Mikä on valomikroskoopin ja elektronimikroskoopin havaintoalue
Optisen mikroskoopin rakenne Optinen mikroskooppi koostuu yleensä tasosta, kondensaattorivalaistusjärjestelmästä, objektiivilinssistä, okulaarista ja tarkennusmekanismista. Lavaa käytetään havainnoitavan kohteen pitämiseen. Tarkennusmekanismia voidaan ohjata tarkennusnupin avulla, jolloin lava liikkuu ylös ja alas karkeaa ja hienosäätöä varten, jotta havaittava kohde voidaan tarkentaa ja kuvata selkeästi.
Sen ylempi kerros on tarkasti siirrettävissä ja pyöritettävissä vaakatasossa, ja tarkkailtava osa on yleensä säädetty näkökentän keskelle. Kohdevalaistusjärjestelmä koostuu valonlähteestä ja kondensaattorilinssistä. Kondensaattorilinssin tehtävänä on keskittää enemmän valoenergiaa havaittavaan osaan. Valaisimen spektriominaisuudet on mukautettava mikroskoopin vastaanottimen toimintakaistaan.
Objektiivin linssi sijaitsee lähellä tarkkailtavaa kohdetta ja on linssi, joka toteuttaa ensimmäisen tason suurennuksen. Objektiivimuuntimeen asennetaan samanaikaisesti useita eri suurennoksilla varustettuja objektiivilinssejä ja eri suurennoksilla varustettu objektiivi pääsee työskentelyoptiselle tielle muunninta kääntämällä. Objektiivin suurennus on yleensä 5-100-kertainen. Objektiivi on optinen elementti, jolla on ratkaiseva rooli kuvan laadussa mikroskoopissa.
Yleisesti käytetyt akromaattiset objektiivit, jotka voivat korjata kahden värin valon kromaattista poikkeamaa; laadukkaammat apokromaattiset objektiivit, jotka voivat korjata kolmen värin valon kromaattista poikkeamaa; voi varmistaa, että objektiivilinssin koko kuvataso on taso parantaakseen näkökenttää Litteät kenttäobjektiivit marginaalisella kuvanlaadulla. Nesteimmersioobjektiivia käytetään usein suuritehoisissa objektiivilinsseissä, eli taitekerroin 1 täyttyy objektiivin alapinnan ja näytearkin yläpinnan välissä.
5 tai niin, se voi parantaa merkittävästi mikroskooppisen havainnon resoluutiota. Okulaari on linssi, joka sijaitsee lähellä ihmissilmää toisen tason suurennuksen saavuttamiseksi, ja peilin suurennus on yleensä 5-20-kertainen. Näkyvän näkökentän koon mukaan okulaarit voidaan jakaa tavallisiin okulaariin, joissa on pienempi näkökenttä, ja laajakulmaisiin okulaariin (tai laajakulmaisiin okulaariin), joilla on suurempi näkökenttä.
Sekä lava- että objektiivilinssin on voitava liikkua suhteessa objektiivin optiseen akseliin tarkennuksen säätämiseksi ja selkeän kuvan saamiseksi. Korkean suurennoksen objektiivin kanssa työskenneltäessä sallittu tarkennusalue on usein mikronia pienempi, joten mikroskoopissa tulee olla erittäin tarkka mikrotarkennusmekanismi. Mikroskoopin suurennuksen raja on tehollinen suurennus, ja mikroskoopin resoluutio viittaa kahden kohdepisteen väliseen vähimmäisetäisyyteen, joka mikroskoopilla voidaan selvästi erottaa.
Tarkkuus ja suurennus ovat kaksi erillistä, mutta toisiinsa liittyvää käsitettä. Kun valitun objektiivilinssin numeerinen aukko ei ole riittävän suuri, eli resoluutio ei ole riittävän korkea, mikroskooppi ei pysty erottamaan kohteen hienoa rakennetta. Tällä hetkellä, vaikka suurennusta lisättäisiin liikaa, voidaan saada vain kuva, jossa on suuret ääriviivat mutta epäselvät yksityiskohdat. , jota kutsutaan tehottomaksi suurennokseksi.
Toisaalta, jos resoluutio on täyttänyt vaatimukset ja suurennus on riittämätön, mikroskoopilla on erotuskyky, mutta kuva on liian pieni ihmissilmälle selvästi nähtäväksi. Siksi, jotta mikroskoopin erotusvoimalle saadaan täysi peli, numeerinen aukko on sovitettava kohtuullisesti mikroskoopin kokonaissuurennukseen. Tiivistetyllä valaistusjärjestelmällä on suuri vaikutus mikroskoopin kuvantamissuorituskykyyn, mutta se on myös linkki, joka jää helposti käyttäjiltä huomiotta.
Sen tehtävänä on tarjota riittävä ja tasainen valaistus kohteen pinnalle. Kondensorista tulevan säteen tulee pystyä täyttämään objektiivin aukkokulma, muuten objektiivin linssin korkeinta resoluutiota ei voida hyödyntää täysin. Tätä tarkoitusta varten kondensaattori on varustettu säädettävällä aukkokalvolla, joka on samanlainen kuin valokuvausobjektiivissa, ja aukon kokoa voidaan säätää säätämään valonsäteen aukko vastaamaan objektiivin aukkokulmaa.
Valaistusmenetelmää muuttamalla voit saada erilaisia havainnointimenetelmiä, kuten tummia kohdepisteitä kirkkaalla taustalla (kutsutaan kirkkaalla kenttävalolla) tai kirkkaita kohdepisteitä tummalla taustalla (kutsutaan tummakentän valaistukseksi), jotta voit löytää paremmin eri tilanteissa. ja tarkkaile mikrorakennetta. Elektronimikroskooppi on instrumentti, joka korvaa valonsäteen ja optisen linssin elektronisäteellä ja elektronilinssillä elektronoptiikan periaatteen mukaisesti, jotta aineen hieno rakenne voidaan kuvata erittäin suurella suurennuksella.
Elektronimikroskoopin erotuskyky ilmaistaan kahden vierekkäisen pisteen välisellä pienimmällä etäisyydellä, jonka se voi erottaa. Transmissioelektronimikroskooppien resoluutio oli 1970 s noin 0,3 nanometriä (ihmissilmän erotuskyky oli noin 0,1 mm). Nyt elektronimikroskoopin maksimisuurennus on yli 3 miljoonaa kertaa ja optisen mikroskoopin maksimisuurennus on noin 2000-kertainen, joten tiettyjen raskasmetallien atomit ja siististi järjestetty atomihila kiteissä voidaan tarkkailla suoraan elektronimikroskoopilla.
Vuonna 1931 Knorr-Bremse ja Ruska Saksassa modifioivat suurjänniteoskilloskooppia, jossa oli kylmäkatodipurkauselektronilähde ja kolme elektronilinssiä, ja saivat yli kymmenen kertaa suurennetun kuvan, mikä vahvisti mahdollisuuden suurentaa kuvaamista elektronimikroskoopilla. . . Vuonna 1932 Ruskan parannusten jälkeen elektronimikroskoopin erotuskyky saavutti 50 nanometriä, mikä oli noin kymmenen kertaa optisen mikroskoopin tuolloin erotuskyky, joten elektronimikroskooppi alkoi kiinnittää ihmisten huomion.
1940-luvulla Hill Yhdysvalloissa käytti hajataittoa kompensoidakseen elektronin linssin kiertoepäsymmetriaa, mikä teki uuden läpimurron elektronimikroskoopin erotuskyvyssä ja saavutti vähitellen nykyaikaisen tason. Kiinassa kehitettiin vuonna 1958 menestyksekkäästi transmissioelektronimikroskooppi, jonka resoluutio oli 3 nanometriä, ja vuonna 1979 se valmistettiin 0:n resoluutiolla.
3 nm suuri elektronimikroskooppi. Vaikka elektronimikroskooppien erotuskyky on paljon parempi kuin optisten mikroskooppien, elävien organismien havainnointi on vaikeaa, koska elektronimikroskooppien on toimittava tyhjiöolosuhteissa, ja elektronisuihkujen säteilytys aiheuttaa myös säteilyvaurioita biologisille näytteille. Muitakin asioita, kuten elektronipistoolin kirkkauden ja elektronilinssin laadun parantamista, on myös tutkittava lisää.
Erotuskyky on tärkeä elektronimikroskopian indikaattori, joka liittyy näytteen läpi kulkevan elektronisäteen tulevaan kartiokulmaan ja aallonpituuteen. Näkyvän valon aallonpituus on noin 300 - 700 nanometriä, kun taas elektronisäteen aallonpituus on suhteessa kiihdytysjännitteeseen. Kun kiihdytysjännite on 50-100 kV, elektronisuihkun aallonpituus on noin 0.
0053 - 0,0037 nm. Koska elektronisäteen aallonpituus on paljon pienempi kuin näkyvän valon aallonpituus, vaikka elektronisäteen kartiokulma on vain 1 prosentti optisen mikroskoopin aallonpituudesta, elektronimikroskoopin erotuskyky on silti paljon parempi kuin sen. optisesta mikroskoopista. Elektronimikroskooppi koostuu kolmesta osasta: linssiputkesta, tyhjiöjärjestelmästä ja virtalähteestä.
Linssin piippu sisältää pääasiassa elektronipistoolin, elektronilinssin, näytetelineen, fluoresoivan näytön ja kameramekanismin, jotka on yleensä koottu sylinteriin ylhäältä alas; tyhjiöjärjestelmä koostuu mekaanisesta tyhjiöpumpusta, diffuusiopumpusta ja tyhjiöventtiilistä jne. Kaasuputki on yhdistetty linssin piippuun; teholähdekaappi koostuu suurjännitegeneraattorista, viritysvirran stabilisaattorista sekä erilaisista säätö- ja ohjausyksiköistä.
Elektronilinssi on elektronimikroskoopin piipun tärkein osa. Se käyttää avaruudellista sähkökenttää tai magneettikenttää, joka on symmetrinen linssin piipun akseliin nähden, elektronin liikeradan taivuttamiseksi akseliin tarkennuksen muodostamiseksi. Sen tehtävä on samanlainen kuin lasikuperalla linssillä säteen tarkentamiseksi, joten sitä kutsutaan elektroniksi. linssi. Useimmat nykyaikaiset elektronimikroskoopit käyttävät sähkömagneettisia linssejä, jotka fokusoivat elektronit vahvalla magneettikentällä, jonka tuottaa erittäin vakaa DC-viritysvirta napakengällä varustetun kelan läpi.
Elektronitykki on komponentti, joka koostuu volframifilamenttikuumakatodista, hilasta ja katodista. Se voi lähettää ja muodostaa elektronisuihkun tasaisella nopeudella, joten kiihdytysjännitteen stabiilius on vähintään 1/10,000. Elektronimikroskoopit voidaan jakaa rakenteensa ja käyttötarkoituksensa mukaan transmissioelektronimikroskooppeihin, pyyhkäisyelektronimikroskooppeihin, heijastuselektronimikroskooppeihin ja emissioelektronimikroskooppeihin.
Transmissioelektronimikroskooppeja käytetään usein tarkkailemaan niitä hienoja materiaalirakenteita, joita ei tavallisilla mikroskoopeilla voida erottaa; pyyhkäisyelektronimikroskooppeja käytetään pääasiassa kiinteiden pintojen morfologian tarkkailuun, ja ne voidaan myös yhdistää röntgendiffraktometreihin tai elektronienergiaspektrometreihin elektronien muodostamiseksi. Mikrokoettimet materiaalin koostumuksen analysointiin; Emissioelektronimikroskoopia itsesäteilevien elektronipintojen tutkimiseen.
Projektioelektronimikroskooppi on saanut nimensä siitä, että elektronisäde tunkeutuu näytteeseen ja käyttää sitten elektronilinssiä kuvaamiseen ja suurentamiseen. Sen optinen polku on samanlainen kuin optisen mikroskoopin. Tässä elektronimikroskoopissa kuvan yksityiskohtien kontrasti syntyy sirottamalla elektronisuihkua näytteen atomeista. Ohuet tai vähemmän tiheät näytteen osat, elektronisäde siroaa vähemmän, joten enemmän elektroneja kulkee objektiivin aukon läpi, osallistuu kuvantamiseen ja näyttää kirkkaammalta kuvassa.
Sitä vastoin näytteen paksummat tai tiheämmät osat näyttävät tummemmilta kuvassa. Jos näyte on liian paksu tai liian tiheä, kuvan kontrasti heikkenee tai jopa vaurioituu tai tuhoutuu absorboimalla elektronisäteen energiaa. Transmissioelektronimikroskoopin putken yläosa on elektronitykki. Volframifilamentin kuumakatodi emittoi elektroneja ja ne kulkevat ensimmäisen ja toisen lauhduttimen läpi elektronisäteen fokusoimiseksi.
Sen jälkeen, kun elektronisäde on kulkenut näytteen läpi, se kuvataan välipeilillä objektiivin linssillä ja suurennetaan sitten vaiheittain välipeilin ja projektiopeilin läpi ja kuvataan sitten fluoresoivalle näytölle tai valokuvauskuivalevylle. Välipeili säätää pääasiassa viritysvirtaa, ja suurennusta voidaan jatkuvasti muuttaa kymmenistä kertoista satoihin tuhansiin kertoihin; muuttamalla välipeilin polttoväliä voidaan saada elektronimikroskooppikuvia ja elektronidiffraktiokuvia saman näytteen pienistä osista. .
Paksumpien metalliviipalenäytteiden tutkimiseksi ranskalainen Dulos Electron Optics Laboratory on kehittänyt ultrakorkeajänniteelektronimikroskoopin, jonka kiihdytysjännite on 3500 kV. Pyyhkäisyelektronimikroskoopin elektronisäde ei kulje näytteen läpi, vaan vain skannaa ja virittää sekundäärielektroneja näytteen pinnalla. Näytteen viereen sijoitettu tuikekide vastaanottaa nämä sekundaariset elektronit ja moduloi kuvaputken elektronisuihkun intensiteettiä vahvistuksen jälkeen, mikä muuttaa kuvaputken näytön kirkkautta.
Kuvaputken poikkeutuskela jatkaa pyyhkäisemistä synkronisesti näytteen pinnalla olevan elektronisuihkun kanssa siten, että kuvaputken fluoresoiva näyttö näyttää näytepinnan topografisen kuvan, joka on samanlainen kuin teollisuustelevision toimintaperiaate. Pyyhkäisyelektronimikroskoopin resoluutio määräytyy pääasiassa näytteen pinnalla olevan elektronisäteen halkaisijan mukaan.
Suurennus on kuvaputken skannausamplitudin suhde näytteen skannausamplitudiin, jota voidaan jatkuvasti muuttaa kymmenistä kertoista satoihin tuhansiin kertoja. Pyyhkäisyelektronimikroskooppi ei vaadi kovin ohuita näytteitä; kuvalla on vahva kolmiulotteinen vaikutus; se voi analysoida aineen koostumusta käyttämällä tietoja, kuten sekundäärielektroneja, absorboituneita elektroneja ja röntgensäteitä, jotka syntyvät elektronisuihkujen vuorovaikutuksesta aineen kanssa.
Pyyhkäisyelektronimikroskoopin elektronipyssy ja kondensaattori ovat suunnilleen samat kuin transmissioelektronimikroskoopin, mutta elektronisuihkun ohenemiseksi kondensaattorilinssin alle on lisätty objektiivilinssi ja astigmatismi sekä kaksi sarjaa keskenään. kohtisuora skannaus on asennettu myös objektiivin sisään. kela. Objektiivin alla olevassa näytekammiossa on näytepinta, jota voidaan siirtää, pyörittää ja kallistaa.
