محدوده مشاهده میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی چقدر است

محدوده مشاهده میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی چقدر است

ساختار میکروسکوپ نوری میکروسکوپ نوری به طور کلی از یک مرحله، یک سیستم روشنایی کندانسور، یک عدسی شیئی، یک چشمی و یک مکانیسم فوکوس تشکیل شده است. مرحله برای نگه داشتن شی مورد مشاهده استفاده می شود. مکانیسم فوکوس را می توان با دستگیره فوکوس هدایت کرد تا صحنه را برای تنظیم درشت و تنظیم دقیق بالا و پایین کند، به طوری که جسم مشاهده شده را می توان فوکوس کرد و به وضوح تصویر کرد.

لایه بالایی آن را می توان دقیقاً در صفحه افقی حرکت داد و چرخاند و قسمت مشاهده شده به طور کلی به مرکز میدان دید تنظیم می شود. سیستم روشنایی نورافکن از یک منبع نور و یک لنز کندانسور تشکیل شده است. وظیفه لنز کندانسور این است که انرژی نوری بیشتری را به قسمت مشاهده شده متمرکز کند. ویژگی های طیفی روشنگر باید با باند کاری گیرنده میکروسکوپ تطبیق داده شود.

عدسی شیئی در نزدیکی جسم مشاهده شده قرار دارد و عدسی است که بزرگنمایی سطح اول را درک می کند. چند عدسی شیئی با بزرگنمایی های مختلف به طور همزمان بر روی مبدل عدسی شیئی نصب می شود و لنز شیئی با بزرگنمایی های مختلف می تواند با چرخاندن مبدل وارد مسیر نوری کاری شود. بزرگنمایی عدسی شیئی معمولاً 5 تا 100 برابر است. عدسی شیئی یک عنصر نوری است که نقش تعیین کننده ای در کیفیت تصویر در میکروسکوپ دارد.

اهداف رنگ آمیزی معمول استفاده می شود که می تواند انحراف رنگی را برای دو رنگ نور اصلاح کند. اهداف آپوکروماتیک با کیفیت بالاتر که می توانند انحراف رنگی را برای سه رنگ نور اصلاح کنند. می تواند اطمینان حاصل کند که کل صفحه تصویر لنز شیئی یک صفحه است، به منظور بهبود میدان دید اهداف میدان مسطح با کیفیت تصویربرداری حاشیه ای. اهداف غوطه‌وری مایع اغلب در عدسی‌های شیئی پرقدرت استفاده می‌شوند، یعنی ضریب شکست 1 بین سطح پایینی عدسی شیئی و سطح بالایی ورق نمونه پر می‌شود.

5 یا بیشتر، می تواند وضوح مشاهدات میکروسکوپی را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. چشمی عدسی است که در نزدیکی چشم انسان قرار دارد تا به بزرگنمایی سطح دوم برسد و بزرگنمایی آینه معمولاً 5 تا 20 برابر است. با توجه به اندازه میدان دید که قابل مشاهده است، چشمی ها را می توان به چشمی های معمولی با میدان دید کوچکتر و چشمی های میدان بزرگ (یا چشمی های زاویه باز) با میدان دید بزرگتر تقسیم کرد.

برای دستیابی به تنظیم فوکوس و به دست آوردن تصویر واضح، هم صحنه و هم لنز شیئی باید بتوانند نسبت به محور نوری لنز شیئی حرکت کنند. هنگام کار با یک لنز شیئی با بزرگنمایی بالا، محدوده فوکوس مجاز اغلب کوچکتر از یک میکرون است، بنابراین میکروسکوپ باید دارای مکانیزم میکرو فوکوس بسیار دقیق باشد. حد بزرگنمایی میکروسکوپ، بزرگنمایی موثر است و وضوح میکروسکوپ به حداقل فاصله بین دو نقطه جسم اشاره دارد که به وضوح توسط میکروسکوپ قابل تشخیص است.

وضوح و بزرگنمایی دو مفهوم متمایز اما مرتبط هستند. هنگامی که دیافراگم عددی عدسی شیئی انتخاب شده به اندازه کافی بزرگ نباشد، یعنی وضوح به اندازه کافی بالا نباشد، میکروسکوپ نمی تواند ساختار ظریف جسم را تشخیص دهد. در این زمان، حتی اگر بزرگنمایی بیش از حد افزایش یابد، تنها می توان تصویری با طرح کلی بزرگ اما جزئیات نامشخص به دست آورد. ، بزرگنمایی بی اثر نامیده می شود.

از سوی دیگر، اگر وضوح مورد نیاز را برآورده کرده باشد و بزرگنمایی کافی نباشد، میکروسکوپ توانایی تفکیک را دارد، اما تصویر آنقدر کوچک است که به وضوح توسط چشم انسان دیده نمی شود. بنابراین، به منظور نمایش کامل قدرت تفکیک میکروسکوپ، دیافراگم عددی باید به طور منطقی با بزرگنمایی کلی میکروسکوپ مطابقت داشته باشد. سیستم روشنایی متراکم تأثیر زیادی بر عملکرد تصویربرداری میکروسکوپ دارد، اما همچنین پیوندی است که به راحتی توسط کاربران نادیده گرفته می شود.

وظیفه آن تامین روشنایی کافی و یکنواخت سطح جسم است. پرتوی از کندانسور باید بتواند زاویه دیافراگم عدسی شیئی را پر کند، در غیر این صورت نمی توان از بالاترین وضوحی که لنز شیئی می تواند به دست آورد به طور کامل استفاده کرد. برای این منظور، کندانسور با دیافراگم دیافراگم متغیر مشابه دیافراگم هدف عکاسی ارائه می‌شود و اندازه دیافراگم را می‌توان تنظیم کرد تا دیافراگم پرتو روشنایی را برای مطابقت با زاویه دیافراگم هدف تنظیم کند.

با تغییر روش نورپردازی، می‌توانید روش‌های مشاهده‌ای مختلفی مانند نقاط شی تاریک در پس‌زمینه روشن (به نام روشنایی میدان روشن) یا نقاط جسم روشن در پس‌زمینه تیره (به نام روشنایی میدان تاریک) به دست آورید تا در موقعیت‌های مختلف بهتر کشف کنید. و ریزساختار را مشاهده کنید. میکروسکوپ الکترونی ابزاری است که با توجه به اصل اپتیک الکترونی، پرتو نور و عدسی نوری را با پرتو الکترونی و عدسی الکترونی جایگزین می‌کند، به طوری که ساختار ظریف ماده با بزرگنمایی بسیار بالا قابل تصویربرداری است.

قدرت تفکیک میکروسکوپ الکترونی با کمترین فاصله بین دو نقطه مجاور که می تواند تفکیک کند بیان می شود. در دهه 197، وضوح میکروسکوپ های الکترونی عبوری حدود 0.3 نانومتر بود (قدرت تفکیک چشم انسان حدود 0.1 میلی متر بود). در حال حاضر حداکثر بزرگنمایی میکروسکوپ الکترونی بیش از 3 میلیون برابر و حداکثر بزرگنمایی میکروسکوپ نوری حدود 2000 برابر است، بنابراین اتم های برخی از فلزات سنگین و شبکه اتمی منظم در کریستال ها را می توان مستقیماً از طریق میکروسکوپ الکترونی مشاهده کرد.

در سال 1931، Knorr-Bremse و Ruska در آلمان، یک اسیلوسکوپ ولتاژ بالا را با منبع الکترونی تخلیه کاتد سرد و سه عدسی الکترونی اصلاح کردند و تصویری با بزرگنمایی بیش از ده برابر به دست آوردند که امکان بزرگنمایی تصویربرداری توسط میکروسکوپ الکترونی را تایید کرد. . . در سال 1932، پس از بهبود Ruska، قدرت تفکیک میکروسکوپ الکترونی به 50 نانومتر رسید که حدود ده برابر قدرت تفکیک میکروسکوپ نوری در آن زمان بود، بنابراین میکروسکوپ الکترونی توجه مردم را به خود جلب کرد.

در دهه 194، هیل در ایالات متحده از یک آستیگماتیست برای جبران عدم تقارن چرخشی عدسی الکترونی استفاده کرد، که پیشرفت جدیدی در قدرت تفکیک میکروسکوپ الکترونی ایجاد کرد و به تدریج به سطح مدرن رسید. در چین، میکروسکوپ الکترونی عبوری در سال 1958 با وضوح 3 نانومتر با موفقیت ساخته شد و در سال 1979 با وضوح 0 ساخته شد.

میکروسکوپ الکترونی بزرگ 3 نانومتری. اگرچه قدرت تفکیک میکروسکوپ های الکترونی به مراتب بهتر از میکروسکوپ های نوری است، اما مشاهده موجودات زنده دشوار است زیرا میکروسکوپ های الکترونی باید در شرایط خلاء کار کنند و تابش پرتوهای الکترونی نیز باعث آسیب تشعشع به نمونه های بیولوژیکی می شود. مسائل دیگری مانند بهبود روشنایی تفنگ الکترونی و کیفیت عدسی الکترونی نیز نیاز به مطالعه بیشتر دارد.

قدرت تفکیک یک شاخص مهم میکروسکوپ الکترونی است که به زاویه مخروط فرودی و طول موج پرتو الکترونی عبوری از نمونه مربوط می شود. طول موج نور مرئی حدود 300 تا 700 نانومتر است، در حالی که طول موج پرتو الکترونی مربوط به ولتاژ شتاب دهنده است. هنگامی که ولتاژ شتاب دهنده 50-100 کیلوولت است، طول موج پرتو الکترونی حدود 0 است.

0053 تا 0.0037 نانومتر. از آنجایی که طول موج پرتو الکترونی بسیار کوچکتر از طول موج نور مرئی است، حتی اگر زاویه مخروط پرتو الکترونی فقط 1 درصد از یک میکروسکوپ نوری باشد، قدرت تفکیک میکروسکوپ الکترونی هنوز بسیار بالاتر از آن است. از یک میکروسکوپ نوری میکروسکوپ الکترونی از سه بخش تشکیل شده است: لوله عدسی، سیستم خلاء و کابینت منبع تغذیه.

لوله لنز عمدتاً شامل تفنگ الکترونی، لنز الکترونی، نگهدارنده نمونه، صفحه فلورسنت و مکانیسم دوربین است که معمولاً در یک استوانه از بالا به پایین مونتاژ می شوند. سیستم خلاء از پمپ خلاء مکانیکی، پمپ انتشار و شیر خلاء و غیره تشکیل شده است. خط لوله گاز با بشکه لنز متصل می شود کابینت منبع تغذیه از یک ژنراتور ولتاژ بالا، یک تثبیت کننده جریان تحریک و واحدهای تنظیم و کنترل مختلف تشکیل شده است.

عدسی الکترونی مهمترین بخش بشکه میکروسکوپ الکترونی است. از یک میدان الکتریکی فضایی یا میدان مغناطیسی متقارن با محور لوله عدسی استفاده می‌کند تا مسیر الکترون را به محور خم کند تا تمرکز ایجاد شود. عملکرد آن شبیه به عدسی محدب شیشه ای برای متمرکز کردن پرتو است، بنابراین به آن الکترون می گویند. لنز بیشتر میکروسکوپ‌های الکترونی مدرن از عدسی‌های الکترومغناطیسی استفاده می‌کنند که الکترون‌ها را توسط یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد شده توسط یک جریان تحریک DC بسیار پایدار از طریق یک سیم پیچ با یک کفشک قطبی متمرکز می‌کنند.

تفنگ الکترونی یک جزء متشکل از یک کاتد داغ رشته تنگستن، یک شبکه و یک کاتد است. می تواند یک پرتو الکترونی با سرعت یکنواخت ساطع کرده و تشکیل دهد، بنابراین پایداری ولتاژ شتاب دهنده کمتر از 1/10 نیست،{2}}. میکروسکوپ های الکترونی را می توان با توجه به ساختار و کاربردشان به میکروسکوپ های الکترونی عبوری، میکروسکوپ های الکترونی روبشی، میکروسکوپ های الکترونی بازتابی و میکروسکوپ های الکترونی گسیلی تقسیم کرد.

میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری اغلب برای مشاهده ساختارهای مواد ظریفی که با میکروسکوپ‌های معمولی قابل تشخیص نیستند استفاده می‌شوند. میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی عمدتاً برای مشاهده مورفولوژی سطوح جامد استفاده می‌شوند و همچنین می‌توانند با پراش سنج‌های اشعه ایکس یا طیف‌سنج‌های انرژی الکترونی برای تشکیل الکترون ترکیب شوند. میکروپروب برای تجزیه و تحلیل ترکیب مواد؛ میکروسکوپ الکترونی گسیلی برای مطالعه سطوح الکترون خود ساطع کننده

نام میکروسکوپ الکترونی پروژکشن پس از نفوذ پرتو الکترونی به نمونه و سپس استفاده از عدسی الکترونی برای تصویربرداری و بزرگنمایی است. مسیر نوری آن شبیه به یک میکروسکوپ نوری است. در این میکروسکوپ الکترونی کنتراست جزئیات تصویر با پراکندگی پرتو الکترونی توسط اتم های نمونه ایجاد می شود. قسمت‌های نازک‌تر یا چگال‌تر نمونه، پرتو الکترونی کمتر پراکنده می‌شود، بنابراین الکترون‌های بیشتری از دیافراگم هدف عبور می‌کنند، در تصویربرداری شرکت می‌کنند و در تصویر روشن‌تر به نظر می‌رسند.

برعکس، قسمت های ضخیم تر یا متراکم تر نمونه در تصویر تیره تر به نظر می رسند. اگر نمونه خیلی ضخیم یا خیلی متراکم باشد، کنتراست تصویر بدتر می شود یا حتی با جذب انرژی پرتو الکترونی آسیب دیده یا از بین می رود. بالای لوله میکروسکوپ الکترونی عبوری یک تفنگ الکترونی است. الکترون ها توسط کاتد داغ رشته تنگستن گسیل می شوند و از کندانسور اول و دوم عبور می کنند تا پرتو الکترونی را متمرکز کنند.

پس از عبور از نمونه، پرتو الکترونی توسط عدسی شیئی روی آینه میانی تصویربرداری می شود و سپس گام به گام از طریق آینه میانی و آینه طرح ریزی بزرگ می شود و سپس روی صفحه فلورسنت یا صفحه خشک عکاسی تصویربرداری می شود. آینه میانی عمدتاً جریان تحریک را تنظیم می کند و بزرگنمایی را می توان به طور مداوم از ده ها بار به صدها هزار بار تغییر داد. با تغییر فاصله کانونی آینه میانی، می توان تصاویر میکروسکوپ الکترونی و تصاویر پراش الکترونی را بر روی قسمت های کوچک همان نمونه به دست آورد. .

به منظور مطالعه نمونه‌های برش فلز ضخیم‌تر، آزمایشگاه اپتیک الکترون Dulos فرانسوی یک میکروسکوپ الکترونی با ولتاژ فوق‌العاده با ولتاژ شتاب‌دهنده 3500 کیلو ولت ایجاد کرده است. پرتو الکترونی میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه عبور نمی کند، بلکه فقط الکترون های ثانویه را روی سطح نمونه اسکن و تحریک می کند. یک کریستال سوسوزن که در کنار نمونه قرار می گیرد، این الکترون های ثانویه را دریافت می کند و شدت پرتو الکترونی لوله تصویر را پس از تقویت تعدیل می کند و در نتیجه روشنایی صفحه نمایش لوله تصویر را تغییر می دهد.

یوغ انحراف لوله تصویر به طور همزمان با پرتو الکترونی روی سطح نمونه اسکن می شود، به طوری که صفحه فلورسنت لوله تصویر تصویر توپوگرافی سطح نمونه را نشان می دهد که مشابه اصل کار تلویزیون صنعتی است. وضوح یک میکروسکوپ الکترونی روبشی عمدتاً با قطر پرتو الکترونی روی سطح نمونه تعیین می شود.

بزرگنمایی نسبت دامنه اسکن روی لوله تصویر به دامنه اسکن روی نمونه است که می تواند به طور مداوم از ده ها بار به صدها هزار بار تغییر کند. میکروسکوپ الکترونی روبشی به نمونه های بسیار نازک نیاز ندارد. تصویر دارای یک اثر سه بعدی قوی است. می‌تواند ترکیب ماده را با استفاده از اطلاعاتی مانند الکترون‌های ثانویه، الکترون‌های جذب‌شده و اشعه ایکس که از برهمکنش پرتوهای الکترونی با ماده ایجاد می‌شود، تجزیه و تحلیل کند.

تفنگ الکترونی و کندانسور میکروسکوپ الکترونی روبشی تقریباً مشابه میکروسکوپ الکترونی عبوری است، اما برای نازک‌تر کردن پرتو الکترونی، یک عدسی شیئی و یک آستیگماتیسم زیر عدسی کندانسور و دو مجموعه متقابل اضافه می‌شود. اسکن عمودی نیز در داخل لنز شیئی نصب شده است. سیم پیچ محفظه نمونه زیر عدسی شیئی، مرحله نمونه را در خود جای می دهد که می تواند حرکت، چرخش و کج شود.