相差显微镜基础知识

2026/07/15 19:11:51

相差显微镜是一种光学显微镜，它将光的相位差转换为用于观察的对比度。

使用传统光学显微镜，样品各部分反射和吸收光谱的差异表现为亮度和颜色（对比度）的差异。然而，当观察到几乎无色且透明的物质，如活细胞、微生物或细菌时，这些对比极小，因此无法获得形状等信息。

即使是无色且透明的材料，如果折射率与周围环境不同，光的衍射也会发生在边界处。相位对比显微镜利用衍射光与光线直接穿过材料的相位差，制造光暗对比，从而观察无色透明材料。

相位对比显微镜在生物学和医学领域广泛用于观察培养细胞和进行临床测试。牙科诊所的牙周病细菌检测是公众熟悉的用途。通过帮助患者了解自身口腔细菌，它有助于提升口腔护理的动力。

使用相差显微镜无需染色样品，便于观察细胞自身状态。在用传统光学显微镜观察无色透明细胞时，会使用染色样品的方法，但这种方法劳动密集，且缺点是会导致细胞死亡。

此外，相差显微镜在分析石棉这一有害物质方面也很有效。 “JIS A 1481”定义了用于石棉分析的几种方法。其中一种方法是色散染色法，它通过相差显微镜照射偏振光到具有特定折射率的浸溶液中的晶体上，并根据石棉颜色确定石棉是否是基于该颜色。

在相差显微镜中，相位板仅放置在直射光通过物镜与图像平面之间的位置，使直射光的相位提前或延迟1/4λ或1/4λ。同时，插入一个环形ND滤光片以直接减弱光的强度，但衍射后的光不会改变其相位或亮度。

通过这些操作，直射光与衍射光的相位差变为1/2λ或零，干涉产生光暗对比。

换句话说，折射率突然变化的点看起来更暗，因为当相位差为1/2λ时，直射光和衍射光相互干扰，互相削弱。这就是暗对比。另一方面，当相位差为零时，直射光和衍射光相互增强，使折射率变化的区域看起来更亮。这就是明亮的对比。