Vật kính kính hiển vi là gì? Các loại vật kính và cách lựa chọn phù hợp

Vật kính là một trong những bộ phận quan trọng nhất của kính hiển vi, quyết định trực tiếp đến độ phóng đại, độ phân giải và chất lượng hình ảnh quan sát. Mỗi loại vật kính được thiết kế với đặc điểm quang học riêng để đáp ứng từng mục đích như học tập, nghiên cứu sinh học, quan sát vi sinh vật hay kiểm tra vật liệu. Vậy vật kính kính hiển vi là gì và nên lựa chọn như thế nào? Cùng tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây.

Vật kính của kính hiển vi là gì?

Vật kính là hệ thấu kính có tiêu cự rất ngắn, được gắn trực tiếp vào mâm xoay ngay phía trên bàn để mẫu vật, hướng thẳng xuống tiêu bản cần quan sát. Đây là bộ phận đầu tiên tiếp nhận ánh sáng đi qua mẫu vật, và cũng là nơi tạo ra ảnh thật, ngược chiều và phóng đại của vật thể trước khi ảnh này tiếp tục được thị kính phóng đại thêm một lần nữa để mắt người quan sát được. Chất lượng của vật kính ảnh hưởng lớn đến độ sắc nét, độ tương phản và khả năng tái tạo màu sắc của hình ảnh. Vì vậy, khi đánh giá một chiếc kính hiển vi, vật kính luôn là yếu tố được quan tâm hàng đầu.

Cấu tạo của vật kính kính hiển vi

Để tạo ra hình ảnh có chất lượng cao, vật kính được chế tạo với cấu trúc quang học rất phức tạp, gồm nhiều bộ phận phối hợp với nhau.

Hệ thống thấu kính bên trong vật kính: Phần lõi của vật kính không phải là một thấu kính đơn lẻ mà là một tổ hợp nhiều thấu kính nhỏ có chiết suất cao ghép lại với nhau. Mỗi thấu kính đảm nhận một vai trò khác nhau trong việc hội tụ ánh sáng và hiệu chỉnh các lỗi quang học như hiện tượng méo ảnh và tăng độ phân giải. Số lượng và chất lượng thấu kính trong tổ hợp này tăng dần theo độ phóng đại và mức độ cao cấp của vật kính, đây cũng là lý do một vật kính 100x dầu có thể chứa nhiều lớp thấu kính phức tạp hơn hẳn so với vật kính 4x cơ bản.

Vỏ vật kính và ren kết nối: Bên ngoài hệ thấu kính là phần vỏ kim loại bảo vệ khỏi va đập, bụi bẩn và độ ẩm, đồng thời chứa ren kết nối để lắp vật kính vào mâm xoay của kính hiển vi. Phần lớn các hãng sản xuất hiện nay tuân theo chuẩn ren RMS với kích thước tiêu chuẩn, giúp vật kính của các thương hiệu khác nhau có thể tương thích và thay thế lẫn nhau trên cùng một thân kính, miễn là cùng chiều dài ống quang học quy định.

Cơ chế hiệu chỉnh quang sai: Ánh sáng trắng đi qua thấu kính sẽ bị tách thành các bước sóng màu khác nhau (gây sắc sai) và các tia sáng từ các điểm khác nhau trên thấu kính cũng không hội tụ đúng một điểm (gây cầu sai). Các nhà sản xuất khắc phục hai vấn đề này bằng cách kết hợp nhiều loại kính có chiết suất khác nhau trong cùng một vật kính nhằm đưa các tia sáng hội tụ chính xác trên cùng một mặt phẳng. Đây là lý do vật kính cao cấp thường cho hình ảnh rõ nét và trung thực hơn đáng kể.

Xem thêm: Độ phân giải của kính hiển vi là gì? Các yếu tố ảnh hưởng đến độ phân giải

Ý nghĩa các ký hiệu trên vật kính kính hiển vi

Trên thân vật kính thường có nhiều ký hiệu kỹ thuật giúp người dùng lựa chọn và sử dụng đúng mục đích.

Độ phóng đại (4X, 10X, 40X, 100X): Đây là thông số dễ nhận biết nhất vì con số chỉ độ phóng đại trên vật kính thường được in lớn nên rất dễ phân biệt, với bốn mức phổ biến nhất là 4X, 10X, 40X và 100X. Độ phóng đại thực tế khi quan sát được tính bằng cách nhân độ phóng đại của vật kính với độ phóng đại của thị kính. Ví dụ vật kính 40X kết hợp thị kính 10X sẽ cho độ phóng đại tổng 400 lần. Để dễ nhận diện nhanh, nhiều hãng còn sơn thêm vòng màu quanh thân vật kính theo quy ước: màu đỏ cho 4x hoặc 5x, màu vàng cho 10x, màu xanh lá cho 20x, màu xanh dương cho 40x và màu trắng cho 100x.

Khẩu độ số (NA): Viết tắt NA (Numerical Aperture) với các giá trị thường gặp như 0,25; 0,65; 0,75 hay 1,25. Đây là chỉ số thể hiện góc mở cần thiết để vật kính thu nhận ánh sáng, và giá trị này có thể quyết định độ phân giải của cả hệ thống quang học, tức khả năng phân biệt hai điểm rất gần nhau trên mẫu vật. NA càng cao, ảnh thu được càng sắc nét và chi tiết, nhưng đi kèm đó là khoảng cách làm việc càng ngắn - đây là một sự đánh đổi quang học không thể tránh khỏi mà người dùng cần lưu ý khi lựa chọn.

Khoảng cách làm việc (WD): Là khoảng cách từ vật kính đến bề mặt gần nhất của lớp phủ khi mẫu được lấy nét. Thông số này tỷ lệ nghịch với khẩu độ số: vật kính NA cao hơn thường có khoảng cách làm việc thấp hơn. Đặc điểm này ảnh hưởng trực tiếp đến loại mẫu vật bạn có thể quan sát - nếu cần soi các mẫu sống có độ dày lớn trên đĩa Petri hay đĩa nuôi cấy, bạn cần ưu tiên vật kính có WD lớn hơn để tránh va chạm vào mẫu trong quá trình lấy nét.

Độ dài ống kính và các thông số khác: Ngoài các thông số trên, một số vật kính còn ghi thêm con số 160 thể hiện chiều dài ống quang học tiêu chuẩn 160mm, giúp các vật kính của những hãng khác nhau có thể thay thế cho nhau khi cùng chuẩn này. Hoặc 0,17 chỉ độ dày tiêu chuẩn của lamen (tấm kính đậy mẫu) mà vật kính được thiết kế để hoạt động tối ưu. Bên cạnh đó còn có các chữ viết tắt như Plan (hiệu chỉnh độ cong trường ảnh), Corr (có vòng điều chỉnh theo độ dày lamen) hay Oil (yêu cầu dầu soi). Mỗi ký hiệu đều ảnh hưởng trực tiếp đến cách sử dụng và chất lượng ảnh thu được.

Các loại vật kính kính hiển vi phổ biến

Hiện nay, vật kính được chia thành nhiều dòng khác nhau tùy theo khả năng hiệu chỉnh quang học và mục đích sử dụng.

Vật kính Achromatic: Đây là dòng vật kính phổ biến và cơ bản nhất, thường chỉ hiệu chỉnh sắc sai cho hai bước sóng ánh sáng, thường là đỏ và xanh lam, mang đến chất lượng hình ảnh tốt ở vùng trung tâm khung nhìn nhưng các vùng rìa có thể hơi mờ hoặc kém nét hơn do độ cong trường ảnh. Với mức giá hợp lý, Achromatic là lựa chọn phổ thông cho hầu hết kính hiển vi sinh học cơ bản, đặc biệt phù hợp khi quan sát đen trắng hoặc các mẫu vật không yêu cầu độ chính xác màu cao.

Vật kính Plan Achromatic: Vật kính Plan Achromatic giữ nguyên khả năng hiệu chỉnh sắc sai như dòng Achromatic, nhưng bổ sung thêm khả năng hiệu chỉnh độ cong trường ảnh, giúp toàn bộ khung nhìn từ tâm đến rìa đều rõ nét đồng đều thay vì chỉ sắc nét ở giữa. Đây là bước nâng cấp đáng giá cho những ai cần quan sát toàn bộ trường nhìn với chất lượng đồng nhất, chẳng hạn khi chụp ảnh tư liệu hoặc giảng dạy.

Vật kính Semi-Apochromatic: Còn được gọi là vật kính Fluorite, dòng Semi-Apochromatic có mức hiệu chỉnh quang sai nằm giữa Achromatic và Apochromatic. Các thấu kính này được hiệu chỉnh sắc sai cho ánh sáng đỏ và xanh lam, với tiêu điểm màu xanh lá cũng được đưa về gần đúng vị trí, đồng thời hiệu chỉnh cầu sai cho ánh sáng xanh lam và xanh lá, mang lại chất lượng màu sắc tốt hơn hẳn Achromatic mà chi phí vẫn ở mức trung bình, phù hợp cho công tác ghi hình hoặc quan sát màu sắc đòi hỏi độ chính xác cao hơn mức cơ bản.

Vật kính Apochromatic: Đây là dòng vật kính cao cấp nhất, được hiệu chỉnh sắc sai cho nhiều bước sóng ánh sáng và xử lý cầu sai ở mức tối ưu, mang lại hình ảnh sắc nét và trung thực màu sắc nhất trong tất cả các loại vật kính. Vật kính Apochromatic cũng thường có khẩu độ số cao hơn so với dòng Achromatic hay Fluorite, phù hợp với các ứng dụng nghiên cứu chuyên sâu, chụp ảnh vi mô chất lượng cao hoặc phân tích khoa học đòi hỏi độ chính xác tối đa, đi kèm với đó là mức giá cao nhất trong các dòng vật kính.

Vật kính dầu (Oil Objective): Khác với các phân loại trên dựa vào mức hiệu chỉnh quang sai, vật kính dầu được phân loại theo môi trường truyền sáng. Ở độ phóng đại rất cao (thường 60x-100x), không khí giữa mẫu vật và vật kính khiến nhiều tia sáng bị khúc xạ và thất thoát ra ngoài trước khi lọt vào thấu kính, làm giảm đáng kể độ phân giải. Để khắc phục, người ta sử dụng một loại dầu chuyên dụng có chiết suất gần tương đương thủy tinh, đặt giữa lamen và vật kính nhằm hạn chế sự lệch hướng ánh sáng và tăng khẩu độ số thực tế lên đáng kể, có thể đạt tới 1,6 ở các vật kính ngâm dầu cao cấp. Cần lưu ý dầu soi chuyên dụng không thể thay thế bằng dầu thông thường, vì sai lệch về chiết suất sẽ làm giảm chất lượng ảnh và có thể ảnh hưởng đến lớp phủ quang học của vật kính.

Xem thêm: Kính hiển thị điện tử truyền qua (TEM) là gì? Nguyên lý và ứng dụng

Nên chọn vật kính nào cho từng nhu cầu sử dụng?

Mỗi lĩnh vực sẽ có yêu cầu khác nhau về độ phóng đại và chất lượng hình ảnh. Vì vậy, việc lựa chọn vật kính cần dựa trên mục đích sử dụng thực tế.

Đối với trường học và phòng thực hành: Với môi trường giáo dục, nơi học sinh và sinh viên cần làm quen với các khái niệm cơ bản về tế bào, mô và vi sinh vật đơn giản, vật kính Achromatic ở bộ độ phóng đại tiêu chuẩn 4X, 10X, 40X là lựa chọn tối ưu. Dòng vật kính này có chi phí hợp lý, độ bền cao, phù hợp với tần suất sử dụng nhiều và môi trường thực hành nơi thiết bị có thể chịu va đập, sai sót trong quá trình học sinh thao tác.

Đối với phòng thí nghiệm sinh học: Các phòng thí nghiệm sinh học thường cần quan sát mô, tế bào với yêu cầu hình ảnh rõ nét đồng đều trên toàn khung nhìn để phục vụ phân tích và chụp ảnh tư liệu. Vật kính Plan Achromatic hoặc Semi-Apochromatic là mức đầu tư hợp lý, cân bằng giữa chất lượng hình ảnh và chi phí, đặc biệt phù hợp khi cần ghi nhận màu sắc tự nhiên của mẫu nhuộm.

Đối với nghiên cứu vi sinh vật: Khi mục tiêu là quan sát vi khuẩn, nấm men hay các vi sinh vật có kích thước cực nhỏ, độ phóng đại tối thiểu 1000x với vật kính dầu 100x kết hợp thị kính 10x trở thành tiêu chuẩn bắt buộc. Ở phân khúc này, nên ưu tiên vật kính Apochromatic hoặc Semi-Apochromatic có khẩu độ số cao để đảm bảo đủ độ phân giải phân biệt các cấu trúc vi sinh vật sát nhau, đồng thời cần trang bị kèm dầu soi chuyên dụng đúng chiết suất để phát huy tối đa hiệu năng của vật kính.

Đối với kiểm tra vật liệu và linh kiện: Với nhu cầu kiểm tra mối hàn, vi mạch điện tử, bề mặt kim loại hay linh kiện cơ khí, vật kính cần có khoảng cách làm việc dài hơn để thuận tiện thao tác mà không sợ va chạm vào mẫu vật, đồng thời thường sử dụng được cả ở chế độ trường sáng và trường tối để phát hiện khuyết điểm bề mặt. Vật kính Plan Achromatic hoặc các dòng có ký hiệu LM, SLM (khoảng cách làm việc dài, siêu dài) sẽ phù hợp hơn so với vật kính dầu có WD rất ngắn, vốn chỉ tối ưu cho mẫu sinh học trên lam kính mỏng.

Trên đây là những chia sẻ về vật kính kính hiển vi, từ khái niệm, cấu tạo, ý nghĩa các ký hiệu đến các loại vật kính phổ biến và cách lựa chọn phù hợp với từng nhu cầu sử dụng. Hy vọng những thông tin này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về bộ phận quan trọng này để lựa chọn đúng loại kính hiển vi, đáp ứng hiệu quả cho học tập, nghiên cứu hay kiểm tra vật liệu. 

Nếu đang có nhu cầu mua kính hiển vi chính hãng hoặc cần tư vấn lựa chọn thiết bị phù hợp với mục đích sử dụng, bạn có thể tham khảo các sản phẩm tại THB Việt Nam. Với đa dạng dòng kính hiển vi sinh học, kính hiển vi soi nổi, kính hiển vi qunag học,...cùng đội ngũ tư vấn giàu kinh nghiệm, THB Việt Nam sẽ giúp bạn lựa chọn giải pháp quan sát tối ưu với chi phí hợp lý. Nhanh tay truy cập thbvietnam.com - maydochuyendung.com hoặc liên hệ ngay hotline: 0916610499 (Hà Nội) hoặc 0918132242 (TP Hồ Chí Minh) để được tư vấn chi tiết, báo giá ưu đãi.