Kāds ir gaismas mikroskopa un elektronu mikroskopa novērojumu diapazons
Optiskā mikroskopa struktūra Optiskais mikroskops parasti sastāv no skatuves, kondensatora apgaismojuma sistēmas, objektīva, okulāra un fokusēšanas mehānisma. Skatuve tiek izmantota, lai noturētu novērojamo objektu. Fokusēšanas mehānismu var darbināt ar fokusēšanas pogu, lai liktu skatuvei kustēties uz augšu un uz leju, lai veiktu rupju regulēšanu un precīzu regulēšanu, lai novēroto objektu varētu fokusēt un skaidri attēlot.
Tās augšējo slāni var precīzi pārvietot un pagriezt horizontālā plaknē, un novērotā daļa parasti ir pielāgota redzes lauka centram. Prožektoru apgaismojuma sistēma sastāv no gaismas avota un kondensatora lēcas. Kondensatora lēcas funkcija ir koncentrēt vairāk gaismas enerģijas uz novēroto daļu. Apgaismotāja spektrālie raksturlielumi jāpielāgo mikroskopa uztvērēja darba joslai.
Objektīva lēca atrodas netālu no novērotā objekta un ir objektīvs, kas realizē pirmā līmeņa palielinājumu. Uz objektīva lēcu pārveidotāja vienlaikus tiek uzstādītas vairākas objektīva lēcas ar dažādu palielinājumu, un objektīvs ar dažādu palielinājumu var iekļūt darba optiskajā ceļā, pagriežot pārveidotāju. Objektīva palielinājums parasti ir no 5 līdz 100 reizēm. Objektīva lēca ir optisks elements, kam ir izšķiroša loma attēla kvalitātē mikroskopā.
Bieži izmantotie ahromatiskie objektīvi, kas var koriģēt divu krāsu gaismas hromatisko aberāciju; augstākas kvalitātes apohromatiski objektīvi, kas var koriģēt hromatisko aberāciju trīs gaismas krāsām; var nodrošināt, ka visa objektīva objektīva attēla plakne ir plakne, lai uzlabotu redzes lauku Plakanā lauka objektīvi ar marginālu attēla kvalitāti. Šķidruma iegremdēšanas objektīvus bieži izmanto lieljaudas objektīvos, tas ir, laušanas koeficients 1 ir piepildīts starp objektīva lēcas apakšējo virsmu un parauga lapas augšējo virsmu.
5 vai tā, tas var ievērojami uzlabot mikroskopiskā novērojuma izšķirtspēju. Okulārs ir objektīvs, kas atrodas netālu no cilvēka acs, lai panāktu otrā līmeņa palielinājumu, un spoguļa palielinājums parasti ir 5 līdz 20 reizes. Atbilstoši redzamā redzes lauka izmēram okulārus var iedalīt parastajos okulāros ar mazāku redzes lauku un liela lauka okulāros (vai platleņķa okulāros) ar lielāku redzes lauku.
Gan skatuvei, gan objektīvam jāspēj kustēties attiecībā pret objektīva optisko asi, lai panāktu fokusa regulēšanu un iegūtu skaidru attēlu. Strādājot ar liela palielinājuma objektīvu, pieļaujamais fokusa diapazons nereti ir mazāks par mikronu, tāpēc mikroskopam jābūt ārkārtīgi precīzam mikrofokusa mehānismam. Mikroskopa palielinājuma robeža ir efektīvais palielinājums, un mikroskopa izšķirtspēja attiecas uz minimālo attālumu starp diviem objekta punktiem, ko var skaidri atšķirt ar mikroskopu.
Izšķirtspēja un palielinājums ir divi atšķirīgi, bet saistīti jēdzieni. Ja izvēlētā objektīva skaitliskā apertūra nav pietiekami liela, tas ir, izšķirtspēja nav pietiekami augsta, mikroskops nevar atšķirt objekta smalko struktūru. Šobrīd, pat ja palielinājums tiek pārmērīgi palielināts, var iegūt tikai attēlu ar lielām kontūrām, bet neskaidrām detaļām. , ko sauc par neefektīvo palielinājumu.
Savukārt, ja izšķirtspēja ir atbildusi prasībām un palielinājums ir nepietiekams, mikroskopam ir spēja izšķirt, bet attēls ir pārāk mazs, lai to skaidri redzētu cilvēka acs. Tāpēc, lai nodrošinātu pilnīgu mikroskopa izšķirtspējas spēli, skaitliskajai apertūrai jābūt saprātīgi saskaņotai ar kopējo mikroskopa palielinājumu. Kondensētā apgaismojuma sistēmai ir liela ietekme uz mikroskopa attēlveidošanas veiktspēju, taču tā ir arī saite, kuru lietotāji viegli neievēro.
Tās funkcija ir nodrošināt pietiekamu un vienmērīgu objekta virsmas apgaismojumu. Kondensatora staram jāspēj aizpildīt objektīva objektīva apertūras leņķi, pretējā gadījumā nevar pilnībā izmantot augstāko izšķirtspēju, ko objektīvs var sasniegt. Šim nolūkam kondensators ir aprīkots ar maināmas diafragmas diafragmu, kas ir līdzīga fotografēšanas objektīvam, un diafragmas lielumu var pielāgot, lai pielāgotu apgaismojuma stara apertūru atbilstoši objektīva diafragmas atvēruma leņķim.
Mainot apgaismojuma metodi, varat iegūt dažādas novērošanas metodes, piemēram, tumšus objektu punktus uz spilgta fona (saukts par spilgta lauka apgaismojumu) vai spilgtus objektu punktus uz tumša fona (saukts par tumšā lauka apgaismojumu), lai labāk atklātu dažādās situācijās. un novērojiet mikrostruktūru. Elektronu mikroskops ir instruments, kas aizvieto gaismas staru un optisko lēcu ar elektronu staru un elektronu lēcu pēc elektronu optikas principa, lai matērijas smalko struktūru varētu attēlot ļoti lielā palielinājumā.
Elektronu mikroskopa izšķirtspēja tiek izteikta ar mazāko attālumu starp diviem blakus esošajiem punktiem, ko tas var izšķirt. 1970 s transmisijas elektronu mikroskopu izšķirtspēja bija aptuveni 0,3 nanometri (cilvēka acs izšķirtspēja bija aptuveni 0,1 mm). Tagad maksimālais elektronu mikroskopa palielinājums ir vairāk nekā 3 miljoni reižu, bet optiskā mikroskopa maksimālais palielinājums ir aptuveni 2000 reižu, tāpēc atsevišķu smago metālu atomus un glīti sakārtoto atomu režģi kristālos var tieši novērot caur elektronu mikroskopu.
1931. gadā Knorr-Bremse un Ruska Vācijā modificēja augstsprieguma osciloskopu ar aukstā katoda izlādes elektronu avotu un trīs elektronu lēcām un ieguva vairāk nekā desmit reizes palielinātu attēlu, kas apstiprināja iespēju palielināt attēlu ar elektronu mikroskopu. . . 1932. gadā pēc Ruska uzlabojumiem elektronu mikroskopa izšķirtspēja sasniedza 50 nanometrus, kas bija aptuveni desmit reizes lielāka par toreizējā optiskā mikroskopa izšķirtspēju, tāpēc elektronu mikroskops sāka piesaistīt cilvēku uzmanību.
194. gados 0Hils ASV izmantoja astigmatistu, lai kompensētu elektronu lēcas rotācijas asimetriju, kas radīja jaunu izrāvienu elektronu mikroskopa izšķirtspējā un pakāpeniski sasniedza mūsdienu līmeni. Ķīnā 1958. gadā veiksmīgi tika izstrādāts transmisijas elektronu mikroskops ar 3 nanometru izšķirtspēju, bet 1979. gadā tas tika izgatavots ar 0 izšķirtspēju.
3 nm liels elektronu mikroskops. Lai gan elektronu mikroskopu izšķirtspēja ir daudz labāka nekā optiskajiem mikroskopiem, ir grūti novērot dzīvos organismus, jo elektronu mikroskopiem jādarbojas vakuuma apstākļos, un elektronu staru apstarošana arī radīs radiācijas bojājumus bioloģiskajiem paraugiem. Arī citi jautājumi, piemēram, elektronu lielgabala spilgtuma un elektronu lēcas kvalitātes uzlabošana, ir jāturpina pētīt.
Izšķirtspēja ir svarīgs elektronu mikroskopijas rādītājs, kas ir saistīts ar elektronu stara krītošā konusa leņķi un viļņa garumu, kas iet caur paraugu. Redzamās gaismas viļņa garums ir aptuveni 300 līdz 700 nanometri, savukārt elektronu stara viļņa garums ir saistīts ar paātrinājuma spriegumu. Kad paātrinājuma spriegums ir 50-100 kV, elektronu staru kūļa viļņa garums ir aptuveni 0.
0053 līdz 0,0037 nm. Tā kā elektronu stara viļņa garums ir daudz mazāks par redzamās gaismas viļņa garumu, pat tad, ja elektronu stara konusa leņķis ir tikai 1 procents no optiskā mikroskopa izšķirtspējas, elektronu mikroskopa izšķirtspēja joprojām ir daudz labāka par to. optiskais mikroskops. Elektronu mikroskops sastāv no trim daļām: lēcas caurules, vakuuma sistēmas un barošanas skapja.
Objektīva stobrā galvenokārt ietilpst elektronu lielgabals, elektronu lēca, paraugu turētājs, dienasgaismas ekrāns un kameras mehānisms, kas parasti ir salikti cilindrā no augšas uz leju; Vakuuma sistēma sastāv no mehāniskā vakuumsūkņa, difūzijas sūkņa un vakuuma vārsta uc Gāzes vads ir savienots ar lēcas cilindru; barošanas skapis sastāv no augstsprieguma ģeneratora, ierosmes strāvas stabilizatora un dažādiem regulēšanas un vadības blokiem.
Elektronu lēca ir vissvarīgākā elektronu mikroskopa stobra daļa. Tas izmanto telpisku elektrisko lauku vai magnētisko lauku, kas ir simetrisks objektīva cilindra asij, lai saliektu elektronu trajektoriju pret asi, veidojot fokusēšanu. Tā funkcija ir līdzīga stikla izliektajām lēcām, lai fokusētu staru, tāpēc to sauc par elektronu. objektīvs. Lielākajā daļā mūsdienu elektronu mikroskopu tiek izmantotas elektromagnētiskās lēcas, kas elektronus fokusē ar spēcīgu magnētisko lauku, ko rada ļoti stabila līdzstrāvas ierosmes strāva caur spoli ar pola kurpi.
Elektronu lielgabals ir sastāvdaļa, kas sastāv no volframa kvēldiega karstā katoda, režģa un katoda. Tas var izstarot un veidot elektronu staru ar vienmērīgu ātrumu, tāpēc paātrinājuma sprieguma stabilitāte nav mazāka par 1/10,000. Elektronu mikroskopus var iedalīt transmisijas elektronu mikroskopos, skenējošajos elektronu mikroskopos, atstarošanas elektronu mikroskopos un emisijas elektronu mikroskopos pēc to struktūras un pielietojuma.
Transmisijas elektronu mikroskopus bieži izmanto, lai novērotu tās smalkās materiālu struktūras, kuras nevar atšķirt ar parastajiem mikroskopiem; skenējošie elektronu mikroskopi galvenokārt tiek izmantoti, lai novērotu cieto virsmu morfoloģiju, un tos var arī kombinēt ar rentgenstaru difraktometriem vai elektronu enerģijas spektrometriem, lai veidotu elektronus. Mikrozondes materiālu sastāva analīzei; Emisijas elektronu mikroskopija pašemitāro elektronu virsmu izpētei.
Projekcijas elektronu mikroskops ir nosaukts pēc tam, kad elektronu stars iekļūst paraugā un pēc tam izmanto elektronu lēcu, lai attēlotu un palielinātu. Tā optiskais ceļš ir līdzīgs optiskajam mikroskopam. Šajā elektronu mikroskopā attēla detaļu kontrastu rada parauga atomu elektronu stara izkliede. Plānākas vai mazāk blīvas parauga daļas, elektronu stars izkliedē mazāk, tāpēc vairāk elektronu iziet cauri objektīva apertūrai, piedalās attēlveidošanā un attēlā parādās gaišāki.
Un otrādi, biezākas vai blīvākas parauga daļas attēlā šķiet tumšākas. Ja paraugs ir pārāk biezs vai pārāk blīvs, attēla kontrasts pasliktināsies vai pat tiks bojāts vai iznīcināts, absorbējot elektronu stara enerģiju. Transmisijas elektronu mikroskopa caurules augšdaļa ir elektronu lielgabals. Elektronus izstaro volframa kvēldiega karstais katods un tie iet cauri pirmajam un otrajam kondensatoram, lai fokusētu elektronu staru kūli.
Pēc tam, kad elektronu stars ir izlaists cauri paraugam, objektīvs tiek attēlots uz starpposma spoguļa un pēc tam pakāpeniski tiek palielināts caur starpspoguļu un projekcijas spoguli, un pēc tam tiek attēlots uz fluorescējošā ekrāna vai fotogrāfiskās sausās plāksnes. Starpposma spogulis galvenokārt regulē ierosmes strāvu, un palielinājumu var nepārtraukti mainīt no desmitiem reižu līdz simtiem tūkstošu reižu; mainot starpposma spoguļa fokusa attālumu, elektronu mikroskopa attēlus un elektronu difrakcijas attēlus var iegūt tā paša parauga sīkajās daļās. .
Lai pētītu biezāku metāla šķēlumu paraugus, Francijas Dulos elektronu optikas laboratorija ir izstrādājusi īpaši augsta sprieguma elektronu mikroskopu ar paātrinājuma spriegumu 3500 kV. Skenējošā elektronu mikroskopa elektronu stars neiziet cauri paraugam, bet tikai skenē un ierosina sekundāros elektronus uz parauga virsmas. Blakus paraugam novietots scintilācijas kristāls saņem šos sekundāros elektronus un modulē attēla lampas elektronu stara intensitāti pēc pastiprināšanas, tādējādi mainot attēla lampas ekrāna spilgtumu.
Attēla caurules novirzes jūgs turpina skenēt sinhroni ar elektronu staru uz parauga virsmas, lai attēla caurules fluorescējošais ekrāns parādītu parauga virsmas topogrāfisko attēlu, kas ir līdzīgs industriālās televīzijas darbības principam. Skenējošā elektronu mikroskopa izšķirtspēju galvenokārt nosaka elektronu stara diametrs uz parauga virsmas.
Palielinājums ir attēla caurules skenēšanas amplitūdas attiecība pret parauga skenēšanas amplitūdu, ko var nepārtraukti mainīt no desmitiem reižu līdz simtiem tūkstošu reižu. Skenējošajam elektronu mikroskopam nav nepieciešami ļoti plāni paraugi; attēlam ir spēcīgs trīsdimensiju efekts; tā var analizēt vielas sastāvu, izmantojot tādu informāciju kā sekundārie elektroni, absorbētie elektroni un rentgena stari, ko rada elektronu staru mijiedarbība ar vielu.
Skenējošā elektronu mikroskopa elektronu lielgabals un kondensators ir aptuveni tādi paši kā transmisijas elektronu mikroskopā, taču, lai padarītu elektronu staru plānāku, zem kondensatora lēcas tiek pievienota objektīva lēca un astigmatisms, kā arī divi savstarpēji objektīva iekšpusē ir uzstādīta arī perpendikulāra skenēšana. spole. Paraugu kamerā zem objektīva atrodas parauga stadija, kuru var pārvietot, pagriezt un noliekt.
