Koliki je opseg posmatranja optičkog mikroskopa i elektronskog mikroskopa
Sastav i struktura optičkog mikroskopa Optički mikroskop se generalno sastoji od pozornice, sistema reflektora, objektiva, okulara i mehanizma za fokusiranje. Bina se koristi za držanje objekta koji se posmatra. Mehanizam za fokusiranje se može pokretati pomoću dugmeta za fokusiranje kako bi se pozornica pomerala gore-dole za grubo i fino podešavanje, tako da se posmatrani objekat može fokusirati i jasno prikazati.
Njegov gornji sloj može se kretati i rotirati precizno u horizontalnoj ravni, i općenito podesiti promatrani dio prema centru vidnog polja. Sistem spot rasvjete se sastoji od izvora svjetlosti i kondenzatora. Funkcija kondenzatora je da koncentriše više svjetlosne energije na promatrani dio. Spektralne karakteristike sijalice moraju biti kompatibilne sa radnim opsegom prijemnika mikroskopa.
Objektiv se nalazi u blizini objekta koji se posmatra, a to je sočivo koje ostvaruje prvi nivo uvećanja. Na konverter sočiva objektiva istovremeno je instalirano nekoliko sočiva objektiva sa različitim uvećanjima, a sočiva objektiva sa različitim uvećanjima mogu ući u radni optički put rotacijom pretvarača. Uvećanje sočiva objektiva je obično 5 do 100 puta. Objektiv je optički element koji igra odlučujuću ulogu u kvaliteti slike u mikroskopu.
Obično se koriste akromatska sočiva objektiva koja mogu ispraviti hromatsku aberaciju za dvije boje svjetlosti; kvalitetnija sočiva apohromatskog objektiva koja mogu korigovati hromatsku aberaciju za tri vrste svetla u boji; može osigurati da je cijela ravan slike objektiva ravna kako bi se poboljšalo vidno polje Objektivi ravnog polja sa marginalnim kvalitetom slike. Objektivi s tekućim imerzijama se često koriste u objektivima velikog povećanja, odnosno indeks prelamanja je 1 između donje površine sočiva objektiva i gornje površine lista uzorka.
5 tečnost, može značajno poboljšati rezoluciju mikroskopskog posmatranja. Okular je sočivo koje se nalazi u blizini ljudskog oka kako bi se postigao drugi nivo povećanja, a uvećanje sočiva je obično 5 do 20 puta. Prema veličini vidnog polja koje se može vidjeti, okulari se mogu podijeliti na dvije vrste: obične okulare sa manjim vidnim poljem i okulare velikog polja (ili širokokutne okulare) sa većim vidnim poljem.
I pozornica i sočivo objektiva moraju biti u mogućnosti da se pomiču jedno u odnosu na drugo duž optičke ose sočiva objektiva kako bi se postiglo podešavanje fokusa i dobila jasna slika. Kada se radi sa objektivom sa velikim uvećanjem, dozvoljeni opseg fokusiranja je često manji od mikrona, tako da mikroskop mora imati vrlo precizan mehanizam za mikrofokusiranje. Granica uvećanja mikroskopa je efektivno uvećanje, a rezolucija mikroskopa se odnosi na minimalnu udaljenost između dve tačke objekta koje se mikroskopom mogu jasno razlikovati.
Rezolucija i uvećanje su dva različita, ali povezana koncepta. Kada numerički otvor odabranog objektiva nije dovoljno velik, odnosno rezolucija nije dovoljno visoka, mikroskop ne može razlikovati finu strukturu objekta. U ovom trenutku, čak i ako je uvećanje pretjerano povećano, dobijena slika može biti samo slika sa velikim obrisom, ali nejasnim detaljima. , nazvano nevažeće uvećanje.
Suprotno tome, ako rezolucija ispunjava zahtjeve, ali je uvećanje nedovoljno, mikroskop ima sposobnost razlučivanja, ali je slika i dalje premala da bi je jasno vidjeli ljudske oči. Stoga, da bi se razlučiva moć mikroskopa u potpunosti pokazala, numerički otvor treba razumno uskladiti s ukupnim uvećanjem mikroskopa. Sistem osvetljenja reflektora ima veliki uticaj na performanse mikroskopa, ali to je karika koju korisnici lako previđaju.
Njegova funkcija je da obezbedi dovoljno i ujednačeno osvetljenje površine predmeta. Svjetlosni snop koji šalje kondenzator trebao bi osigurati da ispuni ugao otvora sočiva objektiva, inače se ne može u potpunosti iskoristiti najveća rezolucija koju objektiv objektiva može postići. U tu svrhu, kondenzator je opremljen dijafragmom promjenjivog otvora, sličnom onoj u objektivu fotografskog objektiva, koja može podesiti veličinu otvora blende, a koristi se za podešavanje otvora snopa osvjetljenja tako da odgovara kutu otvora objektiva. sočivo.
Promjenom metode osvjetljenja, mogu se dobiti različite metode promatranja kao što su tamne tačke objekta na svijetloj pozadini (koje se nazivaju svijetlo svjetlo polja) ili svijetle točke objekta na tamnoj pozadini (zvane tamno polje osvjetljenja) kako bi se bolje otkrilo i promatralo mikrostruktura. Elektronski mikroskop je instrument koji koristi elektronske zrake i elektronska sočiva umjesto svjetlosnih zraka i optičkih sočiva za snimanje finih struktura supstanci pri vrlo velikim uvećanjima na osnovu principa elektronske optike.
Snaga razlučivanja elektronskog mikroskopa predstavljena je minimalnom udaljenosti između dvije susjedne točke koju može razlučiti. 1970s, rezolucija transmisionog elektronskog mikroskopa bila je oko 0.3 nanometra (moć razlučivanja ljudskog oka bila je oko 0,1 mm). Sada maksimalno uvećanje elektronskog mikroskopa premašuje 3 miliona puta, dok je maksimalno uvećanje optičkog mikroskopa oko 2000 puta, tako da se atomi nekih teških metala i uredno raspoređene atomske rešetke u kristalu mogu direktno posmatrati kroz elektronski mikroskop .
Godine 1931., Knorr-Bremse i Ruska iz Njemačke ponovo su opremili visokonaponski osciloskop sa izvorom elektrona s hladnom katodom i tri elektronska sočiva i dobili sliku uvećanu više od deset puta, što je potvrdilo mogućnost uvećanja slike elektronskim mikroskopom. Godine 1932, nakon Ruskinog poboljšanja, moć razlučivanja elektronskog mikroskopa dostigla je 50 nanometara, što je oko deset puta veća moć razlučivanja od tadašnjeg optičkog mikroskopa, pa je elektronski mikroskop počeo da privlači pažnju ljudi.
1940ih godina, Hill u Sjedinjenim Državama koristio je astigmatizator za kompenzaciju rotacijske asimetrije elektronskog sočiva, čime je napravljen novi proboj u moći razlučivanja elektronskog mikroskopa i postepeno dostigao savremeni nivo. U Kini je 1958. uspješno razvijen transmisioni elektronski mikroskop s rezolucijom od 3 nanometra, a 1979. proizveden je s rezolucijom od 0.
3nm veliki elektronski mikroskop. Iako je moć razlučivanja elektronskog mikroskopa daleko bolja od one optičkog mikroskopa, teško je posmatrati žive organizme jer elektronski mikroskop treba da radi u uslovima vakuuma, a zračenje elektronskog snopa će takođe uzrokovati da biološki uzorci biti oštećeni radijacijom. Ostala pitanja, kao što je poboljšanje svjetline elektronskog topa i kvaliteta elektronskog sočiva, također treba dalje proučavati.
Snaga razlučivanja je važan pokazatelj elektronske mikroskopije, koji se odnosi na ugao upadnog konusa i talasnu dužinu snopa elektrona koji prolazi kroz uzorak. Talasna dužina vidljive svjetlosti je oko {{0}} nanometara, dok je talasna dužina snopa elektrona povezana sa naponom ubrzanja. Kada je napon ubrzanja 50-100 kV, talasna dužina snopa elektrona je oko 0.
0053 do 0,0037 nm. Budući da je valna dužina elektronskog snopa mnogo manja od valne dužine vidljive svjetlosti, čak i ako je ugao konusa snopa elektrona samo 1 posto od onog optičkog mikroskopa, moć razlučivanja elektronskog mikroskopa je i dalje daleko bolja od one optičkog mikroskopa. Elektronski mikroskop se sastoji od tri dijela: cijevi sočiva, vakuumskog sistema i ormarića za napajanje.
Cijev sočiva uglavnom uključuje elektronske topove, elektronska sočiva, držače uzoraka, fluorescentne ekrane i mehanizme kamere. Ove komponente se obično sklapaju u stupac od vrha do dna; vakuumski sistem se sastoji od mehaničkih vakuum pumpi, difuzijskih pumpi i vakuumskih ventila. Gasovod je povezan sa cijevi sočiva; energetski orman se sastoji od visokonaponskog generatora, stabilizatora pobudne struje i raznih kontrolnih jedinica za podešavanje.
Elektronsko sočivo je najvažniji dio cijevi sočiva elektronskog mikroskopa. Koristi svemirsko električno polje ili magnetsko polje simetrično u odnosu na os cijevi sočiva kako bi savijao stazu elektrona prema osi i formirao fokus. Njegova funkcija je slična onoj staklene konveksne leće za fokusiranje zraka, pa se naziva elektronom. sočivo. Većina modernih elektronskih mikroskopa koristi elektromagnetna sočiva, koja fokusiraju elektrone kroz jako magnetno polje generirano vrlo stabilnom istosmjernom strujom pobude koja prolazi kroz zavojnicu s cipelama.
Elektronski top je komponenta koja se sastoji od vruće katode od volframove niti, rešetke i katode. Može emitovati i formirati snop elektrona sa ujednačenom brzinom, tako da stabilnost ubrzavajućeg napona ne smije biti manja od jedne desethiljaditinke. Elektronski mikroskopi se mogu podijeliti na transmisione elektronske mikroskope, skenirajuće elektronske mikroskope, refleksione elektronske mikroskope i emisione elektronske mikroskope prema njihovoj strukturi i namjeni.
Transmisioni elektronski mikroskopi se često koriste za posmatranje finih struktura materijala koje se ne mogu razlučiti običnim mikroskopima; skenirajući elektronski mikroskopi se uglavnom koriste za posmatranje morfologije čvrstih površina, a takođe se mogu kombinovati sa rendgenskim difraktometrima ili spektrometrima elektronske energije za formiranje elektronskih mikrosonda za analizu sastava materijala; emisiona elektronska mikroskopija za proučavanje samoemitujućih elektronskih površina.
Transmisioni elektronski mikroskop je nazvan po tome što elektronski snop prodire u uzorak i zatim uvećava sliku pomoću elektronskog sočiva. Njegova optička putanja je slična onoj kod optičkog mikroskopa. Kod ovog tipa elektronskog mikroskopa, kontrast u detaljima slike nastaje raspršivanjem snopa elektrona od strane atoma uzorka. Tanji dio uzorka ili dio manje gustine ima manje rasipanje snopa elektrona, tako da više elektrona prolazi kroz dijafragmu objektiva i učestvuje u snimanju, a na slici se čini svjetlije.
Suprotno tome, deblji ili gušći dijelovi uzorka izgledaju tamnije na slici. Ako je uzorak predebeo ili previše gust, kontrast slike će se pogoršati, ili će se čak oštetiti ili uništiti apsorbiranjem energije elektronskog snopa. Vrh cijevi sočiva transmisionog elektronskog mikroskopa je elektronski pištolj. Elektrone emituje volframova vruća katoda, a snopovi elektrona su fokusirani prvim i drugim kondenzatorima.
Nakon prolaska kroz uzorak, elektronski snop se snima na srednjem ogledalu pomoću sočiva objektiva, a zatim se povećava korak po korak kroz srednje ogledalo i ogledalo za projekciju, a zatim se snima na fluorescentnom ekranu ili fotokoherentnoj ploči. Uvećanje srednjeg ogledala može se kontinuirano mijenjati od desetina puta do stotina hiljada puta uglavnom kroz podešavanje struje pobude; promjenom žižne daljine srednjeg ogledala, na malim dijelovima istog uzorka mogu se dobiti elektronske mikroskopske slike i slike difrakcije elektrona.
U cilju proučavanja debljih uzoraka metalnih kriški, francuski Dulos Electron Optics Laboratorij razvio je ultravisokonaponski elektronski mikroskop s ubrzavajućim naponom od 3500 kV. Elektronski snop skenirajućeg elektronskog mikroskopa ne prolazi kroz uzorak, već samo skenira i pobuđuje sekundarne elektrone na površini uzorka. Scintilacioni kristal postavljen pored uzorka prima te sekundarne elektrone, pojačava i modulira intenzitet elektronskog snopa cijevne cijevi, mijenjajući tako svjetlinu na ekranu cijevne cijevi.
Deflekcijska zavojnica cijevi sa slikom održava sinhrono skeniranje sa elektronskim snopom na površini uzorka, tako da fluorescentni ekran cijevi sa slikom prikazuje topografsku sliku površine uzorka, što je slično principu rada industrijskog TV-a. . Rezolucija skenirajućeg elektronskog mikroskopa uglavnom je određena prečnikom elektronskog snopa na površini uzorka.
Uvećanje je omjer amplitude skeniranja na cijevci i amplitude skeniranja na uzorku, koja se može kontinuirano mijenjati od desetina puta do stotina hiljada puta. Skenirajući elektronski mikroskop ne zahtijeva vrlo tanak uzorak; slika ima snažan trodimenzionalni efekat; može koristiti informacije kao što su sekundarni elektroni, apsorbirani elektroni i rendgenske zrake nastale interakcijom između snopa elektrona i supstance za analizu sastava supstance.
Elektronski pištolj i kondenzatorska leća skenirajućeg elektronskog mikroskopa su otprilike isti kao oni transmisionog elektronskog mikroskopa, ali da bi se elektronski snop učinio tanjim, sočivo objektiva i astigmatizator se dodaju ispod kondenzatorskog sočiva i dva seta međusobno okomite skenirajuće zrake ugrađene su unutar sočiva objektiva. kalem. Komora za uzorke ispod sočiva objektiva opremljena je stepenom uzorka koji se može pomicati, rotirati i naginjati.
