방학 현미경으로 관찰할 때 5일에 처리하면 해상도가 높아지는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 광학현미경으로 세포를 관찰하려고 할 때 1000대의 배율로 관찰하기 위해서는 이머전 오일을 처리해야 한다고 알고 있는데 해당 오일을 처리했을 때 해당 해상도가 높아지는 원리는 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요.
광학현미경에서 배율을 높여 1000배 정도로 세포를 관찰하려면 이머전 오일(Immersion oil) 을 사용해야 하는데, 오일을 쓰면 단순히 확대만 되는 것이 아니라 해상도(Resolution)가 좋아지는데요, 현미경의 해상도는 주로 아래 두 요인에 의해 결정되는데, 빛의 파장과 굴절률입니다. 대물렌즈와 시료 사이가 공기일 경우, 빛은 시료에서 공기(굴절률 ≈ 1.0)를 지나면서 굴절되기 때문에 일부 빛이 렌즈로 들어가지 못하고 손실되는데요, 이 때문에 집광력이 제한되고 NA(개구수)가 낮아지며 해상도가 떨어지게 됩니다. 이때 이머전 오일의 굴절률은 약 1.51, 즉 유리(슬라이드글라스, 커버글라스)와 거의 동일한데요 따라서 빛이 시료로부터 커버글라스, 오일, 대물렌즈 로 지나갈 때 굴절이 최소화되는데요, 결과적으로 더 많은 빛이 대물렌즈로 들어오게 되고, NA가 커지게 되며 NA가 커지면 분모가 커져서 d 값(분해능)이 작아져서 더 세밀한 구조를 구분할 수 있습니다. 감사합니다.
1명 평가결론부터 말씀드리면 빛의 굴절을 최소화하기 때문입니다.
1000배율과 같은 고배율 현미경으로 관찰할 때, 대물렌즈와 슬라이드 표본 사이의 거리는 매우 짧습니다. 이 공간에는 공기가 채워져 있는데, 빛이 표본에서 공기로, 다시 대물렌즈로 이동하면서 빛의 속도가 달라지며 굴절이 일어납니다.
이 굴절로 인해 특히 비스듬하게 진행하는 빛들이 크게 꺾여 대물렌즈의 아주 좁은 구경으로 들어가지 못하고 흩어지게 됩니다. 이 현상 때문에 관찰되는 이미지의 해상도와 밝기가 떨어지게 되죠.
이머전 오일은 이러한 문제점을 해결하기 위해 사용되는 것입니다.
이머전 오일은 현미경의 해상도를 높여주는 역할을 합니다. 이는 오일의 굴절률이 유리와 유사하기 때문에, 시료와 대물렌즈 사이의 공기층에서 발생하는 빛의 굴절과 손실을 줄여주기 때문입니다. 굴절률이 다른 매질을 빛이 통과할 때 빛이 꺾이게 되는데, 이로 인해 많은 빛이 렌즈로 들어가지 못하고 산란되어 해상도가 떨어지게 됩니다. 이머전 오일을 사용하면 유리와 오일 사이의 굴절률 차이가 거의 없어 빛이 꺾이지 않고 곧게 나아가므로, 더 많은 빛이 렌즈로 모여들어 선명하고 밝은 상을 얻을 수 있습니다. 결과적으로 현미경의 개구수(Numerical Aperture)가 증가하여 해상도가 향상됩니다.
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
이머전 오일은 유리와 굴정률이 비슷해서, 대물렌즈와 시료 사이에 공기대신사용하면 빛의 굴절과 산란을 줄여 더 많은 광선을 렌즈로 집광할수있다는 장점이 있습니다.
그래서 개구수가 증가하여 광학현미경의 해상도식에서 분모가 커지며 더 세밀한 구조를 분해해서 볼 수 있게됩니다.
감사합니다.