광학 현미경과 전자 현미경의 관찰 범위는 무엇입니까
광학 현미경의 구조 광학 현미경은 일반적으로 스테이지, 콘덴서 조명 시스템, 대물 렌즈, 접안 렌즈 및 포커싱 메커니즘으로 구성됩니다. 스테이지는 관찰 대상을 고정하는 데 사용됩니다. 포커싱 메커니즘은 포커싱 노브로 구동하여 대략적인 조정과 미세 조정을 위해 스테이지를 위아래로 움직여 관찰 대상에 초점을 맞추고 명확하게 이미지를 만들 수 있습니다.
그것의 상층은 수평면에서 정밀하게 이동 및 회전될 수 있으며 관찰되는 부분은 일반적으로 시야의 중심으로 조정됩니다. 스포트라이트 조명 시스템은 광원과 콘덴서 렌즈로 구성됩니다. 콘덴서 렌즈의 기능은 관찰되는 부분에 더 많은 빛 에너지를 집중시키는 것입니다. 조명기의 스펙트럼 특성은 현미경 수신기의 작동 대역에 맞게 조정되어야 합니다.
대물렌즈는 관찰 대상 가까이에 위치하며 1단계 배율을 구현하는 렌즈이다. 배율이 다른 여러 개의 대물 렌즈가 대물 렌즈 변환기에 동시에 설치되며 배율이 다른 대물 렌즈는 변환기를 회전시켜 작업 광경로에 들어갈 수 있습니다. 대물렌즈의 배율은 보통 5~100배이다. 대물 렌즈는 현미경의 이미지 품질에 결정적인 역할을 하는 광학 요소입니다.
두 가지 색상의 빛에 대한 색수차를 보정할 수 있는 일반적으로 사용되는 무색 대물렌즈; 세 가지 색상의 빛에 대한 색수차를 보정할 수 있는 고품질 apochromatic 대물렌즈; 한계 이미징 품질로 시야를 개선하기 위해 대물 렌즈의 전체 이미지 평면이 평면임을 확인할 수 있습니다. 액체 침지 대물렌즈는 고배율 대물렌즈, 즉 굴절률 1이 대물렌즈의 하부 표면과 표본 시트의 상부 표면 사이에 채워지는 데 자주 사용됩니다.
5 정도면 현미경 관찰의 해상도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 접안렌즈는 사람의 눈 가까이에 위치하여 2차 배율을 얻는 렌즈로 거울의 배율은 보통 5~20배이다. 접안렌즈는 볼 수 있는 시야의 크기에 따라 시야가 작은 일반 접안렌즈와 시야가 넓은 대시야 접안렌즈(또는 광각 접안렌즈)로 나눌 수 있습니다.
스테이지와 대물렌즈는 모두 대물렌즈의 광축에 대해 상대적으로 움직일 수 있어야 초점 조정을 달성하고 선명한 이미지를 얻을 수 있습니다. 고배율 대물 렌즈로 작업할 때 허용 가능한 초점 범위는 종종 미크론보다 작기 때문에 현미경에는 매우 정밀한 마이크로 초점 메커니즘이 있어야 합니다. 현미경 배율의 한계는 유효 배율이며, 현미경의 해상도는 현미경으로 명확하게 구별할 수 있는 두 물체 사이의 최소 거리를 의미합니다.
해상도와 배율은 서로 다르지만 관련된 개념입니다. 선택한 대물 렌즈의 개구수가 충분히 크지 않으면, 즉 해상도가 충분히 높지 않으면 현미경은 물체의 미세 구조를 구별할 수 없습니다. 이때 배율을 과도하게 높여도 윤곽은 크지만 디테일이 불분명한 이미지만 얻을 수 있다. , 무효 배율이라고합니다.
반면에 해상도가 요구 사항을 충족하고 배율이 충분하지 않은 경우 현미경은 해상도가 있지만 이미지가 너무 작아 육안으로 명확하게 볼 수 없습니다. 따라서 현미경의 분해능을 최대한 활용하려면 개구수를 현미경의 전체 배율과 합리적으로 일치시켜야 합니다. 집광 조명 시스템은 현미경의 이미징 성능에 큰 영향을 미치지만 사용자가 쉽게 간과하는 연결고리이기도 합니다.
그 기능은 물체 표면에 충분하고 균일한 조명을 제공하는 것입니다. 집광기에서 나오는 빔은 대물렌즈의 조리개 각도를 채울 수 있어야 합니다. 그렇지 않으면 대물렌즈가 달성할 수 있는 최고의 해상도를 충분히 활용할 수 없습니다. 이를 위해 콘덴서에는 사진 대물렌즈와 유사한 가변 조리개 조리개가 제공되며 조리개 크기를 조정하여 조명 빔 조리개를 조정하여 대물렌즈의 조리개 각도와 일치시킬 수 있습니다.
조명 방법을 변경하면 밝은 배경에 어두운 물체 점(명시야 조명이라고 함) 또는 어두운 배경에 밝은 물체 점(암시야 조명이라고 함)과 같은 다양한 관찰 방법을 얻을 수 있으므로 다양한 상황에서 더 잘 발견할 수 있습니다. 미세 구조를 관찰합니다. 전자현미경은 전자광학의 원리에 따라 광선과 광학렌즈를 전자빔과 전자렌즈로 대체하여 초고배율로 물질의 미세한 구조를 영상화할 수 있는 기기이다.
전자현미경의 분해능은 인접한 두 점 사이에서 분해할 수 있는 가장 작은 거리로 표현됩니다. 1970년대 투과전자현미경의 해상도는 약 0.3나노미터(인간의 눈의 분해능은 약 0.1mm)였습니다. 현재 전자현미경의 최대 배율은 300만배 이상, 광학현미경의 최대 배율은 약 2000배로 특정 중금속의 원자와 결정체에 깔끔하게 배열된 원자 격자를 전자현미경을 통해 직접 관찰할 수 있다.
1931년 독일의 Knorr-Bremse와 Ruska는 고압 오실로스코프를 냉음극 방전 전자원과 3개의 전자 렌즈로 개조하여 10배 이상 확대된 이미지를 얻어 전자현미경으로 이미징을 확대할 수 있음을 확인했습니다. . . 1932년 루스카의 개량 이후 전자현미경의 해상력은 당시 광학현미경의 해상력의 약 10배인 50나노미터에 이르러 전자현미경이 사람들의 관심을 끌기 시작했다.
1940년대 미국의 Hill은 전자렌즈의 회전비대칭성을 보완하기 위해 비점수차를 이용하여 전자현미경의 해상력에 새로운 돌파구를 마련했고 점차 현대적 수준에 이르렀다. 중국에서는 1958년 3나노미터의 해상도로 투과전자현미경 개발에 성공했고, 1979년에는 0의 해상도로 만들어졌다.
3nm 대형 전자현미경. 전자현미경의 분해능은 광학현미경에 비해 월등히 높지만 전자현미경은 진공 상태에서 작동해야 하기 때문에 생체를 관찰하기 어렵고 전자빔을 조사하면 생물학적 시료에도 방사선 손상이 발생합니다. 전자총의 밝기 향상, 전자렌즈의 품질 등 다른 문제들도 더 연구할 필요가 있다.
분해능은 시료를 통과하는 전자빔의 입사각과 파장과 관련된 전자현미경의 중요한 지표이다. 가시광선의 파장은 300~700나노미터 정도이고 전자빔의 파장은 가속 전압과 관련이 있다. 가속 전압이 50-100kV일 때 전자빔 파장은 약 0입니다.
0053~0.0037nm. 전자빔의 파장은 가시광선의 파장보다 훨씬 작기 때문에 전자빔의 원추각이 광학현미경의 1%에 불과하더라도 전자현미경의 해상력은 여전히 월등하다. 광학 현미경의. 전자 현미경은 렌즈 튜브, 진공 시스템 및 전원 공급 캐비닛의 세 부분으로 구성됩니다.
렌즈 배럴은 주로 전자총, 전자 렌즈, 샘플 홀더, 형광 스크린 및 카메라 메커니즘을 포함하며 일반적으로 위에서 아래로 실린더로 조립됩니다. 진공 시스템은 기계식 진공 펌프, 확산 펌프 및 진공 밸브 등으로 구성됩니다. 가스 파이프라인은 렌즈 배럴과 연결됩니다. 전원 공급 장치 캐비닛은 고전압 발생기, 여기 전류 안정기 및 다양한 조정 및 제어 장치로 구성됩니다.
전자 렌즈는 전자 현미경 배럴의 가장 중요한 부분입니다. 렌즈 배럴의 축에 대칭인 공간 전기장 또는 자기장을 사용하여 전자 궤적을 축으로 구부려 포커싱을 형성합니다. 그 기능은 유리 볼록 렌즈가 빔을 집속시키는 것과 유사하므로 전자라고 합니다. 렌즈. 대부분의 최신 전자 현미경은 폴 슈가 있는 코일을 통해 매우 안정적인 DC 여기 전류에 의해 생성된 강한 자기장으로 전자의 초점을 맞추는 전자기 렌즈를 사용합니다.
전자총은 텅스텐 필라멘트 열음극, 그리드 및 음극으로 구성된 구성 요소입니다. 균일한 속도로 전자빔을 방출 및 형성할 수 있으므로 가속 전압의 안정성은 1/10,000 이상입니다. 전자현미경은 그 구조와 용도에 따라 투과전자현미경, 주사전자현미경, 반사전자현미경, 방출전자현미경으로 나눌 수 있다.
투과전자현미경은 보통의 현미경으로는 구분할 수 없는 미세 물질 구조를 관찰하는 데 자주 사용됩니다. 주사 전자 현미경은 주로 고체 표면의 형태를 관찰하는 데 사용되며 X선 회절계 또는 전자 에너지 분광계와 결합하여 전자를 형성할 수도 있습니다. 재료 구성 분석을 위한 마이크로프로브; 자체 발광 전자 표면 연구를 위한 방출 전자 현미경.
투사전자현미경은 전자빔이 시료를 투과한 후 전자렌즈를 이용하여 이미지를 만들고 확대하는 방식을 따서 명명되었습니다. 광학 경로는 광학 현미경의 광학 경로와 유사합니다. 이 전자현미경에서 이미지 디테일의 콘트라스트는 샘플의 원자에 의한 전자빔의 산란에 의해 생성됩니다. 샘플의 더 얇거나 밀도가 낮은 부분은 전자빔이 덜 산란되므로 더 많은 전자가 대물렌즈 개구를 통과하고 이미징에 참여하며 이미지에서 더 밝게 나타납니다.
반대로 샘플의 두껍거나 밀도가 높은 부분은 이미지에서 더 어둡게 나타납니다. 샘플이 너무 두껍거나 너무 조밀하면 이미지의 대비가 저하되거나 전자 빔의 에너지를 흡수하여 손상되거나 파괴됩니다. 투과전자현미경관의 윗부분은 전자총이다. 전자는 텅스텐 필라멘트 열음극에서 방출되어 1차 콘덴서와 2차 콘덴서를 통과하여 전자빔을 집속시킨다.
전자빔은 시료를 통과한 후 대물렌즈에 의해 중간거울에 결상되고 중간거울과 투사거울을 거쳐 단계적으로 확대되어 형광스크린이나 사진 건판에 결상된다. 중간 미러는 주로 여기 전류를 조정하고 배율은 수십 배에서 수십만 배까지 지속적으로 변경할 수 있습니다. 중간 미러의 초점 거리를 변경하여 동일한 샘플의 작은 부분에서 전자 현미경 이미지와 전자 회절 이미지를 얻을 수 있습니다. .
더 두꺼운 금속 조각 샘플을 연구하기 위해 프랑스 Dulos 전자 광학 연구소는 3500kV의 가속 전압을 가진 초고전압 전자 현미경을 개발했습니다. 주사전자현미경의 전자빔은 시료를 통과하지 않고 시료 표면의 2차 전자만을 스캔하여 여기시킨다. 시료 옆에 놓인 섬광 결정은 이러한 2차 전자를 받아 증폭 후 브라운관의 전자빔 강도를 변조하여 브라운관 화면의 밝기를 변경합니다.
영상관의 편향 요크는 샘플 표면의 전자빔과 동시에 스캔을 유지하므로 영상관의 형광 스크린은 산업용 텔레비전의 작동 원리와 유사한 샘플 표면의 지형 이미지를 표시합니다. 주사 전자 현미경의 해상도는 주로 시료 표면의 전자빔 직경에 의해 결정됩니다.
배율은 영상관의 주사 진폭과 샘플의 주사 진폭의 비율로, 수십 배에서 수십만 배까지 지속적으로 변경할 수 있습니다. 주사 전자 현미경은 매우 얇은 샘플을 필요로 하지 않습니다. 이미지에는 강한 입체 효과가 있습니다. 전자빔과 물질의 상호작용으로 발생하는 2차 전자, 흡수전자, X선 등의 정보를 이용해 물질의 조성을 분석할 수 있다.
주사형 전자현미경의 전자총과 집광기는 투과형 전자현미경과 거의 같지만 전자빔을 얇게 하기 위해 집광렌즈 아래에 대물렌즈와 비점수차를 추가하고 상호 2조 수직 스캐닝도 대물 렌즈 내부에 설치됩니다. 코일. 대물 렌즈 아래의 샘플 챔버에는 이동, 회전 및 기울일 수 있는 샘플 스테이지가 있습니다.
