Mục lục bài họcĐang ở d01-b1
Magnification, Resolution and Units
Magnification is not resolution
Magnification is how many times larger the image is than the real object. It is a pure ratio with no units, calculated from $M = I \div A$, where $I$ is the measured size of the image and $A$ is the actual size of the specimen. Resolution is something completely different: the smallest distance between two points at which they are still seen as two points rather than one blur. Magnifying an image beyond the resolving power of the instrument produces empty magnification — a bigger picture that carries no extra information.
Why the light microscope stops at about 200 nm
Resolution is limited by the wavelength of the radiation used to illuminate the specimen. Visible light has wavelengths of roughly $400$ to $700$ nm, and no instrument can resolve two points closer together than about half the wavelength it uses. This places the practical limit of a light microscope near $200$ nm. An electron beam behaves as a wave of far shorter wavelength, so a transmission electron microscope (TEM) resolves to about $0.5$ nm and reveals ribosomes, membranes in cross section and the cristae of mitochondria.
Units and the conversion that costs marks
Cambridge questions mix millimetres on the page with micrometres and nanometres in the specimen. The chain is $1\text{ mm} = 1000\ \mu\text{m} = 10^{6}\text{ nm}$. Measure the image in millimetres with a ruler, convert to the unit the answer is wanted in, then divide. A magnification written as $\times 15$ instead of $\times 15\,000$ is nearly always a missed factor of one thousand rather than a biological error.
Magnification và resolution là hai đại lượng khác hẳn nhau
Magnification (độ phóng đại) là ảnh lớn gấp bao nhiêu lần vật thật. Nó là một tỉ số thuần, không có đơn vị, tính bằng $M = I \div A$ với $I$ là kích thước đo được trên ảnh và $A$ là kích thước thật. Resolution (độ phân giải) trả lời câu hỏi khác hẳn: hai điểm gần nhau tới mức nào thì vẫn còn nhìn ra là hai điểm chứ không nhoè thành một. Phóng ảnh to quá khả năng phân giải của dụng cụ thì được empty magnification — ảnh to hơn nhưng không thêm một chi tiết nào.
Vì sao kính quang học dừng ở khoảng $200$ nm
Cái chặn độ phân giải là bước sóng của tia dùng để soi. Ánh sáng nhìn thấy có bước sóng khoảng $400$ tới $700$ nm, và không dụng cụ nào tách nổi hai điểm cách nhau dưới khoảng nửa bước sóng nó dùng. Vì vậy kính hiển vi quang học dừng ở quãng $200$ nm. Chùm electron ứng với bước sóng ngắn hơn rất nhiều, nên kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) phân giải tới cỡ $0{,}5$ nm và nhìn được ribosome, mặt cắt ngang của màng, và mào của ti thể.
Đổi đơn vị — chỗ mất điểm nhiều nhất
Đề Cambridge cố tình trộn milimét trên trang giấy với micromét và nanomét trong tiêu bản. Chuỗi đổi là $1\text{ mm} = 1000\ \mu\text{m} = 10^{6}\text{ nm}$. Đo ảnh bằng thước ra milimét, đổi sang đúng đơn vị mà câu hỏi cần, rồi mới chia. Một đáp án ghi $\times 15$ thay vì $\times 15\,000$ gần như luôn là mất một thừa số nghìn chứ không phải sai kiến thức sinh học.
Trên một ảnh chụp qua kính hiển vi, một ti thể đo được dài $28$ mm. Chiều dài thật của ti thể đó là $3{,}5\ \mu\text{m}$. Tính độ phóng đại của ảnh.
Bước 1 — đưa hai số về cùng đơn vị. Đây là bước duy nhất mà đa số bài làm bỏ qua. Ảnh đo bằng mm, vật thật cho bằng $\mu\text{m}$; đổi ảnh sang $\mu\text{m}$: $28\text{ mm} \times 1000 = 28\,000\ \mu\text{m}$.
Bước 2 — chia. $M = I \div A = 28\,000 \div 3{,}5 = 8000$.
Bước 3 — viết đúng kiểu. Độ phóng đại không có đơn vị, viết là $\times 8000$. Ghi kèm $\mu\text{m}$ hay mm vào sau con số là mất điểm dù phép tính đúng.
Kiểm tính hợp lý: ti thể cỡ vài $\mu\text{m}$ mà hiện ra to bằng đốt ngón tay thì độ phóng đại phải cỡ hàng nghìn. Nếu bạn ra $8$ thì đã quên nhân $1000$; nếu ra $0{,}000125$ thì đã chia ngược, lấy vật thật chia cho ảnh.
Một học sinh dùng kính hiển vi quang học ở độ phóng đại $\times 400$ và không nhìn thấy ribosome. Bạn ấy đổi sang thị kính mạnh hơn để đạt $\times 2000$ nhưng vẫn không thấy gì thêm. Giải thích.
Vấn đề nằm ở resolution, không nằm ở magnification. Kính quang học soi bằng ánh sáng nhìn thấy, bước sóng $400$–$700$ nm. Không dụng cụ nào tách được hai điểm gần nhau hơn khoảng nửa bước sóng nó dùng, nên giới hạn phân giải rơi vào quãng $200$ nm.
So kích thước. Ribosome đường kính khoảng $20$ nm, tức nhỏ hơn giới hạn đó mười lần. Ánh sáng đi qua vùng có ribosome và vùng không có ribosome gần như không khác nhau, nên trên ảnh chúng không tạo ra hai điểm riêng biệt nào để mà tách.
Phóng to thêm làm gì? Nó chỉ kéo giãn đúng cái ảnh nhoè sẵn có — empty magnification. Ảnh to hơn, hạt mờ hơn, lượng thông tin y nguyên.
Cách duy nhất là đổi tia soi. Chùm electron ứng với bước sóng ngắn hơn ánh sáng hàng nghìn lần, nên TEM phân giải tới cỡ $0{,}5$ nm và ribosome hiện ra rõ. Đây là lý do lịch sử: ribosome chỉ được nhìn thấy sau khi kính hiển vi điện tử ra đời, chứ không phải sau khi người ta mài được thấu kính tốt hơn.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Cell Structure gồm 14 câu trắc nghiệm và 3 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.