整个显微镜系统都应当准直对齐。



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