Milline on valgusmikroskoobi ja elektronmikroskoobi vaatlusulatus
Optilise mikroskoobi struktuur Optiline mikroskoop koosneb üldiselt staadiumist, kondensaatori valgustussüsteemist, objektiivist, okulaarist ja teravustamismehhanismist. Lava kasutatakse vaadeldava objekti hoidmiseks. Teravustamismehhanismi saab juhtida teravustamisnupu abil, et lava liiguks üles-alla jämedaks reguleerimiseks ja peenreguleerimiseks, nii et vaadeldavat objekti saab teravustada ja selgelt kujutada.
Selle ülemist kihti saab täpselt liigutada ja pöörata horisontaaltasapinnal ning vaadeldav osa on üldjuhul reguleeritud vaatevälja keskmesse. Prožektori valgustussüsteem koosneb valgusallikast ja kondensaatorläätsest. Kondensaatorläätse ülesanne on koondada rohkem valgusenergiat vaadeldavale osale. Illuminaatori spektraalkarakteristikud peavad olema kohandatud mikroskoobi vastuvõtja tööribaga.
Objektiiv asub vaadeldava objekti lähedal ja on objektiiv, mis realiseerib esimese astme suurenduse. Objektiivikonverterile paigaldatakse korraga mitu erineva suurendusega objektiivi ning erineva suurendusega objektiiv saab konverterit pöörates siseneda töötavale optilisele teele. Objektiivi suurendus on tavaliselt 5 kuni 100 korda. Objektiiv on optiline element, mis mängib mikroskoobis pildi kvaliteedis otsustavat rolli.
Tavaliselt kasutatavad akromaatilised objektiivid, mis suudavad korrigeerida kahe värvi valguse kromaatilist aberratsiooni; kvaliteetsemad apokromaatilised objektiivid, mis suudavad korrigeerida kolme värvi valguse kromaatilist aberratsiooni; suudab tagada, et objektiiviläätse kogu pilditasand on tasapind, et parandada vaatevälja Lamevälja objektiivid marginaalse pildikvaliteediga. Vedelikimmersioonobjektiivid kasutatakse sageli suure võimsusega objektiividel, see tähendab, et murdumisnäitaja 1 täidetakse objektiiviläätse alumise pinna ja proovilehe ülemise pinna vahel.
5 või nii, võib see oluliselt parandada mikroskoopilise vaatluse eraldusvõimet. Okulaar on teise taseme suurenduse saavutamiseks inimsilma lähedal asuv lääts ning peegli suurendus on tavaliselt 5-20 korda. Vastavalt nähtava vaatevälja suurusele saab okulaarid jagada tavalisteks väiksema vaateväljaga okulaarideks ja suurema vaateväljaga suure väljaga (või lainurk-okulaarideks).
Nii lava kui ka objektiiv peavad saama liikuda objektiivi optilise telje suhtes, et saavutada fookuse reguleerimine ja saada selge pilt. Suure suurendusega objektiiviga töötades on lubatud teravustamisulatus sageli mikronist väiksem, mistõttu peab mikroskoobil olema ülitäpne mikrofookusmehhanism. Mikroskoobi suurenduse piir on efektiivne suurendus ja mikroskoobi eraldusvõime viitab minimaalsele kaugusele kahe objekti punkti vahel, mida mikroskoobi abil saab selgelt eristada.
Eraldusvõime ja suurendus on kaks erinevat, kuid omavahel seotud mõistet. Kui valitud objektiiviläätse numbriline ava ei ole piisavalt suur, st eraldusvõime pole piisavalt kõrge, ei suuda mikroskoop objekti peenstruktuuri eristada. Sel ajal on võimalik saada ainult suure kontuuriga, kuid ebaselgete detailidega pilti, isegi kui suurendust liigselt suurendatakse. , mida nimetatakse ebaefektiivseks suurenduseks.
Teisest küljest, kui eraldusvõime on vastanud nõuetele ja suurendus on ebapiisav, on mikroskoobil küll lahutusvõime, kuid pilt on liiga väike, et seda inimsilm selgelt näha oleks. Seega, et anda mikroskoobi lahutusvõimele täielik mäng, peaks numbriline ava olema mõistlikult sobitatud mikroskoobi kogusuurendusega. Kondenseeritud valgustussüsteemil on suur mõju mikroskoobi kujutise jõudlusele, kuid see on ka lüli, mis jääb kasutajatele kergesti tähelepanuta.
Selle ülesanne on tagada objekti pinna piisav ja ühtlane valgustus. Kondensaatori kiir peaks suutma täita objektiiviläätse avanurka, vastasel juhul ei saa objektiivi objektiivi suurimat eraldusvõimet täielikult ära kasutada. Sel eesmärgil on kondensaator varustatud muudetava avaga diafragmaga, mis sarnaneb fotoobjektiivi omaga, ja ava suurust saab reguleerida, et reguleerida valgusvihu ava vastavalt objektiivi ava nurgale.
Valgustusmeetodit muutes saate erinevates olukordades paremini avastada erinevaid vaatlusmeetodeid, nagu tumedad objektipunktid eredal taustal (nn heleda väljavalgustus) või eredad objektipunktid tumedal taustal (nn tumevälja valgustus). ja jälgige mikrostruktuuri. Elektronmikroskoop on instrument, mis asendab valguskiire ja optilise läätse elektronkiire ja elektronläätsega vastavalt elektronoptika põhimõttele, nii et aine peenstruktuuri saab pildistada väga suure suurendusega.
Elektronmikroskoobi lahutusvõimet väljendatakse kahe kõrvuti asetseva punkti vahelise väikseima vahemaaga, mida see suudab lahendada. 1970s oli ülekandeelektronmikroskoopide lahutusvõime umbes 0,3 nanomeetrit (inimsilma lahutusvõime oli umbes 0,1 mm). Nüüd on elektronmikroskoobi maksimaalne suurendus enam kui 3 miljonit korda ja optilise mikroskoobi maksimaalne suurendus on umbes 2000 korda, nii et teatud raskmetallide aatomeid ja kristallides olevat korralikult paigutatud aatomvõret saab elektronmikroskoobi kaudu otse jälgida.
1931. aastal modifitseerisid Knorr-Bremse ja Ruska Saksamaal külmkatoodlahendusega elektronide allika ja kolme elektronläätsega kõrgepingeostsilloskoopi ning said rohkem kui kümnekordselt suurendatud kujutise, mis kinnitas elektronmikroskoobi abil kujutise suurendamise võimalust. . . 1932. aastal jõudis pärast Ruska täiustamist elektronmikroskoobi lahutusvõime 50 nanomeetrini, mis oli umbes kümme korda suurem tolleaegse optilise mikroskoobi lahutusvõimest, mistõttu hakkas elektronmikroskoop inimeste tähelepanu köitma.
1940-il kasutas Hill Ameerika Ühendriikides elektronläätse pöörlemise asümmeetria kompenseerimiseks astigmaatikut, mis tegi elektronmikroskoobi lahutusvõimes uue läbimurde ja jõudis järk-järgult tänapäevasele tasemele. Hiinas töötati 1958. aastal edukalt välja 3 nanomeetrise eraldusvõimega transmissioonelektronmikroskoop ja 1979. aastal valmistati see 0 lahutusvõimega.
3 nm suur elektronmikroskoop. Kuigi elektronmikroskoobide lahutusvõime on palju parem kui optilistel mikroskoopidel, on elusorganisme raske jälgida, sest elektronmikroskoobid peavad töötama vaakumtingimustes ning elektronkiirte kiiritamine põhjustab ka bioloogilistele proovidele kiirguskahjustusi. Täiendavat uurimist vajavad ka muud küsimused, nagu elektronpüstoli heleduse ja elektronläätse kvaliteedi parandamine.
Lahutusvõime on elektronmikroskoopia oluline näitaja, mis on seotud proovi läbiva elektronkiire langeva koonuse nurga ja lainepikkusega. Nähtava valguse lainepikkus on umbes 300 kuni 700 nanomeetrit, samas kui elektronkiire lainepikkus on seotud kiirenduspingega. Kui kiirenduspinge on 50-100 kV, on elektronkiire lainepikkus ligikaudu 0.
0053 kuni 0,0037 nm. Kuna elektronkiire lainepikkus on palju väiksem kui nähtava valguse lainepikkus, siis isegi kui elektronkiire koonuse nurk on vaid 1 protsent optilise mikroskoobi omast, on elektronmikroskoobi lahutusvõime siiski palju parem. optilisest mikroskoobist. Elektronmikroskoop koosneb kolmest osast: läätsetorust, vaakumsüsteemist ja toitekapist.
Objektiivi silinder sisaldab peamiselt elektronpüstolit, elektronläätse, proovihoidjat, fluorestsentsekraani ja kaameramehhanismi, mis on tavaliselt ülalt alla silindriks kokku pandud; vaakumsüsteem koosneb mehaanilisest vaakumpumbast, difusioonipumbast ja vaakumventiilist jne. Gaasitoru on ühendatud objektiivi silindriga; toitekapp koosneb kõrgepingegeneraatorist, ergutusvoolu stabilisaatorist ning erinevatest reguleerimis- ja juhtplokkidest.
Elektronlääts on elektronmikroskoobi silindri kõige olulisem osa. See kasutab objektiivi silindri telje suhtes sümmeetrilist ruumilist elektrivälja või magnetvälja, et painutada elektronide trajektoori telje suunas, et moodustada teravustamine. Selle funktsioon on sarnane klaasist kumerläätse omaga kiire fokuseerimiseks, seetõttu nimetatakse seda elektronideks. objektiiv. Enamikus tänapäevastes elektronmikroskoopides kasutatakse elektromagnetläätsi, mis fokusseerivad elektronid tugeva magnetvälja abil, mille tekitab väga stabiilne alalisvoolu ergutusvool läbi pooluskingaga mähise.
Elektronpüstol on komponent, mis koosneb volframfilamendist kuumkatoodist, võrgust ja katoodist. See võib kiirata ja moodustada ühtlase kiirusega elektronkiire, seega ei ole kiirenduspinge stabiilsus väiksem kui 1/10,000. Elektronmikroskoobid võib struktuuri ja kasutuse järgi jagada transmissioonielektronmikroskoobideks, skaneerivateks elektronmikroskoobideks, peegelduselektronmikroskoobideks ja emissioonielektronmikroskoobideks.
Transmissioonelektronmikroskoope kasutatakse sageli nende peente materjalistruktuuride vaatlemiseks, mida tavamikroskoobid ei erista; skaneerivaid elektronmikroskoope kasutatakse peamiselt tahkete pindade morfoloogia vaatlemiseks ning neid saab elektronide moodustamiseks kombineerida ka röntgendifraktomeetrite või elektronenergia spektromeetritega. Mikrosondid materjali koostise analüüsimiseks; Emissioonielektronmikroskoopia iseemiteerivate elektronpindade uurimiseks.
Projektsioonelektronmikroskoop on oma nime saanud selle järgi, et elektronkiir tungib proovi ja kasutab seejärel pildistamiseks ja suurendamiseks elektronläätse. Selle optiline tee on sarnane optilise mikroskoobi omaga. Selles elektronmikroskoobis luuakse kujutise detailide kontrasti elektronkiire hajutamine proovi aatomite poolt. Proovi õhemad või vähem tihedad osad, elektronkiir hajub vähem, nii et rohkem elektrone läbib objektiivi ava, osaleb pildistamisel ja paistab pildil heledam.
Seevastu näidise paksemad või tihedamad osad paistavad pildil tumedamad. Kui proov on liiga paks või liiga tihe, siis elektronkiire energia neelamisel pildi kontrastsus halveneb või isegi kahjustub või hävib. Edastuselektronmikroskoobi toru ülaosa on elektronpüstol. Elektronid kiirgavad volframfilamendi kuumkatoodiga ja need läbivad elektronkiire fokuseerimiseks esimese ja teise kondensaatori.
Pärast proovi läbimist pildistatakse elektronkiir vahepeeglile objektiivi abil ja seejärel suurendatakse seda samm-sammult läbi vahepeegli ja projektsioonpeegli ning seejärel kuvatakse fluorestsentsekraanile või fotograafilisele kuivplaadile. Vahepeegel reguleerib peamiselt ergutusvoolu ja suurendust saab pidevalt muuta kümnetest kordadest sadade tuhandeteni; vahepeegli fookuskaugust muutes saab sama proovi pisikestel osadel saada elektronmikroskoobi kujutisi ja elektronide difraktsioonipilte. .
Paksemate metallilõigude proovide uurimiseks on Prantsuse Dulos Electron Optics Laboratory välja töötanud ülikõrgepinge elektronmikroskoobi, mille kiirenduspinge on 3500 kV. Skaneeriva elektronmikroskoobi elektronkiir ei läbi proovi, vaid skaneerib ja ergastab ainult proovi pinnal olevaid sekundaarseid elektrone. Proovi kõrvale asetatud stsintillatsioonikristall võtab need sekundaarsed elektronid vastu ja moduleerib pärast võimendamist pilditoru elektronkiire intensiivsust, muutes seeläbi pilditoru ekraani heledust.
Pilditoru läbipainde ike jätkab skaneerimist sünkroonselt proovipinna elektronkiirega, nii et pilditoru fluorestsentsekraanil kuvatakse proovipinna topograafiline kujutis, mis on sarnane tööstustelevisiooni tööpõhimõttega. Skaneeriva elektronmikroskoobi eraldusvõime määrab peamiselt proovi pinnal oleva elektronkiire läbimõõt.
Suurendus on pilditoru skaneerimisamplituudi ja proovi skaneerimise amplituudi suhe, mida saab pidevalt muuta kümnetest kordadest sadade tuhandeteni. Skaneeriv elektronmikroskoop ei vaja väga õhukesi proove; pildil on tugev kolmemõõtmeline efekt; see suudab analüüsida aine koostist, kasutades sellist teavet nagu sekundaarsed elektronid, neeldunud elektronid ja elektronkiirte ja aine interaktsiooni tekitatud röntgenikiirgus.
Skaneeriva elektronmikroskoobi elektronpüstol ja kondensaator on ligikaudu samad, mis ülekandeelektronmikroskoobi omad, kuid elektronkiire õhemaks muutmiseks lisatakse kondensaatorläätse alla objektiiv ja astigmatism ning kaks komplekti Perpendikulaarne skaneerimine on paigaldatud ka objektiivi sisse. mähis. Objektiivi all olevas proovikambris on proovilava, mida saab liigutada, pöörata ja kallutada.
