Koliki je opseg posmatranja svjetlosnog mikroskopa i elektronskog mikroskopa
Struktura optičkog mikroskopa Optički mikroskop se generalno sastoji od stuba, kondenzatorskog sistema osvetljenja, 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 precizno pomicati i rotirati u horizontalnoj ravni, a promatrani dio je općenito prilagođen centru vidnog polja. Sistem osvjetljenja reflektora se sastoji od izvora svjetlosti i kondenzatorskog sočiva. Funkcija kondenzatorskog sočiva je da koncentriše više svjetlosne energije na promatrani dio. Spektralne karakteristike iluminatora moraju biti prilagođene radnom opsegu prijemnika mikroskopa.
Objektiv se nalazi u blizini posmatranog objekta i to je sočivo koje ostvaruje povećanje prvog nivoa. Na konverter sočiva objektiva istovremeno je instalirano nekoliko sočiva objektiva sa različitim uvećanjima, a sočivo objektiva sa različitim uvećanjima može ući u radnu optičku putanju rotacijom pretvarača. Uvećanje sočiva objektiva je obično 5 do 100 puta. Objektiv je optički element koji igra odlučujuću ulogu u kvaliteti slike u mikroskopu.
Često korišteni akromatski objektivi koji mogu ispraviti kromatsku aberaciju za dvije boje svjetlosti; kvalitetniji apohromatski objektivi koji mogu korigovati hromatsku aberaciju za tri boje svetlosti; može osigurati da je cijela ravan slike objektiva ravna, kako bi se poboljšalo vidno polje Objektivi ravnog polja uz marginalni kvalitet slike. Objektivi s tekućim imerzijama se često koriste u objektivima velike snage, to jest, indeks prelamanja od 1 je ispunjen između donje površine sočiva objektiva i gornje površine lista uzorka.
5 ili tako nešto, može značajno poboljšati rezoluciju mikroskopskog posmatranja. Okular je sočivo koje se nalazi u blizini ljudskog oka radi postizanja povećanja drugog nivoa, a uvećanje ogledala je obično 5 do 20 puta. Prema veličini vidnog polja koje se može vidjeti, okulari se mogu podijeliti na obične okulare sa manjim vidnim poljem i okulare velikog polja (ili širokokutne okulare) sa većim vidnim poljem.
I pozornica i sočivo objektiva moraju se moći pomicati u odnosu na optičku os 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 izuzetno precizan mehanizam za mikrofokusiranje. Granica uvećanja mikroskopa je efektivno uvećanje, a rezolucija mikroskopa se odnosi na minimalnu udaljenost između dve tačke objekta koje se mogu jasno razlikovati mikroskopom.
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 se uvećanje pretjerano poveća, može se dobiti samo slika s velikim obrisom, ali nejasnim detaljima. , nazvano neefikasno uvećanje.
S druge strane, ako je rezolucija zadovoljila zahtjeve, a uvećanje je nedovoljno, mikroskop ima sposobnost razlučivanja, ali je slika premala da bi je jasno moglo vidjeti ljudsko oko. Stoga, da bi se razlučiva moć mikroskopa u potpunosti pokazala, numerički otvor treba razumno uskladiti s ukupnim uvećanjem mikroskopa. Sistem kondenzovanog osvetljenja ima veliki uticaj na performanse mikroskopa, ali je i karika koju korisnici lako previde.
Njegova funkcija je da obezbedi dovoljno i ujednačeno osvetljenje površine predmeta. Snop iz kondenzatora bi trebao biti u stanju popuniti ugao otvora objektiva, inače se ne može u potpunosti iskoristiti najveća rezolucija koju objektiv objektiva može postići. U tu svrhu, kondenzator je opremljen dijafragmom promjenjivog otvora sličnu onoj u fotografskom objektivu, a veličina otvora se može podesiti kako bi se prilagodio otvor snopa osvjetljenja tako da odgovara kutu otvora objektiva.
Promjenom metode osvjetljenja, možete dobiti različite metode promatranja kao što su tamne točke objekta na svijetloj pozadini (koje se nazivaju svijetlo svjetlo polja) ili svijetle točke objekta na tamnoj pozadini (zvane tamno polje osvjetljenja), kako biste bolje otkrili u različitim situacijama i posmatrati mikrostrukturu. Elektronski mikroskop je instrument koji zamjenjuje svjetlosni snop i optičko sočivo elektronskim snopom i elektronskim sočivom po principu elektronske optike, tako da se fina struktura materije može snimiti pod vrlo velikim uvećanjem.
Snaga razlučivanja elektronskog mikroskopa izražava se najmanjom udaljenosti između dvije susjedne točke koju može razlučiti. U 1970s, rezolucija transmisionih elektronskih mikroskopa bila je oko 0.3 nanometra (moć razlučivanja ljudskog oka bila je oko 0,1 mm). Sada je maksimalno uvećanje elektronskog mikroskopa više od 3 miliona puta, a maksimalno uvećanje optičkog mikroskopa je oko 2000 puta, tako da se atomi određenih teških metala i uredno raspoređena atomska rešetka u kristalima mogu direktno posmatrati kroz elektronski mikroskop.
Godine 1931. Knorr-Bremse i Ruska u Njemačkoj modificirali su visokonaponski osciloskop sa izvorom elektrona s hladnom katodom i tri elektronska sočiva i dobili uvećanu sliku 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 bilo 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 astigmatist za kompenzaciju rotacijske asimetrije elektronskog sočiva, što je napravilo novi proboj u moći razlučivanja elektronskog mikroskopa i postepeno dostiglo savremeni nivo. U Kini je 1958. uspješno razvijen transmisioni elektronski mikroskop s rezolucijom od 3 nanometra, a 1979. godine napravljen je s rezolucijom od 0.
3 nm veliki elektronski mikroskop. Iako je moć razlučivanja elektronskih mikroskopa daleko bolja od one optičkih mikroskopa, teško je promatrati žive organizme jer elektronski mikroskopi moraju raditi u vakuumskim uvjetima, a zračenje elektronskih zraka također će uzrokovati radijacijsko oštećenje bioloških uzoraka. Ostala pitanja, kao što je poboljšanje svjetline elektronskog topa i kvaliteta elektronskog sočiva, također treba dalje proučavati.
Moć 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 300 do 700 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 snopa elektrona 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 elektronski pištolj, elektronska sočiva, držač uzorka, fluorescentni ekran i mehanizam kamere, koji se obično sklapaju u cilindar od vrha do dna; vakuumski sistem se sastoji od mehaničke vakuum pumpe, difuzijske pumpe i vakum ventila, itd. Gasovod je povezan sa cijevi sočiva; ormar za napajanje se sastoji od visokonaponskog generatora, stabilizatora pobudne struje i raznih jedinica za podešavanje i upravljanje.
Elektronsko sočivo je najvažniji dio cijevi elektronskog mikroskopa. Koristi prostorno električno polje ili magnetsko polje koje je simetrično u odnosu na os cijevi sočiva za savijanje putanje elektrona prema osi kako bi se formiralo fokusiranje. 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 snažnim magnetnim poljem koje stvara vrlo stabilna istosmjerna pobudna struja kroz zavojnicu sa cipelom.
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 napona ubrzanja nije manja od 1/10,000. Elektronski mikroskopi se prema njihovoj strukturi i upotrebi mogu podijeliti na transmisione elektronske mikroskope, skenirajuće elektronske mikroskope, refleksione elektronske mikroskope i emisione elektronske mikroskope.
Transmisioni elektronski mikroskopi se često koriste za posmatranje onih finih materijalnih struktura koje se ne mogu razlikovati običnim mikroskopima; skenirajući elektronski mikroskopi se uglavnom koriste za promatranje morfologije čvrstih površina, a također se mogu kombinirati sa rendgenskim difraktometrima ili spektrometrima elektronske energije za formiranje elektrona. Mikrosonde za analizu sastava materijala; Emisiona elektronska mikroskopija za proučavanje samoemitujućih elektronskih površina.
Projekcioni elektronski mikroskop je dobio ime po tome što elektronski snop prodire u uzorak, a zatim koristi elektronska sočiva za snimanje i uvećanje. Njegova optička putanja je slična onoj kod optičkog mikroskopa. U ovom elektronskom mikroskopu kontrast detalja slike nastaje raspršivanjem snopa elektrona od strane atoma uzorka. Što su tanji ili manje gusti dijelovi uzorka, elektronski snop se manje raspršuje, tako da više elektrona prolazi kroz otvor objektiva, učestvuje u snimanju i izgleda svjetlije na slici.
Nasuprot tome, deblji ili gušći dijelovi uzorka izgledaju tamnije na slici. Ako je uzorak predebeo ili previše gust, kontrast slike će se pogoršati ili čak oštetiti ili uništiti apsorbiranjem energije elektronskog snopa. Vrh cijevi transmisionog elektronskog mikroskopa je elektronski pištolj. Elektrone emituje vruća katoda volframove niti i prolaze kroz prvi i drugi kondenzator kako bi fokusirali snop elektrona.
Nakon prolaska kroz uzorak, elektronski snop se snima na srednjem ogledalu pomoću sočiva objektiva, a zatim se uvećava korak po korak kroz srednje ogledalo i ogledalo za projekciju, a zatim se snima na fluorescentnom ekranu ili fotografskoj suvoj ploči. Međuogledalo uglavnom prilagođava struju pobude, a uvećanje se može kontinuirano mijenjati od desetina puta do stotina hiljada puta; promjenom žižne daljine srednjeg ogledala, slike elektronskim mikroskopom i slike difrakcije elektrona mogu se dobiti na sitnim dijelovima istog uzorka. .
U cilju proučavanja uzoraka debljih 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 i modulira intenzitet elektronskog snopa cijevne cijevi nakon pojačanja, mijenjajući na taj način svjetlinu na ekranu slikovne cijevi.
Otklonski jaram cijevi sa slikom nastavlja skeniranje sinhrono sa elektronskim snopom na površini uzorka, tako da fluorescentni ekran cijevi sa slikom prikazuje topografsku sliku površine uzorka, što je slično principu rada industrijske televizije. 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 tanke uzorke; slika ima snažan trodimenzionalni efekat; može analizirati sastav materije koristeći informacije kao što su sekundarni elektroni, apsorbovani elektroni i rendgenske zrake nastale interakcijom elektronskih zraka sa materijom.
Elektronski top i kondenzator skenirajućeg elektronskog mikroskopa su otprilike isti kao oni transmisionog elektronskog mikroskopa, ali da bi se elektronski snop učinio tanjim, sočivo objektiva i astigmatizam se dodaju ispod kondenzatorskog sočiva i dva seta međusobno okomito skeniranje je također ugrađeno unutar sočiva objektiva. kalem. U komori za uzorke ispod objektiva nalazi se stepen uzorka koji se može pomicati, rotirati i naginjati.
