Quin és el rang d'observació del microscopi de llum i el microscopi electrònic
L'estructura del microscopi òptic El microscopi òptic es compon generalment d'un escenari, un sistema d'il·luminació de condensadors, una lent objectiva, un ocular i un mecanisme d'enfocament. L'escenari s'utilitza per subjectar l'objecte a observar. El mecanisme d'enfocament pot ser impulsat pel comandament d'enfocament per fer que l'escenari es mogui amunt i avall per a un ajust gruixut i un ajust fi, de manera que l'objecte observat es pugui enfocar i imatges clares.
La seva capa superior es pot moure i girar amb precisió en el pla horitzontal, i la part observada generalment s'ajusta al centre del camp de visió. El sistema d'il·luminació dels focus es compon d'una font de llum i una lent de condensador. La funció de la lent del condensador és concentrar més energia lumínica a la part observada. Les característiques espectrals de l'il·luminador s'han d'adaptar a la banda de treball del receptor del microscopi.
La lent objectiu es troba a prop de l'objecte observat i és la lent que realitza l'augment de primer nivell. Al convertidor de lents objectiu s'instal·len diverses lents objectives amb diferents augments al mateix temps, i la lent objectiu amb diferents augments pot entrar a la ruta òptica de treball girant el convertidor. L'augment de la lent objectiu sol ser de 5 a 100 vegades. La lent objectiu és un element òptic que juga un paper decisiu en la qualitat de la imatge al microscopi.
Objectius acromàtics d'ús comú que poden corregir l'aberració cromàtica per a dos colors de llum; objectius apocromàtics de major qualitat que poden corregir l'aberració cromàtica per a tres colors de llum; pot assegurar que tot el pla d'imatge de la lent objectiu sigui un pla, per tal de millorar el camp de visió Objectius de camp pla amb qualitat d'imatge marginal. Els objectius d'immersió líquida s'utilitzen sovint en lents objectives d'alta potència, és a dir, l'índex de refracció d'1 s'omple entre la superfície inferior de la lent objectiu i la superfície superior de la làmina d'espècimen.
5 més o menys, pot millorar significativament la resolució de l'observació microscòpica. L'ocular és una lent situada a prop de l'ull humà per aconseguir un augment de segon nivell, i l'augment del mirall sol ser de 5 a 20 vegades. Segons la mida del camp de visió que es pot veure, els oculars es poden dividir en oculars ordinaris amb un camp de visió més petit i oculars de gran camp (o oculars de gran angular) amb un camp de visió més gran.
Tant l'escenari com la lent objectiu han de ser capaços de moure's en relació amb l'eix òptic de la lent objectiu per aconseguir l'ajust d'enfocament i obtenir una imatge nítida. Quan es treballa amb una lent objectiu d'alta magnificació, el rang d'enfocament permès sovint és més petit que una micra, de manera que el microscopi ha de tenir un mecanisme de microenfocament extremadament precís. El límit de l'augment del microscopi és l'augment efectiu, i la resolució del microscopi es refereix a la distància mínima entre dos punts d'objecte que es poden distingir clarament pel microscopi.
Resolució i ampliació són dos conceptes diferents però relacionats. Quan l'obertura numèrica de la lent objectiu seleccionada no és prou gran, és a dir, la resolució no és prou alta, el microscopi no pot distingir l'estructura fina de l'objecte. En aquest moment, fins i tot si l'augment s'incrementa excessivament, només es pot obtenir una imatge amb un contorn gran però detalls poc clars. , anomenada magnificació ineficaç.
D'altra banda, si la resolució ha complert els requisits i l'ampliació és insuficient, el microscopi té la capacitat de resolució, però la imatge és massa petita per ser vista clarament per l'ull humà. Per tant, per tal de donar un joc complet a la potència resolutiva del microscopi, l'obertura numèrica s'ha de combinar raonablement amb l'augment total del microscopi. El sistema d'il·luminació condensada té una gran influència en el rendiment de les imatges del microscopi, però també és un enllaç que els usuaris passen fàcilment per alt.
Canviant el mètode d'il·luminació, es poden obtenir diferents mètodes d'observació com ara punts d'objectes foscos sobre un fons brillant (anomenats il·luminació de camp brillant) o punts d'objectes brillants sobre un fons fosc (anomenat il·luminació de camp fosc), per tal de descobrir millor en diferents situacions i observar la microestructura. El microscopi electrònic és un instrument que substitueix el feix de llum i la lent òptica per feix d'electrons i lent d'electrons segons el principi de l'òptica electrònica, de manera que l'estructura fina de la matèria es pot visualitzar sota un augment molt elevat.
La potència resolutiva d'un microscopi electrònic s'expressa per la distància més petita entre dos punts adjacents que pot resoldre. En els 1970s, la resolució dels microscopis electrònics de transmissió era d'uns 0,3 nanòmetres (la potència de resolució de l'ull humà era d'uns 0,1 mm). Ara l'augment màxim del microscopi electrònic és de més de 3 milions de vegades, i l'augment màxim del microscopi òptic és d'unes 2000 vegades, de manera que els àtoms de certs metalls pesants i la gelosia atòmica ordenadament disposada en cristalls es poden observar directament a través del microscopi electrònic.
In 1931, Knorr-Bremse and Ruska in Germany modified a high-voltage oscilloscope with a cold-cathode discharge electron source and three electron lenses, and obtained a magnified image more than ten times, which confirmed the possibility of magnifying imaging by an electron microscope. . In 1932, after Ruska's improvement, the resolving power of the electron microscope reached 50 nanometers, which was about ten times the resolving power of the optical microscope at that time, so the electron microscope began to attract people's attention.
In the 1940s, Hill in the United States used an astigmatist to compensate for the rotational asymmetry of the electron lens, which made a new breakthrough in the resolving power of the electron microscope and gradually reached the modern level. In China, a transmission electron microscope was successfully developed in 1958 with a resolution of 3 nanometers, and in 1979 it was made with a resolution of 0.
3 nm large electron microscope. Although the resolving power of electron microscopes is far better than that of optical microscopes, it is difficult to observe living organisms because electron microscopes need to work under vacuum conditions, and the irradiation of electron beams will also cause radiation damage to biological samples. Other issues, such as the improvement of the brightness of the electron gun and the quality of the electron lens, also need to be further studied.
The resolving power is an important indicator of electron microscopy, which is related to the incident cone angle and wavelength of the electron beam passing through the sample. The wavelength of visible light is about 300 to 700 nanometers, while the wavelength of the electron beam is related to the accelerating voltage. When the accelerating voltage is 50-100 kV, the electron beam wavelength is about 0.
0053 to 0.0037 nm. Atès que la longitud d'ona del feix d'electrons és molt més petita que la longitud d'ona de la llum visible, fins i tot si l'angle de con del feix d'electrons és només l'1 per cent del d'un microscopi òptic, la potència de resolució d'un microscopi electrònic encara és molt superior a la d'un microscopi òptic. El microscopi electrònic consta de tres parts: el tub de la lent, el sistema de buit i l'armari d'alimentació.
The lens barrel mainly includes electron gun, electron lens, sample holder, fluorescent screen and camera mechanism, which are usually assembled into a cylinder from top to bottom; the vacuum system is composed of mechanical vacuum pump, diffusion pump and vacuum valve, etc. The gas pipeline is connected with the lens barrel; the power supply cabinet is composed of a high-voltage generator, an excitation current stabilizer and various adjustment and control units.
La lent electrònica és la part més important del canó de microscopi electrònic. Utilitza un camp elèctric espacial o camp magnètic que és simètric a l'eix del canó de la lent per doblegar la trajectòria de l'electró cap a l'eix per formar l'enfocament. La seva funció és similar a la de la lent convexa de vidre per enfocar el feix, per la qual cosa s'anomena electró. lent. La majoria dels microscopis electrònics moderns utilitzen lents electromagnètiques, que enfoquen els electrons per un fort camp magnètic generat per un corrent d'excitació DC molt estable a través d'una bobina amb una sabata de pols.
La pistola d'electrons és un component format per un càtode calent de filament de tungstè, una reixeta i un càtode. Pot emetre i formar un feix d'electrons amb una velocitat uniforme, de manera que l'estabilitat de la tensió d'acceleració no és inferior a 1/10,000. Els microscopis electrònics es poden dividir en microscopis electrònics de transmissió, microscopis electrònics de rastreig, microscopis electrònics de reflexió i microscopis electrònics d'emissió segons la seva estructura i ús.
Els microscopis electrònics de transmissió s'utilitzen sovint per observar aquelles estructures de materials fins que no es poden distingir pels microscopis ordinaris; els microscopis electrònics de rastreig s'utilitzen principalment per observar la morfologia de superfícies sòlides, i també es poden combinar amb difractòmetres de raigs X o espectròmetres d'energia electrònica per formar electrons. Microbis per a l'anàlisi de la composició de materials; Microscòpia Electrònica d'Emissió per a l'estudi de superfícies d'electrons autoemissors.
El microscopi electrònic de projecció rep el nom del feix d'electrons que penetra a la mostra i després utilitza la lent d'electrons per imatge i magnificar. La seva trajectòria òptica és similar a la d'un microscopi òptic. En aquest microscopi electrònic, el contrast dels detalls de la imatge es crea per la dispersió del feix d'electrons pels àtoms de la mostra. Parts més primes o menys denses de la mostra, el feix d'electrons es dispersa menys, de manera que més electrons passen per l'obertura objectiva, participen en la imatge i apareixen més brillants a la imatge.
Per contra, les parts més gruixudes o denses de la mostra apareixen més fosques a la imatge. Si la mostra és massa gruixuda o massa densa, el contrast de la imatge es deteriorarà o fins i tot es danyarà o destruirà absorbint l'energia del feix d'electrons. La part superior del tub de microscopi electrònic de transmissió és una pistola electrònica. Els electrons són emesos pel càtode calent del filament de tungstè i passen pel primer i segon condensadors per enfocar el feix d'electrons.
In order to study thicker metal slice samples, the French Dulos Electron Optics Laboratory has developed an ultra-high voltage electron microscope with an accelerating voltage of 3500 kV. The electron beam of a scanning electron microscope does not pass through the sample, but only scans and excites secondary electrons on the surface of the sample. A scintillation crystal placed next to the sample receives these secondary electrons and modulates the intensity of the electron beam of the picture tube after amplification, thereby changing the brightness on the screen of the picture tube.
L'augment és la relació de l'amplitud d'escaneig del tub de la imatge amb l'amplitud d'escaneig de la mostra, que es pot canviar contínuament de desenes de vegades a centenars de milers de vegades. El microscopi electrònic de rastreig no requereix mostres molt fines; la imatge té un fort efecte tridimensional; pot analitzar la composició de la matèria utilitzant informació com electrons secundaris, electrons absorbits i raigs X generats per la interacció de feixos d'electrons amb la matèria.
La pistola electrònica i el condensador del microscopi electrònic de rastreig són aproximadament els mateixos que els del microscopi electrònic de transmissió, però per tal d'aprimar el feix d'electrons, s'afegeix una lent objectiva i un astigmatisme sota la lent del condensador i també s'instal·len dos conjunts d'escombratge mútuament perpendiculars a l'interior de la lent objectiu. bobina. La cambra de mostra sota la lent objectiu alberga l'etapa de mostra que es pot moure, girar i inclinar.
