광학 현미경과 전자 현미경의 관찰 범위는 무엇입니까

광학 현미경과 전자 현미경의 관찰 범위는 무엇입니까

광학현미경의 구성과 구조 광학현미경은 일반적으로 스테이지, 스포트라이트 조명장치, 대물렌즈, 접안렌즈, 초점기구로 구성된다. 스테이지는 관찰 대상을 고정하는 데 사용됩니다. 포커싱 메커니즘은 포커싱 노브로 구동되어 대략적인 조정과 미세 조정을 위해 스테이지를 위아래로 움직일 수 있으므로 관찰 대상에 초점을 맞추고 명확하게 이미지를 만들 수 있습니다.

상위 레이어는 수평면에서 정확하게 이동 및 회전할 수 있으며 일반적으로 관찰된 부분을 시야의 중심으로 조정합니다. 스폿 조명 시스템은 광원과 콘덴서로 구성됩니다. 집광기의 기능은 관찰되는 부분에 더 많은 빛 에너지를 집중시키는 것입니다. 조명 램프의 스펙트럼 특성은 현미경 수신기의 작동 밴드와 호환되어야 합니다.

대물렌즈는 관찰하고자 하는 물체 가까이에 위치하며, 1단계 배율을 구현하는 렌즈입니다. 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.

일반적으로 두 가지 색상의 빛에 대한 색수차를 보정할 수 있는 무색 대물 렌즈가 사용됩니다. 3가지 색광에 대한 색수차를 보정할 수 있는 고품질 아포크로매틱 대물렌즈; 대물 렌즈의 전체 이미지 평면이 평면이 되도록 보장하여 시야를 개선할 수 있습니다. 액침 대물렌즈는 종종 고배율 대물렌즈에 사용됩니다. 즉, 굴절률이 대물렌즈의 하부 표면과 표본 시트의 상부 표면 사이에서 1입니다.

5 액체, 현미경 관찰의 해상도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 접안렌즈는 2차 배율을 달성하기 위해 사람의 눈 근처에 위치한 렌즈이며, 렌즈의 배율은 보통 5~20배이다. 접안렌즈는 볼 수 있는 시야의 크기에 따라 시야가 작은 일반 접안렌즈와 시야가 넓은 대시야 접안렌즈(또는 광각 접안렌즈)의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

스테이지와 대물렌즈는 모두 대물렌즈의 광축을 따라 서로 상대적으로 움직일 수 있어야 초점 조정을 달성하고 선명한 이미지를 얻을 수 있습니다. 고배율 대물 렌즈로 작업할 때 허용 가능한 초점 범위는 미크론보다 작은 경우가 많기 때문에 현미경에는 매우 정밀한 미세 초점 메커니즘이 있어야 합니다. 현미경의 배율의 한계는 유효배율이며, 현미경의 해상도는 현미경으로 명확하게 구분할 수 있는 두 물체 사이의 최소 거리를 말한다.

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 획득한 이미지는 윤곽은 크지만 디테일이 불분명한 이미지일 수 밖에 없다. , 무효 배율이라고합니다.

반대로 해상도가 요구 사항을 충족하지만 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. 스포트라이트 조명 시스템은 현미경의 이미징 성능에 큰 영향을 미치지만 사용자가 쉽게 간과하는 링크입니다.

그 기능은 물체 표면에 충분하고 균일한 조명을 제공하는 것입니다. 콘덴서에서 보낸 광선은 대물 렌즈의 조리개 각도를 채우도록 해야 합니다. 그렇지 않으면 대물 렌즈가 달성할 수 있는 최고 해상도를 완전히 활용할 수 없습니다. 이를 위해 집광기는 사진용 대물렌즈와 유사한 가변개구 조리개를 장착하여 개구의 크기를 조절할 수 있으며 대물렌즈의 개구각도에 맞도록 조명빔의 개구를 조절하는데 사용된다. 렌즈.

조명 방식을 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 더 잘 발견하고 관찰할 수 있습니다. 미세구조. 전자현미경은 광선과 광학렌즈 대신에 전자빔과 전자렌즈를 이용하여 전자광학의 원리를 이용하여 물질의 미세구조를 초고배율로 영상화하는 기구이다.

전자현미경의 분해능은 분해할 수 있는 인접한 두 점 사이의 최소 거리로 표시됩니다. 1970년대 투과전자현미경의 해상도는 약 0.3나노미터(인간의 눈의 분해능은 약 0.1mm)였습니다. 지금은 전자현미경의 최대배율이 300만배를 넘어섰고, 광학현미경의 최대배율은 약 2000배에 이르러 일부 중금속의 원자와 결정에 가지런히 배열된 원자격자를 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 전자현미경 확대 이미징의 가능성을 확인했습니다. 1932년 루스카의 개량 이후 전자현미경의 분해능이 당시 광학현미경의 약 10배인 50나노미터에 도달하면서 전자현미경이 사람들의 주목을 받기 시작했다.

1940년대 미국의 Hill은 전자렌즈의 회전비대칭을 보정하기 위해 난시를 사용했는데, 이는 전자현미경의 해상력에 새로운 돌파구를 마련했고 점차 현대적 수준에 이르렀다. 중국에서는 1958년 3나노미터의 해상도로 투과전자현미경 개발에 성공했으며, 1979년에는 해상도 0으로 제작되었다.

3nm 대형 전자현미경. 전자현미경의 분해능은 광학현미경보다 훨씬 우수하지만 전자현미경은 진공 상태에서 작동해야 하기 때문에 생체를 관찰하기 어렵고 전자빔의 조사로 인해 생물학적 시료도 방사선에 의해 손상됩니다. 전자총의 밝기 향상, 전자렌즈의 품질 등 다른 문제들도 더 연구해야 할 부분이다.

분해능은 시료를 통과하는 전자빔의 입사각과 파장과 관련된 전자현미경의 중요한 지표이다. 가시광선의 파장은 약 {{0}}나노미터인 반면 전자빔의 파장은 가속 전압과 관련이 있습니다. 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. 광학현미경의. 전자 현미경은 렌즈 배럴, 진공 시스템 및 전원 공급 캐비닛의 세 부분으로 구성됩니다.

렌즈 배럴은 주로 전자총, 전자 렌즈, 샘플 홀더, 형광 스크린 및 카메라 메커니즘을 포함합니다. 이러한 구성 요소는 일반적으로 위에서 아래로 기둥으로 조립됩니다. 진공 시스템은 기계식 진공 펌프, 확산 펌프 및 진공 밸브로 구성됩니다. 가스 파이프라인은 렌즈 배럴과 연결되어 있습니다. 전원 캐비닛은 고전압 발생기, 여자 전류 안정기 및 다양한 조정 제어 장치로 구성됩니다.

전자 렌즈는 전자 현미경 렌즈 배럴의 가장 중요한 부분입니다. 렌즈 배럴의 축에 대칭인 공간 전기장 또는 자기장을 사용하여 전자 트랙을 축으로 구부려 초점을 형성합니다. 그 기능은 유리 볼록 렌즈가 빔을 집속시키는 것과 유사하므로 전자라고합니다. 렌즈. 대부분의 최신 전자 현미경은 폴 슈가 있는 코일을 통과하는 매우 안정적인 DC 여기 전류에 의해 생성된 강한 자기장을 통해 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 1/10000 이상이어야 합니다. 전자현미경은 그 구조와 용도에 따라 투과전자현미경, 주사전자현미경, 반사전자현미경, 방출전자현미경으로 나눌 수 있다.

투과형 전자현미경은 일반 현미경으로는 확인할 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 재료 구성 분석을 위한 전자 마이크로프로브를 형성할 수도 있습니다. 자기 방출 전자 표면 연구를 위한 방출 전자 현미경.

투과전자현미경은 전자빔이 시료를 투과한 후 전자렌즈로 상을 확대하여 명명한 이름이다. 광학 경로는 광학 현미경의 광학 경로와 유사합니다. 이러한 유형의 전자현미경에서, 이미지 세부사항의 콘트라스트는 샘플의 원자에 의한 전자빔의 산란에 의해 생성됩니다. 샘플의 더 얇거나 밀도가 낮은 부분은 전자빔 산란이 적기 때문에 더 많은 전자가 대물렌즈 다이어프램을 통과하여 이미징에 참여하고 이미지에서 더 밝게 나타납니다.

반대로 샘플의 두껍거나 밀도가 높은 부분은 이미지에서 더 어둡게 나타납니다. 샘플이 너무 두껍거나 너무 조밀하면 이미지의 콘트라스트가 저하되거나 전자빔의 에너지를 흡수하여 손상되거나 파괴될 수도 있습니다. 투과형 전자현미경 렌즈 배럴의 상단은 전자총입니다. 전자는 텅스텐 열음극에 의해 방출되고 전자빔은 제1 및 제2 콘덴서에 의해 집속된다.

전자빔은 시료를 통과한 후 대물렌즈에 의해 중간거울에 결상되고 중간거울과 투사거울을 통해 단계적으로 확대되어 형광스크린이나 광간섭판에 결상된다. 중간 미러의 배율은 주로 여기 전류의 조정을 통해 수십 배에서 수십만 배까지 지속적으로 변경할 수 있습니다. 중간 미러의 초점 거리를 변경하여 전자 현미경 이미지와 전자 회절 이미지는 동일한 샘플의 작은 부분에서 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 브라운관의 전자빔 강도를 증폭 및 변조하여 브라운관 화면의 밝기를 변경합니다.

영상관의 편향 코일은 샘플 표면의 전자빔과 동기식 스캐닝을 유지하므로 영상관의 형광 스크린은 산업용 TV의 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 집광렌즈는 투과형 전자현미경과 대략 같지만 전자빔을 가늘게 하기 위해 집광렌즈 아래에 대물렌즈와 난시를 추가하고 두 세트의 상호 수직 주사 빔은 대물 렌즈 내부에 설치됩니다. 코일. 대물렌즈 아래 샘플 챔버에는 이동, 회전 및 기울기가 가능한 샘플 스테이지가 장착되어 있습니다.