Mikä on optisen mikroskoopin ja elektronimikroskoopin havaintoalue
Optisen mikroskoopin koostumus ja rakenne Optinen mikroskooppi koostuu yleensä näyttämästä, kohdevalojärjestelmästä, objektiivilinssistä, okulaarista ja tarkennusmekanismista. Lavaa käytetään tarkkailtavan 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 voi liikkua ja pyöriä tarkasti vaakatasossa ja yleensä säätää havaittavaa osaa näkökentän keskelle. Kohdevalaistusjärjestelmä koostuu valonlähteestä ja lauhduttimesta. Lauhduttimen tehtävänä on keskittää enemmän valoenergiaa havaittavaan osaan. Valaisimen spektriominaisuuksien on oltava yhteensopivia mikroskoopin vastaanottimen toimintakaistan kanssa.
Objektiivi sijaitsee lähellä tarkkailtavaa kohdetta, ja se on linssi, joka toteuttaa ensimmäisen suurennustason. Objektiivimuuntimeen asennetaan samanaikaisesti useita eri suurennoksilla varustettuja objektiivilinssejä ja eri suurennoksilla varustetut objektiivilinssit pääsevät työskentelyoptiselle tielle muunninta kääntämällä. Objektiivin suurennus on yleensä 5-100-kertainen. Objektiivi on optinen elementti, jolla on ratkaiseva rooli kuvan laadussa mikroskoopissa.
Yleisesti käytettyjä ovat akromaattiset objektiivilinssit, jotka voivat korjata kahden värin valon kromaattista poikkeamaa; laadukkaammat apokromaattiset objektiivilinssit, jotka voivat korjata kromaattisen poikkeaman kolmen värin valossa; voi varmistaa, että objektiivilinssin koko kuvataso on tasainen parantaakseen näkökenttää Litteät kenttäobjektiivit marginaalisella kuvanlaadulla. Nesteimmersioobjektiivia käytetään usein suurennostetuissa objektiiveissa, eli taitekerroin on 1 objektiivin alapinnan ja näytearkin yläpinnan välillä.
5 nestettä, se voi parantaa merkittävästi mikroskooppisen havainnon resoluutiota. Okulaari on linssi, joka sijaitsee lähellä ihmissilmää toisen suurennustason saavuttamiseksi, ja linssin suurennus on yleensä 5-20-kertainen. Näkyvän näkökentän koon mukaan okulaarit voidaan jakaa kahteen tyyppiin: tavalliset okulaarit, joissa on pienempi näkökenttä, ja suuren kentän okulaarit (tai laajakulmaokulaarit), joissa on suurempi näkökenttä.
Sekä lava- että objektiivilinssin on voitava liikkua suhteessa toisiinsa objektiivin optista akselia pitkin tarkennuksen säätämiseksi ja selkeän kuvan saamiseksi. Korkean suurennuksen objektiivin kanssa työskennellessä sallittu tarkennusalue on usein pienempi kuin mikroneja, joten mikroskoopissa on oltava erittäin tarkka mikrotarkennusmekanismi. Mikroskoopin suurennuksen rajana on tehollinen suurennus ja mikroskoopin resoluutio viittaa kahden kohdepisteen väliseen vähimmäisetäisyyteen, joka mikroskoopilla voidaan selvästi erottaa.
Tarkkuus ja suurennus ovat kaksi erilaista, 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, saatu kuva voi olla vain kuva, jolla on suuret ääriviivat mutta epäselvät yksityiskohdat. , jota kutsutaan virheelliseksi suurennoksi.
Päinvastoin, jos resoluutio täyttää vaatimukset, mutta suurennus on riittämätön, mikroskoopilla on kyky erottaa, mutta kuva on silti liian pieni näkemään sitä selvästi ihmissilmälle. Siksi, jotta mikroskoopin erotusvoimalle saadaan täysi peli, numeerinen aukko on sovitettava kohtuullisesti mikroskoopin kokonaissuurennukseen. Kohdevalojärjestelmällä on suuri vaikutus mikroskoopin kuvantamissuorituskykyyn, mutta se on linkki, joka jää helposti käyttäjille huomiotta.
Sen tehtävänä on tarjota riittävä ja tasainen valaistus kohteen pinnalle. Lauhduttimen lähettämän valonsäteen tulee varmistaa, että se täyttää objektiivin linssin aukkokulman, muuten objektiivin suurinta resoluutiota ei voida hyödyntää täysin. Tätä tarkoitusta varten kondensaattori on varustettu säädettävällä aukkokalvolla, joka on samanlainen kuin valokuvausobjektiivissa, jolla voidaan säätää aukon kokoa ja jota käytetään säätämään valonsäteen aukko vastaamaan objektiivin aukkokulmaa. linssi.
Valaistusmenetelmää muuttamalla voidaan saada erilaisia havainnointimenetelmiä, kuten tummia kohdepisteitä kirkkaalla taustalla (kutsutaan kirkkaalla kenttävalaistukseksi) tai kirkkaita kohdepisteitä tummalla taustalla (kutsutaan tummakentän valaistukseksi), jotta voidaan paremmin havaita ja tarkkailla valoa. mikrorakenne. Elektronimikroskooppi on instrumentti, joka käyttää elektronisäteitä ja elektronilinssejä valonsäteiden ja optisten linssien sijaan kuvaamaan aineiden hienoja rakenteita erittäin suurilla suurennoksilla elektronoptiikan periaatteen mukaisesti.
Elektronimikroskoopin erotuskykyä edustaa kahden vierekkäisen pisteen välinen vähimmäisetäisyys, jonka se voi erottaa. Transmissioelektronimikroskoopin resoluutio oli 197 0 s noin 0,3 nanometriä (ihmissilmän erotuskyky oli noin 0,1 mm). Nyt elektronimikroskoopin maksimisuurennus ylittää 3 miljoonaa kertaa, kun taas optisen mikroskoopin suurin suurennus on noin 2000-kertainen, joten joidenkin raskasmetallien atomit ja kiteen siististi järjestetyt atomihilat voidaan tarkkailla suoraan elektronimikroskoopin läpi. .
Vuonna 1931 saksalaiset Knorr-Bremse ja Ruska varustivat korkeajänniteoskilloskoopin, jossa oli kylmäkatodipurkauselektronilähde ja kolme elektronilinssiä, ja saivat yli kymmenen kertaa suurennetun kuvan, mikä vahvisti elektronimikroskoopilla suurennetun kuvantamisen mahdollisuuden. Vuonna 1932 Ruskan parannusten jälkeen elektronimikroskoopin erotuskyky oli 50 nanometriä, noin kymmenen kertaa optisen mikroskoopin erotuskyky tuolloin, joten elektronimikroskooppi alkoi saada ihmisten huomion.
1940-luvulla Hill Yhdysvalloissa käytti hajautinta kompensoimaan elektronin linssin pyörimishäiriötä, 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.
3nm suuri elektronimikroskooppi. Vaikka elektronimikroskoopin erotuskyky on paljon parempi kuin optisen mikroskoopin, elävien organismien havainnointi on vaikeaa, koska elektronimikroskoopin on toimittava tyhjiöolosuhteissa ja elektronisuihkun säteilytys aiheuttaa myös biologisten näytteiden hajoamisen. vaurioitua säteilystä. 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 {{0}} nanometriä, kun taas elektronisuihkun 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: linssin piippu, tyhjiöjärjestelmä ja virtalähdekaappi.
Linssipiippu sisältää pääasiassa elektronipistooleja, elektronilinssejä, näytetelineitä, fluoresoivia näyttöjä ja kameramekanismeja. Nämä komponentit kootaan yleensä pylvääksi ylhäältä alas; tyhjiöjärjestelmä koostuu mekaanisista tyhjiöpumpuista, diffuusiopumpuista ja tyhjiöventtiileistä. Kaasuputki on yhdistetty linssin piippuun; tehokaappi koostuu suurjännitegeneraattorista, viritysvirran stabilisaattorista ja erilaisista säätöyksiköistä.
Elektronilinssi on elektronimikroskoopin linssin piipun tärkein osa. Se käyttää avaruussähkökenttää tai magneettikenttää, joka on symmetrinen linssin piipun akseliin nähden, taivuttamaan elektroniradan akseliin kohdistuksen muodostamiseksi. Sen tehtävä on samanlainen kuin lasikuperalla linssillä säteen tarkentamiseksi, joten sitä kutsutaan elektroniksi. linssi. Useimmat nykyaikaiset elektronimikroskoopit käyttävät sähkömagneettisia linssejä, jotka fokusoivat elektronit vahvan magneettikentän kautta, jonka tuottaa erittäin vakaa DC-viritysvirta, joka kulkee napakengillä varustetun kelan läpi.
Elektronitykki on komponentti, joka koostuu volframifilamentin kuumakatodista, hilasta ja katodista. Se voi lähettää ja muodostaa elektronisuihkun tasaisella nopeudella, joten kiihdytysjännitteen stabiilisuudelta vaaditaan vähintään yksi 10 tuhannesosa. Elektronimikroskoopit voidaan jakaa rakenteen ja käyttötarkoituksensa mukaan transmissioelektronimikroskooppeihin, pyyhkäisyelektronimikroskooppeihin, heijastuselektronimikroskooppeihin ja emissioelektronimikroskooppeihin.
Transmissioelektronimikroskooppeja käytetään usein tarkkailemaan hienoja materiaalirakenteita, joita ei voida erottaa tavallisilla mikroskoopeilla; pyyhkäisyelektronimikroskooppeja käytetään pääasiassa kiinteiden pintojen morfologian tarkkailuun, ja ne voidaan myös yhdistää röntgendiffraktometreihin tai elektronienergiaspektrometreihin sähköisten mikrokoettimien muodostamiseksi materiaalikoostumusanalyysiä varten; emissioelektronimikroskooppi itsesäteilevien elektronipintojen tutkimiseen.
Transmissioelektronimikroskooppi on saanut nimensä siitä, että elektronisäde tunkeutuu näytteeseen ja suurentaa sitten kuvan elektronilinssillä. Sen optinen polku on samanlainen kuin optisen mikroskoopin. Tämän tyyppisessä elektronimikroskoopissa kontrasti kuvan yksityiskohdissa syntyy sirottamalla elektronisuihkua näytteen atomeista. Näytteen ohuemmassa tai pienemmän tiheyden osassa on vähemmän elektronisäteen sirontaa, joten enemmän elektroneja kulkee objektiivin diafragman läpi ja osallistuu kuvantamiseen ja näyttävät kuvassa kirkkaammilta.
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 linssin piipun yläosa on elektroniase. Volframi-kuumakatodi emittoi elektroneja, ja ensimmäinen ja toinen kondensaattori fokusoivat elektronisäteet.
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 valokoherentille levylle. Välipeilin suurennusta voidaan muuttaa jatkuvasti kymmenistä satoihin tuhansiin kertoja pääasiassa viritysvirran säädön avulla; muuttamalla välipeilin polttoväliä voidaan saada elektronimikroskooppisia kuvia ja elektronidiffraktiokuvia saman näytteen pienille osille.
Paksumpien metalliviipalenäytteiden tutkimiseksi ranskalainen Dulos Electron Optics Laboratory kehitti ultrakorkeajänniteelektronimikroskoopin, jonka kiihdytysjännite on 3500 kV. Pyyhkäisyelektronimikroskoopin elektronisuihku ei kulje näytteen läpi, vaan ainoastaan skannaa ja virittää sekundäärielektroneja näytteen pinnalla. Näytteen viereen sijoitettu tuikekide vastaanottaa nämä sekundaariset elektronit, vahvistaa ja moduloi kuvaputken elektronisuihkun intensiteettiä ja muuttaa siten kuvaputken näytön kirkkautta.
Kuvaputken poikkeutuskela pitää synkronisen pyyhkäisyn näytteen pinnalla olevan elektronisuihkun kanssa niin, 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 kertoihin. Pyyhkäisyelektronimikroskooppi ei vaadi kovin ohutta näytettä; kuvalla on vahva kolmiulotteinen vaikutus; se voi käyttää tietoja, kuten sekundäärielektroneja, absorboituneita elektroneja ja elektronisuihkun ja aineen välisen vuorovaikutuksen synnyttämiä röntgensäteitä, analysoidakseen aineen koostumusta.
Pyyhkäisyelektronimikroskoopin elektronipyssy ja kondensaattorilinssi ovat suunnilleen samat kuin transmissioelektronimikroskoopin, mutta elektronisuihkun ohenemiseksi kondensaattorilinssin alle on lisätty objektiivilinssi ja astigmatisoija sekä kaksi sarjaa Objektiivin sisään on asennettu keskenään kohtisuorat skannaussäteet. kela. Objektiivin alapuolella oleva näytekammio on varustettu näytepöydällä, joka voi liikkua, pyöriä ja kallistaa.
