Hvad er observationsområdet for lysmikroskop og elektronmikroskop
Strukturen af det optiske mikroskop Det optiske mikroskop er generelt sammensat af en scene, et kondensatorbelysningssystem, en objektivlinse, et okular og en fokuseringsmekanisme. Scenen bruges til at holde det objekt, der skal observeres. Fokuseringsmekanismen kan drives af fokuseringsknappen for at få scenen til at bevæge sig op og ned for grovjustering og finjustering, så det observerede objekt kan fokuseres og afbildes klart.
Dets øverste lag kan flyttes og drejes præcist i det vandrette plan, og den observerede del er generelt justeret til midten af synsfeltet. Spotlight-belysningssystemet er sammensat af en lyskilde og en kondensatorlinse. Kondensatorlinsens funktion er at koncentrere mere lysenergi til den observerede del. Belysningsinstrumentets spektrale karakteristika skal tilpasses arbejdsbåndet for mikroskopets modtager.
Objektivlinsen er placeret i nærheden af det observerede objekt og er den linse, der realiserer forstørrelsen på første niveau. Adskillige objektivlinser med forskellige forstørrelser er installeret på objektivlinsekonverteren på samme tid, og objektivlinsen med forskellige forstørrelser kan komme ind i den arbejdende optiske vej ved at dreje konverteren. Forstørrelsen af objektivlinsen er normalt 5 til 100 gange. Objektivlinsen er et optisk element, der spiller en afgørende rolle for kvaliteten af billedet i mikroskopet.
Almindelig anvendte akromatiske objektiver, der kan korrigere kromatisk aberration for to farver lys; apokromatiske objektiver af højere kvalitet, der kan korrigere kromatisk aberration for tre lysfarver; kan sikre, at hele billedplanet af objektivlinsen er et plan, for at forbedre synsfeltet Flade feltobjektiver med marginal billedkvalitet. Flydende nedsænkningsobjektiver bruges ofte i højeffekts objektivlinser, det vil sige, at brydningsindekset på 1 er fyldt mellem den nedre overflade af objektivlinsen og den øvre overflade af prøvearket.
5 eller deromkring, kan det forbedre opløsningen af mikroskopisk observation betydeligt. Okularet er en linse placeret nær det menneskelige øje for at opnå forstørrelse på andet niveau, og forstørrelsen af spejlet er normalt 5 til 20 gange. Alt efter størrelsen på det synsfelt, der kan ses, kan okularer opdeles i almindelige okularer med et mindre synsfelt og storfelts okularer (eller vidvinkel okularer) med et større synsfelt.
Både scenen og objektivlinsen skal kunne bevæge sig i forhold til objektivlinsens optiske akse for at opnå fokusjustering og opnå et klart billede. Når man arbejder med et objektiv med høj forstørrelse, er det tilladte fokusområde ofte mindre end en mikron, så mikroskopet skal have en ekstremt præcis mikrofokuseringsmekanisme. Grænsen for mikroskopforstørrelse er den effektive forstørrelse, og mikroskopets opløsning refererer til den mindste afstand mellem to objektpunkter, der tydeligt kan skelnes af mikroskopet.
Opløsning og forstørrelse er to forskellige, men relaterede begreber. Når den numeriske blænde på den valgte objektivlinse ikke er stor nok, det vil sige opløsningen ikke er høj nok, kan mikroskopet ikke skelne objektets fine struktur. På dette tidspunkt, selvom forstørrelsen øges for meget, kan der kun opnås et billede med en stor kontur, men uklare detaljer. , kaldet den ineffektive forstørrelse.
På den anden side, hvis opløsningen har opfyldt kravene, og forstørrelsen er utilstrækkelig, har mikroskopet evnen til at løse, men billedet er for lille til at ses tydeligt af det menneskelige øje. Derfor, for at give fuldt spil til mikroskopets opløsningsevne, bør den numeriske blænde være rimeligt afstemt med mikroskopets totale forstørrelse. Det kondenserede belysningssystem har stor indflydelse på mikroskopets billeddannelsesydelse, men det er også et led, der let overses af brugerne.
Dens funktion er at give tilstrækkelig og ensartet belysning af objektets overflade. Strålen fra kondensatoren skulle kunne udfylde objektivlinsens blændevinkle, ellers kan den højeste opløsning, som objektivlinsen kan opnå, ikke udnyttes fuldt ud. Til dette formål er kondensatoren forsynet med en blænde med variabel blænde, svarende til den i det fotografiske objektiv, og blændestørrelsen kan justeres for at justere belysningsstråleblænden, så den passer til objektivets blændevinkel.
Ved at ændre belysningsmetoden kan du opnå forskellige observationsmetoder, såsom mørke objektpunkter på en lys baggrund (kaldet lysfeltbelysning) eller lyse objektpunkter på en mørk baggrund (kaldet mørkfeltbelysning), for bedre at opdage i forskellige situationer og observere mikrostrukturen. Elektronmikroskop er et instrument, der erstatter lysstråle og optisk linse med elektronstråle og elektronlinse efter princippet om elektronoptik, således at stoffets fine struktur kan afbildes under meget høj forstørrelse.
Et elektronmikroskops opløsningsevne udtrykkes ved den mindste afstand mellem to tilstødende punkter, som det kan opløse. I 1970erne var opløsningen af transmissionselektronmikroskoper omkring 0,3 nanometer (det menneskelige øjes opløsningsevne var omkring 0,1 mm). Nu er den maksimale forstørrelse af elektronmikroskop mere end 3 millioner gange, og den maksimale forstørrelse af optisk mikroskop er omkring 2000 gange, så atomerne af visse tungmetaller og det pænt arrangerede atomgitter i krystaller kan observeres direkte gennem elektronmikroskop.
I 1931 modificerede Knorr-Bremse og Ruska i Tyskland et højspændingsoscilloskop med en koldkatodeudladningselektronkilde og tre elektronlinser og opnåede et forstørret billede mere end ti gange, hvilket bekræftede muligheden for at forstørre billeddannelse med et elektronmikroskop . . I 1932, efter Ruskas forbedring, nåede elektronmikroskopets opløsningsevne 50 nanometer, hvilket var omkring ti gange det optiske mikroskops opløsningsevne på det tidspunkt, så elektronmikroskopet begyndte at tiltrække folks opmærksomhed.
I 1940erne brugte Hill i USA en astigmatiker til at kompensere for elektronlinsens rotationsasymmetri, hvilket gjorde et nyt gennembrud i elektronmikroskopets opløsningsevne og gradvist nåede det moderne niveau. I Kina blev et transmissionselektronmikroskop med succes udviklet i 1958 med en opløsning på 3 nanometer, og i 1979 blev det lavet med en opløsning på 0.
3 nm stort elektronmikroskop. Selvom elektronmikroskopers opløsningsevne er langt bedre end optiske mikroskopers, er det svært at observere levende organismer, fordi elektronmikroskoper skal arbejde under vakuumforhold, og bestrålingen af elektronstråler vil også forårsage strålingsskader på biologiske prøver. Andre spørgsmål, såsom forbedring af lysstyrken af elektronkanonen og kvaliteten af elektronlinsen, skal også undersøges yderligere.
Opløsningsevnen er en vigtig indikator for elektronmikroskopi, som er relateret til den indfaldende keglevinkel og bølgelængde af elektronstrålen, der passerer gennem prøven. Bølgelængden af synligt lys er omkring 300 til 700 nanometer, mens elektronstrålens bølgelængde er relateret til accelerationsspændingen. Når accelerationsspændingen er 50-100 kV, er elektronstrålens bølgelængde omkring 0.
0053 til 0,0037 nm. Da elektronstrålens bølgelængde er meget mindre end bølgelængden af synligt lys, selv hvis keglevinklen på elektronstrålen kun er 1 procent af den for et optisk mikroskop, er opløsningsevnen af et elektronmikroskop stadig langt bedre end den. af et optisk mikroskop. Elektronmikroskopet består af tre dele: linserøret, vakuumsystemet og strømforsyningsskabet.
Linserøret omfatter hovedsageligt elektronkanon, elektronlinse, prøveholder, fluorescerende skærm og kameramekanisme, som normalt er samlet i en cylinder fra top til bund; vakuumsystemet er sammensat af mekanisk vakuumpumpe, diffusionspumpe og vakuumventil osv. Gasrørledningen er forbundet med linsecylinderen; strømforsyningsskabet er sammensat af en højspændingsgenerator, en magnetiseringsstrømstabilisator og forskellige justerings- og kontrolenheder.
Elektronlinsen er den vigtigste del af elektronmikroskopets cylinder. Den bruger et rumligt elektrisk felt eller magnetisk felt, der er symmetrisk med linsecylinderens akse til at bøje elektronbanen til aksen for at danne fokusering. Dens funktion svarer til den konvekse glaslinse til at fokusere strålen, så den kaldes elektron. linse. De fleste moderne elektronmikroskoper bruger elektromagnetiske linser, som fokuserer elektronerne ved hjælp af et stærkt magnetfelt genereret af en meget stabil DC-excitationsstrøm gennem en spole med en polsko.
Elektronkanonen er en komponent bestående af en wolframfilament varm katode, et gitter og en katode. Den kan udsende og danne en elektronstråle med ensartet hastighed, så stabiliteten af accelerationsspændingen er ikke mindre end 1/10,000. Elektronmikroskoper kan opdeles i transmissionselektronmikroskoper, scanningselektronmikroskoper, refleksionselektronmikroskoper og emissionselektronmikroskoper i henhold til deres struktur og anvendelse.
Transmissionselektronmikroskoper bruges ofte til at observere de fine materialestrukturer, som ikke kan skelnes med almindelige mikroskoper; scanning elektronmikroskoper bruges hovedsageligt til at observere morfologien af faste overflader, og kan også kombineres med røntgendiffraktometre eller elektronenergispektrometre for at danne elektroner. Mikroprober til analyse af materialesammensætning; Emissionselektronmikroskopi til undersøgelse af selvemitterende elektronoverflader.
Projektionselektronmikroskopet er opkaldt efter, at elektronstrålen trænger ind i prøven og derefter bruger elektronlinsen til at afbilde og forstørre. Dens optiske vej ligner den for et optisk mikroskop. I dette elektronmikroskop skabes kontrasten af billeddetaljer ved spredning af elektronstrålen af prøvens atomer. Tyndere eller mindre tætte dele af prøven spreder elektronstrålen mindre, så flere elektroner passerer gennem objektivets blænde, deltager i billeddannelsen og fremstår lysere på billedet.
Omvendt ser tykkere eller tættere dele af prøven mørkere ud på billedet. Hvis prøven er for tyk eller for tæt, vil billedets kontrast forringes eller endda blive beskadiget eller ødelagt ved at absorbere elektronstrålens energi. Toppen af transmissionselektronmikroskoprøret er en elektronkanon. Elektronerne udsendes af wolframfilamentets varme katode og passerer gennem den første og anden kondensator for at fokusere elektronstrålen.
Efter at have passeret gennem prøven afbildes elektronstrålen på det mellemliggende spejl af objektivlinsen og forstørres derefter trin for trin gennem det mellemliggende spejl og projektionsspejlet og afbildes derefter på den fluorescerende skærm eller den fotografiske tørre plade. Mellemspejlet justerer hovedsageligt excitationsstrømmen, og forstørrelsen kan løbende ændres fra titusinder til hundredtusindvis af gange; ved at ændre brændvidden af det mellemliggende spejl, kan elektronmikroskopbilleder og elektrondiffraktionsbilleder opnås på bittesmå dele af den samme prøve. .
For at studere tykkere metalskiveprøver har det franske Dulos Electron Optics Laboratory udviklet et ultrahøjspændingselektronmikroskop med en accelererende spænding på 3500 kV. Elektronstrålen i et scanningselektronmikroskop passerer ikke gennem prøven, men scanner og exciterer kun sekundære elektroner på prøvens overflade. En scintillationskrystal placeret ved siden af prøven modtager disse sekundære elektroner og modulerer intensiteten af billedrørets elektronstråle efter forstærkning og ændrer derved lysstyrken på billedrørets skærm.
Billedrørets afbøjningsåg bliver ved med at scanne synkront med elektronstrålen på prøveoverfladen, så billedrørets fluorescerende skærm viser det topografiske billede af prøveoverfladen, hvilket svarer til arbejdsprincippet for industrielt tv. Opløsningen af et scanningselektronmikroskop bestemmes hovedsageligt af diameteren af elektronstrålen på prøveoverfladen.
Forstørrelsen er forholdet mellem scanningsamplituden på billedrøret og scanningsamplituden på prøven, som kontinuerligt kan ændres fra titusinder til hundredtusindvis af gange. Scanning elektronmikroskop kræver ikke meget tynde prøver; billedet har en stærk tredimensionel effekt; den kan analysere stoffets sammensætning ved hjælp af information såsom sekundære elektroner, absorberede elektroner og røntgenstråler genereret af elektronstrålers interaktion med stoffet.
Scanningelektronmikroskopets elektronkanon og kondensator er nogenlunde de samme som transmissionselektronmikroskopets, men for at gøre elektronstrålen tyndere tilføjes en objektivlinse og en astigmatisme under kondensatorlinsen, og to sæt gensidigt vinkelret scanning er også installeret inde i objektivlinsen. spole. Prøvekammeret under objektivlinsen rummer prøvetrinnet, som kan flyttes, drejes og vippes.
