Колики је опсег посматрања светлосног микроскопа и електронског микроскопа
Структура оптичког микроскопа Оптички микроскоп се генерално састоји од степена, кондензаторског система осветљења, сочива објектива, окулара и механизма за фокусирање. Бина се користи за држање објекта који се посматра. Механизам за фокусирање се може покретати помоћу дугмета за фокусирање како би се позорница померала горе-доле за грубо и фино подешавање, тако да се посматрани објекат може фокусирати и јасно приказати.
Његов горњи слој се може прецизно померати и ротирати у хоризонталној равни, а посматрани део је углавном прилагођен центру видног поља. Систем осветљења рефлектора се састоји од извора светлости и кондензаторског сочива. Функција кондензаторског сочива је да концентрише више светлосне енергије на посматрани део. Спектралне карактеристике осветљивача морају бити прилагођене радном опсегу пријемника микроскопа.
Објектив се налази у близини посматраног објекта и оно је сочиво које остварује повећање првог нивоа. На конвертор сочива објектива истовремено је инсталирано неколико сочива објектива са различитим увећањима, а сочиво објектива са различитим увећањима може да уђе у радну оптичку путању ротацијом претварача. Увећање сочива објектива је обично 5 до 100 пута. Објектив је оптички елемент који игра одлучујућу улогу у квалитету слике у микроскопу.
Често коришћени ахроматски објективи који могу да исправе хроматску аберацију за две боје светлости; квалитетнији апохроматски објективи који могу исправити хроматску аберацију за три боје светлости; може осигурати да је цела раван слике сочива објектива раван, како би се побољшало видно поље Објективи са равним пољем са маргиналним квалитетом слике. Објективи са течним урањањем се често користе у објективима велике снаге, односно индекс преламања од 1 је испуњен између доње површине сочива објектива и горње површине листа узорка.
5 или тако нешто, може значајно побољшати резолуцију микроскопског посматрања. Окулар је сочиво које се налази у близини људског ока да би се постигло повећање другог нивоа, а увећање огледала је обично 5 до 20 пута. Према величини видног поља које се може видети окулари се могу поделити на обичне окуларе са мањим видним пољем и окуларе великог поља (или широкоугаоне окуларе) са већим видним пољем.
И позорница и сочиво објектива морају бити у могућности да се померају у односу на оптичку осу сочива објектива да би се постигло подешавање фокуса и добила јасна слика. Када се ради са објективом са великим увећањем, дозвољени опсег фокусирања је често мањи од микрона, тако да микроскоп мора имати изузетно прецизан механизам за микрофокусирање. Граница увећања микроскопа је ефективно увећање, а резолуција микроскопа се односи на минимално растојање између две тачке објекта које се микроскопом могу јасно разликовати.
Резолуција и увећање су два различита, али повезана концепта. Када нумерички отвор одабраног сочива објектива није довољно велик, односно резолуција није довољно висока, микроскоп не може да разликује фину структуру објекта. У овом тренутку, чак и ако се увећање претерано повећа, може се добити само слика са великим обрисом, али нејасним детаљима. , названо неефикасно увећање.
С друге стране, ако је резолуција испунила захтеве и увећање је недовољно, микроскоп има способност да разреши, али је слика премала да би је јасно видело људско око. Стога, да би се омогућила пуна игра резолуционој моћи микроскопа, нумерички отвор бленде треба разумно ускладити са укупним увећањем микроскопа. Систем кондензованог осветљења има велики утицај на перформансе снимања микроскопа, али је и карика коју корисници лако превиде.
Његова функција је да обезбеди довољно и равномерно осветљење површине предмета. Зрак из кондензатора треба да буде у стању да попуни угао отвора сочива објектива, иначе се не може у потпуности искористити највећа резолуција коју сочиво објектива може постићи. У ту сврху, кондензатор је опремљен дијафрагмом променљивог отвора сличну оној у фотографском објективу, а величина отвора се може подесити да би се подесио отвор светлосног зрака тако да одговара углу отвора објектива.
Променом методе осветљења можете добити различите методе посматрања, као што су тачке тамних објеката на светлој позадини (које се називају светло поље осветљења) или светле тачке објекта на тамној позадини (које се називају тамно поље осветљења), како бисте боље открили у различитим ситуацијама и посматрати микроструктуру. Електронски микроскоп је инструмент који замењује светлосни сноп и оптичко сочиво електронским снопом и електронским сочивом по принципу електронске оптике, тако да се фина структура материје може снимити под веома великим увећањем.
Резолуциона моћ електронског микроскопа се изражава најмањим растојањем између две суседне тачке које он може да разреши. 1970их, резолуција трансмисионих електронских микроскопа била је око 0.3 нанометра (моћ резолуције људског ока била је око 0,1 мм). Сада је максимално увећање електронског микроскопа више од 3 милиона пута, а максимално увећање оптичког микроскопа је око 2000 пута, тако да се атоми одређених тешких метала и уредно распоређена атомска решетка у кристалима могу директно посматрати кроз електронски микроскоп.
Кнорр-Бремсе и Руска у Немачкој су 1931. модификовали високонапонски осцилоскоп са извором електрона са хладном катодом и три електронска сочива и добили увећану слику више од десет пута, што је потврдило могућност увећања слике помоћу електронског микроскопа. . . 1932. године, после Рускиног побољшања, моћ раздвајања електронског микроскопа достигла је 50 нанометара, што је било око десет пута веће од тада оптичког микроскопа, па је електронски микроскоп почео да привлачи пажњу људи.
Током 1940их година, Хил у Сједињеним Државама користио је астигматист да компензује ротационе асиметрије електронског сочива, што је направило нови пробој у моћи разрешавања електронског микроскопа и постепено достигло савремени ниво. У Кини је 1958. успешно развијен трансмисиони електронски микроскоп са резолуцијом од 3 нанометра, а 1979. је направљен са резолуцијом од 0.
3 нм велики електронски микроскоп. Иако је моћ разлучивања електронских микроскопа далеко боља од оне оптичких микроскопа, тешко је посматрати живе организме јер електронски микроскопи морају да раде у условима вакуума, а зрачење електронских снопова ће такође узроковати радијацијско оштећење биолошких узорака. Остала питања, као што је побољшање светлине електронског пиштоља и квалитета електронског сочива, такође треба даље проучавати.
Резолуциона моћ је важан индикатор електронске микроскопије, који се односи на угао упадног конуса и таласну дужину снопа електрона који пролази кроз узорак. Таласна дужина видљиве светлости је око 300 до 700 нанометара, док је таласна дужина снопа електрона повезана са напоном убрзања. Када је напон убрзања 50-100 кВ, таласна дужина снопа електрона је око 0.
0053 до 0,0037 нм. Пошто је таласна дужина електронског снопа много мања од таласне дужине видљиве светлости, чак и ако је угао конуса електронског снопа само 1 проценат од оног оптичког микроскопа, моћ раздвајања електронског микроскопа је и даље далеко боља од те оптичког микроскопа. Електронски микроскоп се састоји од три дела: цеви сочива, вакуумског система и ормарића за напајање.
Цијев сочива углавном укључује електронски пиштољ, електронска сочива, држач узорка, флуоресцентни екран и механизам камере, који се обично склапају у цилиндар од врха до дна; вакуумски систем се састоји од механичке вакуум пумпе, дифузионе пумпе и вакуум вентила, итд. Гасовод је повезан са цеви сочива; ормар за напајање се састоји од високонапонског генератора, стабилизатора побудне струје и разних јединица за подешавање и управљање.
Електронско сочиво је најважнији део цеви електронског микроскопа. Користи просторно електрично поље или магнетно поље које је симетрично у односу на ос цеви сочива да савије путању електрона до осе и формира фокусирање. Његова функција је слична функцији стакленог конвексног сочива за фокусирање зрака, па се назива електрон. сочиво. Већина савремених електронских микроскопа користи електромагнетна сочива, која фокусирају електроне јаким магнетним пољем које генерише веома стабилна ДЦ побудна струја кроз калем са ципелом.
Електронски топ је компонента која се састоји од вруће катоде од волфрамове нити, решетке и катоде. Може да емитује и формира електронски сноп са уједначеном брзином, тако да стабилност напона убрзања није мања од 1/10,000. Електронски микроскопи се могу поделити на трансмисионе електронске микроскопе, скенирајуће електронске микроскопе, рефлексионе електронске микроскопе и емисионе електронске микроскопе према њиховој структури и употреби.
Трансмисиони електронски микроскопи се често користе за посматрање оних финих структура материјала које се не могу разликовати обичним микроскопима; скенирајући електронски микроскопи се углавном користе за посматрање морфологије чврстих површина, а такође се могу комбиновати са рендгенским дифрактометрима или спектрометрима електронске енергије да би се формирали електрони. Микросонде за анализу састава материјала; Емисиона електронска микроскопија за проучавање самоемитујућих електронских површина.
Пројекциони електронски микроскоп је назван по томе што електронски сноп продире у узорак, а затим користи електронско сочиво за снимање и увећање. Његова оптичка путања је слична путањи оптичког микроскопа. У овом електронском микроскопу, контраст детаља слике се ствара расипањем електронског зрака од стране атома узорка. Тањи или мање густи делови узорка, електронски сноп се мање распршује, па више електрона пролази кроз отвор објектива, учествује у снимању и делује светлије на слици.
Насупрот томе, дебљи или гушћи делови узорка изгледају тамније на слици. Ако је узорак превише дебео или превише густ, контраст слике ће се погоршати или чак оштетити или уништити апсорбовањем енергије електронског зрака. Врх цеви трансмисионог електронског микроскопа је електронски пиштољ. Електроне емитује врућа катода волфрамове нити и пролазе кроз први и други кондензатор да би фокусирали електронски сноп.
Након проласка кроз узорак, електронски сноп се снима на средњем огледалу помоћу сочива објектива, а затим се увећава корак по корак кроз средње огледало и пројекционо огледало, а затим се снима на флуоресцентном екрану или фотографској сувој плочи. Међуогледало углавном подешава струју побуде, а увећање се може континуирано мењати од десетина пута до стотина хиљада пута; променом жижне даљине средњег огледала, слике електронским микроскопом и слике дифракције електрона могу се добити на ситним деловима истог узорка. .
У циљу проучавања дебљих узорака металних кришки, француска лабораторија за електронску оптику Дулос развила је електронски микроскоп ултра високог напона са убрзавајућим напоном од 3500 кВ. Електронски сноп скенирајућег електронског микроскопа не пролази кроз узорак, већ само скенира и побуђује секундарне електроне на површини узорка. Сцинтилациони кристал постављен поред узорка прима ове секундарне електроне и модулира интензитет електронског снопа цијевне цеви након појачања, мењајући тако осветљеност на екрану цијевне цеви.
Отклонски јарам цеви са сликом наставља да скенира синхроно са електронским снопом на површини узорка, тако да флуоресцентни екран цеви за слику приказује топографску слику површине узорка, што је слично принципу рада индустријске телевизије. Резолуција скенирајућег електронског микроскопа је углавном одређена пречником електронског зрака на површини узорка.
Увећање је однос амплитуде скенирања на сликовној цеви и амплитуде скенирања на узорку, која се може континуирано мењати од десетина пута до стотина хиљада пута. Скенирајући електронски микроскоп не захтева веома танке узорке; слика има снажан тродимензионални ефекат; може анализирати састав материје користећи информације као што су секундарни електрони, апсорбовани електрони и рендгенски зраци настали интеракцијом електронских зрака са материјом.
Електронски пиштољ и кондензатор скенирајућег електронског микроскопа су отприлике исти као они трансмисионог електронског микроскопа, али да би се електронски сноп учинио тањим, сочиво објектива и астигматизам се додају испод кондензаторског сочива, а два сета међусобно окомито скенирање је такође инсталирано унутар сочива објектива. калем. У комори за узорке испод сочива објектива налази се степен узорка који се може померати, ротирати и нагињати.
