Quelle est la plage d'observation du microscope optique et du microscope électronique
La structure du microscope optique Le microscope optique est généralement composé d'une platine, d'un système d'éclairage à condenseur, d'un objectif, d'un oculaire et d'un mécanisme de mise au point. La platine sert à tenir l'objet à observer. Le mécanisme de mise au point peut être piloté par le bouton de mise au point pour faire monter et descendre la scène pour un réglage grossier et un réglage fin, de sorte que l'objet observé puisse être mis au point et imagé clairement.
Sa couche supérieure peut être déplacée et tournée avec précision dans le plan horizontal, et la partie observée est généralement ajustée au centre du champ de vision. Le système d'éclairage par projecteur est composé d'une source lumineuse et d'une lentille de condenseur. La fonction de la lentille du condenseur est de concentrer plus d'énergie lumineuse vers la partie observée. Les caractéristiques spectrales de l'illuminateur doivent être adaptées à la bande de travail du récepteur du microscope.
La lentille d'objectif est située près de l'objet observé et est la lentille qui réalise le grossissement de premier niveau. Plusieurs lentilles d'objectif avec différents grossissements sont installées sur le convertisseur de lentille d'objectif en même temps, et la lentille d'objectif avec différents grossissements peut entrer dans le chemin optique de travail en faisant tourner le convertisseur. Le grossissement de l'objectif est généralement de 5 à 100 fois. L'objectif est un élément optique qui joue un rôle décisif dans la qualité de l'image au microscope.
Objectifs achromatiques couramment utilisés qui peuvent corriger l'aberration chromatique pour deux couleurs de lumière ; des objectifs apochromatiques de meilleure qualité qui peuvent corriger l'aberration chromatique pour trois couleurs de lumière ; peut garantir que tout le plan d'image de l'objectif est un plan, afin d'améliorer le champ de vision Objectifs à champ plat avec une qualité d'image marginale. Les objectifs à immersion liquide sont souvent utilisés dans les lentilles d'objectif à haute puissance, c'est-à-dire que l'indice de réfraction de 1 est rempli entre la surface inférieure de la lentille d'objectif et la surface supérieure de la feuille d'échantillon.
5 ou plus, il peut améliorer considérablement la résolution de l'observation microscopique. L'oculaire est une lentille située près de l'œil humain pour obtenir un grossissement de second niveau, et le grossissement du miroir est généralement de 5 à 20 fois. Selon la taille du champ de vision visible, les oculaires peuvent être divisés en oculaires ordinaires avec un champ de vision plus petit et en oculaires à grand champ (ou oculaires grand angle) avec un champ de vision plus large.
La platine et la lentille d'objectif doivent pouvoir se déplacer par rapport à l'axe optique de la lentille d'objectif pour réaliser le réglage de la mise au point et obtenir une image claire. Lorsque vous travaillez avec une lentille d'objectif à fort grossissement, la plage de mise au point autorisée est souvent inférieure à un micron, de sorte que le microscope doit avoir un mécanisme de micro-mise au point extrêmement précis. La limite du grossissement du microscope est le grossissement effectif, et la résolution du microscope fait référence à la distance minimale entre deux points d'objet qui peuvent être clairement distingués par le microscope.
La résolution et le grossissement sont deux concepts distincts mais liés. Lorsque l'ouverture numérique de l'objectif sélectionné n'est pas assez grande, c'est-à-dire que la résolution n'est pas assez élevée, le microscope ne peut pas distinguer la structure fine de l'objet. A ce moment, même si le grossissement est augmenté de manière excessive, seule une image avec un contour large mais des détails peu clairs peut être obtenue. , appelé le grossissement inefficace.
D'autre part, si la résolution a satisfait aux exigences et que le grossissement est insuffisant, le microscope a la capacité de résoudre, mais l'image est trop petite pour être clairement vue par l'œil humain. Par conséquent, afin de faire jouer pleinement le pouvoir de résolution du microscope, l'ouverture numérique doit être raisonnablement adaptée au grossissement total du microscope. Le système d'éclairage condensé a une grande influence sur les performances d'imagerie du microscope, mais c'est aussi un lien qui est facilement négligé par les utilisateurs.
Sa fonction est de fournir un éclairage suffisant et uniforme de la surface de l'objet. Le faisceau du condenseur doit pouvoir remplir l'angle d'ouverture de l'objectif, sinon la résolution la plus élevée que l'objectif peut atteindre ne peut pas être pleinement utilisée. A cet effet, le condenseur est pourvu d'un diaphragme à ouverture variable similaire à celui de l'objectif photographique, et la taille d'ouverture peut être ajustée pour ajuster l'ouverture du faisceau d'éclairage pour correspondre à l'angle d'ouverture de l'objectif.
En changeant la méthode d'éclairage, vous pouvez obtenir différentes méthodes d'observation telles que des points d'objets sombres sur un fond clair (appelé éclairage sur fond clair) ou des points d'objets clairs sur un fond sombre (appelé éclairage sur fond sombre), afin de mieux découvrir dans différentes situations et observer la microstructure. Le microscope électronique est un instrument qui remplace le faisceau lumineux et la lentille optique par un faisceau d'électrons et une lentille électronique selon le principe de l'optique électronique, de sorte que la structure fine de la matière puisse être imagée sous un grossissement très élevé.
Le pouvoir de résolution d'un microscope électronique est exprimé par la plus petite distance entre deux points adjacents qu'il peut résoudre. Dans les années 1970, la résolution des microscopes électroniques à transmission était d'environ 0,3 nanomètres (le pouvoir de résolution de l'œil humain était d'environ 0,1 mm). Maintenant, le grossissement maximal du microscope électronique est de plus de 3 millions de fois et le grossissement maximal du microscope optique est d'environ 2000 fois, de sorte que les atomes de certains métaux lourds et le réseau atomique bien agencé dans les cristaux peuvent être directement observés au microscope électronique.
En 1931, Knorr-Bremse et Ruska en Allemagne ont modifié un oscilloscope haute tension avec une source d'électrons à décharge à cathode froide et trois lentilles électroniques, et ont obtenu une image agrandie plus de dix fois, ce qui a confirmé la possibilité d'agrandir l'imagerie par un microscope électronique. . . En 1932, après l'amélioration de Ruska, le pouvoir de résolution du microscope électronique a atteint 50 nanomètres, soit environ dix fois le pouvoir de résolution du microscope optique à l'époque, de sorte que le microscope électronique a commencé à attirer l'attention des gens.
Dans les années 1940, Hill aux États-Unis a utilisé un astigmatisme pour compenser l'asymétrie de rotation de la lentille électronique, ce qui a fait une nouvelle percée dans le pouvoir de résolution du microscope électronique et a progressivement atteint le niveau moderne. En Chine, un microscope électronique à transmission a été développé avec succès en 1958 avec une résolution de 3 nanomètres, et en 1979, il a été fabriqué avec une résolution de 0.
Grand microscope électronique de 3 nm. Bien que le pouvoir de résolution des microscopes électroniques soit bien meilleur que celui des microscopes optiques, il est difficile d'observer des organismes vivants car les microscopes électroniques doivent fonctionner dans des conditions de vide, et l'irradiation des faisceaux d'électrons causera également des dommages aux échantillons biologiques. D'autres questions, telles que l'amélioration de la luminosité du canon à électrons et la qualité de la lentille à électrons, doivent également être étudiées plus avant.
Le pouvoir de résolution est un indicateur important de la microscopie électronique, qui est lié à l'angle de cône incident et à la longueur d'onde du faisceau d'électrons traversant l'échantillon. La longueur d'onde de la lumière visible est d'environ 300 à 700 nanomètres, tandis que la longueur d'onde du faisceau d'électrons est liée à la tension d'accélération. Lorsque la tension d'accélération est 50-100 kV, la longueur d'onde du faisceau d'électrons est d'environ 0.
0053 à 0,0037 nm. Étant donné que la longueur d'onde du faisceau d'électrons est beaucoup plus petite que la longueur d'onde de la lumière visible, même si l'angle de cône du faisceau d'électrons n'est que de 1% de celui d'un microscope optique, le pouvoir de résolution d'un microscope électronique est encore bien supérieur à celui d'un microscope optique. Le microscope électronique se compose de trois parties : le tube de l'objectif, le système de vide et l'armoire d'alimentation.
Le barillet de l'objectif comprend principalement un canon à électrons, une lentille à électrons, un porte-échantillon, un écran fluorescent et un mécanisme de caméra, qui sont généralement assemblés dans un cylindre de haut en bas ; le système de vide est composé d'une pompe à vide mécanique, d'une pompe à diffusion et d'une soupape à vide, etc. Le gazoduc est relié au barillet de l'objectif ; l'armoire d'alimentation est composée d'un générateur haute tension, d'un stabilisateur de courant d'excitation et de diverses unités de réglage et de commande.
La lentille électronique est la partie la plus importante du canon du microscope électronique. Il utilise un champ électrique spatial ou un champ magnétique symétrique à l'axe du barillet de l'objectif pour plier la trajectoire des électrons vers l'axe pour former la focalisation. Sa fonction est similaire à celle de la lentille convexe en verre pour focaliser le faisceau, on l'appelle donc électron. lentille. La plupart des microscopes électroniques modernes utilisent des lentilles électromagnétiques, qui focalisent les électrons par un champ magnétique puissant généré par un courant d'excitation continu très stable à travers une bobine avec un sabot polaire.
Le canon à électrons est un composant constitué d'une cathode chaude à filament de tungstène, d'une grille et d'une cathode. Il peut émettre et former un faisceau d'électrons à vitesse uniforme, de sorte que la stabilité de la tension d'accélération n'est pas inférieure à 1/10,000. Les microscopes électroniques peuvent être divisés en microscopes électroniques à transmission, microscopes électroniques à balayage, microscopes électroniques à réflexion et microscopes électroniques à émission selon leur structure et leur utilisation.
Les microscopes électroniques à transmission sont souvent utilisés pour observer ces structures matérielles fines qui ne peuvent pas être distinguées par des microscopes ordinaires ; les microscopes électroniques à balayage sont principalement utilisés pour observer la morphologie des surfaces solides, et peuvent également être combinés avec des diffractomètres à rayons X ou des spectromètres d'énergie électronique pour former des électrons. Microsondes pour l'analyse de la composition des matériaux; Microscopie électronique d'émission pour l'étude des surfaces d'électrons auto-émetteurs.
Le microscope électronique à projection porte le nom du faisceau d'électrons qui pénètre dans l'échantillon, puis utilise la lentille électronique pour imager et agrandir. Son chemin optique est similaire à celui d'un microscope optique. Dans ce microscope électronique, le contraste des détails de l'image est créé par la diffusion du faisceau d'électrons par les atomes de l'échantillon. Dans les parties plus fines ou moins denses de l'échantillon, le faisceau d'électrons se disperse moins, de sorte que davantage d'électrons traversent l'ouverture de l'objectif, participent à l'imagerie et apparaissent plus brillants sur l'image.
Inversement, les parties plus épaisses ou plus denses de l'échantillon apparaissent plus sombres sur l'image. Si l'échantillon est trop épais ou trop dense, le contraste de l'image va se détériorer voire être endommagé ou détruit en absorbant l'énergie du faisceau d'électrons. Le sommet du tube du microscope électronique à transmission est un canon à électrons. Les électrons sont émis par la cathode chaude à filament de tungstène et traversent les premier et deuxième condenseurs pour focaliser le faisceau d'électrons.
Après avoir traversé l'échantillon, le faisceau d'électrons est imagé sur le miroir intermédiaire par l'objectif, puis agrandi pas à pas à travers le miroir intermédiaire et le miroir de projection, puis imagé sur l'écran fluorescent ou la plaque sèche photographique. Le miroir intermédiaire ajuste principalement le courant d'excitation et le grossissement peut être modifié en continu de dizaines de fois à des centaines de milliers de fois. en changeant la distance focale du miroir intermédiaire, des images au microscope électronique et des images de diffraction électronique peuvent être obtenues sur de minuscules parties du même échantillon. .
Afin d'étudier des échantillons de tranches métalliques plus épaisses, le Laboratoire français d'optique électronique Dulos a développé un microscope électronique à ultra haute tension avec une tension d'accélération de 3500 kV. Le faisceau d'électrons d'un microscope électronique à balayage ne traverse pas l'échantillon, mais seulement balaye et excite les électrons secondaires à la surface de l'échantillon. Un cristal de scintillation placé à côté de l'échantillon reçoit ces électrons secondaires et module l'intensité du faisceau d'électrons du tube image après amplification, modifiant ainsi la luminosité sur l'écran du tube image.
Le joug de déviation du tube image continue de balayer de manière synchrone avec le faisceau d'électrons sur la surface de l'échantillon, de sorte que l'écran fluorescent du tube image affiche l'image topographique de la surface de l'échantillon, ce qui est similaire au principe de fonctionnement de la télévision industrielle. La résolution d'un microscope électronique à balayage est principalement déterminée par le diamètre du faisceau d'électrons sur la surface de l'échantillon.
Le grossissement est le rapport de l'amplitude de balayage sur le tube image à l'amplitude de balayage sur l'échantillon, qui peut être modifié en continu de dizaines de fois à des centaines de milliers de fois. Le microscope électronique à balayage ne nécessite pas d'échantillons très fins ; l'image a un fort effet tridimensionnel; il peut analyser la composition de la matière en utilisant des informations telles que les électrons secondaires, les électrons absorbés et les rayons X générés par l'interaction des faisceaux d'électrons avec la matière.
Le canon à électrons et le condenseur du microscope électronique à balayage sont à peu près les mêmes que ceux du microscope électronique à transmission, mais afin de rendre le faisceau d'électrons plus fin, une lentille d'objectif et un astigmatisme sont ajoutés sous la lentille du condenseur, et deux ensembles de un balayage perpendiculaire sont également installés à l'intérieur de l'objectif. bobine. La chambre d'échantillon sous l'objectif abrite la platine d'échantillon qui peut être déplacée, tournée et inclinée.
