Какъв е обхватът на наблюдение на светлинния микроскоп и електронния микроскоп
Структурата на оптичния микроскоп Оптичният микроскоп обикновено се състои от платформа, кондензаторна система за осветяване, обективна леща, окуляр и фокусиращ механизъм. Сцената се използва за задържане на обекта, който ще се наблюдава. Механизмът за фокусиране може да се задвижва от копчето за фокусиране, за да накара сцената да се движи нагоре и надолу за груба настройка и фина настройка, така че наблюдаваният обект да може да бъде фокусиран и изобразен ясно.
Неговият горен слой може да бъде прецизно преместен и завъртян в хоризонталната равнина, а наблюдаваната част обикновено се настройва към центъра на зрителното поле. Системата за осветяване на прожекторите се състои от източник на светлина и събирателна леща. Функцията на събирателната леща е да концентрира повече светлинна енергия към наблюдаваната част. Спектралните характеристики на осветителя трябва да бъдат адаптирани към работната лента на приемника на микроскопа.
Лещата на обектива се намира в близост до наблюдавания обект и е лещата, която реализира първото ниво на увеличение. Няколко обективни лещи с различни увеличения са монтирани едновременно на преобразувателя на обектива и обективът с различни увеличения може да влезе в работния оптичен път чрез завъртане на преобразувателя. Увеличението на лещата на обектива обикновено е от 5 до 100 пъти. Лещата на обектива е оптичен елемент, който играе решаваща роля за качеството на изображението в микроскопа.
Често използвани ахроматични обективи, които могат да коригират хроматична аберация за два цвята светлина; апохроматични обективи с по-високо качество, които могат да коригират хроматичната аберация за три цвята светлина; може да гарантира, че цялата равнина на изображението на лещата на обектива е равнина, за да подобри зрителното поле Обективи с плоско поле с пределно качество на изображението. Обективите с потапяне в течност често се използват в обективи с висока мощност, т.е. индексът на пречупване 1 е запълнен между долната повърхност на лещата на обектива и горната повърхност на листа на образеца.
5 или така, може значително да подобри разделителната способност на микроскопското наблюдение. Окулярът е леща, разположена близо до човешкото око за постигане на увеличение от второ ниво, а увеличението на огледалото обикновено е от 5 до 20 пъти. Според размера на зрителното поле, което може да се види, окулярите могат да бъдат разделени на обикновени окуляри с по-малко зрително поле и окуляри с голямо поле (или широкоъгълни окуляри) с по-голямо зрително поле.
И основата, и лещата на обектива трябва да могат да се движат спрямо оптичната ос на лещата на обектива, за да се постигне регулиране на фокуса и получаване на ясно изображение. Когато работите с обектив с голямо увеличение, допустимият диапазон на фокусиране често е по-малък от микрон, така че микроскопът трябва да има изключително прецизен механизъм за микрофокусиране. Границата на увеличението на микроскопа е ефективното увеличение, а разделителната способност на микроскопа се отнася до минималното разстояние между две точки на обекта, които могат да бъдат ясно разграничени от микроскопа.
Разделителна способност и увеличение са две различни, но свързани понятия. Когато цифровата апертура на избраната леща на обектива не е достатъчно голяма, т.е. разделителната способност не е достатъчно висока, микроскопът не може да различи фината структура на обекта. В този момент, дори ако увеличението се увеличи прекомерно, може да се получи само изображение с големи контури, но с неясни детайли. , наречено неефективно увеличение.
От друга страна, ако разделителната способност отговаря на изискванията и увеличението е недостатъчно, микроскопът има способността да разделя, но изображението е твърде малко, за да се види ясно от човешкото око. Следователно, за да се даде пълноценно действие на разделителната способност на микроскопа, цифровата апертура трябва разумно да съответства на общото увеличение на микроскопа. Системата за кондензирано осветяване има голямо влияние върху производителността на изображения на микроскопа, но също така е връзка, която лесно се пренебрегва от потребителите.
Неговата функция е да осигури достатъчно и равномерно осветяване на повърхността на обекта. Лъчът от кондензатора трябва да може да запълни ъгъла на отвора на лещата на обектива, в противен случай най-високата разделителна способност, която лещата на обектива може да постигне, не може да бъде напълно използвана. За тази цел кондензаторът е снабден с диафрагма с променлива апертура, подобна на тази във фотографския обектив, и размерът на апертурата може да се регулира, за да се регулира апертурата на осветителния лъч, за да съответства на ъгъла на отвора на обектива.
Чрез промяна на метода на осветяване можете да получите различни методи за наблюдение, като например тъмни обектни точки на ярък фон (наречено ярко полево осветление) или ярки обектни точки на тъмен фон (наречено тъмно полево осветление), така че да откривате по-добре в различни ситуации и наблюдавайте микроструктурата. Електронният микроскоп е инструмент, който замества светлинния лъч и оптичната леща с електронен лъч и електронна леща според принципа на електронната оптика, така че фината структура на материята да може да бъде изобразена при много голямо увеличение.
Разделителната способност на електронния микроскоп се изразява чрез най-малкото разстояние между две съседни точки, което може да разреши. През 1970 години разделителната способност на трансмисионните електронни микроскопи е била около 0.3 нанометра (разделителната способност на човешкото око е около 0,1 mm). Сега максималното увеличение на електронния микроскоп е повече от 3 милиона пъти, а максималното увеличение на оптичния микроскоп е около 2000 пъти, така че атомите на определени тежки метали и спретнато подредената атомна решетка в кристалите могат да се наблюдават директно чрез електронен микроскоп.
През 1931 г. Knorr-Bremse и Ruska в Германия модифицират високоволтов осцилоскоп с електронен източник със студен катод и три електронни лещи и получават увеличено изображение повече от десет пъти, което потвърждава възможността за увеличаване на изображението с електронен микроскоп . . През 1932 г., след усъвършенстването на Руска, разделителната способност на електронния микроскоп достига 50 нанометра, което е около десет пъти повече от разделителната способност на оптичния микроскоп по това време, така че електронният микроскоп започва да привлича вниманието на хората.
През 1940г. Хил в Съединените щати използва астигматик за компенсиране на ротационната асиметрия на електронната леща, което прави нов пробив в разделителната способност на електронния микроскоп и постепенно достига съвременното ниво. В Китай през 1958 г. успешно е разработен трансмисионен електронен микроскоп с разделителна способност 3 нанометра, а през 1979 г. е направен с разделителна способност 0.
3 nm голям електронен микроскоп. Въпреки че разделителната способност на електронните микроскопи е много по-добра от тази на оптичните микроскопи, е трудно да се наблюдават живи организми, тъй като електронните микроскопи трябва да работят във вакуумни условия, а облъчването на електронни лъчи също ще причини радиационно увреждане на биологичните проби. Други въпроси, като подобряването на яркостта на електронния пистолет и качеството на електронните лещи, също трябва да бъдат допълнително проучени.
Разделителната способност е важен показател за електронната микроскопия, който е свързан с ъгъла на падащия конус и дължината на вълната на електронния лъч, преминаващ през пробата. Дължината на вълната на видимата светлина е около 300 до 700 нанометра, докато дължината на вълната на електронния лъч е свързана с ускоряващото напрежение. Когато ускоряващото напрежение е 50-100 kV, дължината на вълната на електронния лъч е около 0.
0053 до 0,0037 nm. Тъй като дължината на вълната на електронния лъч е много по-малка от дължината на вълната на видимата светлина, дори ако ъгълът на конуса на електронния лъч е само 1 процент от този на оптичен микроскоп, разделителната способност на електронния микроскоп все още е много по-добра от тази на оптичен микроскоп. Електронният микроскоп се състои от три части: тръба на лещата, вакуумна система и шкаф за захранване.
Цевта на обектива включва главно електронен пистолет, електронна леща, държач за проба, флуоресцентен екран и механизъм на камерата, които обикновено се сглобяват в цилиндър отгоре надолу; вакуумната система се състои от механична вакуумна помпа, дифузионна помпа и вакуумен клапан и др. Газопроводът е свързан с цилиндъра на лещата; захранващият шкаф се състои от генератор за високо напрежение, стабилизатор на възбудителен ток и различни блокове за регулиране и управление.
Електронната леща е най-важната част от цевта на електронния микроскоп. Той използва пространствено електрическо поле или магнитно поле, което е симетрично на оста на цевта на лещата, за да огъне траекторията на електроните към оста, за да образува фокусиране. Неговата функция е подобна на тази на стъклената изпъкнала леща за фокусиране на лъча, така че се нарича електронен. лещи. Повечето съвременни електронни микроскопи използват електромагнитни лещи, които фокусират електроните чрез силно магнитно поле, генерирано от много стабилен постоянен ток на възбуждане през намотка с полюсна обувка.
Електронният пистолет е компонент, състоящ се от горещ катод с волфрамова жичка, решетка и катод. Той може да излъчва и образува електронен лъч с еднаква скорост, така че стабилността на ускоряващото напрежение е не по-малка от 1/10, 000. Електронните микроскопи могат да бъдат разделени на трансмисионни електронни микроскопи, сканиращи електронни микроскопи, отразяващи електронни микроскопи и емисионни електронни микроскопи според тяхната структура и употреба.
Трансмисионните електронни микроскопи често се използват за наблюдение на тези фини материални структури, които не могат да бъдат разграничени от обикновени микроскопи; сканиращите електронни микроскопи се използват главно за наблюдение на морфологията на твърди повърхности и могат също да се комбинират с рентгенови дифрактометри или спектрометри за електронна енергия за образуване на електрони. Микросонди за анализ на състава на материала; Емисионна електронна микроскопия за изследване на повърхности на самоизлъчващи електрони.
Проекционният електронен микроскоп е кръстен на това, че електронният лъч прониква в пробата и след това използва електронната леща за изображение и увеличение. Неговият оптичен път е подобен на този на оптичен микроскоп. В този електронен микроскоп контрастът на детайлите на изображението се създава от разсейването на електронния лъч от атомите на пробата. По-тънки или по-малко плътни части от пробата, електронният лъч се разпръсква по-малко, така че повече електрони преминават през отвора на обектива, участват в изображението и изглеждат по-ярки в изображението.
Обратно, по-дебелите или по-плътни части от пробата изглеждат по-тъмни в изображението. Ако пробата е твърде дебела или твърде плътна, контрастът на изображението ще се влоши или дори ще бъде повреден или унищожен от абсорбирането на енергията на електронния лъч. Горната част на тръбата на трансмисионния електронен микроскоп е електронен пистолет. Електроните се излъчват от горещия катод с волфрамова жичка и преминават през първия и втория кондензатор, за да фокусират електронния лъч.
След преминаване през пробата, електронният лъч се изобразява върху междинното огледало от лещата на обектива и след това се увеличава стъпка по стъпка през междинното огледало и проекционното огледало и след това се изобразява върху флуоресцентния екран или фотографската суха плака. Междинното огледало основно регулира тока на възбуждане и увеличението може непрекъснато да се променя от десетки пъти до стотици хиляди пъти; чрез промяна на фокусното разстояние на междинното огледало могат да се получат изображения от електронен микроскоп и електронна дифракция върху малки части от една и съща проба. .
За да изследва по-дебели проби от метални срезове, френската лаборатория за електронна оптика Dulos разработи електронен микроскоп със свръхвисоко напрежение с ускоряващо напрежение от 3500 kV. Електронният лъч на сканиращия електронен микроскоп не преминава през пробата, а само сканира и възбужда вторични електрони на повърхността на пробата. Сцинтилационен кристал, поставен до пробата, приема тези вторични електрони и модулира интензитета на електронния лъч на кинескопа след усилване, като по този начин променя яркостта на екрана на кинескопа.
Отклоняващото устройство на кинескопа продължава да сканира синхронно с електронния лъч върху повърхността на пробата, така че флуоресцентният екран на кинескопа показва топографското изображение на повърхността на пробата, което е подобно на работния принцип на индустриалната телевизия. Разделителната способност на сканиращия електронен микроскоп се определя главно от диаметъра на електронния лъч върху повърхността на пробата.
Увеличението е съотношението на амплитудата на сканиране на кинескопа към амплитудата на сканиране на образеца, което може непрекъснато да се променя от десетки пъти до стотици хиляди пъти. Сканиращият електронен микроскоп не изисква много тънки проби; изображението има силен триизмерен ефект; може да анализира състава на материята, използвайки информация като вторични електрони, абсорбирани електрони и рентгенови лъчи, генерирани от взаимодействието на електронни лъчи с материята.
Електронният пистолет и кондензаторът на сканиращия електронен микроскоп са приблизително същите като тези на трансмисионния електронен микроскоп, но за да се направи електронният лъч по-тънък, под кондензаторната леща се добавят обективна леща и астигматизъм и два комплекта взаимно перпендикулярно сканиране също са инсталирани вътре в лещата на обектива. намотка. Камерата за проби под лещата на обектива съдържа щанда за проби, която може да се мести, завърта и накланя.
