Optik mikroskop ve elektron mikroskobunun gözlem aralığı nedir?
Optik mikroskobun bileşimi ve yapısı Optik mikroskop genellikle bir sahne, bir spot aydınlatma sistemi, bir objektif lens, bir göz merceği ve bir odaklama mekanizmasından oluşur. Sahne, gözlemlenecek nesneyi tutmak için kullanılır. Odaklama mekanizması, kaba ayar ve ince ayar için sahneyi yukarı ve aşağı hareket ettirmek için odaklama düğmesi tarafından çalıştırılabilir, böylece gözlemlenen nesne odaklanabilir ve net bir şekilde görüntülenebilir.
Üst katmanı, yatay düzlemde hassas bir şekilde hareket edebilir ve dönebilir ve genellikle gözlenen kısmı görüş alanının merkezine ayarlar. Spot aydınlatma sistemi, bir ışık kaynağı ve bir kondansatörden oluşur. Kondansatörün işlevi, gözlenen kısma daha fazla ışık enerjisi yoğunlaştırmaktır. Aydınlatma lambasının spektral özellikleri, mikroskop alıcısının çalışma bandı ile uyumlu olmalıdır.
Objektif mercek, gözlemlenecek nesnenin yakınında bulunur ve ilk büyütme seviyesini gerçekleştiren mercektir. Objektif lens dönüştürücüye aynı anda farklı büyütme oranlarına sahip birkaç objektif lens takılır ve farklı büyütme oranlarına sahip objektif lensler, dönüştürücüyü döndürerek çalışan optik yola girebilir. Objektif merceğin büyütmesi genellikle 5 ila 100 kat arasındadır. Objektif mercek, mikroskopta görüntünün kalitesinde belirleyici rol oynayan optik elemandır.
Yaygın olarak kullanılanlar, iki ışık rengi için renk sapmasını düzeltebilen akromatik objektif lenslerdir; üç tür renkli ışık için renk sapmasını düzeltebilen daha yüksek kaliteli apokromatik objektif lensler; marjinal görüntü kalitesiyle düz alan hedeflerinin görüş alanını iyileştirmek için objektif merceğin tüm görüntü düzleminin düz olmasını sağlayabilir. Sıvı daldırmalı objektifler genellikle yüksek büyütmeli objektiflerde kullanılır, yani objektif merceğin alt yüzeyi ile numune tabakasının üst yüzeyi arasındaki kırılma indisi 1'dir.
5 sıvı, mikroskobik gözlemin çözünürlüğünü önemli ölçüde artırabilir. Mercek, ikinci büyütme seviyesini elde etmek için insan gözünün yakınında bulunan bir mercektir ve merceğin büyütmesi genellikle 5 ila 20 kat arasındadır. Görülebilen görüş alanının boyutuna göre, okülerler iki türe ayrılabilir: daha küçük bir görüş alanına sahip sıradan okülerler ve daha geniş bir görüş alanına sahip geniş alanlı okülerler (veya geniş açılı okülerler).
Hem sahne hem de objektif lens, odak ayarı elde etmek ve net bir görüntü elde etmek için objektif merceğin optik ekseni boyunca birbirine göre hareket edebilmelidir. Yüksek büyütme oranlı bir objektif lens ile çalışırken, izin verilen odaklama aralığı genellikle mikrondan daha küçüktür, bu nedenle mikroskobun çok hassas bir mikro odaklama mekanizmasına sahip olması gerekir. Mikroskobun büyütme sınırı etkili büyütmedir ve mikroskobun çözünürlüğü, mikroskop tarafından açıkça ayırt edilebilen iki nesne noktası arasındaki minimum mesafeyi ifade eder.
Çözünürlük ve büyütme iki farklı fakat ilişkili kavramdır. Seçilen objektif merceğin sayısal açıklığı yeterince büyük olmadığında, yani çözünürlüğü yeterince yüksek olmadığında, mikroskop cismin ince yapısını ayırt edemez. Bu sırada, büyütme aşırı artırılsa bile, elde edilen görüntü ancak ana hatları büyük ancak ayrıntıları net olmayan bir görüntü olabilir. , geçersiz büyütme olarak adlandırılır.
Tersine, çözünürlük gereksinimleri karşılıyorsa ancak büyütme yetersizse, mikroskop çözme yeteneğine sahiptir, ancak görüntü hala insan gözü tarafından net bir şekilde görülemeyecek kadar küçüktür. Bu nedenle, mikroskobun çözme gücüne tam anlamıyla yer vermek için sayısal açıklık, mikroskobun toplam büyütmesiyle makul bir şekilde eşleştirilmelidir. Spot aydınlatma sistemi, mikroskobun görüntüleme performansı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir, ancak kullanıcılar tarafından kolayca gözden kaçan bir bağlantıdır.
İşlevi, nesne yüzeyinin yeterli ve düzgün bir şekilde aydınlatılmasını sağlamaktır. Kondansatör tarafından gönderilen ışık huzmesi, objektif merceğin açıklık açısını doldurmasını sağlamalıdır, aksi halde objektif merceğin ulaşabileceği en yüksek çözünürlükten tam olarak yararlanılamaz. Bu amaçla, kondansatör, açıklığın boyutunu ayarlayabilen ve objektifin açıklık açısına uyması için aydınlatma huzmesinin açıklığını ayarlamak için kullanılan, fotoğrafik objektif merceğindekine benzer değişken bir diyafram açıklığı ile donatılmıştır. lens.
Aydınlatma yöntemini değiştirerek, parlak bir arka plan üzerinde karanlık nesne noktaları (parlak alan aydınlatması olarak adlandırılır) veya karanlık bir arka plan üzerinde parlak nesne noktaları (karanlık alan aydınlatması olarak adlandırılır) gibi farklı gözlem yöntemleri elde edilebilir. mikro yapı. Elektron mikroskobu, elektron optiği ilkesine dayanan, maddelerin ince yapılarını çok yüksek büyütme oranlarında görüntülemek için ışık ışınları ve optik mercekler yerine elektron ışınları ve elektron mercekleri kullanan bir alettir.
Bir elektron mikroskobunun çözme gücü, çözebileceği iki bitişik nokta arasındaki minimum mesafe ile temsil edilir. 1970lerde, transmisyon elektron mikroskobunun çözünürlüğü yaklaşık 0,3 nanometreydi (insan gözünün çözme gücü yaklaşık 0,1 mm idi). Şimdi elektron mikroskobunun maksimum büyütmesi 3 milyon katı aşarken, optik mikroskobun maksimum büyütmesi yaklaşık 2000 kattır, bu nedenle bazı ağır metallerin atomları ve kristalde düzgün bir şekilde düzenlenmiş atomik kafesler elektron mikroskobu aracılığıyla doğrudan gözlemlenebilir. .
1931'de Almanya'dan Knorr-Bremse ve Ruska, yüksek voltajlı bir osiloskopu soğuk katot deşarjlı bir elektron kaynağı ve üç elektron merceği ile yeniden donattılar ve on kattan fazla büyütülmüş bir görüntü elde ettiler, bu da elektron mikroskobu ile büyütülmüş görüntüleme olasılığını doğruladı. 1932'de Ruska'nın geliştirmesinden sonra, elektron mikroskobunun çözme gücü, o zamanki optik mikroskobun çözme gücünün yaklaşık on katı olan 50 nanometreye ulaştı ve böylece elektron mikroskobu insanların dikkatini çekmeye başladı.
1940lerde Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Hill, elektron merceğinin dönme asimetrisini telafi etmek için bir astigmatizör kullandı, bu da elektron mikroskobunun çözme gücünde yeni bir atılım yaptı ve yavaş yavaş modern düzeye ulaştı. Çin'de, 1958'de 3 nanometre çözünürlüğe sahip bir transmisyon elektron mikroskobu başarıyla geliştirildi ve 1979'da 0 çözünürlükle üretildi.
3nm büyük elektron mikroskobu. Elektron mikroskobunun çözme gücü optik mikroskoba göre çok daha iyi olmasına rağmen, canlı organizmaları gözlemlemek zordur çünkü elektron mikroskobunun vakum koşulları altında çalışması gerekir ve elektron ışınının ışınlaması da biyolojik numunelerin bozulmasına neden olur. radyasyondan zarar görebilir. Elektron tabancasının parlaklığının iyileştirilmesi ve elektron merceğinin kalitesi gibi diğer konuların da daha fazla çalışılması gerekiyor.
Çözme gücü, numuneden geçen elektron demetinin gelen koni açısı ve dalga boyu ile ilgili olan elektron mikroskobunun önemli bir göstergesidir. Görünür ışığın dalga boyu yaklaşık {{0}} nanometre iken, elektron ışınlarının dalga boyu hızlanan voltajla ilişkilidir. Hızlandırma voltajı 50-100 kV olduğunda, elektron ışını dalga boyu yaklaşık 0'dır.
0053 ila 0,0037 nm. Elektron ışınının dalga boyu, görünür ışığın dalga boyundan çok daha küçük olduğu için, elektron ışınının koni açısı optik mikroskobun sadece yüzde 1'i kadar olsa bile, elektron mikroskobunun çözme gücü yine de bundan çok daha üstündür. optik mikroskoptan. Elektron mikroskobu üç bölümden oluşur: mercek çerçevesi, vakum sistemi ve güç kaynağı kabini.
Mercek namlusu esas olarak elektron tabancalarını, elektron merceklerini, numune tutucuları, flüoresan ekranları ve kamera mekanizmalarını içerir. Bu bileşenler genellikle yukarıdan aşağıya bir sütun halinde birleştirilir; vakum sistemi mekanik vakum pompaları, difüzyon pompaları ve vakum valflerinden oluşur. Gaz boru hattı mercek çerçevesine bağlıdır; güç kabini, bir yüksek voltaj jeneratörü, bir uyarma akımı dengeleyici ve çeşitli ayar kontrol ünitelerinden oluşur.
Elektron merceği, elektron mikroskobu merceğinin en önemli parçasıdır. Bir odak oluşturmak için elektron izini eksene doğru bükmek için lens namlusunun eksenine simetrik bir uzay elektrik alanı veya manyetik alan kullanır. Işlevi, ışını odaklamak için bir cam dışbükey merceğinkine benzer, bu nedenle elektron olarak adlandırılır. lens. Modern elektron mikroskoplarının çoğu, kutup pabuçlu bir bobinden geçen çok kararlı bir DC uyarma akımı tarafından üretilen güçlü bir manyetik alan yoluyla elektronları odaklayan elektromanyetik lensler kullanır.
Elektron tabancası, bir tungsten filament sıcak katot, bir ızgara ve bir katottan oluşan bir bileşendir. Tekdüze bir hızla bir elektron ışını yayabilir ve oluşturabilir, bu nedenle hızlanan voltajın kararlılığının on binde birden az olmaması gerekir. Elektron mikroskopları yapılarına ve kullanımlarına göre transmisyon elektron mikroskopları, taramalı elektron mikroskopları, yansıma elektron mikroskopları ve emisyon elektron mikroskopları olarak ayrılabilir.
Geçirgen elektron mikroskopları, sıradan mikroskoplarla çözülemeyen ince malzeme yapılarını gözlemlemek için sıklıkla kullanılır; taramalı elektron mikroskopları esas olarak katı yüzeylerin morfolojisini gözlemlemek için kullanılır ve ayrıca malzeme bileşimi analizi için elektronik Mikroproblar oluşturmak üzere X-ışını difraktometreleri veya elektron enerji spektrometreleri ile birleştirilebilir; kendinden yayılan elektron yüzeylerinin incelenmesi için emisyon elektron mikroskobu.
Transmisyon elektron mikroskobu adını, elektron demetinin numuneye nüfuz etmesinden ve ardından elektron merceği ile görüntüyü büyütmesinden almıştır. Optik yolu, optik mikroskobunkine benzer. Bu tür elektron mikroskobunda, görüntü detayındaki kontrast, numunenin atomları tarafından elektron demetinin saçılmasıyla oluşturulur. Numunenin daha ince veya daha düşük yoğunluklu kısmı daha az elektron ışını saçılmasına sahiptir, böylece daha fazla elektron objektif diyaframdan geçerek görüntülemeye katılır ve görüntüde daha parlak görünür.
Tersine, numunenin daha kalın veya daha yoğun kısımları görüntüde daha koyu görünür. Numune çok kalın veya çok yoğunsa, elektron ışınının enerjisini emerek görüntünün kontrastı bozulacak, hatta zarar görecek veya yok olacaktır. Transmisyon elektron mikroskobu lens namlusunun üst kısmı bir elektron tabancasıdır. Elektronlar tungsten sıcak katot tarafından yayılır ve elektron ışınları birinci ve ikinci kondansatörler tarafından odaklanır.
Numuneden geçtikten sonra, elektron ışını objektif lens tarafından ara aynada görüntülenir ve ardından ara ayna ve projeksiyon aynası aracılığıyla adım adım büyütülür ve ardından flüoresan ekranda veya fotokoherent plakada görüntülenir. Ara aynanın büyütmesi, esas olarak uyarma akımının ayarlanması yoluyla sürekli olarak on kereden yüz binlerce defaya kadar değiştirilebilir; ara aynanın odak uzaklığı değiştirilerek aynı numunenin çok küçük parçaları üzerinde elektron mikroskobik görüntüler ve elektron kırınım görüntüleri elde edilebilir.
Daha kalın metal dilim örneklerini incelemek için, Fransız Dulos Elektron Optik Laboratuvarı, 3500 kV hızlanma voltajına sahip ultra yüksek voltajlı bir elektron mikroskobu geliştirdi. Taramalı elektron mikroskobunun elektron ışını numunenin içinden geçmez, sadece numunenin yüzeyindeki ikincil elektronları tarar ve uyarır. Numunenin yanına yerleştirilen sintilasyon kristali bu ikincil elektronları alır, resim tüpünün elektron ışını yoğunluğunu yükseltir ve modüle eder, böylece resim tüpünün ekranının parlaklığını değiştirir.
Resim tüpünün saptırma bobini, numunenin yüzeyindeki elektron ışını ile senkronize taramayı sürdürür, böylece resim tüpünün flüoresan ekranı, endüstriyel bir TV'nin çalışma prensibine benzer şekilde, numune yüzeyinin topografik görüntüsünü gösterir. . Bir taramalı elektron mikroskobunun çözünürlüğü esas olarak numune yüzeyindeki elektron demetinin çapı ile belirlenir.
Büyütme, resim tüpündeki tarama genliğinin numunedeki tarama genliğine oranıdır ve sürekli olarak on kereden yüz binlerce kereye kadar değiştirilebilir. Taramalı elektron mikroskobu çok ince bir numune gerektirmez; görüntünün güçlü bir üç boyutlu etkisi vardır; maddenin bileşimini analiz etmek için ikincil elektronlar, soğurulan elektronlar ve elektron demeti ile madde arasındaki etkileşim tarafından üretilen X-ışınları gibi bilgileri kullanabilir.
Bir taramalı elektron mikroskobunun elektron tabancası ve yoğunlaştırıcı merceği kabaca bir transmisyon elektron mikroskobununkilerle aynıdır, ancak elektron demetini daha ince yapmak için yoğunlaştırıcı merceğin altına bir objektif mercek ve bir astigmatizör eklenir ve iki set objektif merceğin içine karşılıklı olarak dikey tarama ışınları yerleştirilmiştir. bobin. Objektif merceğin altındaki numune odası, hareket edebilen, dönebilen ve eğilebilen bir numune tablası ile donatılmıştır.
