Kāds ir optiskā mikroskopa un elektronu mikroskopa novērojumu diapazons
Optiskā mikroskopa sastāvs un struktūra Optiskais mikroskops parasti sastāv no skatuves, prožektoru 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 aptuvenu un precīzu regulēšanu, lai novēroto objektu varētu fokusēt un skaidri attēlot.
Tās augšējais slānis var precīzi pārvietoties un griezties horizontālā plaknē un parasti pielāgot novēroto daļu redzes lauka centram. Vietas apgaismojuma sistēma sastāv no gaismas avota un kondensatora. Kondensatora funkcija ir koncentrēt vairāk gaismas enerģijas uz novēroto daļu. Apgaismojošās lampas spektrālajiem parametriem jābūt saderīgiem ar mikroskopa uztvērēja darba joslu.
Objektīva lēca atrodas netālu no novērojamā objekta, un tieši objektīvs realizē pirmo palielinājuma līmeni. Uz objektīva lēcu pārveidotāja vienlaikus tiek uzstādīti vairāki objektīvi ar dažādu palielinājumu, un objektīvi ar dažādu palielinājumu var iekļūt darba optiskajā ceļā, pagriežot pārveidotāju. Objektīva palielinājums parasti ir no 5 līdz 100 reizēm. Objektīva lēca ir optiskais elements, kam ir izšķiroša loma attēla kvalitātē mikroskopā.
Parasti tiek izmantotas ahromatiskās objektīva lēcas, kas var koriģēt hromatisko aberāciju divu krāsu gaismai; augstākas kvalitātes apohromatiskās objektīva lēcas, kas var koriģēt hromatisko aberāciju trīs krāsu gaismas veidiem; var nodrošināt, ka visa objektīva objektīva attēla plakne ir plakana, lai uzlabotu redzes lauku Plakanā lauka objektīvi ar marginālu attēla kvalitāti. Šķidruma iegremdēšanas objektīvus bieži izmanto objektīvos ar lielu palielinājumu, tas ir, laušanas koeficients ir 1 starp objektīva lēcas apakšējo virsmu un parauga lapas augšējo virsmu.
5 šķidrums, tas var ievērojami uzlabot mikroskopiskā novērojuma izšķirtspēju. Okulārs ir objektīvs, kas atrodas netālu no cilvēka acs, lai sasniegtu otro palielinājuma līmeni, un lēcas palielinājums parasti ir 5 līdz 20 reizes. Pēc redzamā redzes lauka lieluma okulārus var iedalīt divos veidos: parastie okulāri ar mazāku redzes lauku un liela lauka okulāri (vai platleņķa okulāri) ar lielāku redzes lauku.
Gan skatuvei, gan objektīvam ir jāspēj pārvietoties vienam pret otru pa objektīva optisko asi, lai panāktu fokusa regulēšanu un iegūtu skaidru attēlu. Strādājot ar liela palielinājuma objektīvu, pieļaujamais fokusa diapazons bieži vien ir mazāks par mikroniem, tāpēc mikroskopam jābūt ļoti 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 dažādi, 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 ir pārmērīgi palielināts, iegūtais attēls var būt tikai attēls ar lielu kontūru, bet neskaidras detaļas. , ko sauc par nederīgo palielinājumu.
Un otrādi, ja izšķirtspēja atbilst prasībām, bet palielinājums ir nepietiekams, mikroskopam ir spēja izšķirt, bet attēls joprojām ir pārāk mazs, lai to skaidri redzētu cilvēka acis. Tāpēc, lai nodrošinātu pilnīgu mikroskopa izšķirtspējas spēli, skaitliskajai apertūrai jābūt saprātīgi saskaņotai ar kopējo mikroskopa palielinājumu. Prožektoru apgaismojuma sistēmai ir liela ietekme uz mikroskopa attēlveidošanas veiktspēju, taču tā ir saite, kuru lietotāji viegli neievēro.
Tās funkcija ir nodrošināt pietiekamu un vienmērīgu objekta virsmas apgaismojumu. Kondensatora sūtītajam gaismas staram jānodrošina, ka tas aizpilda objektīva objektīva apertūras leņķi, pretējā gadījumā nevar pilnībā izmantot objektīva augstāko izšķirtspēju. Šim nolūkam kondensators ir aprīkots ar maināmas diafragmas diafragmu, kas ir līdzīga fotografēšanas objektīva diafragmai, kas var pielāgot diafragmas atvēruma lielumu, un tiek izmantota, lai pielāgotu apgaismojuma staru atvērumu, lai tā atbilstu objektīva diafragmas atvēruma leņķim. objektīvs.
Mainot apgaismojuma metodi, var iegūt dažādas novērošanas metodes, piemēram, tumšus objektu punktus uz spilgta fona (ko sauc par spilgta lauka apgaismojumu) vai spilgtus objektu punktus uz tumša fona (sauc par tumšā lauka apgaismojumu), lai labāk atklātu un novērotu mikrostruktūra. Elektronu mikroskops ir instruments, kas izmanto elektronu starus un elektronu lēcas, nevis gaismas starus un optiskās lēcas, lai attēlotu vielu smalkās struktūras ļoti lielā palielinājumā, pamatojoties uz elektronu optikas principu.
Elektronu mikroskopa izšķirtspēja tiek attēlota ar minimālo attālumu starp diviem blakus esošajiem punktiem, ko tas var izšķirt. 1970 s transmisijas elektronu mikroskopa izšķirtspēja bija aptuveni 0,3 nanometri (cilvēka acs izšķirtspēja bija aptuveni 0,1 mm). Tagad elektronu mikroskopa maksimālais palielinājums pārsniedz 3 miljonus reižu, savukārt optiskā mikroskopa maksimālais palielinājums ir aptuveni 2000 reižu, tāpēc dažu smago metālu atomi un glīti sakārtotie atomu režģi kristālā ir tieši novērojami caur elektronu mikroskopu. .
1931. gadā Knorr-Bremse un Ruska no Vācijas no jauna uzstādīja augstsprieguma osciloskopu ar aukstā katoda izlādes elektronu avotu un trim elektronu lēcām, un ieguva attēlu, kas palielināts vairāk nekā desmit reizes, kas apstiprināja elektronu mikroskopa palielinātas attēlveidošanas iespēju. 1932. gadā pēc Ruska uzlabojumiem elektronu mikroskopa izšķirtspēja sasniedza 50 nanometrus, aptuveni desmit reizes pārsniedzot toreizējā optiskā mikroskopa izšķirtspēju, tāpēc elektronu mikroskops sāka pievērst cilvēku uzmanību.
194. gados 0Hils ASV izmantoja astigmatizatoru, 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 ražots ar 0 izšķirtspēju.
3nm liels elektronu mikroskops. Lai gan elektronu mikroskopa izšķirtspēja ir daudz labāka nekā optiskajam mikroskopam, ir grūti novērot dzīvos organismus, jo elektronu mikroskopam ir jādarbojas vakuuma apstākļos, un elektronu stara apstarošana izraisīs arī bioloģisko paraugu iznīcināšanu. tikt bojātam starojuma ietekmē. 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 krītošā konusa leņķi un elektronu stara viļņa garumu, kas iet cauri paraugam. Redzamās gaismas viļņa garums ir aptuveni {{0}} nanometri, savukārt elektronu staru 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. no optiskā mikroskopa. Elektronu mikroskops sastāv no trim daļām: objektīva cilindra, vakuuma sistēmas un barošanas skapja.
Objektīva stobrā galvenokārt ietilpst elektronu pistoles, elektronu lēcas, paraugu turētāji, dienasgaismas ekrāni un kameru mehānismi. Šīs sastāvdaļas parasti tiek saliktas kolonnā no augšas uz leju; Vakuuma sistēma sastāv no mehāniskiem vakuumsūkņiem, difūzijas sūkņiem un vakuuma vārstiem. Gāzes vads ir savienots ar lēcas mucu; barošanas skapis sastāv no augstsprieguma ģeneratora, ierosmes strāvas stabilizatora un dažādiem regulēšanas vadības blokiem.
Elektronu lēca ir vissvarīgākā elektronu mikroskopa lēcas stobra daļa. Tas izmanto kosmosa elektrisko lauku vai magnētisko lauku, kas ir simetrisks objektīva cilindra asij, lai saliektu elektronu celiņu pret asi, veidojot fokusu. Tās funkcija ir līdzīga stikla izliektas lēcas funkcijai, lai fokusētu staru, tāpēc to sauc par elektronu. objektīvs. Lielākajā daļā mūsdienu elektronu mikroskopu tiek izmantotas elektromagnētiskās lēcas, kas fokusē elektronus caur spēcīgu magnētisko lauku, ko rada ļoti stabila līdzstrāvas ierosmes strāva, kas iet caur spoli ar polu kurpēm.
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 stabilitātei ir jābūt ne mazākai par vienu desmittūkstošdaļu. Elektronu mikroskopus var iedalīt transmisijas elektronu mikroskopos, skenējošajos elektronu mikroskopos, atstarošanas elektronu mikroskopos un emisijas elektronu mikroskopos atbilstoši to struktūrai un izmantošanai.
Transmisijas elektronu mikroskopus bieži izmanto, lai novērotu smalkas materiāla struktūras, kuras nevar atrisināt ar parastajiem mikroskopiem; skenējošos elektronu mikroskopus galvenokārt izmanto, lai novērotu cieto virsmu morfoloģiju, un tos var arī kombinēt ar rentgenstaru difraktometriem vai elektronu enerģijas spektrometriem, lai izveidotu elektroniskas mikrozondes materiālu sastāva analīzei; emisijas elektronu mikroskopija pašemitāro elektronu virsmu izpētei.
Transmisijas elektronu mikroskops ir nosaukts pēc tam, kad elektronu stars iekļūst paraugā un pēc tam palielina attēlu ar elektronu lēcu. Tā optiskais ceļš ir līdzīgs optiskajam mikroskopam. Šāda veida elektronu mikroskopā attēla detaļu kontrastu rada parauga atomu elektronu stara izkliede. Parauga plānākajai vai mazāka blīvuma daļai ir mazāka elektronu staru izkliede, tāpēc vairāk elektronu iziet cauri objektīva diafragmai un 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 objektīva stobra augšdaļa ir elektronu lielgabals. Elektronus izstaro volframa karstais katods, un elektronu starus fokusē pirmais un otrais kondensators.
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 fotokoherentās plāksnes. Starpposma spoguļa palielinājumu var nepārtraukti mainīt no desmitiem reižu līdz simtiem tūkstošu reižu, galvenokārt regulējot ierosmes strāvu; mainot starpposma spoguļa fokusa attālumu, tā paša parauga sīkajās daļās var iegūt elektronu mikroskopiskus attēlus un elektronu difrakcijas attēlus.
Lai pētītu biezākus metāla šķēles paraugus, franču Dulos elektronoptikas laboratorija izstrādāja 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 novietotais scintilācijas kristāls saņem šos sekundāros elektronus, pastiprina un modulē attēla lampas elektronu stara intensitāti, tādējādi mainot attēla lampas ekrāna spilgtumu.
Attēla caurules novirzes spole nodrošina sinhronu skenēšanu ar elektronu staru uz parauga virsmas, lai attēla caurules fluorescējošais ekrāns parādītu parauga virsmas topogrāfisko attēlu, kas ir līdzīgs industriālā televizora 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 nepieciešams ļoti plāns paraugs; attēlam ir spēcīgs trīsdimensiju efekts; tā var izmantot informāciju, piemēram, sekundāros elektronus, absorbētos elektronus un rentgenstarus, ko rada mijiedarbība starp elektronu staru un vielu, lai analizētu vielas sastāvu.
Skenējošā elektronu mikroskopa elektronu lielgabals un kondensatora lēca ir aptuveni tādi paši kā transmisijas elektronu mikroskopam, taču, lai padarītu elektronu staru plānāku, zem kondensatora lēcas tiek pievienota objektīva un astigmatizatora lēca, kā arī divi objektīva iekšpusē ir uzstādīti savstarpēji perpendikulāri skenēšanas stari. spole. Paraugu kamera zem objektīva ir aprīkota ar parauga skatuvi, kas var pārvietoties, griezties un noliekt.
