Milline on optilise mikroskoobi ja elektronmikroskoobi vaatlusulatus
Optilise mikroskoobi koostis ja struktuur Optiline mikroskoop koosneb üldiselt lavast, prožektori valgustussüsteemist, objektiivist, okulaarist ja teravustamismehhanismist. Lava kasutatakse vaadeldava objekti hoidmiseks. Teravustamismehhanismi saab juhtida teravustamisnupu abil, et panna lava jämedaks reguleerimiseks ja peenreguleerimiseks üles ja alla liikuma, nii et vaadeldavat objekti saab teravustada ja selgelt kujutada.
Selle ülemine kiht võib liikuda ja pöörata täpselt horisontaaltasapinnas ning üldiselt reguleerida vaadeldavat osa vaatevälja keskpunktiga. Kohtvalgustussüsteem koosneb valgusallikast ja kondensaatorist. Kondensaatori ülesanne on koondada rohkem valgusenergiat vaadeldavale osale. Valguslambi spektraalsed omadused peavad ühilduma mikroskoobi vastuvõtja tööribaga.
Objektiiv asub vaadeldava objekti lähedal ja just lääts realiseerib esimese suurenduse taseme. Objektiivikonverterile paigaldatakse korraga mitu erineva suurendusega objektiivi ning erineva suurendusega objektiivid saavad 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 kasutatakse akromaatilise objektiivi läätsesid, mis suudavad korrigeerida kahe värvi valguse kromaatilist aberratsiooni; kvaliteetsemad apokromaatilised objektiivid, mis suudavad korrigeerida kromaatilist aberratsiooni kolme erineva värvivalguse puhul; suudab tagada, et kogu objektiivi pilditasapind on vaatevälja parandamiseks tasane. Lameda väljaga objektiivid marginaalse pildikvaliteediga. Vedelikimmersioonobjektiive kasutatakse sageli suure suurendusega objektiivides, see tähendab, et objektiiviläätse alumise pinna ja proovilehe ülemise pinna vahel on murdumisnäitaja 1.
5 vedelik, võib see oluliselt parandada mikroskoopilise vaatluse eraldusvõimet. Okulaar on teise suurendusastme saavutamiseks inimsilma lähedal asuv lääts, mille suurendus on tavaliselt 5-20 korda. Nähtava vaatevälja suuruse järgi võib okulaarid jagada kahte tüüpi: tavalised väiksema vaateväljaga okulaarid ja suurema vaateväljaga suure väljaga (või lainurk-okulaarid).
Nii lava kui ka objektiiv peavad saama liikuda üksteise suhtes piki objektiivi optilist telge, et saavutada fookuse reguleerimine ja saada selge pilt. Suure suurendusega objektiiviga töötades on lubatud teravustamisulatus sageli mikronitest väiksem, mistõttu peab mikroskoobil olema väga täpne mikrofookusmehhanism. Mikroskoobi suurenduse piiriks on efektiivne suurendus ja mikroskoobi eraldusvõime viitab kahe objektipunkti vahelisele minimaalsele kaugusele, 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 hetkel, isegi kui suurendust liigselt suurendatakse, võib saadav pilt olla ainult suurte piirjoontega, kuid ebaselgete detailidega pilt. , mida nimetatakse kehtetuks suurenduseks.
Ja vastupidi, kui eraldusvõime vastab nõuetele, kuid suurendus on ebapiisav, on mikroskoobil eraldusvõime, kuid pilt on siiski liiga väike, et seda inimsilm selgelt näha oleks. Seega, et anda mikroskoobi lahutusvõimele täielik mäng, peaks numbriline ava olema mõistlikult sobitatud mikroskoobi kogusuurendusega. Prožektorite valgustussüsteem mõjutab oluliselt mikroskoobi kujutise jõudlust, kuid see on lüli, mis jääb kasutajatele kergesti tähelepanuta.
Selle ülesanne on tagada objekti pinna piisav ja ühtlane valgustus. Kondensaatori poolt saadetav valguskiir peaks tagama, et see täidab objektiiviläätse avanurga, vastasel juhul ei saa objektiivi objektiiviga saavutatavat kõrgeimat eraldusvõimet täielikult ära kasutada. Sel eesmärgil on kondensaator varustatud muudetava avaga diafragmaga, mis sarnaneb fotograafilise objektiivi diafragmaga, millega saab reguleerida ava suurust ja mida kasutatakse valgusvihu ava reguleerimiseks, et see sobiks objektiivi ava nurgaga. objektiiv.
Valgustusmeetodit muutes on võimalik saada erinevaid vaatlusmeetodeid, nagu tumedad objektipunktid eredal taustal (nn heleda välja valgustus) või eredad objektipunktid tumedal taustal (nn tumevälja valgustus), et paremini avastada ja vaadelda mikrostruktuur. Elektronmikroskoop on instrument, mis kasutab elektronoptika põhimõttel ainete peenstruktuuride pildistamiseks väga suure suurendusega valguskiirte ja optiliste läätsede asemel elektronkiirte ja elektronläätsede abil.
Elektronmikroskoobi lahutusvõimet väljendab minimaalne vahemaa kahe külgneva punkti vahel, mida see suudab lahendada. 1970s oli ülekandeelektronmikroskoobi eraldusvõime umbes 0,3 nanomeetrit (inimsilma lahutusvõime oli umbes 0,1 mm). Nüüd ületab elektronmikroskoobi maksimaalne suurendus 3 miljonit korda, samas kui optilise mikroskoobi maksimaalne suurendus on umbes 2000 korda, nii et mõnede raskmetallide aatomeid ja kenasti paigutatud aatomvõresid kristallis saab otse jälgida elektronmikroskoobi kaudu. .
1931. aastal paigaldasid sakslased Knorr-Bremse ja Ruska kõrgepingeostsilloskoobi külmkatoodlahendusega elektronide allika ja kolme elektronläätsega ning said rohkem kui kümme korda suurendatud kujutise, mis kinnitas elektronmikroskoobi suurendusega pildistamise võimalust. 1932. aastal jõudis pärast Ruska täiustamist elektronmikroskoobi lahutusvõime 50 nanomeetrini, mis on umbes kümme korda suurem tolleaegse optilise mikroskoobi lahutusvõimest, mistõttu hakkas elektronmikroskoop inimeste tähelepanu pälvima.
1940-il kasutas Hill Ameerika Ühendriikides elektronläätse pöörlemise asümmeetria kompenseerimiseks astigmatisaatorit, 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 eraldusvõimega.
3nm suur elektronmikroskoop. Kuigi elektronmikroskoobi lahutusvõime on palju parem kui optilisel mikroskoobil, on elusorganisme raske jälgida, kuna elektronmikroskoop peab töötama vaakumtingimustes ning elektronkiire kiiritamine põhjustab ka bioloogiliste proovide eraldusvõimet. olla kiirgusest kahjustatud. 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 {{0}} nanomeetrit, samas kui elektronkiirte lainepikkus on seotud kiirenduspingega. Kui kiirenduspinge on 50-100 kV, on elektronkiire lainepikkus umbes 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 sellegipoolest tunduvalt parem. optilisest mikroskoobist. Elektronmikroskoop koosneb kolmest osast: läätse silinder, vaakumsüsteem ja toitekapp.
Objektiivi silinder sisaldab peamiselt elektronpüstoleid, elektronläätsi, proovihoidjaid, fluorestseeruvaid ekraane ja kaameramehhanisme. Need komponendid on tavaliselt kokku pandud kolonniks ülalt alla; vaakumsüsteem koosneb mehaanilistest vaakumpumpadest, difusioonipumpadest ja vaakumventiilidest. Gaasitoru on ühendatud objektiivi silindriga; toitekapp koosneb kõrgepingegeneraatorist, ergutusvoolu stabilisaatorist ja erinevatest reguleerimisjuhtplokkidest.
Elektronlääts on elektronmikroskoobi läätse silindri kõige olulisem osa. See kasutab kosmose elektrivälja või magnetvälja, mis on sümmeetriline läätse silindri telje suhtes, et painutada elektronide rada fookuse moodustamiseks telje suhtes. Selle funktsioon on sarnane klaasist kumerläätse funktsiooniga kiire fokuseerimiseks, seetõttu nimetatakse seda elektronideks. objektiiv. Enamikus kaasaegsetes elektronmikroskoopides kasutatakse elektromagnetläätsi, mis fokusseerivad elektronid läbi tugeva magnetvälja, mille tekitab väga stabiilne alalisvoolu ergutusvool, mis läbib pooluskingadega mähist.
Elektronpüstol on komponent, mis koosneb volframfilamendist kuumkatoodist, võrgust ja katoodist. See võib kiirata ja moodustada ühtlase kiirusega elektronkiire, seega peab kiirenduspinge stabiilsus olema vähemalt üks kümnetuhandik. Elektronmikroskoobid võib nende struktuuri ja kasutusala järgi jagada transmissioonielektronmikroskoobideks, skaneerivateks elektronmikroskoopideks, peegelduselektronmikroskoobideks ja emissioonielektronmikroskoobideks.
Transmissioonelektronmikroskoope kasutatakse sageli materjalide peenstruktuuride vaatlemiseks, mida tavamikroskoobid ei suuda lahendada; skaneerivaid elektronmikroskoope kasutatakse peamiselt tahkete pindade morfoloogia jälgimiseks ning neid saab kombineerida ka röntgendifraktomeetrite või elektronenergia spektromeetritega, et moodustada elektroonilisi mikrosonde materjali koostise analüüsiks; emissioonelektronmikroskoopia iseemiteerivate elektronpindade uurimiseks.
Läbilaskev elektronmikroskoop on saanud nime selle järgi, et elektronkiir tungib proovi ja suurendab seejärel pilti elektronläätsega. Selle optiline tee on sarnane optilise mikroskoobi omaga. Seda tüüpi elektronmikroskoobis loob kujutise detailide kontrasti elektronkiire hajumine proovi aatomite poolt. Proovi õhemas või väiksema tihedusega osas on elektronkiire hajumine väiksem, nii et rohkem elektrone läbib objektiivi diafragmat ja osaleb pildistamisel ning paistab pildil heledam.
Seevastu näidise paksemad või tihedamad osad paistavad pildil tumedamad. Kui proov on liiga paks või liiga tihe, siis kujutise kontrastsus halveneb või isegi kahjustub või hävib elektronkiire energia neelamisel. Edastuselektronmikroskoobi läätse silindri ülaosa on elektronpüstol. Elektronid kiirgavad volframi kuumkatood ning elektronkiired fokusseeritakse esimese ja teise kondensaatoriga.
Pärast proovi läbimist pildistatakse elektronkiir vahepeeglile objektiivi abil ja seejärel suurendatakse seda samm-sammult läbi vahepeegli ja projektsioonpeegli ning seejärel kuvatakse fluorestsentsekraanile või fotokoherentsele plaadile. Vahepeegli suurendust saab pidevalt muuta kümnetest kordadest sadade tuhandeteni peamiselt ergutusvoolu reguleerimise kaudu; vahepeegli fookuskaugust muutes saab sama proovi pisikestel osadel saada elektronmikroskoopilisi pilte ja elektronide difraktsioonipilte.
Paksemate metallilõigude proovide uurimiseks töötas Prantsuse Dulos Electron Optics Laboratory välja ülikõrgepinge elektronmikroskoobi, mille kiirenduspinge on 3500 kV. Skaneeriva elektronmikroskoobi elektronkiir ei läbi proovi, vaid ainult skaneerib ja ergastab proovi pinnal olevaid sekundaarseid elektrone. Proovi kõrvale asetatud stsintillatsioonikristall võtab need sekundaarsed elektronid vastu, võimendab ja moduleerib pilditoru elektronkiire intensiivsust, muutes seeläbi pilditoru ekraani heledust.
Pilditoru läbipaindemähis hoiab sünkroonset skaneerimist proovi pinnal oleva elektronkiirega, nii et pilditoru fluorestseeruv ekraan kuvab proovi pinna topograafilist kujutist, mis on sarnane tööstusliku teleri 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 õhukest proovi; pildil on tugev kolmemõõtmeline efekt; see võib aine koostise analüüsimiseks kasutada sellist teavet nagu sekundaarsed elektronid, neeldunud elektronid ja elektronkiire ja aine vahelise interaktsiooni tekitatud röntgenikiirgus.
Skaneeriva elektronmikroskoobi elektronpüstol ja kondensaatorlääts on ligikaudu samad, mis transmissioonelektronmikroskoobi omad, kuid elektronkiire õhemaks muutmiseks lisatakse kondensaatorläätse alla objektiiv ja astigmatisaator ning kaks komplekti Objektiivi sisse on paigaldatud vastastikku risti asetsevad skaneerimiskiired. mähis. Objektiivi all olev proovikamber on varustatud proovialusega, mida saab liigutada, pöörata ja kallutada.
