Berapakah jangkauan pengamatan mikroskop cahaya dan mikroskop elektron
Struktur mikroskop optik Mikroskop optik umumnya terdiri dari panggung, sistem penerangan kondensor, lensa objektif, lensa mata, dan mekanisme pemfokusan. Panggung digunakan untuk menampung objek yang akan diamati. Mekanisme pemfokusan dapat digerakkan oleh kenop pemfokusan untuk membuat panggung bergerak naik turun untuk penyesuaian kasar dan penyesuaian halus, sehingga objek yang diamati dapat difokuskan dan dicitrakan dengan jelas.
Lapisan atasnya dapat digerakkan dan diputar dengan tepat pada bidang horizontal, dan bagian yang diamati umumnya disesuaikan dengan pusat bidang pandang. Sistem penerangan lampu sorot terdiri dari sumber cahaya dan lensa kondensor. Fungsi lensa kondensor adalah memusatkan lebih banyak energi cahaya ke bagian yang diamati. Karakteristik spektral iluminator harus disesuaikan dengan pita kerja penerima mikroskop.
Lensa objektif terletak di dekat objek yang diamati dan merupakan lensa yang menyadari pembesaran tingkat pertama. Beberapa lensa objektif dengan perbesaran berbeda dipasang pada konverter lensa objektif pada saat yang sama, dan lensa objektif dengan perbesaran berbeda dapat memasuki jalur optik yang berfungsi dengan memutar konverter. Perbesaran lensa objektif biasanya 5 sampai 100 kali. Lensa objektif adalah elemen optik yang memainkan peran menentukan dalam kualitas gambar di mikroskop.
Tujuan achromatic umum digunakan yang dapat memperbaiki chromatic aberration untuk dua warna cahaya; tujuan apokromatik berkualitas lebih tinggi yang dapat mengoreksi aberasi kromatik untuk tiga warna cahaya; dapat memastikan bahwa seluruh bidang gambar lensa objektif adalah bidang, untuk meningkatkan bidang pandang Tujuan bidang datar dengan kualitas pencitraan marjinal. Lensa objektif perendaman cair sering digunakan pada lensa objektif berdaya tinggi, yaitu indeks bias 1 diisi antara permukaan bawah lensa objektif dan permukaan atas lembaran spesimen.
5 atau lebih, secara signifikan dapat meningkatkan resolusi pengamatan mikroskopis. Lensa mata adalah lensa yang terletak di dekat mata manusia untuk mencapai perbesaran tingkat kedua, dan perbesaran cermin biasanya 5 sampai 20 kali lipat. Menurut ukuran bidang pandang yang dapat dilihat, lensa mata dapat dibagi menjadi lensa mata biasa dengan bidang pandang yang lebih kecil dan lensa mata bidang besar (atau lensa mata sudut lebar) dengan bidang pandang yang lebih besar.
Panggung dan lensa objektif harus dapat bergerak relatif terhadap sumbu optik lensa objektif untuk mencapai penyesuaian fokus dan mendapatkan gambar yang jelas. Saat bekerja dengan lensa objektif perbesaran tinggi, rentang pemfokusan yang diperbolehkan seringkali lebih kecil dari satu mikron, sehingga mikroskop harus memiliki mekanisme pemfokusan mikro yang sangat presisi. Batas perbesaran mikroskop adalah perbesaran efektif, dan resolusi mikroskop mengacu pada jarak minimum antara dua titik objek yang dapat dibedakan dengan jelas oleh mikroskop.
Resolusi dan pembesaran adalah dua konsep yang berbeda tetapi terkait. Ketika bukaan numerik lensa objektif yang dipilih tidak cukup besar, yaitu resolusinya tidak cukup tinggi, mikroskop tidak dapat membedakan struktur objek yang halus. Pada saat ini, meskipun perbesaran diperbesar secara berlebihan, hanya gambar dengan garis luar yang besar tetapi detail yang tidak jelas dapat diperoleh. , disebut perbesaran tidak efektif.
Di sisi lain, jika resolusi telah memenuhi persyaratan dan perbesaran tidak mencukupi, mikroskop memiliki kemampuan untuk menyelesaikan, tetapi bayangannya terlalu kecil untuk dapat dilihat dengan jelas oleh mata manusia. Oleh karena itu, untuk memberikan permainan penuh pada kekuatan resolusi mikroskop, bukaan numerik harus disesuaikan secara wajar dengan perbesaran total mikroskop. Sistem iluminasi terkondensasi memiliki pengaruh besar pada kinerja pencitraan mikroskop, tetapi juga merupakan tautan yang mudah diabaikan oleh pengguna.
Fungsinya untuk memberikan pencahayaan yang cukup dan merata pada permukaan objek. Sinar dari kondensor harus dapat mengisi sudut bukaan lensa objektif, jika tidak, resolusi tertinggi yang dapat dicapai lensa objektif tidak dapat dimanfaatkan sepenuhnya. Untuk tujuan ini, kondensor dilengkapi dengan diafragma apertur variabel yang serupa dengan yang ada pada lensa objektif fotografi, dan ukuran apertur dapat disesuaikan untuk menyesuaikan apertur sinar iluminasi agar sesuai dengan sudut apertur lensa objektif.
Dengan mengubah metode pencahayaan, Anda dapat memperoleh metode pengamatan yang berbeda seperti titik objek gelap pada latar belakang terang (disebut pencahayaan medan terang) atau titik objek terang pada latar belakang gelap (disebut pencahayaan medan gelap), sehingga dapat menemukan lebih baik dalam situasi yang berbeda dan mengamati struktur mikronya. Mikroskop elektron adalah instrumen yang menggantikan berkas cahaya dan lensa optik dengan berkas elektron dan lensa elektron sesuai dengan prinsip optik elektron, sehingga struktur halus materi dapat dicitrakan dengan perbesaran yang sangat tinggi.
Resolving power dari mikroskop elektron dinyatakan dengan jarak terkecil antara dua titik yang berdekatan yang dapat diselesaikan. Pada tahun 1970, resolusi mikroskop elektron transmisi adalah sekitar 0,3 nanometer (kekuatan resolusi mata manusia sekitar 0,1 mm). Sekarang perbesaran maksimum mikroskop elektron lebih dari 3 juta kali, dan perbesaran maksimum mikroskop optik adalah sekitar 2000 kali, sehingga atom logam berat tertentu dan kisi atom yang tersusun rapi dalam kristal dapat langsung diamati melalui mikroskop elektron.
Pada tahun 1931, Knorr-Bremse dan Ruska di Jerman memodifikasi osiloskop bertegangan tinggi dengan sumber elektron pelepasan katoda dingin dan tiga lensa elektron, dan memperoleh gambar yang diperbesar lebih dari sepuluh kali, yang mengonfirmasi kemungkinan pencitraan pembesar oleh mikroskop elektron. . . Pada tahun 1932, setelah perbaikan Ruska, daya pisah mikroskop elektron mencapai 50 nanometer, yang kira-kira sepuluh kali lipat daya pisah mikroskop optik pada waktu itu, sehingga mikroskop elektron mulai menarik perhatian orang.
Pada tahun 1940s, Hill di Amerika Serikat menggunakan astigmatis untuk mengkompensasi asimetri rotasi lensa elektron, yang membuat terobosan baru dalam daya resolusi mikroskop elektron dan secara bertahap mencapai tingkat modern. Di Cina, mikroskop elektron transmisi berhasil dikembangkan pada tahun 1958 dengan resolusi 3 nanometer, dan pada tahun 1979 dibuat dengan resolusi 0.
mikroskop elektron besar 3 nm. Meskipun kekuatan resolusi mikroskop elektron jauh lebih baik daripada mikroskop optik, sulit untuk mengamati organisme hidup karena mikroskop elektron harus bekerja dalam kondisi vakum, dan iradiasi berkas elektron juga akan menyebabkan kerusakan radiasi pada sampel biologis. Masalah lain, seperti peningkatan kecerahan senjata elektron dan kualitas lensa elektron, juga perlu dipelajari lebih lanjut.
Resolving power merupakan indikator penting dari mikroskop elektron, yang terkait dengan sudut datang kerucut dan panjang gelombang berkas elektron yang melewati sampel. Panjang gelombang cahaya tampak sekitar 300 hingga 700 nanometer, sedangkan panjang gelombang berkas elektron terkait dengan tegangan percepatan. Ketika tegangan percepatan adalah 50-100 kV, panjang gelombang berkas elektron sekitar 0.
0053 hingga 0,0037 nm. Karena panjang gelombang berkas elektron jauh lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya tampak, bahkan jika sudut kerucut berkas elektron hanya 1 persen dari mikroskop optik, daya pisah mikroskop elektron masih jauh lebih tinggi dari itu. dari mikroskop optik. Mikroskop elektron terdiri dari tiga bagian: tabung lensa, sistem vakum, dan kabinet catu daya.
Laras lensa terutama mencakup senjata elektron, lensa elektron, tempat sampel, layar fluoresen, dan mekanisme kamera, yang biasanya dirangkai menjadi silinder dari atas ke bawah; sistem vakum terdiri dari pompa vakum mekanis, pompa difusi dan katup vakum, dll. Pipa gas terhubung dengan laras lensa; kabinet catu daya terdiri dari generator tegangan tinggi, penstabil arus eksitasi, dan berbagai unit penyesuaian dan kontrol.
Lensa elektron adalah bagian terpenting dari laras mikroskop elektron. Ini menggunakan medan listrik spasial atau medan magnet yang simetris dengan sumbu laras lensa untuk membengkokkan lintasan elektron ke sumbu untuk membentuk pemfokusan. Fungsinya mirip dengan lensa kaca cembung untuk memfokuskan berkas, sehingga disebut elektron. lensa. Sebagian besar mikroskop elektron modern menggunakan lensa elektromagnetik, yang memfokuskan elektron dengan medan magnet kuat yang dihasilkan oleh arus eksitasi DC yang sangat stabil melalui koil dengan sepatu tiang.
Pistol elektron adalah komponen yang terdiri dari katoda panas filamen tungsten, kisi-kisi, dan katoda. Itu dapat memancarkan dan membentuk berkas elektron dengan kecepatan seragam, sehingga stabilitas tegangan percepatan tidak kurang dari 1/10,000. Mikroskop elektron dapat dibagi menjadi mikroskop elektron transmisi, mikroskop elektron pemindaian, mikroskop elektron refleksi dan mikroskop elektron emisi sesuai dengan struktur dan penggunaannya.
Mikroskop elektron transmisi sering digunakan untuk mengamati struktur material halus yang tidak dapat dibedakan dengan mikroskop biasa; mikroskop elektron pemindaian terutama digunakan untuk mengamati morfologi permukaan padat, dan juga dapat dikombinasikan dengan difraktometer sinar-X atau spektrometer energi elektron untuk membentuk elektron. Microprobes untuk analisis komposisi bahan; Mikroskop Elektron Emisi untuk mempelajari permukaan elektron yang memancarkan sendiri.
Mikroskop elektron proyeksi dinamai setelah berkas elektron menembus sampel dan kemudian menggunakan lensa elektron untuk mencitrakan dan memperbesar. Jalur optiknya mirip dengan mikroskop optik. Dalam mikroskop elektron ini, kontras detail gambar dibuat oleh hamburan berkas elektron oleh atom-atom sampel. Bagian sampel yang lebih tipis atau kurang padat, pancaran elektron lebih sedikit, sehingga lebih banyak elektron melewati bukaan objektif, berpartisipasi dalam pencitraan, dan tampak lebih terang pada gambar.
Sebaliknya, bagian sampel yang lebih tebal atau padat tampak lebih gelap pada gambar. Jika sampel terlalu tebal atau terlalu padat, kontras gambar akan menurun atau bahkan rusak atau hancur karena menyerap energi berkas elektron. Bagian atas tabung mikroskop elektron transmisi adalah senjata elektron. Elektron dipancarkan oleh katoda panas filamen tungsten dan melewati kondensor pertama dan kedua untuk memfokuskan berkas elektron.
Setelah melewati sampel, berkas elektron dicitrakan pada cermin perantara oleh lensa objektif, dan kemudian diperbesar secara bertahap melalui cermin perantara dan cermin proyeksi, dan kemudian dicitrakan pada layar fluoresen atau pelat kering fotografi. Cermin perantara terutama menyesuaikan arus eksitasi, dan pembesaran dapat terus diubah dari puluhan kali menjadi ratusan ribu kali; dengan mengubah panjang fokus cermin perantara, gambar mikroskop elektron dan gambar difraksi elektron dapat diperoleh pada bagian kecil dari sampel yang sama. .
Untuk mempelajari sampel irisan logam yang lebih tebal, Laboratorium Optik Elektron French Dulos telah mengembangkan mikroskop elektron tegangan ultra tinggi dengan tegangan percepatan 3500 kV. Berkas elektron dari mikroskop elektron pemindaian tidak melewati sampel, tetapi hanya memindai dan membangkitkan elektron sekunder pada permukaan sampel. Kristal kilau yang ditempatkan di sebelah sampel menerima elektron sekunder ini dan memodulasi intensitas berkas elektron dari tabung gambar setelah amplifikasi, sehingga mengubah kecerahan layar tabung gambar.
Kuk defleksi tabung gambar terus memindai secara sinkron dengan berkas elektron pada permukaan sampel, sehingga layar neon tabung gambar menampilkan gambar topografi permukaan sampel, yang mirip dengan prinsip kerja televisi industri. Resolusi mikroskop elektron pemindaian terutama ditentukan oleh diameter berkas elektron pada permukaan sampel.
Pembesaran adalah rasio amplitudo pemindaian pada tabung gambar dengan amplitudo pemindaian pada sampel, yang dapat terus diubah dari puluhan kali menjadi ratusan ribu kali. Pemindaian mikroskop elektron tidak memerlukan sampel yang sangat tipis; gambar memiliki efek tiga dimensi yang kuat; itu dapat menganalisis komposisi materi menggunakan informasi seperti elektron sekunder, elektron yang diserap dan sinar-X yang dihasilkan oleh interaksi berkas elektron dengan materi.
Senapan elektron dan kondensor mikroskop elektron pemindaian kira-kira sama dengan yang ada pada mikroskop elektron transmisi, tetapi untuk membuat berkas elektron lebih tipis, lensa objektif dan astigmatisme ditambahkan di bawah lensa kondensor, dan dua set lensa kondensor saling pemindaian tegak lurus juga dipasang di dalam lensa objektif. gulungan. Ruang sampel di bawah lensa objektif menampung tahap sampel yang dapat dipindahkan, diputar, dan dimiringkan.
