מהו טווח התצפית של מיקרוסקופ אור ומיקרוסקופ אלקטרונים
מבנה המיקרוסקופ האופטי המיקרוסקופ האופטי מורכב בדרך כלל מבמה, מערכת תאורת מעבה, עדשת אובייקטיבית, עינית ומנגנון מיקוד. הבמה משמשת לאחיזה של האובייקט שיש להתבונן בו. ניתן להניע את מנגנון המיקוד על ידי כפתור המיקוד כדי לגרום לבמה לנוע למעלה ולמטה להתאמה גסה והתאמה עדינה, כך שניתן יהיה למקד את האובייקט הנצפה ולהצטלם בצורה ברורה.
את השכבה העליונה שלו ניתן להזיז ולסובב במדויק במישור האופקי, והחלק הנצפה מותאם בדרך כלל למרכז שדה הראייה. מערכת תאורת הזרקורים מורכבת ממקור אור ועדשת מעבה. תפקידה של עדשת הקבל הוא לרכז יותר אנרגיית אור לחלק הנצפה. יש להתאים את המאפיינים הספקטרליים של המאיר לרצועת העבודה של מקלט המיקרוסקופ.
עדשת האובייקטיבית ממוקמת ליד האובייקט הנצפה והיא העדשה שמממשת את ההגדלה ברמה הראשונה. כמה עדשות אובייקטיביות עם הגדלות שונות מותקנות על ממיר עדשת האובייקטיב בו זמנית, ועדשת האובייקטיב עם הגדלות שונות יכולה להיכנס לנתיב האופטי הפועל על ידי סיבוב הממיר. ההגדלה של עדשת המטרה היא בדרך כלל פי 5 עד 100. עדשת האובייקטיב היא אלמנט אופטי הממלא תפקיד מכריע באיכות התמונה במיקרוסקופ.
מטרות אכרומטיות בשימוש נפוץ שיכולות לתקן סטייה כרומטית עבור שני צבעי אור; מטרות אפוכרומטיות באיכות גבוהה יותר שיכולות לתקן סטייה כרומטית עבור שלושה צבעי אור; יכול להבטיח שכל מישור התמונה של עדשת המטרה יהיה מישור, על מנת לשפר את שדה הראייה מטרות שדה שטוחות עם איכות הדמיה שולית. מטרות טבילה בנוזל משמשות לעתים קרובות בעדשות אובייקטיביות בעלות הספק גבוה, כלומר, מקדם השבירה של 1 מתמלא בין המשטח התחתון של עדשת האובייקט לבין המשטח העליון של יריעת הדגימה.
5 בערך, זה יכול לשפר משמעותית את הרזולוציה של תצפית מיקרוסקופית. העינית היא עדשה הממוקמת ליד העין האנושית כדי להשיג הגדלה ברמה השנייה, וההגדלה של המראה היא בדרך כלל פי 5 עד 20. לפי גודל שדה הראייה שניתן לראות, ניתן לחלק עיניות לעיניות רגילות בעלות שדה ראיה קטן יותר ועיניות בעלות שדה גדול (או עיניות רחבות זווית) בעלות שדה ראייה גדול יותר.
גם הבמה וגם עדשת המטרה חייבת להיות מסוגלת לנוע ביחס לציר האופטי של עדשת המטרה כדי להשיג התאמת פוקוס ולקבל תמונה ברורה. כאשר עובדים עם עדשת אובייקטיבית בהגדלה גבוהה, טווח המיקוד המותר הוא לרוב קטן ממיקרון, ולכן המיקרוסקופ חייב להיות בעל מנגנון מיקרו מיקוד מדויק במיוחד. גבול ההגדלה של המיקרוסקופ הוא ההגדלה האפקטיבית, והרזולוציה של המיקרוסקופ מתייחסת למרחק המינימלי בין שתי נקודות אובייקט שניתן להבחין בבירור על ידי המיקרוסקופ.
רזולוציה והגדלה הם שני מושגים נפרדים אך קשורים. כאשר הצמצם המספרי של עדשת האובייקט הנבחרת אינו גדול מספיק, כלומר הרזולוציה אינה גבוהה מספיק, המיקרוסקופ אינו יכול להבחין במבנה העדין של האובייקט. בשלב זה, גם אם הגדלה מוגזמת, ניתן לקבל רק תמונה עם קו מתאר גדול אך פרטים לא ברורים. , הנקרא ההגדלה הלא יעילה.
מצד שני, אם הרזולוציה עמדה בדרישות וההגדלה לא מספקת, למיקרוסקופ יש יכולת פתרון, אבל התמונה קטנה מכדי להיראות בבירור בעין האנושית. לכן, על מנת לתת משחק מלא לכוח הרזולוציה של המיקרוסקופ, יש להתאים את הצמצם המספרי בצורה סבירה להגדלה הכוללת של המיקרוסקופ. למערכת התאורה המעובה יש השפעה רבה על ביצועי ההדמיה של המיקרוסקופ, אך היא גם קישור שהמשתמשים מתעלמים ממנו בקלות.
תפקידו לספק תאורה מספקת ואחידה של פני האובייקט. האלומה מהמעבה אמורה להיות מסוגלת למלא את זווית הצמצם של עדשת האובייקט, אחרת לא ניתן לנצל את הרזולוציה הגבוהה ביותר שעדשת האובייקטיבית יכולה להשיג. לצורך כך מסופק המעבה עם דיאפרגמת צמצם משתנה בדומה לזו שבאובייקטיבי הצילום, וניתן לכוון את גודל הצמצם כדי להתאים את צמצם אלומת ההארה כך שיתאים לזווית הצמצם של האובייקט.
על ידי שינוי שיטת התאורה, ניתן להשיג שיטות תצפית שונות כגון נקודות אובייקט כהות על רקע בהיר (הנקראות תאורת שדה בהירה) או נקודות אובייקט בהירות על רקע כהה (נקראת תאורת שדה כהה), כדי לגלות טוב יותר במצבים שונים ולהתבונן במבנה המיקרו. מיקרוסקופ אלקטרונים הוא מכשיר המחליף את קרן האור והעדשה האופטית בקרן אלקטרונים ועדשת אלקטרונים על פי עקרון אופטיקה אלקטרונים, כך שניתן לצלם את המבנה העדין של החומר בהגדלה גבוהה מאוד.
כוח הרזולוציה של מיקרוסקופ אלקטרוני מתבטא במרחק הקטן ביותר בין שתי נקודות סמוכות שהוא יכול לפתור. בשנות ה-1970, הרזולוציה של מיקרוסקופי אלקטרונים תמסורת הייתה בערך 0.3 ננומטר (כוח הרזולוציה של העין האנושית היה בערך 0.1 מ"מ). כעת ההגדלה המקסימלית של מיקרוסקופ אלקטרונים היא יותר מפי 3 מיליון, וההגדלה המקסימלית של מיקרוסקופ אופטי היא בערך פי 2000, כך שניתן לצפות ישירות באטומים של מתכות כבדות מסוימות והסריג האטומי המסודר בקפידה בקריסטלים דרך מיקרוסקופ אלקטרונים.
בשנת 1931 שינו קנור-ברמסה ורוסקה בגרמניה אוסילוסקופ במתח גבוה עם מקור אלקטרוני פריקה של קתודה קרה ושלוש עדשות אלקטרונים, והשיגו תמונה מוגדלת יותר מפי עשרה, שאישרה את האפשרות להגדיל את ההדמיה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים. . . בשנת 1932, לאחר השיפור של רוסקה, הגיע כוח הרזולוציה של מיקרוסקופ האלקטרונים ל-50 ננומטר, שהיה בערך פי עשרה מעוצמת הרזולוציה של המיקרוסקופ האופטי באותה תקופה, ולכן מיקרוסקופ האלקטרונים החל למשוך את תשומת לבם של אנשים.
בשנות ה-1940, היל בארצות הברית השתמש באסטיגמטיסט כדי לפצות על האסימטריה הסיבובית של עדשת האלקטרונים, שעשתה פריצת דרך חדשה בכוח הפתרון של מיקרוסקופ האלקטרונים והגיעה בהדרגה לרמה המודרנית. בסין פותח בהצלחה מיקרוסקופ אלקטרוני תמסורת בשנת 1958 ברזולוציה של 3 ננומטר, ובשנת 1979 הוא נוצר ברזולוציה של 0.
מיקרוסקופ אלקטרונים גדול 3 ננומטר. למרות שכוח הרזולוציה של מיקרוסקופים אלקטרונים טוב בהרבה מזה של מיקרוסקופים אופטיים, קשה לצפות באורגניזמים חיים מכיוון שמיקרוסקופים אלקטרונים צריכים לעבוד בתנאי ואקום, והקרנה של קרני אלקטרונים תגרום גם לנזק קרינה לדגימות ביולוגיות. נושאים אחרים, כמו שיפור הבהירות של רובה האלקטרונים ואיכות עדשת האלקטרונים, צריכות להיבדק גם הן.
כוח הרזולוציה הוא אינדיקטור חשוב של מיקרוסקופ אלקטרונים, הקשור לזווית החרוט הנכנסת ולאורך הגל של קרן האלקטרונים העוברת דרך המדגם. אורך הגל של האור הנראה הוא בערך 300 עד 700 ננומטר, בעוד שאורך הגל של אלומת האלקטרונים קשור למתח האצה. כאשר מתח האצה הוא 50-100 קילו וולט, אורך הגל של אלומת האלקטרונים הוא בערך 0.
0053 עד 0.0037 ננומטר. מכיוון שאורך הגל של קרן האלקטרונים קטן בהרבה מאורך הגל של האור הנראה, גם אם זווית החרוט של קרן האלקטרונים היא רק 1 אחוז מזו של מיקרוסקופ אופטי, עוצמת הרזולוציה של מיקרוסקופ אלקטרונים עדיין גבוהה בהרבה מזה. של מיקרוסקופ אופטי. מיקרוסקופ האלקטרונים מורכב משלושה חלקים: צינור העדשה, מערכת הוואקום וארון אספקת החשמל.
קנה העדשה כולל בעיקר אקדח אלקטרונים, עדשת אלקטרונים, מחזיק לדוגמא, מסך פלורסנט ומנגנון מצלמה, המורכבים לרוב לגליל מלמעלה למטה; מערכת הוואקום מורכבת ממשאבת ואקום מכנית, משאבת דיפוזיה ושסתום ואקום וכו'. צינור הגז מחובר לחבית העדשה; ארון אספקת החשמל מורכב מגנרטור מתח גבוה, מייצב זרם עירור ויחידות התאמה ובקרה שונות.
עדשת האלקטרונים היא החלק החשוב ביותר בחבית מיקרוסקופ האלקטרונים. הוא משתמש בשדה חשמלי מרחבי או בשדה מגנטי שהוא סימטרי לציר של קנה העדשה כדי לכופף את מסלול האלקטרונים לציר כדי ליצור מיקוד. תפקידו דומה לזה של עדשת הזכוכית הקמורה למקד את הקרן, ולכן הוא נקרא אלקטרון. עֲדָשָׁה. רוב מיקרוסקופי האלקטרונים המודרניים משתמשים בעדשות אלקטרומגנטיות, הממקדות את האלקטרונים על ידי שדה מגנטי חזק שנוצר על ידי זרם עירור DC יציב מאוד דרך סליל עם נעל מוט.
אקדח האלקטרונים הוא רכיב המורכב מקתודה חמה של חוט טונגסטן, רשת וקתודה. הוא יכול לפלוט וליצור אלומת אלקטרונים במהירות אחידה, כך שהיציבות של מתח האצה אינה פחותה מ-1/10,000. ניתן לחלק את מיקרוסקופי האלקטרונים למיקרוסקופי אלקטרונים תמסורת, מיקרוסקופים אלקטרונים סורקים, מיקרוסקופי אלקטרונים השתקפות ומיקרוסקופי אלקטרונים פליטה לפי המבנה והשימוש בהם.
מיקרוסקופים אלקטרונים שידור משמשים לעתים קרובות כדי לצפות באותם מבנים חומריים עדינים שלא ניתן להבחין בהם על ידי מיקרוסקופים רגילים; מיקרוסקופים סורקים של אלקטרונים משמשים בעיקר כדי לצפות במורפולוגיה של משטחים מוצקים, וניתן לשלב אותם גם עם מדדי דיפרקטומטרים של רנטגן או ספקטרומטרים של אנרגיית אלקטרונים ליצירת אלקטרונים. מיקרופרובס לניתוח הרכב החומר; מיקרוסקופ פליטת אלקטרונים לחקר משטחי אלקטרונים פולטים עצמיים.
מיקרוסקופ אלקטרוני ההקרנה נקרא על שם קרן האלקטרונים חודרת לדגימה ולאחר מכן משתמשת בעדשת האלקטרונים כדי לצלם ולהגדיל. הנתיב האופטי שלו דומה לזה של מיקרוסקופ אופטי. במיקרוסקופ אלקטרוני זה, הניגוד של פרטי התמונה נוצר על ידי פיזור קרן האלקטרונים על ידי האטומים של הדגימה. חלקים דקים יותר או פחות צפופים של הדגימה, אלומת האלקטרונים מתפזרת פחות, כך שיותר אלקטרונים עוברים דרך הצמצם האובייקטיבי, משתתפים בהדמיה ונראים בהירים יותר בתמונה.
לעומת זאת, חלקים עבים או צפופים יותר של המדגם נראים כהים יותר בתמונה. אם הדגימה עבה מדי או צפופה מדי, הניגודיות של התמונה תתדרדר או אפילו תיפגע או תיהרס על ידי קליטת האנרגיה של אלומת האלקטרונים. החלק העליון של צינור מיקרוסקופ האלקטרונים ההולכה הוא אקדח אלקטרונים. האלקטרונים נפלטים על ידי הקתודה החמה של חוט טונגסטן ועוברים דרך המעבים הראשון והשני כדי למקד את אלומת האלקטרונים.
לאחר מעבר דרך הדגימה, קרן האלקטרונים מצולם על המראה האמצעית על ידי עדשת האובייקט, ולאחר מכן מוגדלת שלב אחר שלב דרך המראה האמצעית ומראת ההקרנה, ולאחר מכן מצטלמת על מסך הפלורסנט או הצלחת היבשה. מראת הביניים מתאימה בעיקר את זרם העירור, וניתן לשנות את ההגדלה באופן רציף מעשרות מונים למאות אלפי פעמים; על ידי שינוי אורך המוקד של מראה הביניים, ניתן לקבל תמונות של מיקרוסקופ אלקטרונים ותמונות עקיפות אלקטרונים על חלקים זעירים של אותה דגימה. .
על מנת לחקור דגימות פרוסות מתכת עבות יותר, מעבדת האלקטרון האופטיקה של דולוס הצרפתית פיתחה מיקרוסקופ אלקטרונים במתח גבוה במיוחד עם מתח מאיץ של 3500 קילו-וולט. אלומת האלקטרונים של מיקרוסקופ אלקטרונים סורק אינה עוברת דרך המדגם, אלא רק סורקת ומעוררת אלקטרונים משניים על פני הדגימה. גביש נצנוץ הממוקם ליד הדגימה קולט את האלקטרונים המשניים הללו ומווסת את עוצמת אלומת האלקטרונים של צינור התמונה לאחר ההגברה, ובכך משנה את הבהירות על מסך צינור התמונה.
עול הסטייה של צינור התמונה ממשיך לסרוק באופן סינכרוני עם אלומת האלקטרונים על משטח הדגימה, כך שהמסך הפלורסנט של צינור התמונה מציג את התמונה הטופוגרפית של משטח המדגם, הדומה לעקרון העבודה של טלוויזיה תעשייתית. הרזולוציה של מיקרוסקופ אלקטרונים סורק נקבעת בעיקר על ידי קוטר קרן האלקטרונים על פני הדגימה.
ההגדלה היא היחס בין משרעת הסריקה בצינור התמונה לבין משרעת הסריקה בדגימה, אותה ניתן לשנות ברציפות מעשרות מונים למאות אלפי פעמים. מיקרוסקופ אלקטרוני סורק אינו דורש דגימות דקות מאוד; לתמונה יש אפקט תלת מימדי חזק; הוא יכול לנתח את הרכב החומר באמצעות מידע כגון אלקטרונים משניים, אלקטרונים נספגים וקרני רנטגן שנוצרות על ידי האינטראקציה של אלומות אלקטרונים עם חומר.
אקדח האלקטרונים והמעבה של מיקרוסקופ האלקטרונים הסורק זהים בערך לאלו של מיקרוסקופ האלקטרונים ההולכה, אך על מנת להפוך את קרן האלקטרונים לדקה יותר, מוסיפים עדשת אובייקטיבית ואסטיגמציה מתחת לעדשת המעבה, ושתי קבוצות של סריקה אנכית מותקנת גם בתוך עדשת האובייקטיב. סליל. תא הדגימה מתחת לעדשת האובייקטיבית מכיל את שלב הדגימה שניתן להזיז, לסובב ולהטות.
