Koliki je domet promatranja optičkog mikroskopa i elektronskog mikroskopa
Sastav i struktura optičkog mikroskopa Optički mikroskop općenito se sastoji od postolja, sustava osvjetljenja reflektora, leće objektiva, okulara i mehanizma za fokusiranje. Stalak se koristi za držanje objekta koji se promatra. Mehanizam za fokusiranje može se pokretati gumbom za fokusiranje kako bi se pozornica pomicala gore-dolje za grubo i fino podešavanje, tako da se promatrani objekt može fokusirati i jasno prikazati.
Njegov gornji sloj može se precizno pomicati i okretati u vodoravnoj ravnini, te općenito prilagoditi promatrani dio središtu vidnog polja. Sustav spot rasvjete sastoji se od izvora svjetlosti i kondenzatora. Funkcija kondenzatora je da koncentrira više svjetlosne energije na promatrani dio. Spektralne karakteristike svjetiljke moraju biti kompatibilne s radnim pojasom prijemnika mikroskopa.
Leća objektiva nalazi se u blizini promatranog objekta, a leća je ta koja ostvaruje prvi stupanj povećanja. Na pretvarač leće objektiva ugrađuje se istovremeno više leća objektiva s različitim povećanjem, a leće objektiva s različitim povećanjem mogu rotiranjem pretvarača ući u radni optički put. Povećanje leće objektiva obično je 5 do 100 puta. Leća objektiva je optički element koji ima odlučujuću ulogu u kvaliteti slike u mikroskopu.
Obično se koriste akromatske objektivne leće koje mogu ispraviti kromatsku aberaciju za dvije boje svjetla; kvalitetnije apokromatske objektivne leće koje mogu ispraviti kromatsku aberaciju za tri vrste svjetla u boji; može osigurati da cijela ravnina slike leće objektiva bude ravna kako bi se poboljšalo vidno polje Objektivi s ravnim poljem s marginalnom kvalitetom slike. Objektivi s uranjanjem u tekućinu često se koriste u objektivima s velikim povećanjem, to jest, indeks loma je 1 između donje površine leće objektiva i gornje površine lista uzorka.
5 tekućine, može značajno poboljšati rezoluciju mikroskopskih promatranja. Okular je leća koja se nalazi u blizini ljudskog oka kako bi se postigla druga razina povećanja, a povećanje leće je obično 5 do 20 puta. Prema veličini vidnog polja koje se može vidjeti, okulari se dijele na dvije vrste: obični okulari s manjim vidnim poljem i okulari velikog polja (ili širokokutni okulari) s većim vidnim poljem.
I pozornica i leća objektiva moraju se moći međusobno pomicati duž optičke osi leće objektiva kako bi se postiglo podešavanje fokusa i dobila jasna slika. Kada se radi s lećom objektiva velikog povećanja, dopušteni raspon fokusiranja često je manji od mikrona, tako da mikroskop mora imati vrlo precizan mehanizam za mikrofokusiranje. Granica povećanja mikroskopa je efektivno povećanje, a rezolucija mikroskopa odnosi se na minimalnu udaljenost između dviju točaka predmeta koje mikroskop može jasno razlikovati.
Razlučivost i povećanje dva su različita, ali povezana pojma. Kada numerički otvor odabrane leće objektiva nije dovoljno velik, odnosno razlučivost nije dovoljno velika, mikroskop ne može razaznati finu strukturu predmeta. U ovom trenutku, čak i ako je povećanje pretjerano povećano, dobivena slika može biti samo slika s velikim obrisima, ali nejasnim detaljima. , naziva se nevažećim povećanjem.
Suprotno tome, ako razlučivost zadovoljava zahtjeve, ali je povećanje nedovoljno, mikroskop ima sposobnost razlučivanja, ali je slika još uvijek premalena da bi je ljudsko oko jasno vidjelo. Stoga, kako bi se u potpunosti iskoristila moć razlučivosti mikroskopa, numerički otvor treba razumno uskladiti s ukupnim povećanjem mikroskopa. Sustav osvjetljenja reflektora ima velik utjecaj na slikovne performanse mikroskopa, ali to je poveznica koju korisnici lako zanemare.
Njegova funkcija je osigurati dovoljno i ravnomjerno osvjetljenje površine predmeta. Svjetlosni snop koji šalje kondenzor treba osigurati da ispuni kut otvora leće objektiva, inače se najveća rezolucija koju leća objektiva može postići ne može u potpunosti iskoristiti. U tu svrhu, kondenzor je opremljen dijafragmom promjenjivog otvora blende sličnoj onoj u objektivu fotografskog objektiva, koja može prilagoditi veličinu otvora blende, a koristi se za podešavanje otvora blende osvjetljujućeg snopa kako bi odgovarala kutu otvora blende objektiva. leće.
Promjenom načina osvjetljenja mogu se dobiti različite metode promatranja kao što su tamne točke objekta na svijetloj pozadini (naziva se osvjetljenje svijetlog polja) ili svijetle točke objekta na tamnoj pozadini (naziva se osvjetljenje tamnog polja), kako bi se bolje otkrilo i promatralo mikrostruktura. Elektronski mikroskop je instrument koji koristi elektronske zrake i elektronske leće umjesto svjetlosnih zraka i optičkih leća za prikaz finih struktura tvari pri vrlo velikim povećanjima na temelju principa elektronske optike.
Moć razlučivosti elektronskog mikroskopa predstavljena je minimalnom udaljenošću između dvije susjedne točke koju može razlučiti. Godine 1970, razlučivost transmisijskog elektronskog mikroskopa bila je oko 0.3 nanometara (moć razlučivosti ljudskog oka bila je oko 0,1 mm). Sada maksimalno povećanje elektronskog mikroskopa prelazi 3 milijuna puta, dok je maksimalno povećanje optičkog mikroskopa oko 2000 puta, pa se atomi nekih teških metala i uredno posložene atomske rešetke u kristalu mogu izravno promatrati kroz elektronski mikroskop. .
Godine 1931. Knorr-Bremse i Ruska iz Njemačke ponovno su opremili visokonaponski osciloskop s izvorom elektrona s hladnim katodnim pražnjenjem i tri elektronske leće, te su dobili sliku uvećanu više od deset puta, što je potvrdilo mogućnost povećanja slike pomoću elektronskog mikroskopa. Godine 1932., nakon Ruskinog poboljšanja, moć razlučivosti elektronskog mikroskopa dosegla je 50 nanometara, oko deset puta više od moći razlučivosti optičkog mikroskopa u to vrijeme, pa je elektronski mikroskop počeo privlačiti pozornost ljudi.
Godine 1940, Hill u Sjedinjenim Američkim Državama upotrijebio je astigmatizator za kompenzaciju rotacijske asimetrije elektronske leće, što je napravilo novi proboj u moći razlučivosti elektronskog mikroskopa i postupno dosegnulo modernu razinu. U Kini je 1958. godine uspješno razvijen transmisijski elektronski mikroskop s razlučivošću od 3 nanometra, a 1979. godine proizveden je s razlučivošću od 0.
3nm veliki elektronski mikroskop. Iako je moć razlučivosti elektronskog mikroskopa daleko bolja od one optičkog mikroskopa, teško je promatrati žive organizme jer elektronski mikroskop mora raditi u uvjetima vakuuma, a zračenje elektronskog snopa također će uzrokovati biološke uzorke biti oštećen zračenjem. Ostala pitanja, poput poboljšanja svjetline elektronskog topa i kvalitete elektronske leće, također je potrebno dodatno proučiti.
Moć razlučivanja je važan pokazatelj elektronske mikroskopije, koji je povezan s kutom upadnog stošca i valnom duljinom elektronske zrake koja prolazi kroz uzorak. Valna duljina vidljive svjetlosti je oko {{0}} nanometara, dok je valna duljina elektronskih zraka povezana s naponom ubrzanja. Kada je napon ubrzanja 50-100 kV, valna duljina snopa elektrona je oko 0.
0053 do 0,0037 nm. Budući da je valna duljina elektronskog snopa mnogo manja od valne duljine vidljive svjetlosti, čak i ako je kut stošca elektronskog snopa samo 1 posto kuta optičkog mikroskopa, moć razlučivanja elektronskog mikroskopa još uvijek je daleko bolja od optičkog mikroskopa. Elektronski mikroskop sastoji se od tri dijela: cijevi leće, vakuumskog sustava i kućišta za napajanje.
Cijev objektiva uglavnom uključuje elektronske topove, elektronske leće, držače uzoraka, fluorescentne zaslone i mehanizme fotoaparata. Ove komponente su obično sastavljene u stupac od vrha prema dolje; vakuumski sustav sastoji se od mehaničkih vakuumskih pumpi, difuzijskih pumpi i vakuumskih ventila. Plinovod je spojen s cijevi leće; energetski ormar sastoji se od visokonaponskog generatora, stabilizatora uzbudne struje i raznih regulacijskih jedinica.
Elektronska leća je najvažniji dio cijevi leće elektronskog mikroskopa. Koristi svemirsko električno polje ili magnetsko polje simetrično u odnosu na os cijevi leće za savijanje staze elektrona prema osi i formiranje fokusa. Njegova je funkcija slična funkciji staklene konveksne leće da fokusira zraku, pa se naziva elektron. leće. Većina modernih elektronskih mikroskopa koristi elektromagnetske leće koje fokusiraju elektrone kroz jako magnetsko polje koje stvara vrlo stabilna istosmjerna pobudna struja koja prolazi kroz zavojnicu s polnim papučicama.
Elektronski top je komponenta koja se sastoji od vruće katode od volframove niti, rešetke i katode. Može emitirati i formirati snop elektrona jednolike brzine, tako da stabilnost napona ubrzavanja ne mora biti manja od jedne desettisućinke. Elektronske mikroskope možemo podijeliti na transmisijske elektronske mikroskope, skenirajuće elektronske mikroskope, refleksijske elektronske mikroskope i emisijske elektronske mikroskope prema njihovoj strukturi i upotrebi.
Transmisijski elektronski mikroskopi često se koriste za promatranje finih struktura materijala koje se ne mogu razlučiti običnim mikroskopima; skenirajući elektronski mikroskopi uglavnom se koriste za promatranje morfologije čvrstih površina, a također se mogu kombinirati s difraktometrima X-zraka ili spektrometrima elektronske energije za formiranje elektroničkih mikrosondi za analizu sastava materijala; emisijska elektronska mikroskopija za proučavanje samoemitirajućih površina elektrona.
Transmisijski elektronski mikroskop dobio je ime po tome što snop elektrona prodire kroz uzorak i zatim povećava sliku pomoću elektronske leće. Njegov optički put je sličan onom optičkog mikroskopa. U ovom tipu elektronskog mikroskopa, kontrast u detaljima slike stvara se raspršivanjem elektronske zrake na atomima uzorka. Tanji dio ili dio uzorka manje gustoće ima manje raspršenje snopa elektrona, tako da više elektrona prolazi kroz dijafragmu objektiva i sudjeluje u slikanju, te izgleda svjetlije na slici.
Nasuprot tome, deblji ili gušći dijelovi uzorka izgledaju tamnije na slici. Ako je uzorak predebeo ili pregust, kontrast slike će se pogoršati ili čak biti oštećen ili uništen apsorbiranjem energije elektronskog snopa. Gornji dio cijevi leće prijenosnog elektronskog mikroskopa je elektronski top. Elektrone emitira vruća katoda od volframa, a zrake elektrona fokusiraju prvi i drugi kondenzator.
Nakon prolaska kroz uzorak, snop elektrona se prikazuje na srednjem zrcalu pomoću leće objektiva, a zatim se korak po korak povećava kroz srednje zrcalo i projekcijsko zrcalo, a zatim se prikazuje na fluorescentnom ekranu ili fotokoherentnoj ploči. Povećanje srednjeg zrcala može se kontinuirano mijenjati od desetaka puta do stotina tisuća puta uglavnom kroz podešavanje struje pobude; promjenom žarišne duljine srednjeg zrcala mogu se dobiti elektronske mikroskopske slike i slike elektronske difrakcije na sitnim dijelovima istog uzorka.
Za proučavanje debljih uzoraka metalnih kriški, francuski Dulos Electron Optics Laboratory razvio je elektronski mikroskop ultravisokog napona s naponom ubrzanja od 3500 kV. Elektronska zraka skenirajućeg elektronskog mikroskopa ne prolazi kroz uzorak, već samo skenira i pobuđuje sekundarne elektrone na površini uzorka. Scintilacijski kristal postavljen pored uzorka prima te sekundarne elektrone, pojačava i modulira intenzitet elektronskog snopa slikovne cijevi, čime se mijenja svjetlina na ekranu slikovne cijevi.
Otklonska zavojnica slikovne cijevi održava sinkronizirano skeniranje s elektronskim snopom na površini uzorka, tako da fluorescentni zaslon slikovne cijevi prikazuje topografsku sliku površine uzorka, što je slično principu rada industrijskog televizora. . Razlučivost skenirajućeg elektronskog mikroskopa uglavnom je određena promjerom elektronske zrake na površini uzorka.
Povećanje je omjer amplitude skeniranja na slikovnoj cijevi i amplitude skeniranja na uzorku, koji se može kontinuirano mijenjati od nekoliko desetaka puta do stotina tisuća puta. Pretražni elektronski mikroskop ne zahtijeva vrlo tanak uzorak; slika ima snažan trodimenzionalni učinak; može koristiti informacije kao što su sekundarni elektroni, apsorbirani elektroni i X-zrake generirane interakcijom između elektronskog snopa i tvari za analizu sastava tvari.
Elektronski top i kondenzatorska leća skenirajućeg elektronskog mikroskopa otprilike su isti kao kod prijenosnog elektronskog mikroskopa, ali kako bi se elektronski snop učinio tanjim, leća objektiva i astigmatizator dodaju se ispod kondenzatorske leće i dva seta međusobno okomite zrake skeniranja ugrađene su unutar leće objektiva. zavojnica. Komora za uzorke ispod leće objektiva opremljena je postoljem za uzorkovanje koje se može pomicati, okretati i naginjati.
